【摘要】：快點(diǎn)火是上世紀(jì)九十年代中期提出的一種慣性約束聚變(ICF)新型點(diǎn)火方式。它將ICF內(nèi)爆壓縮和點(diǎn)火過(guò)程分開(kāi)進(jìn)行,首先通過(guò)納秒長(zhǎng)脈沖激光將聚變?nèi)剂蠅嚎s到高密度,然后利用高能激光在等離子體中傳播的穿孔效應(yīng)形成的通道,將點(diǎn)火激光的能量輸運(yùn)到壓縮后的燃料邊緣區(qū)域,并沉積能量,加熱燃料至點(diǎn)火燃燒。與傳統(tǒng)的中心點(diǎn)火相比,快點(diǎn)火方式具有點(diǎn)火閾值低、能量增益高、壓縮對(duì)稱(chēng)性要求低等優(yōu)勢(shì),已經(jīng)成為國(guó)際ICF研究的重點(diǎn)內(nèi)容。為了降低復(fù)雜的激光與等離子體相互作用過(guò)程造成的物理風(fēng)險(xiǎn),快點(diǎn)火靶通常采用錐殼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),通過(guò)插入球殼內(nèi)的金屬錐作為點(diǎn)火激光的通道。在錐殼靶的制備過(guò)程中,在聚合物微球表面上打孔的精度是影響錐殼靶整體質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本文以快點(diǎn)火基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)需求為牽引,探索聚合物微球打孔的技術(shù)途徑,著眼解決影響微球打孔質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)問(wèn)題,具體研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面： 研究了聚苯乙烯(PS)、氘代聚苯乙烯(DPS)和輝光放電聚合物(GDP)三種材料的飛秒激光燒蝕特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：PS和DPS材料的飛秒激光燒蝕過(guò)程符合閾值模型,DPS的燒蝕閾值和累積系數(shù)都要高于PS。GDP材料的飛秒激光燒蝕過(guò)程與閾值模型有相當(dāng)大的差異。入射激光脈沖能量和脈沖數(shù)不僅影響燒蝕區(qū)域的大小,而且對(duì)燒蝕區(qū)域周?chē)男螒B(tài)也發(fā)生了影響。飛秒激光在聚合物微球表面加工的孔存在一定的圓度偏差和錐度,采用圓偏振光及多次加工的方法可以獲得直徑90μm～500μm,位置偏差小于10μm,直徑偏差和圓度誤差小于2μm,錐度約15°的微孔。。 開(kāi)展了聚合物材料金剛石車(chē)削加工工藝參數(shù)優(yōu)化研究。采用二次回歸旋轉(zhuǎn)正交實(shí)驗(yàn)方法,以表面粗糙度作為評(píng)價(jià)指標(biāo),建立了基于主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和背吃刀量等三個(gè)主要工藝參數(shù)的表面粗糙度模型,設(shè)計(jì)了正交實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行了PS材料的金剛石車(chē)削加工工藝實(shí)驗(yàn)。利用該方法獲得了PS材料金剛石車(chē)削加工的最佳工藝參數(shù)組合,在適當(dāng)?shù)募庸すに噮?shù)條件下,PS材料的加工表面粗糙度可以達(dá)到20nm左右。 開(kāi)展了GDP空心微球表面金剛石車(chē)削微孔成型技術(shù)研究。設(shè)計(jì)了直線進(jìn)給與階梯進(jìn)給兩種刀具運(yùn)動(dòng)方式和具有尖刀刃結(jié)構(gòu)、主后刀面和副后刀面均采用兩級(jí)后角結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的專(zhuān)用金剛石刀具,解決了空心微球高精度無(wú)損裝夾等關(guān)鍵技術(shù)難題。在GDP微球表面獲得了直徑約150μm,尺寸偏差小于±5gm,圓度好于2μm的微孔結(jié)構(gòu)。 開(kāi)展了基于金剛石微探針的聚合物納米機(jī)械加工過(guò)程分子動(dòng)力學(xué)模擬研究。研究結(jié)果表明：納米機(jī)械加工過(guò)程中,DPS樣品的變形主要是通過(guò)單鏈的整體運(yùn)動(dòng)和單鏈上苯基排列方向的改變而實(shí)現(xiàn)的。DPS單鏈的運(yùn)動(dòng)局限在微探針周?chē)膮^(qū)域,并且傾向于運(yùn)動(dòng)到微探針下方的區(qū)域,導(dǎo)致加工表面的材料堆積較少。切削速度、分子結(jié)構(gòu)以及鏈長(zhǎng)等是影響DPS納米機(jī)械加工過(guò)程的主要因素。加工速度較小時(shí),單鏈自身的變化是DPS樣品變形的主要方式,而當(dāng)加工速遞較大時(shí),單鏈整體的運(yùn)動(dòng)是工件變形的主要方式,在較小的加工速度時(shí)得到的加工結(jié)果較好；無(wú)規(guī)立構(gòu)的DPS樣品所需的加工力較小,工件內(nèi)部單鏈的排列較為緊湊,得到的加工表面質(zhì)量最好；在鏈長(zhǎng)較短的DPS納米刻劃加工過(guò)程中單鏈容易發(fā)生整體運(yùn)動(dòng),單鏈主C鏈的結(jié)構(gòu)及苯基排列的變化較小,而當(dāng)鏈長(zhǎng)較大時(shí),特別是DPS中存在單鏈交纏時(shí),單鏈的整體運(yùn)動(dòng)較困難,其變形主要是通過(guò)主C鏈的結(jié)構(gòu)變形和苯基的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)的,因此其加工表面材料堆積的體積較少。 基于上述研究,建立了兩種聚合物微球打孔的技術(shù)途徑,探討了加工工藝參數(shù)對(duì)微孔質(zhì)量的影響規(guī)律和聚合物納米機(jī)械加工的機(jī)理,獲得了具有較高質(zhì)量的微孔樣品,為高品質(zhì)快點(diǎn)火預(yù)壓縮錐殼靶的研制奠定了基礎(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)工程物理研究院
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類(lèi)號(hào)】：TL632
【圖文】：

