X射线相衬成像中靶丸球壳界面晕区暗区现象

在微聚焦X射线以及等离子体X射线源平台上开展了多层球壳靶丸的相衬成像实验。实验结果表明,通过相衬成像能够获得清晰的多层球壳靶丸图像并观察到球壳内外表面晕区暗区现象。根据光的折射原理解释了该晕区暗区现象产生的物理机制。实验结果与几何模型计算结果符合较好。     

塑料多层靶丸X射线照相技术

 从理论上分析了高增益ICF实验燃料容器的塑料多层微球材料对X射线吸收机理，给出了适当的X射线照相条件，即工作电压取10kV，照像时间为1.5h,获得了壳层反差较为理想的靶丸X光图像。照相实验所得底片具有很高的横向分辨率，经显微镜放大，微球图像界面清晰可辨，用CCD将图像输入计算机，使用一般图像软件即可较为精确读出壳层厚度像素，为塑料靶丸制备工艺提供了方便有效的跟踪测量手段。     

背光阴影成像技术表征ICF靶丸内表面粗糙度

 发展了背光阴影成像技术,用于诊断透明ICF冷冻靶冰层内表面质量。分析了单层球壳阴影图像中形成亮环的物理机制。用光学追迹软件Tracepro模拟产生了透明单层球壳的阴影图像,用于研究亮环位置与球壳厚度及折射率的关系。建立了背光阴影成像实验装置,获得了透明单层球壳具有明显亮环的实验阴影图像。编制了阴影图像处理软件,获得了靶丸内表面1维功率谱曲线,并据此计算出靶丸内表面均方根粗糙度。理论分析、软件模拟及实验研究均表明,背光阴影成像技术是透明冷冻靶冰层内表面质量的有效诊断方法。     

X射线相衬成像技术应用于高能量密度物理条件下内爆靶丸诊断

内爆压缩过程中多层球壳靶丸变化规律的研究是惯性约束聚变的核心内容. 利用相衬成像技术可以提高低Z材料分界面成像衬度的特点在神光Ⅱ大型激光装置上开展了相关研究. 实验通过激光打Ti靶和针孔点背光的方式产生4.75 keV的X射线微点源, 针对内爆压缩过程中的靶丸样品投影成像获得了清晰的多层球壳靶丸图像, 空间分辨率优于10 μm.同时利用一维流体力学数值模拟程序分析了球壳运动的过程, 实验结果与数值模拟结果符合较好.表明了X射线相衬成像技术在高能量密度物理环境下仍然能够提高低Z材料分界面的衬度,获得高质量的物理图像,能够广泛应用于可控聚变能源、 天体物理等前沿科学领域.     

ICF微球壳层掺溴含量的XRF表征

通过EC法与FP法的混合定量分析方法,建立了用于微球壳层掺杂元素含量测量的校准模型;基于对微球直径、PS、PVA层厚度对分析元素荧光强度影响的理论计算及XRF实验研究,将该模型用于ICF微球壳层掺溴含量的测量,得到微球壳层掺溴含量较为精确的分析结果,实验结果表明：XRF法测量ICF微球壳层掺溴含量具有较高的精度,在微球涂层厚度大于10 μm时,其测量相对误差在5％左右。     

双壳层靶丸金属层电沉积装置设计

设计了一种新型双壳层靶丸金属层电沉积装置,借助计算机模拟了其设计原理,分析了微球的运动及镀层的生长模式,介绍了其各部分结构和功能。借助理论计算,确定了镀槽的整体尺寸,其中槽体半径确定为5cm。镀槽的特殊结构使微球上部镀层沉积速度较快,结合小球的自转及围绕圆柱体的公转运动实现镀层均匀沉积。镀液及微球的运动模式使镀液流速合并了主盐浓度、小球平动速度、小球转动速度三个关键参数,简化了对沉积过程的控制。在新旧装置上进行了电沉积实验,制备出了镀层厚度分别为9μm和2μm的空心金微球,结果表明:使用设计的装置可制备表面质量良好、厚度均匀且可控的金属微球,镀层厚度由沉积时间、金属层密度、镀液比重、微球芯轴的等效密度等决定。     

