本研究采用双波加载实验方案，使处于光学窗口界面处的样品先后经历2次冲击波加载。通过调控样品/窗口处样品体内状态的变化路径，拟观测界面辐亮度及热辐射温度随调制压力波形的变化情况。同时，双波实验还有利于检验界面“间隙发光”干扰的抑制效果。

如图1所示，冲击实验在二级轻气炮加载平台上完成。固定于弹丸头部的铜飞片经二级轻气炮加速后，由磁测速装置精确测得其速度。飞片撞击基板产生冲击波，冲击波透过基板进入样品。在基板夹层处安装电探针，以准确记录冲击波到达基板的时刻。在冲击压缩状态下，氟化锂窗口在较广波长范围内能够保持光学透明性，确保了热辐亮度观测数据的可靠性。由于氟化锂的冲击阻抗高于样品，光学窗口也起到了样品保压作用。辐射测温原理及数据处理方法参考文献[21]，采用溴钨灯作为标准光源标定各测量通道的灵敏度系数，辐亮度随波长分布的测量结果借助普朗克灰体模型分析评价。在冲击加载过程中，通过置于窗口后方的光纤透镜收集样品内部和样品/窗口界面处产生的辐射光，并传输到瞬态辐射高温计完成光电转化和信号放大，最后由示波器记录保存电信号。辐射高温计的波长范围为448～887 nm。实验靶结构如图2所示，基板内设置了0.4 mm的空气夹层，冲击波被夹层调制后具有“双波”结构特征。“双波形”冲击波进入样品对其实施连续2次冲击加载。在具体实验条件下，输入波形由材料物态方程参数及流体力学模拟方法获得。界面粒子速度随时间的变化特征由激光多普勒位移干涉系统（Doppler displacement interferometer system，DPS）测定，根据界面粒子速度的测量数据即可确定界面的压力波形。

若直接采用RDX粉末压片制备样品，样品内必定存在空气包裹体，这些残余气体在受到冲击压缩时会发出强光，干扰实验结果^[19]。鉴于硅油在静高压（64 GPa）下仍然能保持光学透明性^[22]，本研究样品由RDX粉末和二甲基硅油（质量分数5%）组成。通过压制成型制备PBX炸药样品，使用硅油的目的是填充粒间空穴；同时进行抽真空处理，以减少复合样品内残余孔隙及包裹气体的冲击发光背景。附着在样品表面的薄层硅油也有利于样品与观察窗口之间实现良好接触，并减弱界面“间隙”发光干扰。

共进行了4次实验，RDX基PBX炸药压片样品的密度及每次实验样品靶相关几何参数见表1。其中：$ \rho $_s为样品密度，v_F为飞片速度，h_F、h_p1、h_p2、h_A、h_s、h_w分别为飞片、第1基板、第2基板、空气层、样品和窗口的厚度。飞片材料为纯铜，盖板和基板材料均为2024铝，各材料的Hugoniot参数见表2^[23–25]。其中：$ \rho $为密度，$ {C}_{0} $和$\lambda $分别为材料的冲击波参数，即冲击波速度与波后粒子速度之间线性拟合关系的系数。

实验 1～实验 3的辐亮度曲线如图3～图5所示，均呈现双峰特征。实验 1的辐亮度信号的第1峰较宽，实验 2辐亮度信号的信噪比较差；实验 3的辐亮度信号的第1峰较锐，且第2峰的起跳特征更清晰。实验 3非常接近正碰条件，故对实验 3的结果进行详细讨论。实验 3中电探针及各波长的辐亮度变化历史见图5。电探针信号给出了冲击波进入第2基板的t₀时刻。根据阻抗匹配计算结果，冲击波在基板中的传播时间约为338 ns，据此得到冲击波进入样品的时刻t₁；冲击波在t₁时刻进入样品后，开始对样品进行冲击加载；同时，受冲击样品的热辐射光信号能够透过前方未被压缩的半透明样品，而且随着该部分样品厚度的减小，透射光的亮度逐渐增加；在t₂和t₃时刻，样品后界面连续2次受到冲击加载，因此先后出现2个明显的辐亮度峰值。为了进一步证实双波效应，进行了实验4。图6给出了相近实验条件下界面粒子速度测量结果，结果表明，样品/窗口界面粒子速度及压力呈现双波特征，其中，t₂和t₃代表的双波特征分别与图5所示的辐亮度双峰之间存在关联。鉴于冲击加载状态下样品可能还具有一定的光学透明度，其辐亮度信号也就可能包含体积辐射贡献；而界面速度信号仅仅反映特定位置流场的演化特征。因此，实验 3的辐亮度波形与实验4的界面速度测量波形之间必然存在较明显差异。然而，在第1次冲击加载后，界面压力和辐亮度均呈现持续衰减特征，两者具有较好的一致性。压力波形的起跳前沿特征对反应度及样品的初始密度比较敏感，可能受到反应产物体积膨胀效应的影响。

