等温环境中激光惯性约束聚变冷冻靶丸内部液氢层分布（已撤稿）

叙述了低温等温情况下,重力和界面张力平衡的激光惯性约束聚变靶丸内表面液氢层分布的Young-Laplace(YL)方程.为了得到靶丸壳内连续液氢层分布的有效解,考虑了液体与固体(衬底)分子间的London-van der Waals力以及该力的迟滞影响.计算结果表明,只有在靶丸内部引力为零或者固体液体分子间的London常量为无穷大时,才能得到等温环境中有均匀厚度的连续液氢层. 关键词： 温度     

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。     

激光惯性约束聚变靶技术研究

本文简要叙述了近年来中物院物理与化学研究所开展激光惯性约束聚变靶技术研究的进展情况，围绕热核聚变靶丸的研制，介绍了空心玻璃微球、塑料微球的制备结果和充氘氚燃料气体的技术。     

新型无油、小体积微球高压充氘氚系统的研制

根据国内激光惯性约束聚变研究对氘氚微球靶的更高要求，新研制了一套能制备15．0MPa氘氚玻璃微球靶系统，结构见图1。     

高压氘氚靶球的制备与拉曼光谱研究

氢同位素的定量分析与监测在能源与环境领域都有着重要的意义。激光拉曼光谱由于其可以无损分析氢同位素分子,已经成为一种重要的方法,在国际热核聚变实验反应堆(ITER)和美国萨凡纳河工厂得到了广泛应用。利用高压充气装置得到了惯性约束聚变(ICF)高压靶丸,并对靶丸内气体进行原位拉曼光谱测量,通过对高压下氘氚混合气体的拉曼光谱进行分析得到了靶丸内气体的成分比例,验证了靶丸充气工艺参数。实验表明,在CCD的积分时间延长到1 min时,氘(DD),氘氚(DT)和氚(TT)的测量精度可以达到1%,同时对不同时刻靶丸内气体组分的拉曼光谱进行测量,实验结果表明在氘氚渗透和氚衰变两者共同作用下,靶丸内总气体压力随时间不断下降,但是气体组成基本不发生变化。     

ICF靶丸氘氚总量非破坏性荧光测量法

 介绍了惯性约束聚变（ICF）研究中，氘氚（DT）气体燃料靶丸中的氚总量监测新方法—可见光荧光法。该方法是一种非破坏性测量技术，不但适用于直接驱动的内爆靶丸，而且也适用于间接驱动方式下的各种空腔靶现场监测。给出了1992年“神光”装置内爆靶丸的现场监测结果，并给出了该方法用于绝对测量时需考虑的因素以及刻度因子，特别是讨论了未来发展高灵敏度荧光底片或探测器的必要性。     

冷冻靶校准误差和烧蚀层粗糙度对氘氚层均匀性的影响

 理论分析了氘氚层外表面的温差与其粗糙度间的关系;以法国兆焦激光装置LMJ为原型,利用计算流体力学程序Fluent,分别模拟了靶丸轴向偏离黑腔中心不同尺度和烧蚀层存在不同大小的非均匀厚度对氘氚层温度分布的影响,求得了这两种误差引起氘氚层厚度的非均匀度。结果表明：为了满足点火靶的要求,靶丸轴向偏离腔体中心的尺度须在8.5 μm内,烧蚀层轴向粗糙度则应控制在0.72 μm内。     

氘氚聚变中子发生器旋转氚靶传热特性研究

强流氘氚中子发生器可用于模拟聚变堆中子环境, 对于开展聚变堆包层材料相关实验研究具有重要意义. 本文提出了一种用于10¹² n·^-1量级氘氚中子发生器HINEG (high intensity neutron generator)的旋转氚靶系统设计方案, 并对其技术难点和强化传热方法进行了介绍. 为考查该氚靶系统的传热特性, 利用Computational Fluid Dynamics方法对冷却水层厚度、冷却水流速和氚靶系统旋转速度对靶面冷却的影响进行了分析, 并对不同热功率密度下靶面的传热过程进行了研究. 结果显示, 大的水层厚度、大的冷却水流速和高的靶系统旋转速度有利于靶面的冷却, 但水层厚度和水流速的变化对靶面传热影响较小. 一定条件下靶面所承受的热功率密度不能超过某个限值.     

