為制備滿足物理實(shí)驗(yàn)要求的冷凍靶氫同位素冰層,需控制冰結(jié)晶生長過程,實(shí)現(xiàn)燃料的單晶生長,由此減少影響冰層均勻性及晶體缺陷。采用數(shù)值模擬方法研究冷凍靶溫度場(chǎng),通過可見光背光陰影成像技術(shù)在線表征了低溫下靶丸內(nèi)氘(D₂)的結(jié)晶生長行為。結(jié)果表明:當(dāng)降溫速率為0.4 K/min時(shí),在靶丸內(nèi)可重復(fù)形成D₂籽晶;通過優(yōu)化控溫過程,可顯著降低D₂晶體生長過程中形成的缺陷。

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【部分圖文】：

圖1D2冷凍靶均化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖

圖1是實(shí)驗(yàn)使用的裝置示意圖,主要包括充氣系統(tǒng)、低溫制冷及冰層在線表征(背光陰影成像)等部分。柱腔靶室內(nèi)裝有內(nèi)含99.8%高純氘氣的GDP微球,靶丸直徑為1mm,壁厚2.6μm,內(nèi)表面粗糙度<10nm。靶丸內(nèi)D2壓力為20.5KPa,采用直徑為20μm充氣管將GDP靶丸....

圖2上端18.5K、下端19.0K時(shí)的冷凍靶物理場(chǎng)

如圖3所示,實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)當(dāng)D2冰以某一種形式生長時(shí),如果發(fā)現(xiàn)冰層的生長無法達(dá)到要求,需將冰層完全融化并重新進(jìn)行冰層生長,若冰融化不徹底便開始冰層的生長,所得冰層的生長方式及最終的形貌會(huì)與上一次極為相似(稱之為記憶效應(yīng))。分析其原因,主要是因?yàn)榘型柚写嬖跉埩舯?殘留冰的晶體取向及球殼....

圖3有殘留冰存在時(shí)靶球內(nèi)D2的結(jié)晶生長行為(記憶效應(yīng))

圖2上端18.5K、下端19.0K時(shí)的冷凍靶物理場(chǎng)3.2降溫速率對(duì)籽晶形成的影響

圖4降溫速率0.4K/min時(shí)靶丸不同位置形成的籽晶

當(dāng)柱腔上下端溫度分別維持在18.5、19.0K時(shí),靶丸內(nèi)的冰層緩慢融化,然后分別開始以0.1、0.4K/min的速率降溫。當(dāng)降溫速率為0.1K/min時(shí),降溫過程中不能形成籽晶;而當(dāng)降溫速率為0.4K/min時(shí),通過背光陰影成像圖片可觀測(cè)到靶球的某個(gè)位置會(huì)快速出現(xiàn)一個(gè)小亮....

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