图7～图9为实验1～实验3样品后界面的温度随时间变化曲线。图10为实验3对应时刻温度的拟合结果。对辐亮度随波长的分布特征进行拟合，发现界面发光具有灰体热辐射特征，其发射率ε约为0.85。在第1、2次冲击加载期间，实验3样品后界面温度从2790 K衰减到2550 K，降低了240 K，随后在t₃时刻界面受到第2次冲击加载，界面温度再次跃升到2730 K，最后缓慢下降。由图6(b)所示的压力曲线可知，界面压力经历了衰减过程，压力从25 GPa降至18 GPa，其最高峰值明显低于文献[26–27]的爆轰压力。在本实验中，样品温度测量值也未达到文献[28]报道的爆轰温度（3400 K），可见爆轰过程需要足够高的温度和持续时间才能完成能量的充分释放。温度测量值低于稳定爆轰温度，说明在本次实验中，样品处于爆轰前的化学分解和热释能阶段。在此过程中，样品热辐射的发射率仍然小于1，也间接反映出在观测界面上存在某些发光较弱的区域，即处于不同区域的炸药样品的能量释放程度有所差异。

表1给出了3发实验的加载参数和样靶结构参数，其加载压力相近，据此考察了冲击发光实验结果的分散性。辐亮度信号及界面温度变化特征均显示出“双波”现象，其中界面温度的第2个峰值在2650～2730 K之间，而第1个峰值在2750～2950 K之间，且2个峰之后均呈现相似的衰减趋势，由此可见，界面温度测量结果具有较好的一致性。因此，本研究重点关注界面辐射温度的衰减特性。然而，界面辐亮度测量结果存在明显的分散性：(1)前、后2个辐亮度峰的相对幅值差别较大，其中实验1和实验2中的第2峰值高于第1峰值，而实验3的2个辐亮度峰值接近；(2) 双波信号的时间间隔在150～230 ns之间变化，且实验3的双波信号具有较大的时间间隔。值得注意的是，前2发实验靶的第2基板厚度约为4 mm，而实验3中样靶的第2基板厚度仅为2.26 mm。如果不考虑含能材料的释能反应，本实验样靶的冲击动力学行为可简化为一维惰性流体动力学问题。图11给出了实验2和实验3中窗口界面的压力波形。

如图11所示，2片铝基板碰撞产生的冲击波受薄基板后界面卸载的影响，演化为“三角波”，其后跟随斜波卸载衰减，该波形与图5中的第1辐射峰对应。约200 ns后，从飞片界面反射的第2冲击波紧随到达窗口处，该波形与图5中的第2辐射峰对应。图11的第2压力波形具有方波特征，但图5中的第2辐射峰却呈衰减特征，说明样品实际发生了释能反应，偏离了惰性流体模拟波形。图11反映了第1压力波后伴随的线性卸载过程以及2次实验入射波形的差异，即双波时间间隔越小，第2压力波幅值越大。该模拟波形能够为理解热辐射波形提供参考，并对辐射波形差异给出定性解释。通过对比发现，实验1和实验2的双波时间间隔明显低于模拟结果，实验4的压力幅值高于模拟结果，结合第2辐射峰的衰减特征，我们认为样品实际发生了明显的释能反应，释能反应引起第2冲击波幅值增大和加速追赶效应，形成了第2辐射峰的“尖峰”特征，同时缩短了双波时间间隔。进一步的定量分析需要开展合理的反应率模拟，该工作正在进行中。本研究结果还表明：具有非均质释能特性的含能材料在冲击波作用下呈现出复杂的热辐射特征，其能量释放过程与加载条件及样品制备工艺控制参数的关系十分密切；同时，为了获得更精密的炸药冲击释能特性，有必要进一步提高样品的制备工艺水平和局部结构的表征能力。

本研究发现，PBX/氟化锂界面的冲击温度测量结果在2500～2800 K之间变化，且明显高于未反应RDX的冲击温度计算值。参考文献[23]计算RDX的冲击压缩温度^[11]，结果显示，界面处样品的压力为25 GPa，冲击温度为1228 K，远低于图9中实验测得的样品/窗口界面温度。由此可见，界面处的RDX炸药样品发生了明显的化学能释放过程，该结论与Ravindran等^[29]、Loboiko等^[30]的观点一致。

