冲击压缩状态下液态一氧化碳和氮混合物的发射光谱

冲击压缩状态下液态一氧化碳和氮混合物的发射光谱 Vo1l 29 ,No1 4 ,pp8652868 第 2 9 卷 , 第 4 期 光 谱 学 与 光 谱 分 析 Ap ril , 2009 2 0 0 9 年 4 月Spect ro scop y a nd Spect ral A nalysi s 冲击压缩状态下液态一氧化碳和氮混合物的发射光谱 1 ,2 1 1 ,2 2 ,3 3 3 3悦, 易鹏飞, 陈先猛, 刘福生, 张明建, 郑雪萍, 薛学东 孙 610065 1 . 四川大学原子分子物理研究所 , 四川 成都 612900 2 . 中国工程物理学院流体物理所 , 四川 绵阳 3 . 西南交通大学高温高压物理所 , 四川 成都610031 - 1 摘 要 利用二级轻气炮驱动铜飞片以 21 21 km 〃s 的速度撞击铝合金低温靶 , 产生速度为 181 76 km 〃 - 1 s 的一维冲击波作用于等比例冷凝的一氧化碳和氮均匀混合液体样品 。同时 , 借助增强光电耦合传感器及 瞬态摄谱技术捕获到冲击压力为 331 5 GPa 下样品完全离解成等离子体时的线状光谱 。 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 这些数据可知 , 文章所述的六通道光谱系统能可靠地测量和 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 介质的冲击压缩2发光过程 ; 其中主要产物的发射谱线 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明 , 一氧化碳和氮均质体已经发生了化学反应和相变 。此外 , 与中心波长较高的谱线强度相比 , 488 nm 通道 的光谱强度明显较高的事实 , 也证明高密度碳氢液体在冲击压力作用下确实存在从“光学薄”到“光学厚”的 转变 。 关键词 液氮 ; 一氧化碳 ; 混合物 ; 冲击压缩 ; 发射光谱 () DOI : 101 3964/ j1 i ssn1 100020593 20090420865204 中图分类号 : O43 文献标识码 : A () 谱研究的难点 : 1非金属样品的光发射率很低 , 闪光与 IC2 [ 10 ] ( ) CD 快门同步困难 ; 2含碳介质的高压相变可能导致不 引 言 [ 11 ] 透明度突变 。本文以二 级轻气炮为核心组建瞬态 光谱测 冲击压缩技术是目前实验室内研究高温高密度物性的最 量系统对等比例的 CO2N混均液体样品 进行冲击压缩 , 以 2 [ 1 ] 有效方法 。但随着温度 和压力的升高 、产物维度的增大 、 () 获取较高压力点 约 30 GPa的 H ugo nio t 和瞬态光谱信息 。 相界的增多以及粒子间相互作用的加剧 , 常规测量和数据处 理方法的不确定性也逐渐增大 。为此 , 瞬态光谱测量技术被 1 实验方法 引入动高压实验 , 并在冲击压缩产物特性研究和精密光测试[ 224 ] 技术等方面 取 得 了 明 显 的 进 展 。但 是 在 不 同 初 始 状 态 、 利用二级轻气炮加速铜飞片并与铝靶基板碰撞 , 所产生 [ 5 , 6 ] [ 7 ] 终态压力 和样品成分 条件下的冲击压缩光谱研究却鲜 的透射冲击波直接作用在混均的液体样品上 ; 则样品的状态 [ 1 ] 见报道 。可由 H ugo nio t 关系描述 ( ) ( ) 一氧化碳 CO和氮 N都是研究复杂碳氢体系高温高 2 - uup 0)( 1 1 -V = V 〃 H 0 u- us 0密度特 性 的 理 想 分 子 , 具 有 等 外 层 电 子 的 简 单 结 构 [ KK 2 3 2 2 2 2 ρ( ) ( )( )2 uP- P= 〃u- u〃u- 0 (σ) (σ) (π ) (π H 0 0 s 0 p ) (σ ) ( 2s 2 py 2 px 2 p ] 、液态密度 01 793 vs 01 808 2s - 3 [ 8 ] [ 2 ] ρus , up , P , V , 和分别表示冲击波速度 , 粒子速度 , 压 式中 ) ( ) g 〃cm 和沸点 811 5 vs 771 0 K、以及极为近似 的低 [ 6 ] 强 , 体积和密度 , 下标“H”和“0”分别表示冲击压缩过程的终 压 H ugo nio t s , 故常用于高温高密度下液体混合物的建模 。 态和初态 。通常 u用冲击波探针实验测量 , 而 u由测得的( ) s p 更为引人瞩目的是 , 通过控制临界温度 1341 2 vs 1261 6 K[ 1 ] 飞片速度 w 及自由面速度倍增定律 估算附近的沸腾状态即可实现非接触动态混合获得含碳量可调的 [ 6 , 8 ] ( )3 up ? w/ 2 低温均质系统 。 