惯性约束聚变靶用空心玻璃微球的渗透性能

为实现对干凝胶法空心玻璃微球(HGM)渗透性能的有效调控,研究了初始玻璃配方、载气成分、精炼温度、精炼区长度、HGM壁厚对HGM渗透性能的影响。结果表明:当精炼温度低于1400 ℃时,初始玻璃配方对HGM渗透性能有显著影响。但是,随着精炼温度的升高和精炼区长度的延长,液态玻璃中碱金属氧化物的挥发比例逐渐增大,由不同初始玻璃配方制备的HGM对氘气的渗透性能逐渐趋近于相同。随着载气中氦气体积分数的降低或HGM壁厚的增大,室温下HGM对氘气的渗透系数逐渐减小。     

用于ICF靶的空心玻璃微球的干凝胶法制备

 为用干凝胶法制备用于ICF靶的空心玻璃微球（HGM），研究了载气组份、温度和压力对成球过程和HGM品质的影响，优化了制备工艺参数。结果表明：提高载气中氦气的含量，有利于增加干凝胶粒子的成球率和HGM的纵横比；适当提高载气中氩气的含量，有利于提高HGM的表面质量。降低载气压力可以提高HGM的纵横比；升高载气温度可以提高干凝胶粒子成球率和HGM品质。当载气中氦气的体积分数在50%~80%，载气压力在(0.75~1.00)×10⁵ Pa，载气温度在1 500~1 650 ℃时，干凝胶粒子的成球率较高，HGM的球形度、同心度和表面光洁度较好。制备得到了直径100~500 μm、壁厚0.5~3.0 μm的HGM，其耐压强度、抗大气侵蚀性能和表面粗糙度等指标均满足ICF物理实验要求。     

ICF靶丸内燃料的气液两相组分组成分析

 在质量守恒的基础上,运用拉乌尔定律和道尔顿分压定律,对以摩尔分数比为3∶3∶4比例充入到ICF靶丸内的氘气、氚气和氘化氚三元系的热核燃料,在工作温度为22,24,26,28和30 K下处于相平衡时气液两相的组分组成进行了分析讨论。结果显示:工作温度为22 K时,随着充气压强从1 MPa增大到5 MPa,液层中氘气的摩尔分数从0.251增大到0.290,氚气的摩尔分数从0.350减小到0.310;气泡中氘气的摩尔分数从0.322增大到0.365,氚气的摩尔分数从0.278减小到0.241。充气压强为5 MPa时,随着工作温度从22 K提高到30 K,液层中氘气摩尔分数从0.290减小到0.261,氚气的摩尔分数从0.309增大到0.341;气泡中氘气的摩尔分数从0.365减小到0.302,氚气的摩尔分数从0.241增大到0.298。     

充气过程对微球表面形貌的影响

对空心玻璃微球(HGM)在高温充气过程中的表面形貌进行了研究。分析局部晶化出现的时间和条件，并通过其表面形貌、成分分析探究了其随时间的变化规律。研究结果表明:影响HGM高温充气后表面形貌的因素主要有充气温度和充气压力；充气温度越高、压力越大表面形貌发生变化所需时间越短。导致表面形貌变化的本质原因是结晶分相，结晶成分主要由Na, B等元素组成。HGM的表面结晶分相使其表面粗糙度大幅度升高，但随着脱离充气环境后放置时间的延长而又逐渐降低。其表面粗糙度降低的主要原因是Na, B等元素的逆向迁移。     

干凝胶粒子物性对空心玻璃微球炉内成球过程的影响

为实现干凝胶法制备惯性约束聚变靶用空心玻璃微球(HGM)炉内成球工艺过程的有效控制,从数值模拟和工艺实验两个方面研究了干凝胶粒子直径、比热容、发泡剂质量分数和辐射吸收系数对干凝胶粒子炉内成球过程及最终HGM性能参数的影响。结果表明,随着干凝胶粒子直径和/或比热容的增大,干凝胶粒子在吸热封装阶段的升温速率显著降低,在炉内成球过程各工艺阶段的停留时间快速下降,尤其是在精炼阶段的停留时间急剧缩短。降低干凝胶粒子的比热容和/或提高干凝胶粒子的发泡剂质量分数,HGM的直径和壁厚均匀性增大,高质量空心球的比例也相应提高。干凝胶粒子的辐射吸收系数变化对炉内成球过程几乎没有影响。     

