中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621999
惯性约束聚变(ICF)微靶(靶丸)是惯性约束聚变物理设计思想的直接体现, 其制备过程有着非常明显的特点: 精确度要求高；工件尺度小且跨度大；面向的材料范围广；靶型多, 批量小, 且数量多；结构形状复杂且多种多样；传统方式制备工艺繁琐且制备周期长。利用先进信息技术建立完备的数字化微靶制备能力, 解决关键工艺数据流程和精确度控制技术问题, 是提高微靶质量和效率的重要手段。本文通过描述数字化靶制备系统的设计目标和思想, 重点阐述了系统的制造过程和体系结构设计、技术特点、实现方法以及实施和部署方式, 并在此基础上, 展示了系统成功实施后的部分运行效果与良好的应用前景。
惯性约束聚变(ICF) 靶制备 数字化制造 信息技术 Inertial Confinement Fusion(ICF) target fabrication digitized manufacturing information technology 太赫兹科学与电子信息学报
2018, 16(4): 703
Author Affiliations
Abstract
Research Center of Laser Fusion, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, China
As the basic conditions for laser inertial confinement fusion (ICF) research, the targets are required to be well specified and elaborately fabricated. Because of the characteristics of the targets, the research and fabrication process is a systematically tough task, which needs fundamental and deep insights into film deposition, mechanical machining, precise measurement and assembly, etc. As a result, knowledge of material science, physics, mechanical as well as electronics is a necessity for target researchers. In this paper, we give introductions to the state of art on target fabrication for ICF research at Research Center of Laser Fusion (RCLF) in China.
development ICF target fabrication High Power Laser Science and Engineering
2017, 5(1): 010000e5
Author Affiliations
Abstract
1 Research Center of Laser Fusion, CAEP, Mianyang 621900, China
2 Laboratory of Precision Manufacturing Technology, CAEP, China
The designs of inertial confinement fusion (ICF) targets, which field on ShenGuang III, are becoming more complex and more stringent in terms of assembly precision. A key specification of these targets is the spatial angle alignment accuracy. To meet these needs, we present a new spatial angle assembly method, using target part’s 3D model-based dual orthogonal camera vision, which is better suited for the flexible automation of target assembly processes. The two-hands structure micromanipulate system and dual orthogonal structure visual feedback system were investigated by considering the kinematics, spatial angle measuring, and motion control in an integrated way. In this paper, we discuss the measurement accuracy of spatial angle assembly method, which compared the real-time image acquisition with the redrawing 2D projection. The result shows that the assembly method proposed is very effective and meets the requirements of angle assembly accuracy, which is less than $1^{\circ }$. Also, this work is expected to contribute greatly to the advancement of other target microassembly equipments.
ICF target fabrication spatial angle target assembly High Power Laser Science and Engineering
2017, 5(2): 020000e9
1 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
2 四川大学 化工学院, 成都 610065
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。
空心玻璃微球 干凝胶法 精炼温度 惯性约束聚变 靶制备 hollow glass microsphere dried gel method refining temperature inertial confinement fusion target fabrication 强激光与粒子束
2012, 24(11): 2607
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
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。
空心玻璃微球 干凝胶法 凝胶粒子物性 靶制备 hollow glass microsphere dried gel method gel particle property inertial confinement fusion target fabrication 强激光与粒子束
2010, 22(10): 2303
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
在4 MA以下电流驱动Z箍缩黑腔辐射特性和耦合效率研究牵引下, 研制出了柱型动态黑腔。利用CHO低密度泡沫的自持能力,结合辅助夹具解决了泡沫柱的装配及定位问题。基于负载丝受小应变作用, 丝阵和泡沫柱通过μm量级的自由滑动和转动,具备自动适应靶室环境变化能力。实验结果表明:研制出的动态黑腔在Angara-5-1装置环境中具有自动适应能力, 各项参数满足物理实验的需求, 获得的最高动力学黑腔X光辐射温度为62.7 eV, 实验结果重复性优于91.5%。
Z箍缩 动态黑腔 垂直自适应 靶制备 ICF靶 Z-pinch dynamic hohlraums self-adaptivity target fabrication ICF targets
中国工程物理研究院 激光聚变研究中心, 四川 绵阳 621900
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。
干凝胶法 空心玻璃微球 惯性约束聚变 靶制备 sol-gel technology hollow glass microsphere inertial confinement fusion target fabrication
中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
为实现玻璃微球与载气之间传热过程的定量控制,建立了玻璃微球与载气之间的热传递模型,研究了载气组份、温度、压力以及微球直径和壁厚对玻璃微球与载气之间传热过程的影响.结果表明:在干凝胶法制备空心玻璃微球工艺中常用载气组份、温度和压力范围内,载气温度和压力对玻璃微球与载气之间传热阻力的影响都可以忽略,但载气中的氦气含量对微球与载气之间传热阻力的影响很显著.随着微球壁厚的增大,玻璃微球与载气之间传热阻力显著增加.因此,改变载气中的氦气含量可以作为控制微球与载气之间传热过程的有效方法,并且随着微球壁厚的增大,提高载气中的氦气含量对增强载气与微球之间传热性能的作用逐渐增强.
空心玻璃微球 载气 传热过程 惯性约束聚变 靶制备 Hollow glass microspheres Furnace atmosphere Heat transfer Inertial confinement fusion Target fabrication
中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川,绵阳,621900
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.
空心玻璃微球 载气 惯性约束聚变 靶制备 Hollow glass microsphere Furnace atmosphere Inertial confinement fusion Target fabrication
1 同济大学波耳固体物理研究所,上海 200092
2 同济大学波耳固体物理研究所化学系,上海 200092
介绍了以激光干涉法形成正弦调制起伏图形,结合电镀图形转移工艺获得了图形模板,采用旋转涂覆等工艺将调制图形转移至掺溴聚苯乙烯薄膜的表面,获得了掺溴聚苯乙烯平面调制箔靶。研究了调制起伏图形的精确转移工艺,以SEM和台阶仪监控图形转移过程,控制耦合在调制图形上的表面粗糙度。
瑞利-泰勒流体力学不稳定性 平面调制靶 掺溴聚苯乙烯 ICF制靶技术
