[发明专利]表面微喷射颗粒相态演化的动态X射线衍射装置及方法

说明书

本发明公开了表面微喷射颗粒相态演化的动态X射线衍射装置及方法，包括X射线源、记录介质和金属微喷源；金属微喷源发射微喷射物质；X射线源向微喷射物质发射X射线；记录介质记录X射线穿过微喷射物质产生的衍射信号。本发明可以对微喷射物质相态随时间演化过程进行研究，获得微喷射物质的初始相态及其动态演化信息，掌握微喷射物质在输运时的相态演化规律和受载样品熔化状态对微喷射物质初始相态及演化过程影响的规律，加深对微喷射产生物理机制的理解并有效推动微喷射产生及其与气体的混合过程的研究。

技术领域

本发明涉及爆炸与冲击动力学领域，具体涉及表面微喷射颗粒相态演化的动态X射线衍射装置及方法。

背景技术

当物体表面受到强冲击载荷作用，通常会发生微喷射现象，即一些物质微粒以比自由面整体运动速度更大的速度从表面喷射出去。微喷射是材料表面或界面的一种特殊破坏形态，广泛存在于大自然和工程应用中，如天体碰撞、发动机工程、惯性约束聚变等。作为界面混合现象的主要来源之一，微喷射物质在压缩科学工程中会对混合状态和压缩效果产生直接影响。因此，微喷射物质的产生及其与气体的混合过程是冲击波物理研究中的热点和难点问题，受到国内外学者的关注。

金属表面微喷射形成的物理机制复杂，如表面缺陷（沟槽、划痕等）形成的微射流，表面杂质产生的微层裂或剥落而形成的微喷射等。微喷射产生的金属微喷射颗粒随后会与气体发生相互作用，形成混合状态。微喷射物质的相态（固相或者液相）的不同带来不同的阻力系数，适用不同的碰撞模型以及“传质”模型，从而影响对气粒混合过程。通过在金属表面预设沟槽的方式，邵建立等人对微射流形成的分子动力学过程进行了微观模拟，结果表明，不论样品表面在冲击波作用下是否发生卸载熔化，微射流头部总是处于熔化状态。通过流体力学模拟，王裴等人认为：如果喷射粒子处于液相，在气动阻力和气体激波的作用下会发生进一步的破碎。然而目前实验上主要依靠间接方式获得微喷物质的相态信息，即通过对微喷源相态的进行测量或者数值建模来描述和理解微喷射物质相态信息，并依赖由Asay膜等实验技术获得的微喷颗粒速度等其他物理信息对数值模拟结果进行校验和完善。如何对动态金属表面微喷射物质的相态信息进行直接诊断目前仍然是一个挑战，尚未有实验对数值模拟结果予以直观验证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术缺乏对动态金属表面微喷射物质的相态等信息进行直接诊断的手段，目的在于提供表面微喷射颗粒相态演化的动态X射线衍射装置及方法，解决上述问题。

本发明通过下述技术方案实现：

表面微喷射颗粒相态演化的动态X射线衍射装置，包括X射线源、记录介质和金属微喷源；

所述金属微喷源发射微喷射物质；所述X射线源向所述微喷射物质发射X射线；所述记录介质记录所述X射线穿过所述微喷射物质产生的衍射信号。

在现有技术中，由于进行微喷射物质的相关数据检测，如相态、动态演化等数据目前缺乏直接的检测手段，所以只能依赖于数值模拟的方式进行分析再通过微喷颗粒速度等其他间接数据修改和完善数值模拟结果，正如现有技术中公开的《微喷射现象数值模拟研究进展概述》邵建立;何安民;王裴,高压物理学报,2019,03,140-154对微喷射现象的国内外数值模拟研究进行了简要梳理与总结。

本发明应用时，提供了一种通过X射线衍射技术对微喷射物质进行直接检测的设备，该设备使用时，通过金属微喷源产生微喷射物质，这里的金属喷射源可以采用对物理靶加载的方式实现，加载方式包括但不限于激光加载、爆轰加载、飞片加载等任何一种可以产生微喷射物质的加载方式。具体加载方式可以优选为加载激光对物理靶加载。