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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003 mK;硅臂加热块功率突降后,靶丸表面最大温差在025 s内急剧上升至8788 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。 相似文献
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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。 相似文献
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在惯性约束核聚变冰层均化实验阶段,观测到充气管内冰晶无法保持,从而不能堵管,靶丸直接与高温氘气源连接,无法继续实验。为解决难以堵管的问题,本文建立了三维冷冻靶系统计算模型,研究了辐射条件下屏蔽罩温度、封口膜透射率及铝套筒表面发射率等因素对冷冻靶靶丸表面及充气管沿程温度特性的影响规律。结果表明:改变封口膜透射率能有效降低靶丸与充气管连接处的温度,在本文讨论的边界条件下,封口膜透射率大于0.025时靶丸与充气管连接处温度相对较低,晶核可维持,充气管能被堵管;而改变屏蔽罩温度及铝套筒表面发射率等做法对靶丸与充气管连接处的温度降低作用不明显,充气管无法被堵管。 相似文献
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惯性约束聚变冷冻靶中氘氘(D2)冰层的质量对聚变实验的成功与否起重要作用。目前文献报道的制备冷冻靶D2冰层的方法并不具备好的可操作性,且技术、工艺不定型,制约了高质量冰层的形成。因此,本文采用将温度梯度、降温速率和温度冲击相结合的技术实现燃料冰层在靶丸内的均化。通过温度控制以及施加温度冲击可控地形成残留冰,并在残留冰的控制技术基础上,实现了高质量冰层的可控结晶生长。同时,研究了温度控制对靶丸内D2冰层品质的影响和D2冰层结晶生长的过程,并应用晶体生长动力学理论分析了D2冰层结晶生长行为。从背光阴影图像中的D2冰层亮环可知,D2冰层均匀度为85.2%、厚度为40.35μm、内表面粗糙度为2.15μm。本方法拓宽了超低温下D2冰籽晶控制、晶体生长技术,为DT冷冻靶中冰层均化打下了坚实基础,并形成了一定的技术储备。 相似文献
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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。 相似文献
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通过建立三维柱腔冷冻靶计算模型,研究了外界环境辐射对间接驱动冷冻靶靶丸及燃料冰层温度场的影响。考虑柱腔内部激光入射孔(LEH)膜透光率对柱腔内靶丸和冰层温度场分布的影响,利用COMSOL软件对柱腔冷冻靶温度场进行了数值模拟计算。研究结果表明:受外界辐射影响,靶丸表面温度场呈两极热、赤道冷分布;LEH膜透光率越大,靶丸外表面温差和冰层内表面温差越大。当LEH膜透光率小于1%时,冰层内表面最大温差低于0.1 mK,可满足冰层均化和保持的要求。实验中,通过在LEH膜上镀不同厚度的铝层调控其透光率,并选择LEH膜镀铝层厚度为35 nm的冷冻靶开展了氘氘冷冻均化实验。结果表明:当LEH膜上的镀铝层厚度为35 nm时,冰层的保持能力得到大幅提升。从X射线相衬图像可知,冰层的厚度均匀性约为80.2%,粗糙度约为1.65 μm,平均厚度约为50.5 μm。 相似文献
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ICF分解实验中的平面调制靶和薄膜靶的研制 总被引:3,自引:1,他引:3
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。 相似文献
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ICF靶中的纳米金属功能材料研究进展 总被引:2,自引:1,他引:1
本文介绍了中国工程物理研究院激光聚变研究中心在激光惯性约束聚变(ICF)和强辐射源材料研究中涉及到的一些纳米金属功能材料的最新研究进展。主要包括自悬浮定向流金属纳米粉末材料制备与性能研究,介质阻挡放电金属纳米粉末表面包覆研究,真空热压成型的纳米晶体材料研究,以及低密度高孔隙率的泡沫镍金属材料、纳米多孔Cu材料和Au泡沫材料研究;在团簇材料、纳米成型材料研究方面,涉及到了过渡金属、贵金属小团簇材料的几何构型和静电极化率特性的理论模拟研究,以及三角形、六边形、棒状、立方体等特殊纳米结构和形状的Ag、Au金属纳米激光X光转换材料研究。 相似文献
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21 世纪主要能源展望 总被引:6,自引:0,他引:6
本文将讨论21世纪主要能源,它包括化石燃料能源,裂变能和聚变能。下世纪人类将进一步发展核能,核能比起化石燃料能源可以避免化石燃料对环境所造成的影响,裂变能在21世纪将变成更为重要的能源,聚变能从下世纪中叶开始将提供商业发电,它将为人类提供未来能源的最佳选择。 相似文献
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Rulon Linford Riccardo Betti Jill Dahlburg James Asay Michael Campbell Phillip Colella Jeffrey Freidberg Jeremy Goodman David Hammer Joseph Hoagland Steve Jardin John Lindl Grant Logan Keith Matzen Gerald Navratil Arthur Nobile John Sethian John Sheffield Mark Tillack Jon Weisheit 《Journal of Fusion Energy》2003,22(2):93-126
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. 相似文献
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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。 相似文献
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载气压力对空心玻璃微球炉内成球过程的影响 总被引:1,自引:1,他引:0
为实现惯性约束聚变(ICF)靶用高品质空心玻璃微球(HGM)的干凝胶法制备,从数值模拟和工艺实验两个方面研究了载气压力对干凝胶粒子炉内成球过程及最终HGM品质的影响。结果表明,随着载气压力的降低,HGM的直径增大、壁厚变薄。降低载气压力虽有利于延长液态空心玻璃微球的精炼时间,但载气与液态空心玻璃微球之间的传热能力也显著降低。因此,HGM的精炼程度随着载气压力的降低而下降,当载气压力低于0.5×105Pa时,HGM的精炼程度不能满足ICF制靶的要求。 相似文献