全氘代对二乙烯基苯泡沫的制备

全氘代聚合物泡沫作为一种特殊的低密度、微孔聚合物泡沫，在激光惯性约束聚变（ICF）研究中除了直接用于ICF靶材料，以增加单位靶中热核燃料的密度外，还可用在冷冻靶中以提高液体氘氚的浸润性及分布的均匀性，减小瑞利一泰勒界面不稳定性，以加强中子和分光镜的测量，研究和诊断内爆物理实验等。     

利用超高能中子诊断惯性约束聚变的燃烧

惯性约束聚变靶丸中,高能中子相互之间发生碰撞将导致超高能中子的产生.本文讨论超高能中子产生与聚变燃烧速率的关系.数值模拟理想模型,分析超高能中子产生量与平均烧氚体积的关系,讨论利用出壳超高能中子流与烧氚量诊断二维效应和混合效应.进一步分析出壳超高能中子流与平均烧氚率的关系,探讨利用超高能中子诊断平均烧氚温度并判断是否发生非平衡效应问题.     

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。     

二元混合燃料在靶丸内壁形成均匀液体层的数学模型

 提出了一个数学模型，描述了二元混合燃料H-D和D-T在ICF低温靶丸内壁形成均匀液体层时，远端场的温度梯度和工作温度间的关系。在靶竖直方向施加一个温度梯度后，模型显示将在气液界面产生一个垂直向上的张力梯度，它将液体从靶丸底部拉到上部，适当的张力梯度抵消了重力对液层的作用，在靶丸的内壁形成了均匀的液体层。通过运用ANSYS软件对靶丸的导热情况进行了有限元分析，模型计算结果与Kim的实验数据吻合得较好，温度梯度的变化趋势也是相似的。     

高速碰撞过程中应变硬化材料靶动态响应研究

 给出了适用于可压缩、弹塑性、按幂次律应变硬化材料的动态柱形腔膨胀模型和侵彻模型，并编制了相应的计算程序。腔膨胀模型给出靶中应力分布情况，侵彻模型根据腔膨胀模型的有关结果来预估具有锥形头部的刚性弹丸侵彻半无限厚靶的最终侵彻深度以及贯穿薄靶时的弹丸剩余速度和弹道极限速度。给出了钨合金弹丸正碰5083-H131铝靶和钢弹丸正碰6061-T651铝靶的一些计算结果，计算结果与实验结果及二维拉氏弹塑性LTZ-2D程序的数值模拟结果符合得很好。     

用序列二次规划法设计ICF 靶区光路

 运用序列二次规划法设计了靶区光路。由ICF 柱面靶间接驱动实验对多路激光束排布的要求, 建立靶区数学模型, 用本文设计结果构筑光路排布线框实体。该三维线框以特征线代表60路激光驱动光束实体, 以特征线段的转折点代表240面反射镜的空间位置。     

视角因子方法在间接驱动ICF中的应用

采用视角因子方法,对间接驱动惯性约束聚变(ICF)过程中从腔内壁辐射到靶丸表面的辐射进行了计算,并分析了激光原型装置上的一个实验的对称性环境。间接驱动ICF系统的不对称性一般来自于激光焦斑和腔体的几何结构,利用视角因子方法,计算X光能量在腔体内的强度分布,将靶丸表面的驱动对称性表示成腔体结构和激光焦斑几何参数的函数。结果表明,采用该方法的程序模拟能够评估腔靶设计的主要参数。     

Nontraditional manufacturing technique-Nano machining technique based on SPM

Nano machining based on SPM is a novel, nontraditional advanced manufacturing technique. There are three main machining methods based on SPM, i.e.single atom manipulation, surface modification using physical or chemical actions and mechanical scratching. The current development of this technique is summarized. Based on the analysis of mechanical scratching mechanism, a 5 μm micro inflation hole is fabricated on the surface of inertial confinement fusion (ICF) target. The processing technique is optimized. The machining properties of brittle material, single crystal Ge, are investigated. A micro machining system combining SPM and a high accuracy stage is developed. Some 2D and 3D microstructures are fabricated using the system. This method has broad applications in the field of nano machining.     

惯性约束聚变靶三维成像研究

利用计算机层析技术，采用乘代数重建法，编制出三维图像重建程序ＣＴ３Ｄ，通过五个方位对“星光Ⅱ”装置的惯性约束聚变靶进行Ｘ光成像，重建出靶等离子体的三维图像，获得了较好的结果，表明该技术在惯性约束聚变实验中应用的可能性。     

Strong isotope effects on the charge transfer in slow collisions of He2+ with atomic hydrogen, deuterium, and tritium

Probabilities and cross sections for charge transfer by He2+ impact on atomic hydrogen (H), deuterium (D), and tritium (T) at low collision energies are calculated. The results are obtained using an ab initio theory, which solves the time-dependent Schr?dinger equation. For the H target, excellent agreement is achieved between the present and previous results. Differences by orders of magnitude are observed between the cross sections for H, D, and T. A method is introduced to separate the contributions of charge-transfer mechanisms due to radial and rotational coupling. The large differences observed for H, D, and T are attributed to isotope effects in the rotational coupling mechanism.