针对激光惯性约束聚变装置中靶丸装配误差检测困难、要求精度高的特点，研制了一套用于微靶装配参数检测的测量系统。提出了一种基于激光与CCD的复合式测量方法，建立了二者数据融合的数学模型，通过标定空间位置关系有效地把二者的测量数据融合到同一个坐标系中，从而实现了高精度三维测量。分两种情况讨论了靶丸装配误差的检测方法。实验结果验证了这两种方法的可行性，并比较了两种方法的测量精度，其极限测量误差均不超过3 μm。

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。

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。

采用化学镀工艺在ICF聚苯乙烯靶丸表面包覆了一层磁性的Ni-P合金镀层,并分别用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪以及振动样品磁强计对其形貌、组成、结构和磁性能进行了表征.结果表明:通过化学镀工艺制备的Ni-P合金镀层厚度约为4 μm,且为非晶结构,并具有一定的磁性;该磁性ICF靶丸可望用来进行磁悬浮实验研究.最后,对聚苯乙烯靶丸表面磁性涂层的制备机理进行了讨论.

提出了一个数学模型,描述了二元混合燃料H-D和D-T在ICF低温靶丸内壁形成均匀液体层时,远端场的温度梯度和工作温度间的关系.在靶竖直方向施加一个温度梯度后,模型显示将在气液界面产生一个垂直向上的张力梯度,它将液体从靶丸底部拉到上部，适当的张力梯度抵消了重力对液层的作用,在靶丸的内壁形成了均匀的液体层.通过运用ANSYS软件对靶丸的导热情况进行了有限元分析,模型计算结果与Kim的实验数据吻合得较好,温度梯度的变化趋势也是相似的.

在质量守恒的基础上,运用拉乌尔定律和道尔顿分压定律,对以摩尔分数比为3∶3∶4比例充入到ICF靶丸内的氘气、氚气和氘化氚三元系的热核燃料,在工作温度为22,24,26,28和30 K下处于相平衡时气液两相的组分组成进行了分析讨论.结果显示:工作温度为22 K时,随着充气压强从1 MPa增大到5 MPa,液层中氘气的摩尔分数从0.251增大到0.290,氚气的摩尔分数从0.350减小到0.310;气泡中氘气的摩尔分数从0.322增大到0.365,氚气的摩尔分数从0.278减小到0.241.充气压强为5 MPa时,随着工作温度从22 K提高到30 K,液层中氘气摩尔分数从0.290减小到0.261,氚气的摩尔分数从0.309增大到0.341;气泡中氘气的摩尔分数从0.365减小到0.302,氚气的摩尔分数从0.241增大到0.298.

建立了由改造的原子力显微镜(AFM)、精密回转气浮轴系、辅助转位轴系等组成的靶丸表面形貌精密测量系统,气浮轴系的回转精度达0.049μm,实现了对激光核聚变靶丸3个正交方向上完整圆周迹线的测量.对选定靶丸的测量数据进行了球度、表面粗糙度及功率谱分析.结果表明:其球度值为0.42μm;模数范围为2～10,11～50,51～100及101～1 000对应的表面粗糙度值平均为105.7,12.2,6.2,18.25nm;并得出了平均1维功率谱-模数关系曲线.

利用靶丸内部的质量守恒,提出了计算惯性约束聚变靶丸内液氢层厚度的函数关系式,从而得到了求解惯性约束聚变靶丸内液氢层厚度的一般模型,并在此基础上对影响液氢层厚度的各类因素如温度、充气密度等进行了讨论.该模型的分析方法同样适用于惯性约束聚变中的燃料气体氘、氚或者氘氚混合物.