材料受到强冲击会产生闪光和等离子体效应。 通过超高速碰撞实验并结合多种先进测试手段, 推导出了适用于计算超高速碰撞产生等离子体电离度的沙哈(Saha)公式, 为超高速碰撞过程中弹丸和靶板的物质组成分析提供了强有力的工具。 基于二级轻气炮加载系统结合等离子体特征参量诊断的Triple Langmuir probe诊断系统和光谱辐射测量的ESA4000光谱仪系统, 进行了3种不同碰撞速度条件下的超高速碰撞实验。 实验结果表明, 超高速碰撞2A12铝靶产生闪光辐射中包含Al+的光谱辐射； 通过实验数据的解析进一步揭示了光谱强度与弹丸速度的关系。 随着弹丸速度的增加, Al+的辐射光谱强度增大, 由2A12铝激发的Al+光谱中小波长所对应谱线的辐射光谱强度比长波长所对应谱线的辐射光谱强度增加更快。 关于2A12铝靶在超高速撞击载荷下产生铝离子的光谱辐射特征以及辐射温度研究在航天器防护空间碎片、 导弹拦截、 天体物理及深空探测领域具有重要的应用价值, 此外, 等离子体的特征参量测量和光谱辐射特征研究, 对于在微观层面深刻揭示超高速碰撞现象具有重要的理论意义。

为了揭示超高速撞击2A12铝中铝原子的光谱辐射特征, 利用建立的二级轻气炮加载系统和光谱仪采集系统, 采集3种不同实验条件下的光谱辐射强度并结合量子力学对2A12铝靶中铝原子的能级理论进行了描述。在Al原子球形壳层中发现, 电子的相对几率4πr2R2随相对原子中心的距离r变化的图形具有波动性的特点, 电子在能级及其附近运动; 原子核周围的电子在能级轨道出现的几率最大, 电子在能级轨道周围出现的几率较小; Al的原子光谱都出现一定的展宽, 验证了电子的能级跃迁释放或吸收能量的几率亦随原子中电子的位置波动变化。实验结果还表明:随着碰撞速度的增大, 在Al原子光谱中波长较小谱线的辐射强度增加较快, 波长较长谱线的辐射强度增加缓慢。