快點火錐殼靶制備技術(shù)基礎(chǔ)研究.pdf

1、快點火是上世紀九十年代中期提出的一種慣性約束聚變(ICF)新型點火方式。它將ICF內(nèi)爆壓縮和點火過程分開進行，首先通過納秒長脈沖激光將聚變?nèi)剂蠅嚎s到高密度，然后利用高能激光在等離子體中傳播的穿孔效應(yīng)形成的通道，將點火激光的能量輸運到壓縮后的燃料邊緣區(qū)域，并沉積能量，加熱燃料至點火燃燒。與傳統(tǒng)的中心點火相比，快點火方式具有點火閾值低、能量增益高、壓縮對稱性要求低等優(yōu)勢，已經(jīng)成為國際ICF研究的重點內(nèi)容。為了降低復雜的激光與等離子體相互作用

2、過程造成的物理風險，快點火靶通常采用錐殼結(jié)構(gòu)設(shè)計，通過插入球殼內(nèi)的金屬錐作為點火激光的通道。在錐殼靶的制備過程中，在聚合物微球表面上打孔的精度是影響錐殼靶整體質(zhì)量的關(guān)鍵因素。本文以快點火基礎(chǔ)物理實驗需求為牽引，探索聚合物微球打孔的技術(shù)途徑，著眼解決影響微球打孔質(zhì)量的關(guān)鍵技術(shù)基礎(chǔ)問題，具體研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　研究了聚苯乙烯(PS)、氘代聚苯乙烯(DPS)和輝光放電聚合物(GDP)三種材料的飛秒激光燒蝕特性。結(jié)果發(fā)現(xiàn):PS

3、和DPS材料的飛秒激光燒蝕過程符合閾值模型，DPS的燒蝕閾值和累積系數(shù)都要高于PS。GDP材料的飛秒激光燒蝕過程與閾值模型有相當大的差異。入射激光脈沖能量和脈沖數(shù)不僅影響燒蝕區(qū)域的大小，而且對燒蝕區(qū)域周圍的形態(tài)也發(fā)生了影響。飛秒激光在聚合物微球表面加工的孔存在一定的圓度偏差和錐度，采用圓偏振光及多次加工的方法可以獲得直徑90μm～500μm，位置偏差小于10μm，直徑偏差和圓度誤差小于2μm，錐度約15°的微孔。
　　開展了聚合物

4、材料金剛石車削加工工藝參數(shù)優(yōu)化研究。采用二次回歸旋轉(zhuǎn)正交實驗方法，以表面粗糙度作為評價指標，建立了基于主軸轉(zhuǎn)速、進給速度和背吃刀量等三個主要工藝參數(shù)的表面粗糙度模型，設(shè)計了正交實驗方案并進行了PS材料的金剛石車削加工工藝實驗。利用該方法獲得了PS材料金剛石車削加工的最佳工藝參數(shù)組合，在適當?shù)募庸すに噮?shù)條件下，PS材料的加工表面粗糙度可以達到20nm左右。
　　開展了GDP空心微球表面金剛石車削微孔成型技術(shù)研究。設(shè)計了直線進給與階

5、梯進給兩種刀具運動方式和具有尖刀刃結(jié)構(gòu)、主后刀面和副后刀面均采用兩級后角結(jié)構(gòu)設(shè)計的專用金剛石刀具，解決了空心微球高精度無損裝夾等關(guān)鍵技術(shù)難題。在GDP微球表面獲得了直徑約150μm，尺寸偏差小于±5μ，圓度好于2μm的微孔結(jié)構(gòu)。
　　開展了基于金剛石微探針的聚合物納米機械加工過程分子動力學模擬研究。研究結(jié)果表明:納米機械加工過程中，DPS樣品的變形主要是通過單鏈的整體運動和單鏈上苯基排列方向的改變而實現(xiàn)的。DPS單鏈的運動局限在微

6、探針周圍的區(qū)域，并且傾向于運動到微探針下方的區(qū)域，導致加工表面的材料堆積較少。切削速度、分子結(jié)構(gòu)以及鏈長等是影響DPS納米機械加工過程的主要因素。加工速度較小時，單鏈自身的變化是DPS樣品變形的主要方式，而當加工速遞較大時，單鏈整體的運動是工件變形的主要方式，在較小的加工速度時得到的加工結(jié)果較好;無規(guī)立構(gòu)的DPS樣品所需的加工力較小，工件內(nèi)部單鏈的排列較為緊湊，得到的加工表面質(zhì)量最好;在鏈長較短的DPS納米刻劃加工過程中單鏈容易發(fā)生整體