靶丸壳层厚度及其分布的白光反射光谱测量技术

为了精密检测靶丸壳层厚度及其分布数据,开展了靶丸壳层厚度及其分布的白光反射光谱测量技术研究。介绍了靶丸壳层的白光反射光谱及其光谱数据处理方法（极值法、峰值拟合法、干涉级次校正法等）的基本原理,搭建了基于白光反射光谱的精密回转轴系测量装置;开展了GDP靶丸壳层厚度及其分布的白光反射光谱测量、数据处理和可靠性验证实验,获得了靶丸壳层厚度圆周分布曲线。结果表明,基于峰值拟合法和干涉级次校正的白光反射光谱技术可实现靶丸壳层厚度及其分布的准确测量,其测量误差小于0.1 μm。     

制备均一性靶丸过程中的影响因素

在激光聚变实验中,高球形度、高厚度均一性的靶丸经常通过乳液微封装方法来制备。利用T.Norimatsu的模型研究在靶丸制备过程中,界面间表面张力、油相粘度、壳层尺寸、壳层厚度的影响。结果显示:较大的表面张力,较小的壳层尺寸,会使胶囊具有更好的均一性。当外部变形形式不同的时候,油相的粘度对于壳层均一性会有不同作用。     

PA-PVA-CH塑料微球充D2和Ar

ICF塑料靶丸典型结构由3层组成：内层起支撑作用的聚苯乙烯（PS），中间起阻气作用的聚乙烯醇（PVA）和外部的烧蚀层碳氢（CH）。作为靶丸，空心塑料微球内的气体由燃料气体和诊断气体组成。燃料气体目前使用的主要是D2。塑料微球采用热扩散法充气，D2在塑料球壳中扩散很快，而Ar却渗透很慢，因此，塑料靶丸充气的核心工艺是如何充Ar和如何保D2。利用充Ar条件充D2或利用保D2技术保Ar都是很容易实现的。塑料微球充气在自行研制的充气系统中完成，球内气体采用四极质谱或X射线荧光谱仪进行测量。     

低温冷冻靶温度动态特性的数值模拟研究

惯性约束聚变点火成功的关键之一在于靶丸内形成均匀的氘氚冰层,靶丸周围的温度场对冰层质量有很大影响.首先通过实验靶系统实验验证了数值计算模型的可靠性,在此模型的基础上,对低温冷冻靶装置的热物理问题特别是温度动态特性问题展开了数值模拟,重点考察冷环温度波动时,温度传递衰减过程的规律以及各影响因素对于温度传递衰减过程的影响.结果显示:冷环温度一定时,填充气体压力降低、填充气体中氦气比例增大,靶丸表面温度均匀性提高;当冷环温度波动时,温度波动的周期减小、振幅减小、填充气体压力升高、填充气体中氦气比例降低有利于控制靶丸表面温度波动;冷环温度波动的周期适中、振幅减小、填充气体压力降低、填充气体中氦气比例提高有利于改善靶丸表面温度均匀性.研究结果对实验中冷冻靶合理配置各参数实现温度控制具有重要参考价值.     

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。     

毛细管内嵌微球谐振腔的温度传感特性研究

对基于毛细管的微球谐振腔耦合器件的耦合机理与温度传感特性进行了研究。微球支持较多的高阶模式,易与石英毛细管模式满足相位匹配条件,因此微球回音壁模式会被激发。使用钛酸钡微球进行了温度传感实验,为进一步提升传感的灵敏度,采用聚甲基丙烯酸甲酯（polymethyl methacrylate,PMMA）微球进行了温度传感实验。实验结果表明,PMMA微球温度传感灵敏度可达83.9 pm/℃,约为钛酸钡微球温度传感灵敏度的8倍,在提升温度传感灵敏度方面具有重要作用。     

反斯托克斯拉曼光谱在BaTiO_3铁电相变研究中的应用

从理论上讨论了一阶和二阶斯托克斯与反斯托克斯拉曼散射截面的温度依赖关系;在２９３Ｋ至４０１Ｋ的温度范围内,测量了ＢａＴｉＯ３单晶斯托克斯和反斯托克斯过程的偏振拉曼光谱;通过对ＢａＴｉＯ３单晶斯托克斯和反斯托克斯拉曼光谱的综合分析,证实在Ｘ（ＺＺ）Ｙ几何配置下测量到的位于２７５和５１４ｃｍ－１处的强峰为一阶拉曼光谱。此结果支持了ＢａＴｉＯ３铁电相变机制的有序—无序模型。     

Water polarization under thermal gradients

We investigate the response of bulk liquid water to a temperature gradient using nonequilibrium molecular dynamics simulations. It is shown that the thermal gradient polarizes water in the direction of the gradient, leading to a non-negligible electrostatic field whose origin lies in the water reorientation under nonequilibrium conditions. The dependence of the magnitude of the electrostatic field with the temperature gradient is in agreement with nonequilibrium thermodynamics theory. We conclude that temperature gradients of the order of 10(8) K/m could result in fairly large polarizations approximately 10(6) V/m.     