如图3所示，样品界面先后受到2次冲击加载后，发光辐亮度均呈现线性衰减特征。这种辐亮度变化形态与金属测温信号呈现的“尖峰”形态明显不同，其衰减过程更缓慢。类似现象也体现在图9所示的界面温度曲线上。在金属测温实验中，界面压力保持恒定，通常将界面辐亮度和辐射温度的衰减归因于界面热传导。本实验中，炸药样品的热传导系数比金属低得多，且界面处不存在空气间隙（视为理想界面），因此，推测由界面热传导效应引起的辐亮度和温度衰减效应不明显。首先将这种典型的“线性”慢衰减现象解释为反应产物的等熵膨胀效应，原因是在相近的冲击条件下，本研究所进行的对比实验的确记录了界面速度的持续衰减现象，如图6所示。该过程对应界面压力的持续衰减，必然伴随界面处流场物质发生体积等熵膨胀和温度降低。做出上述解释的另一个支撑证据来自“双波”加载数据。在前期膨胀过程中，界面温度降低，但在经历第2次加载后又恢复到原有水平，表明这里界面温度的升降受界面压力调控，而热耗散所致的界面降温效应并不明显。在炸药及其产物组成的反应流场中，介质的组成通常被界定为未反应炸药和反应产物2个类别。其中，未反应炸药组分的温度也会因冲击压力的增加而升高，但从图6所示的实际测量结果可以看出，即使按第1次冲击压力（25 GPa）峰值估算，界面温度也仅为1228 K，远低于实际测得的界面辐射温度（2790 K）。由此可见，未反应炸药组分对界面辐亮度和辐射温度测量结果的贡献可以忽略不计，主要贡献来自于反应产物的热辐射。反应产物是由一些小分子组成的混合流体。从本研究的测量结果可以看到，在25 GPa冲击压力下，这些产物的温度约为2790 K，直到第2次冲击波到达之前，流体压力已衰减到18 GPa附近，对应的温度降为2550 K。在该过程中，流体温度的降低幅度与利用简单理想气体模型计算的估值相符，该模型在其他有关含能材料冲击动力学问题研究中曾被采用^[31–32]。鉴于RDX爆炸产生的主要气体组分（混合物中H₂O、N₂和CO₂的摩尔配比为3∶3∶1.5）的比热比（$ \gamma=c_{\mathrm{\mathit{p}}}/c_{\mathrm{\mathit{V}}} $）取值约等于1.3～1.4，当其从初始状态（25 GPa，2790 K）经历绝热膨胀到18 GPa时，预计温度会下降至约2580 K，该近似结果与本研究中界面温度衰减结果（从2790 K下降至2550 K）相符。如果考虑高压下分子相互作用的贡献，体系的比热容会降低，绝热膨胀所引起的降温幅度会有所减少，毕竟在含能材料中因温度非均匀而导致的热弛豫效应也会引起温度降低。在实验3中，样品的辐亮度和辐射温度都回升到了衰减前的水平，证明界面温度主要受压力的影响。只有在考虑反应产物的化学反应平衡，并引用产物组分相关的状态方程模型后，才能对等熵膨胀效应和热弛豫效应的相对大小给出比较准确的反应流场动力学和热力学计算结果。如果在冲击加载下样品RDX的反应率较低，气体产物相对较少（对应实验3情形），第2次加载波（铜飞片/铝基板界面的反射波）的压力幅值与第1次冲击加载波（基板夹层碰撞）的压力幅值相当；如果反应速率较高，随着气体产物占比增大，因产物膨胀导致阻抗降低效应会更明显，致使第2次加载波幅值被削弱，与图6中的界面速度和压力测量结果相符。

实验中PBX炸药的冲击发光辐亮度分布满足灰体辐射模型，没有记录到“包裹气体”或界面间隙导致的“辐射尖峰”信号，因此可以认为本研究采用的样品制备方法基本抑制了残留气体问题。样品内部和界面处的气孔和间隙已经被第1次冲击波完全压实，因此在第2次冲击波到达界面时不存在残余气体发光问题。将第1次冲击的发光峰与第2次冲击的发光峰对比，发现两者的起跳特征和衰减行为非常相似。据此认为，第1次冲击加载时，也不存在明显的包裹气体和间隙气体发光问题。通过这种双波加载实验，证实本研究采用的制样方法有效抑制了界面“间隙”和粒间空穴塌缩引起的热辐射背景干扰信号。

本研究针对RDX基PBX非均质复合炸药的冲击温度测量问题，探索了样品制备方法和测试技术，获得以下结论：(1) 通过“双波”加载实验和冲击辐亮度检测，发现孔隙塌缩及界面间隙发光背景得到了有效抑制；(2) 借助瞬态原位辐射测温技术获得了样品/氟化锂界面的辐射谱演变特性，发现辐亮度随波长变化的分布特征满足普朗克灰体辐射模型，表明冲击发光主要来自炸药样品的热辐射；(3) 利用激光位移干涉技术获得了样品/氟化锂界面的粒子速度剖面，分析发现，界面温度的时间演化特性主要受界面压力调制影响，界面温度测量结果反映了炸药内局部热区分解产物的高温环境。研究结果为RDX基PBX炸药的冲击起爆反应机理以及反应模型的建立和完善提供了重要依据。