薄膜物理与制备技术

薄膜物理和制备是ICF物理实验制靶中的一项重要环节，随着ICF实验的深入，薄膜靶和薄膜靶零件作为一种重要的靶型，其需求呈现多样化、复杂化和精密化。探索各种薄膜靶的结构与性能、新的制备技术成为靶制备科学的重要研究内容。     

高温高密度Z-pinch等离子体自适应式平面丝阵负载制备技术研究

 在Z-pinch实验中，加速器两电极间距会因抽真空而发生改变从而导致平面丝阵负载的丝分布发生变化，为了解决这个问题，采用弹簧预压缩的方法，制备出了平面丝阵负载，经实验室模拟检测和物理实验的实际应用证明，平面丝阵负载不但能适应电极方向呈任何方向放置的靶室，还能自动适应靶室电极间距因抽真空而发生的变化。在实验过程中丝阵可以保持绷紧的状态，满足了物理实验的要求。     

耐高低温黏结剂材料的制备

在ICF研究中，根据物理实验目的不同，需在靶丸充入高原子序数（刁的诊断气体，由于高Z气体扩散系数很低，通过扩散的方法难以制备满足物理实验要求的充气压力，因此这两种靶球一般采取打孔充气的方法充入高Z气体。充气结束后，需要封口以维持球腔内的气体压力。考虑到靶球的充气、保存、使用环境，需要一种能够在常温快速固化、耐有机溶剂、耐高低温的密封黏结剂。本年度采用酸酯化法合成了可紫外光（UV）固化的环氧丙烯酸酯树脂（ERA-1）、改性丙烯酸酯树脂的合成（PA）、环氧丙烯酸酯／二氧化硅（SiO2）杂化树脂（ERA—H2）及改性丙烯酸酯／SiO2杂化树脂（FIA—H），并研究了催化剂对环氧丙烯酸酯合成的影响。以这4种树脂为基础，制备了不同无机含量的UV固化杂化黏结剂，研究了黏结剂在不同温度、组分时的高低温性能。     

电子回旋共振微波等离子体离子束刻蚀技术

电子回旋共振微波等离子体技术在薄膜制备技术、材料的表面处理、离子源和等离子体刻蚀等方面得到了广泛的应用，取得了长足的进展。这些特点在ICF实验制靶过程中有重要应用，如调制靶等，而且加工精度高，能满足ICF制靶的要求。基于在未来的ICF实验中对各种有机膜制备、各种调制靶的制备需求，开展了电子回旋共振微波等离子体技术在薄膜制备和等离子体刻蚀方面的预研工作。     

z-pinch靶的结构及材料特点

 论述了Z箍缩（Z-pinch）靶的发展与现状,阐述了Z-pinch靶及负载在结构和材料上的特点及其制备方法,比较了Z-pinch靶与激光聚变靶的区别,针对国内目前开展z-pinch实验对靶的需求,拟采用电解抛光法制备负载用超细金属丝,并提出了Z-pinch单层丝阵负载的制备流程。     

不同控温过程下冷冻靶冰层结晶生长行为研究

为制备满足物理实验要求的冷冻靶氢同位素冰层,需控制冰结晶生长过程,实现燃料的单晶生长,由此减少影响冰层均匀性及晶体缺陷。采用数值模拟方法研究冷冻靶温度场,通过可见光背光阴影成像技术在线表征了低温下靶丸内氘(D_2)的结晶生长行为。结果表明:当降温速率为0.4 K/min时,在靶丸内可重复形成D_2籽晶;通过优化控温过程,可显著降低D_2晶体生长过程中形成的缺陷。     

太帕压力下声速连续测量的高精度靶制备

声速反映小应力扰动在介质中的传播特征,是材料在一定热力学状态下的重要属性,是研究材料状态方程、相变(包括固-固相变)以及物质构成等的重要手段。超高压声速测量对于地球和行星物理、惯性约束聚变以及第一性原理的建模等多个物理研究领域具有重要意义。基于侧向稀疏方法连续测量冲击绝热线上的体声速是获取超高压声速的全新方法。该方法对靶的制备要求很高。为此,详细介绍了基于该方法的靶的制备要求,探讨了制备工艺、测量技术以及影响实验精度的主要因素,并根据"神光Ⅲ"原型装置的实验结果进行相应的分析。     

