辐射条件下球腔冷冻靶温度场分布数值研究

惯性约束聚变冷冻靶系统中,为成功实现靶丸点火,冰层厚度均匀性需达到99%,表面粗糙度的均方根要小于1 μm。控制靶丸表面最大温差小于0.1 mK能满足以上点火要求。为研究辐射对惯性约束聚变间接驱动靶丸的温度场影响,建立了三维对称球腔冷冻靶系统的计算模型。考虑球腔内部激光入射口封口膜吸收率以及外部辐射温度对球腔内部温度场分布的影响,利用FLUENT软件对球腔冷冻靶温度场进行了数值模拟计算。研究表明：球腔由于自身具有的球对称几何结构,其内部的温度场分布更加均匀;受外界辐射影响,有窗侧靶丸表面温度较无窗侧温度高;辐射温度越高,靶丸表面的绝对温度越高,虽然靶丸表面的温差变化基本可忽略,但要防止由于外界辐射温度过高而导致的DT冰层均匀性恶化,应选用多层屏蔽罩结构降低辐射的影响;激光入射口封口膜吸收率大于0.2时,靶丸表面温差显著增大。     

ICF实验中的靶材料研究

利用热诱导相分离技术制备出密度约 1 mg/cm3的超低密度聚合物泡沫,研究了凝胶、冷冻及干燥条件对泡沫结构的影响;进行了聚苯乙烯的合成与改性工艺研究,并用 L-B膜技术和流延法制备出厚度<50 nm 的聚合物超薄薄膜;研究了聚苯乙烯泡沫的液体浸润性能和机械性能,并采用溶液的自由基聚合反应制备了聚丙烯酸酯泡沫;进行了铜、铁柱腔制备技术的调研工作。     

背光成像技术测量冷冻靶参数研究进展

建立了可见光背光成像装置,测量距离实现了4~30 cm可调,对应分辨率为0.7 ~4.6 μm,并可对样品仓内的冷冻靶进行有效的中心定位,定位精度达0.1 mm,获得了不同分辨率下的塑料靶球与玻璃靶球的背光影像。通过获得背光图像的能量密度图及靶球的光路追踪模型,建立了靶球内部DD/DT冰层厚度的精确测量及计算方法。研究发现,将背光成像技术与干涉条纹法相结合可获得一种无损测量透明聚变靶丸材料折射率的方法。结果表明,背光成像技术是透明冷冻靶有效的诊断方法。     

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。     

冷冻靶制备中温度控制数值模拟

在二维轴对称模型下，以及惯性约束核聚变冷冻靶制备的温度控制过程中，利用计算流体力学程序Fluent，对聚变腔内的温度场变化进行模拟。研究了腔内气体的自然对流效应对冷冻靶温度分布的影响，模拟了通过在冷却环上施加一正弦振荡的温度场来降低冷冻靶内表面粗糙度的过程，给出了动态快速冷冻方法中的靶温度随冷却环温度的变化过程。     

多孔注入冷冻靶快速降温过程瞬态特性研究

高度均匀光滑的燃料冰层是惯性约束聚变冷冻靶成功点火的物质前提,其制备关键是在靶丸外建立均匀的球形温度场并进行精确控制。本文针对多孔注入冷冻靶系统,建立了三维仿真模型,数值研究了冷冻靶温度场稳态分布与瞬态降温特性,并分析了接触热阻、氦气压力等因素的影响。结果表明：冷臂温度恒定时,靶丸与充气管接触位置为低温区,激光入射口正对处为高温区,最大温差为003 mK;硅臂加热块功率突降后,靶丸表面最大温差在025 s内急剧上升至8788 mK,温度场均匀性显著恶化;与硅爪 套筒完美接触相比,低温胶层的存在可有效改善降温过程中温度场的恶化,但降温响应时间明显增加;1～10 kPa氦气压力范围内,快速降温过程中靶丸温度响应迅速,且最大温差峰值较小,有利于维持靶丸表面的温度均匀性。     

