1 西南科技大学 材料科学与工程学院，四川 绵阳 621000
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900
基于适用于整个克努森数范围的流动理论，建立了去除惯性约束聚变实验中靶丸内空气的理论模型，并设计实验验证了此模型的可靠性。物理实验要求靶丸内空气浓度低于10×10?6，数值模拟了去除靶丸内空气的过程，重点分析了靶丸内空气浓度、压力与除气时间的关系。计算并比较了单管路一次抽气法、单管路循环抽气法与双管路流洗法三种去除靶丸内空气方法的时间成本。数值计算结果表明：单管路一次抽气法中，靶丸上的微通道的存在对去除靶丸内空气所需时间的影响不可忽略，在考虑靶丸上微通道与充气管的情况下，需要1961.77 h才能使靶丸内的空气浓度达到标准。单管路循环抽气法中，抽气次数与单次抽气程度会影响去除靶丸内空气所需总时间，在单次抽气程度值取最优的情况下，采用充三次，抽四次的方案可使达标总时间减少至1 h左右，此方案下单次充气和抽气时间分别为6 min和10 min。而采用双管路流洗法则仅需11 min便可使靶丸内空气浓度达标。
抽气 充气 微管 自由分子流 数值模拟 evacuation gas filling microcapillary tube free molecular flow numerical simulation 强激光与粒子束
2021, 33(4): 042001
强激光与粒子束
2020, 32(3): 032001
1 西南科技大学 材料科学与工程学院, 四川 绵阳 621010
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
聚α-甲基苯乙烯(PAMS)是制备激光惯性约束聚变(ICF)用靶丸的重要芯轴材料之一。采用快速热解气相色谱-质谱法(Py-GC-MS)和热重分析技术(TG/DTG)分析了不同分子量PAMS的热降解产物和热降解温度, 并通过Arrhenius方程计算了不同分子量PAMS的等温热降解活化能。结果表明: 分子量对PAMS热降解产物的影响可忽略不计, 其热降解产物均为α甲基苯乙烯单体, 且产率均接近100%; 热降解温度随PAMS分子量的增加而降低, 其热降解温度介于240~450 ℃之间; 在相同降解率下, 随分子量的减小, PAMS的热降解活化能增加, 且PAMS的热降解活化能随着热降解率的增加而增加。
聚α-甲基苯乙烯 热降解 分子量 活化能 激光惯性约束聚变 poly-alpha-methylstyrene thermal degradation molecular weight activation energy inertial confinement fusion (ICF) 强激光与粒子束
2018, 30(11): 112001
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
2 西南科技大学 材料科学与工程学院， 四川 绵阳 621010
对空心玻璃微球(HGM)在高温充气过程中的表面形貌进行了研究。分析局部晶化出现的时间和条件，并通过其表面形貌、成分分析探究了其随时间的变化规律。研究结果表明：影响HGM高温充气后表面形貌的因素主要有充气温度和充气压力；充气温度越高、压力越大表面形貌发生变化所需时间越短。导致表面形貌变化的本质原因是结晶分相，结晶成分主要由Na,B等元素组成。HGM的表面结晶分相使其表面粗糙度大幅度升高，但随着脱离充气环境后放置时间的延长而又逐渐降低。其表面粗糙度降低的主要原因是Na,B等元素的逆向迁移。
空心玻璃微球 表面粗糙度 结晶 分相 hollow glass mircospheres surface roughness crystallization phase separation 强激光与粒子束
2018, 30(4): 042001
1 哈尔滨工业大学 机器人技术与系统国家重点实验室, 哈尔滨 150000
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
惯性约束聚变试验中,对大批量的聚变靶球的表面质量进行检测和分类是一项重要的工作。传统的人工检测分类方法效率低,精度差,难以满足实际需要。提出了一种基于计算机视觉的缺陷检测及分类方法。该方法在获取待测微球的显微图像之后,通过设置兴趣区域提取圆内部的像素点,并以此绘制灰度直方图。然后计算其累积分布函数,经归一化处理之后对分布函数进行分段线性拟合。最终根据拟合后的分布函数,提出均匀性和透光性两个参数用于定量表示微球的表面质量,很好地实现了光滑、粗糙和畸形三种类型的微球的分类。实验结果表明,该检测分类方法的准确率均在90%以上,处理1280×960分辨率的包含20个微球的图像平均只需300 ms,准确高效,可扩展性强。
计算机视觉 微球 缺陷检测 模式识别 分类器 computer vision microsphere defect detection pattern recognition classifier 强激光与粒子束
2017, 29(8): 084102
