关于粒子束爆炸介绍

[拼音]：lizishu baozha

[外文]：explosion induced by beam radiation

强电子束或强光子束（X射线、激光） 等多种粒子束辐照到固体材料表面，使固体的压力和温度急剧上升并在固体内激起应力波，在适当条件下，能使材料迅速断裂而破坏，这种现象称为粒子束引起的爆炸，简称粒子束爆炸。 高空核爆炸时发出的强X射线、激光武器和粒子束武器发射的强激光束以及其他多种强粒子束的破坏效应，均与粒子束爆炸现象密切相关。研究粒子束爆炸最初是为了研究高空核爆炸效应和用强电子束在实验室内模拟核爆炸效应。粒子束辐照固体能激起应力波，所以这种爆炸也是进行动态高压实验的一类新型加载方法（见动态超高压技术），其中以利用强激光束的方法较为常见。

粒子束爆炸一般经历能量沉积阶段和应力波引起的局部破坏阶段；如果材料受粒子束辐照并一直承受其他载荷的作用，则还会有破坏扩展阶段：

（1）能量沉积阶段 粒子束能量被固体表面吸收的过程。不同种类粒子与材料的相互作用机理不同，能量沉积情况也不同：电子和X射线能穿入固体内部，因而沉积较深，粒子在输运过程中与固体发生多种相互作用，结果粒子束的能量转化为固体的内能，使能量沉积区域中的应力迅速增加，于是激起压缩应力波向固体更深部传播；红外激光通常不能透射到不透明的固体内部，能量沉积范围限于表面一浅层，单靠这种作用，转化成应力波的能量不多，但固体表面温度升高后，可被烧蚀掉一层，烧蚀蒸气高速喷出时，由于动量守恒，将有反冲压力施加到固体表面，此反冲作用可激起压缩应力波向固体的深部传播;能量密度很高的激光束辐照固体表面，固体表面烧蚀蒸气和附近空气会因高温而电离成等离子体，等离子体强烈吸收入射激光，屏蔽了固体，使激光能量不能直接沉积到固体上，但等离子体吸收激光后，有可能形成激光支持的爆轰波（见爆轰），爆轰波阵面后方的高压力将作用到固体表面而激起压缩应力波，这种过程称为二次能量沉积。

（2）应力波引起的局部破坏阶段 由粒子束照射激起的应力波在固体内传播，能使固体损伤而断裂。最常见的现象是压缩应力波传播到固体的后自由表面时发生反射，在适当条件下，反射波与后续的入射波相互作用后会形成负压区，使固体受到拉伸。如果拉应力足够强而且持续一段时间，在此负压区会发生层裂，材料的被辐照部位会出现局部动态断裂破坏。

（3）破坏扩展阶段 受粒子束辐照时，若材料还一直承受有其他载荷的作用，则可能在已形成的局部破坏区域引起足够强的应力集中，并导致更大范围的破坏。

第②、③阶段与通常爆炸时固体材料的破坏过程相似，第①阶段则是粒子束爆炸所特有的。