根据 Planck 定律 、Va ne 近似和不等权 最小二乘法 , 利连续介质在强冲击压缩下将产生瞬时 高温 及 全 物 质 光 [ 9 ] [ 12 ] 谱 , 其中的可见光部分携有丰富的产物组分 、结构和能态 用光纤反射原理 可预估等离子体的辐射温度 T 和液样等 [ 3 ] 跃迁等微观信息 ; 如何捕获 、并给予合理的解析是冲击光 ε(ε)效灰体的发射率取?01 08 收稿日期 : 2007212212 , 修订日期 : 2008203216 ( ) 基金项目 : 国家自然科学基金与中国工程物理学院科学基金联合项目 N SA F : 10576020资助 e2mail : wl sl @e mail . scu . edu . cn 作者简介 : 孙 悦 , 1956 年生 , 四川大学原子分子物理研究所副研究员 () 1 1 b 配器用研华 PCL2813B 12 bit , 32chA/ D 板 ; 计算机用安装 = -TT c0 2 ( ) Windo w s 系统的 PC P ?2800/ 512/ 40; 最终标定 的 六 道 光 α- 6 - 7 ε = e ( )4 测系统的平均响应时间在 10 ,10 s 。 [ 4 ] [ 5 ] 其中 T 和 T 分别为冲击压缩温度和液样的初始温度 ; c为0 2 图 2 是为测量冲击光谱 而改进的低温靶 示意图 。其 α Pla nck 第二辐射系数 ; 是微调常数 ; 而待求的回归系数 b中螺旋紧固芯将光纤端面以适当压力与蓝宝石窗紧密接触 , [ 12 ] 可由正规矩阵方程计算 。并预留气样和热电偶的传输通道 ; 样品室碰撞面的内侧面做 [ 4 ] 图 1 是本实验测试系统的示意图 。当高温高压冲击波直 “发黑”处理 。此外 , 碰撞面与靶体的一体化 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 有利于减 [ 13 ] ()接 磁测速系统可确保飞片碰撞速度的精确性和可靠性 小平行 、同心和密封等不确定性 。 (作用于 CO2N混合均质液样 冷凝制样 、气泡混均及物相检 2 ( ) 在每次实验前均需用标 准光源 WB R204 , 30A 标定光 [ 6 ] ) 测方法确保其均匀性和可重复性 时 , 低温液体中的冲击 谱系统 , 见表 1 。二级轻气炮测量系统的精度由检定周期和 [ 2 ] [ 5 ] 波速度用同轴探针 精密测量 ; 强烈的冲压2热效应将导致 模拟实验保证 。 介质电离 , 形成发光等离子体 ; 其中可见光部分用光纤导出 [ 14 , 15 ] 并馈送至同步装臵 和 ICCD ; 信号在光谱仪中被色散后 Ta ble 1 Cal ibrated para meters f or the spectrogra ph 形成光谱 , 并被计算机系统采集和处理 。 ΩReco r d ti me Wi re’s No1 Wa vele ngt h/ n m Vol t / mV Mat2Re s/ k 1 850 261 4 10 6 :30 331 2 2 667 10 6 :30 3 550 191 1 10 5 :20 101 2 4 488 10 6 :10 5 532 141 3 10 5 :30 141 8 6 633 10 6 :00 2 实验结果与讨论 Fig1 1 Principle diagra m of shock compressed CO2N2 [ 12 ] 1 : Projectile ; 2 : L a unch t ube ; 3 : Coil ; 4 : Cr yo2t ar get ; 5 : Sapp hi re ; () ( ) 根据 1, 4式及求时间平均 的方法可求出 CO2N 26 : Pro be s ; 7 : Ca ble ; 8 , 9 : O scillo grap h ; 10 : Fi ber ; 11 : ICCD a s2 混合液样的 H ugo nio t s , 见表 2 。图 3 是 CO2N低温 混合液 2 se mbl y ; 12 : Ga s Pip e ; 13 : Co nt roller ; 14 : Spect ro grap h ; 15 : N 2 体样品在冲击压缩过程中的全发射光谱 。 