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在激光聚变中,激光或X射线首先照射到处于靶丸最外层的烧蚀层,随后被加热的烧蚀材料向外飞散的同时反向推动壳层对靶丸内部的氘氚燃料进行内爆压缩。因此,烧蚀材料的物性参数会直接影响靶丸对激光或X射线能量的吸收、内部氘氚（DT）冷燃料的预热或者流体力学不稳定性增长等聚变点火中的重要物理过程。目前,激光聚变中主要使用的靶丸烧蚀材料是碳氢（CH）、铍（Be）和高密度碳（high-density carbon,HDC）。虽然与 CH 和 Be 相比,HDC用作烧蚀材料的时间较晚,但由于它具有较高的初始密度、较高的能量吸收效率、较短的点火脉冲设计等诸多优点而在近几年被大量应用。以HDC为烧蚀材料的靶丸内爆实验也不断刷新中子产额的记录,并已到达了“燃烧等离子体（burning plasma）”这一聚变点火工程中的重要里程碑。HDC本质上是一种多晶金刚石,相对单晶金刚石,它具有更低的密度和更小的晶粒尺寸,同时为防止内部氘燃料预热还会在其中进行掺杂,因此其状态方程（equation of state,EOS）相对单晶金刚石将会发生变化。其中,Hugoniot曲线对于材料的初始状态尤为敏感,而烧蚀材料的Hugoniot曲线又与靶丸多冲击压缩过程中的第一个冲击压缩过程密切相关。因此,开展与聚变点火相关压强区间纯HDC及掺杂HDC的状态方程研究特别是Hugoniot曲线研究将有助于靶丸的内爆点火设计和相关实验的优化。通过前期调研,我们发现在与聚变点火相关的1～5 TPa压强区间,纯HDC的Hugoniot曲线研究较少,而掺杂HDC的Hugoniot曲线研究则是完全空白。因此在本文中,我们决定对纯HDC及掺杂HDC的状态方程进行研究,研究路线以精密实验研究为主,发展实用便捷的理论模拟能力,研究对象重点关注与激光聚变第一个冲击压强区间相关的1～2.5 TPa的纯HDC和掺杂HDC的Hugoniot曲线。论文的主要工作包括:（1）在国内大型激光装置率先建立了纯高密度碳的高压冲击状态方程的精密实验诊断平台。通过实验设计优化、基于靶表征参数对PSBO诊断系统的精确瞄准定位以及数据的精细处理等,我们建立了 TPa压强下较高精度的纯HDC冲击状态方程实验诊断能力,其中冲击波速度诊断相对不确定度1.2%～1.5%,达到了与国际相当的诊断水平。开展的验证实验获得的纯HDC冲击实验数据与国外不同平台已报道数据显示了较好的一致性,验证了精密实验能力的可靠性。（2）基于纯高密度碳精密状态方程实验平台,我们设计并开展了不同初始密度纯HDC的冲击实验,首次实现了对激光聚变纯HDC初始密度状态的数据覆盖,扩展了纯HDC的高压状态方程参数区间,并进一步展开了纯HDC密度效应的研究。通过开展更低初始密度（3.23 g/cm3）纯HDC的冲击实验,我们获得了纯HDC宽区Hugoniot曲线。通过对不同初始密度HDC的Hugoniot曲线数据的分析,并结合状态方程模型计算结果,我们发现现有的SESAME模型低估了纯HDC的低密度效应,而泡沫模型能够对低密度的HDC实验数据的这一行为进行更可靠的描述,该研究结果为不同密度纯HDC的靶丸内爆性能设计提供了更可靠的EOS参数。（3）基于纯HDC冲击实验数据,我们开展了TPa高压下液态碳的Grüneisen（格临爱森）系数的研究。Grüneisen系数是状态方程中的一个重要物质参数,常用于构建材料的等熵线、卸载线、off-Hugoniot曲线等。我们通过不同初始密度的纯HDC的实验Hugoniot曲线计算了 TPa高压下液态碳的Grüneisen系数。通过基于Hugoniot实验的计算结果与基于状态方程模型的计算结果的分析发现在TPa高压下,液态碳的Grüneisen系数与温度强相关,而经典的忽略温度效应的处理方式不适用于TPa压强区间。这将为后续Grüneisen系数的理论修正提供指导。（4）针对掺杂HDC的状态方程,我们提出了一种便捷实用的构建方法。对于处于TPa高压过渡区间的物质,原子内壳层电子的电离导致了复杂的壳层结构,低压区间的状态方程理论往往不能适用,而第一性原理计算成本较高并且仅能获取有限的数据点。QEOS模型是一种能构建多种材料全区间状态方程的常用模型,且具备一定的精度,但它需要材料的基础参数作为输入,而实验测量各种材料的基础参数又是一项繁杂的工作。我们提出了通过分子动力学程序对掺杂HDC进行模拟以获取材料基础参数,然后将参数代入QEOS模型计算掺杂HDC的状态方程的方法。这一方法更加便捷,同时也具有较好的物理合理性。（5）我们开展了掺钨HDC的精密冲击实验能力建设,成功地验证了实验技术路线的有效性。掺钨HDC的Hugoniot曲线数据对于掺钨状态方程模型的构建和校验起着重要的作用。以鉴别理论模型掺钨效应为目的,我们对掺钨HDC冲击实验进行了能力评估和设计,提出了掺钨HDC冲击实验样品制备要求,有效牵引了相关制靶技术的发展,并完成了掺钨HDC冲击实验的首轮验证。实验冲击波速度诊断相对不确定度（1.2%～1.4%）基本满足精密物性实验分析要求,验证了掺钨HDC冲击状态方程实验技术路线的有效性。