發(fā)布時間：2022-01-24 08:19

　　溫稠密物質(zhì)廣泛存在于行星內(nèi)核及慣性約束聚變的內(nèi)爆路徑中,溫稠密物質(zhì)的物性參數(shù)對于理解行星內(nèi)部磁場的產(chǎn)生以及慣性約束聚變的靶設(shè)計具有重要的意義。溫稠密物質(zhì)中的金屬-非金屬轉(zhuǎn)變是極端條件下材料物性研究中的重要科學(xué)問題,而直流電導(dǎo)率是判斷溫稠密物質(zhì)中金屬-非金屬轉(zhuǎn)變是否發(fā)生的最直接依據(jù)。當前對于溫稠密物質(zhì)中的直流電導(dǎo)率往往是通過測量光學(xué)反射率結(jié)合Drude模型獲得,但在金屬-非金屬過渡區(qū)由于傳導(dǎo)電子的局域化,Drude模型不再適用,通過Drude模型獲得直流電導(dǎo)率的方法失效。金屬-非金屬轉(zhuǎn)變還可通過光學(xué)反射率進行判斷,通過光學(xué)反射率的變化特征結(jié)合電導(dǎo)率的理論計算判斷金屬-非金屬轉(zhuǎn)變的發(fā)生。本論文從理論和實驗兩個方面對溫稠密金流體在膨脹過程中的金屬-非金屬轉(zhuǎn)變過程進行了研究,利用基于第一性原理的分子動力學(xué)對溫稠密物質(zhì)物性參數(shù)進行了計算,在實驗上分別基于黑腔內(nèi)的硬X射線和基于短脈沖質(zhì)子束的加熱產(chǎn)生了溫稠密金流體,利用VISAR分別獲得了時間分辨的膨脹速度和反射率,結(jié)合一維輻射流體模擬和第一性原理的計算分別計算了膨脹路徑上的直流電導(dǎo)率和光學(xué)反射率,并與實驗結(jié)果進行了比較。具體的研究內(nèi)容包括以下幾個... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：113 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

圖１．?２?ＩＣＦ內(nèi)爆路徑與溫稠密物質(zhì)的關(guān)系１５１??溫稠密物質(zhì)的物性參數(shù)（如狀態(tài)方程、熱導(dǎo)率）對于慣性約束聚變（ＩＣＦ）內(nèi)爆過??

ＭｇＳｉ０３?ｓ．??ｍ°??—??Ｏ＾Ａ?ＢＪ／ＵｐＯ?Ｃ＊ａ｝－ｒｙｐＪ??一＼?？？〇?…／??Ｐｏｓｔ＾ｔｘｊｖｓｋＭｔ?ｉｐＰｖ）?／?Ｃｆ．??＼?＾?Ｚ５００＾??＼?Ｂ２ＭｆｆＯ?／??Ｅａｒｔｈ?＼?ｃｏｔｕｏｎ＾／??＼?工??ＬｋｊｏｋＪ?Ｏｕｔｅｒ?Ｃｏｒｅ?＼?ａｑｕｘｉ??Ｓｏｌｉｄ?Ｉｎｎｅｒ?Ｃｏｒｅ???—．??圖１．３地球和超級地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及組分ｌ２°］??在行星內(nèi)部壓強可達幾百ＧＰａ，溫度在幾千至上萬Ｋ，此時的物質(zhì)處于典型的溫稠??密狀態(tài)。地球的地核主要是由處于高壓狀態(tài)下的鐵和鎳組成，而地幔的主要成分是硅酸??鹽，在溫稠密狀態(tài)下這些材料的狀態(tài)方程對于理解地球內(nèi)部的物理模型具有重要的價值??１１９＿２（）］。氫和氦是土星和木星的主要組成元素，為了準確地描述他們的理論模型，需要知??道氫和氦的狀態(tài)方程、電導(dǎo)率等性質(zhì)。一個長期存在的問題是目前觀測到的土星發(fā)光亮??度比已有的理論模型高出５０％，一種可能的解釋是氫的金屬化為氫、氦相分離提供了額??外的能量來源｜２１１。氫和氦在溫稠密區(qū)準確的狀態(tài)方程和電導(dǎo)率是建立新的理論模型來描??述土星發(fā)光問題的關(guān)鍵。此外，迄今為止發(fā)現(xiàn)的１５０多顆系外行星的組成元素與太陽系??中的木星非常相似，它們的許多結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都由氫和氦在溫稠密條件下的物理性質(zhì)決定??的ＩＭ。例如，氫的狀態(tài)方程對木星的質(zhì)量和體積起決定性作用，氫的金屬化決定了木星??的磁場的強度，木星內(nèi)部的分層與氫在溫稠密條件下的等離子體相變密切相關(guān)。??綜上所述，材料在溫稠密區(qū)的物理性質(zhì)對于ＩＣＦ、行星科學(xué)具有非常重要的科學(xué)意??義和研究價值，溫稠密物質(zhì)處于

