具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种含能材料微结构演化的测量方法、系统及其装置，通过获取含能材料的自由面速度历史曲线、含能材料的衍射数据，确定含能材料的微结构演化特性，实现对于含能材料微结构演化特性的直接测量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种含能材料微结构演化的测量方法，包括：

步骤101，获取含能材料的自由面速度历史曲线；所述自由面速度历史曲线是第一激光束辐照含能材料复合靶后得到的。具体地，所述第一激光束为纳秒激光束，所述含能材料复合靶内包括含能材料；所述纳秒激光束驱动所述含能材料复合靶，使含能材料内部产生高温高压状态。在对含能材料进行激光加载的同时，获取含能材料的自由面速度历史曲线。

步骤102，获取含能材料的衍射数据；所述衍射数据是X射线源辐照所述含能材料复合靶后得到的，所述衍射数据即为含能材料的X射线晶格衍射数据；所述X射线源是第二激光束辐照复合背光靶后得到的。具体地，所述第二激光束为微焦点激光束，所述微焦点激光束与所述复合背光靶相互作用产生瞬态高通量准直X射线源。

在本实施例中，通过IP成像板记录衍射信号，利用IP读数仪对IP成像板上的记录的衍射信号进行数据重现。

步骤103，根据所述衍射数据和所述自由面速度历史曲线，确定含能材料的微结构演化特性。

步骤103，具体包括：

步骤1031，根据第一时间和所述自由面速度历史曲线，确定所述含能材料的动载荷加载状态。所述第一时间为所述第一激光束与所述第二激光束间隔的时间，即完成步骤101后，延时第一时间，再进行步骤102。优选地，所述第一时间与所研究的物理过程有关，且所述第一时间在百ps～ns量级。

步骤1032，根据所述动载荷加载状态和所述衍射数据确定含能材料的动载荷衍射图谱。

步骤1033，对比所述含能材料动载荷的衍射图谱与含能材料的静态X射线衍射图谱，获得动载荷下含能材料的微结构变化。进一步地，所获得的含能材料晶格压缩度、含能材料晶格微观结构等的变化情况以及相关结果可以用于动载荷下含能材料状态方程、相变等方面研究。

优选地，在步骤101之前还进行步骤100，所述步骤100包括第一激光束与含能材料复合靶的第一束靶耦合以及第二激光束与复合背光靶的第二束靶耦合；所述第一束靶耦合和所述第二束靶耦合的作用时间短(百ps～ns量级)。

束靶耦合过程中，衍射系统使用二维方向尺寸几十毫米×百毫米的衍射系统，而激光瞄靶系统的容靶空间通常为几毫米×几十毫米，为了解决大尺寸靶瞄准问题，本实施例借鉴超短脉冲装置瞄靶方式，利用多台长焦显微镜设备，配合靶标识以实现束靶耦合。以第二束靶耦合为例，如图2所示，利用多台长焦显微镜设备确定复合背光靶上的四个靶标识1，其中，靶标识1为圆形，靶标识1的直径为100～200μm，靶标识1的间距为500～800μm；连接四个靶标识1的相对圆中心，连线相交位置即为激光注入位置2，以实现激光注入点的瞄准偏差小于100μm。

实施例二

如图3所示，本实施例提供一种含能材料微结构演化的测量系统，包括自由面速度历史曲线获取模块201、衍射数据获取模块202以及微结构演化特性确定模块203。

自由面速度历史曲线获取模块201用于获取含能材料的自由面速度历史曲线；所述自由面速度历史曲线是第一激光束辐照含能材料复合靶后得到的。

衍射数据获取模块202用于获取含能材料的衍射数据；所述衍射数据是X射线源辐照所述含能材料复合靶后得到的；所述X射线源是第二激光束辐照复合背光靶后得到的。

微结构演化特性确定模块203用于根据所述衍射数据和所述自由面速度历史曲线，确定含能材料的微结构演化特性。

具体地，所述微结构演化特性确定模块203具体包括宏观加载状态确定子模块、衍射图谱确定子模块以及微结构变化确定子模块。

宏观加载状态确定子模块用于根据第一时间和所述自由面速度历史曲线，确定所述含能材料的动载荷加载状态；所述第一时间为所述第一激光束与所述第二激光束间隔的时间。

衍射图谱确定子模块用于根据所述动载荷加载状态和所述衍射数据确定含能材料的动载荷衍射图谱。

微结构变化确定子模块用于对比所述含能材料的动载荷衍射图谱与含能材料的静态X射线衍射图谱，获得动载荷下含能材料的微结构变化。

实施例三

如图4所示，本实施例提供一种含能材料微结构演化的测量装置，包括第一激光源、第二激光源、含能材料复合靶、复合背光靶6、衍射数据获取部件以及数据处理器；所述数据处理器内置有实施例二提供的含能材料微结构演化的测量系统。所述第一激光源用于向所述含能材料复合靶发射第一激光束50；所述第二激光源用于向所述复合背光靶6发射第二激光束51以产生X射线源，其中复合背光靶6设置在复合背光靶靶架7上；所述X射线源用于辐照至所述含能材料复合靶，以进行X射线衍射，即产生了图4中的X射线衍射圆锥52；所述衍射数据获取部件与所述数据处理器连接，所述衍射数据获取部件用于获取X射线衍射成像的衍射数据，并将所述衍射数据发送至所述数据处理器。具体地，所述衍射数据获取部件包括IP成像板9。

