双喷嘴乳粒发生器的研制及初步应用

 叙述了双喷嘴乳粒发生器的工作原理、设计关键点及设计思路,利用该发生器开展了双层乳粒的制备实验研究工作。研制的双喷嘴乳粒发生器在喷嘴处的3层管的位置能够通过简单调节达到同心,使得双层乳粒包覆的可靠性得到提高。研究了制备的乳粒的分散性和稳定性,并分析了形成双层乳粒的油相和水相的流速比,结果证明：利用所研制的双喷嘴乳粒发生器可以容易地制备出单分散性双层乳粒,油相与水相的流速比为0.3~15.0时,可形成双层乳粒。     

掺钛空心玻璃微球制备技术

为实现惯性约束聚变靶用空心玻璃微球的均匀掺杂,采用溶胶-凝胶技术结合炉内成球法,以钛酸四丁酯为掺杂剂,对钛掺杂玻璃溶胶-钛掺杂玻璃凝胶-钛掺杂干凝胶粒子-钛掺杂空心玻璃微球（Ti-HGM）这一掺钛空心玻璃微球的制备方法进行了探索。实验结果表明:掺钛效应使空心玻璃微球壁厚均匀性、同心度有所降低,但对壁厚、直径控制基本无影响;Ti与Si原子分数比为2.23%的Ti-HGM掺杂基本均匀,近70%微球的保气半寿命在一个月以上。     

制备大直径无气泡聚苯乙烯空心微球

 高品质聚苯乙烯（PS）空心微球是惯性约束聚变（ICF）实验用多层塑料微球靶的重要芯轴,常由乳液技术制备。针对由乳液技术制备的PS微球壳壁内容易形成气泡而且大直径微球制备困难的问题,实验研究了对壳壁内存在的气泡以及消除方法和制备大直径PS微球的制备技术。     

X射线荧光光谱法对聚变靶丸保气半寿命的测量

建立了非破坏性测量单个聚变靶丸保气半寿命的方法,测量的相对不确定度约为10%.利用X射线荧光(XRF)光谱仪测量不同时刻靶丸内气体的相对含量,根据气体泄漏规律计算其漏率,从而计算出靶丸的保气半寿命.由于110 ℃时的靶丸保氩半寿命与常温下靶丸保氘半寿命相关,因此分别测量了塑料聚变靶丸在常温及100 ℃时对氩气的保气半寿命;常温下塑料靶丸的保氩半寿命达数千小时,而100 ℃时塑料靶丸的保氩半寿命仅数十小时.考察了仪器的稳定性以及样品纵向位置z对谱线强度的影响.由于采用了样品位置精确定位技术,因此测量不确定度主要来源于仪器的稳定性.该技术因其无损、快速和简单而作为靶丸质量控制工具,用以淘汰漏率快于建立的标准设定值.XRF光谱法为惯性约束聚变实验用靶提供了一一对应的保气半寿命参数,使聚变实验结果得到明显改善.     

空心微球气体总量抽样测量误差分析

 间接驱动内爆靶丸由外层CH涂层，内层玻璃球壳和内部充入的气体组成。当玻璃球外涂CH后，球内的气体只能抽检而没有无损测量方法。在大量实验和数据基础上，研究了液滴法制备空心玻璃微球气体渗透系数的差异和分布，利用数理统计方法对实验数据进行了分析和处理，计算了空心玻璃微球对氘气渗透系数的误差，微球预充气挑选方案产生的误差及分布。最后根据现在的抽样测量方案计算了误判的概率。     

靶丸燃料容器制备技术

2003年，多层空心塑料微球的研制取得了实质性进展。具有聚苯乙烯-聚乙烯醇-CH烧蚀层结构的3层塑料微球首次用于“神光”Ⅲ物理实验，取得了较为满意的结果：获得了靶丸燃料区空间分辨的Ar线谱——得到Heα等线谱发射区的尺寸；利用针孔(分幅相机)、环孔诊断获得了靶丸芯部发光区图像。     

点火靶尺度聚苯乙烯空心微球的球形度

为提高惯性约束聚变(ICF)点火靶尺度(约2mm)聚苯乙烯(PS)空心微球的球形度,研究了油相与外水相界面张力、初始油相质量分数和固化旋转流场转速对PS微球球形度的影响。结果表明,将双重乳液体系外水相中的表面活性剂聚乙烯醇(PVA)替换为聚丙烯酸(PAA)后,油相与外水相之间的界面张力增大了约10倍,PS空心微球的球形度显著提高,球形偏离度小于1μm的微球比例由5%增加至约50%;但是,在较宽范围内改变油相初始质量分数及旋转固化流场转速,对PS微球球形度的影响并不显著,球形偏离度值小于1μm的PS微球比例介于40%~60%之间。     

载气组份对空心玻璃微球炉内成球过程的影响

为实现惯性约束聚变靶用空心玻璃微球的干凝胶法高效制备,从数值模拟和工艺实验两个方面研究了载气组份对干凝胶粒子炉内成球过程及最终空心玻璃微球性能的影响。结果表明:载气组份显著影响粒子/微球与载气之间的热量和质量传递过程,但载气组份对粒子/微球在炉内的下落速度影响很小;提高载气中氦气的体积分数可以显著提高干凝胶粒子在吸热阶段的升温速率,更为迅速有效地完成封装过程,这不仅使得干凝胶粒子发泡成为空心球的比例增大,而且还有利于制备得到大纵横比的空心玻璃微球;但是,在载气中保持适当体积分数的氩气,有利于提高玻璃微球的表面质量和成品率。当载气中氦气的体积分数在50%~80%时,干凝胶粒子的成球率较高,空心玻璃微球的球形度、同心度和表面粗糙度能满足制靶要求。     

筛网盘对聚α-甲基苯乙烯微球弹跳性能的影响

 介绍了利用筛网设计制作出的一种新型的反弹盘,并用于聚α-甲基苯乙烯（PAMS）微球的弹跳实验。分析了筛网盘与玻璃盘之间的差别和由此带来的对PAMS微球弹跳性能影响。通过实验分别研究了筛网盘相关的参数对微球表面粗糙度的影响。结果表明：采用筛网盘与玻璃盘相比,PAMS微球的弹跳性能的改善非常明显;筛网盘的使用较好地解决了在无等离子体的镀膜环境下（如热蒸发的方法制备PAMS微球表面聚酰亚胺涂层）PAMS微球的弹跳问题;为降低微球表面粗糙度,反弹盘应采用间歇振动的模式。     

多层塑料微球的研制

2004年研究了PVA溶液的浓度对PS微球成活率的影响；并且通过O3处理，提高了PS微球球壳强度；并且还进行了内表面掺硫的多层塑料微球的研制；同时完成了二氧化硅气凝胶的增强和疏水改性研究。