氢同位素组合靶丸消融率的同位素修正

国际热核聚变堆(ITER)的芯部加料问题是非常困难的。必须找到某些新的改善芯部加料的机制和新的靶丸注入方式。我们研究了5种氢同位素组合的固态靶丸H2，HD，D2，DT，T2在聚变等离子体中消融过程的同位素修正机制。Parks等人研究了高场侧注入的靶丸消融物质在托卡马克中由于VE产生的径向位移。我们用他们的模型对ITER设计参数作了数值计算。结果表明ITER芯部加料的困难问题有了转机。我们将在另一篇文章中讨论。本文主要介绍5种氢同位素组合固态靶丸消融率的同位素修正对芯部加料效率的影响。     

杂质靶丸注入在ITER诊断中应用的可行性

国际热核实验堆ITER-FEAT设计已完成。在ITER中,α粒子诊断是运行控制方面的一个关键性问题。从Kuteev的氢类靶丸消融理论出发,导出了杂质靶丸的半径烧蚀速率和粒子消融速率。并对杂质靶丸注入在未来ITER中作为α粒子诊断的可行性进行了探讨。计算和理论分析表明锂靶丸具有较多兼容性,既可用作α粒子诊断也可测量等离子体的q分布。     

氢同位素球形靶丸在其相应高能离子轰击下的消融

本文采用跨音速中性气体屏蔽模型,得到了氢同位素球形靶丸在其相应高能离子轰击下的消融率G_(is)及其定标律,s可为氢或氘。计算表明,当离子与电子的未扰态能量E_(0s)/E_(0e)~2≥1.5时,G_(is)/G_(es)≥20％,G_(es)为靶丸在等离子体电子轰击下的消融率。因此,当聚变实验有中性粒子束注入加热时,需考虑高能离子轰击对靶丸消融的影响。这也为此情况下靶丸消融强化提供了一种解释。     

激光烧蚀等离子体射流与固体靶相互作用实验研究

利用激光烧蚀等离子体射流可以获得数km/s 甚至上千km/s 的射流速度,远超目前绝大多数设备所能提供的模拟速度,并且覆盖了极大的温度与密度范围,作为加载手段具有广阔的应用前景。通过实验方法,探索和发展激光烧蚀等离子体射流这一新型实验模拟手段,利用高功率激光烧蚀产生高温高压等离子体射流,实现超高速气体动力学实验室模拟的新途径。以此作为加载条件,研究超高速物体与气体相互作用的气体动力学特性。通过建立激光烧蚀等离子体射流与固体靶相互作用实验方法,可进一步研究等离子体射流的产生、发展以及高速物体气体动力学,为下一步开展天体物理、小行星形貌、超高速陨石与行星大气相互作用机制等相关研究奠定基础。     

ICF中靶丸内等离子体的温度和密度的估算

用原子物理方法中Grasp-92实用程序, 计算了原子系统的能谱和辐射系数。根据局部热动平衡理论,结合惯性约束聚变 “058发充Ar+D2靶丸实验”的光谱数据, 估算得到靶丸内等离子体的温度和密度分别为804.7 eV和8.39×1023 cm-3 。     

惯性约束聚变点火靶候选靶丸特点及制备研究进展

获得能量增益实现点火是目前激光惯性约束聚变领域研究的主要方向和标志性成果. 在点火靶的设计中有多种可能的候选靶丸,包括碳氢掺杂锗、铍掺杂铜、聚酰亚胺、 碳化硼和金刚石靶丸,其中碳氢和铍靶丸是最主要的候选靶丸.文中主要总结了几种候选靶丸的优缺点及目前研制现状.在国外,碳氢靶丸是目前点火靶的首选靶丸. 与铍靶丸相比,不存在明显的微结构缺陷,制备较容易;靶丸光学透明, 适宜于燃料分层和表征;靶丸在制备上更容易达到点火靶要求. 美国的碳氢点火靶靶丸基本达到了设计要求,这些要求包括几何尺寸、壳层密度、 壳层缺陷、表面光洁度、掺杂水平和杂质含量等.我国的点火靶靶丸研究还处在起步阶段.     

