Clint A. Hall
(1984–Present)
Clint Hall and Shock Physics: Who Would Have Thought It??
I arrived at Sandia fresh out of New Mexico State University with a Bachelor of Science in Mechanical Engineering Technology. Having interviewed a few months earlier with several organizations at Sandia, I had narrowed my choices to two, pulsed power in Area IV and the STAR facility. My choice was made when Jim Asay (Department Manager) and Carl Konrad (STAR facility supervisor) convinced me that I could become the “go-to person” for all things mechanical after a “small learning curve.” Suffice it to say that “small” is a relative term. When I arrived on site in June 1984, the first thing I learned was that I actually knew NOTHING at all about what a shock wave was, how they were made, how they were used, or why anyone even cared so much about them. I did know, however, that STAR had a good machine shop and a welder! What more could a mechanical guy ask for?
Learning the Ropes
The first thing that “glazed my eyes over” was Carl trying to explain a Velocity Interferometer System for Any Reflector (VISAR). I got velocity and then was lost from interferometer on. He started talking about delay legs and interference and etalons, and everything just started to go gray in my mind. Similar things happened when Carl and all the other electronics types out there started talking about digitiz- ers, terminators, signal generators, time marks hellip; good grief, I had to get over to the launchers with their fluid flow, their gas expansions, their debris mitigation, and their energy absorbing tanks before I felt like Jim actually hadnrsquo;t made a HUGE tactical error in hiring me. Before long, I actually understood the guns and their operations and could kind of set up an experiment on them as long as I had some “help” from the other STAR techs. Maybe it was because I was starting to catch on or maybe because Jim and Carl wanted someone that thought in terms of steel rather than electrons for diversity sake, but I was eventually named second alternate super- visor and pressure advisor at STAR. Felt pretty good about myself right about then because my career goal of becoming the STAR facility supervisor when Carl retired was on its way to becoming reality!
After taking over responsibility for the single-stage compressed gas gun (“air gun”) that nobody really cared about and making some improvements that actually made it more user friendly, more reliable, and look more professional, Jim appar- ently decided I couldnrsquo;t screw things up too badly and actually gave me a higher profile project hellip; my first REAL one at STAR. I was to be the mechanical lead for the two-stage gas gun injected railgun (STARFIRE). Hey, I could handle this right
hellip; simply couple a hydrogen-filled gun with a delicate projectile that doesnrsquo;t like joints and moves at about 6 km/s to a stationary, composite bore hunk that had to be absolutely pristine to avoid pre-arc formation, having a bore that was kinda the same
diameter most of the time, needed to have a 10minus;3-torr vacuum, no projectile blow- by, oh, and measure the projectile velocity right before the railgun section so you could dump the electrical energy at the right time. See what I mean hellip; piece of cake! To make matters even more interesting, collaborate with two guys from Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), who were railgun experts, while doing all this. Well, we got the two-stage injector up and operational, modified a tank from the STAR “boneyard” to work as the impact chamber, and figured out how to make and align joints that actually passed projectiles through them instead of turning them into debris clouds. The problem left was the projectile “blow-by.” Without solving this problem, in-bore velocity measurements could not be made, and the railgun section would pre-arc on every firing. I remember Sandia was hosting the Aeroballistic Range Association (ARA) Meeting in Albuquerque around 1988, and I was one of the highly technical guys that got to help put up and take down the chairs each day. As my reward, I got to stay and listen to the talks. I also remember being “intently engaged” in them to the point of my mind wandering to the projec- tile blow-by problem. And that was when the seal design came to my mind. I sketched it out and explained it to Lynn Barker, who said “Sounds reasonablehellip;.” I figured out how to machine it and made one for a test. Well, to make a long story short, it worked the first time out and became one of the enabling technologies for the STARFIRE project. Another projectile innovation that led to a repeatable, self- arcing projectile included the silver-epoxy-loaded fuse (Jimrsquo;s idea to use the epoxy that would ablate and create a self-timing, initiating arc) with a HIGHLY sophisti- cated system of Scotchreg; tape for the mold. All these concepts eventually went into a patent granted in June 1993 entitled “Hybrid Armature Projectile.” After several years of effort, however, the best velocity the launcher system was able to achieve was about 7.5 km/s with an injection velocity of about 6 km/s, well below the proj- ect goal of 15 km/s. After reviewing the rate of major successes vs. incremental ones, the amount of dollars invested, and prospects for major advances, Jim Asay made the executive decision to shut the project down.
