背光阴影成像表征降温速率对ICF冷冻冰层均化的影响

利用背光阴影成像技术研究了降温速率对惯性约束聚变(ICF)球形氘氘冷冻靶中燃料冰层均化的影响.实验中,首先对ICF冷冻靶温度场进行标定以确定靶丸处的温度,然后利用背光阴影成像系统对降温过程中靶丸内燃料冰层的空间变化进行实时原位测量,得到了不同降温条件下冷冻靶背光阴影成像图像中亮环的功率谱.实验结果表明:相比快速降温,台阶式缓慢降温有利于形成均匀的燃料冰层;同时验证了背光阴影成像技术表征ICF冷冻靶内冷冻冰层均化的有效性.     

基于温度梯度的ICF冷冻靶均化技术研究

惯性约束聚变(ICF)冷冻靶中氘氘(D2)、氘氚(DT)等燃料冰层在靶丸中的分布由靶丸所处的温度场决定。在氘氘冷冻靶中,垂直温度梯度引起的气-液界面张力梯度可以抵消重力作用,使氘氘液体在靶丸内均匀分布;然后在氘氘的三相点附近缓慢降温,可以实现燃料冰层的均化。在氘氘冷冻靶均化实验系统上,采用温度梯度结合制冷速率与制冷过程控制的方法,实现了1mm直径、30μm壁厚的辉光放电聚合物(GDP)靶丸中氘氘冰层的均化,对背光阴影图像中亮环位置进行分析表明:氘氘冰层的平均厚度为185.56μm,均匀度为80.2%,模数-功率谱曲线中模数2~100对应的内表面粗糙度为2.26μm。     

基于温度梯度的ICF冷冻靶均化技术研究

惯性约束聚变(ICF)冷冻靶中氘氘(D2)、氘氚(DT)等燃料冰层在靶丸中的分布由靶丸所处的温度场决定。在氘氘冷冻靶中,垂直温度梯度引起的气-液界面张力梯度可以抵消重力作用,使氘氘液体在靶丸内均匀分布;然后在氘氘的三相点附近缓慢降温,可以实现燃料冰层的均化。 在氘氘冷冻靶均化实验系统上,采用温度梯度结合制冷速率与制冷过程控制的方法,实现了1 mm直径、30 m壁厚的辉光放电聚合物(GDP)靶丸中氘氘冰层的均化,对背光阴影图像中亮环位置进行分析表明: 氘氘冰层的平均厚度为185.56 m,均匀度为80.2%,模数-功率谱曲线中模数2~100对应的内表面粗糙度为2.26 m。     

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.     

氘氘-塑料靶丸变收缩比内爆物理实验研究

在神光III原型装置上利用8路6400 J/1 ns激光注入Φ1100 μm×1850 μm的黑腔内产生约200 eV的高温辐射场均匀辐照填充氘氘燃料的靶丸实现内爆. 实验中, 保持靶丸的内径一致, 通过改变靶丸烧蚀层厚度的方式实现不同收缩比的内爆. 通过闪烁体探测器、分幅相机等多套诊断设备获取了中子产额、X光bang-time (聚变反应产生X光时刻)、飞行轨迹、热斑形状等关键内爆参数. 结合一维数值模拟表明: 对于小收缩比内爆, 受到非一维因素的影响小, 其YOC_1D(实验测量中子产额与干净一维数值模拟计算结果之比)可以达到34%; 对于中等收缩比内爆, 受到非一维因素的影响显著, 其YOC_1D仅仅为2.3%.     

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.     

ICF冷冻靶燃料冰层原位表征技术

背光阴影成像是表征ICF冷冻靶燃料冰层的有效方法。基于背光阴影成像技术,冷冻靶燃料冰层原位表征技术能原位实时监测靶丸内燃料气体相变与冰层均化过程,得到打靶零前时刻燃料冰层厚度和粗糙度信息,为物理实验提供准确参数。在冷冻靶制备实验中,根据背光阴影成像的光线追迹模型和实验测得的阴影图像中的亮环位置,计算得到了均化后冷冻靶中燃料冰层的厚度以及内表面粗糙度。     

氘平面冷冻靶制备技术研究

在激光惯性约束聚变（ICF）实验研究中,需要研究一些原子／分子（如氩、氢、氘、氚等）在低温冷冻状态下与强冲击波的相互作用,获得相关的状态方程实验数据。为此,需要创造一个稳定的低温环境,将这些在常温下为气态的原子／分子冷冻成固态或液态。美国已经建立了平面冷冻靶制备实验装置,并在OMEGA实验装置上利用液氘平面低温冷冻靶获得了其状态方程实验数据。     