基于温度梯度的ICF冷冻靶均化技术研究

惯性约束聚变(ICF)冷冻靶中氘氘(D2)、氘氚(DT)等燃料冰层在靶丸中的分布由靶丸所处的温度场决定。在氘氘冷冻靶中,垂直温度梯度引起的气-液界面张力梯度可以抵消重力作用,使氘氘液体在靶丸内均匀分布;然后在氘氘的三相点附近缓慢降温,可以实现燃料冰层的均化。在氘氘冷冻靶均化实验系统上,采用温度梯度结合制冷速率与制冷过程控制的方法,实现了1mm直径、30μm壁厚的辉光放电聚合物(GDP)靶丸中氘氘冰层的均化,对背光阴影图像中亮环位置进行分析表明:氘氘冰层的平均厚度为185.56μm,均匀度为80.2%,模数-功率谱曲线中模数2~100对应的内表面粗糙度为2.26μm。     

高择优取向Mo薄膜的直流磁控溅射制备及其电学性能

使用直流磁控溅射法在玻璃基底上沉积Mo薄膜,采用X射线衍射仪、原子力显微镜和四探针测试系统研究了溅射工艺对Mo薄膜的结构、形貌和电学性能的影响.结果表明:当基片温度为150 ℃时,薄膜获得(211)晶面择优取向生长,而在低于250 ℃的其它温度条件下,样品则表现为(110)晶面择优取向生长.进一步的表面形貌分析显示:薄膜的粗糙度随基片温度变化不明显,其值大约为0.35 nm,随溅射功率密度的增大而变大|电学性能方面:随着溅射功率密度的升高,薄膜导电性能迅速增强,电阻率呈现近似指数函数衰减|随着基底温度的升高,薄膜的电阻率先减小后增大,当基底温度为150 ℃时,薄膜电阻率降低至最小值2.02×10-5 Ω·cm.     

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.     

放电等离子烧结制备ZrB2-SiC超高温陶瓷的力学性能及氧化行为

在服役环境中,超高声速飞行器表面与空气剧烈摩擦导致温度极高。超高温陶瓷相较于一般陶瓷而言具有高熔点和良好的抗氧化烧蚀性能,是目前极具前景的热防护材料之一。采用放电等离子两步烧结工艺将ZrB2纳米粉末和SiC粉末在1700℃下制备超高温陶瓷材料ZrB2-20%SiC,通过纳米压痕微观实验、三点弯实验研究其力学性能及其在高温环境下的氧化行为,着重分析1000、1200、1400和1600℃4种不同氧化温度下ZrB2-20%SiC超高温陶瓷的氧化表面、氧化截面和氧化层厚度。结果表明:ZrB2-20%SiC超高温陶瓷的硬度为18 GPa,弹性模量为541 GPa,断裂韧性为5.7 MPa·m1/2;当氧化温度为1600℃时,超高温陶瓷内部的SiC由被动氧化转变为主动氧化,并且随着氧化温度升高,超高温陶瓷氧化层厚度与氧化温度呈正相关。     

热舟蒸发LaF3薄膜的紫外性能研究

研究了沉积温度对热舟蒸发氟化镧薄膜结构和光学性能的影响,沉积温度从200℃上升到350℃.间隔为50℃.采用分光光度计测量了样品的透射率和反射率光谱曲线,并在此基础上进行了光学损耗、光学常数以及带隙和截止波长的计算.采用表面轮廓仪进行了表面形貌和表面粗糙度的标定,采用X射线衍射(XRD)方法测量了不同沉积温度下样品的微结构.发现在短波长波段,随着沉积温度的升高,光学损耗增加,晶粒尺寸增大,表面粗糙度略有增加.不过散射损耗在光学损耗中所占比例均很小,光学损耗的增加主要由吸收损耗引起.随着沉积温度的升高,折射率与消光系数增大,带隙变小,相对应的截止波长向长波方向移动.     

