一种炸药热点形成过程的X光多分幅成像诊断方法技术

本发明专利技术公布了一种炸药热点形成过程的X光多分幅成像诊断方法。该诊断方法是在大型激光装置上利用激光烧蚀冲击炸药起爆和X光背光照相开展炸药起爆机制研究。采用X光背光孔洞靶打靶的方式，用高功率密度纳秒脉冲激光驱动金属材料产生冲击波，从而加载炸药样品起爆；同时利用多路纳秒激光依次打击背光靶产生多个纳秒X光脉冲穿透炸药样品的孔洞，并通过高时间分辨的X光分幅相机对炸药孔洞塌缩过程的形貌变化进行测量，获得炸药孔洞塌缩热点形成的图像。该诊断方法可以直接获得超高时间分辨的炸药孔洞塌缩过程演化图像，为研究炸药热点形成机制和反应区演化过程提供了一种新方法。成机制和反应区演化过程提供了一种新方法。成机制和反应区演化过程提供了一种新方法。

【技术实现步骤摘要】
一种炸药热点形成过程的X光多分幅成像诊断方法


[0001]本专利技术属于爆轰物理中炸药在冲击作用下的起爆机理研究领域，具体涉及一种炸药热点形成过程的X光多分幅成像诊断方法。

技术介绍

[0002]弹药的不敏感性一直是国防工业技术发展中备受关注的问题，研制高能低感炸药是实现不敏感弹药的关键技术。随着对高能钝感炸药的广泛深入研究，晶体特性对炸药的性能，如感度、安定性等有着重要影响。而冲击加载下热点的形成机制是研究炸药的晶体特性的关键要素，对炸药的点火反应及起爆机理至关重要，也是安全性及爆轰物理领域中长期重点关注、但尚未清晰认识的前沿问题。
[0003]一般认为炸药在加载状态下的孔洞塌缩是形成热点的主要机制，但由于炸药本身结构的多样性和热点形成演化的复杂性，同时冲击加载下热点的形成和演化过程发生在一个极短的时间尺度和极小的空间尺度中，使得目前只能通过分子动力学、有限元分析等数值计算方式对孔洞塌缩和热点形成机制进行模拟，缺少实验手段对炸药孔洞塌缩形成热点的过程进行直接诊断。
[0004]因此，亟需设计一种实验方法，对炸药热点形成过程进行直接观察，对数值模拟结论进行实验验证。

