激光聚变靶丸磁悬浮系统设计

为实现均匀辐照,ICF靶的无接触支撑是关键,ICF磁靶悬浮是实现无接触支撑的理想途径之一。对ICF靶的磁悬浮系统进行了初步设计,利用超前相位补偿器作为内回路改善系统的稳定性。仿真试验时,系统在初始阶段（0～10 ms）小球出现轻微振荡,之后逐渐趋于稳定,最终到达设定的目标位。悬浮系统控制曲线平滑,调节时间短,这说明ICF靶磁悬浮是可行的。     

磁性ICF靶丸的化学镀工艺制备与表征

采用化学镀工艺在ICF聚苯乙烯靶丸表面包覆了一层磁性的Ni-P合金镀层,并分别用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪以及振动样品磁强计对其形貌、组成、结构和磁性能进行了表征。结果表明：通过化学镀工艺制备的Ni-P合金镀层厚度约为4 μm,且为非晶结构,并具有一定的磁性;该磁性ICF靶丸可望用来进行磁悬浮实验研究。最后,对聚苯乙烯靶丸表面磁性涂层的制备机理进行了讨论。     

ICF玻璃靶丸化学镀磁性Ni-P涂层的研究

 采用化学镀方法对ICF空心玻璃微球靶丸进行处理,使其表面均匀包覆一层磁性Ni-P合金镀层,从而使得ICF玻璃靶丸具有一定的磁性,可望用于进行磁悬浮ICF定位打靶实验研究。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜和振动样品磁强计对涂层的组成、结构、形貌及磁性能进行了表征。结果表明：对 ICF玻璃靶丸进行化学镀处理,其球形度、同心度和壁厚均匀性都与化学镀前未发生明显改变,其饱和磁化强度和矫顽力分别为3.883×10^-3 A/g和1.046×^-3 T。     

磁性ICF靶丸的化学镀工艺制备与表征

 采用化学镀工艺在ICF聚苯乙烯靶丸表面包覆了一层磁性的Ni-P合金镀层,并分别用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪以及振动样品磁强计对其形貌、组成、结构和磁性能进行了表征。结果表明：通过化学镀工艺制备的Ni-P合金镀层厚度约为4 μm,且为非晶结构,并具有一定的磁性;该磁性ICF靶丸可望用来进行磁悬浮实验研究。最后,对聚苯乙烯靶丸表面磁性涂层的制备机理进行了讨论。     

激光间接驱动聚变柱菜腔靶内壁光斑参数计算

用几何光学计算了柱形腔壁上的激光光斑参数，包括光斑的位置、形状、大小以及光斑内的光强分布，同时还计算了在激光注入孔的光斑参数，这对分析靶丸的初始辐射均匀性、确定腔壁上的辐照强度大小民能否将激光有效地注入腔内都是非常重要的。     

ICF玻璃靶丸化学镀磁性Ni-Co-Fe-P四元合金涂层

采用化学镀技术在ICF玻璃靶丸表面均匀包覆一层磁性Ni-Co-Fe-P四元合金涂层,通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、能量衍射谱仪和振动样品磁强计对ICF玻璃靶丸表面化学镀Ni-Co-Fe-P四元合金涂层的形貌、组成和磁性能进行了表征。结果表明:化学镀Ni-Co-Fe-P四元合金涂层的ICF玻璃靶丸,表面由平均直径为50 nm的细小颗粒组成,表面粗糙度小,磁性能高,可望用于磁悬浮实验研究。     

激光惯性约束聚变靶靶丸制备与表征

激光惯性约束聚变的核心思想是利用球形内爆技术对聚变燃料进行增压,使热核燃料达到高温、高密度的等离子体状态,进而实现聚变点火。基于对称压缩、流体界面不稳定性和实验诊断的考虑,ICF实验对作为热核燃料容器的空心微球的品质在球形度、壁厚均匀性、表面粗糙度以及掺杂水平等方面提出了严格的要求。为满足这些要求,陆续发展了乳液微封装技术、降解芯轴技术、低压等离子体聚合/掺杂技术、干凝胶玻璃微球制备技术等用于多层塑料微球和空心玻璃微球的研制。另一方面,针对ICF靶丸量小、质轻以及表面要求高的特点,发展了相应的非破坏性靶丸参数表征技术,如X光照相技术、4形貌表征技术、微球掺杂水平测量技术以及微球内燃料负载水平快速测试技术。基于这些制备与表征技术,初步实现了多层塑料微球、玻璃微球、聚-??-甲基苯乙烯芯轴微球、梯度掺杂CH微球的研制,满足了神光Ⅱ、神光Ⅲ原型及神光Ⅲ主机上开展的一系列内爆物理实验的要求,同时为未来点火物理实验用靶丸的研制提供了技术支撑。     