薄膜锗靶等离子体参量诊断的实验研究

描述了对双脉冲辐照薄膜锗靶形成的等离子体参量诊断的实验研究。使用平晶谱仪和时间分辨ｘ射线晶体谱仪诊断等离子体参量，给出了等离子体的电子密度、电子温度及其时间演变过程。实验结果表明：双脉冲打靶比单脉冲打靶电子温度有较大幅度提高。诊断结果为双脉冲驱动薄膜靶高增益Ｘ射线激光实验选择最佳的实验条件提供了实验依据。     

激光靶等离子体受激Raman散射

用我们研制的一维半电磁粒子模拟程序数值模拟了神光12^#激光器(λ_L=1.053μm,τ=850ps,I_L=3×10¹⁴—3×10¹⁵W/cm²打靶的受激Raman散射。得到了散射光波、静电(Langmuir)波线性增长和非线性饱和的细致图象、热电子和超热电子分布函数随时间的发展以及超热电子的温度和份额。通过对散射光谱的分析得到晕区电子温度约为1.4—2.5keV,还得到靶等离 关键词：     

靶丸燃料容器制备技术

2003年，多层空心塑料微球的研制取得了实质性进展。具有聚苯乙烯-聚乙烯醇-CH烧蚀层结构的3层塑料微球首次用于“神光”Ⅲ物理实验，取得了较为满意的结果：获得了靶丸燃料区空间分辨的Ar线谱——得到Heα等线谱发射区的尺寸；利用针孔(分幅相机)、环孔诊断获得了靶丸芯部发光区图像。     

ICF靶丸内燃料的气液两相组分组成分析

在质量守恒的基础上,运用拉乌尔定律和道尔顿分压定律,对以摩尔分数比为3∶3∶4比例充入到ICF靶丸内的氘气、氚气和氘化氚三元系的热核燃料,在工作温度为22,24,26,28和30 K下处于相平衡时气液两相的组分组成进行了分析讨论。结果显示:工作温度为22 K时,随着充气压强从1 MPa增大到5 MPa,液层中氘气的摩尔分数从0.251增大到0.290,氚气的摩尔分数从0.350减小到0.310;气泡中氘气的摩尔分数从0.322增大到0.365,氚气的摩尔分数从0.278减小到0.241。充气压强为5 MPa时,随着工作温度从22 K提高到30 K,液层中氘气摩尔分数从0.290减小到0.261,氚气的摩尔分数从0.309增大到0.341;气泡中氘气的摩尔分数从0.365减小到0.302,氚气的摩尔分数从0.241增大到0.298。     

ICF靶丸内燃料的气液两相组分组成分析

 在质量守恒的基础上,运用拉乌尔定律和道尔顿分压定律,对以摩尔分数比为3∶3∶4比例充入到ICF靶丸内的氘气、氚气和氘化氚三元系的热核燃料,在工作温度为22,24,26,28和30 K下处于相平衡时气液两相的组分组成进行了分析讨论。结果显示:工作温度为22 K时,随着充气压强从1 MPa增大到5 MPa,液层中氘气的摩尔分数从0.251增大到0.290,氚气的摩尔分数从0.350减小到0.310;气泡中氘气的摩尔分数从0.322增大到0.365,氚气的摩尔分数从0.278减小到0.241。充气压强为5 MPa时,随着工作温度从22 K提高到30 K,液层中氘气摩尔分数从0.290减小到0.261,氚气的摩尔分数从0.309增大到0.341;气泡中氘气的摩尔分数从0.365减小到0.302,氚气的摩尔分数从0.241增大到0.298。     

强激光束与空腔靶相互作用实验研究

1.06μm波长的强激光束辐照Au材料制作的空腔靶,采用目前国内最先进的诊断设备。对腔内高温等离子体现象演变规律进行了实验观察,获得了反射激光、能量吸收、X光转换、亚千X光能谱及时空特性、辐射温度、超热电子等重要物理信息,并就实验结果作了必要的分析和讨论     