技术实现思路

[0005]为达此目的，提出了一种炸药热点形成过程的X光多分幅成像诊断方法。
[0006]一种炸药热点形成过程的X光多分幅成像诊断方法，具体包括如下步骤：
[0007]S10制备一个带圆柱通孔的长方体炸药样本，选取与圆柱通孔轴线相平行的一个面为加载面，在该加载面上粘贴一层金属薄膜；
[0008]S20提供一个金属平面靶作为背光靶，将所述背光靶置于炸药样本一侧，所述背光靶中心位于圆柱通孔轴线上；
[0009]S30在炸药样本另一侧，同样在圆柱通孔轴线上放置一台可多倍放大的、多针孔成像的X光分幅相机作为图像采集设备；
[0010]S40以1束高功率密度的纳秒脉冲激光作为驱动束，注入到炸药样本加载面的金属膜上，产生冲击波加载炸药材料，所述冲击波达到圆柱通孔位置时引发孔洞塌缩；其中激光注入到金属膜的时刻为时间零点T0；
[0011]S50在T0时刻之后，将具有时间序列的多束高功率密度的纳秒脉冲激光作为背光束，依次入射到背光靶上，从而产生一系列具有时间序列的纳秒X光脉冲；
[0012]S60所述步骤S50中产生的系列纳秒X光脉冲依次通过正在塌缩的孔洞，形成塌缩过程的动态图像，并由X光分幅相机记录下来，从而获得具有纳秒级时间分辨的炸药孔洞塌缩过程演化图像。
[0013]可选的，长方体炸药样本的尺寸为2000μm
×
2000μm
×
1000μm，圆柱通孔孔径为100
μm～300μm，圆柱通孔距离加载面的距离为500μm。
[0014]可选的，所述加载面上的金属膜为Al膜，所述Al膜厚度为10μm～100μm。
[0015]可选的，所述背光靶尺寸≥背光束束斑尺寸，材料为Cr、Mo或者V等金属。
[0016]可选的，驱动束的脉冲激光能量为100J～2000J，脉宽为0.5ns～3ns，焦斑尺寸与加载面匹配。
[0017]可选的，背光束的脉冲激光的能量为800J，脉宽为1ns，焦斑尺寸直径0.8mm；背光束入射到背光靶的时刻比驱动束延迟10ns～100ns。
[0018]本专利技术有益效果：提供了一种炸药热点形成过程的X光多分幅成像诊断方法，其优势在于：在大型激光装置中使用多束高功率短脉冲激光轰击背光靶，可以获得一个具有一定时间序列的纳秒X光脉冲光源。以该光源对炸药对冲击加载下的炸药孔洞塌缩和热点形成过程进行高速X光背光照相，使用具有10ps时间分辨率的X光分幅相机作为记录设备，可以直观的获得具有纳秒时间分辨和微米空间分辨的炸药孔洞塌缩热点演化图像，为炸药热点形成机制提供了实验论证手段。
附图说明
[0019]图1为本专利技术提供的长方体炸药样本结构示意图；
[0020]图2为本专利技术提供炸药热点形成过程的X光多分幅成像诊断方法的实验排布示意图；
[0021]图3为本专利技术获得的炸药热点形成过程的X光图像；
[0022]图中：1.炸药样本，2.圆柱通孔，3.Al膜，4.背光靶，5.X光分幅相机，6.驱动束，7.背光束。
具体实施方式
[0023]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述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，在不付出创造劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合具体实施方式和图1～图3，对本专利技术做进一步详细说明。
[0025]实施例1
[0026]如图1所示，制备一个带圆柱通孔的长方体炸药样本，选取与圆柱通孔轴线平行的某一个面为加载面，在加载面上紧贴一层金属薄膜，例如Al膜。长方体炸药样本尺寸为(2000
×
2000
×
1000)μm，晶体上的圆柱通孔的孔径为可选择(100～300)μm，本实施例为200μm，并且圆柱通孔轴线垂直于(2000
×
2000)μm的表面；圆柱通孔轴线与加载面的距离为500μm，加载面上紧贴的金属Al膜为厚度可为(10～100)μm，本实施例选择50μm的Al膜作为驱动束的照射面。
[0027]利用Cr、Mo或V等金属材料制作一个背光靶，背光靶尺寸≥背光束束斑尺寸。本实施例中，背光靶尺寸为直径2mm，厚度300μm，材料选取金属Mo；将背光靶置于炸药样本左侧，并且背光靶的中心位于圆柱通孔轴线上，背光靶与圆柱通孔的距离必须保证背光束能照射
到背光靶面向炸药材料的靶面上。在炸药样本右侧，同样位于圆柱通孔轴线上放置一台放大倍数为15倍、多针孔成像的X光分幅相机作为图像采集设备；背光靶、炸药样本和X光分幅相机的具体排布位置如图2所示。
[0028]以1束能量100J～2000J，脉宽为0.5ns～3ns，焦斑尺寸与加载面上的Al膜相匹配的激光为驱动束，注入到Al膜上，将激光注入到Al膜的时刻为时间零点T0；该驱动束作用在Al膜上产生冲击波，冲击波加载炸药样品。当冲击波达到通孔位置时会导致圆柱通孔塌缩；本实施例中驱动束能量为300J、脉冲宽度3ns、焦斑尺寸直径2mm，该焦斑尺寸不能小于加载面，小了则产生的冲击波为非平面。
[0029]将3束能量800J、脉冲宽度1ns、焦斑尺寸直径0.8mm的激光作为背光束以一定的时间序列依次注入到背光靶上产生一系列的纳秒X光脉冲，其注入到靶点的时间分别落后零点T0的时间为32ns、41ns、46ns。当然为了获得更为丰富的圆柱通孔塌缩细节，可以加大背光束的投射数量，将更多束的背光束以某一时间序列注入到背光靶上。
[0030]上述一系列的纳秒X光脉冲依次通过正在塌缩的圆柱通孔，形成塌缩过程的动态图像，并由具有10ps时间分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种炸药热点形成过程的X光多分幅成像诊断方法，其特征在于，所述方法具体包括如下步骤：S10制备一个带圆柱通孔的长方体炸药样本，选取与圆柱通孔轴线相平行的一个面为加载面，在该加载面上粘贴一层金属薄膜；S20提供一个金属平面靶作为背光靶，将所述背光靶置于炸药样本一侧，所述背光靶中心位于圆柱通孔轴线上；S30在炸药样本另一侧，同样在圆柱通孔轴线上放置一台可多倍放大的、多针孔成像的X光分幅相机作为图像采集设备；S40以1束高功率密度的纳秒脉冲激光作为驱动束，注入到炸药样本加载面的金属膜上，产生冲击波加载炸药材料，所述冲击波达到圆柱通孔位置时引发孔洞塌缩；其中激光注入到金属膜的时刻为时间零点T0；S50在T0时刻之后，将具有时间序列的多束高功率密度的纳秒脉冲激光作为背光束，依次入射到背光靶上，从而产生一系列具有时间序列的纳秒X光脉冲；S60所述步骤S50中产生的系列纳秒X光脉冲依次通过正在塌缩的孔洞，形成塌缩过程的动态图像，并由X光分幅相机记录下来，从而获得具有纳秒级时间分辨的炸药孔洞塌缩过程演化图像。2.如权利要求书1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹柱荣，黎宇坤，储根柏，马骁，李丽灵，景龙飞，张璐，涂少勇，马云灿，陈韬，车兴森，杜华冰，张志宇，詹夏宇，孙亮，刘浩，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：