An alternative HyperVelocity Launcher (HVL) technology was being explored at the time utilizing momentum transfer to impart the energy from a 6-km/s, two-stage projectile with a variable density impactor to a lighter stationary plate mounted in an extension at the end of the launch tube. Lalit Chhabildas and Bill Reinhart were working on this, it looked interesting, and the railgun program had just been shut down, so I decided “that project might be fun to work on” since they were already asking for my help anyway. Before too long, the projectile
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Clint A. Hall
（1984-目前）
Clint Hall和冲击物理学：谁会想到它？？
我刚从新墨西哥州立大学获得机械工程技术理学士学位，几个月前，我曾与桑迪亚国家实验室的几个组织进行了面谈，我将我的选择范围缩小到区域IV和STAR装置的两个脉冲电源。我选择的是Jim Asay（部门经理）和Carl Konrad（STAR装置主管）说服我，在较小的学习曲线之后，我可以成为所有事情机构的首选人。我只想说小是一个相对的术语。当我1984年6月到达现场时，我了解的第一件事就是我实际上根本不知道冲击波是什么、它们是如何产生冲击波、如何使用冲击波或者为什么有人甚至如此关心冲击波。然而，我确实知道STAR有一个很好的机加工车间和一个焊工！机械人还能要求什么？
学会如何做事
让我醒悟的第一件事Carl试图解释任何反射器的速度干涉仪系统（VISAR），我得到了速度，然后在干涉仪上找不到数据。他开始谈论延迟卖力和干扰以及标准差，在我的脑海里一切都开始变得灰暗。在卡尔和那里的所有其他电子类型开始谈论数字化器、终结器、信号发生器、时间标记等时，发生类似的事情，我感到好悲伤。在我觉得Jim实际上没有在招聘我时发生巨大的战术错误之前，我只能用流体流动、气体膨胀、减少碎块以及能量吸收罐到达发射器。不久之后，我实际上了解了炮及其工作原理，只要我从其他STAR技术人员获得一些帮助，就可以对它们进行实验。也许是因为我开始理解或者因为Jim和Carl想要有人用钢而不是电子来考虑多样性，但最终任命我为STAR的第二替代导师和压力顾问，当时对自己感觉非常好，因为在Carl退休后我成为STAR装置主管的职业目标即将成为现实！
在负责没人真正关心的单级压缩气体炮（空气炮），并做出一些实际上使其更加用户友好、更可靠、看起来更专业的改进之后，Jim显然认为我不能事情搞得太糟糕了，实际上给了我一个更高调的项目，......我首次独立负责STAR，我是两级气体炮注入轨道炮（STARFIRE）的机械主管。嘿，我能正确处理这个问题......，简单地将氢气炮与一个不喜欢连接的精致射弹结合在一起，并以大约6公里/秒的速度发射到一个固定的复合材料孔中，必须绝对是原始的以避免弧前形成，大部分时间都有一个直径相同的孔，需要有10-3托的真空，不发射射弹，哦，并测量轨道枪部分之前的射弹速度，因此你可以在合适的时间释放电能。