THz时域光谱技术对于火工药剂老化的检测研究

发布时间：2020-04-17 17:21

【摘要】：随着火药技术的发展和成熟,对于火药的需求量和消耗量也大幅提升,在和平时期各国都会存储大量的火药武器,以便在突发的战争中能有效保卫国家安全。然而火药是一种易氧化且相对不稳定的含能材料,在长期存储过程中,因为环境温度、湿度以及腐蚀性气体等作用,使其物理、化学等性质发生变化,对火药的可靠性和稳定性造成很大的影响,因此对库存火药老化检测新技术的研究极其重要。太赫兹时域光谱技术凭借其低能,性和穿透性等优越性,成为现今对物质进行检测的新型光谱技术。由于大多数火药分子的转动、振动信息主要位于THz频段,利用THz时域光谱技术可以获得火药的THz时域谱、频谱以及吸收光谱等信息,进而对火药的组成以及分子结构的变化进行分析,分辨火药老化状态。本文主要利用THz时域光谱技术对老化前后火药样品的THz吸收光谱进行了研究,并从老化前后火药分子结构的变化方面对实验结果做了分析,,主要的研究工作有以下几个方面:(1)介绍了本实验室自行搭建的THz-TDS系统(频谱范围为0.1THz～2.5THz)和空气等离子体产生THz的ZAP-ABCD系统(频谱范围为0.5THz～6THz)的工作原理及系统光路,并使用这两个系统对实验环境条件中水蒸气对THz波的吸收进行了探究。(2)利用THz-TDS系统和ZAP-ABCD系统分别对五种火药样品(PETN、RDX、HMX、LLM-105、TATB)在不同频谱范围内的THz时域光谱进行了测量,并通过频谱变换和朗伯定律计算得到火药样品的THz吸收光谱。实验采用透射式方法对火药样品进行检测,实验结果表明在THz频谱范围内火药样品具有多个THz特征吸收峰,且不同火药样品的特征吸收峰位置互不相同,具有独特的“指纹”特性。其中0.5THz～6THz频谱范围内测量得到的火药吸收光谱对现有的研究结果进行了补充和扩展。(3)对老化后火药样品的THz吸收光谱进行测量,并和未老化火药的吸收光谱数据做了对比分析,并从火药老化机理方面对老化后火药吸收光谱的变化进行了理论解析。实验结果表明,老化前后火药的THz吸收光谱具有明显的差异,其主要原因是老化后火药分子结构中的基团发生了断裂、重组等变化。该研究结果表明了THz时域光谱技术在老化火药研究方面的重要应用价值。
【图文】：

电磁波谱,位置,科学技术,未来世界

图 1-1 THz 波在电磁波谱中的位置Fig.1-1 THz in the electromagnetic spectrumHz 技术发展初期，由于不能有效地产生探测 THz 波，使得 THz 科学技术的限制住。到了 20 世纪 80 年代末[3,4]，随着半导体技术和超快光电子技术的 THz 辐射提供了稳定的辐射源和高精度的探测器，从而使 THz 科学技术得。2004 年，THz 科学技术被美国列为改变未来世界的十大技术之一[5]，在 2将 THz 科学技术列为“国家支柱技术十大重点战略目标”之首，由此可见

时域波形,透射型,光路图

西安理工大学硕士学位论文射在光电导天线（低温 GaAs）表面的两个电极之间，辐射出 THz。THz 辐射脉冲经组离轴抛面镜（PM1-PM4）的准直和聚焦之后，垂直聚焦在 ZnTe 探测晶体的表面，离轴抛面镜 PM2 和 PM3 之间的焦点上为放置样品的位置。同时探测光经过反射镜和片之后，与 THz 辐射脉冲垂直共线地入射在在 ZnTe 表面。由于探测光的脉宽远小Hz 辐射的脉宽，因此在通过 ZnTe 探测晶体时 THz 辐射电场将对探测脉冲进行调制，探测光的偏振态发生变化，这个过程可以反映出 THz 辐射电场的大小以及随时间变情况。偏振态发生变化后的探测光再经过透镜 L3 和四分之一波片（QWP）之后，被斯顿棱镜（Wollaston Prism，WP）分成两束偏振方向互相垂直的偏振光，这两束光个光电二极管组成的平衡探测器所接收并进行差分处理，最后将差分信号输入锁相放，并通过计算机进行数据的采集和处理，，记录 THz 时域波形数据。实验中样品位于抛面镜 PM2 后的焦点位置，THz 辐射脉冲在透过样品时便会携带样品的相关信息，后期的数据处理就可以得到样品的相关信息参数。
【学位授予单位】：西安理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O657.3;TQ560.72

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