ICF物理实验用纳米Cu块体靶材的制备研究

 采用自悬浮定向流法制备了金属纳米粉体并采用真空手套箱专利技术和冷压法在高压（1.5 GPa）作用下保压40 min后，成功制备出了相对密度达97％和显微硬度达1.85 GPa的金属Cu纳米晶材料。经XRD分析，其晶粒大小为20 nm。正电子湮没(PAS)实验结果表明，其空隙大小和数量与采用惰性气体冷凝法原位压制(IGC)的样品相比，空位簇数量较多，微空隙的大小和数量基本相当。激光惯性约束聚变（ICF）模拟实验表明：采用该方法制备的纳米Cu块体材料靶的激光转换效率比常规Cu材料靶高5倍。     

超细钨丝的电解腐蚀制备及其性能表征

 直径小于7 μm的超细钨丝是制备Z-pinch丝阵负载的主要原料，为了满足Z-pinch物理实验需要，利用电解腐蚀法原理，制备出了直径最小为3.0 μm的超细钨丝。研究了电解液温度、电解液质量分数、电解电压和收丝速度等工艺条件对钨丝的影响，并用扫描电镜、原子力显微镜和万能测力计测试了所制备钨丝的直径、形貌及抗拉强度。实验表明，电解电压和收丝速度是影响钨丝腐蚀速度的主要因素，所制备的钨丝表面光滑,均方根粗糙度为2.42 nm，直径为3.5 μm的钨丝其抗拉强度为2.32 g。利用这种方法所制备的超细钨丝已用作Z-pinch丝阵负载的靶材料，取得了很好的物理实验结果，X光能量已达到36.58 kJ。     

CHBr薄膜制备的初步研究

碳氢（cH）及其掺杂材料常被用作ICF实验靶丸烧蚀层材料。制备CH薄膜及其掺杂材料的方法有很多，诸如：离子束辅助沉积、离子溅射沉积、低压等离子体化学气相沉积（LPPCVD）等。近年来，详细研究了LPPCVD法制备CH薄膜的制备方法与工艺，形成了比较成熟的技术路线与工艺路线，并为“神光”实验提供了一系列实验靶丸。     

氘代聚合物膜靶制备技术与性能研究

 氘代聚合物膜是快点火基础物理实验的一种重要靶型。通过氘代苯乙烯单体的本体自由基聚合反应制备氘代聚苯乙烯，并利用流延法和浇铸法制备出厚度从几十nm到数百μm的膜靶。溶剂挥发过程中的随机扰动对膜厚均匀性造成影响，采用清洁的基片和在涂沫基片或模具外加防护罩可以降低这种影响。采用PVA作脱膜剂有利于获得较薄的聚合物薄膜。DSC分析表明薄膜的玻璃化转变温度与热处理过程有关，缓慢退火有利于提高Ｔ-g和储能模量。     

轻气炮低温靶的结构及液态CO2样品的制备技术

本文介绍了一种二级轻气炮的低温靶系统以及高纯度低温分子液体样品的制备技术。利用该项技术，我们在低温靶中成功地制备出了液态ＣＯ２样品。冲击实验的结果表明，该样品完全符合冲击波实验地要求。     

高温高密度等离子体物理国家重点实验室简介

高温高密度等离子体物理国家重点实验室位于四川省绵阳市中国工程物理研究院核物理与化学研究所内，成立于１９９２年１０月，１９９４年１１月通过验收投入正式运行．实验室下设３个研究室：高温高密度等离子体物理实验和诊断研究室、靶制备技术和参数测量研究室以及强激...     

ICF研究中的Rayleigh-Taylor不稳定性实验用靶

 概述了当前研究Rayleigh-Taylor不稳定性增长实验所用的靶型情况。从实验用靶来看，调制靶的设计正从平面向立体发展，出现了球形和柱形等新靶形，制备手段包括精密机械微加工、激光束、电子束和离子束加工、半导体工艺和微米纳米技术加工等。根据对国外新靶型的研究，结合国内工艺条件和实验需求，对国内可能采用的靶型进行了研究探索。     

真空环境下激光与固体靶冲量耦合的机理分析和数值模拟

在准真空环境下，采用高功率密度的调Q-Nd:YAG激光照射固体铝靶表面，测量了不同入射激光强度下气化靶物质对靶的冲量.通过分析不同情况下激光与固态靶、气化物质的作用机理，采用流体力学理论和三维有限差分的计算方法，对不同激光强度情况下气化物质对靶产生冲量的过程进行了数值模拟，将模拟计算所得结果与实验测量结果进行了比较和分析，进而对实验结果进行了解释.由数值模拟结果与实验结果的一致性可见，本文采用的模型能反映激光作用下固体靶力学响应的物理过程.     

