一种金属微颗粒与气体混合过程成像装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种金属微颗粒与气体混合过程成像装置及方法，属于材料性能测试技术领域，该装置包括：纳秒激光器、混合装置、X射线产生装置和IP成像板；所述纳秒激光器设置在所述混合装置的顶部；所述X射线产生装置、所述混合装置和所述IP成像板沿X射线的出射方向依次设置。本发明专利技术利用纳秒激光器激发的方式，实现金属微颗粒与气体的混合过程的创造，并利用X射线背光成像方法实现该过程的记录。线背光成像方法实现该过程的记录。线背光成像方法实现该过程的记录。

【技术实现步骤摘要】
一种金属微颗粒与气体混合过程成像装置及方法


[0001]本专利技术涉及材料性能测试
，特别是涉及一种金属微颗粒与气体混合过程成像装置及方法。

技术介绍

[0002]当冲击波从材料自由表面反射时,会有部分物质以微粒的形式高于自由面运动速度向外喷射,这一现象称为微物质喷射。在强冲击作用下金属
‑
气体界面将发生微物质喷射与气体混合现象,这种物质颗粒与气体混合(气粒混合)的物理过程研究，具有重要的工程应用背景，同时其中还包含了大量的前沿基础性问题。气粒混合过程源于材料界面的初始扰动和微结构缺陷的冲击响应,并会在不同物理空间尺度发展和演化,其演化过程包括材料
‑
气体的界面失稳、材料损伤破碎、微物质颗粒及气体的多相流动、还可能包含高温高压环境下的化学反应和燃烧等,是一个多尺度、多物理耦合的复杂问题，需要开展大量的基础实验研究，对其物理规律进行深入认识。但是如何实现金属微颗粒与气体混合的物理过程的创造并能够开展动态的高精度记录，对实验研究技术提出了极大的挑战。

