天体结构演化和约束聚变等过程均涉及到物质在极端条件下的热力学状态,在上述动力学过程所涉及的众多参数中,高温高压温稠密物质的物态方程起着至关重要作用。温稠密物质具有非理想、强耦合和部分电离、部分简并等复杂特性,人们对这种特殊的物质状态目前还缺乏足够认识,实验和理论两方面均面临巨大挑战,其中的关键在于如何解决温稠密物质的产生、约束、状态诊断、特性描述和理论建模等问题。本论文选择具有稳定结构的稀有气体氩(Ar)和氦(He)元素作为研究对象,主要以实验为主,利用多次反射冲击压缩稠密气体Ar和He产生温稠密物质,并对其高温高压物态方程参量进行诊断。通过实验结合理论分析,对温稠密Ar和He的热力学、光学及电学特性进行适当描述,进而深化对天体物理演化及聚变规律的认识。目前取得主要进展如下:(1)温稠密等离子物态方程和输运参数是天体物理及聚变过程模拟不可或缺的重要数据。针对多次冲击压缩稠密稀有气体产生的不透明等离子体状态诊断问题,基于我们以往设计的等离子体诊断靶基础上,优化改进和完善了多层复合窗口组成的多次压缩靶装置,联合多通道辐射高温计系统+激光干涉测速系统+光学条纹相机系统等多种诊断工具,开展了冲击压缩Ar和He光辐射亮度历史以及界面粒子速度剖面历史的联合测量,获取了温稠密Ar经1-4次压缩至160 GPa、温稠密He经1-10次压缩至150 GPa的不透明等离子体物态方程参量,为检验现有温稠密物质模型和创建新的温稠密模型提供科学依据。(2)多次反射冲击压缩技术可以有效提高物质的压缩比,从而为开展物质的动态压缩特性研究提供参考。本实验利用飞片撞击产生冲击波,在相同外界做功条件下,系统的内能增量相同,而不同样晶体系内原子的电离能越低,体系内原子就越容易激发和电离,一方面体系内原子的激发和电离将吸收热能,使得压缩率增大;另一方面,电离使体系内粒子数增多,导致粒子之间排斥相互作用增强,使得压缩率减小。这两个相反的过程相互部分抵消,其压缩率视其占优程度而定。对于初始室温且初始压力～20 MPa的稠密气体Ar和He,两种物质经多次压缩到近似相同终态压力～150 GPa时,此时Ar的压缩比～20,而He的压缩比达到～35。由此可见,在相同的条件下,He比Ar更容易压缩。(3)高时空分辨率辐射光谱诊断系统的建立与考核。时间分辨光谱对于多次压缩温度诊断具有重要意义,针对多次冲击He辐射光强动态范围变化大的问题,如何实现完整的高时空分辨光谱纪录以及预估多次冲击温度与光强关系,并为谱仪和扫描相机设置提供参数。为此,我们对条纹相机触发时序、扫描时间、曝光光强等进行探索分析,目前已经有效解决了条纹相机触发时序及灰度预估问题。实验获得了完整、信噪比较好的多次冲击光谱辐射信号,时间分辨光谱与高温计测得光辐射亮度历史能够互相校验。(4)在天体物理方面,构建星体演化模型与物质不透明度密切相关,不同理论模型因考虑物理机制不同使得计算结果存在差异,而不透明度与物质状态有关。本实验中,根据冲击He光辐射亮度信号是难以直接分辨出2次和3次冲击压缩过程,这说明当前He经过2次压缩以后变得不透明(相应密度～0.3 g/cm3和温度～1 eV)。利用自由电子Drude模型对He的电离度和电导率进行计算,结果表明该区域处于弱电离半导体流体状态,此时He被压缩成具有较少迁移电子的半导体状态,说明当前多次压缩使得He发生从透明绝缘体-不透明半导体流体的转变,该结论与McWilliams结果(PNAS,2015)基本一致,这可以为白矮星外大气层充He透明性研究提供参考。(5)基于我们实验获取冲击Ar和He内能的变化来分析稠密状态下电子能隙的变化,分别利用流体半导体Mott理论和自由电子Drude理论两种方法对温稠密Ar和He的电导率进行分析。结果表明:在相同外界做功的条件下,体系的内能增量是相同的;初始密度较低的样品,系统的比内能增量较大,相应的电子能隙较小,电导率就较高。对于稠密Ar和He都有类似的结论。多次冲击产生温稠密Ar的电导率位于103-105(ohm·m_-1之间,在该区域内Ar的电离度比较高,处于部分导电或完全导电的流体状态,我们获得电导率结果比Comptra04计算结果偏低。当前实验温稠密He的电导率达到～103(ohm·m)-1,此时物质处于弱电离半导体流体状态,这与前述关于多次冲击He的不透明性结论是一致的。