卤素掺杂PMP低密度泡沫材料的研制

在ICF实验研究中，聚4-甲基-1-戊烯（PMP）因只包含C、H两种元素，且泡沫容易加工成型，因而在ICF物理实验中得到了广泛的应用。近年来随着强激光技术的发展，在实验室中利用激光与黑腔靶耦合产生的辐射场开展辐射输运实验研究已成为可能。在辐射输运过程中，输运介质的性质影响着辐射传输的过程。若在腔内泡沫材料中掺入一定量的中、高原子序数亿l介质可以在输运介质热容量变化不大的同时大为降低泡沫中的Rosseland平均自由程，从而提高其辐射传输光学厚度。因此，进行掺杂聚合物低密度泡沫材料的研制具有重要的意义。本年度主要开展了卤素掺杂PMP低密度泡沫材料的研制工作，六氯苯和六溴苯具备溶剂（均四甲苯／萘）的良好相溶性及较高的卤素原子含量，以六氯苯和六溴苯为掺杂单体，PMP为泡沫骨架材料，利用热诱导倒相法制备出最大质量分数为58．91％的卤素掺杂低密度泡沫材料。     

ICF靶用泡沫铜的制备与表征

 以次磷酸钠为还原剂的化学镀进行导电化处理,研究了ICF靶用泡沫铜的电沉积工艺。采用扫描电子显微境和X射线衍射仪对制备过程中各阶段泡沫铜的微观结构进行了表征。结果表明：经化学镀后可获得晶粒尺寸小、分布均匀的铜沉积层。电沉积后铜沉积层主要由0.55 μm的小颗粒组成,并且出现突出大颗粒的形貌特征。在氢气氛围下,经700 ℃热处理后,铜颗粒进一步长大,沉积层结晶致密。制备的泡沫铜呈3维网络状结构,分布均匀,密度为0.19 g/cm³,孔径分布为400～600 μm,孔隙率达97.9％。     

ICF氘代固体靶的研制

以自制全氘代苯乙烯单体(氘代率99%)为原料, 以偶氮二异丁腈为引发剂, 经自由基本体聚合反应, 先制得全氘代聚苯乙烯, 最后采用乳液微封装技术制得了直径150～450μm、壁厚2～15μm、球形度≥99.5%、同心度95%～98%、表面粗糙度＜30nm的ICF固体靶用空心微球。介绍了制备工艺,并对全氘代聚笨乙烯分子量及其分布的控制,微球壁内气泡形成机理,微球储存稳定性等进行了初步探讨。     

ICF氘代固体靶的研制

 以自制全氘代苯乙烯单体(氘代率99%)为原料, 以偶氮二异丁腈为引发剂, 经自由基本体聚合反应, 先制得全氘代聚苯乙烯, 最后采用乳液微封装技术制得了直径150～450μm、壁厚2～15μm、球形度≥99.5%、同心度95%～98%、表面粗糙度＜30nm的ICF固体靶用空心微球。介绍了制备工艺,并对全氘代聚笨乙烯分子量及其分布的控制,微球壁内气泡形成机理,微球储存稳定性等进行了初步探讨。     

X射线法测量ICF靶丸参数中表面轮廓法的应用

在ICF靶参数测量中,用接触X射线显微辐射照相法记录微球X射线图像,采用精密表面轮廓仪处理微球X射线图像,直接测量了单层微球壁厚。与光干涉法比较,两种方法测量结果相差小于0.3μm。     

X射线法测量ICF靶丸参数中表面轮廓法的应用

 在ICF靶参数测量中,用接触X射线显微辐射照相法记录微球X射线图像,采用精密表面轮廓仪处理微球X射线图像,直接测量了单层微球壁厚。与光干涉法比较,两种方法测量结果相差小于0.3μm。     

X射线法测量的ICF靶丸参数的图像分析

 在ICF靶丸参数测量中，采用接触X射线显微辐射照相法获得靶核的X射线吸收底片图像，将该底片放置于显微镜下并用CCD获得了数字化图像。基于该数字化图像信息，编写了一套完整的计算机算法来计算靶参数。采用辐向平均法标定出靶中心，采用图像强度函数对半径的二阶微分来确定出靶层分界位置，计算精度约为0.2pixels。     

掺杂丙烯酸酯单体合成及泡沫制备技术

通过丙烯酸、2-甲基丙烯酸、巴豆酸与五氯苯酚的酯化反应实现了3种丙烯酸酯单体的掺杂改性合成,采用核磁共振和质谱测试技术对掺杂丙烯酸酯单体进行了表征。利用掺杂改性后的丙烯酸单体与季戊四醇四丙烯酸酯之间的共聚反应,结合超临界萃取技术,制备出理论密度为50 mg·cm-3、掺杂氯元素质量百分数平均值最高约为15%的掺杂丙烯酸酯聚合物泡沫。通过测定聚合物凝胶速率,初步探讨了掺杂丙烯酸酯单体与多元丙烯酸酯单体的共聚合反应机理。     

掺杂丙烯酸酯泡沫的原位成型技术

在实验中，首先利用精密数控车床加工铜芯轴，在铜芯轴表面电镀再覆盖金，硝酸腐蚀，最终得到φ400μm，长度700μm，壁厚20μm，两端开口的金柱腔。将洁净的金柱腔固定在靶杆上，然后将固定好的金柱腔浸没在掺杂丙烯酸酯单体溶液中，使溶液自动充满整个柱腔。溶液以掺杂丙烯酸酯单体（五氯苯酚丙烯酸酯（AE1）、五氯苯酚2-甲基丙烯酸酯（AE2）、五氯苯酚丁烯酸酯（AE3）），三羟甲基丙烷三丙烯酸酯（TMPTA）或者季戊四醇四丙烯酸酯（PETA）单体，聚氧乙烯十二烷基醚（Brij30）或者正癸醇（DEC）为溶剂，安息香甲基醚作为光引发剂（添加量为单体质量的1％），通过针管向石英管中通氮气5min达到除氧目的，距离石英管1cm远处，使用紫外光灯照射金柱腔中的单体溶液约3min，光强6．30W／cm^2，单体溶液经过紫外辐照后在金柱腔中生成聚合物凝胶。聚合物凝胶在甲醇中浸泡24h，然后使用二氧化碳超临界干燥（控制温度34℃，压力8．0-9．0MPa，保持4h）除去甲醇，最终在金柱腔中得到聚合物泡沫，各阶段照片如图1所示。     

