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。     

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。     

塑料微球表面制备聚乙烯醇涂层研究进展

在聚苯乙烯（PS）-聚乙烯醇（PVA）-碳氢聚合物（CH）三层球的设计中制备PVA涂层的方法主要包括乳液微封装法、炉内成球涂层法、浸(旋)涂法、界面缩聚法及喷涂法等,前三种方法目前最为常用。总结了前三种制备PVA涂层方法的优缺点及目前的研究和制备现状。乳液微封装法适合于500 m以下小尺寸双层球的制备,具有微球成活率高、产品质量较好等优点,但制备过程受人为因素影响较大,且不易制备大直径双层球。炉内成球涂层法也适用于小尺寸双层球的制备,其制备周期短,但液滴发生器的设计苛刻,PVA层的均匀性差,且不易制得较大尺寸的双层球。浸（旋）涂法可制备1000 m以上的大直径双层球,但该方法中影响PVA涂层铺展的因素较多,得到的PVA涂层均匀性较差,且涂层很薄。     

塑料微球表面制备聚乙烯醇涂层研究进展

在聚苯乙烯（PS）-聚乙烯醇（PVA）-碳氢聚合物（CH）三层球的设计中制备PVA涂层的方法主要包括乳液微封装法、炉内成球涂层法、浸(旋)涂法、界面缩聚法及喷涂法等,前三种方法目前最为常用。总结了前三种制备PVA涂层方法的优缺点及目前的研究和制备现状。乳液微封装法适合于500 m以下小尺寸双层球的制备,具有微球成活率高、产品质量较好等优点,但制备过程受人为因素影响较大,且不易制备大直径双层球。炉内成球涂层法也适用于小尺寸双层球的制备,其制备周期短,但液滴发生器的设计苛刻,PVA层的均匀性差,且不易制得较大尺寸的双层球。浸（旋）涂法可制备1000 m以上的大直径双层球,但该方法中影响PVA涂层铺展的因素较多,得到的PVA涂层均匀性较差,且涂层很薄。     

磁控溅射制备微球表面金属Mo涂层的研究

利用磁控溅射制备了各种工艺参数不同的微球表面金属Mo涂层样品,并通过白光干涉仪和扫描电子显微镜对样品的表面及剖面进行了系统的测试分析。分别探究了溅射工作气压和沉积制备时间对微球表面Mo涂层表面形貌以及结晶质量的影响规律。结果表明通过优化工艺参数可制备微球直径约为800 m、涂层厚度为3.5 m到14.1 m、厚度均匀性良好的微球表面Mo涂层。Mo涂层中的晶粒呈现出柱状结构致密堆积在一起,且随涂层的厚度增加晶粒间空隙增大。     

炉内喷钙脱硫过程数值模拟

建立了一套较为完整的对炉内喷钙脱硫过程进行模拟的方法，获得了炉内气固两相流动、温度分布、石灰石颗粒脱硫化学反应和SO2浓度分布的详细情况。石灰石颗粒的硫化反应主要发生在颗粒与烟气均匀混合之前。     

微球GDP涂层制备技术研究进展

辉光放电碳氢聚合物（GDP）靶丸因具有较大的抗张强度、红外透明、涂层表面粗糙度高且均一性好、内应力较小等特性,成为惯性约束聚变（ICF）点火的首选靶丸。20世纪70年代,国外就开展了GDP靶丸制备技术的研究工作,主要以美国为代表,另外俄罗斯、日本、法国等国家也有相关研究。目前,美国已基本具备制备出满足点火要求的Ge掺杂GDP靶丸的能力,而我国从20世纪90年代才开始微球GDP涂层的研究工作。     

