[發明專利]一種基于流體磁懸浮的快點火靶燃料分層裝置及方法

有效

• 申請號: 201310029980.3
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103093835A
• 公開（公告）日: 2013-05-08
• 發明（設計）人: 厲彥忠;鄭江
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G21B1/03
• 分類號: G21B1/03
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

1.一種基于流體磁懸浮的快點火靶燃料分層裝置，包括轉盤機構（1），其特征在于：轉盤機構（1）由驅動軸（31）、轉盤（29）和制靶室（8）構成，驅動軸（31）平行于地面，轉盤（29）固定在驅動軸（31）上，轉盤（29）的盤面與驅動軸（31）的中軸線垂直，轉盤（29）的盤面上沿徑向開槽，安裝制靶室（8），制靶室（8）外形呈立方體，其橫截面呈正方形，其縱截面的對稱軸沿轉盤（29）的徑向；

不進行燃料分層時，導軌（9）固定在制靶室（8）中，滑塊（11）與導軌（9）通過滑動軸承連接，滑塊（11）的內側布置換熱器（10），靶座（12）固定在滑塊（11）的外側，靶座（12）與滑塊（11）的接觸面夾銦填料（23），靶座（12）上固定防輻射罩（21），防輻射罩（21）端部開有玻璃觀察窗（15），夾持臂（14）貫穿靶座（12），一端固定到滑塊（11），另一端與支撐桿（19）連接，支撐桿（19）通過膠粘劑粘接到到靶丸（18）的金錐殼（24），金錐殼（24）的對稱軸與兩個玻璃觀察窗的連線垂直，充氫管（6）的一端連接到支撐桿（19）內的毛細管（25），另一端通過充氫三通閥（3）連接到液氫容器（2），液氫容器（2）固定在制靶室（8）中，毛細管（25）一端連接到充氫管（6），另一端連接到靶丸（18）的靶殼（26），充氦管（7）的一端伸入防輻射罩（21）內，另一端通過充氦三通閥（5）連接到氣氦容器（4），氣氦容器（4）固定在制靶室（8）中；

進行燃料分層時，滑塊（11）處于導軌（9）的末端，防輻射罩（21）位于磁體系統（30）的中部空腔內，充氫管（6）和充氦管（7）伸展，防輻射罩（21）、玻璃觀察窗（15）、滑塊（11）、換熱器（10）、銦填料（23）、靶座（12）、夾持臂（14）、支撐桿（19）及靶丸（18）的相對連接關系不變，靶丸（18）的中心與磁體系統（30）的光纖（20）的末端位于同一高度。

2.根據權利要求1所述的一種基于流體磁懸浮的快點火靶燃料分層裝置，其特征在于：所述的磁體系統（30），包括光源（22）、光纖（20）、攝相機（13）、液氦槽（17）和鈮鈦線圈（16），液氦槽（17）的中部空腔內布有光纖（20），光纖（20）有共有2支：一支的上端部與光源（22）連接，下端部與鈮鈦線圈（16）的4/5高度處對齊；另一支的上端部與或攝像機（13）連接，下端部與鈮鈦線圈（16）的4/5高度處對齊，鈮鈦線圈（16）浸沒在液氦槽（17）的液氦中，液氦溫度保持在1.8K。

3.根據權利要求1所述的一種基于流體磁懸浮的快點火靶燃料分層裝置，其特征在于：所述的靶丸（18）由金錐殼（24）、靶殼26、泡沫材料（27）和氣腔（28）構成，金錐殼（24）與靶殼（26）通過膠粘劑粘接，泡沫材料（27）襯在靶殼（26）的內壁面，金錐殼（24）的尖端伸入氣腔（28）。

4.根據權利要求1所述的一種基于流體磁懸浮的快點火靶燃料分層裝置，其特征在于：在轉盤（29）的盤面上，除制靶室（8）外，再布置三個與制靶室（8）結構完全相同的制靶室，相鄰兩制靶室垂直，此結構便于裝填靶丸過程與燃料分層過程同時進行。

5.根據權利要求1所述的一種基于流體磁懸浮的快點火靶燃料分層裝置，其特征在于：分層方法包括以下步驟：

1）在燃料分層前，使制靶室（8）處于左側的水平位置，在常溫常壓下裝配其內的各組件，然后對制靶室（8）抽真空至1×10^-3Pa以下，對防輻射罩（21）抽真空至1×10^-5Pa以下并充入氦氣，使氦氣的壓力保持在20—200kPa，對靶丸（18）抽真空至1×10^-5Pa以下，再將防輻射罩（21）內的各組件冷卻至22K；

2）進行燃料分層時，使制靶室（8）處于下側的豎直位置，將防輻射罩（21）推入液氦槽（17）的中部空腔并進行密封，對防輻射罩（21）和液氦槽（17）之間的空間抽真空至1×10^-4Pa以下；

3）向靶丸（18）充入氘氚混合燃料至液體部分的體積占靶丸（18）內容積的1/6—1/5，氘氚混合燃料中各組分的摩爾分數為：氘分子（D₂），25％；氘氚分子（DT），50％；氚分子（T₂），25％，給鈮鈦線圈（16）通電，通電瞬間燃料液面發生振蕩，然后燃料均勻吸附在泡沫材料（27）中，利用攝相機（13）監測靶丸（18）內燃料層的變化；

4）對燃料降溫至17.5K使其固化，再以不大于2×10^-3K/s的速率升溫至僅在毛細管（25）與靶殼（26）的連接處有固體晶核，然后以1×10^-6—1×10^-5K/s的速率降溫至固體層擴展到靶殼（26）的內表面，最后將燃料以1×10^-2—2×10^-1K/s的速率降溫至18.29K并保持溫度恒定；

5）完成燃料分層后，將防輻射罩（21）拉回制靶室（8），使制靶室（8）處于右側的水平位置。