Author Affiliations
Abstract
1 Research Center of Laser Fusion, CAEP, Mianyang 621000, PR China
2 P.O.Box 413, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, PR China
Outside surface fluctuations of inertial confinement fusion (ICF) capsule greatly affect the implosion performance. An atomic force microscope (AFM)-based profilometer is developed to precisely characterize the capsule surface with nanometer resolution. With the standard nine surface profiles and the complete coverage data, 1D and 2D power spectra are obtained to quantitatively qualify the capsule. Capsule center fast aligning, orbit traces automatic recording, 3D capsule orientation have been studied to improve the accuracy and efficiency of the profilometer.
inertial confinement fusion target design and fabrication High Power Laser Science and Engineering
2017, 5(3): 03000e21
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 哈尔滨工业大学 精密工程研究所, 哈尔滨 150001
3 扬州大学 水利与能源动力工程学院, 江苏 扬州 225127
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-α-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 靶丸 制备 参数表征 充气 laser driven inertial confinement fusion capsule preparation characterization gas-filling 强激光与粒子束
2015, 27(3): 032024
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
作为柱腔填充材料，泡沫材料在装配后的形变特征是重要参数，需要精确表征。光学干涉技术可以获得样品表面以下1~2 mm深度内的层析结构图像，进而获得相关形变特征信息。利用光学干涉技术开展了对柱腔内泡沫质量的表征研究。搭建了一套基于低相干光源的光纤干涉系统，得到了装配后泡沫的二维和三维内部结构图像，空间测量分辨率好于10 μm。通过泡沫图像检测出萃取后存在表面或内部形变的泡沫样品，为装配后泡沫质量的表征提供了依据。
惯性约束聚变 泡沫 装配 光学干涉 三维成像 inertial confinement fusion foam assembly optical interferometry three-dimensional imaging 强激光与粒子束
2013, 25(12): 3282
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 哈尔滨工业大学 精密工程研究所, 哈尔滨 150001
理论分析了利用X射线同轴离焦相衬成像法测量金黑腔内塑料中心微球位置的可行性, 在此基础上进行了实验研究。实验结果证明, 由于低Z低密度材料对高能X射线有相位调制作用, 因此仍能够形成一定的图像反差, 这种效应并不依赖X射线的能量, 因此在一定的尺度范围内, 可以实现高Z高密度材料与低Z低密度材料在高能X射线下同时成像, 克服了传统吸收成像的不足, 最终实现了内爆靶装配参数的精密检测。
惯性约束聚变 内爆靶 金黑腔 X射线相衬成像 装配参数检测 inertial confinement fusion implosion target golden holhraum X-ray phase contrast imaging assembly parameters measurement 强激光与粒子束
2012, 24(11): 2627
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
采用超精密车削技术加工微尺度正弦波调制曲面微结构，解决了尖刃金刚石刀具刃磨和刀具对中等关键技术，研究了进给量、背吃刀量和主轴转速等主要切削参数对铜模板表面粗糙度的影响规律。加工出波长为（20～150）μm±0.5 μm﹑峰谷高度差为（0.2～20）μm±0.1 μm的带正弦波调制曲面。采用原子力显微镜对模板表面轮廓扫描，在20 μm×20 μm的范围内，其表面粗糙度均方根值小于10 nm。将正弦波调制曲面测量结果与理论轮廓进行比较，采用最小二乘寻优算法评定轮廓误差。完成了曲面轮廓的功率谱表征，利用加工的曲面微结构制备了平面调制靶，实现正弦波调制曲面轮廓的精确转移。
