激光惯性约束核聚变中低温冷冻靶内固态H2，D2微观结构研究

在激光惯性约束核聚变研究中，为实现聚变反应，充有DD 或DT 气体的靶丸必须在内壁形成高度均匀、光滑、中心对称的固态层，这必须在极低温条件下实现（对DD，温度小于18.71K）。然而，由于重力作用，以及冷却过程中气体转变为液体后液体的表面张力和冷凝固化过程中的结晶，很难制备均匀分布的燃料层。要解决这个问题，必须研究极低温条件下靶丸内固态燃料层的微观结构。本项目旨在探索极低温条件下固态H2，D2 的微观结构，本课题研究拟利用一些光学方法，比如背光阴影成像，X射线相衬成像技术，XRD技术来进行对固态H2和D2微观结构的研究，从而揭示其微观结构对靶丸内壁燃料层均匀化效果。本项目的开展对低温下微/纳米传热传质研究，低温测量诊断技术，低温操作技术，低温下温度控制技术的发展和相互交融具有很高的学术价值，尤其是对惯性约束核聚变的实现具有至关重要的现实意义。

在惯性约束核聚变研究中，低温冷冻靶一直是点火攻关试验的首选靶型。要实现成功点火以及可持续燃烧，ICF靶壳层内部所形成的热核燃料冰层必须高度光滑、均匀，冰层内表面粗糙度小于1m，同时还要满足的中心对称。冷冻过程中自发形成的DT/DD燃料冰层都是多晶结构，冰层表面都非常粗糙，主要原因包括重力作用，微米/纳米传热效应，液体燃料固化过程中的表面张力，以及各种形式的振动等。因此就需要研究冷冻冰层内部微观结构及其对形成和保持DD或DT冷冻层均匀，光滑程度的影响。首先，我们采用Doppler效应对低温制冷机的振动进行了测量和分析，结果表明必须采取措施减小低温制冷机振动带来的不利影响。我们提出采用航空航天领域广泛使用的低温热开关技术来解决振动和传热两大问题。其次我们研究了压力变化以及冷却速率对燃料冰层均化效果的影响，主要采用背光阴影技术以及相衬成像技术。为更清晰地表征燃料冰层的微观结构，我们对项目组的Micro-CT装置进行了改造，对其集成了低温系统。我们还采用SEM，XRD技术研究常温下磁控溅射沉积铝/贫铀与金/贫铀镀层的界面和传热传质研究，有助于我们利用这些技术进行低温冷冻靶内燃料冰层的微观结构研究。