惯性约束聚变靶材料掺杂技术综述

文章概要综述了惯性约束聚变掺杂靶材料的制备方法，内容包括聚苯乙烯掺卤素和过渡金属元素，玻璃与塑料掺簇粒子，以及塑料涂层掺高Ｚ金属等。简述了掺杂材料的分析测试手段及其在ＩＣＦ中的应用。     

聚苯乙烯掺溴塑料靶材料的研制

介绍了部分溴阀聚苯乙烯靶材料的制备与特性。内容涉及市售聚苯乙烯的轩型凝胶渗透色谱分级，窄相对分子量分布ＰＳ与Ｂｒ２间的亲电反应及其动力学特性，Ｂｒ－ＰＳ粗产物的纯化，以Ｂｒ－ＰＳ样品的结构与性能分析。     

溶胶-凝胶法制备惯性约束聚变靶材料研究

本文主要介绍用sol-gel法制备具有纳米结构的SiO2、TiO2和ZrO2材料。这些材料的孔洞率和比表面积甚高（孔洞率为80％－99．8％,比表面为1000m^2/g）,孔洞尺寸和体积密度极小（典型的孔洞尺寸为1－100nm,最低体积密度为10kg/m^3）;折射率n在1．1－1．9范围内可调,并在相当大的范围具有很好的光谱选择性;材料的耐温特性良好,可耐温500℃以上。这些结构和性能特点有可能为惯性约束聚变研究扩展了靶材料选择的范围。此外,就制备过程中前驱体的选择、水解度和催化剂的影响、凝胶过程和后处理工艺对材料结构特性的影响进行了讨论。     

惯性约束聚变靶材料碳气凝胶的制备方法

用溶胶－凝胶法制备出了高RC比（间苯二酚与催化剂的摩尔比）的RF有机气凝胶,通过溶剂替换,成功地实现了常压条件下的干燥工艺。经高温碳化处理,将RF有机气凝胶转化为碳气凝胶,改变RC比和聚合单体的质量百分数,可控制气凝胶的粒径及孔径、密度及比表面积。用扫描电镜（SEM）、BET等方法对其颗粒大小、密度、比表面积及孔径分布等微结构进行了分析测试。制备出的碳气凝胶性能满足惯性约束聚变靶材要求。     

ICF分解实验中的平面调制靶和薄膜靶的研制

本工作研制了用于惯性约束聚变ICF分解实验模拟聚变靶丸表面粗糙度和驱动激光空间不均匀性对R—T不稳定性作用的平面调制靶和平面薄膜靶。以激光干涉法结合图形转移工艺获得波长20～100μm、振幅0．0～4．0μm的正弦调制图形的模板,再将调制图形转移至溴代聚苯乙烯薄膜表面,制备出ICF实验用溴代聚苯乙烯平面调制箔靶;以半导体工艺结合自截止腐蚀工艺制得厚度4μm左右的自支撑Si平面薄膜靶。Si膜的表面粗糙度为几十纳米。对所研制的两种靶型的参数进行了测量。     

惯性约束聚变靶材中间体氘代乙醛的合成与表征

氘代乙醛（ＣＤ３ＣＤＯ）是合成惯性约束聚变（ＩＣＦ）固体靶材料氘代聚苯乙烯（ＤＰＳ）的重要中间体之一。以电石（ＣａＣ２）及重水（Ｄ２Ｏ）为原料,经多步液－固,气－液化学反应,合成氘经达９９．２％,的氘代乙醛,介绍了氘代乙醛的合成工艺及其氘代率的表征方法,并对主要合成工艺参数等进行了探讨。     

ICF实验中球靶表面光强分布模拟程序的开发

在ICF实验中,激光光路参数的设定是关键之一。本程序是基于Windows在Cbuilder环境下用C^＋＋编写的,模拟给出打靶后球靶表面的光强分布情况可以给实验人员在打靶前调整激光参数做参考,对ICF实验提高效率很有帮助;经过适当改进也可以方便用于其他靶型。     

