基于Z箍缩X射线源的热-力学效应实验*

张朝辉，张思群，任晓东，王贵林，黄显宾，周少彤，王昆仑，徐 强，蔡红春

（中国工程物理研究院流体物理研究所，四川 绵阳 621999）

强脉冲X射线照射到材料表面时，较低光子能量的X射线由于穿透能力弱，容易被物质吸收，因此会在物体表层瞬时沉积大量的能量，形成高温度梯度和高压力梯度，进而产生非定常的应力波传播，即热激波[1-3]。当热激波传播到材料的自由面时卸载形成反射稀疏波，回传的稀疏波与热激波的稀疏段相互作用产生拉伸应力，当这种拉伸应力超过材料的动态断裂强度时，会引起层裂破坏。X射线诱发的热激波和层裂破坏等效应称为材料响应。足够高能注量的X射线还会使表层物质熔化、汽化，出现反冲喷射现象，反冲喷射一方面也会在材料中形成热激波，另一方面将对整体结构施加一个冲量载荷，使结构体产生动态应变、弹塑性变形和动屈曲等一系列的结构响应[3-5]。X射线在材料和结构中引起的这一系列热物理和力学的响应统称为X射线的热-力学效应[5]。

X射线热-力学效应的研究与应用主要集中在军事领域，如战略武器与航天器在极端X射线辐射环境中的加固设计以及生存能力评估等问题[6]，此外，在天体物理、行星科学以及近地目标抑制等领域的研究中也有一定的应用[7]。自20世纪60年代，国外便开始重视对X射线热-力学效应的研究，由于在实验室条件下难以创造出所需的强脉冲X射线源，因此逐渐发展了多种模拟加载技术[8]，如利用化爆来模拟X射线产生的喷射冲量载荷开展结构响应研究[8-9]，利用强流电子束来模拟X射线引起的热激波等材料响应[10-11]。……