Page 7 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 黄海军，等： 氟化铅高压声速研究：高阻抗标准窗口的发现 第 11 期

面能够反射激光信号，即可以利用 DISAR 测量样品中的冲击波速度。图 4(b) 为实验 0627 中 PbF 样品
2
内冲击压力为 150.6 GPa 时 DISAR 记录的信号。图 4(b) 中的插图清晰呈现了冲击波经过消光膜界面时
引发的小扰动。由于 PbF 窗口引入了额外的光程，DISAR 测量的是表观冲击波速度 D ，与真实冲击波
2
a
速度 D 的关系为 D =D /n，其中 n 为 PbF 的折射率。基于本文的测量结果，PbF 对波长为 1 550 nm
s
2
2
a
s
（DISAR 的工作波长）的光的折射率测定为 1.716(3)。2 种方法测量的冲击波速度可以相互校验，提高了
冲击波速度测量的准确性。
t

L t c
c s
D s
L
c f
Δt c
t 1
D f
Δt 1
t 0
Flyer O Sample 1 Sample 2 x
图 3 拉格朗日坐标系下的波系相互作用
Fig. 3 Wave interactions in Lagrangian coordinates

以上是冲击波速度测量的基本原理，利用 0
上述装置还可以同时测量声速。当飞片内的冲 (a)
击波向左传播到飞片后界面时，会反射一个向右 −0.5
传播的中心稀疏波，如图 3 所示。在压缩区域， U/V −1.0 558.1 nm
该稀疏波的波头以声速在飞片和 PbF 内传播， 583.6 nm
2
并最终于 t 时刻在样品内追赶上冲击波。这时， −1.5 610.8 nm
c
636.4 nm
高温计和 DISAR 会显示光谱辐射亮度以及冲击 12
波速度发生明显降低，如图 4 所示，图中 U 为信 (b)
号的电压。在拉格朗日坐标系中，PbF 样品内的 8 11.5
2
11.4
c L 可由下式给出： 11.3
声速 s D a /(km·s −1 ) D a /(km·s −1 ) 11.2
L
c = D s ( ) (2) 4 11.1
11.0
s
1−[d f /(t c −t 0 )] 1/D f +1/c L f 2.77 2.78 2.79 2.80
t/μs
t 0 t 1 t c
式中：d 为飞片的厚度。 0
f
2.4 2.6 2.8 3.0 3.2 3.4
c E =ρ c L /ρ ， t/μs
欧拉坐标系中，样品中的声速 s s0 s s
其中 ρ 为样品的初始密度，ρ 为样品的压缩密 图 4 实验 0627 的观测信号
s
0
s
度。本文选用钽（Ta）和铜（Cu）作为飞片材料，这 Fig. 4 Typical experimental results for experiment 0627
2 类材料的 Hugoniot 数据和声速数据已被系统、
完备表征。表 1 汇总了 Ta 和 Cu 的 Hugoniot 参数 [31] 。材料不发生相变时，冲击波速度 D 和粒子速度
[32]
u 满足线性关系：D=c +Su ，c 和 0 S 为 Hugoniot 参数。图 5 汇总了 Akin 等 、Xi 等 、Brown 等 、Hu 等 、
[6]
[34]
[33]
p
0 p
俞宇颖等 [35] 和 Rigg 等 [36] 报道的 Ta 的声速实验数据，同时给出了 Cu 的声速最新测量结果 [16] 。当压力
p 高于 140 GPa 时，Cu 的声速数据出现明显的分散性。因此，本研究以铜作为飞片时，严格控制冲击压
力低于 140 GPa。依据飞片的 Hugoniot 参数（表 1）和阻抗匹配法 [31] ，可计算样品的粒子速度 u 、冲击压
p
力 p 和压缩密度 ρ 。
H
s
111001-4