[發明專利]激光共焦干涉核聚變靶丸形貌輪廓參數測量方法與裝置

有效

• 申請號: 201910176383.0
• 申請日: 2019-03-08
• 公開（公告）號: CN110030941B
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發明（設計）人: 王允;邱麗榮;趙維謙
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01B11/24
• 分類號: G01B11/24;G01B11/06;G01B11/255;G01B11/00
• 代理公司: 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙) 11639
• 代理人: 鄔曉楠

本發明公開的激光共焦干涉核聚變靶丸形貌輪廓參數測量方法與裝置，屬于共焦顯微成像、激光慣性約束核聚變及干涉測量技術領域。本發明將激光共焦技術與短相干干涉測量技術結合，利用激光共焦技術對激光聚變靶丸殼層的內、外表面進行精密層析定焦，利用短相干干涉技術對靶丸外表面進行干涉測量，并進一步通過正交回轉驅動技術對靶丸進行三維回轉驅動獲得靶丸的內/外表面三維輪廓、外表面形貌和殼層厚度分布等參數，實現核聚變靶丸形貌輪廓參數綜合測量。本發明能夠為激光慣性約束核聚變仿真實驗研究、靶丸制備工藝研究和靶丸篩選提供數據基礎和檢測手段。本發明在激光慣性約束核聚變、高能物理和精密檢測領域有廣泛的應用前景。

技術領域

本發明屬于共焦顯微成像、激光慣性約束核聚變及精密光電測量技術領域, 將激光共焦技術與短相干干涉技術結合，涉及一種激光共焦干涉核聚變靶丸形貌輪廓參數綜合測量方法與裝置，在激光慣性約束核聚變、高能物理和精密檢測領域有廣泛的應用前景。

技術背景

激光慣性約束核聚變(ICF)是人工模擬核爆和天體演化的重要手段，也是人類探索未來清潔能源的重要方向，因此具有十分重要科研和實用意義。激光慣性約束核聚變實驗中，內部填充氘氚(DT)氣體的空心激光聚變靶丸是其核心器件，多路激光同時對靶丸進行會聚向心壓縮點火引發核爆，激光聚變靶丸的質量是決定激光聚變實驗是否成功的關鍵。美國國家點火裝置(NIF)進行的ICF試驗失敗的一個主要原因是點火過程中靶丸不對稱壓縮進而導致其中心壓力和溫度降低以及其內部氘氚(DT)燃料混合不均衡，靶丸殼層和表面的微小缺陷都有可能被放大產生不對稱壓縮進而導致點火失敗。因此精確測量激光聚變靶丸的幾何形貌和物理屬性參數對于保證激光慣性約束核聚變實驗的成功具有重要意義。

目前國際上用于激光聚變靶丸幾何形貌參數測量的方法主要采用各類顯微鏡進行觀察，包括掃描電鏡法、原子力顯微鏡法、X射線法、光纖點衍射法和干涉法等，上述方法測量分辨力已達納米量級，但只能對靶丸外表面輪廓進行無損測量(目前測量內表面是通過破壞性切割后進行測量)，而對于靶丸的內輪廓、殼層厚度等內部幾何參數無能為力。

隨著激光慣性約束核聚變技術的發展和工程的推進，上述方法已經無法滿足激光慣性約束核聚變技術研究對靶丸形貌和輪廓參數測量的需求，主要存在如下問題：

1)不能無損測量靶丸內部參數，現有方法需要對靶丸進行破壞性切割，測量后靶丸被破壞無法應用于下一步工藝處理或者打靶實驗；

2)形貌、輪廓等參數測量過程分離，不能全面揭示靶丸制備和核聚變反應過程中發生的結構變化現象和規律；

3)綜合測量能力不足，每種儀器僅能測量一、兩種參數，靶丸綜合參數測量需在不同儀器上反復裝調，效率低下且量值基準不統一。

而激光慣性約束核聚變研究中，靶丸的參數是對核聚變過程進行模擬仿真和對靶丸制備工藝進行提升的基礎，因此如何對靶丸形貌和輪廓參數進行高精度、無損的綜合測量是激光慣性約束核聚變國家重大工程中的關鍵技術問題。

激光共焦技術具有獨特的光學層析成像特性，可實現靶丸的殼層內外表面的高精度層析定焦測量，短相干干涉測量技術利用球面干涉條紋實現靶丸表面形貌的測量，兩者結合為靶丸形貌和輪廓參數的高精度無損測量提供了思路。

發明內容

本發明的目的是為了解決激光慣性約束核聚變靶丸形貌輪廓參數高精度綜合測量難題，提供一種激光共焦干涉核聚變靶丸形貌輪廓參數綜合測量方法與裝置，以期實現靶丸內/外表面三維輪廓、外表面形貌和殼層厚度分布等參數，實現核聚變靶丸形貌輪廓參數綜合測量。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的。

本發明能夠為激光聚變靶丸參數的綜合檢測提供有效技術手段，對于靶丸制備、激光核聚變實驗仿真、數據分析和技術革新具有重要意義。