高原气候环境下基础设施结构混凝土材料强度、耐久性所面临的问题逐渐凸显,研究高原气候环境对混凝土性能的影响具有重要意义。通过低气压试验箱模拟95.0、70.7、57.6、47.0和38.7 kPa气压环境,测试了不同养护气压下水泥净浆的抗压强度、孔结构和物相组成。结果表明,在同一龄期时,随着养护气压的降低,水泥净浆的抗压强度逐渐降低,孔隙率逐渐增加,最可几孔径逐渐增大,过渡孔比例减小,毛细孔和大孔的比例增加,水化产物中的Ca(OH)2逐渐减少。此外,本文还分析了水泥净浆抗压强度与孔结构的关系,基于水泥净浆孔结构参数,建立了水泥净浆抗压强度预测模型。

高原低气压环境会影响气泡稳定性, 进而影响引气混凝土的孔结构和抗冻性。通过自建低气压搅拌装置, 研究了气压对新拌引气砂浆气孔结构的影响。结果表明: 气压降低会导致引气砂浆初始含气量降低, 气泡间距系数增大, 含气量经时损失增大, 孔结构劣化明显。低气压环境下引气砂浆孔结构劣化的主要机理是由于低气压加速了气泡体系的Ostwald熟化过程, 使得小气泡越来越小直至消失, 大气泡越来越大直至破裂, 气泡体系平均孔径增加, 加快了气泡体系的失稳速度。该研究结果对于理解低气压环境下气泡失稳机理和开发相应的稳泡技术具有指导意义。

高原地区的低气压环境对水泥基材料的干燥收缩与抗冻融性能等均有不利影响, 该环境下水分传输特性的改变是重要的影响因素。对不同水灰比的硬化水泥浆体开展了不同气压(101、60 kPa和20 kPa)与相对湿度(43%、98%)环境中270 d的等温暴露试验, 研究了低气压环境对硬化浆体中含湿量及化学结合水含量的影响, 并建立数值模型分析了低气压环境对水分传输特性的影响。结果表明: 在等温干燥环境中, 低气压环境会促进硬化浆体中水分散失, 并导致化学结合水含量的轻微下降; 在等温润湿环境中, 水分逐渐扩散进入硬化水泥浆体中, 使试件质量随暴露龄期呈对数增长, 环境气压降低会明显提升早期的质量增长速率与最终质量增加值。水分传输的数值模拟结果说明了低气压环境中水蒸气扩散系数、对流传质系数与硬化浆体的本征渗透率的增大是导致等温干燥和润湿过程水分传输行为的主要原因。

在恐怖袭击中，爆炸袭击为最常见的恐怖袭击方式，爆恐袭击已经严重威胁公众的日常生活，因此对爆炸物的检测越来越受到关注。通过激光诱导击穿光谱技术在空气和低气压条件下分别对RDX和TNT两种有机爆炸物进行检测，检测到原子谱线和分子谱线两种特征谱线，发现CN (421.3 nm)和C₂ （516.2 nm）是有机爆炸物最有研究价值的两条谱线。研究结果表明：谱线强度与样品分子式比以及分子结构有关，分子谱线比原子谱线更具有研究价值。与空气条件相比，低气压环境下RDX的相对标准偏差由5.1 %降低到1.8 %，TNT的相对标准偏差由15.7 %降低到2.7 %，低压环境可以有效提高LIBS检测有机物光谱的分析精密度，增加光谱分析准确性，为LIBS对有机爆炸物的检测和分析精密度提高提供了帮助。

激光诱导击穿光谱（LIBS）因具有实时快速、 多元素分析、 样品损伤性小等优势, 已成为检测未知物质元素组分以及相应元素含量的重要手段。 近期的一些研究表明, 百纳秒级别激光脉冲由于在确保有效击穿阈值的条件下延长了激光与样品作用时间, 使得其LIBS光谱质量相对于传统10 ns级激光脉冲得到了提高; 适度降低环境气压（至104 Pa量级）, LIBS光谱强度和信背比均得到明显提高。 为探究低气压对长脉宽（百纳秒级）激光诱导铜合金等离子体光谱特性的影响, 采用自主研发80 ns脉宽Nd∶YAG激光器（波长1 064 nm, 单脉冲能量20~200 mJ）作为激发光源, 样品为BYG19431的锡青铜（基体元素Cu质量百分数为92.9%, 低含量元素Fe质量百分数为0.007 8%）, 通过样品气氛控制系统改变环境气压, 分别研究了低环境压力（1.01×105, 9.6×104, 9.2×104, 8.8×104和8.4×104 Pa）下铜合金基体元素Cu与低含量元素Fe光谱特性。 实验中, 激光脉冲重复频率为1 Hz, 每次打击均为新鲜表面（通过真空腔内的可控旋转平台更换样品位置）, 每个能量和气压下分别选取5个脉冲能量较稳定的光谱, 取平均值作为当前实验条件的最终实验结果, 激光脉冲能量的实时监测由透反比1∶1分束镜及能量计完成。 研究发现, 基体元素谱线（Cu Ⅰ 324.75 nm）, 常压下低能量（20 mJ, 40 mJ）时均存在较严重的自吸收现象。 在60 mJ时, 虽自吸收效应得到改善, 但谱线背景强度升高, 且激光对样品的损伤加大。 为在低光谱背景, 微样品损伤的条件下实现光谱质量的进一步提升, 实验激光能量为20 mJ。 结果表明, 随着环境气压降低, 基体元素Cu自吸收程度大幅度降低, 样品中低含量Fe元素谱线信背比增加, 等离子温度升高, 谱线展宽变窄。 气压为8.4×104 Pa时, 与常压相比基体元素铜（Cu Ⅰ 324.75 nm）与微量元素铁（Fe Ⅰ 330.82 nm）谱线信背比分别增强5.31和2.43倍; 等离子体温度提升了21.6%; Fe Ⅰ 330.82 nm谱线展宽由0.29 nm降到0.21 nm, 在一定程度提高了LIBS元素谱线的分辨率。

