疏松铁冲击卸载声速与铁的高压熔化线研究

论文摘要

铁是构成地球内外核的主要元素。地球固态内核与液态外核边界处（10B）压力为330GPa,其温度应该对应该压力状态下铁的熔化温度。因此,确定铁的高压熔化线一直是地球物理和高压物理研究领域中重要课题之一。在实验室,利用冲击波或金刚石压砧加载手段可以将铁压缩到较高的压力状态,并通过直接测量或间接计算熔化温度可以在一定压力范围内确定出铁的熔化温度。将高压熔化线外推至地球IOB压力,可以得到IOB温度。然而,人们采用冲击波方法和DAC技术得到的熔化线之间存在系统偏差,其外推所得IOB压力下温度值相差甚远。由此引发人们对两种实验测量方法的合理性以及高压熔化机制的讨论。解决上述系统偏差,继而确定铁的高压熔化线成为近年来备受关注研究方向。围绕该问题,本文在以下几个方面取得了一些新数据和新认识: （1）采用冲击波声速测量技术,确定出两种具有不同疏松度的铁样品的冲击熔化压力点,它们分别发生在1 34GPa和87GPa处。这是本文最重要的创新点。利用本文结果,并结合Brown and McQueen和Nuygen andHolmes确定的密实铁冲击熔化压力值（260GPa）,可以直接根据冲击高压数据限定铁的高压熔化线,而不必依赖静高压（DAC）实验测量结果。 （2）利用冲击温度与铁样品初始密度之间的相关性,本文在比较宽的温度和压力区域获得了8个冲击卸载声速新数据点。对于平均初始密度为6.9g/cm3的样品,获得四个声速数据点,冲击压力在100-135GPa之间;对于平均初始密度为6.3g/cm3的样品,同样得到四个声速数据点,冲击压力在75-90GPa之间。这批新数据对限定铁的高压状态方程以及高压本构方程都具有重要意义 （3）本文成功尝试了一种新的声速测量技术,即反向碰撞方法。该技术可当作对传统多台阶光分析技术的补充。对于疏松度较大的铁样品,反向碰撞方法得到的声速测量信号特征更明显,在一定程度上提高了声速的测量精度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 引言
• 1.1 多孔铁的高压声速研究现状
• 1.2 铁的高压熔化线研究现状
• 1.3 本文研究的科学问题及解决思路简述
• 1.3.1 本文研究的目的
• 1.3.2 本文研究的内容
• 1.3.3 解决方案及思路
• 第二章 铁的三项式物态方程理论模型及其实验验证
• 引言
• 2.1 三项式物态方程理论模型
• 2.1.1 晶格热贡献
• 2.1.2 热电子贡献
• 2.2 多孔铁的Hugoniot状态参量的计算
• 2.2.1 计算公式推导
• 2.2.2 计算结果
• 2.3 实验验证
• 小结
• 第三章 两种多孔度的多孔铁高压声速的实验研究
• 引言
• 3.1 实验设备
• 3.2 光分析技术测量多孔铁的高压声速
• 3.2.1 实验原理
• 3.2.2 实验装置及技术
• 3.2.3 实验测量结果
• 3.3 反向碰撞方法测量多孔铁高压声速
• 3.3.1 实验装置及技术
• 3.3.2 实验原理及方案讨论
• 3.3.3 实验测量结果
• 3.4 两种多孔度的多孔铁高压声速测量结果及讨论
• 小结
• 第四章 铁的高压熔化线研究
• 引言
• 4.1 铁的冲击平衡熔化压强的选取
• 4.2 Grover模型计算铁的冲击熔化温度
• 小结
• 附录一 固·液两相分子动力学方法研究氩高压熔化线
• 引言
• 1 算法介绍
• 2 计算结果与讨论
• 3 两种系综模拟熔化的结果转化及比较
• 小结
• 附录二 高温高压下金属铝的粘性实验研究
• 引言
• 1 问题的提出─意义及研究现状
• 2 方法原理
• 2.1 小扰动方法简介
• 2.2 小扰动冲击波产生方式的改进
• 2.3 扰动振幅的电探针测量
• 3 实验测量结果与讨论
• 小结
• 结束语及后续工作
• 致谢
• 硕士期间相关文章发表情况