哈工程核學(xué)院第一個課程設(shè)計第三章4(已修改)
2025-02-26 00:05 本頁面
【正文】 慣性約束聚變 Inertial Confinement Fusion 靶丸的設(shè)計與生產(chǎn) 一、靶丸設(shè)計的一般要求 ICF靶丸的設(shè)計是一項極其復(fù)雜和困難的任務(wù) ， 目前 ICF靶丸的設(shè)計有兩大類型： ?一類叫直接驅(qū)動型 ， 有較長的發(fā)展歷史并有大量的文獻報道； ?另一類叫間接驅(qū)動型 ， 因與核武器設(shè)計有關(guān) ， 處于保密狀態(tài) 。 雖然靶丸設(shè)計因?qū)嶒災(zāi)康牟煌兴町?， 但一般來說 ， 對慣性約束聚變靶丸要求如下： （ 1） 其中必須含有毫克級的 DT燃料 ， 以保證產(chǎn)生足夠的核聚變反應(yīng) 。 這些靶丸聚變爆炸產(chǎn)生的沖擊波的破壞作用有限 ， 完全在可控的范圍內(nèi) 。 （ 2） 靶丸要有合適的大小 ， 直徑大約在毫米量級 。由于驅(qū)動束的能量限制 ， 靶丸不能太大 ， 靶丸越大需要的驅(qū)動束的能量越高 。 由于束流聚焦的限制 ， 靶丸不能太小 ， 若靶丸很小 ， 而束流焦斑比較大時 ， 大部分束流就會白白浪費 。 希望聚變反應(yīng)產(chǎn)生的帶點粒子能對等離子體進行自加熱 ， 要求靶丸的半徑要大于粒子的射程 ， 靶丸不能太小 。 （ 3） 靶丸的構(gòu)造有利于束流的能量沉積和容易得到高的能量增益 。 靶丸應(yīng)是完全球形且具有 多層結(jié)構(gòu) ，每一層的厚度要 均勻 ， 各層要 高度同心 ， 靶丸表面必須有很高的 光潔度 ， 靶丸材料中能產(chǎn)生 長壽命的放射性同位素 的核素應(yīng)盡量少等 。 這些因素中有些相互制約 ， 因此制備比較令人滿意的靶丸需進行各因素的綜合平衡 。 （ 4） 從將來的聚變堆應(yīng)用考慮 ， 靶丸的生產(chǎn)工藝還應(yīng)該簡單 ， 價格要便宜 ， 還要易于操作和儲存 。 另外 ， 現(xiàn)在人們對 ICF的各種物理過程了解得并不很清楚 ， 多數(shù)過程的物理學(xué)圖像還沒有建立起來 ，對在極高溫度 、 極高壓力和極高密度下 ， 物質(zhì)又會出現(xiàn)怎樣的特性也還缺乏足夠的了解 ， 這些都對靶丸的設(shè)計有重大的影響 。 研制和生產(chǎn)符合上述要求的靶丸 ， 會涉及到多種學(xué)科和許多高精度技術(shù) ， 如需要開發(fā)微加工技術(shù) 、中空小球的制造技術(shù) 、 多種涂層技術(shù)和低溫靶丸技術(shù)等 。 二、 靶丸設(shè)計的制約因素 多層殼結(jié)構(gòu) ?最早使用的靶是平面靶 ， 就是由某種材料構(gòu)成的平板 ， 使用它來進行驅(qū)動器和靶物質(zhì)相互作用的研究 。 ?較早使用的球形靶為玻璃球殼靶 ， 它是在玻璃殼中充以 DT氣體構(gòu)成的 。 ?為了提高驅(qū)動束能量的吸收效率 ， 產(chǎn)生穩(wěn)定的聚爆 ， 抑制超熱電子的產(chǎn)生 、 提高聚爆速度等 ， 靶丸通常設(shè)計成多層結(jié)構(gòu) 。 消融靶丸示意圖 （ 1） 消融層 使用低 Z的輕材料 （ 如聚乙烯 、 聚四氟乙烯 、 LiH和 Be等 ） ， 作用是充分吸收束流熱能 ， 減少 X射線和高能電子的產(chǎn)生 ， 以便減少對燃料靶心的預(yù)熱 。 當(dāng)束流打在靶丸的表面時 ， 大部分能量將被消融層吸收 ， 消融層吸收能量后迅速爆炸而產(chǎn)生等離子體 ， 等離子體急劇膨脹產(chǎn)生壓縮沖擊波向內(nèi)壓縮和加熱里面的推進層 。 （ 2） 推進層 由高原子序數(shù) 、 高密度材料所組成 ， 其作用為： ① 使靶丸結(jié)構(gòu)具有一定的剛性以便在常溫下盛裝初始的氣體燃料； ② 聚爆時對里面的燃料起屏蔽作用 ， 進一步減少 X射線和高能電子對燃料的預(yù)熱； ③ 可以使燃料加熱均勻 ， 從而改善壓縮 ， 向內(nèi)會聚產(chǎn)生聚爆動能 ， 提高聚爆效率； ④ 在燃料燃燒期間 ， 作為反射層使燃料得
教學(xué)課件相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1