气相沉积法制备聚酰亚胺薄膜不同单体配比的表征及其性能影响

聚酰亚胺微球作为惯性约束聚变的重要候选靶丸之一,其力学性能和热学性能的提高对于实现聚变点火有重要意义.本文以均苯四甲酸二酐和二氨基二苯醚为原料,采用气相沉积法制备了不同单体配比的聚酰胺酸薄膜,研究了制备聚酰胺酸薄膜过程中不同单体蒸发温度对薄膜组成的影响,并对聚酰胺酸薄膜进行热环化处理.采用红外光谱仪分析了聚酰胺酸薄膜和聚酰亚胺薄膜的组成,结果表明:随着二酐蒸发温度的增加,聚酰胺酸薄膜中过量二酐单体的红外吸收振动特征峰(1780 cm~(-1),1850 cm~(-1)强度增加,单体配比由二胺过量到二酐二胺配比均衡再到二酐过量.热环化处理的过程中,薄膜中过量单体会再次蒸发,其红外图谱显示最终产物只有聚酰亚胺,但单体配比接近样品聚酰亚胺红外特征振动峰(1380 cm~(-1))强度更大.X射线衍射图谱显示配比接近的样品具有更高的晶化程度,说明过量单体的存在抑制了聚酰胺酸分子链的生长,造成分子量降低.采用纳米压痕仪和热重分析仪分别测量了聚酰亚胺薄膜的弹性模量和硬度以及失重曲线,结果表明分子量的降低会造成聚酰亚胺薄膜的弹性模量和硬度的降低,同时热稳定性也变差.扫描电子显微镜图像显示聚酰亚胺薄膜呈层状结构,单体配比接近的样品表面状况更好,这一点与聚酰亚胺分子的生长规律相符合.     

磁控溅射法制备金团簇纳米颗粒及性能表征

 采用磁控溅射法制备金团簇纳米颗粒,用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、紫外可见光分光光度计(UV-Vis)和X射线光电子能谱(XPS)等分析手段对其表征,研究了金团簇纳米颗粒的形貌、颗粒度、结构、光吸收性质及物质成份。研究结果表明：制备的金团簇纳米颗粒呈球形,平均粒径在10 nm左右,粒径分布均匀,无团聚、氧化现象,颗粒的结构为面心立方。在519 nm处出现团簇颗粒的表面等离子共振吸收峰,测试得到Au(4f_7/2)和Au(4f_5/2)电子的结合能分别为83.3 eV和86.9 eV,并且没有出现金的氧化产物。     

激光-惯性约束聚变综合诊断系统

 概述了为在强激光装置“神光 II”、“星光 II”上开展惯性约束聚变实验而建立的综合诊断系统的构成与指标。重点介绍了近期在X光、光学波段、聚变产物、诊断精密化等方面的进步,以及该诊断系统在黑腔靶物理、内爆动力学、不透明度研究中的应用。     

ICF用磁性玻璃靶丸悬浮磁场的确定及材料制备初步研究

 根据靶丸悬浮原理,推导出ICF用磁性靶丸在悬浮磁场中受力的函数关系式,从而得到了靶丸悬浮的理论模型。通过实验和理论相结合的方法,得出当靶丸中磁性材料掺入质量百分比由1%增加到6%时,靶丸的磁场强度由0.09 mT增加到0.44 mT,而对应的外界悬浮磁场由0.93 mT减小到0.23 mT。     

Geant4在惯性约束聚变内爆物理中的应用

基于Geant4建立了内爆物理实验多种诊断设备的全三维仿真模型,包括中子成像系统、用于硬X射线诊断的滤波应光谱仪、楔形滤片质子能谱仪、化学气相沉积金刚石探测器(CVD)等。根据Geant4仿真模拟的数据,建立了合适的解谱及图像还原算法,优化了系统设计,从理论上预估了诊断设备的诊断能力。此外仿真数据亦用于设计实验方案,建立诊断设备的标定方法等。     

ICF用Kirkpatrick-Baez型显微镜光学设计

 提出了直接针对惯性约束聚变（ICF）诊断目标的X射线Kirkpatrick-Baez型显微镜的像差校正和光学设计方法。在校正掠入射细光束像散的基础上,推导了内爆压缩区全视场范围内的垂轴像差表达式,进而构建了系统的空间分辨率预测模型。基于对空间分辨率和集光立体角两个关键指标的分析,结合ICF的实验要求,得到了系统的初始结构参数确定原则和光学设计流程。实例表明,该方法克服了传统的轴上球差评价的不足,设计结果能够同时满足内爆压缩区的视场、分辨率和集光效率的要求。     

