PDF《冲击绝热曲线上单质固体最大压缩比》

第2 9卷第2期高压物理学报Vol.

29,N o .

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0 1 5年4月CH I N E S EJ OUR NA L O F H I GH P R E S S UR E P HY S I C S A p r . ,

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1 5 文章编号:

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0 7 冲击绝热曲线上单质固体最大压缩比 及相应热力学量 * 段耀勇, 郭永辉, 邱爱慈 ( 西北核技术研究所, 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 陕西西安

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2 4 ) 摘要: 在三项式状态方程概念框架内构建了单质固体材料的通用状态方程模型, 以绝对零 度Thomas-Fermi模型结果的一部分近似作为被压缩固体的冷能和冷压, 并利用 C o w a n模型 和Faussurier类氢平均原子模型得到离子与电子的热能和热压.数值计算证实, 在材料压缩 比大于2的条件下, 该模型具有通用的特点.利用该模型计算了原子序数从3到7 0的所有单 质固体在冲击绝热曲线上的最大压缩比及相应的温度和压强, 并与其他模型所得的结果进行 了比较.这些数值结果可供强激波压缩实验参考. 关键词: 稠密等离子体;

状态方程;

激波 中图分类号:O

5 3 5;

O

5 2 文献标志码: A d o i :

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8 / g y w l x b .

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8 1 引言随着高功率激光技术和高功率Z 箍缩 X 射线辐射源技术的快速发展, 研究者能够将大规模的能量 在极短时间内聚焦于很小尺度的材料上, 使之形成高温高密度的物质状态, 从而在实验室条件下进行高 能量密度物理实验[

1 -

2 ] .利用高功率激光脉冲与物质相互作用和快Z 箍缩强磁场加速飞片进行高压状 态方程实验和激波物理研究[

3 -

4 ] , 不仅有利于深入理解天体物理、 地球以及行星内部状态等, 而且还有力 地促进了惯性约束聚变、 材料物理和强爆炸破坏效应的机理研究.在高温高压天体物理和实验室等离 子体的研究中, 高压状态方程一直是非常活跃的研究领域. 自1

9 4 9年Feynman等人[

5 ] 提出 T h o m a s - F e r m i状态方程模型以来, 为了构建材料的高压状态方 程, 许多学者提出了复杂程度不同, 体现温度、 密度效应的自洽场模型[

6 -

1 6] .1

9 8 8年More等人[

7 ] 结合 大量的实验数据提出了 Q E O S通用模型, 该模型是典型的半理论半经验模型, 其数值结果平滑, 经常作 为其它理论模型的参照对象.但是由于没有考虑电子壳层结构, Q E O S模型无法反映材料在高压缩比 条件下主 H u g o n i o t曲线的振荡现象[

1 1] .2

0 1 2年Rozsnyai[14]基于相对论性自洽平均原子模型提出了 S C AA 状态方程, 并对高压状态方程理论研究现状和已有的实验数据进行了比较全面的评述.目前状 态方程数据收集最全的是俄罗斯人建立的数据库[

1 7] .最近利用高压状态方程对 H u g o n i o t曲线特征物 理量进行系统研究的成果是 P o r c h e r o t等人[

1 8 ] 完成的, 该研究将 Q E O S计算的物理量作为参照. 我们[

2 1 ] 根据三项式状态方程的概念框架[

1 9 -

2 0 ] 构建了 F C Z H( F a u s s u r i e r - C o w a n - Z h a r k o v ) 状态方程 模型, 并利用该模型研究了前苏联地下核试验和近期高功率激光驱动的激波实验数据[

2 2 ] .F C Z H 模型 中电子热能和热压是根据 F a u s s u r i e r类氢平均原子模型[

1 3 ] 计算的, 该模型考虑了大量的电离势和激发 * 收稿日期: