ICF靶用空心玻璃微球耐压性能测试

 利用自行研制的空心微球耐外压装置和充气装置，测试了目前激光惯性约束聚变实验打靶使用的空心玻璃微球耐内压能力和耐外压能力。空心玻璃微球采用液滴法制备，直径为180～250 mm、壁厚为0.8~4.0 mm。理论计算表明，当微球纵横比超过90时，耐外压能力与球壳材料的杨氏模量有关，由此测量得到的空心玻璃微球杨氏模量为55~75 GPa。玻璃微球的耐内压能力主要与球壳材料的抗拉强度有关，实验测量得到的玻璃微球抗拉强度为90~140 MPa。     

金锥-聚合物球壳靶制备初步研究

 报道了研制快点火物理实验用带金锥固体球壳靶时,采用多次乳化技术制备聚合物空心微球,精密车床加工和电镀技术制备金锥,精密加工实现聚合物微球表面打孔的工艺。窄分布聚苯乙烯制备的空心微球直径与壁厚分布较窄。电镀液的配方、pH值、镀前处理、尖端效应等对镀层的表面质量和镀层与芯轴之间的结合力有重要的影响。采用精密车床加工可以在聚合物微球表面获得直径约120 μm的孔,初步实现金锥与聚合物微球的连接。     

薄壁玻璃微球壳的热扩散充气

 导出了热扩散一步充气法和分步充气法充气时,薄壁玻璃微球壳的内压变化,及其在空气中的气体渗漏速率和保气半寿命的表达式,提出了确定分步充气过程操作参数的约束条件。D₂气体通过薄壁玻璃微球壳的扩散速率与分步法充D₂气体时其内压的实验测量值与计算值相符合。     

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。     

微封装法制备聚苯乙烯空心微球的改进

 主要介绍了密度匹配微封装技术，利用此项技术制备的聚苯乙烯空心微球 球形度好于99%，同心度好于98%。另外还对球壳内壁气泡问题及大直径球壳的制备进 行了讨论。     

化学气相沉积-氧化烧结法制备惯性约束聚变靶用空心玻璃微球

为实现惯性约束聚变靶用空心玻璃微球直径、壁厚的可控,采用等离子体辉光放电聚合技术,以四甲基硅烷为掺杂气源,对化学气相沉积-氧化烧结法制备空心玻璃微球(HGM)这一制备方法进行了探索。实验结果表明:制备直径为400~600μm、壁厚为5~15μm的HGM,原子分数为5%是一个较合适的掺硅量,成功将微球直径和壁厚的收缩量控制在38%左右;玻璃化后样品中C含量明显降低,主要以C—Si键合形式存在,而Si含量相对增加,主要以Si—O键合形式存在;预充1.23×106 Pa氘气的微球,96h后球内剩余气压依然高达72.95%。     

三氧化二铝-聚苯乙烯复合微球的制备

 以Al₂O₃-PS复合材料为原料，采用乳液微封装法制备出掺杂Al₂O₃的PS空心微球。三相溶液分别是两个水相：蒸馏水（W₁相）、5wt%PVA水溶液（W₂相）和3wt%Al₂O₃-PS溶液（O相，苯和三氯甲烷混合物作溶剂）。所得微球表面粗糙度低于50nm。     

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。     

液滴法制备空心玻璃微球的模拟计算

 通过对液滴法制备空心玻璃微球的成球过程进行分析,建立了成球过程数学模型,定量描述了液滴的形成、液滴的封装、凝胶球壳的形成与干燥,发泡剂的分解,球壳的预热与熔炼、冷却与收集等过程中,液滴/球壳的大小、速率、壁厚、气压等随操作条件的变化,计算了抽气速率、发泡剂浓度、玻璃溶液浓度和初始液滴大小等的改变对成球过程的影响,并进行了初步验证实验。     

用于ICF靶的空心玻璃微球的干凝胶法制备

 为用干凝胶法制备用于ICF靶的空心玻璃微球（HGM）,研究了载气组份、温度和压力对成球过程和HGM品质的影响,优化了制备工艺参数。结果表明：提高载气中氦气的含量,有利于增加干凝胶粒子的成球率和HGM的纵横比;适当提高载气中氩气的含量,有利于提高HGM的表面质量。降低载气压力可以提高HGM的纵横比;升高载气温度可以提高干凝胶粒子成球率和HGM品质。当载气中氦气的体积分数在50%~80%,载气压力在(0.75~1.00)×10⁵ Pa,载气温度在1 500~1 650 ℃时,干凝胶粒子的成球率较高,HGM的球形度、同心度和表面光洁度较好。制备得到了直径100~500 μm、壁厚0.5~3.0 μm的HGM,其耐压强度、抗大气侵蚀性能和表面粗糙度等指标均满足ICF物理实验要求。     

