用原子力显微镜4π旋转技术测量靶丸表面粗糙度

 原子力显微镜靶丸4π旋转装置,可以将靶丸在夹持状态下实现4π方向旋转,便于原子力显微镜对靶丸表面任一部分做扫描测量。应用该装置对各种靶丸的表面形貌进行了测量,测量结果表明,靶丸外表面粗糙度小于10nm,内表面粗糙度小于20nm。     

靶丸表面轮廓形貌AFM精密测量及特性评价

 建立了由改造的原子力显微镜(AFM)、精密回转气浮轴系、辅助转位轴系等组成的靶丸表面形貌精密测量系统,气浮轴系的回转精度达0.049 μm,实现了对激光核聚变靶丸3个正交方向上完整圆周迹线的测量。对选定靶丸的测量数据进行了球度、表面粗糙度及功率谱分析。结果表明：其球度值为0.42 μm;模数范围为2~10,11~50,51~100及101~1 000对应的表面粗糙度值平均为105.7, 12.2, 6.2, 18.25 nm;并得出了平均1维功率谱-模数关系曲线。     

靶参数测量技术

研制了适用于泡沫材料测量的透射式低能（能量低于3keV）X射线机，由于X射线能量很低，设计采用开放系统，并在较高真空下工作，既避免了铍窗及空气吸收造成X射线强度损失与降低照相背景反差，又可以保证电子束发射系统可正常工作，灯丝不致被氧化减少使用寿命。由于靶膜可以方便更换，因此，也可以使用较高原子序数金属材料靶膜，提高X射线能量，拓展设备使用范围。经过实验研究，使用6mm厚铝膜作靶材，获得了清晰的输运靶泡沫柱X光图像，表明设备可用于神光实验制靶任务常规测量。     

X射线相衬成像法检测内爆靶参数

理论分析了利用X射线同轴离焦相衬成像法测量金黑腔内塑料中心微球位置的可行性,在此基础上进行了实验研究。实验结果证明,由于低Z低密度材料对高能X射线有相位调制作用,因此仍能够形成一定的图像反差,这种效应并不依赖X射线的能量,因此在一定的尺度范围内,可以实现高Z高密度材料与低Z低密度材料在高能X射线下同时成像,克服了传统吸收成像的不足,最终实现了内爆靶装配参数的精密检测。     

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。     

靶参数测量技术

利用微焦点X射线荧光谱仪进行了充氩靶丸X射线荧光激发测量实验。由于设备具有X射线聚焦功能，对样品局部辐照强度大，激发效率高，因此测量灵敏度及检测极限也大大提高，尽管由于塑料微球保气性能差，球内只有微量的氩气，仍然获得了氩气明显存在的证据，在测量得到的谱图中扣除本底后氩Ka射线峰非常明显。     

激光CCD复合测量方法在ICF靶丸球度误差检测中的应用

 提出一种基于激光与CCD的复合式测量方法,结合二者的优势,通过测量同一标准球球心的位置标定出了二者光轴的位置关系,有效地把二者测量的数据融合到同一个坐标系中,从而实现高精度的3维测量。在对所测靶丸表面数据进行去噪处理后,采用拟牛顿法,以CCD所测惯性约束聚变(ICF)靶丸直径作为部分待求参数的初始值,可以有效避免该方法容易陷入局部最优化的缺陷。从而快速、准确地实现靶丸球度误差的测量。分别在两种测量模式下进行了实验,结果验证了该方法的有效性与鲁棒性。     

相移干涉法测量ICF微球内表面粗糙度

 通过分析光线通过微球壳层后各界面的相位分布,讨论了相移干涉法测量微球内表面粗糙度的基本原理,研究了微球上部壳层对内表面粗糙度测量的影响,得到了聚苯乙烯,聚a甲基苯乙烯微球的内表面形貌特征图像,测量数据与原子力显微镜测量数据在同一量级。以微球壳层对超光滑碳化硅及单晶硅片表面形貌的调制作用为研究对象,讨论了微球的外表面粗糙度以及微球壁厚对内表面粗糙度测量结果的影响,确定了相移干涉法测量微球内表面粗糙度的不确定度,实验结果表明：对于表面粗糙度小于30 nm、厚度小于9 mm的微球,测量不确定度小于0.4 nm。     

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。     

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用AFM轮廓仪测量了ICF靶丸3个相互正交方向上的表面高度数据。分析了测量数据的误差来源,给出了消除表面异常扰动和偏心距两类误差的方法和原始数据预处理步骤,采用最小二乘法评定了靶丸球度。给出了靶丸表面形貌一维功率谱估计计算方法和表面粗糙度的计算方法。