2-19 冷冻靶技术进展

王朝阳唐永建吴卫东王刘军李俊

　　由于冷冻靶具有较高的初始燃料密度和较低的冲击波预热灵敏特性,因而减少了高温高密度压缩需要的能量，在同样条件下的冷冻与非冷冻靶相比，热核聚变的中子产额有明显的增加。习惯上又把这种靶称为高增益靶或高密度高压缩靶。由于靶丸内要充高达150MPa的氘氚燃料气体，所以冷冻靶制备涉及到材料特性研究、高压氘- 氚(或氘- 氘)气体充气技术和冷冻层均匀产生技术研究。

　　实验为提供物理实验用冷冻靶进行前期的冷冻冰层物理条件和靶材料的低温物理特性研究。使用了塑料微球高压充气和液氦冷却系统进行微球的工作气体的充气和冷却介质的冷却等实验工作，并利用显微摄像进行低温物理现象的实验记录，进行了激光全息干涉测量技术研究来定量测量工作介质的冷冻冰层。

　　在低温物理实验中向塑料靶丸充入了一定量的氩气或甲烷气体，这样可以用液氮作冷却介质，但在polymer1000上获得高压气体需要用冷却压缩方法，在低温状态下这两种气体很难充入靶丸里，但在观察室内仍能观察到液态乃至固态的甲烷和氩气。同时用液氮作冷却介质时，在观察室内有液滴下落，可以获得低温液体在观察室内液体团聚、蒸发汽化的全过程图像，液氮液滴在汽化过程中能观察到两种典型的图像，一种是冷冻液滴形成圆球状并且在蒸发过程中直径不断减小直至消失，另一种情况则是当液滴形成球形之后，在蒸发过程中形成以直径不变的球壳，能清楚地观察到球壳内随蒸发液面下降的过程，直到最后气泡破灭。在冷冻液体的蒸发过程中，由于温度和表面张力的剧烈变化，保存在观察室中的塑料微球随着冷冻液滴消失发生炸裂，变成不可观察的碎片。实验过程中，还观察到在不同的冷冻条件下塑料聚苯乙烯球壳材料的变化，如起皲、凹陷、生成毛刺和破损等现象。

　　在全息显微成像实验中所用的塑料靶丸是透明物体，是一种位相物体，只改变入射光场位相不改变振幅。当内部的密度、温度等分布不均匀时，光线通过后产生的效果相当于在均匀介质中经过同一直线路径时发生了相位变化，而光波振幅不变。研究位相物体一般采用二次曝光法。在第一次曝光时不引入位相物体；第二次曝光时置入位相物体。由于实验用的微球很小，需要用全息显微术来进行放大。全息显微术分前置型显微放大和后置型显微放大两种，是全息与显微相结合的技术，其优点是能存储标本物整体，可以用高功率的连续激光或脉冲激光拍全息图，长期保存，进行三维观察。进行了基础的全息照相实验。能够再现所拍摄的物体，观察到比较清晰的虚象。受气垫隔振平台，平台上光学元件不能固定，激光器、暗室环境、显影定影时时间和温度控制等诸多因素的影响，全息干版再现时不能精确复位，只能得到大致的全息再现图像，很难获得清晰的干涉条纹。

　　实验中利用塑料微球高压充气系统，通过冷凝压缩使塑料微球内充入高压气体，控制液氦的沉积来改变塑料微球的温度引起气体物质的相变，研究微球壳层材料和工作气体在室温和低温下的特性，如破裂强度，失去稳定性的极限压力以及气体的渗透率等。观察到了工作气体冷冻、液体以及壳层材料的一些低温物理现象。为利用全息干涉测量低温下微球内液层变化，进行了初步的全息成像实验，初步获得了模拟靶丸的全息图像。