聚-α-甲基苯乙烯热降解产物研究

 降解芯轴技术是制备激光惯性约束聚变靶丸的重要技术之一。采用热分析技术研究了聚-α-甲基苯乙烯（PAMS）热降解温度,采用裂解色谱-质谱联用技术分析了PAMS的热降解产物。研究表明：PAMS降解温度范围为260～320 ℃,在此温度下PAMS降解产物主要是α-甲基苯乙烯单体,另外还有微量四氢呋喃溶剂残留及α-甲基苯乙烯二聚体。因主链上季碳原子的存在,PAMS的热降解过程以端基裂解的解聚反应为主,单体产率超过99%。     

Research on target uniform irradiation method using linearly modulated light and special grating dispersion

In indirect-drive laser fusion research, filamentation instability (FI) severely influences laser injection efficiency and beam pointing accuracy in hohlraum. Experiments indicate that high frequency modulations on the far field of the laser driver are responsible for the filamentation. To solve this problem, a new smoothing technique is proposed using linear modulation and special grating dispersion. The linear modulation was realized by stacking a series of 100 ps chirped pulses in fiber delay lines. The temporal smoothing characteristics of the focal spot adopting star and circular grating dispersion were studied. Simulation results indicate that both kinds of grating investigated restrained the high frequency modulations. The star grating has a better smoothing effect when compared to circular grating. The insertion of the star grating could realize “color” variation across the beam in the azimuthal direction and make the far-field pattern rotate with time. Therefore, the time-integrated focal spot would be smoothed in a more comprehensive way. This smoothing method bears the advantage of simple configuration, two-dimensional angular spectral dispersion and not enlarging the far field too much.     

Research on beam smoothing characteristics using linearly modulated light

Precise physical experiments place strict requirements on target illumination uniformity. A new smoothing technology aimed at indirect-drive laser fusion is studied, which uses linearly modulated light and angular spectral dispersion (ASD). Simulation indicates that the best smoothing effect could be obtained when number of color cycles (N_c) is chosen to be 0.5 at 1.2 nm bandwidth. A table-top setup aimed at the experimental study of the beam smoothing method has been established. When the linearly modulated light generated by pulse stacking is dispersed by a grating with N_c=2.6, periodical undulations are found on the far-field focal spot, which agrees with the simulation results. To improve illumination uniformity, the N_c adopted should be decreased to 0.5. Simulation also indicates that the combination of linearly modulated light, angular spectral dispersion and a continuous phase plate could considerably improve the irradiation nonuniformity.     

空心微球气体总量抽样测量误差分析

 间接驱动内爆靶丸由外层CH涂层,内层玻璃球壳和内部充入的气体组成。当玻璃球外涂CH后,球内的气体只能抽检而没有无损测量方法。在大量实验和数据基础上,研究了液滴法制备空心玻璃微球气体渗透系数的差异和分布,利用数理统计方法对实验数据进行了分析和处理,计算了空心玻璃微球对氘气渗透系数的误差,微球预充气挑选方案产生的误差及分布。最后根据现在的抽样测量方案计算了误判的概率。     

A simple and efficient levitation technique for noncontact coating of inertial confinement fusion targets

A simple and very efficient gas jet levitation technique for levitating inertial confinement fusion (ICF) targets has been developed. A low velocity gas jet through diverging nozzle generates precisely controlled low Reynolds number flow pattern, capable of levitating polymer microballoons up to 2500 μm diameter. Different shaped diverging nozzle are investigated, satisfactory levitation is achieved with simple conical shapes. With this setup microballoon can be levitated for hours with excellent stability, continuous rotation and at the desired height (reproducible with in less than 100 μm). The height of stabilization depends upon cone angle of diverging nozzle and velocity of levitating gas. This technique is very robust and highly insensitive to external disturbances like nonuniform temperature fields and vibrations. This setup is very economical to fabricate, easy to operate and can be used efficiently in various spray coating application involving plastic and metallic layers on microballoons.