爆炸性物质的THz光谱的研究

论文摘要

太赫兹（THz,全称为Terahertz）频段是指介于毫米波与红外光之间的一段相当宽范围的电磁辐射区域,属于远红外波段,物质在THz波段的光谱包含着丰富的物理和化学信息,因此在该波段对物质进行研究的意义重大。THz时域光谱技术是80年代发展起来的新型相干测量技术,具有信噪比高,不需要低温测量仪等优点,近年来得到了广泛的应用。从七十年代初开始,对通过重要出入口（如机场、港口、车站、海关等）的人员所携带的行李物品实施安全检查已成为国际上广泛采用的安全措施。近年来,公共安全越来越成为各国政府关注的焦点,为了有效地防范和打击犯罪活动的发生和扩展,各国警方都采用新型的安全检查技术对危险物品、违禁物品有针对性地进行检查。太赫兹辐射以它独特的性质有可能成为一种有效的安全检查手段。由于生物分子的振动-转动能级落在THz波段,而且THz本身具有低能性,强穿透力的诸多特点使得人们对其越来越感兴趣,尤其是在生物医学领域和化学领域对生物的无损检测和探测方面更是得到了人们的青睐。本文就是利用THz的这些特性从理论和实验上对爆炸物的THz光谱进行研究。论文第一章主要概述介绍了太赫兹光谱技术的基本内容,本课题的选题背景,分析了太赫兹辐射的产生、探测和性质,并在此基础上介绍了本论文的研究目的、意义及论文的结构。第二章为太赫兹时域光谱。首先概述了太赫兹时域光谱技术的试验装置,介绍了太赫兹时域光谱技术的数据提取方法以及爆炸物样品的制备。第三章为爆炸性物质的太赫兹吸收光谱的测量。首先对炸药样品做了介绍,然后对单质炸药RDX、HMX、TNPG、PETN的THz吸收光谱进行了测量;混合炸药8701、R852、R791、PW0、PW30、塑-1、钝感RDX与RDX的吸收谱和折射率;混合炸药8702和单质炸药HMX的吸收谱和折射率;粉末状和片状炸药样品的THz光谱测量;最后测量了不同湿度条件下爆炸物的THz吸收谱。第四章为爆炸物THz光谱的理论模拟。首先对高斯软件在太赫兹光谱模拟中的应用作了介绍,并对固态晶体振动的理论模拟的必要性进行了讨论,并介绍了理论模拟的方法。然后分别对RDX、HMX、TNPG、PETN的太赫兹吸收光谱进行了理论模拟。对试验结果、单分子理论模拟和固态晶体振动模拟进行了比较分析;最后对振动频率进行了分配指认。将其与实验结果进行比较并分析误差。最后对本章内容进行了总结。第五章概括本文的主要研究工作,讨论了THz技术在爆炸物检测及安检应用中面临的挑战和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 太赫兹辐射简介
• 1.3 太赫兹辐射的产生和探测
• 1.3.1 太赫兹辐射的产生
• 1.3.2 太赫兹辐射的探测
• 1.4 太赫兹辐射的性质
• 1.5 本论文的研究目的及意义
• 1.6 本论文的主要工作
• 第二章 太赫兹时域光谱技术
• 2.1 THz 时域光谱实验装置
• 2.2 THz 时域光谱技术的数据分析方法
• 2.3 THz 时域光谱技术的样品制备
• 第三章 爆炸物THZ 吸收光谱的测量
• 3.1 炸药简介
• 3.2 单质炸药RDX、HMX、TNPG、PETN 的THz 吸收光谱的测量
• 3.3 混合炸药8701、R852、R791、PW0、PW30、塑－1、钝感RDX 与RDX 的吸收谱和折射率
• 3.4 混合炸药8702 和单质炸药HMX 的吸收谱和折射率
• 3.5 粉末状和片状炸药样品的THz 光谱测量
• 3.6 不同湿度条件下爆炸物的THz 吸收谱
• 3.7 本章小结
• 第四章 爆炸物THZ 光谱的理论模拟
• 4.1 THz 光谱模拟理论
• 4.1.1 THz 光谱
• 4.1.2 振动模式
• 4.1.3 量化计算原理
• 4.2 高斯软件在THz 光谱模拟中的应用
• 4.2.1 理论方法和基组的选择
• 4.2.2 高斯软件模拟计算的步骤
• 4.2.3 高斯软件在 THz 吸收光谱模拟中的应用
• 3在 THz 吸收光谱模拟中的应用'>4.2.4 DMol³在 THz 吸收光谱模拟中的应用
• 4.3 RDX 的THz 吸收光谱的理论模拟
• 4.3.1 气相单分子的理论模拟
• 4.3.2 固态晶体振动的理论模拟
• 4.3.3 RDX 的固态晶体结构、气相单分子结构理论模拟和实验测量的比较
• 4.4 HMX 的THz 吸收光谱的单分子理论模拟
• 4.5 PETN 的THz 吸收光谱的单分子理论模拟
• 4.6 TNPG 的THz 吸收光谱的单分子理论模拟
• 4.7 误差分析
• 第五章 结论
• 5.1 本论文主要工作总结
• 5.2 本论文研究结果的重要意义
• 5.3 本论文工作的不足
• 5.4 THz 技术在爆炸物检测及安检应用中面临的挑战和展望
• 参考文献
• 硕士期间所发表或待发表的论文
• 致谢