碳气凝胶/聚苯乙烯双介质柱状靶的研制

 介绍了碳气凝胶/聚苯乙烯（CRF/CH）双介质柱状靶的制备方法。使用溶胶-凝胶法和微模具原位成型法制备了直径为820 μm的间苯二酚-甲醛（RF）气凝胶微柱,在氮气保护下进行高温碳化后得到直径为730 μm、密度为250 mg·cm^-3的CRF微柱;采用浸渍提拉法在CRF微柱柱面镀制一层厚度为26 μm 的CH薄膜, 形成CRF/CH双介质结构;采用机械微切割技术制备了长度为1 mm, 内径为730 μm,壁厚为26 μm的CRF/CH双介质柱状靶。实验研究了RF,CRF气凝胶微柱的制备工艺、微观形貌及CRF微柱轴向和径向的密度均匀性,探讨了影响CH薄膜厚度的主要因素,并对CH薄膜的表面形貌和两种材料之间的界面进行了表征。     

ICF分解实验用双介质调制靶的研制

为了研究惯性约束聚变(ICF)实验用靶丸不同密度界面的流体力学不稳定性增长,设计并制备了聚苯乙烯(CH)/碳气凝胶(CRF),CRF/硅气凝胶(SiO2)和CH/Al三种双介质调制靶。采用溶胶-凝胶工艺制备了密度分别为250和800mg/cm3的CRF气凝胶薄片;采用激光微加工工艺分别在两种不同密度的CRF薄片和工业用纯Al箔上引入调制图形;采用旋涂工艺在Al箔和CRF薄片(250mg/cm3)的调制表面制备一层CH薄膜,得到CH/Al和CH/CRF双介质调制靶,采用溶胶-凝胶工艺在CRF薄片(800mg/cm3)表面制备一层低密度SiO2气凝胶,得到CRF/SiO2双介质调制靶。采用电子天平、扫描电子显微镜、工具显微镜和台阶仪对所制备的CH/CRF,CRF/SiO2和CH/Al三种双介质调制靶进行靶参数测量。结果表明:三种双介质调制靶层与层之间结合紧密,界面清晰,调制图形为正弦,靶参数测量准确。     

侧照明实验用平面调制微靶的制备及参数测量

 介绍了用于侧照明实验研究瑞利-泰勒流体力学不稳定性(Rayleigh-Taylor instability)实验的聚苯乙烯和铝平面调制微靶的制备工艺。通过图形转移，靶型切割和装配工艺的控制，结合靶参数测量，获得了厚度在几十μm、表面具有波长50 μm和55 μm、振幅从几到几十μm、微靶宽度约为200 μm、剖面正弦调制图形清晰的两种靶型。     

CH调制靶RT不稳定性增长侧向诊断

流体力学不稳定性是惯性约束聚变中的重要物理问题之一，它直接影响靶丸的压缩效率和点火热斑的有效半径。特别是在激光直接驱动ICF技术路线中，流体力学不稳定性显得更为至关重要。通过分解实验，研究流体力学不稳定性的发展规律进而探索抑制流体力学不稳定性发展的途径，是ICF实验研究中的重要一环。本轮实验利用X射线针孔辅助点投影技术，通过侧向诊断方法，观测了CH平面调制靶在激光直接驱动下的不稳定性演化过程。     

点火靶半腔套装实验系统设计

根据美国NIF点火基准靶REV4.0要求,对半腔套装工艺进行了具体的参数分析,确定了半黑腔与冷冻罩的铝套筒过盈配合公差带等关键参数,制定了装配系统技术指标,设计了系统方案,研制了实验样机。该样机具有12个电控台,重复定位精度达到0.3μm和0.01°,并配备激光测头和6轴微力传感器,对靶件姿态与套装过程中的受力情况进行检测,可完成半黑腔套入与入射孔衬垫装配两道工序。利用该样机对模拟靶件进行了装配实验,半黑腔与铝套筒同轴度为8μm,轴向与径向夹角优于0.5°,验证了装配工艺与系统功能的有效性。     

