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2-21 D2/Ne 混合气体充气工艺张占文 李 波 王朝阳 杜守德 陈素芬 师 涛在激光惯性约束聚变间接驱动内爆实验中，靶丸种类很多，空心玻璃微球也可以独立用作间接驱动靶丸，因其原子序数高，辐射烧蚀时对称压缩效果很差。所以，玻璃球外一般涂低原子序数的 CH材料作烧蚀层，靶丸内部充入的气体有D2或D2/Ne混合气体。诊断气体主要用来研究内爆压缩对称性。D2和Ne渗透系数相差较大，而且当玻璃球外涂CH后，无损测量方法已不适用，对球内气体的测量，尤其是混合气体的总压及气体之间的比例测量只能采用破坏法。通过气体渗透法定量地在空心玻璃微球中充入符合要求的D2/Ne混合气体是制靶的关键技术之一。充氘气后的空心玻璃微球在常温常压下保存时，根据公式可计算渗透系数。计算表明，空心玻璃微球f 200mm´2mm(壁厚)对D2的渗透系数主要集中在k(D，25℃) =5.0×10-22 mol× m-1× s-1× Pa-1，约有5%的渗透系数明显高于其它微球，这些微球可能存在缺陷或微裂纹。用相同的方法可以得到空心玻璃微球对Ne气的渗透率k（Ne，25℃）=8.0×10-23 mol×m-1× s-1× Pa-1。由此可知，微球的气体渗透系数并不完全一致，甚至有部分微球存在漏气，这些微球在充气后才能与其它微球分开。同时由于气体渗透系数差异，将会导致渗透系数偏低的微球充气后球内压力低；渗透系数大的微球在充气后球内气体泄漏快，对于充混合气体或涂层的微球，无法逐一测量，也无法进行跟踪测量，所以对于靶用微球必须进行预先充气和挑选。对于靶用玻璃微球，一般要求，在相同条件下充气时球内气压误差要小，微球放置时20天内气压变化量小于5%，由此计算玻璃微球对气体的渗透系数应小于8.2×10-22 mol× m-1× s-1× Pa-1 。在实际挑选中一般取kmin=1×10-22 mol× m-1× s-1× Pa-1。此时的挑选合格只有55%。D2 和Ne气体渗透系数接近但又有一定差异，充气方法有两种：对于气体平衡时间略长的Ne可增加分压，然后在D2平衡后Ne平衡前终止实验，利用四极质谱测量球内的气压和比例，实验发现这种方法充气误差很大，主要是Ne分压数据不一致，可能因为微球间气体渗透系数存在一定差异。另一种方法，延长充气时间，使扩散较慢的Ne完全达到平衡，当然D2也达到了平衡。利用后一种充气方法实现了靶用玻璃微球混合气体充气，充气结果与预期误差在10%以内。通过大量的实验和数据，对玻璃微球的气体渗透性能进行了初步研究，为了满足制靶需要，利用充气工艺对靶用玻璃微球进行了挑选。由实验结果计算了玻璃微球对 D2和Ne气体的渗透系数，在此基础上实现了混合充气，研究结果已应用于制靶工作。 |