激光惯性约束聚变靶靶丸制备与表征

激光惯性约束聚变的核心思想是利用球形内爆技术对聚变燃料进行增压,使热核燃料达到高温、高密度的等离子体状态,进而实现聚变点火。基于对称压缩、流体界面不稳定性和实验诊断的考虑,ICF实验对作为热核燃料容器的空心微球的品质在球形度、壁厚均匀性、表面粗糙度以及掺杂水平等方面提出了严格的要求。为满足这些要求,陆续发展了乳液微封装技术、降解芯轴技术、低压等离子体聚合/掺杂技术、干凝胶玻璃微球制备技术等用于多层塑料微球和空心玻璃微球的研制。另一方面,针对ICF靶丸量小、质轻以及表面要求高的特点,发展了相应的非破坏性靶丸参数表征技术,如X光照相技术、4π形貌表征技术、微球掺杂水平测量技术以及微球内燃料负载水平快速测试技术。基于这些制备与表征技术,初步实现了多层塑料微球、玻璃微球、聚-!-甲基苯乙烯芯轴微球、梯度掺杂CH微球的研制,满足了"神光Ⅱ"、"神光Ⅲ原型"及"神光Ⅲ主机"上开展的一系列内爆物理实验的要求,同时为未来点火物理实验用靶丸的研制提供了技术支撑。     

激光惯性约束聚变靶靶丸制备与表征

激光惯性约束聚变的核心思想是利用球形内爆技术对聚变燃料进行增压,使热核燃料达到高温、高密度的等离子体状态,进而实现聚变点火。基于对称压缩、流体界面不稳定性和实验诊断的考虑,ICF实验对作为热核燃料容器的空心微球的品质在球形度、壁厚均匀性、表面粗糙度以及掺杂水平等方面提出了严格的要求。为满足这些要求,陆续发展了乳液微封装技术、降解芯轴技术、低压等离子体聚合/掺杂技术、干凝胶玻璃微球制备技术等用于多层塑料微球和空心玻璃微球的研制。另一方面,针对ICF靶丸量小、质轻以及表面要求高的特点,发展了相应的非破坏性靶丸参数表征技术,如X光照相技术、4形貌表征技术、微球掺杂水平测量技术以及微球内燃料负载水平快速测试技术。基于这些制备与表征技术,初步实现了多层塑料微球、玻璃微球、聚-??-甲基苯乙烯芯轴微球、梯度掺杂CH微球的研制,满足了神光Ⅱ、神光Ⅲ原型及神光Ⅲ主机上开展的一系列内爆物理实验的要求,同时为未来点火物理实验用靶丸的研制提供了技术支撑。     

聚变堆与聚变堆材料——D-^3He先进燃料靶惯性约束聚变的燃耗和增益

本文研究采用大功率激光束压缩球形均匀D-^3He先进燃料靶聚变，推导和计算了这种惯性约束聚变（ICF）的靶丸燃耗和增益，数值计算表明，只有在小火花内能和较高惯性约束参数HF近似下，对典型的堆系统效率参数，才有可能使D-^3He靶ICF系统有大的净能量输出。相反，在大火花内能和低HF近似下，D-^3He靶ICF系统几乎不可能得到净的能量输出，从而证明了快点火思维方法的科学依据。     

冷冻靶激光等离子体软X射线源

报道了以固态ＣＯ２作为靶材的一种新型激光等离子体软Ｘ射线源，与常规金属靶激光等离子体软Ｘ射线源相比，它是一种低污染的光源，深入研究正在进行中。     

双频强激光与等离子体相互作用中的双稳态效应

本文详细研究了双频激光驱动的朗缪尔(Langmuir)波所呈现的双稳态效应。完全相对论性地导出了郎缪尔波振幅和位相的演变方程,分别研究了朗缪尔波饱和振幅和稳态振幅对等离子体频率和泵浦光强的双稳态响应,并讨论了滞后效应在激光等离子体拍频加速器中的应用。此外,还研究了在双稳态临界点附近朗缪尔波振幅随时间的变化特性。 关键词：