作为英国中微子工厂推进高功率目标计划的一部分，一种用于表征候选目标材料(钨、钽和钼)热机械特性的新方法被开发出来。

用于下一代高能粒子加速器系统中的材料经常需要暴露在高应力、高应变率和极高温的极端环境下，为了估计目标系统及其部件在这种环境下的使用寿命，必须在极端条件下对这些材料进行测试。

如图1所示，由候选材料制成的细导线，通过快速高电流脉冲对其进行加热和加压，该脉冲由ISIS同步加速器(卢瑟福阿普尔顿试验室)的冲击磁铁产生的电源而产生。为了避免氧化，将导线立于在真空腔中，并通过调节脉冲重复率将其加热到2650℃。为使电流产生足够的热应力，导线必须很细(直径小于1毫米)。

由OFV-534光学头和OFV-5000控制器组成的单点式激光多普勒测振仪(LDV)，测试了导线的纵向（激光点对准导线尖端）以及径向的振动速度和位移。三种不同的LDV解码器(VD-02, VD-05和DD-300)覆盖了导线振幅和频率的整个范围。同时，LDV测点处还使用光学高温计进行温度测试。

注：OFV-534光学头和OFV-5000控制器已经升级成全新的VibroFlex系统，无论是光学灵敏度还是测量精度等技术参数均有大幅提升。

图1：试验装置

(1) 多个带有电流脉冲的同轴电缆汇集成单电缆(2)，与被测导线相连。

导线被立于真空腔(3)中，使用激光多普勒测振仪(4)进行测试。

图2：电流脉冲试验中直径0.75毫米的钨丝(a)及夹具示意图(b)

图3为使用激光多普勒测振仪测试到的不同温度下钨丝径向速度。电流脉冲从t = 0开始施加，导线开始收缩和膨胀。在大约1 μs之后，到达一个新的平衡，并开始振动。图3时间刻度从t<0开始，以表明LDV处于一个相对较低的背景噪声水平。

图3：直径为0.5 mm的钨丝在不同温度下的振动速度的实测和模拟值

试验结果与有限元模拟(LS-DYNA)结果具有良好的相关性。然后利用得到的振动频率提取导线材料的杨氏模量与温度的函数关系。

在图4中，将新测试获取的杨氏模量结果与以前的结果进行了比较。

图4：不同试验条件下钨丝杨氏模量的比较

为确定屈服强度，逐步加大导线中的电流脉冲幅值，直到导线开始弯曲或扭结。从LDV测得的表面速度(见图3)中提取出试验过程中的导线的应变率。LDV光学头内置一台高速摄像机，用于监测导线应变。

此外，研究还发现，当塑性变形现象首次出现时，LDV振动速度信号中的噪声成分开始增多。这种LDV信号质量的变化表明导线已接近屈服点。图5显示了钼、钽、钨丝达到屈服点所需应力。

图5：钽、钨、钼丝的屈服强度与峰值温度的关系

以及各自对应的应变速率值

中微子工厂的候选材料是在这个加速器预期工作条件下完成的测试。这种获取材料在极端条件下的热机械动态特性的新型方法，有助于检验不同材质模型的一致性。