[发明专利]一种金属冲击破碎过程密度诊断方法及系统

说明书

本发明公开了一种金属冲击破碎过程密度诊断方法及系统。该方法包括：将纳秒激光加载到金属靶上，使所述金属靶处于冲击破碎状态；将所述皮秒激光加载到金属微丝上，产生高能X射线；将所述高能X射线照射到金属靶的破碎区域上，经过滤片和成像介质成像，得到金属靶冲击破碎过程的物理图像；利用金属台阶样品的成像灰度标定所述金属靶冲击破碎过程的物理图像的面密度，获得面密度数据；所述面密度数据为金属冲击破碎过程诊断数据。本方法和系统能够获取高精度的密度诊断数据，便于冲击加载下高Z金属动态破碎过程物质分布及时空演化过程研究、中高Z金属材料冲击压缩密度原位诊断等极端条件下材料动态响应特性研究。

技术领域

本发明涉及金属材料表面破碎领域，特别是涉及一种金属冲击破碎过程密度诊断方法及系统。

背景技术

冲击加载下金属材料表面破碎过程近年来比较热点的研究领域。利用炸药爆轰、飞片撞击、高功率激光加载等方式开展过大量的物理实验研究。在这些过程研究中，密度和质量-速度分布等是重要的物理量，而高精度的诊断数据却很少。

通常，闪光X射线照相能量可以穿透金属冲击破碎区，诊断破碎过程密度图像，但这种诊断方法受限于装置的复杂性及诊断空间分辨(100μm量级)。Asay膜是一种间接的密度诊断方法，可用于获取金属冲击破碎区的质量-速度分布。侧向阴影成像用于观察界面运动的阴影轮廓和平均运动速度，虽有很高的空间分辨但无质量分辨的能力。利用强激光开展加载-探测物理实验具有很高的诊断精度，但前述研究中，主要利用纳秒激光驱动X射线诊断动态破碎过程，虽能达到很高的空间分辨，但X射线能点只能到10keV左右，不能穿透金属材料稀疏破碎区，且X射线源尺寸较大，难以实现高空间分辨、大视场成像，因此，很难获得高精度的诊断数据。

发明内容

本发明的目的是提供一种金属冲击破碎过程密度诊断方法及系统，以获取高精度的诊断数据，便于冲击加载下便于冲击加载下高Z金属动态破碎过程物质分布及时空演化过程研究、中高Z金属材料冲击压缩密度原位诊断等极端条件下材料动态响应特性研究。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种金属冲击破碎过程密度诊断方法，所述方法包括：

将纳秒激光加载到金属靶上，使所述金属靶处于冲击破碎状态；

将所述皮秒激光加载到金属微丝上，产生高能X射线；

将所述高能X射线照射到金属靶的破碎区域上，经过滤片和成像介质成像，得到金属靶冲击破碎过程的物理图像；

利用金属台阶样品的成像灰度标定所述金属靶冲击破碎过程的物理图像的面密度，获得面密度数据；所述面密度数据为金属冲击破碎过程诊断数据。

可选的，所述纳秒激光的加载光斑为2mm，能量为100-3000J。

可选的，所述高能X射线的源尺寸为10μm，能量为10keV-1MeV。

可选的，所述将所述高能X射线照射到金属靶的破碎区域上，经过滤片和成像介质成像，得到金属靶冲击破碎过程的物理图像，具体包括：

通过所述滤片截止低于预设能量值的所述高能X射线；

通过所述成像介质选取预设能段的高能X射线；

通过点投影成像方法进行成像。

可选的，所述利用金属台阶样品的成像灰度标定所述金属靶冲击破碎过程的物理图像的面密度，获得面密度数据，具体包括：

获取所述金属台阶样品的各台阶成像灰度值；

获取所述金属台阶样品的各台阶的厚度；

拟合所述成像灰度值与所述厚度之间的关系，得到拟合曲线；