ICF实验中散射光角分布测量的数据分析系统

简要阐述了一个用旋转椭球镜和照相底片一次曝光获得激光惯性约束聚变实验中的散射光角分布信息的实验方法,介绍了其实验数据的分析处理方法并给出误差分析。     

单点金刚石切削技术在ICF靶制备中的应用

单点金刚石切削(SPDT)技术是上世纪80年代以来国际上推广应用的一项新技术,是实现超精密加工的有效技术途径。本文阐述了SPDT技术的原理、特点以及在ICF靶制备中的应用,包括腔体的制备、异形靶零件的制备以及泡沫车削加工等。     

埋点靶制备工艺研究

研究了激光惯性约束聚变（ICF）实验中一种基础基准靶埋点靶的制备工艺过程。埋点靶的制备过程主要包括CH膜的制备、埋点的定位和埋占材料的制备。其中,CH薄膜的制备及其性质是制备埋点靶的关键工艺环节。最后给出了埋点靶的制备工艺流程。     

惯性约束聚变低温冷冻氘氚靶制备技术

低温冷冻氘氚靶对于惯性约束聚变研究至关重要,主要有塑料微球靶、金属铍球靶、泡沫球壳靶等。根据微球球壳材质的不同,采用不同的低温冷冻氘氚靶制备技术。塑料微球靶采用“高压充氘氚-冷冻法”或“充气管充气法”;金属铍球靶采用“低温、低压冷凝法”或“高温、高压扩散连接半球壳法”;多孔泡沫球壳靶采用“球壳材料吸附氘氚液体法”。本文简述上述技术和方法的发展状况和趋势。     

可加工SiO2气凝胶及其惯性约束聚变靶微柱制备

以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱体，采用酸碱两步催化法制备SiO₂醇凝胶。醇凝胶分别经TEOS母液、六甲基二硅胺烷（HMDSA）处理后，采用CO₂超临界干燥法制备出密度在30～100mg/cm³的SiO₂气凝胶。用傅立叶变换红外光谱（FTIR）对疏水性SiO₂气凝胶进行了表征，并用扫描电镜图研究了气凝胶改性前后的微观网络结构。改性后的气凝胶微观骨架变大，部分细小的网络结构消失。改性后的气凝胶在潮湿环境中具有极好的尺寸稳定性和疏水性能。用精密车床加工出了满足惯性约束聚变物理试验要求的ICF靶微柱。     

激光靶丸全表面检测与功率谱特征评价

本工作基于靶丸全球面测量的经纬迹线法,应用由原子力显微镜、精密回转气浮轴系及辅助转位轴系等组成的靶丸表面形貌测量系统,对直径0.34mm的空心塑料靶丸表面进行了测量实验。实验选择了圆周9条经圆(间隔20°),每个经圆方向上纬圆间隔10μm,最大偏移20μm的方案,获取了靶丸全球面的经纬测量迹线,并对测量结果进行了模数-功率谱特征曲线和表面均方根粗糙度的分析。     

Fusion Innovative Confinement Concepts: 2004

This paper summarizes recent progress in fusion Innovative Confinement Concepts (ICC) as reported at the 2004 ICC Workshop held May 25–28, 2004 in Madison, Wisconsin. This was the third in an annual series of workshops on this topic. The purpose of these workshops is to provide a forum for those who are thinking and working beyond what is considered to be the current state of understanding of fusion concepts.     