看看我的意思是......，小菜一碟！为了使问题更加有趣，与劳伦斯利弗莫尔国家实验室（LLNL）的两名人员合作，他们是轨道炮专家，同时各方面都很好。好吧，我们让两级喷射器上升并运行，修改STAR存放地的一个捕集罐，将其作为冲击室，考虑如何做好此项工作，对齐实际通过射弹的接头，而不是将它们变成碎块云。剩下的问题是发射射弹。在没有解决这个问题的情况下，无法进行内孔速度测量，并且在每次发射时轨道炮部分将预先出现弧形。我记得桑迪亚国家实验室1988年左右在阿尔伯克基举办了航空弹道试验靶场协会（ARA）会议，我是那些每天都要帮忙摆放椅子的高技术人员之一。作为我的奖励，我得留下来听取会谈，我还记得他们专注地参与其中，以至于我的思绪徘徊于射弹发射问题，这就是密封设计出现在我脑海中的时候，我勾勒出来，并向Lynn Barker解释，他说听起来很合理......，我想出了如何加工它并做了一个测试。好吧，总而言之，这是我首次解决问题，并成为STARFIRE项目的支持技术之一。引起可重复的自激射弹的另一个射弹创新，包括银环氧树脂加载的保险丝（Jim的想法是使用环氧树脂，可以烧蚀并创造自动定时启动电弧），具有高度复杂的Scotchreg;胶带系统，用于模具，所有这些概念最终都纳入一项专利，此项专利为1993年6月批准的混合电枢射弹。然而，经过几年的努力，发射器系统能够达到的最佳速度约为7.5公里/秒，注入速度约为6公里/秒，远低于15公里/秒的项目目标。在审查了主要成功率与增量成功率、投资资金量以及重大进展的前景之后，Jim Asay做出了行政决定，将关闭项目。
当时正在探索一种替代的超高速发射器（HVL）技术，利用动量传递原理，使用可变密度冲击器从6公里/秒的两级射弹将得到能量，将其传递到一个更轻的固定板上，固定板安装在发射管末端的延伸部分。Lalit Chhabildas和Bill Reinhart正在研究这个问题，看起来很有趣，而且刚刚停止了轨道炮项目，因此我认为从事该项目可能很有趣，因为他们已经在寻求我的帮助。不久之后，弹丸制造和可重复性、对准夹具、板制作技术和两级性能都得到了改进，该项目最终能够发射平坦的完整板，能够得到合理精确的状态方程测量结果。我最自豪的一件事是一种方法，消除使用Gladreg;三明治袋作为HVL板不可分割的一部分，将HVL板安装到炮管延伸部分中。通过将零件实际加工到正确的尺寸，您可以避免使用三明治袋的高度精确和可重复的平面圆盘切口，围绕飞板组件的冲击侧缠绕三明治袋，以提供需要的过盈配合，将组件保持在适当位置。是的，他们需要帮助！
回到学校重建实验性冲击物理学课程
1994年发生的两件事对我在桑迪亚国家实验室的职业生涯方向产生了深远的影响。大约在关闭三个核武器实验室中的一个核武器实验室，讨论国家层面发生的事情，虽然拥有机械工程技术学位是有用的，但比标准机械工程学位的市场价格低，这让我重新考虑回到学校兼职，以防桑迪亚国家实验室成为一个将关闭的实验室。当第二次事件发生时，我决定在桑迪亚大学兼职项目下这样做，以下简称“黑色星期一”。当时大约有十名桑迪亚国家实验室员工和大约八名承包商在STAR工作。Jim Asay已晋升为二级负责人，不再与该现场有联系。我们的部门负责人Phil Stanton向STAR打电话，告诉Carl他正在区域I为所有桑迪亚国家实验室员工举行一个强制性员工会议，并且没有理由错过该会议。这是在12月初，每个人都为圣诞节做好准备，没有人知道会议的内容。所有STAR技术人员都挤进了班车并驶向该区域，当我们到达那里时，整个部门的工作人员已经聚集在会议室，现在只有站在房间里，并且有很多安静的低语。