激光核聚变靶表面几何参数扫描探针测量技术

应用改造的原子力显微镜（AFM）作为传感系统，配合精密回转气浮轴系和三维微定位装置，实现了对激光核聚变靶球圆周方位形状误差的精密测量。采用该测量技术获得的靶球表面几何参数的测量数据及分析结果可为制靶工艺提供检测手段，并为激光打靶实验提供准确的靶球表面形貌参数。     

扫描电子显微镜测量靶丸表面形貌

介绍了用扫描电子显微镜监测靶丸４π表面形貌的方法。为此研制了对惯性约束聚变靶丸４π搓动的扫描电子显微镜样品台,对靶丸的旋转精度为２ μｍ 。它提供了观察靶丸缺陷的最佳方法,可为惯性约束聚变实验精选靶丸。     

扫描电子显微像测量靶丸表面形貌

介绍了用扫描电子显微镜监测靶丸４π表面形貌的方法,为此研制了对惯性约束聚变靶丸４π搓动的扫描电子显微镜样品台,对靶丸的旋转精度为２μｍ,它提供了观察靶丸缺陷的最佳方法,可为惯性约束束聚变实验精选靶丸。     

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。     

用光辉干涉法制备平面调制靶的表面起伏图形

表面起伏靶是惯性约束聚变分解实验中的重要实验用靶。采用激光干涉方法制备初始微扰振幅和波长分别在几和几十微米范围内的正弦调制形状，摸索了相应的工艺条件和工艺过程。用台阶仪及光学显微轮廓仪观测微加工后的形貌。探讨了调制波长的精确控制与干涉工艺之间的关系，并用电镀工艺转移图形得到了用于压制的模具。     

用SPDT技术制备正弦调制靶的表面起伏图形

正弦调制靶是瑞利-泰勒(Rayleigh-Taylor,R-T)不稳定性研究的重要实验用靶.从国内外实验用靶的需求出发,采用金刚石车削技术,在紫铜表面完成了振幅为10 um、波长为100 um等一系列正弦曲线的加工.采用直线插补原理编制数控加工程序,利用超精密金刚石车床,设计了合理的加工工艺过程,分析了对正弦曲线轮廓加工及测量的主要影响因素及误差,通过Form Talysurf series 2型触针式轮廓仪对正弦曲线轮廓进行测量.结果表明:正弦曲线轮廓平滑,波长和振幅数值上与理论值基本相同.通过SPDT技术制备的正弦曲线图形基本满足R-T不稳定性实验需求.     

激光核聚变靶的X射线相衬显微成像研究

激光核聚变在置有聚合物靶丸的金属靶室内进行,靶丸通常由碳、氢等低Z元素组成,传统的X射线成像很难诊断靶丸在靶室内的位置.X射线相衬成像在低z元素样品成像中具有独特的优越性,但很少用于强吸收介质包裹的低Z样品结构成像.针对激光核聚变靶丸位置无损检测这一难点,建立了相应的X射线相衬显微成像物理模型.数字模拟和微聚焦源X射线相衬成像初步实验研究的结果表明,通过选择合适的成像参数,如光子能量、成像距离等,可以获得靶丸位置的清晰成像.因此,可以认为X射线相衬成像技术用于激光核聚变靶室诊断是可行的.该技术还可以扩展到其他高Z介质内部低Z样品结构成像,如石油勘探中包裹体的研究等.     

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。     

射流圆孔靶的制备和靶参数测量

介绍了X射线激光射流实验中Al和CH两种射流圆孔靶的制备方法。分别采用精密机械和皮秒激光加工工艺在Al和CH薄膜上制备精密、微小的圆孔,再通过精密装配的方法获得射流圆孔靶。使用白光干涉仪和小型量测仪对射流圆孔靶进行靶参数测量,测量图像和数据表明,Al和CH薄膜圆孔的孔径较圆且两面大小一致性较好,靶的两层薄膜分界面清晰且连接紧密。     

激光平面金靶耦合物理及其规律的研究

激光靶耦合物理是激光聚变的重要组成部分。利用“LTX-1”程序较全面地研究了激光平面金靶耦合问题,弄清了激光产生X光的物理过程,发射机制,以及有关的数值定标规律,所得结果与国外发表的数据基本一致。给出了一些解析结果,并与数值计算作了比较。     

阻抗匹配靶制备及靶参数精密测量

通过精密轧机轧制Al、Cu、Au等高纯金属箔片,采用精密微装配技术获得应用于激光状态方程实验所需的阻抗匹配靶。运用台阶仪和白光干涉仪分别对阻抗匹配靶进行靶参数精密测量。在“神光Ⅱ”上进行阻抗匹配的实验打靶,获得了相关靶型的实验图像。     

激光惯性约束核聚变(ICF)最新进展简述

对国际上及我国在激光聚变研究方面的最近进展做了简要评论。对于激光聚变的一些主要装置，如美国国家点火装置，罗彻斯特大学的Ｏｍｅｇａ装置及美国海军实验室的ＮＩＫＥ装置，以及在这些装置上所开展的研究工作做了简短的分析。     