进一步地，如图2所示，所述复合背光靶6包括准直配件4以及与所述准直配件连接的金属膜3，所述复合背光靶6用于与所述第二激光源进行束靶耦合，以确定所述第二激光束的激光注入位置。由于第二激光束与第二金属膜相互作用产生的类He线X射线具有瞬态高通量的特点，针对含能材料晶体对称性低，导致衍射图谱衍射峰多，且各个衍射峰计数强度相差大的特点，在本实施例中，通过第二金属膜与第二准直配件共同作用，对第二激光束与第二金属膜相互作用产生的类He线X射线进行准直。在实验过程中，通过调节准直配件尺寸，实现X射线源准直性调节。

优选地，所述金属膜3上设置有四个靶标识1；所述靶标识1用于确定所述第一激光束的激光注入位置2；所述靶标识1的直径为100～200微米，所述靶标识1的间距为500～800微米。

进一步地，如图5所示，所述含能材料复合靶包括依次连接的PI烧蚀层10、等离子体飞行腔11、金属飞片12、飞片飞行腔13以及含能材料14。当第一激光束辐照至PI烧蚀层10，强激光对PI烧蚀层10进行烧蚀产生高速飞行的等离子体；等离子体经过等离子飞行腔11作用到金属飞片上驱动金属飞片12高速运动；高速运动的金属飞片12经过飞片飞行腔13充分吸收等离子能量后撞击至含能材料14，在含能材料14中产生具有一维平面区的高温高压状态。

在本实施例中，所述第一激光束为经过束匀滑的纳秒激光束，所述纳秒激光束驱动金属飞片撞击含能材料，在含能材料中产生的高温高压状态与纳秒激光束的加载激光参数(激光能量/脉宽/光斑)和靶结构参数(烧蚀层/等离子体飞行腔/金属飞片/飞片飞行腔/含能材料)有关。通过不同的加载激光参数和靶结构参数组合，能够在含能材料中产生宽范围的高温高压状态。具体地，加载激光参数为：纳秒激光束的为加载能量～300J，脉宽3ns，加载激光光斑3mmCPP束匀滑。靶结构参数为：所述PI烧蚀层10的厚度为10μm，所述等离子体飞行腔11的厚度为200μm，所述金属飞片12的厚度为20μm，所述飞片飞行腔13的厚度为100μm，所述含能材料14的厚度为300μm；且上述设置条件下装置的加载压强为数GPa。如果第一激光束的加载能量调整为数千J，加载压强可到数十GPa。

在本实施例中，所述含能材料微结构演化的测量装置还包括速度干涉仪；所述速度干涉仪与所述数据处理器连接，所述速度干涉仪用于获取所述含能材料的自由面速度历史曲线，并将所述自由面速度历史曲线发送至所述数据处理器。速度干涉仪(VISAR)可测量任意反射表面，具体地，通过发射VISAR诊断光8来获取含能材料的自由面速度历史曲线，进而得到含能材料内部冲击波起跳时间和含能材料所处的动载荷加载状态。

优选地，所述衍射数据获取部件包括IP成像板9以及IP读数仪，其中，IP成像板9在衍射测量中记录X射线衍射的成像数据，再利用IP读数仪对IP成像板9上记录的衍射信号进行数据重现，得到X射线衍射图谱。在本实施例中，IP成像板9并无时间分辨功能，时间分辨能力是通过时间分辨的X射线源实现的。如图6所示，为经由IP读数仪重现的IP板记录的典型含能材料HMX的静态衍射图谱。

针对含能材料的研究需求，本发明将动态X射线衍射技术用于含能材料动态响应特性研究，实现对于含能材料微结构演化特性的直接测量。同时结合含能材料自身特点，对实验结构、X射线源、瞄靶等方面进行了针对性分析，该方法的提出对于含能材料动态响应研究具有重要意义。

相对于现有技术，本发明还具有以下优点：

(1)现在纳秒激光装置瞄靶多采用传感器瞄靶，其特点是瞄靶精度高(优于30μm)，且能对靶姿态进行三维监测。但是由于传感器容靶空间与焦距受限，其只能对小尺寸靶进行瞄准。针对纳秒激光装置上大尺寸靶的瞄靶需求，本发明利用多台长焦显微镜设备配合靶标识进行瞄靶，实现束靶耦合，解决了纳秒激光装置上瞄准大尺寸靶的难题。

(2)目前动态X射线衍射技术中X射线源的准直配件都放置在待测样品后面，实验中为测量到更多的衍射图谱，准直配件的大小受限，一般X射线源的发散度都大于0.3度。本发明将准直配件置于待测样品前端，通过准直配件与金属膜共同构成复合背光靶，解决了动态加载、高准直X射线源、宽角度X射线衍射接收范围三者相互制约的难题。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。