ICF冷冻靶微管充气过程中气体压力测量

利用自主设计的冷冻靶微管充气系统,通过在常温环境下向靶盒注入氘气,研究了充气管两端压强差与充气管长度、充气速率及充气时间之间的相互关系。研究表明:微管注入法充气过程中,充气管两端的压强差先增大然后减小最终趋于0;充气管长度越小,充气速率越大,充气管两端压强差达到平衡所需的时间越短。该实验结果与根据修正后的Hagen-Poiseuille方程所得到的理论计算值相吻合。     

ICF平面低温冷冻靶系统的初步设计及应用

 利用Gifford-McMahon（G-M）制冷机提供低温源,研制了平面低温冷冻靶系统。该系统最低温度可以达到10 K,制冷功率随温度降低而降低,制冷速率可控。其中,在18.6 K其制冷功率可以达到6.5 W;在14 K其制冷功率为3 W。利用该系统,初步开展了氩、氢的冷冻实验,并研究了温度对激光惯性约束聚变靶丸结构的影响。获得了氩、氢平面低温冷冻靶,并观察到了低温诱导聚变靶丸形变现象。     

ICF靶丸中液氢层厚度的确定

 利用靶丸内部的质量守恒，提出了计算惯性约束聚变靶丸内液氢层厚度的函数关系式，从而得到了求解惯性约束聚变靶丸内液氢层厚度的一般模型，并在此基础上对影响液氢层厚度的各类因素如温度、充气密度等进行了讨论。该模型的分析方法同样适用于惯性约束聚变中的燃料气体氘、氚或者氘氚混合物。     

液氢靶

本文简介了我们研制的液氢靶的用途, 流程、结构, 液氢靶的测量、控制和安全措施. 液氢靶容积0.3升, 一人启动后可无人操作, 长期运行, 并在普通实验室内使用这种液氢靶.     

背光阴影成像表征降温速率对ICF冷冻冰层均化的影响

利用背光阴影成像技术研究了降温速率对惯性约束聚变(ICF)球形氘氘冷冻靶中燃料冰层均化的影响.实验中,首先对ICF冷冻靶温度场进行标定以确定靶丸处的温度,然后利用背光阴影成像系统对降温过程中靶丸内燃料冰层的空间变化进行实时原位测量,得到了不同降温条件下冷冻靶背光阴影成像图像中亮环的功率谱.实验结果表明:相比快速降温,台阶式缓慢降温有利于形成均匀的燃料冰层;同时验证了背光阴影成像技术表征ICF冷冻靶内冷冻冰层均化的有效性.     

EAST辐射偏滤器充气系统改造及初步实验结果

介绍了EAST偏滤器充气系统的改进措施,压电阀与冷屏一起安装在EAST颈管中,以缩短充气管道,将充气系统的延迟时间减少约200ms。冷屏起冷却阀门并屏蔽电磁场的作用。讨论了在准稳态条件下,延迟时间给偏滤器热流反馈控制带来的负面效应。在中性束加热条件下,通过在外靶板注入Ar/D2(1:4)混合气体研究了靶板离子饱和流和热流分布的变化及充气对主等离子体的影响,得到了靶板离子饱和流显著降低、热流减少的结果。     

EAST����ƫ��������ϵͳ���켰����ʵ����

介绍了EAST偏滤器充气系统的改进措施,压电阀与冷屏一起安装在EAST颈管中,以缩短充气管道,将充气系统的延迟时间减少约200ms。冷屏起冷却阀门并屏蔽电磁场的作用。讨论了在准稳态条件下,延迟时间给偏滤器热流反馈控制带来的负面效应。在中性束加热条件下,通过在外靶板注入 Ar/D2(1：4)混合气体研究了靶板离子饱和流和热流分布的变化及充气对主等离子体的影响,得到了靶板离子饱和流显著降低、热流减少的结果。     

