低密度黑腔功能层材料设计及微结构控制技术研究

Large-scale laser-plasma interactions in hohlraum is one of the most uncertain factors for indirect-drive inertial confinement fusion (ICF), thus recent research interests on ignition hohlraum with the application of new materials and structures have been motivated. Based on the numerical simulations of steady state linear theory and radiation hydrodynamics, the present study aims to design doped porous ZrB2 film as hohlraum liner, which has effects of improving X-ray conversion efficiency and inhibiting stimulated Brillouin scattering (SBS). .This study will focus on the fabrication of doped porous ZrB2 film using codeposion-dealloying and glancing angle deposition. The microstructure modulation method of porous film will be investigated in detail. The objective of this study is to reveal the formation mechanism of ZrB2 nanoporous microstructure, and to obtain the effect mechanism of microstructure for porous ZrB2 film on the features of laser to X-ray conversion. It is believed that this work could provide a promising method to design, fabrication and performance assessment of ignition hohlraum for our country’s indirect-drive inertial confinement fusion.

黑腔内大尺寸激光等离子体相互作用是点火环节中最不确定的两个因素之一，发展新材料、新结构用于点火黑腔具有重要的科学意义和工程应用价值。本项目针对提高黑腔激光-X射线转换效率、抑制激光等离子体受激布里渊散射的需求，基于稳态线性对流理论和辐射流体力学在较大尺度的等离子体环境下的模拟结果，设计具有转换和减散作用的多孔ZrB2功能层。项目重点探索磁控溅射共沉积-去合金化法及倾斜沉积法的低密度掺杂ZrB2多孔薄膜制备技术，研究多孔薄膜的微结构控制方法，揭示纳米多孔ZrB2微结构的形成机理，同时开展低密度ZrB2可控多孔结构对激光-X射线转换特性的影响规律研究，为我国间接驱动激光惯性约束聚变用点火黑腔的设计、制备及性能评价奠定基础。

黑腔作为间接驱动惯性约束聚变靶的一个重要组成部分，直接关系到驱动器能量的转换效率及辐射场的均匀性、干净性。本项目针对提高黑腔激光-X光转换效率、抑制激光等离子体受激布里渊散射的需求，设计了兼具转换和减散作用的多孔ZrB2功能层，深入研究微结构可控的ZrB2多孔薄膜制备技术及其基础问题。研究了黑腔功能层密度对腔壁能量损耗、腔内等离子体运动的作用机理，评价了功能层低Z元素掺杂对受激布里渊散射份额的影响；开展了共沉积-去合金化法制备ZrB2多孔薄膜的可行性研究，研究了基于倾斜沉积法的ZrB2多孔薄膜制备及微结构调控技术，探讨倾斜角度、旋转方式、基片微结构等对多孔薄膜密度、形貌结构的影响规律，以光刻模板为基底实现了黑腔功能层用ZrB2点阵结构多孔薄膜原位制备及微结构调控；开展了激光与黑腔功能层相互作用物理分解实验研究，实验结果表明低密度黑腔功能层可显著抑制腔内等离子体膨胀，同时低Z元素掺杂有利于降低受激布里渊散射散射份额。本项目的研究加深了对黑腔功能层设计、制备及性能评价方面的认识，为新材料、新结构在高性能黑腔上的应用提供了研究基础。