基于脉冲激光沉积富硼B-C薄膜的关键技术研究

惯性约束聚变技术是当前研究热点，其基本原理为利用高功率激光照射装有氘氚燃料的靶丸从而引发热核爆炸。为进一步提高核聚变反应效率，必须寻求新的高增益靶丸。富硼B-C薄膜靶丸即能吸收中子有效控制核聚变又能最大程度保证氘氚燃料的安全，从而成为代表性的新型高增益靶丸。申请项目拟采用放电等离子烧结技术快速反应烧结高纯、致密以及组分可控的富硼B-C陶瓷块体；分别以烧结所得富硼B-C陶瓷靶和B-C复合靶为靶材，利用脉冲激光沉积技术制备出厚度均匀、结构完整、组分分布广泛的富硼B-C薄膜。重点研究制备满足高增益靶丸使用要求的富硼B-C陶瓷块体及其薄膜的关键制备技术，如设计方法与制备工艺；研究原料配比、烧结工艺及沉积工艺对富硼B-C陶瓷和薄膜的组分、物相、微观结构、纯度、致密度等的影响，研究非均质复合靶的成膜机理。最终为我国的核聚变点火装置用高增益靶丸的制备提供高品质的富硼B-C薄膜与合理的薄膜沉积工艺路线。

惯性约束聚变技术是当前研究热点，其基本原理为利用高功率激光照射装有氘氚燃料的靶丸从而引发热核爆炸。为进一步提高核聚变反应效率，必须寻求新的高增益靶丸。镀有富硼B-C薄膜靶丸即能吸收中子有效控制核聚变又能最大程度保证氘氚燃料的安全，从而成为代表性的新型高增益靶丸。.本研究首先采用放电等离子烧结技术，以硼粉、碳粉为原料，在1900 °C下制备出了相对致密度大于95%的B-C陶瓷，且晶粒尺寸在亚微米量级。B-C陶瓷的主相为富硼相B13C2，硼、碳原子比在3.0~5.5范围内可控。然后，分别以烧结所得富硼B-C陶瓷靶与B-C拼合靶为硼、碳源，利用脉冲激光沉积技术制备出了厚度均匀、结构完整、组分分布广泛的富硼B-C薄膜。薄膜中的硼、碳比分别在2.9~4.5与0.1~8.9范围内可控。最后，对拼合靶的沉积过程进行了理论分析与模拟计算，研究了成膜机理。.本工作重点研究制备满足高增益靶丸使用要求的富硼B-C陶瓷块体及其薄膜的关键制备技术，如设计方法与制备工艺；研究原料配比、烧结工艺及沉积工艺对富硼B-C陶瓷和薄膜的组分、物相、微观结构、致密度等的影响，研究非均质拼合靶的成膜机理。最终为我国的核聚变点火装置用高增益靶丸的制备提供高品质的富硼B-C薄膜与合理的薄膜沉积工艺路线。