Sto rage Hol der ; 16 : CO2N Sto rage2Hol der ; 17 : A/ D ; 18 : Co mp ut22 er Table 2 Experimental Hugon iots of l iquid sample of CO2N2 Pa ra met er s Init & Re su - 3 ρ)( 01 81 / g 〃cm 0 T/ K 0 781 50 ?01 20- 1 ) 21 21 ( u/ km 〃s p - 1 ) ( 181 76 u/ km 〃s s P/ GPa 331 50 ?1 V / V 01 88 0 3 T/ K 5 600 ε3?01 08 Fig1 2 Cross2section of the target 1 : Screw co re ; 2 : Cr yo2t a r get ; 3 : Projectile ; 4 : Ther moco uple ; 5 : Fi ber ; 6 : Ga seo u ssa mple ; 7 : Li quid nit ro gen ; 8 : Rea r2co ver ; 9 : Cooli ng roo m ; 10 : Bracket ; 11 : Sapp hi re wi ndo w ; 12 : Sa mple cavit y 二级轻气炮是一维级联冲击增压装臵 , 其基本系统构成 ( 为测 量 飞 片 速 度 和 冲 击 波 速 度 的 记 忆 示 波 器 Tekt ro n2 ) ix TDS3032 , 精度 9 位 ; Tekt ro nix TDS684c , 精 度 1 %; 选 用的光学测试装臵为防过载光圈和自动饱和度控制的 ICCD ( ) 组件 P I2MA X : 1024 SD2182F G , 100 , 900 nm 、光 谱 仪 ( ) Sp ect ra Pro2275和专用数据处理软 件 ; 光信 号用聚丙烯酸 Fig1 3 Full spectrum in shock compressed CO2N2 ( ) 树脂石英单模光纤 Ø 11 1 mm , 200,900 nm馈送 ; 采样适 ( ) () ) 图 4 是冲击压缩 CO2N的光谱 。由图 4 明显的线状谱可 550 , 633 , 667 和 850 nm的 光 谱 。由 图 a, f 的 排 列 可 2 知 , 随着中心波长缩短 , 谱线强度有增长的趋势 ; 说明此时 知 , CO2N均质混合液样在高温高压冲击波作用下已经完全2 [ 4 ] ( : CO 和 N将 首 先 发 生 分 子 离 解 15 GPa/ 1 072 kJ 〃离解 介质存在光学“厚”到光学“薄”的渐变过程 。在 488 nm 通 2 - 1 - 1 ) 道中波长 516 nm 附近有一根强度很大 、可能属于铝合金靶 mol vs 30 GPa/ 942 kJ 〃mol , 主要产物是 C , O 和 N 。 ) ( 考虑 C 原子微观结构在高温高压下变化的多样性和复杂性 , 组分 [ Mg ?: 5161 734 3 , 5171 269 9 或 5181 361 8 nm ]的特[ 16 ] 征谱线 。由于该线谱的相对强度几乎是其他通道的 10 倍 , 例如同素异形体的金刚石 、石墨和无定形碳这些不同构形之 [ 9 ] 所以在图 4 的全光谱中相对强度较弱的有用线谱的高度被压 间复杂的相结构变化 , 主要的动力学行为是凝聚和沉降 。 缩 , 以至于难以辨读 。而图 4 按中心波长显示则可分别进行 而 O , N 和 C 的外层电子按外部压力升高的先后顺序被激发 - 1 () 识谱 。结果见表 3 。容易看出 , 表中出现概率最高的 依次是 跃迁 第一电离能 758 vs 940 vs 1 0861 5 kJ 〃mol , 并辐射 [ 13 ] ( ) ()( ) Al , Mg , C 和 O , 而 N 在 d中也出现了 。于是 , 可以预见的 出光能 ; 其中可见光部分可被光谱仪测量 。图 4 a, f ( 产物谱线均被本冲击压缩实验光谱捕获 。 是冲 击 压 缩 CO2N混 合 液 样 过 程 中 六 个 通 道 488 , 532 ,2 Fig1 4 Spectrum in shock compressed CO2N2 ( ) ( ) () ( ) ( ) () a: 850 n m ; b: 667 nm ; c: 633 n m ; d: 550 n m ; e: 532 n m ; f : 488 n m Ta ble 3 Cogn iza ble emission spectrometry at shock compressed l iquid CO2Nsa mple2 Ato ms/ n m Ato ms/ nm Ato ms/ nm Ato ms/ nm Ato ms/ n m Ato ms/ n m Fig1 4 a Al/ 281 Nd/ 430 Tl/ 535 Zn/ 636 - - b Al/ 277/ 628 Ni/ 347 Ti/ 368 C/ 427 Mg/ 518/ 528 O/ 772/ 775 c Mg/ 276 Al/ 398 C/ 427 Ag/ 528 Al/ 628 - d Al/ 278 Ni/ 342 N/ 417 Al/ 628 O/ 775 S/ 923 e Al/ 276/ 306 C/ 430 Al/ 628 Zn/ 636 Hf / 674 - f Mg/ 388 C/ 420 Bi/ 472 Cu/ 515 Zn/ 632 - () () 由表 3 和图 4 a, f 还可以看出 , 混合液样 CO2N的 , 本项目研究对促进瞬态光谱信息此前未见公开报道 。