1.冲击波
爆炸、撞击等过程中,介质中产生的扰动强烈,质点的运动速度很高,振幅很大,产生的压力很高。如果扰动的传播速度高于波速,介质中就会形成冲击波。介质受到扰动时,扰动的位置可以看作波源。当扰动较小时,介质中质点的振幅比较小,扰动在介质中以波的形式传播,波形不随时间改变。如果扰动比较强烈,其波形随着时间会发生演变。例如,空气中高速运动的正方形金属板,板的前方空气受到强烈的压缩,密度、压强都很高,而板的后方空气发生膨胀,密度、压强都较低。这两种扰动在空气中传播时,压力的空间分布随时间的演变是不同的。对于板的后方区域,产生的是膨胀波,波头的压力高于波尾,波头的传播速度高于波尾。随着时间的推移,波头和波尾的距离越来越大,空间的压力差越来越小,压力逐渐趋于均匀。可见,膨胀波在产生一段时间后就会消失。板前方产生的是大幅度的压缩波,其波头压力低,波尾压力高,波尾的速度高于波头。压缩波产生后,波头和波尾的距离逐渐缩小,直至两者同步运动。这时的压缩波具有很陡的波阵面,形成了冲击波。在冲击波波阵面的前后,空气的压强、温度和密度发生了不连续的跃变。利用冲击波也可产生高压,为动态高压。冲击波的性质决定了动态高压具有压强高(103GPa)、持续时间短(1~10μs)等特点。由于作用时间短,动态高压往往伴随着高温。此外,动态高压的测压精度很高,在710GPa时误差小于3%,可用来对静态高压测量作定标。
2.动态高压发生装置
(1)爆炸法:火药爆炸时可产生爆轰波,但在其波阵面后面有化学反应发生,情况复杂。在火药爆炸的最初阶段的短时间内,爆轰波作用到材料上的压力急剧下降,当它传播一定距离后压力变得比较稳定,压力下降非常缓慢。实验证明,在此后的很大范围内,爆轰波压力保持为一定值,且无化学反应,因此可以认为是冲击波。不同种类火药产生的冲击波不同,同一种火药作用于不同材料时产生的压力也不同,冲击阻抗大的材料(如Au、Cu和W)产生的压力高。通常爆炸法的发生装置包括:平面波发生装置、柱面波发生装置和球面波发生装置。(www.daowen.com)
(2)压缩磁场技术:利用压缩磁场技术也可产生冲击波,金属管内存在磁场的情况下,引爆外围的火药,使外部金属管向中心轴压缩,管壁做切割磁力线运动,内部产生感生电流。感生电流的磁场与原磁场方向相同,以保持管内的磁通量不变。钢管内的磁场是这两个磁场的叠加,磁感应强度随时间迅速增加。铜管内部磁通量的巨大变化在管壁上激发出感生电流,此电流受到压缩磁场的作用力而使铜管向中心收缩,在样品处产生高压。因为磁场变化是以光速传播的,所以当外部金属管收缩时,样品就承受铜管的压力。利用这种方法,样品的压力上升是连续的,而不是阶梯式的。
(3)强电流收缩方法:两根平行导线通以同方向电流时相互吸引。与压缩磁场法类似,管中样品所能达到的最高压强不受样品冲击阻抗的限制。利用这种方法在17.2GPa压强下合成了金刚石,在18.2GPa压强下合成了立方氮化硼。
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