ICF低温冷冻靶制备技术进展

综述了激光惯性约束聚变研究中的低温冷冻靶的各种制备方法, 提出了在我国高功率激光装置上进行冷冻靶实验的制靶技术路线。     

ICF低温冷冻靶制备技术进展

 综述了激光惯性约束聚变研究中的低温冷冻靶的各种制备方法, 提出了在我国高功率激光装置上进行冷冻靶实验的制靶技术路线。     

ICF低温冷冻靶备技术进展

综述了激光惯性约束聚变研究中的低温冷冻靶的各种制备方法，提出了在我国高功率激光装置上进行了冷冻靶实验的制靶技术的路线。     

ICF平面冷冻靶制备中充气速率效应

基于自主研制的平面冷冻靶打靶系统及微管注入法充气/冷冻技术,探讨了不同充气速率对平面冷冻靶制备的影响。研究表明：随着充气速率的减小,靶盒内氢气压强的变化速率越小,液化过程越明显,并且持续的时间越长;充气速率越小,越能准确测量液氢在该温度下的饱和蒸气压。同时,确定了最佳充气速率,建立了利用饱和蒸气压标定液氢温度的方法。研制的平面冷冻靶已经成功提供ICF物理实验。     

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.     

氘氘冰层贯穿性缺陷对ICF冷冻靶内爆性能的影响

使用二维多群辐射扩散流体力学程序LARED-S, 模拟研究DD冰贯穿性缺陷在方波驱动DD冷冻靶内爆过程中的演化行为及其对内爆性能的影响。模拟结果表明: DD冰层贯穿性缺陷显著降低DD冷冻靶内爆的中子产额, 二维模拟产额仅为一维结果的23.8%。DD冰层贯穿性缺陷使靶丸CH(Si)的烧蚀层生成大幅度的尖钉, 穿透到芯部热斑区。在中子bang-time时刻, 热斑区混入了487 ng的烧蚀物质, 使芯部韧致辐射漏失功率相对一维理想内爆显著升高, 离子温度与DD核反应速度相应降低。同时, 高密度的烧蚀层尖钉把DD热斑推离球心, 显示明显的P1不对称性, 而且高温热斑具有定向流动速度, 降低了内爆动能转化为热斑内能的效率。     

激光惯性约束聚变靶技术研究

本文简要叙述了近年来中物院物理与化学研究所开展激光惯性约束聚变靶技术研究的进展情况，围绕热核聚变靶丸的研制，介绍了空心玻璃微球、塑料微球的制备结果和充氘氚燃料气体的技术。     

冷冻靶校准误差和烧蚀层粗糙度对氘氚层均匀性的影响

 理论分析了氘氚层外表面的温差与其粗糙度间的关系;以法国兆焦激光装置LMJ为原型,利用计算流体力学程序Fluent,分别模拟了靶丸轴向偏离黑腔中心不同尺度和烧蚀层存在不同大小的非均匀厚度对氘氚层温度分布的影响,求得了这两种误差引起氘氚层厚度的非均匀度。结果表明：为了满足点火靶的要求,靶丸轴向偏离腔体中心的尺度须在8.5 μm内,烧蚀层轴向粗糙度则应控制在0.72 μm内。     

冷冻靶校准误差和烧蚀层粗糙度对氘氚层均匀性的影响

理论分析了氘氚层外表面的温差与其粗糙度间的关系;以法国兆焦激光装置LMJ为原型,利用计算流体力学程序Fluent,分别模拟了靶丸轴向偏离黑腔中心不同尺度和烧蚀层存在不同大小的非均匀厚度对氘氚层温度分布的影响,求得了这两种误差引起氘氚层厚度的非均匀度。结果表明：为了满足点火靶的要求,靶丸轴向偏离腔体中心的尺度须在8.5 μm内,烧蚀层轴向粗糙度则应控制在0.72 μm内。     