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为了改善臭氧处理聚苯乙烯(PS)单层球与聚乙烯醇(PVA)溶液生成的双层乳粒在油相中的分散性,提高大尺寸双层球的成活率,在双层球制备过程中采用了非离子型表面活性剂Tween 20 (T-20)来改性该种PS单层球。结果表明经表面活性剂T-20改性后显著降低了PS薄膜的亲水接触角,提高了PS与PVA间的相互作用,同时也大幅度提高了PS薄膜对PVA的吸附速率。红外光谱和紫外-可见分光光度计的测试结果证明：在PVA固化过程中,由于PVA与T-20的相比太大,PS表面吸附的表面活性剂T-20部分会被PVA置换、迁移至PVA溶液中。 T-20的迁移提高了制备双层球过程中水相与外油相的粘度比且显著降低PVA溶液表面张力,从而有利于实现双重乳粒在油相中的单分散。因此,T-20是制备大尺寸PS-PVA双层空心微球有效的表面活性剂。
惯性约束聚变 大尺寸双层空心聚合物微球 乳液微封装法 表面改性 PS-PVA双重乳粒 分散性 inertial confinement fusion large-diameter double layer hollow microspheres emulsion micropackaging surface modification PS-PVA double emulsion distribution 强激光与粒子束
2015, 27(12): 122007
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
为提高惯性约束聚变（ICF）点火靶尺度（约2 mm）聚苯乙烯（PS）空心微球的球形度,研究了油相与外水相界面张力、初始油相质量分数和固化旋转流场转速对PS微球球形度的影响。结果表明,将双重乳液体系外水相中的表面活性剂聚乙烯醇（PVA）替换为聚丙烯酸（PAA）后,油相与外水相之间的界面张力增大了约10倍,PS空心微球的球形度显著提高,球形偏离度小于1 μm的微球比例由5%增加至约50%；但是,在较宽范围内改变油相初始质量分数及旋转固化流场转速,对PS微球球形度的影响并不显著,球形偏离度值小于1 μm的PS微球比例介于40%~60%之间。
乳液微封装 双重乳液 聚苯乙烯空心微球 球形度 界面张力 microencapsulation double emulsion polystyrene capsule sphericity interfacial tension 强激光与粒子束
2015, 27(9): 092009
1 西南科技大学 材料科学与工程学院, 四川 绵阳 621010
2 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
在乳液微封装技术制备聚苯乙烯空心微球的工艺中，固化过程是决定微球球形度及壁厚均匀性的关键阶段。基于乳粒发生器制备内径(850±10) μm、壁厚(250±25) μm的复合乳粒，以25 ℃,45 ℃和65 ℃作为固化温度，考察了固化温度对微球球形度和壁厚均匀性的影响。结果表明，固化温度越低，界面张力越高，乳液固化速率越慢，微球球形度和壁厚均匀性越好。当固化温度为25 ℃时，批次微球中球形偏离值优于2 μm的微球产率为90%，壁厚偏差值优于2 μm的微球产率为40%，明显优于固化温度为45 ℃和65 ℃时微球的质量。
乳液微封装技术 聚苯乙烯 固化温度 球形度 壁厚均匀性 emulsion microencapsulation method polystyrene curing temperature sphericity wall thickness uniformity 强激光与粒子束
2015, 27(9): 092005
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳621900
以溶胶-凝胶法制备掺钛干凝胶,采用冰乙酸控制钛酸四丁酯水解,结合钛源与硅源独立预水解技术制备前体掺钛溶胶和凝胶.考察了溶剂量、抑制剂量和掺钛量对溶胶稳定性和均匀性的影响,以及老化、干燥条件和掺钛量对凝胶均匀性的影响,并优化了工艺参数.结果表明,冰乙酸能够有效地控制钛源水解并改善溶胶均匀性,结合钛源和硅源独立预水解技术,能够可控地制备出掺钛溶胶.在乙醇与醇盐物质的量比为5、冰乙酸与钛酸四丁酯物质的量比为6、钛硅原子数比为2%~20%的条件下可以得到均匀、稳定的溶胶.钛硅原子数比低于10%的溶胶在100 ℃老化24 h,100 ℃开放条件下干燥24 h能够形成均匀的干凝胶.钛硅原子数比高于10%的凝胶在干燥过程中析出氯化钠,得不到均匀的凝胶.
溶胶-凝胶 掺钛 玻璃 干凝胶 sol-gel titanium doped glass dried gel 强激光与粒子束
2015, 27(6): 062002
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 西南科技大学 材料科学与工程学院, 四川 绵阳 621010
为研究分子量对聚-α-甲基苯乙烯(PAMS)空心微球的乳液微封装制备过程中乳液固化速率的影响, 实验采用分子量为300~800 kg·mol-1的3种PAMS作为油相, 测量在聚乙烯醇(PVA)和聚丙烯酸(PAA)两种外水相环境下, PAMS/氟苯(FB)乳液直径、油相浓度和FB扩散通量随固化时间的变化。结果表明, 随PAMS分子量减小, PAMS油相浓度上升趋势变慢, FB扩散通量的峰值在分子量为300 kg·mol-1时达到最小。因此, 可通过降低PAMS分子量的方式来延长乳液的固化时间, 从而降低FB的扩散速率, 使乳液有足够时间调整形变有利于获得良好的微球球形度。
聚-α-甲基苯乙烯 固化 扩散通量 乳液 poly (alpha-methylstyrene) solidification diffusion flux emulsion 强激光与粒子束
2015, 27(3): 032030