微球动态涂敷状态实时监测光学系统的设计

 介绍了一种可用于实时监测直径0.2～1.0 mm激光核聚变靶球涂敷状态的光学系统的设计，系统采用环形LED照明系统以适合特殊的照明要求，用Petzval型物镜使500 mm处的微球清晰成像于CCD像面上，CCD输出的图像电信号经图像采集卡转换成数字信号，最后该数字信号由计算机进行处理，实现了系统对靶球膜层涂敷作业的自动监控，大大提高了涂敷效率。所设计的系统轴上点最大弥散斑直径为12.6 mm,轴外最大弥散斑直径为15.8 mm，整个视场的像质比较均匀,分辨率较高，对于波长522 nm的光线，场曲和畸变分别小于15 mm和0.012%，像质优良。     

梯度折射率微球回归反射材料的研究

提出一种回归反射面材的新结构,以梯度折射率微球代替传统的超高折射率匀质玻璃微球.利用四阶Runge-Kutta方法进行光线追迹的理论计算,确定了制作新型回归反射面材的工艺参数.结果表明,按此条件制作回归反射面材可大幅度降低原先对折射率的过高要求,并显著提高回归反射的性能.     

利用GOCE卫星数据确定全球重力场模型

利用GOCE卫星观测数据确定全球静态重力场是当前大地测量学的研究热点.本文联合2011-02-28至2012-03-05共12个月的GOCE卫星轨道和梯度数据采用直接法恢复了210阶次的重力场模型SWJTUGO01S,利用零相位的有限脉冲带通数字滤波器对GOCE梯度数据进行滤波处理,直接在梯度仪坐标系中建立梯度观测方程,避免了坐标转换过程中高精度梯度观测分量精度的损失;采用短弧积分法处理轨道数据,并利用方差分量估计确定联合解的最优权,Kuala正则化方法用于处理数据极空白问题.基于EGM2008模型和北美地区的GPS水准观测数据,对SWJTU-GO01S模型进行内外符合精度分析,结果表明:SWJTU-GO01S模型在210阶次的大地水准面误差和累计误差分别为2.1 cm和13.7 cm,整体上优于欧空局公布的第二代时域法和空域法模型的精度,在150阶以后优于ITG-GRACE2010S的精度;本文的研究为进一步联合多类卫星观测数据恢复重力场模型提供参考.     

Solitary modes of bacterial culture in a temperature gradient

We study the behavior of a bacterial culture in a one-dimensional temperature gradient. The bacteria first accumulate near their natural temperature due to thermotaxis. The maximum of the bacterial density profile then drifts to lower temperature with a velocity proportional to the initial concentration of bacteria (typical velocity 0.5 microm/sec). Above a critical concentration of 10(8) cells/cm(3), a new mode develops from the initial accumulation in the form of a sharp pulse moving at a faster velocity ( approximately 3.5 microm/sec). The time of development of this mode diverges as the concentration approaches its critical value. This mode is a result of a positive feedback mechanism provided by interbacterial communication. A theoretical model shows good agreement with the experimental results.     

Current sheath structure of the plasma focus in the run-down phase

The current carrying plasma sheath in a 12-kJ plasma focus is studied in the axial run-down phase by means of the Schlieren technique. Subnanosecond ultraviolet light pulses from a preionized, transversely excited, atmospheric nitrogen laser provide sufficiently fine temporal and spatial resolution for such investigation where the propagation speed of the current sheath is of the order of 10 cm/μs. It is observed that the current sheath grows thicker if it is driven at speeds beyond an optimum value of about 8 cm/μs (when the neutron yield is maximum). The thickening of the sheath is seen as an effect of the ratio of the specific heats. At the speed of 11 cm/μs, the effect of the temperature gradient at the electrode surface broadens the sheath further. Slow driving speeds are observed to result in an inefficient and leaky position     

Temperature variation of electric field gradient in scandium metal

Electric field gradient (EFG) in scandium metal has been evaluated at temperatures 11 K and 293 K using band wave functions determined in the temperature dependent model potentials. The results of net EFG obtained are −3.756×10¹³ esu/cm³ and −8.009×10¹³esu/cm³ at 11 K and 293 K respectively. The agreement with available experimental result is reasonably good.