技术实现思路

[0003]有鉴于此，本专利技术提供了一种金属微颗粒与气体混合过程成像装置及方法，以实现金属微颗粒与气体混合的物理过程的创造并能够开展动态的高精度记录。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种金属微颗粒与气体混合过程成像装置，所述装置包括：
[0006]纳秒激光器、混合装置、X射线产生装置和IP成像板；
[0007]所述纳秒激光器用于向所述混合装置的顶部输出纳秒激光脉冲；
[0008]所述混合装置用于容纳金属样品与气体，并且在所述纳秒激光脉冲的作用下使金属样品在金属样品与气体界面处形成微物质喷射，喷射出的金属微颗粒与混合装置内的气体发生混合；
[0009]所述混合装置和所述IP成像板依次设置在所述X射线产生装置产生的X射线的出射方向上；所述X射线产生装置和所述IP成像板分别位于所述混合装置的两侧；
[0010]所述X射线产生装置用于向所述混合装置发射X射线，对所述混合装置内进行的金属微颗粒与气体的混合过程进行X射线背光成像；
[0011]所述IP成像板用于记录X射线背光成像的成像结果。
[0012]可选的，所述混合装置包括充气筒和金属封盖；
[0013]所述金属封盖与所述充气筒密封连接；
[0014]所述充气筒内充有气体；
[0015]金属样品粘接在金属封盖上，所述金属样品与所述充气筒内的气体形成金属
‑
气体界面。
[0016]可选的，所述充气筒的材料为有机玻璃。
[0017]可选的，所述X射线产生装置包括皮秒激光器和金属微丝背光靶；
[0018]所述皮秒激光器输出的皮秒激光脉冲作用到金属微丝背光靶的表面，与金属微丝背光靶相互作用产生X射线。
[0019]可选的，所述皮秒激光脉冲的脉宽为1～10皮秒，皮秒激光脉冲的光斑直径为50微米，金属微丝背光靶的直径为10微米，金属微丝背光靶的指向与皮秒激光脉冲的方向的夹角为67.5
°
。
[0020]可选的，在所述IP成像板之前还设置有屏蔽片，所述屏蔽片为有机玻璃膜和/或钛金属膜。
[0021]可选的，所述纳秒激光脉冲的脉宽为3ns、能量为100～1000J、功率密度为10
12
w/cm2。
[0022]一种金属微颗粒与气体混合过程成像方法，所述成像方法基于所述成像装置实现，所述成像方法包括如下步骤：
[0023]纳秒激光器输出的预设激光功率的纳秒激光脉冲由上而下加载到混合装置的顶部，使金属样品在金属样品与气体界面处形成微物质喷射，喷射出的金属微颗粒与混合装置内的气体发生混合，(即，纳秒激光器输出的预设激光功率的纳秒激光脉冲由上而下加载到混合装置顶部的金属封盖上，使粘贴在金属封盖下表面的金属样品在金属样品与气体界面处形成微物质喷射，喷射出的金属微颗粒与混合装置内的气体发生混合)；
[0024]利用X射线产生装置向所述混合装置发射X射线，对所述混合装置内进行的金属微颗粒与气体的混合过程进行X射线背光成像；
[0025]利用IP成像板记录X射线背光成像的成像结果。
[0026]可选的，所述利用X射线产生装置向所述混合装置发射X射线，具体包括：
[0027]利用皮秒激光器输出皮秒激光脉冲作用到金属微丝背光靶的表面，与金属微丝背光靶相互作用产生X射线。
[0028]可选的，所述纳秒激光器输出的预设激光功率的纳秒激光脉冲由上而下加载到混合装置的顶部，使金属样品在金属样品与气体界面处形成微物质喷射，喷射出的金属微颗粒与混合装置内的气体发生混合，之前还包括：
[0029]向混合装置的充气筒内充入预设压强的气体。
[0030]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0031]本专利技术公开一种金属微颗粒与气体混合过程成像装置，所述装置包括：纳秒激光器、混合装置、X射线产生装置和IP成像板；所述纳秒激光器用于向所述混合装置的顶部输出纳秒激光脉冲；所述X射线产生装置、所述混合装置和所述IP成像板沿X射线的出射方向依次设置。本专利技术利用纳秒激光驱动冲击压缩的方式，产生微喷过程，在充气的混合装置实现微喷射的金属微颗粒与气体的混合过程的创造，并利用X射线背光成像方法实现该过程的记录。
[0032]同时，本专利技术采用了有机玻璃材质充气筒结构，并采用金属封盖和金属样品的双层结构，保证了充气筒中气体的密封，并能够实现强激光驱动冲击波由金属封盖向研究样品金属中传播，在样品金属
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气体界面形成微物质喷射并与气体发生混合。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0034]图1为本专利技术实施例提供的一种金属微颗粒与气体混合过程成像装置的结构示意图；
[0035]图2为本专利技术实施例提供的一种金属微颗粒与气体混合过程成像装置的工作原理图；
[0036]图3为本专利技术实施例提供的成像结果示意图。
具体实施方式
[0037]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0038]本专利技术的目的是提供一种金属微颗粒与气体混合过程成像装置及方法，以实现金属微颗粒与气体混合的物理过程的创造并能够开展动态的高精度记录。
[0039]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属微颗粒与气体混合过程成像装置，其特征在于，所述装置包括：纳秒激光器、混合装置、X射线产生装置和IP成像板；所述纳秒激光器用于向所述混合装置的顶部输出纳秒激光脉冲；所述混合装置用于容纳金属样品与气体，并且在所述纳秒激光脉冲的作用下使金属样品在金属样品与气体界面处形成微物质喷射，喷射出的金属微颗粒与混合装置内的气体发生混合；所述混合装置和所述IP成像板依次设置在所述X射线产生装置产生的X射线的出射方向上；所述X射线产生装置和所述IP成像板分别位于所述混合装置的两侧；所述X射线产生装置用于向所述混合装置发射X射线，对所述混合装置内进行的金属微颗粒与气体的混合过程进行X射线背光成像；所述IP成像板用于记录X射线背光成像的成像结果。2.根据权利要求1所述的金属微颗粒与气体混合过程成像装置，其特征在于，所述混合装置包括充气筒和金属封盖；所述金属封盖与所述充气筒密封连接；所述充气筒内充有气体；金属样品粘接在金属封盖上，所述金属样品与所述充气筒内的气体形成金属
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气体界面。3.根据权利要求2所述的金属微颗粒与气体混合过程成像装置，其特征在于，所述充气筒的材料为有机玻璃。4.根据权利要求1所述的金属微颗粒与气体混合过程成像装置，其特征在于，所述X射线产生装置包括皮秒激光器和金属微丝背光靶；所述皮秒激光器输出的皮秒激光脉冲作用到金属微丝背光靶的表面，与金属微丝背光靶相互作用产生X射线。5.根据权利要求4所述的金属微颗粒与气体混合过程成像装置，其特征在于，所述皮秒激光脉冲的脉宽为1～10皮秒，皮秒激光脉冲的光斑直径为50微米，金属微丝背光靶的直径为10微米，金属微丝背光靶的指向与皮秒...

【专利技术属性】
技术研发人员：辛建婷，席涛，于明海，梁榉曦，何卫华，赵永强，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院激光聚变研究中心，
类型：发明
国别省市：