极端条件物质特性试验室.docVIP

极端条件物质特性实验室“十二五”发展规划 （征求意见稿） 一、实验室发展概况 1、实验室发展现状 极端条件物质特性实验室（Laboratory for Extreme Conditions Matter Properties, 英文缩写ECMP，以下简称“极端实验室”）是2006年12月由西南科技大学与中国工程物理研究院激光聚变研究中心共同组建的联合实验室。极端实验室挂靠西南科技大学国防科技学院，国防科技学院、材料科学与工程学院和理学院共同负责该实验室的日常管理和运行。该实验室下设激光中心研究室、纳米团簇研究室、材料计算研究室、多孔材料研究室、薄膜材料研究室，依托双方的设备、技术、人才与学科优势，以国家重大战略需求为牵引，重点开展强激光、强辐射、强微波、高温高压等极端条件下物质特性的基础与应用研究。 自组建成立以来，该实验室现有省学术与技术带头人3名、副教授（含博士）以上骨干教师12名、讲师8名，在读硕士研究生15名、博士研究生（联合培养）2名。近年来，该实验室承担了包括国家自然基金在内的省部级以上项目10余项，在靶材料与物理、激光与物质相互作用等领域取得了突出成绩。 2、极端条件物质特性学科发展现状及趋势 极端条件下的物质特性研究是21世纪科学研究的前沿之一，是国家中长期科学与技术发展规划重点关注的研究内容之一。极端条件的特点是强“相互作用”，包括强激光、超高压、极高温、强微波、强辐射、强磁场等条件。与常态下物质的性态相比，这些条件下物质的性态是极不相同的，可能出现新的异于常态的性质。通过对这种异常性质的研究，有助于人类剖析物质的微观本质，进而增强改造世界的能力。 进行极端条件下的物质特性研究，与人类社会发展密切相关。例如，自然界的高温高压极端条件广泛存在于宇宙星体的内部及其演化过程中，如超新星爆炸、陨石撞击类地行星等。以地球为例，其中心压力约为360 GPa，温度约为5000~7000 K，生活在地球表面的人类所感受到的各种地质活动，无一不与地球深部物质的性质、状态，以及由之诱导的物质运动有关。这种地质物质活动既可为人类提供丰富的矿藏，又能带来地震和地质灾害。又如，极端条件下的氢，按照理论分析，有可能转变为接近室温的超导体，而室温超导体氢一旦通过技术实现，便可为工业发展带来革命性变化。 目前，国内外诸多研究机构和大学涉足极端条件下的物理学等领域研究。在美国，从事这方面研究的单位不但有洛斯阿拉莫斯、劳仑斯利物莫尔、布鲁克海文、阿贡等国家实验室，还包括哈弗大学、加州理工学院等著名高校。日本、西欧、俄罗斯、以色列等国也都投入巨资进行相关领域（强激光与物质相互作用、极端条件下物质的结构和性质等）的研究。 关于强激光与物质相互作用研究。激光具有定向发光、亮度极高、颜色极纯、能量密度极大等特点。20世纪70年代以来，由于惯性约束核聚变研究的需要，出现了一大批高功率激光实验装置，这些装置可以将纳秒量级输出的几百焦耳到几万焦耳的激光能量，通过适当的光学系统聚焦到几十微米到几百微米极小的空间范围内，激光辐照功率密度达到1013~1017 W/cm2。在这种作用下，物质很容易由传统的固、液、气态变为等离子态，这种状态下物质的性质、激光与物质相互作用机理、惯性约束靶材料制备等是目前研究的热点问题。目前，国内中国科学院物理研究所、上海激光等离子体研究所、中国工程物理研究院激光聚变研究中心等单位均对强激光作用条件下物质的性质、激光与物质相互作用机理、惯性约束靶材料制备等问题展开深入研究。 关于高温高压极端条件下的物质结构与性质研究。实验室中获得高温高压极端条件并开展这种条件下物质性质及变化规律研究的手段包括静水压缩技术（静高压技术）和动态高压技术（也称为脉冲载荷技术或动态加载技术、动高压技术）。静高压技术的特点是温度和压力可以独立控制，涉及的主要设备有大腔体压机（六面顶、两面顶）和金刚石压砧（Diamond Anvil Cell， DAC），其中大腔体压机可在10 GPa以下进行材料性质、新材料合成等方面研究；金刚石压砧技术可在室温下达到550 GPa的高压，结合激光加热技术，可以在100 GPa范围内获得5000 K的高温，可在相应条件下进行材料的状态方程、高压相变等方面研究。目前在静高压研究方面取得突出成绩的有美国卡内基研究院、洛斯阿拉莫斯实验室、劳伦斯利弗莫尔实验室，日本无机材料研究所、筑波大学等，国内有吉林大学、中科院高能物理研究所、中国工程物理研究院流体物理研究所、四川大学、西南交通大学等。所做工作包括材料的物性表征、金刚石等超硬材料合成等。动态加载摆脱了静高压技术中施压工质材料强度对压强上限的制约，原则上可以达到无限高压力的水平，具有可以直接模拟某些自然现象（如陨石撞击行星表面等）、直接用于某些工业领域（如爆炸加工等）及军用技术领域（如