单点金刚石切削技术在EOS靶制备中的应用

针对激光状态方程(Equation of state,EOS)实验对靶的高精度、表面高质量、材料密度达到或接近理论密度的需求以及金刚石切削技术不改变原材料密度、加工精度高、粗糙度小的特点,阐述了单点金刚石切削技术(SPDT)在EOS靶制备中的应用情况,包括铝、铜等金属薄膜零件制备、多种结构整体式台阶靶制备、整体式楔形靶...     

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.     

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。     

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。     

激光烧蚀R-T不稳定性研究中的双模式CH平面调制靶制备

为研究同一次激光驱动下初始扰动幅值不同时瑞利-泰勒（Rayleigh-Taylor,R-T）不稳定性非线性演化的差别,采用单点金刚石车削技术,以太空铝合金为材料加工了两侧具有不同扰动幅度的模板。然后利用旋转涂覆工艺将模板表面的扰动图形转移至CH薄膜表面,制得了双模式CH平面调制靶。通过QC-5000型光学显微镜、alpha-step 500型台阶仪、NT1100型白光干涉仪等对铝合金模板及CH平面调制靶的周期、振幅等参数进行测量。结果表明：模板和CH平面调制靶的两侧均具有不同的扰动图形;两侧扰动的波长相同,均为54 μm左右,但振幅不同,分别为4.8 μm和1.9 μm;两侧扰动的平衡位置在同一水平面,调制图形的各项参数与设计值基本一致,模板表面的扰动图形成功地转移到了CH薄膜表面,获得了满足R-T不稳定性实验需求的双模CH平面调制靶。     

整体式空腔靶制备工艺

空腔靶是惯性约束聚变（ＩＣＦ）研究中间接驱动靶的主要靶型之一,它由精密车削微加工工艺的结合电镀工艺完成。     

惯性约束聚变用合金薄膜靶制备方法

阐述了与制备惯性约束聚变（ICF）用合金薄膜靶有关的理论和方法,讨论了ICF合金薄膜靶制备中存在的问题与解决方案。对制备方法的选择、组成合金薄膜的性质与结构和成分分布的关系进行了分析及讨论。     

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。     

气凝胶的制备及其在惯性约束聚变实验中的应用

气凝胶是惯性约束聚变(ICF)实验中的一种理想的靶材料.文章介绍SiO2气凝胶、有机和碳气凝胶、二元气凝胶、掺杂SiO2气凝胶和其它几种气凝胶的研制,探讨了气凝胶在ICF相关研究领域的应用.     

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。     

聚苯乙烯/Al双介质调制靶的研制

介绍了用于流体力学不稳定性实验的聚苯乙烯（CH）/Al双介质调制靶的制备方法。采用激光微加工工艺在50 μm厚Al箔表面制备了调制周期为55 μm、峰谷差为4.7 μm的调制图形;采用旋涂工艺在Al箔表面制备了20 μm厚CH薄膜,经过后期的微切割、微装配工艺,得到了宽度为200 μm、总厚度为70 μm的CH/Al双介质调制靶。该靶型于2010年在“神光-Ⅱ”激光装置中进行了流体力学不稳定性实验。     

Design and fabrication of a CH/Al dual-layer perturbation target for hydrodynamic instability experiments in ICF

A polystyrene (CH)/aluminum (Al) dual-layer perturbation target for hydrodynamic instability experiments in inertial confinement fusion (ICF) was designed and fabricated. The target was composed of a perturbed 40 μm Al foil and a CH layer. The detailed fabrication method consisted of four steps. The 40 μm Al foil was first prepared by roll and polish process; the perturbation patterns were then introduced on the surface of the Al foil by the single-point diamond turning (SPDT) technology; the CH layer was prepared via a simple method which called spin-coating process; finally, the CH layer was directly coated on the perturbation surface of Al foil by a hot-press process to avoid the use of a sticker and to eliminate the gaps between the CH layer and the Al foil. The parameters of the target, such as the perturbation wavelength (T) and perturbation amplitude (A), were characterized by a QC-5000 tool microscope, an alpha-step 500 surface profiler and a NT1100 white light interferometer. The results showed that T and A of the target were about 52 μm and 7.34 μm, respectively. Thickness of the Al foil (H1), thickness of the CH layer (H2), and cross-section of the dual-layer target were characterized by a QC-5000 tool microscope and a scanning electron microscope (SEM). H1 and H2 were about 40 μm and 15 μm, respectively, the cross-sectional photographs of the target showed that the CH layer and the Al foil adhered perfectly with each other.     

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。     

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。     

纳米磁性Fe3O4粉体掺杂聚苯乙烯ICF靶丸材料制备

为实现惯性约束核聚变中无接触点打靶实验构想,探索在聚苯乙烯(PS)中掺杂纳米磁性粉体,以制备磁性靶丸。采用本体聚合工艺制备了Fe₃O₄/PS磁性靶丸复合材料,通过FTIR、TG-DSC、SEM、VSM等手段对该材料进行了分析表征。结果表明：Fe₃O₄/PS靶丸复合材料的饱和磁化强度随磁性粉体含量的增加而增大;适量粉体的掺入提高了复合材料的拉伸强度和冲击强度,且随粉体含量的增加而增强;所制备的磁性靶丸复合材料悬浮时所需的外界磁场相对较弱,其磁性能满足磁悬浮的条件。