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。     

ICF平面低温冷冻靶系统的初步设计及应用

 利用Gifford-McMahon（G-M）制冷机提供低温源,研制了平面低温冷冻靶系统。该系统最低温度可以达到10 K,制冷功率随温度降低而降低,制冷速率可控。其中,在18.6 K其制冷功率可以达到6.5 W;在14 K其制冷功率为3 W。利用该系统,初步开展了氩、氢的冷冻实验,并研究了温度对激光惯性约束聚变靶丸结构的影响。获得了氩、氢平面低温冷冻靶,并观察到了低温诱导聚变靶丸形变现象。     

ICF平面低温冷冻靶系统的初步设计及应用

利用Gifford-McMahon（G-M）制冷机提供低温源,研制了平面低温冷冻靶系统。该系统最低温度可以达到10 K,制冷功率随温度降低而降低,制冷速率可控。其中,在18.6 K其制冷功率可以达到6.5 W;在14 K其制冷功率为3 W。利用该系统,初步开展了氩、氢的冷冻实验,并研究了温度对激光惯性约束聚变靶丸结构的影响。获得了氩、氢平面低温冷冻靶,并观察到了低温诱导聚变靶丸形变现象。     

红外光诱导氘氘固体再分布的研究

研究了红外光辐射诱导氘氘(DD)固体空间分布变化的内在机理, 探讨了红外光波长和辐射时间对固体冰层空间分布变化和结构的影响. 研究表明: 在特定波长红外光的辐射加热作用下, DD固体冰层的结构呈现出由多晶向单晶变化的趋势, 其空间分布变得均匀、透明. 有效的红外光加热波长为3140 nm, 在其输出功率为100 μupW时, DD固体的再分布时间约为18 min.     

全氘代对二乙烯基苯泡沫的制备

全氘代聚合物泡沫作为一种特殊的低密度、微孔聚合物泡沫，在激光惯性约束聚变（ICF）研究中除了直接用于ICF靶材料，以增加单位靶中热核燃料的密度外，还可用在冷冻靶中以提高液体氘氚的浸润性及分布的均匀性，减小瑞利一泰勒界面不稳定性，以加强中子和分光镜的测量，研究和诊断内爆物理实验等。     

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。     

激光惯性约束聚变靶制备技术研究进展

在实验室实现聚变反应释放的能量大于点燃聚变反应所需能量的阈值是当今世界ICF研究的主要目标,实现这一目标仍需要深入研究一系列的关键物理问题。在ICF研究中,制靶能力的发展与提升至关重要,靶的质量是实验成功的核心要素之一。本文介绍了国际ICF靶制备工作近年来在新型烧蚀层材料靶丸、新型靶丸支撑技术、优化黑腔材料与构型以及减小燃料填充管直径等方面取得的一系列进展,并结合ICF物理需求,简要阐述了ICF靶的发展趋势。     

气袋靶制备技术

为了研究柱腔内气体对激光-等离子体相互作用及内爆对称性的影响,详细给出了气袋靶制备及其在神光-Ⅱ靶场的应用情况。对气袋靶的靶型设计、靶材料选择及薄膜制备和充气工艺进行了系统的研究。制备的气袋靶主要由厚度为400 nm的聚酰亚胺薄膜和厚度为400 m的铝支撑环构成,利用装配在支撑环上的充气管实现对气袋靶的充气,当充气完成后,整个气袋靶膨胀为球状。     

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。     

气袋靶制备技术

为了研究柱腔内气体对激光-等离子体相互作用及内爆对称性的影响,详细给出了气袋靶制备及其在神光-Ⅱ靶场的应用情况。对气袋靶的靶型设计、靶材料选择及薄膜制备和充气工艺进行了系统的研究。制备的气袋靶主要由厚度为400 nm的聚酰亚胺薄膜和厚度为400 m的铝支撑环构成,利用装配在支撑环上的充气管实现对气袋靶的充气,当充气完成后,整个气袋靶膨胀为球状。