《衝擊壓縮產生氬電漿狀態方程與光譜的研究》是依託中國工程物理研究院流體物理研究所，由陳其峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：衝擊壓縮產生氬電漿狀態方程與光譜的研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：陳其峰
- 依託單位：中國工程物理研究院流體物理研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在核聚變過程所涉及的許多參數中，高溫高壓電漿狀態方程和光譜參數決定聚變或慣性約束聚變實驗的成敗，起著至關重要的作用。本項目擬用二級輕氣炮驅動飛片，通過高速撞擊產生強衝擊波，對數百倍常密度的稠密氬氣進行衝擊壓縮，以產生高溫稠密電漿。再利用輻射高溫計結合光學多通道光譜儀對其壓力、溫度等狀態和瞬態光譜進行診斷，以獲取壓力在10-100GPa、溫度在10000-25000K範圍的狀態方程和光譜數據。解決當下急迫且存在困難的溫度壓力在原子分子電離化學反應區的實際作用機制問題，為建立高溫高壓電漿狀態方程理論模型提供科學依據。.由於平面飛片撞擊產生的衝擊波具有平面性好的特點, 經衝擊壓縮產生的電漿的密度壓力溫度比較均勻，且體積大。這些優點為電漿診斷提供了更優越的條件。獲得的全套數據和實驗技術不僅為建立和發展單發次多信息量測試與診斷技術提供支撐，還可直接為慣性約束聚變設計服務。
結題摘要
本項目重點發展和建立了衝擊壓縮稠密氣體氬產生非理想電漿狀態方程和瞬態光譜聯合測試技術及相應物理模型，探索了瞬態多光譜輻射測溫方法，建立了考慮壓致和溫致電離效應的部分電離電漿狀態方程計算模型。取得了如下的標誌性成果(1)獲得了多次衝擊壓縮產生氬電漿1-158GPa寬區域狀態方程數據，衝擊終態壓力測試範圍得到大幅度拓展。針對一次以上衝擊壓縮狀態難以直接從實驗上確定問題，發展建立了多次反射衝擊壓縮靶裝置和多信息量聯合測試技術(此技術和裝置：獲國家發明專利：ZL201010580715.0)，開展了初始室溫、初始壓力1~40 MPa稠密氣體氬的衝擊Hugoniot狀態方程及瞬態光譜實驗測量總計15發。解決了國內外長期以來依賴理論模型確定一次以上壓縮狀態的難題。其成果發表在國際核心期刊J. Chem. Phys上。(2)建立基於實驗數據驗證的部分電離氬電漿狀態方程計算物理模型。模型特點是充分考慮了粒子間各種相互作用、壓致和溫致電離效應引起的電離能降低的自洽變分修正，並能夠從數值計算過程中給出反應組分和電離度隨密度溫度的變化過程，計算結果能夠再現國外液體氬以及我們自己的氣體氬衝擊波數據，理論與實驗的一致性證明了模型的可靠性。其研究成果發表在Phys.Plasmas上。(3)建立兆帕壓力範圍高壓氣體密度及折射率測量技術，取得了10~60MPa室溫氣體Ar密度及折射率數據。最佳化設計兆帕壓力範圍氣體密度及折射率測量裝置，精確測量了室溫條件下不同壓力氬氣的密度和不同波長下的折射率數據，並由實驗數據構建了此溫度下稠密氬氣Virial狀態方程，上述結果可以為衝擊波實驗數據處理提供重要參數。此技術獲國家發明專利.(4)動態光譜實驗測量取得初步結果和認識。實驗測量了衝擊壓縮不同初始狀態氣體氬產生電漿輻射光譜，獲得了波前氣體隨衝擊壓力增加對衝擊光輻射吸收的規律性認識。(5)建立了高精度的含溫度密度效應的電漿輻射不透明度理論模型。結合含溫有界Hyper-Dirac-Fock自洽場原子結構理論和DTA技術，實現了不同溫度密度下稀有氣體氬和氙的不透明度吸收譜的細緻計算，獲得結果與實驗具有較好的一致性。(6)基於流體力學程式對多層靶多波系作用進行數值模擬。合理最佳化設計多層介質靶裝置，確保追趕和邊側稀疏波不會對多次壓縮狀態診斷造成影響.