显然 2 低电子发射率可能是 N 和 O 谱线强度较低 、可识别谱线条 瞬态微测试技术的开发和原子分子物理学 、凝聚态物理学 、 天体 、地球物理学和爆炸化学等学科的发展都具有一定的意数不多的主要原因 。本文的研究涉及低温混合液体样品的制 备 、冲击压缩和光谱实验数据的测量等内容 , 所获得的高压义 。 参 考 文 献 ) ( ) ( ( [ 1 ] J IN G Fu2qia n 经福谦. 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Instit ute of High Pre ssure & High Temp erat ure Physic s , Xina n J iao to ng U niver sit y , Chengdu 610031 , China - 1 Abstract Driving a copp er p rojectile to imp act a cr yo2t ar get made of al umino us allo y at t he speed of 21 21 km 〃s wit h a t wo - 1 stage light ga s gun , a p roper o ne dimensio nal shockwave wit h a sp eed of 181 76 km 〃s wa s generated and directly act ed o n a unifo r m liquid in tar get , which wa s co ndensed by p ropo rtio nal ga seo us car bo n mo no xide a nd nit ro gen. At t he mea surement of Hugo nio t s , t he f ull linea r sp ect r um entirely di ssociat ed wit h t he pla sma under t he shock p ressure of 331 5 GPa wa s ca ught by t he use of intensified char ge co upled device a nd accurate sp ect ro grap hic technolo gy. Fro m t he a nalysi s of t he spect r um , t he aut ho r s kno w t hat t he t ransient spect ro grap h wit h six cha nnel s ca n be used to mea sure a nd reco r d t he co ur se of shock co mp re ssio n2ir ra2 dia ncy relia bl y , a nd t he emit ted sp ect ral lines of shock co mp re ssed p ro duct s indicated t hat t he t her mal di ssociatio n and p ha se t ra nsitio n had occur red i n ho mo geneo us liquid of CO2N.Furt her mo re , co mpa ring t he spect ral intensit y of lo wer cent ral wave2 2 lengt h wit h t hat of higher , t he f act of st ro nger intensit y of 488 nm al so validate s t hat cha nge s f ro m“op tic t hi n”to“op tic t hick” exi st indeed in dense hydroca r bo n liquid acted o n by shock p re ssure . Key words L iquid nit ro gen ; Car bo n mo no xide ; Mixt ure ; Shock co mp re ssio n ; Emi ssio n spect r um ( )Received Dec . 12 , 2007 ; accep ted Ma r . 16 , 2008