磁控溅射镀膜电源是磁控溅射系统中的关键设备之一。根据铌靶和锡靶溅射处理装置的技术要求, 研制了一套输出电压0~800 V可调、脉冲宽度5~200 μs可调、频率0~60 Hz可调、在脉冲电流最大幅值约150 A的磁控溅射镀膜电源, 分别给出了该电源在铌靶负载和锡靶负载下的实验结果。设计上采用高压短脉冲预电离一体化高功率双极性脉冲形成电路方法, 解决了高功率磁控溅射在重复频率工作下有时不能成功溅射粒子、电离时刻不一致、溅射起弧打火靶面中毒、溅射效率低等问题, 降低了磁控溅射装置内气体的工作气压, 实现低气压溅射镀膜, 提高了靶材的溅射效率, 减小薄膜表面粗糙度。通过大量实验论证, 该电源达到了理想的溅射效果, 满足了指标要求。

利用Geant4程序建立外源注入式、低气压气体开关物理模型, 通过模拟计算电子增益与极板间电场强度、电子增益与极板间隙距离的函数关系验证了模型的正确性。计算了气体种类、气体压强对电子增益的影响, 分析得到形成自持放电所需最小入射电子数, 计算结果表明：在相同的气压及电场条件下, 氮气的电子增益远大于氦气, 这与氦气的高电离能性质相吻合; 随气压增大, 电子增益呈非线性增长; 为实现自持放电, 外源注入电子数面密度为1×105~2×105 /cm2。

采用波长532 nm激光(脉宽为8 ns)诱导激发铜合金等离子体光谱, 研究了激光能量分别为100, 80, 60和40 mJ时, 常压下谱线(CuⅠ 324.754 nm)自吸收现象; 在激光能量为100和40 mJ的条件下, 研究了低环境压力对铜合金等离子体元素发射谱线自吸收现象和谱线特性的影响。 结果表明: 常压下谱线(CuⅠ 324.754 nm)存在严重的自吸收现象, 自吸收程度随激光能量减小而降低。 适度降低环境压强, 谱线的自吸收程度大大降低, 谱线的信背比增大, 且在一定的低气压条件下, 自吸收现象可以基本消除。 在5.0×104 Pa气压下, 两种能量下谱线的信背比均达到最大值, 分别为8.90和8.66, 相对于常压分别增大了11.23和12.62倍, 此时谱线强度的相对标准偏差分别为2.9%和1.3%; 两种能量下等离子体元素发射谱线的线宽随着气压的下降迅速减小, 当气压为5.0×104 Pa时, 等离子体元素发射谱线的线宽分别为0.08和0.06 nm, 是常压下线宽的19%和20%。 研究表明: 低压环境能明显提高光谱分析的灵敏度和精密度, 使得在分析较高含量元素时允许选择灵敏谱线, 为采用LIBS技术准确测定高含量元素提供了有效方法。

用Nd∶YAG激光诱导激发土壤等离子体, 研究了环境压力(在1.01×105与1×102 Pa之间)对土壤等离子体辐射特性及元素检出限的影响。 结果表明, 随着气压的降低, 土壤等离子体的谱线强度、 信背比先增大后减小, 最高均可达常压下的1.69倍; 电子密度同样呈现先增大后减小的趋势, 在气压8×104 Pa下达到最大值3.56×1016 cm-3, 比常压下高出1.5×1015 cm-3; 在气压8×104 Pa下诱导激发等离子体发射光谱与常压下相比有较好的稳定性和较高的精密度。 20次重复实验得到土壤等离子体分析线信号强度的相对标准偏差为1.1%, 明显低于常压下的3.5%, 低气压下稳定性显著提高。 应用内标法对自制土壤中Pb元素建立定标曲线, 计算得到气压8×104 Pa下土壤中Pb元素的检出限为57.27 mg·kg-1, 较常压下降低了39.23 mg·kg-1。 表明适当的低压环境可以有效提高LIBS的光谱检测灵敏度, 改善元素分析的检出限以及增加光谱定量分析的准确度和精密度。

激光陀螺光路稳定性决定着陀螺的性能，而谐振腔内外压差是影响陀螺光路稳定性重要因素之一.为了研究腔内低气压对激光陀螺光路变动及其损耗的影响，采用ANSYS仿真软件对激光陀螺在腔内低气压状态下反射镜的微小形变进行了仿真计算，结果表明: 低气压状态下，反射镜的中心发生最大形变，其中球面镜最大形变量为545 nm,平面镜最大形变量为31 nm，这不仅引起光路偏离光阑中心390 nm，同时引起球面镜曲率变化174 mm.进一步从理论上分析了这种变化对光路变形和谐振腔损耗的影响，结果表明: 上述变化综合引起谐振腔损耗变化2%~3%，其中球面镜曲率半径的变化是引起损耗变化的主要原因，增加球面镜槽深或降低腔内外压差都能有效减小这种光路的变化.通过搭建光路测试系统，进一步验证了计算结果的正确性.