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。     

SiO2水玻璃微球辐射增强扩散研究

激光惯性约束聚变使用的玻璃微球经中子辐照后,产生辐射增强扩散效应,Ar在玻璃微球中的扩散性能显著改善,获得了常规加热加压扩散方式无法得到的扩散效果。而带电离子辐照玻璃微球后Ar的扩散性能却没有明显改善。研究了中子和其它带电粒子辐射增强扩散效应的差异。After being radiated by neutron, the glass microspheres, which used in ICF research, have greatly increased the ability of Ar diffusion in it because of the radiation-enhanced diffusion. Such results cannot be achieved by means of thermal diffusion. But after being radiated by charged particles, the ability of Ar diffusion in glass has not increased very much. The differences of the radiation-enhanced diffusion caused by neutron and ions are presented.     

Ar离子辐照导致微球玻璃机械性能的变化

为研究离子辐照导致空心玻璃微球机械性能的变化,利用Ar离子辐照与空心玻璃微球组分相同的微球玻璃薄片,结合不同温度下的等时退火处理,采用纳米压痕测试方法研究了辐照前后玻璃机械性能的变化。测试结果表明：辐照后玻璃的硬度和模量均呈下降趋势,恢复阻力明显升高;退火后的未辐照样品硬度和模量呈上升趋势,恢复阻力在误差范围内没有发生变化; 退火后的模量呈下降趋势,恢复阻力呈下降趋势;在退火温度约为300 ℃时,辐照样品退火后的恢复阻力与未辐照样品基本相同。     

磷酸盐玻璃微球的制备

采用粉末飘浮法制备了磷酸盐玻璃微球。通过使用差热分析仪,X射线衍射仪,扫描电镜和傅里叶变换红外光谱仪对所制备的磷酸盐玻璃微球的性能进行表征。研究结果表明:磷酸盐玻璃微球的玻璃转化温度和析晶温度为580℃和930℃,主晶相为Mg3(PO4)2,直径约为5μm。所制备的磷酸盐玻璃微球可以用于光学微腔的研究。     

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。     

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。     

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。     

掺Nd3+玻璃微球发射光谱研究

采用粉末喷烧法制备了掺Nd^3 高折射率TiBa玻璃微球,主要成分为TiO2,BaO和SiO2,微球直径在30μm左右。在带有显微镜的光谱仪上,用514nm激光照射微球的边缘,测量了它们的发射光谱,观察到了微球腔效应导致的光谱结构共振。在较低泵浦阈值(2mW)下,获得了Nd^3 的激射发光。利用光学微腔理论讨论了玻璃微球荧光光谱中的形貌共振,实验结果与计算结果相符。     

玻璃微球在空气中光悬浮的初步观察

玻璃微球在空气中光悬浮的初步观察蔡惟泉，陈洪新，李佛生，王育竹（中国科学院上海光学精密机械研究所量子光学（联合）开放实验室，上海２０１８００）用激光束在空气中对玻璃微球施行稳定的光学悬浮在国外早有报道，由于这项技术在物理学和技术领域有广泛的应用前景，...     

分子动力学模拟玻璃微球充气保气性能的机理

为了探讨载能重粒子辐照改善惯性约束聚变中所用玻璃微球的充气性能,以及热弛豫过程中改善其保气性能的微观机制,利用分子动力学的方法对载能重粒子辐照前后的SiO₂玻璃在内部形成气体扩散微通道的机理进行了模拟研究。结果表明,重粒子辐照可以在SiO₂玻璃中形成明显的扩散通道,说明辐照后的玻璃更适合通入Ar等较大尺寸气体;在高温高压的条件下,形成的扩散通道有逐渐关闭的趋势,辐照产生的缺陷能够在一定程度上得到修复。因此,利用重粒子辐照的方法,可在玻璃体中产生充气的微通道,该通道在高温高压下可实现关闭,从而起到开关的作用。模拟结果可为实验上通过重粒子辐照提升微球玻璃充气保气性能的方法提供理论支持,说明该方法具有可行性。     

载气环境对液态空心玻璃微球运动状态的影响

 研究了载气组份、温度、压力以及微球直径和壁厚对液态空心玻璃微球在炉内运动状态的影响。结果表明：在用干凝胶法制备空心玻璃微球工艺的常用载气组份、温度和压力范围内,载气的组份、温度和压力对相同直径和壁厚的液态玻璃微球在炉内运动速度的影响小于8.3%,但载气组份和压力对液态玻璃微球运动雷诺数和韦伯数的影响很显著。玻璃微球的直径和壁厚是液态玻璃微球运动速度、雷诺数和韦伯数的重要影响因素。提高载气中的氦气含量或降低载气压力可以降低载气对液态玻璃微球的非球形化作用,提高载气温度可以降低其球形化的阻力。     

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。     

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。     

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。     

多孔玻璃微珠的研制

本文作者把研制的Ｎａ２Ｏ－Ｂ２Ｏ３－Ａｌ２Ｏ３－ＳｉＯ２系统玻璃放在自己设计的设备中制成了１～２ｍｍ粒径的玻璃珠，经分相处理、酸溶、水洗，得到了气孔率为２４％左右的多孔玻璃微珠。     

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。     

载气环境对液态空心玻璃微球运动状态的影响

研究了载气组份、温度、压力以及微球直径和壁厚对液态空心玻璃微球在炉内运动状态的影响。结果表明：在用干凝胶法制备空心玻璃微球工艺的常用载气组份、温度和压力范围内,载气的组份、温度和压力对相同直径和壁厚的液态玻璃微球在炉内运动速度的影响小于8.3%,但载气组份和压力对液态玻璃微球运动雷诺数和韦伯数的影响很显著。玻璃微球的直径和壁厚是液态玻璃微球运动速度、雷诺数和韦伯数的重要影响因素。提高载气中的氦气含量或降低载气压力可以降低载气对液态玻璃微球的非球形化作用,提高载气温度可以降低其球形化的阻力。     

Collapse pressure measurement of single hollow glass microsphere using single-beam acoustic tweezer

Microbubbles are widely used in medical ultrasound imaging and drug delivery. Many studies have attempted to quantify the collapse pressure of microbubbles using methods that vary depending on the type and population of bubbles and the frequency band of the ultrasound. However, accurate measurement of collapse pressure is difficult as a result of non-acoustic pressure factors generated by physical and chemical reactions such as dissolution, cavitation, and interaction between bubbles. In this study, we developed a method for accurately measuring collapse pressure using only ultrasound pulse acoustic pressure. Under the proposed method, the collapse pressure of a single hollow glass microsphere (HGM) is measured using a high-frequency (20–40 MHz) single-beam acoustic tweezer (SBAT), thereby eliminating the influence of additional factors. Based on these measurements, the collapse pressure is derived as a function of the HGM size using the microspheres’ true density. We also developed a method for estimating high-frequency acoustic pressure, whose measurement using current hydrophone equipment is complicated by limitations in the size of the active aperture. By recording the transmit voltage at the moment of collapse and referencing it against the corresponding pressure, it is possible to estimate the acoustic pressure at the given transmit condition. These results of this study suggest a method for quantifying high-frequency acoustic pressure, provide a potential reference for the characterization of bubble collapse pressure, and demonstrate the potential use of acoustic tweezers as a tool for measuring the elastic properties of particles/cells.     

激光合作目标用玻璃微珠的工艺原理

本文根据激光合作目标对玻璃微珠的质量要求，对玻璃微珠的制造工艺进行了研究，提出了关键技术措施，从而获得了高性能的激光合作目标用玻璃微珠