[發明專利]一種金屬沖擊破碎過程密度診斷方法及系統

在審

• 申請號: 201810985229.3
• 申請日: 2018-08-28
• 公開（公告）號: CN109060597A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 儲根柏;谷渝秋;席濤;辛建婷;于明海;稅敏;何衛華;趙永強;吳玉池;范偉;周維民;曹磊峰
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院激光聚變研究中心
• 主分類號: G01N9/24
• 分類號: G01N9/24;G01N21/84;G01N1/28
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 程華

本發明公開了一種金屬沖擊破碎過程密度診斷方法及系統。該方法包括：將納秒激光加載到金屬靶上，使所述金屬靶處于沖擊破碎狀態；將所述皮秒激光加載到金屬微絲上，產生高能X射線；將所述高能X射線照射到金屬靶的破碎區域上，經過濾片和成像介質成像，得到金屬靶沖擊破碎過程的物理圖像；利用金屬臺階樣品的成像灰度標定所述金屬靶沖擊破碎過程的物理圖像的面密度，獲得面密度數據；所述面密度數據為金屬沖擊破碎過程診斷數據。本方法和系統能夠獲取高精度的密度診斷數據，便于沖擊加載下高Z金屬動態破碎過程物質分布及時空演化過程研究、中高Z金屬材料沖擊壓縮密度原位診斷等極端條件下材料動態響應特性研究。

技術領域

本發明涉及金屬材料表面破碎領域，特別是涉及一種金屬沖擊破碎過程密度診斷方法及系統。

背景技術

沖擊加載下金屬材料表面破碎過程近年來比較熱點的研究領域。利用炸藥爆轟、飛片撞擊、高功率激光加載等方式開展過大量的物理實驗研究。在這些過程研究中，密度和質量-速度分布等是重要的物理量，而高精度的診斷數據卻很少。

通常，閃光X射線照相能量可以穿透金屬沖擊破碎區，診斷破碎過程密度圖像，但這種診斷方法受限于裝置的復雜性及診斷空間分辨(100μm量級)。Asay膜是一種間接的密度診斷方法，可用于獲取金屬沖擊破碎區的質量-速度分布。側向陰影成像用于觀察界面運動的陰影輪廓和平均運動速度，雖有很高的空間分辨但無質量分辨的能力。利用強激光開展加載-探測物理實驗具有很高的診斷精度，但前述研究中，主要利用納秒激光驅動X射線診斷動態破碎過程，雖能達到很高的空間分辨，但X射線能點只能到10keV左右，不能穿透金屬材料稀疏破碎區，且X射線源尺寸較大，難以實現高空間分辨、大視場成像，因此，很難獲得高精度的診斷數據。

發明內容

本發明的目的是提供一種金屬沖擊破碎過程密度診斷方法及系統，以獲取高精度的診斷數據，便于沖擊加載下便于沖擊加載下高Z金屬動態破碎過程物質分布及時空演化過程研究、中高Z金屬材料沖擊壓縮密度原位診斷等極端條件下材料動態響應特性研究。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種金屬沖擊破碎過程密度診斷方法，所述方法包括：

將納秒激光加載到金屬靶上，使所述金屬靶處于沖擊破碎狀態；

將所述皮秒激光加載到金屬微絲上，產生高能X射線；

將所述高能X射線照射到金屬靶的破碎區域上，經過濾片和成像介質成像，得到金屬靶沖擊破碎過程的物理圖像；

利用金屬臺階樣品的成像灰度標定所述金屬靶沖擊破碎過程的物理圖像的面密度，獲得面密度數據；所述面密度數據為金屬沖擊破碎過程診斷數據。

可選的，所述納秒激光的加載光斑為2mm，能量為100-3000J。

可選的，所述高能X射線的源尺寸為10μm，能量為10keV-1MeV。

可選的，所述將所述高能X射線照射到金屬靶的破碎區域上，經過濾片和成像介質成像，得到金屬靶沖擊破碎過程的物理圖像，具體包括：

通過所述濾片截止低于預設能量值的所述高能X射線；

通過所述成像介質選取預設能段的高能X射線；

通過點投影成像方法進行成像。

可選的，所述利用金屬臺階樣品的成像灰度標定所述金屬靶沖擊破碎過程的物理圖像的面密度，獲得面密度數據，具體包括：

獲取所述金屬臺階樣品的各臺階成像灰度值；

獲取所述金屬臺階樣品的各臺階的厚度；

擬合所述成像灰度值與所述厚度之間的關系，得到擬合曲線；