为了探讨载能重粒子辐照改善惯性约束聚变中所用玻璃微球的充气性能，以及热弛豫过程中改善其保气性能的微观机制，利用分子动力学的方法对载能重粒子辐照前后的SiO2玻璃在内部形成气体扩散微通道的机理进行了模拟研究。结果表明，重粒子辐照可以在SiO2玻璃中形成明显的扩散通道，说明辐照后的玻璃更适合通入Ar等较大尺寸气体；在高温高压的条件下，形成的扩散通道有逐渐关闭的趋势，辐照产生的缺陷能够在一定程度上得到修复。因此，利用重粒子辐照的方法，可在玻璃体中产生充气的微通道，该通道在高温高压下可实现关闭，从而起到开关的作用。模拟结果可为实验上通过重粒子辐照提升微球玻璃充气保气性能的方法提供理论支持，说明该方法具有可行性。

采用化学气相沉积-氧化烧结法，在不同工作压强条件下，制备了惯性约束聚变靶用空心玻璃微球（HGM）。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、VMR显微镜系统和能谱仪对HGM的表面形貌、球形度、壁厚均匀性以及成分进行了表征。分析了工作压强对HGM表面形貌、球形度、壁厚均匀性和成分的影响以及相互关系。研究表明：HGM的表面形貌随工作压强的增大而变得平滑致密，表面均方根粗糙度逐渐减小。随工作压强增大，HGM的球形度没有发生明显变化，而壁厚均匀性得到不断提高，微球中C元素浓度逐渐降低，Si元素浓度不断升高，O元素浓度基本保持不变。

为实现惯性约束聚变靶用空心玻璃微球直径、壁厚的可控,采用等离子体辉光放电聚合技术,以四甲基硅烷为掺杂气源,对化学气相沉积-氧化烧结法制备空心玻璃微球(HGM)这一制备方法进行了探索.实验结果表明:制备直径为400~600 μm、壁厚为5~15 μm的HGM,原子分数为5%是一个较合适的掺硅量,成功将微球直径和壁厚的收缩量控制在38%左右;玻璃化后样品中C含量明显降低,主要以C—Si键合形式存在,而Si含量相对增加,主要以Si—O键合形式存在;预充1.23×106 Pa氘气的微球,96 h后球内剩余气压依然高达72.95%.

为实现惯性约束聚变靶用空心玻璃微球的均匀掺杂，采用溶胶-凝胶技术结合炉内成球法，以钛酸四丁酯为掺杂剂，对钛掺杂玻璃溶胶-钛掺杂玻璃凝胶-钛掺杂干凝胶粒子-钛掺杂空心玻璃微球(Ti-HGM)这一掺钛空心玻璃微球的制备方法进行了探索。实验结果表明: 掺钛效应使空心玻璃微球壁厚均匀性、同心度有所降低，但对壁厚、直径控制基本无影响; Ti与Si原子分数比为2.23%的Ti-HGM掺杂基本均匀，近70%微球的保气半寿命在一个月以上。

为实现对惯性约束聚变(ICF)靶用空心玻璃微球(HGM)质量及性能的有效调控, 研究了精炼温度对HGM批次产品中A级HGM百分数的影响, 实验测试了不同精炼温度条件下HGM批次的平均直径和壁厚、抗张强度、对氘气的保气性能、表面粗糙度及其随时间的变化。测试结果表明：升高精炼温度并不是总有利于提高HGM的质量和性能；当精炼温度低于1600 ℃时, 满足ICF物理实验参数要求的HGM百分数随着精炼温度的增高而增加, 但是, 当精炼温度高于1600 ℃时, HGM的合格率则随着精炼温度的增高而显著下降；随着精炼温度的升高, HGM的抗拉强度快速提高, 表面粗糙度快速下降；HGM在室温下对氘气的阻气能力快速下降, 且在大气中的潮解速率和程度显著降低。

为实现对干凝胶法空心玻璃微球(HGM)渗透性能的有效调控，研究了初始玻璃配方、载气成分、精炼温度、精炼区长度、HGM壁厚对HGM渗透性能的影响。结果表明：当精炼温度低于1400 ℃时，初始玻璃配方对HGM渗透性能有显著影响。但是，随着精炼温度的升高和精炼区长度的延长，液态玻璃中碱金属氧化物的挥发比例逐渐增大，由不同初始玻璃配方制备的HGM对氘气的渗透性能逐渐趋近于相同。随着载气中氦气体积分数的降低或HGM壁厚的增大，室温下HGM对氘气的渗透系数逐渐减小。

为实现干凝胶法制备惯性约束聚变靶用空心玻璃微球(HGM)炉内成球工艺过程的有效控制, 从数值模拟和工艺实验两个方面研究了干凝胶粒子直径、比热容、发泡剂质量分数和辐射吸收系数对干凝胶粒子炉内成球过程及最终HGM性能参数的影响。结果表明, 随着干凝胶粒子直径和/或比热容的增大, 干凝胶粒子在吸热封装阶段的升温速率显著降低, 在炉内成球过程各工艺阶段的停留时间快速下降, 尤其是在精炼阶段的停留时间急剧缩短。降低干凝胶粒子的比热容和/或提高干凝胶粒子的发泡剂质量分数, HGM的直径和壁厚均匀性增大, 高质量空心球的比例也相应提高。干凝胶粒子的辐射吸收系数变化对炉内成球过程几乎没有影响。

为实现惯性约束聚变靶用空心玻璃微球的干凝胶法高效制备, 从数值模拟和工艺实验两个方面研究了载气组份对干凝胶粒子炉内成球过程及最终空心玻璃微球性能的影响。结果表明：载气组份显著影响粒子/微球与载气之间的热量和质量传递过程, 但载气组份对粒子/微球在炉内的下落速度影响很小；提高载气中氦气的体积分数可以显著提高干凝胶粒子在吸热阶段的升温速率, 更为迅速有效地完成封装过程, 这不仅使得干凝胶粒子发泡成为空心球的比例增大, 而且还有利于制备得到大纵横比的空心玻璃微球；但是, 在载气中保持适当体积分数的氩气, 有利于提高玻璃微球的表面质量和成品率。当载气中氦气的体积分数在50%~80%时, 干凝胶粒子的成球率较高, 空心玻璃微球的球形度、同心度和表面粗糙度能满足制靶要求。

以研究氚衰变β电子对玻璃微球保气性能为目标,利用XPS在线测量技术研究了电子束照射下碱式硼硅酸盐玻璃中K+离子的迁移以及由此引发的空心玻璃微球保气性能的下降。研究表明:在阈值剂量以上,随着玻璃组分中K+含量的增加,由于K+离子迁移导致的阻气特性的下降效应越明显;对于一定组成的玻璃微球,电子照射剂量越大,通道网络的形成越容易,玻璃微球的保气性能下降越迅速。

研究了载气组份、温度、压力以及微球直径和壁厚对液态空心玻璃微球在炉内运动状态的影响.结果表明:在用干凝胶法制备空心玻璃微球工艺的常用载气组份、温度和压力范围内,载气的组份、温度和压力对相同直径和壁厚的液态玻璃微球在炉内运动速度的影响小于8.3%,但载气组份和压力对液态玻璃微球运动雷诺数和韦伯数的影响很显著.玻璃微球的直径和壁厚是液态玻璃微球运动速度、雷诺数和韦伯数的重要影响因素.提高载气中的氦气含量或降低载气压力可以降低载气对液态玻璃微球的非球形化作用,提高载气温度可以降低其球形化的阻力.