在高功率激光装置冷冻靶系统中，靶架的细长悬臂梁结构对冷冻靶内部振源有着较大的振动响应，从而会影响装置的束靶耦合精度。针对该问题，研究了长悬臂梁的附加式减振结构，在不增加整体外形尺寸和质量的前提下，通过增加悬臂梁支撑点的方式增大结构比刚度，从而优化其振动响应特性。以美国国家点火装置（NIF）中的靶架作为研究设计主体，通过建立数学模型明确了响应函数的主要、次要影响参数；利用ANSYS有限元模拟的方法确定了重要工程参数的取值范围；通过自主搭建的实验台模拟了不同工况下的振源并对减振靶架进行测试，最佳方案中的振幅优化率为91.7%，冲击收敛时间优化率为77.1%，固有频率达到183 Hz，证明了所设计的减振结构对长悬臂梁的振动响应特性有较好的优化作用。

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。

基于低振动低温恒温器，建立了一套用于冷冻靶参数测量的马赫-曾德尔激光干涉显微系统。考虑光折射效应，推导出了靶丸光程差随入射角变化的完整表达式。在低温环境中，当燃料固化或完全气化时，分别获取了靶丸中心存在条纹时的干涉图。基于干涉条纹形状分析法，利用光程差表达式分别计算了靶丸壁厚及靶丸内燃料气体浓度。同时，用非破坏性方法对气体浓度测量结果进行了实时标定。两种方法给出的结果之间的相对误差小于5%。

低温红外目标源是测试和标定低温红外传感器的响应线性度和非均匀性的关键测试设备。对所研制的低温红外目标源设备的工作原理进行了论述，同时基于有限元分析方法，以ANSYS软件为载体对黑体面源控温方式及温度场分布进行模拟分析，并进行了测温实验。结果表明：所研制的低温红外目标源结构设计合理，仿真温度场与实测温度场分布规律一致，控温精度不大于0.5 K，黑体面源温度分布均匀，表面温差不大于0.2 K，稳定性好(≤0.1 K/min)，可以满足低温红外系统的测试和检定要求。

冷冻靶是实现惯性约束聚变高能量增益的重要靶型.冷却臂是冷冻靶的重要部件之一,通过它将冷源与铝套筒相连接,用于获得靶丸内均匀氘氚冰层时所需的精确温度,同时冷却臂也用于均匀夹持铝套筒.首先测试分析了硅材料在深低温下的热传导系数,表明硅材料在该温区具有优异的热传导能力.研究了硅冷却臂结构参数对冷却臂温度场分布的影响.分析不同晶向硅冷却臂周向均匀夹持铝套筒的特性,提出基于(111)晶向硅片研制冷却臂.研究了冷却臂力臂夹持力和共振频率,并对硅冷却臂的热-结构耦合进行分析.最后设计具有16个夹持力臂的二级分叉结构的冷却臂.基于微电子机械系统技术研制了硅冷却臂样机,并测试了冷却臂的侧壁垂直度和力学特性.将研制的硅冷却臂与铝套筒进行装配,表明冷却臂中力臂的力学特性能够实现对套筒的夹持.

为了研究辐射换热对惯性约束聚变间接驱动靶系统的温度场影响,建立了带有辐射屏蔽罩的冷冻靶系统数值计算模型,利用FLUENT软件的离散坐标辐射模型分析了系统的辐射换热,并对影响辐射换热的相关结构和参数进行了模拟优化.结果表明：采用双层屏蔽罩、减小屏蔽罩的发射率、增大屏蔽罩的散射分数和金腔的吸收率、增设暴风窗,均可有效减小靶丸与外界的辐射换热,从而改善靶丸表面的温度均匀性.

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。

提出一种克服由于冷冻靶制冷系统和真空系统工作时引起的振动所带来的干涉图像抖动的方法。通过两个完全相同的CCD同步捕获冷冻靶干涉图像和空间位置图像,以位置图像来标定冷冻靶的振动情况,从而获得冷冻靶在不同状态下的干涉图像。在标定冷冻靶位置的过程中,提出了频率估计、投影标定、特征匹配和全匹配这4种算法,并给出了对应的数字图像处理算法流程。

理论分析了氘氚层外表面的温差与其粗糙度间的关系;以法国兆焦激光装置LMJ为原型,利用计算流体力学程序Fluent,分别模拟了靶丸轴向偏离黑腔中心不同尺度和烧蚀层存在不同大小的非均匀厚度对氘氚层温度分布的影响,求得了这两种误差引起氘氚层厚度的非均匀度。结果表明:为了满足点火靶的要求,靶丸轴向偏离腔体中心的尺度须在8.5 μm内,烧蚀层轴向粗糙度则应控制在0.72 μm内。

利用计算流体力学的程序Fluent,以法国的兆焦激光装置LMJ为原型,研究了惯性约束聚变间接驱动靶中黑腔内填充气体的自然对流传热效应对靶丸温度分布的影响;通过在黑腔内加入聚合薄膜,减小靶表面的温度不均匀性,得到了最佳腔体分隔模式;并在分隔成7个分区的腔体中,结合调整黑腔壁上下冷却环的温度,当两冷却环之间存在±0.5 mK 的温差时,使得靶丸表面的温度均匀性最终能够满足聚变的要求。