对于制冷机振动幅度的测量,基于夫琅和费衍射原理研制一套振动测量装置。该装置利用样品振动与干涉条纹移动量的相关性并通过视觉成像来采集干涉条纹的移动规律,从而得到被测物体的振动信息。实验中发现在测量被测物体振动信息的过程中存在影响因素,为此对影响测量结果的因素进行分析并采用PZT(Piezoelectric Transducer)对该装置的测量准确性进行验证。结果表明,所提方法能够高精度测量得到待测样品的微小位移,测量精度可达10 nm。利用该装置可以得到采取减振措施后制冷机的振动特性,为后续优化制冷机的振动水平提供技术支撑。

为了深入理解纳米Al-Ni合金低温下的电子输运过程, 使用自主研发的电磁感应加热-自悬浮定向流法制备出Al, Ni和Al-Ni纳米合金粉末, 并采用真空热压设备将纳米粉末压制成纳米晶块体, 利用自主搭建的低温热电测量系统研究了Al-Ni纳米合金的电阻率随温度(8~300 K)的变化规律。研究结果表明: Al-Ni纳米合金由于形成有序晶相而仍然与Al, Ni纳米晶一样, 电阻率随温度的降低而降低。纳米Ni3Al-Ni和NiAl-Ni在居里温度点附近出现了电阻率随温度变化的极大值点, 因为单质Ni的影响, Ni3Al-Ni的居里温度比粗晶Ni3Al提高了20 K。由于磁子-电子散射作用和声子-电子散射作用, 纳米Ni3Al-Ni, NiAl-Ni和Ni的电阻率在低温下(8~40 K)与温度呈T2和T4关系。

低温冷冻靶是惯性约束核聚变装置的关键部件之一。冷冻靶靶丸位于黑腔内部, 需要利用微管完成燃料充注。针对燃料在微管内发生气液相变后流入靶丸这一关键过程, 研究了微通道流体与常规流体流动传热的差异。基于微通道特性对流体流动传热方程进行修正, 同时建立了气液相变模型, 对微充气管内燃料充注过程进行了数值计算分析。得到重力和表面张力的影响, 在微通道中, 重力作用可以忽略, 表面张力起重要作用。得到了微尺度效应包括速度滑移和温度跳跃对流动传热过程的影响。对多种充气管结构进行比较分析, 为选型提供指导。通过选择不同进口条件和出口条件, 对充注量控制和充注条件选择提供了指导方案, 实际充注时需要同时提高进口温度和压力, 保证连续可控充注。

惯性约束聚变(ICF)冷冻靶中氘氘(D2)、氘氚(DT)等燃料冰层在靶丸中的分布由靶丸所处的温度场决定。在氘氘冷冻靶中, 垂直温度梯度引起的气-液界面张力梯度可以抵消重力作用, 使氘氘液体在靶丸内均匀分布; 然后在氘氘的三相点附近缓慢降温, 可以实现燃料冰层的均化。 在氘氘冷冻靶均化实验系统上, 采用温度梯度结合制冷速率与制冷过程控制的方法, 实现了1 mm直径、30 μm壁厚的辉光放电聚合物(GDP)靶丸中氘氘冰层的均化, 对背光阴影图像中亮环位置进行分析表明: 氘氘冰层的平均厚度为185.56 μm, 均匀度为80.2%, 模数-功率谱曲线中模数2~100对应的内表面粗糙度为2.26 μm。

基于自主研制的平面冷冻靶打靶系统及微管注入法充气/冷冻技术，探讨了不同充气速率对平面冷冻靶制备的影响。研究表明: 随着充气速率的减小，靶盒内氢气压强的变化速率越小，液化过程越明显，并且持续的时间越长; 充气速率越小，越能准确测量液氢在该温度下的饱和蒸气压。同时，确定了最佳充气速率，建立了利用饱和蒸气压标定液氢温度的方法。研制的平面冷冻靶已经成功提供ICF物理实验。

背光阴影成像是表征ICF冷冻靶燃料冰层的有效方法。基于背光阴影成像技术，冷冻靶燃料冰层原位表征技术能原位实时监测靶丸内燃料气体相变与冰层均化过程，得到打靶零前时刻燃料冰层厚度和粗糙度信息，为物理实验提供准确参数。在冷冻靶制备实验中，根据背光阴影成像的光线追迹模型和实验测得的阴影图像中的亮环位置，计算得到了均化后冷冻靶中燃料冰层的厚度以及内表面粗糙度。

通过光线追迹程序对红外光在黑腔中的传播进行模拟，得到红外光聚焦位置不同时靶壳和燃料的体加热率。模拟结果表明：当燃料冰层实现均化时，相比靶壳，燃料吸收了少部分红外光能量。靶壳和燃料的体加热率随着红外光在黑腔上的聚焦位置而改变，聚焦位置偏移量的增加，靶壳的红外光加热率峰值对应的高度角逐渐变大，而燃料的红外光体加热率逐渐变小。因此，通过改变红外光的聚焦位置对靶丸以特定的体积热率加热，从而达到燃料均化所需的温度场。

基于激光惯性约束聚变对冷冻靶燃料冰层质量的要求和红外光热效应原理, 研究了红外光对球形冷冻靶燃料冰层结构和空间分布的影响。研究结果表明: 在波长为3140 nm, 输出功率为100 μW的红外光辐射加热作用下, 冷冻靶燃料冰层在结构上逐渐由多晶向准单晶转变, 在空间分布上逐渐变得均匀, 其光学图像上的表现为出现了背光亮环。通过对亮环的分析计算, 获得了其冰层的均方根粗糙度值。

提出采用激光多普勒效应测量GM低温制冷机振动, 并搭建实验台测试了RDK-408S型GM制冷机各方向的振动大小。实验结果表明, 型号为RDK-408S的GM制冷机振动频率约为1 Hz, 轴线方向的振动最大, 约为30 μm, x方向也存在脉冲振动, 达到30 μm, 都远远大于激光约束聚变研究中所需要的振动要求, 必须采取具体措施进行减振或隔振。

阐述了冷冻靶类球面物体X射线相衬成像机理; Tracepro软件模拟研究证明了X射线相衬成像法能用于冷冻靶燃料层参数的表征; 研制了在线表征冷冻靶的X射线相衬成像实验装置, 利用该装置开展了二乙烯基苯泡沫球壳及实际氘氘冷冻靶的X射线相衬成像实验研究, 获得了玻璃微球内氘氘冷冻层X射线相衬图像, 成像分辨力达1.5 μm; 利用X射线相衬成像法可同时表征烧蚀球壳及冷冻燃料层, 为惯性约束聚变实验提供冷冻靶参数。