ICF分解实验用双介质调制靶的研制

为了研究惯性约束聚变（ICF）实验用靶丸不同密度界面的流体力学不稳定性增长,设计并制备了聚苯乙烯（CH）/碳气凝胶（CRF）, CRF /硅气凝胶（SiO2）和CH/Al三种双介质调制靶。采用溶胶-凝胶工艺制备了密度分别为250和800 mg/cm3的CRF气凝胶薄片;采用激光微加工工艺分别在两种不同密度的CRF薄片和工业用纯Al箔上引入调制图形;采用旋涂工艺在Al箔和CRF薄片（250 mg/cm3）的调制表面制备一层CH薄膜,得到CH/Al和CH/CRF双介质调制靶,采用溶胶-凝胶工艺在CRF薄片（800 mg/cm3）表面制备一层低密度SiO2气凝胶,得到CRF/SiO2双介质调制靶。采用电子天平、扫描电子显微镜、工具显微镜和台阶仪对所制备的CH/CRF, CRF/SiO2和CH/Al三种双介质调制靶进行靶参数测量。结果表明:三种双介质调制靶层与层之间结合紧密,界面清晰,调制图形为正弦,靶参数测量准确。     

ICF流体力学不稳定性实验用柱状激波管的研制

在惯性约束聚变(ICF)实验中,点火靶丸表面(界面)的粗糙度和缺陷所产生的流体力学不稳定性是决定点火成功与否的关键因素之一,设计和研制流体力学不稳定性分解实验用靶是解决该问题的主要技术手段。结合国内外的研究现状和神光-Ⅱ激光装置的特点,设计并研制了一种新型柱状激波管。该靶型由三种介质组成,分别为调制聚苯乙烯(CH)圆片、柱状碳气凝胶(CRF)和CH微套管。调制CH圆片和柱状CRF通过微加工技术装配到CH微套管内,封装后形成柱状激波管。介绍了该靶型的设计原理和详细的制备工艺,并对相应的靶参数进行了测量。结果表明:柱状CRF气凝胶具有较好的成型性,长度、直径和密度分别为1000μm、730μm和250mg·cm-3;CH圆片的厚度和直径分别为15μm和730μm,表面调制图形的周期和峰谷差分别为100μm和4.3μm;实验得到的柱状激波管的轴向和径向最大装配误差分别为2μm和3μm。     

ICF流体力学不稳定性实验用柱状激波管的研制

在惯性约束聚变（ICF）实验中,点火靶丸表面（界面）的粗糙度和缺陷所产生的流体力学不稳定性是决定点火成功与否的关键因素之一,设计和研制流体力学不稳定性分解实验用靶是解决该问题的主要技术手段。结合国内外的研究现状和神光-Ⅱ激光装置的特点,设计并研制了一种新型柱状激波管。该靶型由三种介质组成,分别为调制聚苯乙烯（CH）圆片、柱状碳气凝胶（CRF）和CH微套管。调制CH圆片和柱状CRF通过微加工技术装配到CH微套管内,封装后形成柱状激波管。介绍了该靶型的设计原理和详细的制备工艺,并对相应的靶参数进行了测量。结果表明：柱状CRF气凝胶具有较好的成型性,长度、直径和密度分别为1000 m、730 m和250 mgcm-3;CH圆片的厚度和直径分别为15 m和730 m,表面调制图形的周期和峰谷差分别为100 m和4.3 m;实验得到的柱状激波管的轴向和径向最大装配误差分别为2 m和3 m。     

碳气凝胶/聚苯乙烯双介质柱状靶的研制

介绍了碳气凝胶/聚苯乙烯（CRF/CH）双介质柱状靶的制备方法。使用溶胶-凝胶法和微模具原位成型法制备了直径为820 μm的间苯二酚-甲醛（RF）气凝胶微柱,在氮气保护下进行高温碳化后得到直径为730 μm、密度为250 mg·cm-3的CRF微柱;采用浸渍提拉法在CRF微柱柱面镀制一层厚度为26 μm 的CH薄膜, 形成CRF/CH双介质结构;采用机械微切割技术制备了长度为1 mm, 内径为730 μm,壁厚为26 μm的CRF/CH双介质柱状靶。实验研究了RF,CRF气凝胶微柱的制备工艺、微观形貌及CRF微柱轴向和径向的密度均匀性,探讨了影响CH薄膜厚度的主要因素,并对CH薄膜的表面形貌和两种材料之间的界面进行了表征。     

碳气凝胶/聚苯乙烯双介质柱状靶的研制

 介绍了碳气凝胶/聚苯乙烯（CRF/CH）双介质柱状靶的制备方法。使用溶胶-凝胶法和微模具原位成型法制备了直径为820 μm的间苯二酚-甲醛（RF）气凝胶微柱,在氮气保护下进行高温碳化后得到直径为730 μm、密度为250 mg·cm^-3的CRF微柱;采用浸渍提拉法在CRF微柱柱面镀制一层厚度为26 μm 的CH薄膜, 形成CRF/CH双介质结构;采用机械微切割技术制备了长度为1 mm, 内径为730 μm,壁厚为26 μm的CRF/CH双介质柱状靶。实验研究了RF,CRF气凝胶微柱的制备工艺、微观形貌及CRF微柱轴向和径向的密度均匀性,探讨了影响CH薄膜厚度的主要因素,并对CH薄膜的表面形貌和两种材料之间的界面进行了表征。     