用力向內(nèi)壓縮微球內(nèi)的燃料到極高溫度和密度，達(dá)到上述判據(jù)的條件后產(chǎn)生聚變點(diǎn)火并燃燒整個(gè)過(guò)程主要分四個(gè)階段（見(jiàn)圖1.2)。首先祀丸吸收激光（或X光）束能量，在其表面形成等離子體燒燭層（圖1.2a);然后祀丸表面物質(zhì)向外噴射，由于動(dòng)量守恒使得內(nèi)部未被燒燭的IE丸在燒燭壓的作用下向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，使燃料向心壓縮（圖1.2b):再通過(guò)向心聚爆過(guò)程，燃料達(dá)到高溫高密度狀態(tài)（圖L2c);最后燃料發(fā)生聚變反應(yīng)并向外傳播，IE丸解體（圖1.2d)。3

快點(diǎn)火（fast ignition, FI)方案設(shè)計(jì)。該方案將內(nèi)爆壓縮和點(diǎn)火過(guò)程分開(kāi)進(jìn)行。首先通過(guò)納秒長(zhǎng)脈沖激光將DT燃料壓縮到面密度約0.3g/cm2 ~0.5g/cm2 (圖1.6a)，然后使用高能拍瓦激光（光強(qiáng)10i9W/cm2以上、脈沖數(shù)十皮秒）與勒1相互作用產(chǎn)生強(qiáng)流電子束，這些相對(duì)論電子束由相對(duì)論臨界密度附近輸運(yùn)到被納秒長(zhǎng)脈沖激光內(nèi)爆壓縮后的DT燃料邊緣區(qū)域，并沉積能量，加熱DT芯溫度到lOkeV，產(chǎn)生點(diǎn)火熱斑（圖1.6b),實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火和自持燃燒（圖1.6c)。(a) (b)o(c)圖1.6快點(diǎn)火物理過(guò)程示意圖快點(diǎn)火與中心點(diǎn)火的不同之處在于它將壓縮和點(diǎn)火過(guò)程分開(kāi)。壓縮的方法與傳統(tǒng)的ICF中心點(diǎn)火壓縮相近，但快點(diǎn)火壓縮需要將燃料壓縮到高密度而不是形成點(diǎn)火熱斑，因而可以通過(guò)控制激光脈沖及優(yōu)化內(nèi)爆設(shè)計(jì)等方法使得DT燃料在內(nèi)爆壓縮過(guò)程中升溫7