惯性约束聚变靶丸内杂质气体抽空流洗过程的数值模拟

低温冷冻靶是实现惯性约束聚变(inertial confinement fusion,ICF)的关键部件之一.低温靶靶丸内杂质气体的去除程度和效率对低温靶燃料冰层的在线制备具有重要意义.依据低温靶物理对冰层杂质含量的设计要求,在计算靶丸内杂质气体最大允许分压的基础上,建立了靶丸内气体在微米级充气管内流动的抽空流洗模型.模拟研究了不同微管尺度及结构、温度对靶丸内杂质气体抽空流洗效率的影响规律,获得了靶丸充气微管的最佳管型设计方案.基于最佳管型设计,优化得到了具有最高抽空流洗效率的抽空时间与流洗次数组合策略.     

低温冷冻靶微管燃料充注流动冷凝特性

低温冷冻靶是惯性约束核聚变装置的关键部件之一。冷冻靶靶丸位于黑腔内部,需要利用微管完成燃料充注。针对燃料在微管内发生气液相变后流入靶丸这一关键过程,研究了微通道流体与常规流体流动传热的差异。基于微通道特性对流体流动传热方程进行修正,同时建立了气液相变模型,对微充气管内燃料充注过程进行了数值计算分析。得到重力和表面张力的影响,在微通道中,重力作用可以忽略,表面张力起重要作用。得到了微尺度效应包括速度滑移和温度跳跃对流动传热过程的影响。对多种充气管结构进行比较分析,为选型提供指导。通过选择不同进口条件和出口条件,对充注量控制和充注条件选择提供了指导方案,实际充注时需要同时提高进口温度和压力,保证连续可控充注。     

氘氚冰籽晶的形核行为

为了实现激光约束核聚变(ICF)的自持聚变目标,对靶壳内氘氚冰的质量提出了极其苛刻的要求,冰层内表面和靶壳的同心度要求大于99.9%,冰层内表面均方根粗糙度(RMS)优于1μm.高质量的冷冻氘氚靶建立在靶壳内高质量氘氚冰层的前提之上.单晶是冰层的最好形态,在靶壳内获得氘氚冰籽晶是基础条件.本文通过采用逐渐降低升温速率的台阶控温方法,开展了充气微管内保留籽晶的研究,揭示了充气微管内保留籽晶的形核机理,实验结果表明,利用充气管口可保留稳定、单一的籽晶,在相同的过冷度下,当氘氚籽晶c轴方向与充气管轴向平行时,生长速度较c轴垂直于充气管轴向时的速度慢约1—2个量级,为获得高质量的籽晶从而形成高质量的氘氚冰提供了参考和支撑.     

低温液体输送过程中的参数计算与分析

首先分析了在稳定的单相流中液体温升和压力损失的计算方法 ,然后介绍了在稳定的两相流中如何计算流体的流量及出口液体的蒸气含量 ,最后对三种最常见的非稳定过程 :管路被冷却、填充盲支管以及打开阀门进行了分析 ,并分析了在这三种情况下如何确定压力波动的最大值     

蒸气压对激光辐照靶材烧蚀速率的影响

研究了强激光辐照碳/碳复合材料靶材引起的烧蚀现象及蒸气压对烧蚀速率的影响。基于傅里叶定律,建立了强激光辐照靶材的热传导模型,模拟了忽略蒸气压影响时烧蚀速率随功率的变化;通过Mott-smith近似方法描述了Knudsen层间断区域,分析了间断两侧表面粒子状态参数;结合质量连续方程和蒸气压与温度关系方程,并由气体状态方程描述蒸气流状态,对蒸气压条件下激光烧蚀碳/碳复合材料靶材的速率随功率变化的关系进行了数值模拟。结果表明,在高能激光对靶材的烧蚀过程中,蒸气压力变化会导致靶材的饱和蒸气温度发生变化,进而影响烧蚀速率且使其随功率呈非线性变化,与忽略蒸气压作用时的线性变化规律相差较大,从理论上解释了忽略蒸气压导致的实验数据与理论结果的差异。     

液氢加注系统低温管道中的两相流仿真与分析

在液氢加注输送过程中,由于其具有低温和高压的特性,极易产生气液两相流,而使管道发生过压故障.因此,对液氢管道的仿真研究有着重要作用.文中对裸态和防护后的液氢管道进行建模计算,并通过AMESim软件的两相流库对氢物理属性和管道模型进行仿真分析,然后对系统的对液氢输送管道进行了应用改进与分析.仿真结果表明:液氢在裸管道中输...     

