4MA磁驱动准等熵压缩和超高速飞片发射实验装置研制

研制4MA 磁驱动准等熵压缩和超高速飞片发射实验装置，解决低电感储能脉冲电容器、低电感闭合开关以及加载波形调节等关键技术，实现金属样品中等熵加载压力达100GPa，提供100GPa左右金属等熵压缩参考线，发射直径5mm以上的宏观金属铝飞片速度达15km/s左右，可填补我国在10km/s以上超高速宏观金属飞片发射技术方面的空白。同时研究和解决10km/s以上飞片速度连续测量的技术难题。本技术具有研究材料高密度等熵压缩特性和完全物态方程的重要前景，对于高能量密度物理和核武器初级物理研究的进一步发展极为重要，已成为国外有关国家实验室研究的前沿和热点。对于实验室天体物理研究和核武器研究的深化及长远发展有着十分重要的意义。该技术同时也将提升我国空间防护方面实验室地面模拟能力方面的不足，对空间防护的设计和超高速碰撞机理研究也非常的重要。

研制和建立了一套放电电流峰值达4MA、上升时间500ns（0-100%）左右的磁驱动准等熵压缩实验装置CQ-4，利用该装置可实现100GPa内的磁驱动等熵加载，已实现目前国内宏观金属飞片发射的最高速度15.2km/s，装置的加载和发射达到国际同类装置（GEPI、VELOCE等）的水平。该装置采用电容器组储能、平行板传输线进行能量传输、固体薄膜进行高电压绝缘以及锐化电容器组和次级放电开关组进行放电波形调节的核心技术，初级储能系统由20个100kV/1.6uF脉冲电容器/初级放电开关模块并联组成，72台120kV/0.1uF电容器并联组成锐化电容器组，在回路中与初级储能系统并联。在总回路中，负载与锐化电容器组之间串联一组可供选择的7个并联的次级放电开关。铝平行板传输线之间采用多层聚酯薄膜进行正、负电极之间的高电压绝缘。短路放电情况下，装置充电电压85kV时，在1nH的负载上实现约4.2MA、上升时间505ns(0-100%)的放电电流，10%-90%幅值对应的上升时间为350ns。带物理靶负载时，在75kV的充电电压下，放电电流峰值3.2MA，上升时间587ns（0-100%）。目前装置可在60-90kV充电电压范围内稳定运行，装置的成功研制表明我国是继美国、法国之后掌握低电感电容器组磁驱动加载技术的国家。.基于上述研制和建立的磁驱动实验装置CQ-4，开展了典型金属材料铜、铝等材料的准等熵压缩和发射超高速铝飞片的应用研究，例如材料等熵压缩线测量、材料的多晶形相变、强度测量、未反应固体炸药的动力学行为等。在金属铜样品上获得80GPa左右的磁压斜波加载压力，测量得到的准等熵压缩线与国外SESAME数据库公布的结果十分一致，最大偏差小于2%。驱动直径5mm（电极宽度6mm）、厚度0.35mm的铝飞片，可达15.2km/s的超高速度，实验测量结果与数值模拟预测结果相符合。利用CQ-4装置进行的金属锆、纯铁的多晶形相变实验，获得了实验精度较高的相变起始压力，与国外公布结果一致。 在未反应固体炸药的动力学行为研究方面， 相关实验数据为相关材料的状态方程、本构关系以及组份间相互作用的细观模拟模型提供校核数据。CQ-4装置的各类性能指标达到研究目标。本项目研制和建立的CQ-4磁驱动实验装置目前已成为我国动高压物理、冲击动力学、空间碎片防护、和武器物理等多学科领域的非常重要的实验装置。