Phil站起来继续说下面的话，由于Ed Barsis主任的决定，立即生效解散冲击物理学部门，他告诉所有STAR技术人员，我们现在什么都不做，而是集中精力在桑迪亚国家实验室寻找另一份工作，承包商将有一个月的时间安置在其他地方，在整个中心将重新分配工作人员。你连一根针落地的声音都能听到，在我生命中，我从来没有见过如此打击一群人。当人们开始离开房间时，PhilCarl和我留下来，他告诉我们，我们要完成STAR所承诺与已经付费的所有工作，然后正式关闭并封存该场地，这确实是一个黑暗的日子，Carl和我提醒Phil，依据操作该场地安全操作程序的批准内容，至少需要三个人，他允许我们让Bill Reinhart作为承包商，直到工作完成。当人们开始离开去做其他工作时，Bill、Carl和我决定不再放弃，我们继续进行实验，但我们还开始隐藏重新启动装置所需的设备，并且不让人们从那些用卡车运输设备和物资的藏匿中取出任何东西，运走的物资与设备用于桑迪亚国家实验室的其他工作。我们还意识到，我们能够拯救装置的唯一方式就是让Jim回来重新参与其中，我们几次见过他，他同意帮助我们找到一个新的桑迪亚国家实验室赞助商。爆炸部件装置（ECF）加强了对板块的控制，并采用了一种新的运营模式来降低装置成本。尽管对外宣告关闭装置，但保存了STAR，Carl和我找到了其他工作，因此Bill及其合同被转移到了ECF。
Jim继续寻找更持久的解决方案，并开始与脉冲动力科学主任Don Cook讨论，脉冲动力科学拥有在桑迪亚国家实验室最近重新配置的Z机器，Don除了靶丸内爆之外，最近委托对他的惯性约束聚变（ICF）项目进行独立审查，该项目资助Z及其运作。在那篇评论中，还告知他开发Z的其他用途。有趣的是，LLNL在Nova激光器上的工作已经表明使用高能光驱动高压冲击波的一些潜在应用，即使脉冲长度非常短。Don觉得桑迪亚国家实验室可以用Z使用空腔做一些类似的工作，测量材料的动态响应。然而，Don知道为了在他的中心开发一个严肃的项目，Jim必须负责领导该项目，因此他终于能够有所回转，Jim成为他中心的一个负责人，并开始建立一个动态的材料特征工作。
现在吉姆是个聪明人，但Don也是个聪明人，Don给了刚刚足够的钱来让他过来，但还不足以支撑一个部门，因此Jim必须寻找一个便宜的人（他辞退了所有工作人员，仅留了这样一个费用低的工作人员），对导电材料响应测量有一定的了解，在最近刚刚经历黑色星期一之后，愿意有机会在桑迪亚国家实验室从事冲击物理学相关工作。Jim可能发现的人是大学兼职项目已经支付了一半工作时间，认为他（Jim）无所不能，并且愚蠢到足以再次考虑这项工作？好吧，在我决定回来之前，仍然接到Don Cook的电话，向我保证他对这项工作很认真！无论如何，Jim和我在桑迪亚桑迪亚国家实验室组建了新的冲击物理学工作，我们目前必须用脉冲功率代替传统的发射器。
在所有该部门建筑开始的时候，Z处于起步阶段并经历了壮大的痛苦。参与Z工作的每个人都认为这台机器具有巨大的潜力，有一种团队合作的态度，这种气氛为Jim和我的冲击物理学工作提供了机会。我们开始为光学冲击到达传感器和VISAR系统设置基础装置，但遇到许多障碍（例如：小样品尺寸所规定的时间精度、由于固有辐射引起的光纤折射率变化、衰减压力脉冲和不均匀的烧蚀加载），并随后克服了这些障碍。当我们解决这些问题并在该领域中得到认可时，Jim和我开始增加工作人员，来帮助建立这种工作，并开始为未来制定战略。我开始理解冲击物理学研究和科学，因为当我在新墨西哥大学攻读硕士学位时，Jim和Lalit正在教我，因此我们都意识到烧蚀加载固有的困难，并且知道它使用有限，但我们当时没有其他选择，在Z上产生那些压力。当Jim和我思考烧蚀加载问题的解决方案时，我继续开展我的论文工作，在Lalit指导下该论文着眼于理解混凝土中的动态响应差异作为骨料粒度的函数，相应的文章于1998年获得了航空弹道学射程协会最佳学生论文奖，并使我能够在1999年完成新墨西哥大学机械工程硕士学位论文，并获得硕士学位，晋升为技术人员会员。