再考慮點(diǎn)火所需能量�？禳c(diǎn)火方式需要具有MeV級(jí)能量的超級(jí)電子實(shí)現(xiàn)點(diǎn)火，度達(dá)到10i9W/cin2?102^V/cm2的激光作用于預(yù)壓縮生成的靴等離子體能產(chǎn)生這樣的子�？紤]超熱電子的產(chǎn)生和傳輸效率，則有：ED =EJrje^ch 。-8式中，Ed——點(diǎn)火激光束所需能量，J;Eb 點(diǎn)火熱斑能量，J;一一超熱電子的產(chǎn)生效率；/7ch 超熱電子的傳輸效率。根據(jù)粒子束驅(qū)動(dòng)的二維數(shù)值模擬給出的點(diǎn)火能量定標(biāo)關(guān)系可以得到：當(dāng)燃料密度300g/cm3時(shí)，點(diǎn)火熱斑能量約為18.3kJ[36]。另外實(shí)驗(yàn)給出的//e約為0.3。；/ch尚不明確與傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的擴(kuò)束及其在橫向上分布的不均勻有關(guān)。因此，點(diǎn)火激光所需的能也在數(shù)百千焦量級(jí)。綜合考慮壓縮激光與點(diǎn)火激光的能量，快點(diǎn)火方式所需的激光能仍遠(yuǎn)低于中心點(diǎn)火方式。

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4 ;簡(jiǎn)支薄壁光園筒殼和光錐殼的臨界外壓(小結(jié))[J];強(qiáng)度與環(huán)境;1974年04期

5 鐘誠(chéng),王允昌;鋼制外壓圓錐殼的工程設(shè)計(jì)——A、B系數(shù)曲線的繪制[J];壓力容器;1992年02期

6 王威遠(yuǎn);王聰;鄒振祝;;蜂窩錐殼結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性試驗(yàn)研究[J];振動(dòng)與沖擊;2007年07期

7 駱東平;趙玉喜;;環(huán)肋圓錐殼自由振動(dòng)特性分析[J];振動(dòng)與沖擊;1990年04期

8 張音翼;錐殼的扭轉(zhuǎn)變形[J];南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(工程技術(shù)版);1996年01期

9 張音翼,吳萍;錐殼的環(huán)向剪切屈曲[J];工程力學(xué);2000年03期

10 楊志鵬;祝濟(jì)之;楊飛虎;趙圣占;;錐殼結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性試驗(yàn)分析[J];強(qiáng)度與環(huán)境;2010年03期

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2 顏怡霞;徐偉芳;陳剛;黃西成;郝志明;;2A12截錐殼跌落的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬研究[A];第十二屆全國(guó)實(shí)驗(yàn)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2009年

3 顏怡霞;徐偉芳;黃西成;郝志明;陳剛;;截錐殼跌落撞擊的數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)[A];第十屆全國(guó)沖擊動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2011年

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6 黃鵬;郁向東;唐章華;;截錐殼試驗(yàn)中確定壓力值和作用位置的方法[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)（2000）[C];2000年

7 吳斌;何存富;;正交異性圓錐殼波傳播問(wèn)題的特征線法研究[A];第十屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集第Ⅰ卷[C];2001年

8 吳斌;張善元;楊桂通;;幾種參數(shù)對(duì)錐殼受沖擊載荷作用的動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響[A];第四屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（下）[C];1995年

9 徐偉芳;顏怡霞;歐陽(yáng)勇;李思忠;陳忠富;黃西成;郝志明;;截錐殼跌落彈塑性響應(yīng)試驗(yàn)研究[A];第八屆全國(guó)沖擊動(dòng)力學(xué)學(xué)術(shù)討論會(huì)會(huì)議論文集[C];2007年

10 周維民;;快點(diǎn)火錐殼靶預(yù)壓縮實(shí)驗(yàn)研究[A];中國(guó)工程物理研究院科技年報(bào)/2011年版[C];2011年

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本文編號(hào)：2772129