Au黑腔内表面能量转换层低密度纳米结构化的研究

In inertial confinement fusion (ICF) research, the hohlraum as an important indirect-drive energy conversion unit plays a vital role in simulating nuclear explosions and fusion ignition experiments. ICF experiments demand for hohlraum which has high X -ray conversion efficiency, low hohlraum wall energy loss and high radiant temperature. Herein, by using vacuum coating technology, dealloying technology, template technology and pulse plating technology, this project aims to conduct research on fabricating low density nanostructured inner layer of Au hohlraum. Exploring the process of the formation mechanism of the alloy Au nanostructures and its effect on X-ray conversion efficiency and hohlraum wall energy loss. The hohlraum with low density nanostructured energy conversion layer can enhance X-ray conversion efficiency and reduce hohlraum wall energy loss. Therefore, reducing energy drive threshold which physics experiments required, reducing optics ablation and other important cost reduction effect. For this reason, the study of low density nanostructured energy transfer inner layer of Au hohlraum is to become one of the important current directions, with a strong urgency and necessity.

在惯性约束聚变研究中，黑腔作为间接驱动的能量转换单元，其对聚变点火等物理实验起着至关重要的作用。基于惯性约束聚变物理实验对高X射线转换效率、低黑腔壁能量损失和高辐射温度黑腔的需求，本项目旨在利用真空镀膜技术、去合金化技术、模板技术以及脉冲电镀技术等，开展Au黑腔内表面能量转换层低密度纳米结构化的研究，探究在去合金化过程中Au纳米结构的形成机理及能量转换层在提高Au黑腔X射线转换效率和降低黑腔壁能量损失等方面的作用。通过在黑腔内表面制备出具有低密度纳米结构化的能量转换层，可使黑腔的X光转换效率得到大幅度增强，黑腔壁损失能量会降低，于是就可以起到降低物理实验对驱动器要求的能量阈值、减轻光学器件烧蚀、降低成本等重要作用。为此，开展Au黑腔内表面能量转换层低密度纳米结构化的研究成为当前我国黑腔制备技术研究中的重要方向之一，具有强烈的紧迫性与必要性。

在惯性约束聚变研究中，黑腔作为间接驱动的能量转换单元，其对聚变点火等物理实验起着至关重要的作用。基于惯性约束聚变物理实验对高X射线转换效率、低黑腔壁能量损失和高辐射温度黑腔的需求，本项目利用真空镀膜技术、去合金化技术、模板技术以及脉冲电镀技术等，开展了Au黑腔内表面能量转换层低密度纳米结构化的研究。探究了靶间距、工作气压和沉积温度对厚金属薄膜应力的影响规律，有效解决了厚金属薄膜因应力过大导致的脱落、碎裂等问题，获得了质量良好的柱状芯轴表面合金或多层厚金属薄膜（5~20 μm）。通过实验设计和测试分析，明确了合金制备和热处理过程中Au等原子扩散分布规律；获悉了去合金化过程中低密度Au纳米结构的形成机理；在传统柱形Au黑腔内表面制备了厚度约10μm，密度可控的低密度纳米结构Au能量转换层。通过去合金化前的二次热处理技术和超临界二氧化碳干燥技术有效解决了低密度层和块体密度Au层之间结合力差的问题，以及低密度纳米结构层结构坍塌的问题。Au黑腔内表面低密度纳米结构能量转换层的制备技术研究和获得的相关样品，为激光惯性约束聚变间接驱动用高品质黑腔提供了一定的技术支撑。此外，在制备Au黑腔内表面低密度能量转换层的技术基础之上，实现了三种不同类型的纳米多孔Au结构体系的制备，包括纳米孔隙沿z方向梯度变化的梯度纳米多孔金，Au纳米结构呈岛状分布的岛状纳米多孔金以及具有三维(3D)“热点”结构的纳米多孔Au半球壳阵列结构。并利用有限时域差分算法(FDTD)方法模拟了电场分布情况以揭示其拉曼增强机理。这三种表面增强拉曼基底可稳定、均匀有效的增强荧光分子的拉曼信号，为单分子检测等打下了一定的技术基础