冲击作用下单质炸药反应动力学的超快时间分辨光谱研究

单质炸药在冲击作用下的反应动力学是炸药起爆最重要的物理化学过程，也是影响炸药爆轰性能及安全性的主要因素之一，是目前爆轰物理研究的热点和难点。长期以来，由于缺乏相应的新型实验诊断技术，单质炸药在冲击作用下的反应动力学研究进展缓慢。本项目致力于探索一种具有超快时间分辨能力的光谱实验技术，通过解决样品制备、激光驱动冲击波、动压标定、信噪比优化等关键技术，以泵浦-探测的实验方式研究冲击作用下单质炸药的分子振动激发、结构相变、化学键断裂等反应动力学过程，初步认识炸药冲击相变、冲击分解在分子层面的物理机制。为炸药起爆模型的发展及分子动力学模型校验提供一种分子尺度的实验技术，推动炸药爆轰性能及安全性研究，为爆轰物理研究向微观尺度深入提供实验支撑。

应用时间分辨光谱实验技术研究了冲击作用下含能材料的反应动力学过程。通过样品靶结构优化设计、时间同步控制以及光谱信噪比优化，建立了纳秒时间分辨的拉曼光谱、荧光光谱和发射光谱实验技术，重点研究了RDX薄层炸药和Al/Teflon反应材料在激光加载下的拉曼光谱，荧光光谱和发射光谱，获得了信噪比较好的光谱信号，根据这些光谱特征能够初步分析冲击波在样品中的传播过程，识别炸药在冲击加载下分子振动结构的变化以及反应过程中最主要的产物生成过程。取得的主要进展有：.（1）研究了激光烧蚀和激光驱动飞片两种激光加载方法，能够在含能材料样品中产生1atm－25GPa的冲击压力，结合泵浦－探测光谱实验方法，系统的同步精度达到5ns，为炸药反应动力学研究建立了精密、高效的实验加载技术；.（2）提出了一种利用自发拉曼光谱实时测量冲击波压力的新方法，设计了基于蒽微晶的光谱压力探针，并对比研究了静压和冲击压缩下蒽材料拉曼光谱与冲击压力的关系。该方法可以同时测量多种材料的冲击压力，对于多组分材料冲击压力测量是全新的尝试；.（3）建立了激光加载下含能材料反应动力学的超快时间分辨自发拉曼光谱、荧光光谱实验技术，首次开展了黑索金(RDX)薄膜在激光驱动冲击波作用下的自发拉曼光谱和荧光光谱实验研究，获得了高信噪比的光谱信号，观察到了激光加载下RDX分子振动结构变化以及分解过程中CN自由基的生成过程，初步认识了RDX的反应过程和反应产物，为超快光谱技术在炸药反应动力学研究中的应用奠定了基础；.（4）通过与美国伊利诺伊大学Dana Dlott研究小组的合作研究，在国际上率先建立了用于纳米含能材料Al/Teflon冲击动力学研究的发射光谱实验技术，实验结果清晰再现了不同冲击加载条件下Al/Teflon的反应过程和反应产物，观察到了无定形碳C2的生成和消逝过程，研究能力处于国际领先水平。.（5）在英文国际核心期刊上发表论文3篇（SCI 2篇），参加国际学术会议1次，建立测试技术标准1个。