应用于微靶装配的显微视觉检测技术

针对如何实现微小尺度（μm～mm）靶零件装配过程中的在线检测，研制了应用于微靶装配的显微视觉检测系统，并对系统的构成与显微成像、图像预处理、特征检测等关键图像处理技术进行了详细论述。提出了针对微靶零件的新型多重滤波除噪算法和几何特征检测算法，并以铝台阶、柱腔等微靶零件为应用实例开展了实验研究。结果表明，该系统采用的算法能有效、快速、准确地对靶零件进行几何特征和实时位置检测，在检测视场为3mm时，其检测精度≤3μm，角度检测精度≤0．1°，适用于ICF微靶等微型器件的微装配。     

一个用于界面不稳定性实验研究的竖式激波管

 研制了一个可用于气-气界面Rayleigh-Taylor（RT）不稳定性、气-液界面Richtmyer-Meshkov（RM）不稳定性、气-液界面RT和RM耦合不稳定性实验的竖式激波管装置,配备了相应的光学电学测量系统,给出了装置的主要技术参数,以及典型实验的压力-时间曲线。利用这套实验装置,可以精确地控制不稳定性的初始扰动界面,观测记录界面演化发展全过程。     

高温烧蚀初始印记及其发展的研究

直接驱动惯性约束聚变（ICF）中，高温烧蚀初始印记（Imprint）产生的密度调制经过瑞和泰勒（RT）不稳定性发展得到放大，会破坏对称压缩，降低聚变增益，甚至导致点火失败。为此，从实验上研究了调制深度约为1／5的正弦调制激光作用厚CH靶（驱动激光结束时刻，靶背未开始移动）时的Imprint及其发展情况，并进行了初步的模拟计算分析。     

CH薄膜泡沫复合平面调制靶制备初步研究

瑞利-泰勒（R—T）流体力学不稳定性是制约惯性约束聚变（ICF）实验点火的重要因素之一。研究证明，通过在有机薄膜或低密度泡沫上人为引入面密度扰动可以模拟靶丸表面的不完整性，通过测量激光对靶烧蚀过程中靶密度扰动的时空分布非线性增长，可估算R—T不稳定性的大小。关于调制薄膜制备的方法国内目前仅有数篇报道，但有关薄膜泡沫复合调制靶的制备还未见相关文献报道。     

薄铝埋点等离子体K线光谱半定量诊断

高温等离子体系统中存在等离子体流体力学运动演化过程、离子的离化分布演化动力学过程、高剥离态离子谱发射过程及发射芬光辐射输运过程等，而且高温等离子体系统通常是非平衡系统，所以定量研究高温等离子体系统的发射X光谱和高温等离子体对X光的吸收是一个非常复杂的问题。为了模拟和解释实验测得的激光等离子体发射光谱，提出了一种薄埋点靶：直径为φ200μm厚度为0．1μm的铝点埋在20μm厚的CH膜底衬中，表面再覆盖0．1μm厚CH膜。     

基于纯冲击波聚心的准一维氘氘内爆物理实验

在神光Ⅲ原型装置上利用八路6400J/1ns激光注入1100μm×1850μm的黑腔内产生210eV的高温辐射场,均匀辐照填充氘氘燃料的靶丸实现内爆。实验中选择高气压薄壳靶丸实现纯冲击波聚心内爆。通过闪烁体探测器、中子条纹相机等多套诊断设备获取了中子产额、聚变反应时刻等关键内爆参数。结合一维数值模拟表明,实验测量的中子产额与干净一维数值模拟计算的中子产额之比达到90%;同时通过人为破坏内爆对称性等方式表明,该设计下内爆中子产生机制集中于冲击波聚心,其内爆性能受到高维因素影响极低,从而实现了准一维内爆。     

基于神光Ⅲ原型装置的冲击点火分解实验

冲击点火是一种新型点火方式,介绍了国内进行的冲击点火分解实验。实验结果表明:相比于方波脉冲,在冲击峰整形脉冲作用下激光与等离子体相互作用明显增强,背向散射光的份额增加,散射光谱来自于不同密度的等离子体区域。实验中也观察到了方波条件下冲击波在CH样品中的传播过程,与模拟计算结果较为符合。     

Application of an aerosol shock tube to the measurement of diesel ignition delay times