瑞利-泰勒不稳定性 平面调制靶 超精密车削 功率谱 Rayleigh-Taylor instability surface perturbation target ultra-precision turning power spectrum
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
利用较高能量的X射线对聚苯乙烯（PS）微球进行离焦相衬成像，球壁内密度变化较大的微小气泡的边缘衬度得到有效增强，从而在灰度变化较平滑的微球整体图像中凸显出来，分析了衬度来源及相关因素。实验采用微焦斑的X射线管及CCD作为光源及探测器，图像分辨力约为2 μm，在能量为20～30 keV时，实现了PS微球缺陷快速检测，为微球制备工艺的改善和提高提供了快速有效的监测手段。
PS微球 相位物体 微气泡缺陷 相衬照相 polystyrene shell phase object micro-bubble phase-contrast imaging
1 西安交通大学 机械制造系统工程国家重点实验室, 西安 710049
2 郑州轻工业学院 机电学院测控教研室, 郑州 450002
3 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
提出一种基于激光与CCD的复合式测量方法, 结合二者的优势, 通过测量同一标准球球心的位置标定出了二者光轴的位置关系, 有效地把二者测量的数据融合到同一个坐标系中, 从而实现高精度的3维测量。在对所测靶丸表面数据进行去噪处理后, 采用拟牛顿法, 以CCD所测惯性约束聚变(ICF)靶丸直径作为部分待求参数的初始值, 可以有效避免该方法容易陷入局部最优化的缺陷。从而快速、准确地实现靶丸球度误差的测量。分别在两种测量模式下进行了实验, 结果验证了该方法的有效性与鲁棒性。
惯性约束聚变 靶丸球度误差 复合式测量 误差补偿 拟牛顿法 inertial confinement fusion target sphericity error compound measurement error compensation quasi-Newton method
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 哈尔滨工业大学 精密工程研究所, 哈尔滨 150001
发展了背光阴影成像技术, 用于诊断透明ICF冷冻靶冰层内表面质量。分析了单层球壳阴影图像中形成亮环的物理机制。用光学追迹软件Tracepro模拟产生了透明单层球壳的阴影图像, 用于研究亮环位置与球壳厚度及折射率的关系。建立了背光阴影成像实验装置, 获得了透明单层球壳具有明显亮环的实验阴影图像。编制了阴影图像处理软件, 获得了靶丸内表面1维功率谱曲线, 并据此计算出靶丸内表面均方根粗糙度。理论分析、软件模拟及实验研究均表明, 背光阴影成像技术是透明冷冻靶冰层内表面质量的有效诊断方法。
几何光学 背光阴影成像 功率谱分析 ICF靶丸 表面粗糙度 geometrical optics backlit shadowgraphy power spectrum analysis ICF capsule surface roughness 强激光与粒子束
2010, 22(12): 2880
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 哈尔滨工业大学 精密工程研究所, 哈尔滨 150001
针对多层靶丸X射线数字图像的成像原理和轮廓边缘进行了理论分析;推导了由靶丸边缘特征点确定靶丸圆心和半径的精确最小二乘拟合算法;对于不同类型(阶跃状或屋顶状)的靶丸图像边缘, 采用均化二阶微分算法或径向吸收强度最小二乘洛伦兹型拟合寻峰算法获取亚像素精度的靶丸圆周轮廓边缘数据;应用快速傅里叶变换算法对靶丸圆周轮廓数据进行分析, 获得了靶丸表面外轮廓或内轮廓模数-功率谱特征曲线。
ICF靶丸 X射线图像 轮廓分析 模数-功率谱 ICF shell X ray image profile analysis power spectrum as a function of mode number 强激光与粒子束
2010, 22(12): 2925
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
阐述了利用X射线相衬成像技术研究高分子有机泡沫材料微观结构的原理及方法,理论分析及实验结果表明, X射线相衬成像方法可以在相当大的程度上提高低Z聚合物泡沫材料的成像衬度。将相衬成像技术与计算机层析成像技术相结合, 获得了泡沫样品的3维骨架结构分布, 同时, 提出利用统计切片骨架“粒子”质心分布的方法来表征其密度分布均匀性。结果说明, 该方法能够在微观层次上实现对泡沫样品3维密度分布的完备表征。
泡沫密度 X射线相衬成像 层析成像 惯性约束聚变 foam density X-ray phase contrast imaging computed tomography inertial confinement fusion 强激光与粒子束
2010, 22(10): 2331
