资源描述：
《icf低温冷冻靶制备技术进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第10卷 第1期强激光与粒子束Vol.10,No.11998年2月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSFeb.,1998XICF低温冷冻靶制备技术进展唐永建 蒋伟阳(中物院核物理与化学研究所,成都525信箱79分箱,610003) 摘 要 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。 关键词 惯性约束聚变(ICF) 靶制备技术 低温冷冻靶 利用液氦低温把聚变燃料氘2氚(DT)气体在热核聚变靶丸中进行冷冻,并在内壁形成均匀的固体或液体氘氚层,习惯上把这种直接和间接
2、驱动靶叫低温靶。由于冷冻靶具有较高的初始燃料密度和较低的冲击波预热灵敏特性,从而减少了高温高密度压缩需要的能量,在同样条件下的冷冻与非冷冻靶相比,热核聚变的中子产额有明显的增加。习惯上又把这种靶称为高增益靶或高密度高压缩靶。由于靶丸内要充高达150MPa的氘氚燃料气体,所以冷冻靶制备涉及到材料特性研究、高压氘2氚(或氘2氘)气体充气技术和冷冻层均匀产生技术研究。 研制燃料层分布均匀冷冻靶的关键技术是克服地球引力的冷冻工艺研究。1977年以来,国际上相继发展了点接触低温冷冻法、快速等温冷冻法、热梯度法等外部低温直接冷冻技术。1986年以后又发明了泡沫冷冻技术、
3、B分层技术、等离子体分层技术。快速等温冷冻的基本过程是利用激光把表面分布得不均匀的氘氚冰层加热达到汽化,然后在低温氦气的环境中快速冷却形成分布均匀的固体燃料层。该方法适合于直径小于300Lm,气压在几十兆帕以下的靶丸。热梯度法制备的冷冻靶内部是饱和蒸汽和液体燃料层。它利用外部温度梯度产生克服地球引力的表面张力变化,从而在靶丸内壁形成一个均匀分布的液体层。热梯度法的优点是能够消除因氘氚结晶引起的内表面粗糙度变差的现象。冷冻泡沫靶由浸透液体燃料的低密度泡沫材料(聚苯乙烯)和防止燃料蒸发的保护膜(碳氢材料)组成。该方法可以把均匀液体燃料层做得很厚,而且在燃料容器中不
4、含原子序数较高的材料。理论研究证明,只要碳氢泡沫密度小于350mgöcm,激光聚变时碳的存在就不会对增益造成影响。B分层技术是依靠氚B衰变过程中产生的热量对不均匀的氘氚冰进行加热,在靶内表面产生一层较厚的均匀固体氘氚冰。等离子体分层技术原理与B分层技术一样,所不同的是等离子体分层技术采用了射频加热,大大缩短了B分层中均匀固体氘氚层形成的时间。该技术不但适合于放射性燃料氚而且也适用于非放射性燃料的氘及其它气体。前三种技术适合于小尺寸靶,后三种适合于大尺寸靶。冷冻靶已被ICF能源研究选为主要靶型。1 冷冻靶制备方法1.1 快速等温冷冻技术[1]快速等温冷冻(FIF
5、)技术是由Miller等人发展起来的,原理是用一束瞬态激光脉冲把X国家863惯性约束聚变领域资助项目。1997年9月9日收到原稿,1997年11月11日收到修改稿。 唐永建,男,1955年2月生,副研究员,在读博士。©1994-2008ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net156强激光与粒子束第10卷表面粗糙度很差的D2T冰层加热并达到汽化,然后用低温氦气迅速冷却形成一层均匀的固体燃料层。由于这种技术相对较简单,并且适合于小的冷冻
6、靶丸,所以许多实验室都进行了此[2,3]项技术研究,并且应用于实际的激光聚变实验中。 在打靶过程中为了使激光能够成功地照射在冷冻靶上,将靶精确地安装在激光聚焦的位置。一般情况下,内装10ng燃料、直径100Lm的玻璃微球冷冻靶丸在室温下通过热辐射,只需10ms的时间就能够把D2T冰加热到熔点,所以,在激光入射到冷冻靶丸之前,必须在极短的时间内移开任何冷冻装置。 图1是ICF实验中,用FIF技术制备的冷[4]冻靶安装在靶室内的激光耦合装置示意图。该系统由上冷冻罩和固定在冷冻器与XYZ调节台上的下伸缩杆组成。靶安装在伸缩杆的顶部,由低温氦气通过小孔流经靶丸周围
7、连续冷却。靶丸安装位置周围有四个窗,用于观察激光瞄准以及快速冷冻前的激光加热汽化情况。上Fig.1Schematicofthegaseousheliumshroud冷冻罩没有与下冷冻器接触,其原因是防止冷1.Cryostat;2.gasflow;3.filter;4.orifice;冻罩弹回时的机械振动。伸缩杆与冷冻套之间5.sapphirewindow;6.uppercryostalshroud;的间隙用于改变套内的氦气流入靶室的气阻。7.lowercryostalextension;8.target 当燃料冷冻到液相时,如果靶丸处于等温图1 气体氦冷冻罩
8、示意图大气压中,则引力塌陷将不可避免地