Shock tube ignition delay times were measured for DF-2 diesel/21% O₂/argon mixtures at pressures from 2.3 to 8.0 atm, equivalence ratios from 0.3 to 1.35, and temperatures from 900 to 1300 K using a new experimental flow facility, an aerosol shock tube. The aerosol shock tube combines conventional shock tube methodology with aerosol loading of fuel-oxidizer mixtures. Significant efforts have been made to ensure that the aerosol mixtures were spatially uniform, that the incident shock wave was well-behaved, and that the post-shock conditions and mixture fractions were accurately determined. The nebulizer-generated, narrow, micron-sized aerosol size distribution permitted rapid evaporation of the fuel mixture and enabled separation of the diesel fuel evaporation and diffusion processes that occurred behind the incident shock wave from the chemical ignition processes that occurred behind the higher temperature and pressure reflected shock wave. This rapid evaporation technique enables the study of a wide range of low-vapor-pressure practical fuels and fuel surrogates without the complication of fuel cracking that can occur with heated experimental facilities. These diesel ignition delay measurements extend the temperature and pressure range of earlier flow reactor studies, provide evidence for NTC behavior in diesel fuel ignition delay times at lower temperatures, and provide an accurate data base for the development and comparison of kinetic mechanisms for diesel fuel and surrogate mixtures. Representative comparisons with several single-component diesel surrogate models are also given.     

直接驱动柱内爆流体力学不稳定性数值模拟

 给出了LARED-S程序对直接驱动柱内爆流体力学不稳定性模拟的物理方程，介绍了一种直接驱动柱内爆靶的结构，给出了模拟中使用活动网格追踪和其他一些需要注意的问题。对OMEGA激光器直接驱动柱内爆实验物理模型进行了简化处理：使用理想气体状态方程，假设烧蚀层、标识层和内部填充材料为同一介质，只在密度上有差别；采用全电离和单温近似，在内爆过程中仅考虑热传导过程而忽略辐射和非局域电子热传导等过程的影响。模拟结果表明：LARED-S程序与LASNEX程序的计算结果基本上符合。     

收缩楔腔内激波汇聚诱导点火实验

文章提出了一种采用圆柱形汇聚激波实现可燃气体点火特性研究的新方法.通过采用激波动力学理论合理地设计壁面型线, 将激波管中产生的平面运动激波近乎连续地转变为扇形区内圆柱形汇聚激波.以氢氧预混气体为考察对象, 开展了相关激波管实验, 实现了可控圆柱面激波汇聚诱导点火.实验发现两种点火现象:强点火和弱点火.在强点火过程中, 点火由入射激波直接诱导产生; 而在弱点火过程中, 点火则是在波后气流经历热压缩过程后发生.      

High-pressure ethylene oxidation behind reflected shock waves

Oxidation of ethylene/air mixtures has been investigated behind reflected shock waves in a shock tube of 76 mm in diameter. Experiments were performed within the temperature range of 1060–1520 K, pressures of 5.9–16.5 atm, and stoichiometries of  = 0.5, 1.0, and 2.0. Emissions of OH (308.9 nm), CH (431.5 nm) and C₂ (516.5 nm) molecules, pressures and ion current records were implemented to measure ignition times of the mixture along the centreline of the tube and in the boundary layer. Empirical correlations for ethylene ignition times have been deduced from the experimental data. Auto-ignition modes (strong, transient and weak) and ignition limits of the mixtures were identified comparing velocities of reflected shock wave and reaction front at different locations from the reflecting wall. Extensive database for validations of high-temperature ethylene reaction mechanism and numerical methods for reaction flow simulations has been obtained from experimental observations.     

Numerical Simulation of Shock Wave Generation for Ignition of Precompressed Laser Fusion Target

In this work, we investigate the formation of a converging shock wave in a homogeneous spherical target, whose outer layer was heated by a flux of monoenergetic fast electrons of a given particle energy. Ablation pressure generating the wave forms at spherical expansion of a layer of a heated substance, whose areal density remains constant throughout the entire heating process and equal to the product of the initial heating depth and density of the target. The studies are carried out based on numerical calculations using a one-dimensional hydrodynamic code as applied to ignition of a precompressed target by a shock wave (shock ignition), one of the most promising techniques of laser fusion ignition.