在Z上磁加载的诞生与成长
我们作为好公民，Jim和我决定帮助Rick Spielman（一位脉冲功率研究人员）在Z上进行压力测量，他确信自己可以准确地转换为电流（之后他真正追求的测量）。为此，Jim和我将两个小圆盘（一个铜圆盘和一个铁圆盘）放在一个线阵负载的阳极板上，然后将屏蔽的VISAR诊断连接到每个圆盘的后面，以测量它们各自的自由表面速度。事实证明，周五下午晚些时候发射的Z射击，保存了原始VISAR数据，并发送给我，以便在下周一早上进行分析。在周六才开始工作之前大约午餐时间，我才分析数据看看我们记录的内容。我坐下来，打开文件，然后精简数据。当我这样做的时候，从铁圆盘数据中我得到了一个非常好的痕迹，但它有一个我无法理解的奇怪特征。碰巧Lalit也在办公室里工作，因此我走了下来，向他展示了踪迹。他立即认为这可能清楚地表明铁的-相变，但是不记得它应该对应什么样的压力，因此我们匆忙赶上公司的卡车，并进入了区域I，希望找到一个人可能在那里并记得发生的现象。我们能做的最好的事情就是在门外海报上找到一个视图（我们只需要借用这张视图），其表明炮实验发生了铁的相变。果然它们是相关的，并且在Z上斜波实验开始磁加载得到了印证。
Jim和我认识到仍有许多问题需要解决，但这有望成为一个金矿！我们开始在会议上通过发表邀请演讲、投稿演讲和海报张帖宣传所取得的成绩，让同行与朋友们了解我们正在做什么以及我们认为我们前进目标在哪里。我们还开始仔细研究压力梯度、扩散和分析技术。有了这么多有希望的技术，但在这些技术做作为获得准等熵材料响应数据的常规方法之前需要了解许多细节，我们知道我们需要更多的帮助。Jim从ECF收回了STAR装置，并用它来使用Lalit，因为他们都需要帮助，目前我被迫在STAR项目和这些两个任务主人在Z上的那些项目之间选择，必须在STAR上使用经过验证的技术（在Lalit领导下具有合理稳定的资金流支持）与未经证实的但可能具有革命性的技术（在Jim领导下，没有稳定的资金，并且可能永远不会有任何结果）之间进行选择。再一次我将我的命运、职业生涯、未来以及能力投入到Jim领导下Z上的项目，以养活我的家人，幸运的是，从那时起这个选择很多次被证明是正确的。
随着关于坡道装载的消息开始逐渐消失，我们的资金开始改善，并有机会开始增加员工。两个方面的补充对桑迪亚国家实验室冲击物理学的未来是至关重要的。第一个补充是增加了Marcus Knudson，一位非常有希望的工作人员，刚刚毕业于华盛顿州立大学（WSU），另一位是Chris Deeney，当Jim开始和他谈起回到桑迪亚国家实验室担任重新成立STAR小组的负责人时，Chris是实际上总部（HQ）[1]的一位等离子体物理学家。尽管Chris没有材料背景，但他非常聪明、年轻、政治正确，看起来他拥有成为优秀负责人和领导者的所有技能，Chris确实加入了我们充满活力的材料团队，他和我很快就相互支持合作。
Jim知道我们需要一些理论上的帮助才能理解斜坡加载过程的磁流体动力学，并通过LLNL的Art Toor和David Reisman获得了这些帮助。我们在桑迪亚国家实验室会议期间等到了这些帮助，Jim、Art、David、我和我们Z脉冲功率小组的其他一些人参加了这次会议，会上我们讨论了当电流流过我们样品时，从电流径向收敛到非均匀电流加载的解决方案，我们的样品安装到与阳极板的下表面齐平。在这次会议上具有两个意外的收获，该会议使ICE加载了今天的成就，第一个意外的收获是样品可以垂
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