液滴室内的氢液滴超冷条件下的结晶(英文)

液滴室内超冷现象的存在使得氢微球在自身温度低于其三相点温度的情况下依然处于液态。这可能导致液滴在真空注入过程中发生碎裂。结合液氢的超冷知识, 对液滴室内的氢液滴进行了热力学模拟, 理论上提出了利于氢液滴尽快冷却成固体小丸的最佳实验条件, 即保持液滴室内氦背景气体和氢蒸汽的压强尽可能低, 并将液滴室长度延长到6 cm以上。Because of the existence of supercooling in a droplet formation chamber, the hydrogen micro spheres are still in liquid phase even though their temperature is lower than the triple point temperature. This may cause the droplets to shatter in the vacuum injection capillary. Based on the knowledge about supercooling of liquid hydrogen, we have done a thermodynamic simulation of the droplets in the droplet formation chamber, and theoretically suggested the optimal working conditions under which the droplets will most properly nucleate to solid pellets. The suggested working conditions are that the helium gas pressure and the hydrogen vapor pressure in the droplet formation chamber are kept as low as possible, and the droplet formation chamber should be no less than 6 cm in the length.     

测量激光聚变靶丸内燃料气体总量的对比状态法

推导了用对比参数表示的平衡蒸汽压力方程和平衡蒸汽密度方程，这些方程适用于D2在临界点以下的行为，计算表明，用对比状态计算露点温度下的蒸汽密度比露点法准确，用BWR方程计算充气压力比用理想气体方程合理。     

螺旋波激发氢等离子体光谱诊断

 利用螺旋波等离子体化学气相沉积(HWP-CVD)技术,以氢气为反应气体产生等离子体。通过采集氢的可见到紫外发射光谱,对等离子体进行了原位诊断,由氢Balmer系分析得到了不同实验参数对激发态氢原子相对密度的影响,通过对Fulcher带的分析,得到实验参数对氢振动温度的影响。结果表明：低压氢等离子体状态可借用日冕模型来诊断;激发态氢原子密度随入射功率增加而增加,随压强增加而减少,氢分子振动温度随压强增加先增大后减小;电子温度和电子密度是低压氢等离子体状态变化的关键因素。     

Mathematical simulation of the compression process of a vapor bubble at a pressure increase in the surrounding liquid

The thermophysical and hydrodynamic processes in a spherical vapor bubble and the surrounding liquid at increasing external pressure are investigated by using a numerical simulation method. The investigation is performed on the basis of a new mathematical model belonging to the class of models of homobaric bubbles (the pressure in the bubble is homogeneous at nonhomogeneous temperature and density). The model takes into account the following main physical effects: the viscosity of the liquid, the heat conductivity of the liquid and vapor, the surface tension, and the phase transitions at the bubble surface. An energy equation taking into account convective heat transfer and viscous dissipation in the liquid is used to calculate the temperature fields in the liquid and vapor. The model also takes into account the dependence of the thermophysical properties on the temperature. A distinctive feature of the proposed model is that the integral conservation law of the system’s total energy (including the kinetic energy of the liquid, the surface energy, and the internal energy of the liquid and vapor) is exactly satisfied (without allowance for the kinetic energy of the vapor). As a result of the numerical simulation of the compression of vapor bubbles in water, we obtained data for the major characteristics of the process at considerable degrees of compression. It is shown that the heat and mass transfer between the vapor in a bubble and the surrounding liquid considerably slow down the temperature increase in the bubble.