[發(fā)明專利]一種包含定向紅外輔助加熱的ICF冷凍靶裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110384780.4
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113178266B
• 公開（公告）日: 2023-04-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 厲彥忠;郭富城;李翠
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: G21B1/19
• 分類號: G21B1/19;G21B1/03
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種包含定向紅外輔助加熱的ICF冷凍靶裝置，包括熱輻射屏蔽罩，熱輻射屏蔽罩內(nèi)為真空區(qū)域，真空區(qū)域內(nèi)設(shè)置有熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)，熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)正中心固定有靶丸，靶丸與熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)之間為氦氣腔，熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)內(nèi)壁面設(shè)有紅外光纖對靶丸定向紅外輔助加熱；本發(fā)明提高靶丸溫度場均勻性，進(jìn)而提高點(diǎn)火成功率，理論上可以將靶丸表面最大溫差降低至0.1mK以下，滿足了點(diǎn)火需求。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于慣性約束核聚變(ICF)靶點(diǎn)火技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種包含定向紅外輔助加熱的ICF冷凍靶裝置。

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)巨變點(diǎn)火的主要方法之一。為了抑制瑞利-泰勒不穩(wěn)定性的增長，冷凍靶中氘氘(DD)層厚度均勻度必須大于99％且內(nèi)表面粗糙度的均方根要小于1μm，對應(yīng)為表面溫差小于0.1mK。燃料冰層的低模粗糙度主要受靶丸周圍的溫度場所決定，因此冷凍靶溫度場控制的重要性尤為突出。

為了滿足如此苛刻的點(diǎn)火要求，制備出盡可能光滑的氘氘冰層，需要通過添加外界激勵(lì)的方式使得燃料冰層更為均勻。傳統(tǒng)的溫度場控制是通過調(diào)控?zé)崃C(jī)械結(jié)構(gòu)外的加熱帶功率來實(shí)現(xiàn)的，由于熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)的柱腔的形狀限制，對靶丸表面溫度場均勻性改善效果相當(dāng)有限。

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)明的目的在于提供了一種包含定向紅外輔助加熱的ICF冷凍靶裝置，可以通過向冷凍靶系統(tǒng)內(nèi)投射定向紅外，來加熱靶丸表面局部冷區(qū)域，從而提高靶丸溫度場均勻性，進(jìn)而提高點(diǎn)火成功率，理論上可以將靶丸表面最大溫差降低至0.1mK以下，滿足了點(diǎn)火需求。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種包含定向紅外輔助加熱的ICF冷凍靶裝置，包括熱輻射屏蔽罩1，熱輻射屏蔽罩1內(nèi)為真空區(qū)域2，真空區(qū)域2內(nèi)設(shè)置有熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)4，熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)4正中心固定有靶丸8，靶丸8與熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)4之間為氦氣腔7，熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)4內(nèi)壁面設(shè)有紅外光纖9對靶丸8定向紅外輔助加熱。

所述的熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)4的南北半腔兩極設(shè)有封口膜6，熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)4的內(nèi)壁面鍍有金層5。

所述的熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)4的南北半腔外側(cè)設(shè)有冷環(huán)3，冷環(huán)3與硅冷卻臂接觸，為熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)4提供冷量。

所述的靶丸8由碳?xì)洳牧现瞥桑赏舛鴥?nèi)為靶殼10、燃料冰層11和燃料氣體12。

所述的紅外光纖9共設(shè)置6根，熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)4的南北半腔各3根，南北半腔中兩根紅外光纖9之間的夾角為120°，每根紅外光纖9與熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)4的內(nèi)壁面平行方向和法線方向的夾角都是45°。

本發(fā)明的有益效果為：相比于氘-氚，氘-氘這種聚變?nèi)剂喜痪哂蟹派湫裕虼藷o法像氘-氚燃料那樣在靶丸內(nèi)冰層制備過程中產(chǎn)生β衰變從而起到自均化的目的。傳統(tǒng)的溫度場控制是通過調(diào)控?zé)崃C(jī)械結(jié)構(gòu)外的加熱帶功率來實(shí)現(xiàn)的。由于熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)的柱腔的形狀限制，此傳統(tǒng)手段對靶丸表面溫度場均勻性改善效果相當(dāng)有限。采用本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)紅外加熱功率及輻照角度等參數(shù)，可脫熱力機(jī)械結(jié)構(gòu)的形狀限制，實(shí)現(xiàn)局部精確加熱，有效改善靶丸表面溫度均勻性，提高點(diǎn)火成功率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為靶丸剖面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為北半腔紅外光纖布置俯視圖。

圖4為南半腔紅外光纖布置仰視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。