[發明專利]一種冷凍靶靶丸冰層形成裝置及方法

有效

• 申請號: 201710336896.4
• 申請日: 2017-05-14
• 公開（公告）號: CN108877959B
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 陳鵬瑋
• 申請（專利權）人: 陳鵬瑋
• 主分類號: G21B1/19
• 分類號: G21B1/19
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種冷凍靶靶丸冰層形成裝置及方法，該裝置包括冷凍靶丸（4）、燃料箱（7）、加熱器（9）和計算機（12）；其中，冷凍靶丸（4）通過充氣管（3）與燃料箱（7）相連通，燃料箱（7）內設置有聚變燃料（8）和加熱器（9），計算機（12）用于控制加熱器（9）工作。該方法包括以下步驟：1）在燃料分層前，加熱器9不加熱；2）對靶丸4降溫，開啟加熱器9；3）填充氣體2注入靶丸發生凝華，附著于靶殼1內表面；4）充氣管3出口端面為平切面時，加熱器9產生壓力脈沖，使充氣管3繼續充氣；充氣管3出口端面為斜切面時，連續充氣；5）停止充氣，充氣管3堵塞，斷開充氣管3，靶丸4內部自身β均化形成較光滑冰層。

技術領域

本發明屬于慣性約束聚變(ICF)中的靶技術領域，具體涉及一種冷凍靶靶丸冰層形成裝置及方法。

背景技術

慣性約束核聚變(ICF)，是一種核聚變的技術，利用激光的沖擊波來引發核聚變反應，是實現聚 變點火的主要方法之一。

在慣性約束聚變中，點火條件要求高溫、高密度和一定的尺度，采用激光驅動也需要增壓手段，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，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，溫度可達到3—5千萬度。高溫電子通過電子熱傳導，又將大部分能量輸運到臨近吸收區的燒蝕層密度高的區域，形成一個高溫燒蝕陣面（溫度急劇變化的一個空間界面），并在此產生高的燒蝕壓，這是一個增壓過程。它將激光壓力提高近千倍。燒蝕壓驅動燒蝕陣面附近的物質，一方面將一部分高溫高密度等離子體物質向外朝低密度的等離子體區噴射，另一方面由于作用與反作用的關系，將剩余的冷物質壓縮并向中心加速運動，產生聚心沖擊波，壓縮氘氚燃料，這就是慣性約束的含義。這個過程就稱為“內爆”，通過球形內爆和內爆過程的聚心效應，使氘氚燃料的壓力再增加幾萬倍，達到點火時要求達到的燃料壓力。

現階段ICF尚未商用，仍處于研究階段，對其點火效率的提高仍有待于研究，點火成功與否以及效率與冷凍靶的綜合性能密切相關。靶丸冰層的均勻性與點火成功率息息相關，靶丸冰層不均勻是由于內部聚變燃料由液體凝固成固體時表面不均勻引起的。采用的均化技術主要包括溫度梯度、紅外光加熱等方法，但是現階段均化技術難度大，且成功率不能保證。

發明內容

為了克服以上的缺點，本發明的目的在于提供一種冷凍靶靶丸冰層形成裝置及方法，有效改善靶丸內冰層的均勻性，提高冷凍靶丸內爆性能，滿足點火的要求。

一種冷凍靶靶丸冰層形成裝置，具體包括冷凍靶丸4、燃料箱7、加熱器9和計算機12；其中，冷凍靶丸4通過充氣管3與燃料箱7相連通，燃料箱7內有聚變燃料8和加熱器9，計算機12用于控制加熱器9工作，冷凍靶丸4包括靶殼1以及填充在靶殼1內的填充氣體2，流量監控儀11以及設置在充氣管3上的流量計5，流量監控儀11通過數據線10分別與流量計5和計算機12相連。在燃料箱7裝有壓力計6。

一種冷凍靶丸冰層形成方法，包括以下步驟：

1）在燃料分層前，加熱器9不加熱，填充氣體2處于飽和態；

2）對靶丸4進行降溫，降至低于三相點溫度，同時開啟加熱器9，此時靶丸4中填充氣體2壓力低于三相點壓力。

3）填充氣體2注入靶丸后即發生凝華，并附著于靶殼1內表面。

4）充氣管3出口端面為平切面時，一段時間后冰層堵塞充氣管3管口，加熱器9提高加熱功率，產生一個壓力脈沖，從而使充氣管3繼續充氣；充氣管3出口端面為斜切面時，可以連續充氣，從而最終形成冰層。

5）冰層厚度達標后，停止充氣，充氣管3堵塞，斷開充氣管3，靶丸4內部由于自身β均化作用將形成較光滑的冰層。

本發明具有如下的優點：