ICF靶材料和靶制备技术研究进展

 主要介绍了中国工程物理研究院ICF靶材料科学与靶制备技术在材料研究、靶丸制备技术、薄膜制备技术、精密微工艺及靶参数测量等方面的主要研究进展。在靶材料研究方面,近年相继研制成功全氘代聚苯乙烯（D-PS）有机材料、微靶掺杂和激光吸收与X射线转换金属纳米或团簇材料;探索了新型有机气凝胶储氢材料,开展了金属小团簇理论研究和纳米金属复合材料的研究工作。在靶制备技术与工艺方面,完成了PS单层、双层和三层塑料空心微球的研制工作;利用低温等离子体聚合涂层技术,建立了微球表面沉积纯CH薄膜以及金属掺杂CH薄膜的工艺和技术;在玻璃微球充氩技术研究中,开展了原子力扫描显微镜对玻璃球壳钻孔工艺研究以及粒子辐照改性充气技术研究,等等。     

靶丸支撑膜对ICF内爆性能影响的模拟研究

使用二维多群辐射扩散流体力学程序LARED-S,模拟研究靶丸支撑膜在惯性约束聚变氘氘（DD）气体靶内爆过程中的扰动演化过程及其对内爆性能的影响.二维模拟表明：靶丸支撑膜显著降低DD气体靶内爆的中子产额,二维模拟产额为一维结果的55.2%.内爆性能下降的主要物理机制是支撑膜使靶壳生成大幅度的尖钉深入DD气体区,使烧蚀层与DD气体之间物质界面处的电子热传导漏失功率显著增大,导致DD核反应速率显著降低,中子反应速率峰值时刻（bang-time时刻）提前.相比一维理想内爆的模拟结果,支撑膜引入的扰动显著降低bang-time时刻DD气体压强与内爆动能转化为DD气体内能的效率,壳层剩余动能相应大幅增加.     

平面调制靶的表面起伏图形研制

表面起伏靶是惯性约束聚变（ＩＣＦ）分解实验中的重要实验用靶。本文报导了采用离子束刻蚀和激光干涉两种方法制备初始微扰振幅和波长分别在几微米和几十微米范围的正弦调制形状；摸索了相应的工艺条件和工艺过程；用台阶仪及光学显微轮廓仪测微加工后的形貌；探讨了调制波长的精确控制与干涉工艺之间的关系。     

激光靶中的等离子体流实验研究

在星光和神光激光装置上,用空间-时间分辨、能量-时间分辨技术,激光探针光技术以及法拉第电荷收集器,研究了平面金靶、玻璃球靶、黑洞腔靶的激光等离子体膨胀过程以及离子发射速度分布。观察到了球靶的球体与支撑杆之间以及激光未照射区的等离子体喷流结构。获得了金柱腔靶在特定功率密度下的解体时间。     

ICF用低温冷冻靶制备系统设计

ICF(惯性约束聚变)点火用低温冷冻靶①,需要在常温下,把气体高压渗透入直径1mm以内,厚度um数量级的靶球体内,最终压力:100MPa～150MPa,再由制冷系统降温至20K以下,此过程中,靶球的温度场也降温至20K以内.降温及清洗结束后,由送靶机构取出用于分层和物理诊断等.本装置实现冷冻靶的气体渗透充填、冷却降温、分层时的精确控温等过程.     

平面调制靶瑞利-泰勒不稳定性初步研究

瑞利-泰勒不稳定性增长的准确估计是激光聚变的重要研究课题。在神光Ⅱ装置上,利用面向背光照相技术对正弦调制平面靶的瑞利-泰勒不稳定性增长进行了实验研究,得到了清晰的时空分辨图像;采用傅里叶变换取基模法和求波峰波谷差值法分析了实验结果;两种方法得到的靶扰动增长因子相同。实验中平面靶扰动增长较小可能是密度梯度致稳和烧蚀致稳抑制了扰动增长,也可能是扰动进入了非线性阶段而使增长不大。     

平面调制靶瑞利-泰勒不稳定性初步研究

 瑞利-泰勒不稳定性增长的准确估计是激光聚变的重要研究课题。在神光Ⅱ装置上,利用面向背光照相技术对正弦调制平面靶的瑞利-泰勒不稳定性增长进行了实验研究,得到了清晰的时空分辨图像;采用傅里叶变换取基模法和求波峰波谷差值法分析了实验结果;两种方法得到的靶扰动增长因子相同。实验中平面靶扰动增长较小可能是密度梯度致稳和烧蚀致稳抑制了扰动增长,也可能是扰动进入了非线性阶段而使增长不大。     

侧照明实验用平面调制微靶的制备及参数测量

 介绍了用于侧照明实验研究瑞利-泰勒流体力学不稳定性(Rayleigh-Taylor instability)实验的聚苯乙烯和铝平面调制微靶的制备工艺。通过图形转移,靶型切割和装配工艺的控制,结合靶参数测量,获得了厚度在几十μm、表面具有波长50 μm和55 μm、振幅从几到几十μm、微靶宽度约为200 μm、剖面正弦调制图形清晰的两种靶型。     

侧照明实验用平面调制微靶的制备及参数测量

介绍了用于侧照明实验研究瑞利-泰勒流体力学不稳定性(Rayleigh-Taylor instability)实验的聚苯乙烯和铝平面调制微靶的制备工艺。通过图形转移,靶型切割和装配工艺的控制,结合靶参数测量,获得了厚度在几十μm、表面具有波长50 μm和55 μm、振幅从几到几十μm、微靶宽度约为200 μm、剖面正弦调制图形清晰的两种靶型。     

惯性约束聚变靶中硅支撑冷却臂的制备

论述了基于反应离子深刻蚀技术加工惯性约束聚变（ICF）靶的硅支撑冷却臂。利用扫描电子显微镜、白光干涉仪和视觉显微系统等对所制备的硅支撑冷却臂的形貌、侧壁陡直度和卡爪径向形变量等参数进行了表征分析。分析结果表明,硅支撑冷却臂的侧壁陡直度大于88,卡爪径向形变量大于20 m,符合靶的设计要求。