聚苯乙烯塑料微球高压充氢工艺研究

概要介绍了微球高压充氢原理及聚苯乙烯塑料微球高压充氢系统.该系统充入压力高达1×108 Pa,并利用调节液氦流速来控制系统温度.利用该系统,实验研究了高压氢气在低温下的相变行为及球壳材料的低温形变.     

塑料微球高压充氢工艺

叙述了微球高压充氢原理及聚苯乙烯塑料微球高压充氢系统,该系统可充入压力高达 1.0×108 Pa,并且利用调节液氦流速来控制系统温度。实验研究了高压氢气在低温下的相变行为及球壳材料的低温形变。     

由玻璃组成计算空心玻璃微球的耐压强度

根据玻璃性质的加和性原则,分别由玻璃组成计算了空心玻璃微球（HGM）的弹性模量、拉伸强度和抗压强度,并利用经验公式计算了6种配方HGM在不同形状因子下的耐内压强度和耐外压强度。初步实验验证表明：HGM的耐压强度的计算结果与测量值基本吻合。     

微球充气工艺实验系统研制

总结了微球充气工艺实验系统的概念设计、模型建立。根据模型对概念设计进行调整和优化,最终制定出系统的研制方案,完成了关键零部件的采购与验证,以及打压、检漏实验和非标零部件的设计与加工,并对系统进行了初步安装调试与试运行。试验结果表明,系统的各项技术指标均满足实验要求。     

塑料微球厚有机涂层制备研究

采用低压等离子体化学气相沉积（LPP－CVD）并结合反弹盘方法在靶球表面涂敷厚的CxH1-xI涂层。使用反式－2－丁烯为工作气体的沉积速率相对较慢,最高为1μm/h,而使用苯乙烯时,沉积速率提高到3－4μm/h。结合反弹盘技术,在塑料微球上涂敷了厚度为50－80μm的CxH1-x涂层,涂敷薄膜的表面均方根粗糙度小于50nm。     

聚合物空心微球密度匹配法制备工艺研究

以聚苯乙烯（PS）为成球材料,研究了聚合物空心微球密度匹配法制备工艺中的油相（O相）有机溶剂各及配比、O相固化温度及时间、各相溶液中固体颗粒杂质、球内封装水（W1相）的置换等因素对产品微球质量的影响。制得了直径100－500μm、壁厚2－20μm、球形度≥99％、同心度相对偏差≤5％、表面粗糙度≤20nm的PS空心微球。     

以PS为模板的RF气凝胶空心微球制备

采用聚苯乙烯(PS)空心微球为模板,间苯二酚/甲醛(RF)为前驱体溶液,邻苯二甲酸二丁酯为分散剂,以界面聚合反应为基础合成PS-RF核壳双层球,用丙酮去除模板,制得RF空心微球.分别采用红外光谱、X光显微分析、透射电镜(TEM)、N2吸附-脱附和原子力显微分析,对RF空心微球成分、形貌、孔径、表面粗糙度等进行表征.结果表明:RF为单层空心球壳,具有典型的气凝胶多孔结构,由粒径约为10 nm且粒度分布较为均匀的纳米粒子构成,平均孔径约为17 nm,球形度和同心度达到95%以上,表面光洁度小于10 nm,达到了快点火靶的基本要求.     

干凝胶法制备空心玻璃微球的炉内成球过程分析

基于干凝胶粒子炉内成球过程的分解实验结果及各阶段中间产物的分析测试结果,通过对干凝胶法制备空心玻璃微球工艺的传热、传质和运动的过程分析,将干凝胶法制备空心玻璃微球炉内成球过程合理简化为吸热、封装、气泡形成及聚并、精炼、冷却5个阶段。吸热阶段的升温速率以及发泡剂的分解温度和发泡效率、精炼阶段的精炼时间和温度、冷却阶段的冷却速率是影响干凝胶法制备空心玻璃微球工艺和空心玻璃微球最终质量的关键因素。     

载气压力对空心玻璃微球炉内成球过程的影响

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。     

炉内成球技术制备PS-PVA双层球

本工作研究采用炉内成球技术制备惯性约束聚变用靶丸聚苯乙烯-聚乙烯醇（PS-PVA）双层球。以乳液法制备PS微球，利用炉内成球技术在PS微球表面制备PVA层。研究表明，在PVA质量浓度为5％、炉内为空气、炉温473～523K条件下，可制备出PS-PVA双层球。双层球直径范围250～550μm，PVA层厚度范围1.0～2.4μm，PS-PVA双层球表面光洁度3～10nm，微球充氩气的最低温度350～360K，室温条件下对氘气的保气半寿命1～5h。     

聚合物膜氡渗透系数的测定

为选出适用于我国江门中微子实验的氡屏蔽聚合物膜材料,研究了稳态时利用液体闪烁计数器测定聚合物薄膜氡渗透系数的装置和方法。实验测得了尼龙膜和聚乙烯膜的氡渗透系数并与文献中的数值范围进行了对比,测定结果表明,常用研究材料中尼龙膜的氡渗透系数较低,对降低氡浓度有显著效果。此外实验验证了薄膜氡渗透系数测定的主要影响因素,包括简化计算的方法、系统达到稳态的时长、环境湿度和温度等,并对进一步标准化测定聚合物薄膜的氡渗透系数提出了参考意见。     

压应力对各向同性细颗粒石墨热膨胀系数的影响

采用应变电测法测定了IG-11石墨在不同压应力下的热膨胀系数,研究了压应力对石墨热膨胀系数的影响.不同压缩载荷下的实验结果表明,压应力增大了平行于加载方向的热膨胀系数,并减小了垂直于加载方向的热膨胀系数.同时,随着载荷的不断增加,热膨胀系数的绝对变化量不断增大.此外,卸载后残余应变的存在也对热膨胀系数产生了类似的影响.     

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。     

辐射条件下冷冻靶靶丸表面及充气管温度特性数值研究

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。     

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。     

Numerical Investigation on Temperature Characteristic of Capsule Surface and Filling Tube of Cryogenic Target under Radiation Condition

During the ice-laying period, a phenomenon is observed that the ice crystal could not be maintained in the filling tube, which results in the direct connection between the capsule and the deuterium source at high temperature. In this paper, a 3D cryogenic target model was established to study the influence of several factors on the temperature along capsule surface and filling tube. The results show that changing the transmittance of the sealing film can effectively solve the problem of being unable to block the filling tube, while changing the shield temperature and the surface emissivity of the aluminum enclosure has no obvious effect on that problem. It is found that the crystal can be maintained in the filling tube under the boundary conditions discussed in this paper with the transmittance of the sealing film greater than 0.025.     

Influence of Capsule Offset on Radiation Asymmetry in Shenguang-Ⅱ Laser Facility

The re-emitted images of the frame camera indicated that the high-Z(Bi) capsule deviated about 29 μm from the center of the hohlraum in experiments at the Shenguang-II(SG-II)laser facility; however, investigations on this issue have seldom been performed. The influence of three dimensional offsets of a capsule on its radiation asymmetry in inertial confinement fusion(ICF) will be analyzed in this paper. Simulations demonstrate that the axial offset of 100 μm of a capsule from the center of the hohlraum brings an additional 3.5% radiation drive asymmetry and 6.5% P_1 asymmetry(Legendre odd model) on the capsule in the SG-II laser facility, and the offset must be within 25 μm if the P_1 asymmetry is restricted to below 2%.