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。     

点火靶高熵内爆的数值模拟

使用一维多群输运程序RDMG与二维少群扩散程序LARED-S对点火靶高脚与低脚内爆进行数值模拟.相对于低熵内爆,高脚高熵内爆通过提高预脉冲的辐射温度使得烧蚀面与物质界面的流体稳定性得到明显的改善,能够抑制流体不稳定的增长与热斑混合的发展.同时,高熵设计导致燃料的压缩变差,阻滞时刻燃料的压缩密度与面密度相应降低,中子产额降低.因此,高脚高熵内爆是通过牺牲燃料的高压缩,来换取靶丸内爆流体稳定性能的改善.     

点火靶驱动不对称性与表面粗糙度的模耦合模拟

使用二维辐射多群扩散流体力学程序LARED-S对点火靶内爆进行大规模数值模拟,同时考虑低阶辐射驱动不对称性和中高阶的表面粗糙度.计算结果表明：靶丸内爆流场不仅出现严重的低阶模面密度扰动,同时生成大幅度的尖钉与气泡结构;呈现明显的扰动模耦合效应,模耦合生成的扰动增长幅度与理论公式在一定时间内较好地吻合.在内爆减速阶段,扰动增长发展到强非线性阶段,模耦合效应使得扰动频谱分布变宽;同时芯部的涡流使得靶壳的尖钉弯曲,内爆流场出现明显的湍流混合现象.模耦合效应与湍流混合极大地降低了内爆性能,导致点火失败.     

惯性约束聚变中内爆混合的模型构建

从热斑质量方程和能量守恒方程入手,重新计算考虑混合后聚变燃料的比内能和比热容等热力学参数,分析混合效应在轫致辐射损失等能量输运方面的作用,构建有杂质混合情况的热斑燃烧动力学模型.根据静态模型中的热斑燃烧的功率平衡条件,研究烧蚀层杂质混合比例与点火阈值和热斑自持燃烧的关系.理论分析和数值计算表明,混合效应导致热斑中的轫致辐射增强是点火失败的重要因素之一.通过调整不同掺杂材料、混合浓度及混合方式,得到壳层混合与热斑面密度、热斑离子温度的演化之间的关系.最后,基于模拟结果给出两种降低混合影响的方法.     

视角因子方法在间接驱动ICF中的应用

采用视角因子方法,对间接驱动惯性约束聚变(ICF)过程中从腔内壁辐射到靶丸表面的辐射进行了计算,并分析了激光原型装置上的一个实验的对称性环境。间接驱动ICF系统的不对称性一般来自于激光焦斑和腔体的几何结构,利用视角因子方法,计算X光能量在腔体内的强度分布,将靶丸表面的驱动对称性表示成腔体结构和激光焦斑几何参数的函数。结果表明,采用该方法的程序模拟能够评估腔靶设计的主要参数。     

ICF中子示波管的实验研究

介绍了一个旨在将高时间分辨率和高探测灵敏度相结合、用于惯性约束聚变（ICF）研究的时间分辨的中子诊断技术的中子示波管,初步实验获得了技术时间分辨约40ps,可探测中子总产额108。     

ICF中子示波管的实验研究

 介绍了一个旨在将高时间分辨率和高探测灵敏度相结合、用于惯性约束聚变（ICF）研究的时间分辨的中子诊断技术的中子示波管，初步实验获得了技术时间分辨约40ps,可探测中子总产额10⁸。     

储存环自由电子激光器与KrF激光驱动器的激光谐振腔光学膜系实验研究

惯性约束核聚变氟化氪激光驱动器与储存环自由电子激光器,虽然其激光产生机理完全不同,但是它们对于激光谐振腔光学膜系的要求却几乎完全相同.新研制的Al₂O₃/SiO₂/MgF₂“双氧化物+单氟化物”紫外光学膜系,在248nm中心波长处,它的光学透射率测量值为0.27%—0.71%,反射率的计算值为96.5%,其光谱带宽为22.6nm.在脉冲宽度为23ns的KrF激光照射下,它的抗激光损伤阈值达到(5.36±0.30)J/cm²,是可用于储存环紫外波长自由电子激光研究与数千焦耳数量级高能、高功率KrF激光驱动器研究的高破坏阈值紫外光学膜系.