[發(fā)明專利]一種填充氣凝膠ICF冷凍靶系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610793486.8
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號(hào): CN106297902B
• 公開（公告）日: 2017-09-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 厲彥忠;陳鵬瑋;李翠
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G21B1/19
• 分類號(hào): G21B1/19
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所61215
• 代理人: 賀建斌

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于慣性約束聚變(ICF)中的靶技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種填充氣凝膠ICF冷凍靶系統(tǒng)。

背景技術(shù)

慣性約束核聚變(ICF)，是一種核聚變的技術(shù)，利用激光的沖擊波來引發(fā)核聚變反應(yīng)，是實(shí)現(xiàn)聚變點(diǎn)火的主要方法之一。

在慣性約束聚變中，點(diǎn)火條件要求高溫、高密度和一定的尺度，采用激光驅(qū)動(dòng)也需要增壓手段，其大致過程是：激光首先從四面八方均勻加熱球形靶丸表面，在靶表面形成一層高溫稀薄等離子體，然后激光通過這層稀薄等離子體時(shí)，以逆韌致和某些等離子體的反常吸收過程被吸收。被吸收的激光能量迅速加熱電子，溫度可達(dá)到3—5千萬度。高溫電子通過電子熱傳導(dǎo)，又將大部分能量輸運(yùn)到臨近吸收區(qū)的燒蝕層密度高的區(qū)域，形成一個(gè)高溫?zé)g陣面(溫度急劇變化的一個(gè)空間界面)，并在此產(chǎn)生高的燒蝕壓，這是一個(gè)增壓過程。它將激光壓力提高近千倍。燒蝕壓驅(qū)動(dòng)燒蝕陣面附近的物質(zhì)，一方面將一部分高溫高密度等離子體物質(zhì)向外朝低密度的等離子體區(qū)噴射，另一方面由于作用與反作用的關(guān)系，將剩余的冷物質(zhì)壓縮并向中心加速運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生聚心沖擊波，壓縮氘氚燃料，這就是慣性約束的含義。這個(gè)過程就稱為“內(nèi)爆”，通過球形內(nèi)爆和內(nèi)爆過程的聚心效應(yīng)，使氘氚燃料的壓力再增加幾萬倍，達(dá)到點(diǎn)火時(shí)要求達(dá)到的燃料壓力。

現(xiàn)階段ICF尚未商用，仍處于研究階段，對其點(diǎn)火效率的提高仍有待于研究，點(diǎn)火成功與否以及效率與冷凍靶的綜合性能密切相關(guān)。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種填充氣凝膠ICF冷凍靶系統(tǒng)，有效改善了溫度分布不均勻性，抑制激光照射黑腔內(nèi)壁產(chǎn)生的金等離子體，提高冷凍靶丸內(nèi)爆性能。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種填充氣凝膠ICF冷凍靶系統(tǒng)，包括金腔4，金腔4的內(nèi)部中央通過支撐膜8固定有靶丸6，靶丸6內(nèi)有聚變材料，金腔4的頂部設(shè)有激光入射口1，金腔4的外部設(shè)置有熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)3，熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)3的上、下兩部分通過連接結(jié)構(gòu)7連接成一體，熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)3上設(shè)置有冷環(huán)2，金腔4內(nèi)壁設(shè)有氣凝膠薄層10，氣凝膠薄層10的空腔內(nèi)為填充氣體9。

所述的氣凝膠薄層10的上下兩端設(shè)置有填充氣凝膠11，填充氣凝膠11通過固定膜12固定，上下填充氣凝膠11之間的氣凝膠薄層10的空腔內(nèi)為填充氣體9。

所述的熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)3的上、下部分各設(shè)有一個(gè)輔助加熱環(huán)5。

所述的填充氣體9為氦氣、氫氣或其它低原子序數(shù)氣體。

所述的氣凝膠薄層10的厚度20-100微米。

所述的填充氣凝膠11的填充率為30.0％-50％。

本發(fā)明的有益效果為：由于氣凝膠薄層10，填充氣凝膠11的存在，可以抑制金等離子體膨脹，減少內(nèi)部填充氣體的含量，削弱自然對流的影響，從而優(yōu)化靶丸6表面溫度均勻性，提高點(diǎn)火成功率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明填充氣凝膠ICF冷凍靶系統(tǒng)的示意圖。

圖2為增加了上下填充氣凝膠的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

參照圖1，一種填充氣凝膠ICF冷凍靶系統(tǒng)，包括金腔4，金腔4的內(nèi)部中央通過支撐膜8固定有靶丸6，靶丸6內(nèi)有聚變材料，金腔4的頂部設(shè)有激光入射口1，激光入射口1為激光點(diǎn)火時(shí)激光射入的窗口，金腔4的外部設(shè)置有熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)3，熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)3的上、下兩部分通過連接結(jié)構(gòu)7連接成一體，熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)3作用為支撐整個(gè)系統(tǒng)，熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)3上設(shè)置有冷環(huán)2，冷環(huán)2為冷凍靶結(jié)構(gòu)提供冷量，達(dá)到降溫的效果，金腔4內(nèi)壁設(shè)有氣凝膠薄層10，氣凝膠薄層10的空腔內(nèi)為填充氣體9，氣凝膠薄層10可以有效抑制等離子體膨脹，從而可以填充更低壓力的填充氣體，使靶丸6表面溫度均勻性優(yōu)化，填充氣體9的作用為抑制金腔等離子體的膨脹和充當(dāng)導(dǎo)熱介質(zhì)。

參照圖2，所述的氣凝膠薄層10的上下兩端設(shè)置有填充氣凝膠11，填充氣凝膠11通過固定膜12固定，上下填充氣凝膠11之間的氣凝膠薄層10的空腔內(nèi)為填充氣體9，填充氣凝膠11可以有效抑制氣體自然對流作用，使靶丸6表面溫度均勻性優(yōu)化。

所述的熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)3的上、下部分各設(shè)有一個(gè)輔助加熱環(huán)5，輔助加熱環(huán)5作用為均化靶丸表面溫度場，輔助加熱環(huán)5的要求大大降低，可以有很小的加熱量。

所述的填充氣體9為氦氣、氫氣或其它低原子序數(shù)氣體。

所述的氣凝膠薄層10的厚度20-100微米。

所述的填充氣凝膠11的填充率為30.0％-50％。

本發(fā)明的工作原理為：激光通過激光入射口1射入，金腔4表面產(chǎn)生金等離子體，同時(shí)激光轉(zhuǎn)化為X射線，照射靶丸6，使靶丸6發(fā)生內(nèi)爆，釋放巨大的能量，在成功的點(diǎn)火過程中，靶丸6表面溫度均勻性至關(guān)重要，由于氣凝膠薄層10，填充氣凝膠11的存在，可以抑制金等離子體膨脹，減少內(nèi)部填充氣體的含量，削弱自然對流的影響，從而優(yōu)化靶丸6表面溫度均勻性，提高點(diǎn)火成功率。