動態(tài)壓縮、動靜結(jié)合的復(fù)合加載、等容加熱等方式［４］。??１．１．１靜態(tài)壓縮??＇?＂ｍ．??■％．?Ｄｉａｍｏｎｄ?ａｎｖｉｌｓ?￡－?＇：?？??暫?１７＾??Ｍｅｔａｌ?，’??ｇａｓｋｅｔ??ＢｏｃＮｅｒ－ｔｙｐｃ?ｃｅｌｌ??錢―??圖１．４典型的金剛石壓砧結(jié)構(gòu)及類型［４］??由于金剛石的高硬度、高導(dǎo)熱性和透明性，在加壓的過程中對樣品便于診斷，金??剛石壓砧技術(shù)是目前應(yīng)用最廣泛的的靜態(tài)壓縮方法，它已經(jīng)成為在實驗室研究材料??在極端壓力條件下結(jié)構(gòu)和性能的一種重要手段。金剛石壓砧設(shè)備最早出現(xiàn)在上世紀??５０年代，經(jīng)過不斷的改進主要有Ｍａｏ－Ｂｅｌｌ型、Ｂｏｅｈｌｅｒ－Ａｌｍａｘ型及Ｏｘｆｏｒｄ型等多種??不同的類型以滿足不同的研宄目標［２３］。金剛石砧的工作原理是同時上下擠壓金剛石??砧，對夾在中間的金屬墊片施加壓力，減小砧面面積，可在試樣腔中產(chǎn)生高壓。該??技術(shù)可以在加壓過程中基本不增加樣品的溫度，可以創(chuàng)造出低溫高壓的極端條件。??而如果采用電阻加熱或激光加熱的方式與金剛石壓砧技術(shù)結(jié)合可以使實驗溫度很容??易達到３０００Ｋ以上ｐ４］。２０１７年哈佛大學(xué)的研究小組報道通過金剛石壓砧技術(shù)在低溫??下將壓力提高到４９５ＧＰａ，他們宣稱在實驗上觀察到固態(tài)的金屬氫［２５］。??１．１．２動態(tài)壓縮??動態(tài)壓縮是利用沖擊波或斜波對樣品進行壓縮以產(chǎn)生高壓的條件，與靜態(tài)壓縮相??比，動態(tài)壓縮不僅可以給樣品加壓，而且可以使樣品的溫度升高，最終達到溫稠密??狀態(tài)。目前，實驗上動態(tài)加載的主要方法有輕氣炮加載、激光加載、Ｚ機器加載等，??４??

【參考文獻】：
期刊論文
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[3]靜-動加載相結(jié)合的材料狀態(tài)方程實驗平臺的研制[J]. 舒樺,涂昱淳,王寯越,賈果,葉君建,鄧文,束海云,楊艷平,杜雪艷,謝志勇,賀芝宇,方智恒,華能,黃秀光,裴文兵,傅思祖.  物理學(xué)報. 2018(06)



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