在模拟研究星体特性和惯性约束核聚变(ICF)中通常需要知道氢、氦及其同位素高温高压状态方程,因此氢、氦及其同位素在极端条件下的物理性质一直是基础研究中非常关注的前沿课题之一。氢、氦高温高压状态方程通常利用冲击压缩技术对样品室中液态样品加载到高温高压状态而获得,国外在1984年利用轻气炮加载技术实验测量了液氦高温高压状态方程,冲击压力达56GPa。国内虽然在初始温度293K和初始压力1.2MPa下对氦气的物态方程进行了研究,但是根据Rankine-Hugoniot关系,提高初始密度可获得更高的冲击压强,因此研制一种液氦温度低温靶及系统,对于国内开展氢、氦及其同位素高温高压状态方程的实验研究非常重要。　　 本研究课题针对上述目的,研制了一种与国内二级轻气炮配套的液氦温度低温靶。根据冲击压缩实验要求,液氦温度低温靶必须保证样品室中液态样品在几分钟内均匀稳定,为了研究稳定状况和减压降温过程中温度的均匀性,本研究首次针对液氦温度低温靶开展了热特性研究,计算结果与实验结果吻合较好。主要工作内容包括:　　 1.根据冲击压缩实验的要求,在现有文献资料的基础上确定了持续流减压降温的制冷方案;通过对液氦温度低温靶热力学系统的分析,选择了独立高真空夹层与气冷屏结合的绝热措施并设计了液氦温度低温靶的结构。　　 2.真空度是液氦温度低温靶能否达到设计要求的一个非常重要的指标,为了使液氦温度低温靶的真空达到设计的要求,对低温环境中真空密封进行了探索,摸索和总结出一套适合低温环境的真空密封结构设计和工艺,并可为以后的低温真空结构设计提供借鉴。　　 3.为了研究液氦温度低温靶的绝热性能,首次针对液氦温度低温靶建立了数值模型,利用Fluent软件计算获得了液氦温度低温靶各个部件的温度、液氦温度低温靶和液氦池体的热负载,并分析了样品室中样品温度均匀性等问题。　　 4.针对减压降温过程对样品温度均匀性的影响,首次建立了减压降温模型,并利用Fluent软件进行了数值模拟,为了修正Fluent软件中多相流模型的缺陷,从蒸发机理出发利用用户自定义函数(UDF)完善了多相流模型的控制方程,计算分析了减压降温过程中样品温度均匀性问题。而且首次研究了不同液氦池体壁面材料对减压降温过程中样品温度的影响。　　 5.针对计算结果的准确性和液氦温度低温靶的实际性能,建立了一套与液氦温度低温靶配套的低温系统,并在该系统上开展了一系列实验,分别对液氦温度低温靶的各项技术要求进行了研究,包括:密封性能、最低温度、温度稳定度以及减压降温过程,获得了如下结论:计算结果与实验结果基本符合；所研制液氦温度低温靶的各项指标符合要求,完全能够满足液氦冲击压缩实验的要求。并且该液氦温度低温靶首次在二级轻气炮上进行了动态压缩实验,获得了满意的效果。　　 6.为了获得开展液氦温度及以下温区的研究工作必要的知识和经验,本文作者在攻读博士学位期间赴德国马普协会物理研究所开展了超导温度计的研究,获得了可重复的15±8mK相变温度。