极端条件下辐射与物质相互作用研究装置概况(4) - 辐射研究与辐射工艺学报杂志社投稿_期刊论文发表|版面费|电话|编辑部- 辐射研究与辐射工艺学报

一、稿件要求： 1、稿件内容应该是与某一计算机类具体产品紧密相关的新闻评论、购买体验、性能详析等文章。要求稿件论点中立，论述详实，能够对读者的购买起到指导作用。文章体裁不限，字数不限。 2、稿件建议采用纯文本格式(*.txt)。如果是文本文件，请注明插图位置。插图应清晰可辨，可保存为*.jpg、*.gif格式。如使用word等编辑的文本，建议不要将图片直接嵌在word文件中，而将插图另存，并注明插图位置。 3、如果用电子邮件投稿，最好压缩后发送。 4、请使用中文的标点符号。例如句号为。而不是.。 5、来稿请注明作者署名(真实姓名、笔名)、详细地址、邮编、联系电话、E-mail地址等，以便联系。 6、我们保留对稿件的增删权。 7、我们对有一稿多投、剽窃或抄袭行为者，将保留追究由此引起的法律、经济责任的权利。二、投稿方式： 1、请使用电子邮件方式投递稿件。 2、编译的稿件，请注明出处并附带原文。 3、请按稿件内容投递到相关编辑信箱三、稿件著作权： 1、投稿人保证其向我方所投之作品是其本人或与他人合作创作之成果，或对所投作品拥有合法的著作权，无第三人对其作品提出可成立之权利主张。 2、投稿人保证向我方所投之稿件，尚未在任何媒体上发表。 3、投稿人保证其作品不含有违反宪法、法律及损害社会公共利益之内容。 4、投稿人向我方所投之作品不得同时向第三方投送，即不允许一稿多投。若投稿人有违反该款约定的行为，则我方有权不向投稿人支付报酬。但我方在收到投稿人所投作品10日内未作出采用通知的除外。 5、投稿人授予我方享有作品专有使用权的方式包括但不限于：通过网络向公众传播、复制、摘编、表演、播放、展览、发行、摄制电影、电视、录像制品、录制录音制品、制作数字化制品、改编、翻译、注释、编辑，以及出版、许可其他媒体、网站及单位转载、摘编、播放、录制、翻译、注释、编辑、改编、摄制。 6、投稿人委托我方声明，未经我方许可，任何网站、媒体、组织不得转载、摘编其作品。

极端条件下辐射与物质相互作用研究装置概况(4)

作者:

关键词:

摘要：

研究核武器材料在各种武器条件下的行为是库存维护计划中的一个重要部分。在核爆炸过程中，核武器材料处于极端压力、应变、应变率和温度环境中，这些极端环境参数往往比正常环境条件高数个量级，材料的相应载荷范围可能会跨越6个量级甚至更多。在核武器库存维护计划中，要发展对核武器性能的预测能力，需要彻底研究影响材料(包括金属、陶瓷、聚合物、电子元件等各种材料)在环境条件到极端条件下动态行为的基础物理学。就完整核武器(包括非核部件在内)来说，要理解材料在正常、异常和敌对环境下的响应行为，需要开展包括理论建模、小尺度实验和大型综合实验在内的完整材料科学研究。不过，很难在实验室中或利用非核爆炸系统营造材料研究所需的极端条件，在某些情况下，必须借助某些大型实验装置，如双轴X光照相流体动力学试验装置(DARHT)、国家点火装置(NIF)和Z脉冲功率装置等。

目前，由于在对介观尺度材料行为的基础理解方面还存在着空白，导致了这方面武器材料模拟能力的欠缺。这造成了对特定材料行为的预测存在不确定性；同时，在材料制造方面，无法判断处理工艺是如何影响材料微结构直至最终的武器整体性能的；此外，还导致难以有效预测核武器部件的失效。MaRIE装置的建成，将有望填补美国核库存维护实验装置在介观尺度材料研究方面的空白，为在双轴X光照相流体动力学试验装置(DARHT)、U1a综合体进行的综合实验研究与在国家点火装置(NIF)、Z脉冲功率装置进行的小尺度实验研究提供补充数据[8]。MaRIE装置所得到的测量数据，可用于为武器模拟代码构建新的或改进现有的高保真材料模型，增进对高能炸药和钚材料在内爆动力机制和初级助爆条件下的材料行为的理解，由此将提高延寿武器性能预测的置信度。MaRIE装置在核武器库存管理中的作用主要有两个[14]，一是通过对动态材料性能的研究，帮助了解核武库的状况，二是通过建立“过程感知”制造能力，来帮助延长核弹头的寿命，如图 7所示[3]。此外，MaRIE装置还将有助于现代化美国国家核安全管理局的基础设施和加强其科学、技术与工程基础[14]。MaRIE装置初级版本MaRIE 1.0的任务需求如表 4所示[14]。

图 7 MaRIE装置在核武器库存管理中的作用Fig.7 Function of MaRIE facility in nuclear weapons stockpile management

表 4 MaRIE 1.0的任务需求Table 4 MaRIE 1.0 mission drivers项目驱动任务挑战技术挑战了解核武库状况通过验证材料模型，降低集成代码的不确定性动态材料性能延长核弹头寿命理解老化对流体动力学内爆的影响动态材料性能过程感知制造预测新制造的替换部件及材料的性能过程感知制造加强科学、技术与工程基础理解未来需求拓展能力以应对更多领域的挑战防止技术惊讶促进对国家核安全管理局任务具有基础作用的相关能力的发展投资技术人员队伍建设动态材料性能过程感知制造

4 结束语

MaRIE装置的建设是一项持续数十年的系统工程，目前已完成前期概念设计与替代方案分析，正在进行初步工程与设计之前的相关技术研发，预计到2030年左右将投入运行。MaRIE装置建成后，将集成一流的材料合成与表征能力、动态极端环境、材料辐照环境以及先进的诊断能力，突破材料研究在介观尺度方面的局限，促进新型材料的快速发展，对于美国材料科学研究和核库存维护都具有重大意义。为了在材料科学研究这一领域跟上一流国家的水平，我国相关机构也应尽快着手开展相关研究。

洛斯·阿拉莫斯国家实验室在美国的核材料研究领域多年来一直处于领先地位。实验室研究人员指出，与材料相关的问题与挑战几乎无处不在，特别是，亟须可在各种极端环境下能以稳定状态工作的材料。目前在核武器、核动力堆和先进能源系统中使用的一些复杂材料，通常仅发挥了其固有功能的很小一部分[1]。在认识材料失效机理、提升材料性能与寿命(以满足特定任务需求)方面，研究人员还缺少必要的预测知识与能力，因此必须加强材料研究相关能力的建设。

极端条件下的辐射与物质相互作用(Matter-Radiation Interactions in Extremes，MaRIE)实验装置，是美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室根据核库存维护计划的需要，在其第53技术区(TA-53)正在建设的旗舰级实验装置，主要用于介观尺度材料研究，其目标任务是促进对核武器相关材料的鉴定、认证和评估[2]。该装置将综合运用多种成像诊断方法(质子、光子、中子)，进行各种极端温度、压力和辐射条件下的材料原位表征，实现对材料状态和相变的实时测量，用于研发可耐受各种极端环境的新型材料，并提高对材料性能的预测能力，为新型核系统的认证提供支持。

文章来源：《辐射研究与辐射工艺学报》网址: http://www.fsyjyfsgyxb.cn/qikandaodu/2021/0709/1026.html