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物态方程是高能量密度物理领域的研究重点,对于认识极端条件(高温、高压)下材料的热力学性质有着重要的意义。利用冲击波加载材料,是实验室中形成高能量密度状态的有效途径。物态方程是指物质的压强、体积和温度的关系。在以往的冲击波加载实验中,对冲击波的压强和速度等动力学量已经建立起了成熟的测量方法,但是对于冲击温度的测量,由于温度本身的复杂性和对测量仪器的要求较高,而较少开展。 本文将介绍一种光学高温计和VISAR联合诊断材料冲击温度的方法。文中的高温计采用光学摄谱仪分光,条纹相机记录光谱,具备谱分辨1nm、时间分辨10ps的诊断能力,可以有效的测量极短时间内冲击辐射的变化过程。在SOP测量自发辐射谱的同时,由VISAR获取自发辐射的发射率。VISAR对发射率的诊断由探针激光实现,探针光打到辐射层上,一部分能量被吸收,剩余能量被反射,辐射的发射率就包含在反射的探针光能量变化中。于是通过高温计和VISAR的联合诊断,就可以同时获取冲击辐射的辐射光谱和发射率。 在计算中,采用灰体辐射的假设,认为冲击辐射来自冲击波面。实验探测的辐射光谱和发射率反映着冲击波面的辐射特性。在灰体辐射的假设下,根据SOP和VISAR给出的数据,并结合标定的结果,可以计算得到冲击温度。同时在VISAR的图像中可以读出冲击波突出台阶和基底的时间差,计算得到冲击波速度,于是可以给出冲击温度与冲击波速度的关系。这对于Hugoniot物态方程研究是十分有价值的。 本文通过测量冲击波在金属材料自由面的辐射,对联合诊断的方法进行了验证。实验发现,冲击突出靶背(shock breakout,SBO)时的温度与SESAME库中Hugoniot温度接近,说明了联合诊断方法的可靠性和合理性。但是由于金属是不透明的,只有在冲击波到达靶背自由面时辐射才能被探测到,与此同时冲击波迅速发生卸载。由于测量系统的时间分辨有限,测量的SBO时刻辐射不可避免地会受到卸载等离子体的影响。本文采用了一种近似方法考虑等离子体的影响,即将等离子体对辐射光谱的吸收包含在VISAR探测的发射率中,实验结果(测量的SBO温度与SESAME冲击温度接近)表明这一近似是有效的。