锗掺杂聚合物及其泡沫的制备与表征北大核心CSCD

采用稳定自由基聚合法合成了锗掺杂聚苯乙烯类聚合物,并利用聚合物溶液的热致相分离原理和冷冻干燥技术制备出具有多孔结构的锗掺杂泡沫材料。通过核磁共振氢谱、等离子体发射光谱及扫描电镜等测试手段表征了聚合物分子和泡沫结构。结果表明,聚合物分子具有极窄的分子量分布,锗掺杂原子分数为2．6％;泡沫具有多孔网络结构和薄片状骨架,骨架间的孔洞尺寸为1～10／zm,泡沫骨架随密度的降低趋于细化,孔洞变大。     

靶室散射对ICF中子产额用铅活化法测量准确性的影响

 通过用MCNP4B程序计算在铅样品中的来源于靶室散射中子的注量和来源于未经靶室散射的源中子注量，结合由ENDF/B-Vi评价数据库给出的中子铅活化核反应截面，得到了在铅样品周围存在不同屏蔽材料时，神光Ⅱ靶室散射对聚变中子产额用铅活化法测量准确性影响小于1‰的结果。     

靶室散射对ICF中子产额用铅活化法测量准确性的影响

通过用MCNP4B程序计算在铅样品中的来源于靶室散射中子的注量和来源于未经靶室散射的源中子注量,结合由ENDF/B-Vi评价数据库给出的中子铅活化核反应截面,得到了在铅样品周围存在不同屏蔽材料时,神光Ⅱ靶室散射对聚变中子产额用铅活化法测量准确性影响小于1‰的结果。     

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。     

掺杂纳米材料光纤的研制

将纳米技术与光纤技术相结合,利用改进的化学气相沉积法(MCVD)制作纳米级InP薄膜内包层光纤及在普通单模光纤纤芯中掺杂纳米级InP粒子的新型光纤,前者单位长度放大系数最大达到15.35dB/m,能在较短的长度上对信号光起到放大作用,便于集成化;后者经实验证实其纤芯具有光波导传输性能.两种新型高非线性光纤在光通信器件中的具有应用前景.     

物理掺杂用纳米Fe粉的制备与结构表征

 根据惯性约束聚变靶材料研究的需要采用自悬浮定向流技术制备了金属纳米Fe粉,通过透射电子显微镜和X射线衍射分析技术研究了颗粒的形貌、粒度和相组成。结果表明,所制备的纳米Fe粉为规则的球状颗粒,其粒径分布在30~70 nm之间,在空气中颗粒表面有氧化膜生成,其氧化产物为Fe₃O₄。     

物理掺杂用纳米Fe粉的制备与结构表征

根据惯性约束聚变靶材料研究的需要采用自悬浮定向流技术制备了金属纳米Fe粉,通过透射电子显微镜和X射线衍射分析技术研究了颗粒的形貌、粒度和相组成。结果表明,所制备的纳米Fe粉为规则的球状颗粒,其粒径分布在30~70 nm之间,在空气中颗粒表面有氧化膜生成,其氧化产物为Fe3O4。     

金MPC掺杂琼脂-明胶复合泡沫的均匀性研究

 采用表面包覆水溶性硫醇单分子层的金团簇（MPC）对琼脂-明胶复合泡沫进行掺杂。研究表明,掺杂泡沫轴向密度均匀,金MPC粒径小,不聚焦,在泡沫中分散良好,掺杂对泡沫微观形貌没有明显影响。当掺杂泡沫密度低至5.8 mg/cmcm³,、掺杂质量分数高达30%时,金MPC在复合泡沫中不发生沉降或聚集。以水作溶剂,成功制得密度小于10 mg/cm³,孔径小于100 mm的金MPC掺杂琼脂-明胶泡沫靶材料。     

金MPC掺杂琼脂-明胶复合泡沫的均匀性研究

采用表面包覆水溶性硫醇单分子层的金团簇（MPC）对琼脂-明胶复合泡沫进行掺杂。研究表明,掺杂泡沫轴向密度均匀,金MPC粒径小,不聚焦,在泡沫中分散良好,掺杂对泡沫微观形貌没有明显影响。当掺杂泡沫密度低至5.8 mg/cmcm3,、掺杂质量分数高达30%时,金MPC在复合泡沫中不发生沉降或聚集。以水作溶剂,成功制得密度小于10 mg/cm3,孔径小于100 mm的金MPC掺杂琼脂-明胶泡沫靶材料。     

In, Al共掺杂ZnO纳米串光电探测器的组装与研究

用化学气相沉积法合成了高密度的In, Al共掺杂ZnO纳米串, 用合成出的纳米串组装成了光电探测器. 纳米串为六角纤锌矿结构, 平均长度大约为5 μ m. 研究了光电导的机制以及光电探测器的光电特性, 包括在暗环境及紫外照射下的伏安特性、光电响应率和光电响应时间. 结果表明, 器件存在内部增益机制, 光响应时间小于0.5 s, 衰减时间约为23 s, 可用于光电探测.