一直以来,氢及其同位素和氦等低Z气体高压物性研究是聚变和天体物理等工程和基础科学研究领域所关注的重要课题和前沿之一,而使用冲击波反射技术对预压缩气体进行多次冲击压缩是开展这些低Z气体高压实验的重要手段。这类实验通常采用304不锈钢基板+气体靶材+透明观测窗口构成的“三明治结构”多层介质靶,利用冲击波在阻抗比气体高得多的304不锈钢基板和光学观测窗口之间来回反射实现对气体的多次压缩,从而在低密度气体中获取聚变和天体物理所需高能量密度状态。在上述过程中,气体压缩状态的获取需要用到阻抗匹配分析方法,其数据精度强烈依赖于304不锈钢的卸载路径。然而,当前关于304不锈钢卸载路径的实验测量数据却十分稀缺,特别是在数百GPa的高压力区间。因此,在气体多次压缩实验数据处理中,科研人员通常是使用特定的卸载模型来计算304不锈钢的卸载路径,然后用于气体多次压缩状态阻抗匹配分析。显然,在计算中所使用的卸载模型能否准确描述实验压力范围304不锈钢的卸载过程对实验结果将起到至关重要的作用,模型的适用性和可靠性迫切需要实验数据的检验。为此,本文通过等熵膨胀方法对304不锈钢材料在178 GPa～318 GPa压力区间的卸载路径进行了实验测量,并根据实验结果对304不锈钢的卸载模型进行了考核验证,主要内容和研究成果归纳如下:(1)提出了基于等熵膨胀方法开展304不锈钢卸载路径测量的实验设计方案,即在304不锈钢后表面背负多个阻抗较低且呈梯次分布的标准材料,使得在单发实验中304不锈钢能够从同一初始冲击状态出发卸载到多个不同的压力状态(卸载压力因304不锈钢后表面背负的标准材料阻抗高低而不同),从而实现其等熵卸载路径的测量;(2)对实验设计中用到的几种不同阻抗材料(TC4、LY12、MB2和PMMA)的已发表Hugoniot数据进行了整理分析,对其是否可作为标准材料用于304不锈钢卸载实验进行了考察分析,并针对PMMA已有实验数据分散性较大的问题,重新设计实验对其6～51 GPa压力区间内的Hugoniot数据进行了精密测量;然后在此基础上对上述几种材料的冲击波速度-粒子速度曲线(即D-u线)进行了重新拟合,给出了新的拟合关系式,并提出了 304不锈钢卸载实验中阻抗匹配标准材料的选择搭配方式,为304不锈钢卸载实验卸载点的精确确定提供依据;(3)基于等熵膨胀方法开展了 304不锈钢卸载路径的实验测量,获取了从178 GPa、254 GPa和318 GPa这三个不同的初始冲击压力出发卸载到零压的三条等熵卸载路径。三个初始压力点跨越了 304不锈钢的固相、固-液混合相及液相等不同相区,可为卸载模型校验提供依据;(4)利用镜像线模型和特定等熵卸载模型对当前实验测量条件下304不锈钢卸载路径进行了理论计算,并以实验测量为依据,考察了这两种模型对304不锈钢卸载路径描述的适用性和可靠性,同时分析了冲击熔化的影响,取得了以下基本认识:第一,当卸载压力与卸载起始点压力(对应初始冲击状态)相差不太大时,镜像线模型能够再现实验测得的304不锈钢卸载路径;但随着上述压力差的增加,镜像线模型计算的卸载线开始逐渐偏离实验测量,而且这种偏离趋势随着卸载点远离卸载起点变得越来越显著。因此,当304不锈钢作为阻抗匹配标准用于冲击压缩实验时,只有当被测试材料与304不锈钢的冲击阻抗相差不太大时才能使用镜像线模型进行阻抗匹配求解。第二,无论304不锈钢的卸载起点位于固相区、固-液混合相区,还是液相区,本文所采用的特定等熵卸载模型对于描述304不锈钢卸载路径均具有较好的可靠性和适用性。因此,当304不锈钢作为阻抗匹配标准用于如低Z气体多次压缩这类阻抗严重失配的实验时,利用这种等熵卸载模型确定等熵卸载路径是适用的,也是可靠的,而且对于304不锈钢而言,在实验涉及的压力范围内,冲击熔化带来的影响基本可以忽略。