为了满足“闪光二号”加速器材料热力学效应研究的新需求, 设计了一套电容器储能型脉冲强磁场装置。装置主要由储能电容器、半导体放电开关、磁场线圈及高压恒流充电源组成。磁场线圈中心处最大磁感应强度可达5 T, 并且可以通过调整磁场线圈与二极管的相对位置实现磁透镜比的调节。通过理论计算和数值模拟相结合的方法对脉冲强磁场的关键参数进行了分析, 然后进行了脉冲强磁场的工程设计, 最后使用该强磁场装置进行了实验研究。强磁场实验中, 当储能电容器充电21 kV时, 在磁场线圈中心处获得了5.3 T脉冲强磁场。

激光对光学薄膜的损伤仍然是限制高能激光系统的主要挑战。对杂质诱导薄膜损伤的激励进行了研究: 首先对损伤形貌进行了观测, 在此基础上对杂质对薄膜的作用效应进行了分析。研究结果表明: 杂质粒子对薄膜产生的各种效应, 主要分为热力学效应、散射引起干涉效应和激光等离子体破坏效应, 这三种效应的共同作用效果决定了损伤的特点。这些作用效应与粒子的半径密切相关: 当粒子较小时, 激光的沉积量较少, 引起邻近材料的温升较低, 扩散范围较小, 主要是熔化破坏; 当粒子较大时, 激光沉积量较多, 会引起邻近光学材料的汽化和电离, 形成激光等离子体而造成大的烧蚀坑。

薄膜内的杂质粒子极易诱导薄膜损伤, 研究了金属粒子诱导HfO2薄膜损伤的特征, 并基于金属粒子的热力学过程进行了分析。 金属粒子对激光的强烈吸收将引起薄膜的熔化、 气化以及电离, 从而引起薄膜的剥离和脱落, 形成圆状坑点; 金属粒子对激光的吸收、 热扩散以及热膨胀效应与其尺寸等密切相关; 从温升规律分析, 在相同激光能量辐照下, 粒子大小引起的温升不同, 从而形成大小不一的点坑状破坏点, 且存在一个温升效应最强的粒径, 最易引起薄膜的损伤; 从金属粒子激光等离子体的辐射效应分析, 金属粒子的辐射谱主要集中在紫外部分, 辐射光子能量比入射激光光子能量强, 具有更强的电离能力, 从而加剧了薄膜的去除。

导出格林乃森参量随温度的变化规律以及热压强的表示式,建立了强激光辐照下金属材料表面附近的温度和应力所满足的数学方程,以Cu例,对激光辐照下材料表面的热力学效应作以分析.

简要讨论了强脉冲离子束与金属靶材料相互作用的理论模型,以此为基础应用数值计算的方法模拟计算了离子能量为1.0MeV和300keV,束流密度分别为10A/cm2,50A/cm2和100A/cm2的质子束与金属铝靶材料相互作用时的热力学效应,给出了铝在辐照后内部的温度分布、温度梯度分布,以及温度变化速率(加热速率与冷却速率)、热激波的产生与传播过程及应力等模拟计算结果。