Исследование поправочного коэффициента кристалла фторида лития в процессе его ударного сжатия и изоэнтропической разгрузки
Автор: Красильников А.В., Несмиянов Е.И., Шестаковская Е.С., Попцов А.Г., Ковалев А.Е., Яловец А.П.
Рубрика: Механика
Статья в выпуске: 4 т.16, 2024 года.
Бесплатный доступ
Монокристалл фторида лития (LiF) является широко используемым материалом в опытах при интенсивных динамических нагрузках в качестве окна для оптических методик, таких как VISAR или PDV. Он прозрачен и не испытывает фазовых переходов при ударном сжатии до ~200 ГПа. Для интерпретации экспериментальных данных, полученных с использованием такого окна, необходимо вводить поправочный коэффициент. Он связывает видимую массовую скорость, полученную экспериментально, с истинной массовой скоростью. Если для стационарных ударных волн этот коэффициент является постоянным, то для более сложных течений на него оказывает влияние пространственная неоднородность плотности окна. В работе проведены экспериментальные исследования ударно-волновых процессов во фториде лития при ударно-волновом сжатии при нагружении до 90 ГПа. Проведено математическое моделирование экспериментов. Для этого построена математическая модель одномерных упругопластических течений среды с использованием модели пластичности Прандтля-Рейса, а также построено уравнение состояния фторида лития. Поправочный коэффициент получен двумя способами: на основе зависимости показателя преломления от плотности и закона сохранения массы на ударной волне и зависимости оптической длины пути лазерного луча от распределения плотности в исследуемом материале.
Математическое моделирование, показатель преломления, фторид лития, экспериментальные исследования, лазерные методики
Короткий адрес: https://sciup.org/147246010
IDR: 147246010 | DOI: 10.14529/mmph240411
Список литературы Исследование поправочного коэффициента кристалла фторида лития в процессе его ударного сжатия и изоэнтропической разгрузки
- Методы исследования свойств материалов при интенсивных динамических нагрузках: монография / Под общ. ред. М.В. Жерноклетова. - 2-е изд., доп. и испр. - Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2005. - 428 c.
- Экспериментальные методы и средства в физике экстремальных состояний вещества: монография / Под ред. Р.И. Илькаева, А.Л. Михайлова, М.В. Жерноклетова. - М.: РАН, 2021. - 484 c.
- Velocity Correction and Refractive Index Changes for [100] Lithium Fluoride Optical Windows under Shock Compression, Recompression, and Unloading / B.M. LaLone, O.V. Fat'yanov, J.R. Asay, Y.M. Gupta // J. Appl. Phys. - 2008. - Vol. 103, no. 9. - P. 093505.
- Wise, L.C. Laser Interferometer Measurements of Refractive Index in Shock-Compressed Materials / L.J. Wise, L.C. Chhabildas // Shock Waves in Condensed Matter, Plenum. - 1986. - P. 441.
- Determining the Refractive Index of Shocked [100] Lithium Fluoride to the Limit of Transmissibility / P.A. Rigg, M.D. Knudson, R.J. Scharff, R.S. Hixson // J. Appl. Phys. - 2014. -Vol. 116. - P. 033515.
- Кормер, С.Б. Оптические исследования свойств ударно сжатых конденсированных диэлектриков / С.Б. Кормер // Успехи физических наук. - 1968. - Т. 94, № 4. - С. 641-683.
- Smirnov, N.A. Ab initio Calculations of the Thermodynamic Properties of LiF Crystal / N.A. Smirnov // Physical Review. - 2011. - Vol. 83. - P. 014109
- Sun, Z. First-Principles Calculations of the Structural, Electronic, and Optical Properties of LiF up to 300 GPa / Z. Sun, J. Dong, Y. Xia // Physica B. - 2011. - Vol. 406 - P. 3660-3665.
- Effects of the Vacancy Point-Defect on the Refractive Index and Equation of State (EOS) of LiF at High Pressure: A First Principles Investigation / L. He, M.J. Tang, J. Yin et al. // Physica B. - 2012. -Vol. 407. - P. 694-697.
- High-Pressure and High-Temperature Physical Properties of LiF Studied by Density Functional Theory Calculations and Molecular Dynamics Simulations / X.-W. Sun, Z.-J. Liu, W.-L. Quan et al. // Journal of Physics and Chemistry of Solids. - 2018. - Vol. 116. - P. 209-215.