液滴法制备高尺度比玻璃微球壳的研究

 定量给出了液滴法制备玻璃微球壳（HGM）的直径与壁厚之间的依存关系,确定了制备大直径薄壁HGM的液滴炉温度分布、抽气速率、溶液浓度和液滴发生器操作参数等工艺条件,制备出直径为300～450μm、壁厚为0.7～1.2μm、尺度比为300～700的HGM,表面粗糙度优于10nm,球形度和同心度均优于97%,耐外压能力大于0.91MPa,耐内压能力至少大于0.43MPa。     

分步加压法测量薄壁空心玻璃微球的耐压能力

 根据空心玻璃微球（HGM）耐内、外压能力与玻璃强度及形状因子的关系,用压力负荷分步增加的方法分别实验测量了直径为350μm～550μm、壁厚＜1.1μm的3种配方HGM的耐内、外压能力及HGM玻璃的杨氏模量和拉伸强度,并由强度测定值给出了不同直径与壁厚HGM的耐内、外压能力的计算式,分析了测量误差,提出了改进方案。     

玻璃微球壁厚和预充气工艺对气体渗透性能的影响

 以空心玻璃微球为研究对象,利用高压充气系统充气,测量了不同条件下玻璃微球对氘气在室温条件下的气体渗透系数。研究结果表明：微球的壁厚对气体渗透系数影响较大,2 mm以上厚壁球的气体渗透系数约5.0×10^-22 mol·m^-1·s^-1·Pa^-1,而壁厚小于1 mm时,渗透系数约1.56×10^-20 mol·m^-1·s^-1·Pa^-1,两者相差30倍。预充气挑选工艺对微球的气体渗透系数也产生一定影响,对于薄壁空心玻璃微球一次充放气气体渗透系数增加约50％,两次充放气则增大一倍左右。对上述影响因素进行了初步的探讨,气体渗透系数改变的主要原因是玻璃微球表面的结构裂纹、空位和缺陷。     

Ar在玻璃微球中的辐照增强扩散效应研究

 为满足惯性约束聚变实验诊断的需求，需要在空心玻璃微球内充入DT燃料气体的同时充入一定量的Ar诊断气体，由于Ar原子尺寸较大，一般热扩散技术难以实现对玻璃微球充Ar。为解决充Ar问题，研究了不同反应堆中子注量对玻璃微球的改性作用。测试结果表明：当中子注量达到1×10¹⁸ cm^-2时，在500 ℃和室温情况下都可以向玻璃微球内充入Ar。辐照增强扩散后的扩散系数高于3.6×10^-13 cm²/s。     

电子束辐照对玻璃微球储氚性能的影响

 以研究氚衰变β电子对玻璃微球保气性能为目标,利用XPS在线测量技术研究了电子束照射下碱式硼硅酸盐玻璃中K+离子的迁移以及由此引发的空心玻璃微球保气性能的下降。研究表明：在阈值剂量以上,随着玻璃组分中K+含量的增加,由于K+离子迁移导致的阻气特性的下降效应越明显;对于一定组成的玻璃微球,电子照射剂量越大,通道网络的形成越容易,玻璃微球的保气性能下降越迅速。     

Low-density core-shell composite hollow microspheres with tunable magnetic properties

Low-density (about 0.9 g/cm³) composite core-shell hollow microspheres with tunable magnetic properties were fabricated by Ni-Fe-P deposition on hollow glass microspheres (HGM) with modified electroless plating process. The effects of mole ratio of Fe²⁺/Ni²⁺, concentration of the reducer and pH value of the solution on the magnetic properties of the products were investigated. In conclusion, the increase in the mole ratio of Fe²⁺/Ni²⁺ and pH value of the solution could improve the soft magnetic properties of composite microspheres remarkably, while the increase in the concentration of NaH₂PO₂ had the opposite effect. The as-obtained metallic shells were amorphous and the crystallization got better with increased annealing temperature after plating. In addition, the saturation intensity of the composite microspheres was enhanced monotonically by increasing the annealing temperature. This work provided a facile and effective strategy to fabricate core-shell composite hollow microspheres with tailored magnetic properties.     

Structural changes in BK7 glass upon exposure to femtosecond laser pulses

A general picture of refractive index change mechanisms in glass modified by a femtosecond laser has proven elusive. In this paper, Raman microscopy was used in conjunction with refractive near‐field profilometry to analyse the structure of borosilicate glass (Schott BK7) modified by a femtosecond laser and determine the mechanism of the observed refractive index change. For a pulse repetition rate of 1 kHz, it was determined that the refractive index change was due to an elevated population of non‐bridging oxygen atoms, resulting in more ionic bonds forming within the glass network and increasing the molar refractivity of the glass. For a pulse repetition rate of 5.1 MHz, the dominant mechanism of refractive index change was densification and rarefaction of the glass network. Different refractive index change mechanisms were attributed to different thermal conditions imparted to the glass under different pulse repetition rates. Implications for device fabrication are also discussed. These findings constitute an important step toward a complete overview of femtosecond‐laser‐induced refractive index change in glass. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.