Non-Uniformity of Heavy-Ion Beam Irradiation on a Direct-Driven Pellet in Inertial Confinement Fusion

Heavy-ion-driven fusion (HIF) is a scheme to achieve inertial confinement fusion (ICF). Investigation of the non-uniformity of heavy-ion beam (HIB) irradiation is one of the key issues for ICF driven by powerful heavy-ion beams. Ions in HIB impinge on the pellet surface and deposit their energy in a relatively deep and wide area. Therefore, the non-uniformity of HIB irradiation should be evaluated in the volume of the deposition area in the absorber layer. By using the OK1 code with some corrections, the non-uniformityof heavy-ion beam irradiation for the different ion beams on two kinds of targets were evaluated in 12-, 20-, 60- and 120-beam irradiation schemes. The root-mean-square (RMS) non-uniformity value becomes σRMS= 8. 39% in an aluminum mono-layer pellet structure and σRMS= 6.53% in a lead-aluminum layer target for the 12-uranium-beam system. The RMS non-uniformity for the lead-aluminum layer target was lower than that for the mono-layer target. The RMS and peak-to-valley (PTV) non-uniformities are reduced with the increase in beam number, and low at the Bragg peak layer.     

激光惯性约束聚变裂变混合能源包层中子学数值模拟

对三维输运与燃耗耦合程序MCORGS进行了适应性改造,并对利弗莫尔实验室提出的激光惯性约束聚变裂变混合能源(LIFE)概念进行了分析和改进。输运计算采用MCNP程序,燃耗计算采用ORIGENS程序,增加氚控制模块和功率控制模块。建立了与LIFE等价的以贫化铀为燃料、Be为中子增殖剂的包层方案,通过数值模拟验证了MCORGS程序的可靠性。针对Be资源短缺及冷却复杂问题,设计了以贫化铀为燃料、Pb为中子增殖剂的包层方案,包层能量放大了4倍,可在55a内稳定输出2 000 MWt功率。     

Condensed Atomic Hydrogen as a Possible Target in Inertial Confinement Fusion (ICF)

H atom Rydberg matter (RM) in excitation state n = 1 is concluded to be a form of metallic hydrogen [Badiei S, Holmlid L (2004) J Phys Condens Matter 16:7017]. This material can be produced at low pressure. This condensed form of hydrogen may be very useful as a dense hydrogen inertial confinement fusion (ICF) target, being almost metallic and ten times denser than solid (frozen) diatomic hydrogen used at present. Coulomb explosions and plasma formation are initiated in condensed atomic hydrogen even by relatively weak nanosecond pulsed lasers. The protons emitted with high directivity in these explosions are energetic, corresponding to T = 10⁵ K, and they may be utilized to give strong compression of the material. The fastest protons observed at up to 1 keV indicate a compression considerably higher than that required for “fast ignition” fusion.     

A Review of the U.S. Department of Energy's Inertial Fusion Energy Program

This is the final report of a panel set up by the U.S. Department of Energy (DOE) Fusion Energy Sciences Advisory Committee (FESAC) in response to a charge letter from Dr. Ray Orbach (Appendix A). In that letter, Dr. Orbach asked FESAC for an assessment of the present status of inertial fusion energy (IFE) research carried out in contributing programs. These programs include the heavy ion (HI) beam, the high average power laser (HAPL), and Z-Pinch drivers and associated technologies, including fast ignition (FI). This report, presented to FESAC on March 29, 2004, and subsequently approved by them (Appendix B), presents FESAC's response to that charge.     

惯性约束聚变研究进展和展望

1　前　　言惯性约束聚变 (ＩＣＦ)是实现可控热核聚变能源的主要途径之一 ,同时又可作国防、基础科学研究等重要应用。ＩＣＦ的基本思想是 :利用激光或离子束作驱动源 ,脉冲式地提供高强度能量 ,均匀地作用于装填氘氚燃料的微型球状靶丸外壳表面形成高温高压等离子体 ,利用反冲压力 ,使靶的外壳极快向心运动 ,压缩氘氚主燃料层到每立方厘米几百克质量的极高密度 ,并使局部氘氚区域形成高温高密度热斑 ,达到点火条件。驱动脉冲宽度为纳秒级 ,在高温高密度热核燃料来不及飞散之前 ,进行充分热核燃烧 ,放出大量聚变能。为了实现聚变能源需要历…