- Wang, J. Structural, Elastic, Electronic and Optical Properties of Lithium Halides (LiF, LiCl, LiBr, and LiI): First-Principal Calculations / J. Wang, M. Deng, Y. Chen et al. // Materials Chemistry and Physics. - 2020. - Vol. 244. - P. 122733.
- Hayes, D. Unsteady Compression Waves in Interferometer Windows/ D. Hayes // J. Appl. Phys. - 2001. - Vol. 89. - P. 6484.
- Sound Velocity, Equation of State, Temperature and Melting of LiF Single Crystals under Shock Compression / Q. Liu, X. Zhou, X. Zeng, S. N. Luo // Journal of Applied Physics. - 2015. -Vol. 117. - P. 045901.
- Mechanical and Optical Response of [100] Lithium Fluoride to Multi-Megabar Dynamic Pressures / J. Davis, M. Knudson, L. Shulenburger, S. Crockett // J. Appl. Phys. - 2016. - Vol. 120. -P.165901.
- Refractive Index of [100] Lithium Fluoride under Shock Pressures up to 151 GPa / G. Young, X. Liu, C. Leng et al. // AIP Advances. - 2018. - Vol. 8. - P. 125310.
- Furnish, M.D. Time-Resolved Particle Velocity Measurements at Impact Velocities of 10 km/s / M.D. Furnish, L.C. Chhabildas, W.D. Reinhart // International Journal of Impact Engineering. - 1999. -Vol. 23. - P. 261-270.
- Sun, Z. First-Principles Calculations of the Structural, Electronic, and Optical Properties of LiF up to 300 GPa / Z. Sun, J. Dong, Y. Xia // Physica B. - 2011. - Vol. 406. - P. 3660-3665.
- Refractive Index of Lithium Fluoride Ramp Compressed to 800 GPa / D.E. Fratanduono, T.R. Boehly, M.A. Barrios et al. // J. Appl. Phys. - 2011. - Vol. 109. - P. 123521.
- Kirsch, L.E. Refractive Index of Lithium Fluoride to 900 Gigapascal and Implications for Dynamic Equation of State Measurements / L.E. Kirsch, S.J. Ali, D.E. Fratanduono et al. // J. Appl. Phys. - 2019. - Vol. 125. - P. 175901.
- Jones, S.C. Refractive Index and Elastic Properties of Z-Cut Quartz Shocked to 60 kbar / S C. Jones, Y. M. Gupta // Journal of Applied Physics. - 2000. - Vol. 88. - P. 5671.
- Accuracy Limits and Window Corrections for Photon Doppler Velocimetry/ B.J. Jensen, D.B. Holtkamp, P.A. Rigg, D.H. Dolan // Journal of Applied hysics. - 2007. - Vol. 101, no. 1. -P. 013523.
- Refractive Index of LiF Single Crystal at High Pressure and Its Window Correction / W.G. Zhao, X. Zhou, J.B. Li, X.L. Zeng // Chinese Journal of High Pressure Physics. - 2014. - Vol. 28. - P.571-576.
- Яловец, А.П. Расчет течений среды при воздействии интенсивных потоков заряженных частиц / А.П. Яловец // Прикладная механика и техническая физика. - 1997. - T. 38, № 1. -С.151-166.
- Klinacheva, N.L. Modelling of Shock Wave Experiments on Two-Fold Compression of Polymethyl Methacrylate / N.L. Klinacheva, E.S. Shestakovskaya, A.P. Yalovets // Journal of Computational and Engineering Mathematics. - 2022. - Vol. 9, № 2. - P. 26-38.
- Prandtl, L. Spannungsverteilung in Plastischen Korper / L. Prandtl // Proc. 1st Int. Congr. Appl. Mech. Delft. - 1924. - P. 43.
- Рейс, А. Учет упругой деформации в теории пластичности. Теория пластичности / А. Рейс. - М.: Изд-во иностранной литературы, 1948. - С. 206-222.
- Бельхеева, Р.К. Модель коэффициента Грюнайзена для широкого диапазона плотностей на примере меди / Р.К. Бельхеева // Теплофизика высоких температур. - 2021. - Т. 59, № 4. -С. 514-519.
- Экспериментальные данные по ударно-волновому сжатию и адиабатическому расширению конденсированных веществ: Научное издание / под ред. Р.Ф. Трунина - Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2006. - 531 с.
- Marsh, S.P. LASL Shock Hugoniot Data / S.P. Marsh. - University of California Press, 1980. -658 p.
