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《四川大学》 2002年
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几种介质中的原子、分子相互作用及物理特性

孙悦  
【摘要】: 物质的结构和物理性能与组成其介质的原子、分子结构和相互作用有着极为密切的关系。因此,从实验与理论出发,研究介质中的原子、分子相互作用及产生的物理性能是非常重要的基础研究方向。而这也是本人长期从事的主要研究方向。根据近几年所承担和参加的科研任务,将研究成果总结写成的论文按以下三个部分叙述: (1)液体CO和N_2混合物冲击压缩特性的实验研究(由国防科技重点实验室基金项目96JS75.2.1.JW1902资助) (2)重氢原子进入钛晶格中引起过热现象的实验研究(由国家自然科学基金10145002资助) (3)氢原子团簇H_9的电子结构与能量计算 第一部分以高温高压冲击波物理实验为主,采用自行研制的低温循环汽冷靶冷凝制样技术由高纯CO和N_2气体获取等摩尔体积均匀混合的液体冲击初态样品。冷靶系统的关键-光电物相监测装置可全程实时监控样品的状态,从而确保了冲击压缩数据的可靠性。专门研制的适用于液氮温区的低温同轴电探针(冲击波速度传感器),为精确测定低温混合液样创造了先决条件。在此基础上利用二级轻气炮对初态受到严格控制的混合液样进行动高压加载,获得了10GPa~25GPa范围内的五个一次冲击压缩数据点。这些数据点均位于CO的离解压力点以上,N_2的离解压力点以下的狭窄范围内。由此可拟合出冲击波速度(D)与波后粒子速度(u_p)之间的关系为 D=2.130+1.1152u_p并求出了该液样的(P-V)Hugoniot关系。与已知的单质CO和N_2的D-u_p关系比较容易看出,混合曲线位于两条单质曲线之间偏向CO的一边;这说明该混合物的冲击压缩特性不是其组分的简单平均。其原因是CO的离解点较低(约10GPa),故先行离解;析出的碳团簇消耗了大量热能,导致体系总能量降低并对混合物的冲击压缩行为 四川大学博士学位论文 起着主要影响;而单体 N。的离解点较高(约 26GPa人对该压力范围 混合物冲击压缩行为的影响相对较弱。 为了研究叮态凝聚炸药不相互溶的绝大部分产物特性,引入乳 化技术对典型物质,水*刃)-苯C札L进行常态等摩尔混合制样, 并测得一些有用的热力学参数。从而大大扩展了混合液体冲击压缩 实验的范围。 根据冲击压缩实验数据和对应态原理拟合了上述混合液样的 exp-6势参数;采用改进的流体微扰变分统计力学方法(MCRSR), 从分子相互作用势出发计算了液态CO和N。等摩尔混合物初始样品 的冲击压缩特性。 第二部分利用自行研制,由计算机监测的大功率开放式电解量 热装置(测量精度SS%)对钛阴极-铂阳极-重水系统进行的长时间电 解实验,观察钛Oi)晶体的结构变化和过热的产生。实验数据表 明,Ti阴极的晶体结构发生了由面心六方密堆晶格(f.c.c.)的a- Ti向体心立方晶格h.C.C.)的*。离子晶体转变;在温度较低区 域以0叮)系统的过热呈现随机“喷发”状态,绝对值较小:而在 温度较高区域o90*)过热量较大,重复性较好;系统输出最大热 效率(总输出能量/总输入能量)约为150%。而对钛阴极-铂阳极- 轻水系统进行的同样条件下的电解实验中却没有探测到类似的过热 信号。这一现象证实了过热现象确实是存在的,并有助于验证苟清 泉教授提出的冷核聚变机理及材料特性等科学预言,即大量氖(D) 原子进入Ti晶格后产生了n。离子晶体和显著的过热效应,过热 效应是氖原子在晶体中相互作用产生冷核聚变的一种表观反映。 第三部分在己算出的民氢原子团簇体心立方结构的基础上,利 用苟清泉教授提出的单中心球对称模型和不同原子壳层的电子波函 数求出了氢原子团簇民的电子结构和结合能。与改进的排列通道量 子力学方法(MACQM)的结果比较一致性非常好(误差为-0.22%)。计算 结果表明,这种物理意义非常明确的简单计算方法,能在一定范围 内(如团簇的原子个数小于13)解诀多体量子力学难以克服的计算 互二 四川大学博士学位论文 问题,不但计算精度与改进的排列通道量子力学方法的非常接近, 而且易于编程,求出的系统能量可表示为体积的解析函数,为进一 步计算氢团簇的状态方程奠定了基础。计算结果还表明9个氢原于 相互作用形成的H。团簇具有类氟仆)原子的电子结构和物性。 通过联机检索证明,上述实验技术和自行研制的设备均为国际、 国内原子与分子实验研究中的创新性成果;其多功能、技巧性和富 含高科技含量等特点为深入、全面地研究凝聚态物质的物性提供了 极为有利的实验条件。
【学位授予单位】:四川大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:O521.9;O522.2

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