ICF冷冻靶中Si冷却臂结构的初步设计

根据我国冷冻靶系统对Si冷却臂结构设计的要求,以美国国家点火装置（NIF）的点火靶系统为原型,对Si冷却臂进行了初步设计。利用SolidWorks软件建立了Si冷却臂三维实体模型,分别从力学性能、热响应和装配方面对其进行了数值模拟和分析。获得了Si冷却臂臂长、分叉长度和宽度等参数对其性能的影响规律,可为冷冻靶结构的进一步优化提供理论依据与参考。     

温度梯度对冷冻靶微管充气过程的影响

采用基于燃料室和靶室独立控温的温度梯度法开展了冷冻靶微管可控充气技术研究。理论计算结合实验研究了不同尺寸靶球充气过程中温度梯度对燃料注入过程的影响。结果表明,充气结束时燃料室最终温度变化对燃料初始注入量的差值影响随靶球尺寸变化不明显,即通过温度梯度法实现燃料可控注入的途径对任何尺寸靶球均适用。随着靶球尺寸的增大,燃料在充气管处液化时所需温度梯度越小,燃料注入过程温度梯度控制范围越大,燃料注入量控制精度越高。对于内径2 mm的靶球、1.6 mL燃料室,当燃料室温度升至75 K时,燃料注入量控制精度达±3 μm/K。这些结果为冷冻靶燃料高精度加载技术研究提供了重要基础。     

冷冻靶降温过程温度场分布及冰层生存时间研究

为在冷冻靶上成功实现惯性约束核聚变点火,需在打靶前将冷冻靶丸内冰层温度降低1.5 K。针对冷冻靶快速降温过程温度场发生突变导致冰层质量恶化的问题,数值研究了快速降温过程中冷冻靶温度场的瞬态特性,并提出了优化降温方案。数值模拟基于Boussinesq假设,通过UDF编程,获得了降温速率的影响规律,并分析比较了不同延迟时间下延迟降温的数值结果。结果表明：降温开始时,最大温差急剧增大但最终趋于稳定;减小降温速率,可有效改善靶丸表面温度的均匀性,延长冰层的生存时间,使降温结束时冰层质量满足要求;具有特定延迟时间的延迟降温能改善靶丸外表面温度的均匀性从而增加冰层的生存时间,且存在最佳延迟时间使冰层的生存时间最长。     

TMP结构、材料对冷冻靶温度场的影响

氘氚冰靶的均匀性和表面光滑程度对靶的表现非常重要,高质量的冷冻靶要求靶丸表面最大温差不高于0.1 mK,而影响冷冻靶温度场的因素众多。本文采用计算流体力学软件FLUENT研究了套筒壁厚（0.2、05、0.75、1、1.25、1.5、1.75、2 mm）、材料（AL5052、SS304和高纯铜）以及黑腔结构（单凸环和双凸环）对冷冻靶温度场的影响。计算结果表明:黑腔采用双凸环结构,靶丸表面温差较小;随套筒壁厚的增加,黑腔内气体自然对流强度降低,靶丸表面温度场均匀度提高,靶丸表面温差减小;由于铜具有高的导热系数及比热,选用铜作为套筒材料使得靶丸表面温度更低,温度场更加均匀。将套筒壁厚、材料、黑腔结构综合考虑,发现套筒壁厚为1 mm、材料选用高纯铜、采用黑腔结构双凸环设计时靶丸表面温度场均匀性最好。     

加强海南省辐射环境安全监督管理的一些思考和建议

海南的辐射环境安全监管工作起步较晚、基础较差、能力不足。一些方面存在的主要问题需要引起足够重视,得到优先加强。本文对海南省辐射安全监管中面临的几个主要问题进行思考并作出初步分析探讨,提出了针对性的对策建议。     

Spoke012超导腔低温调谐器的研制

调谐器是超导高频系统中的关键设备之一,其功能是调节超导腔的频率。在Spoke012超导高频系统中,我们研发了一个在低温环境下运行的特殊调谐器。该调谐器由操作原理不同的两个部分组成,一个是步进电机驱动的粗调谐部分,另一个是压电陶瓷驱动的细诃谐部分。这两个部分串联放置,可达到粗调约200kHz和细调约5Hz的调谐精度。本文报道该低温调谐器的基本参数、设计方案及性能测试结果。