半导体硼柱形微靶电火花加工技术

在惯性约束聚变研究中,硼的柱形微靶可作为黑腔填充材料。本文通过电火花铣削加工技术,采用含碳较高的电介质,利用导电性能较好的钨钢作电极材料,实现了半导体硼柱形微靶加工。通过奥林巴斯测量显微镜对硼柱直径进行了测量,测量结果表明,硼柱的直径加工精度可控制在小于±10μm。采用扫描电镜对形貌进行了分析,结果表明,加工前后硼的表面形貌未改变。通过能谱分析了硼柱表面的导电层成分及通过X射线能谱(XPS)分析了碳元素价态,结果表明,电火花铣削加工过程中,由于电介质分解生成游离态的碳及电极材料熔融后沉积在硼表面,形成辅助导电层,通过对辅助导电层加工,产生的瞬时高温使硼熔融气化,从而实现对半导体硼的加工。     

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。     

神光Ⅱ充气黑腔靶受激拉曼散射测量

激光等离子体不稳定性可能是间接驱动惯性约束聚变（ICF）的一个严重问题。本文基于神光Ⅱ钕玻璃激光装置开展了三倍频激光与充气黑腔靶相互作用实验研究,给出了受激拉曼散射（SRS）反射份额和散射光谱测量结果。由于等离子体尺度的变大,黑腔内电子温度较高,SRS增长率大,背向的SRS散射光能量增加,SRS的反射率由标准黑腔靶的0.05%以下增长到1%～1.5%。     

热蒸发制备自支撑Al平面薄膜靶的参数测量

以热蒸发工艺制备微结构可控的自支撑 Ａｌ平面薄膜靶。该靶用于惯性约束聚变（ Ｉ Ｃ Ｆ）精密化分解实验,研究驱动激光光束不均匀性对瑞利泰勒流体力学不稳定性的影响。以卢瑟福背散射（ Ｒ Ｂ Ｓ）、俄歇电子能谱（ Ａ Ｅ Ｓ）、扫描电子显微镜（ Ｓ Ｅ Ｍ ）和αｓｔｅｐ ５００ 台阶仪测量 Ａｌ 薄膜靶的靶参数。 Ａｌ膜厚度为微米量级,表面稳定的氧化层厚度约为 ７ ｎｍ ,膜密度为２３１２ ｇ·ｃｍ － ３,颗粒度０１ μｍ ,表面粗糙度平均值为５３ ｎｍ 。测试结果表明：热蒸发工艺制备出的自支撑 Ａｌ平面薄膜靶的厚度、表面平整度及均匀性基本符合 Ｉ Ｃ Ｆ 分解实验所提出的技术要求。     

轻敲式AFM探针驱动方法研究

介绍了以DDS芯片AD9851为核心,通过Atmega16单片机I/O口模拟SPI总线控制AD9851,实现了1 Hz～60 MHz频率范围内连续正弦信号输出,最小步进0.04 Hz。单片机与DDS芯片AD9851的结合为轻敲式原子力显微镜探针的驱动提供了稳定精确的正弦信号源。     

8-羟基喹啉铝/酞菁/聚苯乙烯平面靶的激光烧蚀特性

新型高效靶丸结构设计中,内爆靶表面引入某些有机双层薄膜结构可使部分能量沿薄膜的平面传输,使其对称压缩靶丸,实现高效的内爆。文章在PS平面靶表面蒸镀双层功能薄膜,薄膜为8-羟基喹啉铝(Alq₃)/酞菁(H₂Pc)或苯并咪唑苝(PV)/H₂Pc。并对其进行了荧光光谱分析和激光烧蚀实验。研究表明：双层薄膜Alq₃/H₂Pc和PV/H₂Pc产生很强的荧光淬灭;由于该结构横向传输载流子的光电特性,Alq₃/H₂Pc和PV/H₂Pc在很大程度上减弱了PS薄膜的烧蚀,且烧蚀面积分别为无涂层PS薄膜烧蚀面积的8倍和3倍。为新型高效惯性约束聚变靶的设计开发提供了一种新颖的靶丸结构。     

中子核反应截面测量中的厚靶技术

在核反应截面测量实验中使用厚靶技术，对厚靶测量谱进行解谱，得到等效薄靶的结果。用该方法大大提高了事件的计数率，明显地减少了统计误差。     

整体式空腔Cu靶的化学镀制备工艺

对整体式空腔 Cu 靶的化学镀制备工艺和靶表面抗腐蚀处理进行了研究。选用有机玻璃(PMMA)作芯铀,对芯轴表面活化处理,在芯轴表面化学镀 Cu,再用苯骈三氮唑(C6H5N3)溶液钝化处理Cu靶表面,溶蚀芯轴,最终获得整体式空腔 Cu靶。该法工艺简单,制备费用较低,对惯性约束聚变研究所需其它金属或合金空腔靶的制备具有较高的参考价值。