微腔内气体抽离的多尺度模拟与分析

基于适用于整个克努森数范围的流动理论,建立了去除惯性约束聚变实验中靶丸内空气的理论模型,并设计实验验证了此模型的可靠性。物理实验要求靶丸内空气浓度低于10×10?6,数值模拟了去除靶丸内空气的过程,重点分析了靶丸内空气浓度、压力与除气时间的关系。计算并比较了单管路一次抽气法、单管路循环抽气法与双管路流洗法三种去除靶丸内空气方法的时间成本。数值计算结果表明:单管路一次抽气法中,靶丸上的微通道的存在对去除靶丸内空气所需时间的影响不可忽略,在考虑靶丸上微通道与充气管的情况下,需要1961.77 h才能使靶丸内的空气浓度达到标准。单管路循环抽气法中,抽气次数与单次抽气程度会影响去除靶丸内空气所需总时间,在单次抽气程度值取最优的情况下,采用充三次,抽四次的方案可使达标总时间减少至1 h左右,此方案下单次充气和抽气时间分别为6 min和10 min。而采用双管路流洗法则仅需11 min便可使靶丸内空气浓度达标。     

ICF靶所用掺杂聚合物及泡沫的研制

针对ICF靶所用掺杂聚合物及其泡沫的研制，制备出铜掺杂聚-4-甲基-1-戊烯(PMP)泡沫和掺溴聚合物材料。在掺杂聚合物泡沫过程中采用了超声波振荡的方式，提高了纳米铜粉在PMP泡沫骨架中的分布均匀性。掺杂纳米铜粉CH泡沫已用于今年“神光”Ⅱ试验中，并取得了较好的物理实验结果。利用溴(Br2)和PMP在光照条件下发生的自由基取代反应，制备了部分溴代聚4-甲基-1-戊烯样品。通过控制加入溴的量来控制最终产物中溴的掺杂量。利用红外光谱与元素分析确证样品中溴原子的存在。样品在150℃以前比较稳定，但在150℃以后就会失去溴化氢(HBr)。这对制造靶材料要求的泡沫材料提出了较高的要求。本课题还进行了低密度泡沫铜制备技术和无氰化学镀铁工艺研究。制备得到体积密度约3％的泡沫铜以及化学镀铁样品。     

激光惯性约束聚变靶技术现状及其发展趋势北大核心CSCD

靶是激光惯性约束聚变(ICF)研究的物质基础,其质量的好坏对物理实验结果有极其重要的影响。靶本身的特点决定了制靶是一项极其复杂且特色鲜明的系统工程。主要介绍了国内ICF靶制备技术的现状,并对存在的问题及今后一段时期内的发展趋势作了简要说明。     

ICF平面冷冻靶制备中充气速率效应

基于自主研制的平面冷冻靶打靶系统及微管注入法充气/冷冻技术,探讨了不同充气速率对平面冷冻靶制备的影响。研究表明:随着充气速率的减小,靶盒内氢气压强的变化速率越小,液化过程越明显,并且持续的时间越长;充气速率越小,越能准确测量液氢在该温度下的饱和蒸气压。同时,确定了最佳充气速率,建立了利用饱和蒸气压标定液氢温度的方法。研制的平面冷冻靶已经成功提供ICF物理实验。     

系列柱形薄壁腔靶制备工艺研究

为了从实验上深入研究超热电子产生规律，从而减少或抑制超热电子对惯性约束聚变（ＩＣＦ）的危害，我们制备了一系列薄壁腔靶，以供实验研究。本文详细地描述了柱形薄壁腔靶的制备工艺。利用ＮＧ－１０４型精密单向纵切车床，采用金刚石刀具车削，提高心轴质量，表表粗糙度可达０．１μｍ。采用电镀和磁控溅射二种方法镀膜，为了使腔靶壁厚均匀，在镀膜时，必须使心轴匀速旋转。利用磁控溅射在腔靶外表面再涂上１μｍ左右厚的二氧化硅，以提高超薄壁腔靶的强度和自立能力。在腐蚀心轴时，必须仔细控制酸的浓度，防止在腐蚀时因产生气泡太多，太快而使腔靶破裂。用Ｘ射线照相法和扫描电子显微镜测量腔靶的几何参数。制备系列柱形薄壁腔靶达到指标为：壁厚范围２～３０μｍ，壁厚均匀性小于１０％，表面粗糙度０．２～０．３μｍ。最后介绍了在“神光Ⅰ”上打靶结果。结果表明，实验值与理论值符合较好。