激光惯性约束聚变靶靶丸制备与表征

激光惯性约束聚变的核心思想是利用球形内爆技术对聚变燃料进行增压,使热核燃料达到高温、高密度的等离子体状态,进而实现聚变点火。基于对称压缩、流体界面不稳定性和实验诊断的考虑,ICF实验对作为热核燃料容器的空心微球的品质在球形度、壁厚均匀性、表面粗糙度以及掺杂水平等方面提出了严格的要求。为满足这些要求,陆续发展了乳液微封装技术、降解芯轴技术、低压等离子体聚合/掺杂技术、干凝胶玻璃微球制备技术等用于多层塑料微球和空心玻璃微球的研制。另一方面,针对ICF靶丸量小、质轻以及表面要求高的特点,发展了相应的非破坏性靶丸参数表征技术,如X光照相技术、4π形貌表征技术、微球掺杂水平测量技术以及微球内燃料负载水平快速测试技术。基于这些制备与表征技术,初步实现了多层塑料微球、玻璃微球、聚-!-甲基苯乙烯芯轴微球、梯度掺杂CH微球的研制,满足了"神光Ⅱ"、"神光Ⅲ原型"及"神光Ⅲ主机"上开展的一系列内爆物理实验的要求,同时为未来点火物理实验用靶丸的研制提供了技术支撑。     

聚变堆与聚变堆材料——D-^3He先进燃料靶惯性约束聚变的燃耗和增益

本文研究采用大功率激光束压缩球形均匀D-^3He先进燃料靶聚变，推导和计算了这种惯性约束聚变（ICF）的靶丸燃耗和增益，数值计算表明，只有在小火花内能和较高惯性约束参数HF近似下，对典型的堆系统效率参数，才有可能使D-^3He靶ICF系统有大的净能量输出。相反，在大火花内能和低HF近似下，D-^3He靶ICF系统几乎不可能得到净的能量输出，从而证明了快点火思维方法的科学依据。     

ICF靶丸装配误差检测

针对激光惯性约束聚变装置中靶丸装配误差检测困难、要求精度高的特点,研制了一套用于微靶装配参数检测的测量系统。提出了一种基于激光与CCD的复合式测量方法,建立了二者数据融合的数学模型,通过标定空间位置关系有效地把二者的测量数据融合到同一个坐标系中,从而实现了高精度三维测量。分两种情况讨论了靶丸装配误差的检测方法。实验结果验证了这两种方法的可行性,并比较了两种方法的测量精度,其极限测量误差均不超过3 m。     

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.     

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。     

高压氘氚靶球的制备与拉曼光谱研究

氢同位素的定量分析与监测在能源与环境领域都有着重要的意义。激光拉曼光谱由于其可以无损分析氢同位素分子,已经成为一种重要的方法,在国际热核聚变实验反应堆(ITER)和美国萨凡纳河工厂得到了广泛应用。利用高压充气装置得到了惯性约束聚变(ICF)高压靶丸,并对靶丸内气体进行原位拉曼光谱测量,通过对高压下氘氚混合气体的拉曼光谱进行分析得到了靶丸内气体的成分比例,验证了靶丸充气工艺参数。实验表明,在CCD的积分时间延长到1 min时,氘(DD),氘氚(DT)和氚(TT)的测量精度可以达到1%,同时对不同时刻靶丸内气体组分的拉曼光谱进行测量,实验结果表明在氘氚渗透和氚衰变两者共同作用下,靶丸内总气体压力随时间不断下降,但是气体组成基本不发生变化。     

高密度间苯二酚-甲醛碳气凝胶ICF靶的制备与吸附性能研究

 以间苯二酚和甲醛为前驱体,通过改进传统制备技术解决了高密度间苯二酚-甲醛(CRF)碳气凝胶制备过程中的龟裂问题,制备出了符合ICF实验需要的高密度CRF碳气凝胶材料。分别对CRF碳气凝胶的元素组成和物相组成进行了鉴定,采用自动吸附仪考察了CRF碳气凝胶对N₂和H₂的吸附性能。结果表明：该碳气凝胶是一种由C元素组成的类似石墨结构的非晶固态材料,结构均匀性好,具有良好的机械加工性能,比表面积达676 m²·g^-1,平均孔径为7.16 nm;氢吸附质量分数达2.28%,相应体积密度为17.83 kg·m^-3。     

惯性约束核聚变靶场监测系统空间坐标系的建立与标定方法

在惯性约束核聚变(ICF)实验中,高精度的靶场坐标系统是保证打靶准确性的关键因素。提出了靶场坐标系的建立方法,采用三台CCD监测仪对靶场监测。设计了正八棱柱模拟靶对靶场坐标系进行标定;设计了由显微和准直系统相结合的监测仪光学系统,使监测仪同时具有测量靶位和准直的功能。提出了采用双频激光标定准直光学系统的方法。     

ICF靶丸中液氢层厚度的确定

 利用靶丸内部的质量守恒，提出了计算惯性约束聚变靶丸内液氢层厚度的函数关系式，从而得到了求解惯性约束聚变靶丸内液氢层厚度的一般模型，并在此基础上对影响液氢层厚度的各类因素如温度、充气密度等进行了讨论。该模型的分析方法同样适用于惯性约束聚变中的燃料气体氘、氚或者氘氚混合物。