载气组份对空心玻璃微球炉内成球过程的影响

为实现惯性约束聚变靶用空心玻璃微球的干凝胶法高效制备,从数值模拟和工艺实验两个方面研究了载气组份对干凝胶粒子炉内成球过程及最终空心玻璃微球性能的影响。结果表明:载气组份显著影响粒子/微球与载气之间的热量和质量传递过程,但载气组份对粒子/微球在炉内的下落速度影响很小;提高载气中氦气的体积分数可以显著提高干凝胶粒子在吸热阶段的升温速率,更为迅速有效地完成封装过程,这不仅使得干凝胶粒子发泡成为空心球的比例增大,而且还有利于制备得到大纵横比的空心玻璃微球;但是,在载气中保持适当体积分数的氩气,有利于提高玻璃微球的表面质量和成品率。当载气中氦气的体积分数在50%~80%时,干凝胶粒子的成球率较高,空心玻璃微球的球形度、同心度和表面粗糙度能满足制靶要求。     

热处理温度对化学镀磁性ICF玻璃靶丸特性的影响

 在300,700和1 000 ℃温度下,对化学镀Ni-P合金涂层后的磁性ICF玻璃靶丸进行热处理,通过X射线衍射仪（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和振动样品磁强计（VSM）对热处理后化学镀ICF玻璃靶丸的结构、形貌和磁性能进行了表征。结果表明：化学镀ICF玻璃靶丸经过热处理后,Ni-P涂层晶化为晶态合金层,涂层的组成颗粒直径和磁性能随着热处理温度的升高而不断增加,可望用于磁悬浮实验研究。     

薄壁玻璃靶丸低温保气性能研究

 对薄壁玻璃靶丸在液氮保存状态下保气性能进行了研究。实验结果表明：在－196℃环境中,薄壁靶丸的保气半寿命由常温的3~10d延长到100~500d左右,靶丸的表面粗糙度没有明显变化,能满足ICF打靶要求。     

磁性ICF玻璃靶丸的化学镀工艺

 采用化学镀工艺在ICF玻璃靶丸表面包覆了一层磁性的Ni-P合金镀层,制备出磁性ICF玻璃靶丸。研究了化学镀主盐质量浓度、还原剂质量浓度、络合剂质量浓度、施镀温度及镀液pH值对沉积速率与镀液稳定性的影响,获得了化学镀制备磁性ICF玻璃靶丸的最佳工艺为：主盐硫酸镍30 g/L,还原剂次亚磷酸钠30 g/L,络合剂柠檬酸钠50 g/L,pH值10,温度(40±2) ℃。     

Influence of Hollow Glass Microspheres Modified by a Rare-Earth/Titanium Coupling Agent on the Nonisothermal Crystallization of Polypropylene

Hollow glass microspheres (HGMs) were surface modified by a rare-earth/titanium coupling agent. Then polypropylene/HGMs composites were prepared by the method of melt blending. The nonisothermal crystallization of the polypropylene (PP) and its composites were investigated by differential scanning calorimetry. The results showed the modified HGMs caused a decrease in the peak crystallization temperature and onset crystallization temperature. Further analysis of the nonisothermal crystallization kinetics, by using the Jeziorny and Mo equations, showed that the crystallization rate rose with increasing cooling rate. Moreover, the presence of the modified HGMs slightly increased the crystallization rates of PP.     

惯性约束聚变靶丸玻璃微观结构的分子动力学模拟北大核心CSCD

使用分子动力学方法模拟惯性约束聚变(ICF)玻璃微球靶丸材料的碱金属硼硅酸盐玻璃,研究了不同SiO2与B2O3和不同Na2O与B2O3物质的量比的微观结构,包括键长、键角、配位数以及空穴的分布情况。通过模拟发现,在不同组分的碱金属硼硅酸盐玻璃中,硅原子的网络体结构相对稳定,硼原子的结构会随着成分的变化发生明显变化。同时,针对实际的ICF实验中对玻璃微球充入惰性气体氩的问题,模拟发现,当SiO2与B2O3物质的量比为40.5,Na2O与B2O3物质的量比为17.4,8.5,4.2时,玻璃中存在有较多的供氩扩散的空穴。     

分子动力学模拟玻璃微球充气保气性能的机理

为了探讨载能重粒子辐照改善惯性约束聚变中所用玻璃微球的充气性能,以及热弛豫过程中改善其保气性能的微观机制,利用分子动力学的方法对载能重粒子辐照前后的SiO₂玻璃在内部形成气体扩散微通道的机理进行了模拟研究。结果表明,重粒子辐照可以在SiO₂玻璃中形成明显的扩散通道,说明辐照后的玻璃更适合通入Ar等较大尺寸气体;在高温高压的条件下,形成的扩散通道有逐渐关闭的趋势,辐照产生的缺陷能够在一定程度上得到修复。因此,利用重粒子辐照的方法,可在玻璃体中产生充气的微通道,该通道在高温高压下可实现关闭,从而起到开关的作用。模拟结果可为实验上通过重粒子辐照提升微球玻璃充气保气性能的方法提供理论支持,说明该方法具有可行性。