金刚石靶丸可提高激光融合的性能

发布时间: 2018-08-20 10:12:11   作者:本站编辑   来源: phys.org   浏览次数:

 

日本大阪大学研究人员最近发文指出,激光打在靶丸上的扰动得到了缓解,靶丸由硬质和重质材料制成,用来装核聚变材料。研究人员还采用最新的化学气相沉积(CVD)方法生产出高精度的金刚石燃料靶丸,这是一种适用于聚变燃料的关键技术。

 

1.使用化学气相沉积(CVD)方法制造的用于核聚变的金刚石靶丸(直径:~500μm,膜厚度<6μm

当通过压缩靶丸形式的燃料靶来引发核聚变反应时,由于照射不均匀性引起的扰动在靶丸表面上增长。在惯性约束聚变(inertial confinement fusion, ICF)中,燃料靶丸直接用激光束照射,因此激光照射的不均匀和靶丸的表面粗糙度是主要问题,因为它们影响燃料的压缩和加热。

2.激光照射的示意图。a)激光照射后的瞬间;b)等离子体随时间在靶表面上生长

在这项研究中,研究人员首先尝试减轻激光印迹。注意到金刚石在100 GPa的超高压下具有刚性但具有高弹性的事实,他们对材料刚度和密度对减轻印记扰动的影响进行了基本实验和模拟。结果清楚地表明,激光压印在金刚石靶丸表面上的扰动减少到传统聚苯乙烯靶丸的约30%。这些研究结果发表于等离子体物理学。

此外,大阪大学激光工程研究所(Institute of Laser Engineering, Osaka University)和国家先进工业科学技术研究所(National Institute of Advanced IndustrialScience and Technology, AIST)的研究人员通过分解氢与甲烷混合物的气体混合物,制造出具有高表面光滑度(<0.1μm)和球形度为99.7%的高度均匀金刚石靶丸。通过热丝化学气相沉积(hot filament chemical vapor deposition, HFCVD)技术制备氢和甲烷并制作金刚石靶丸。该方法可以通过优化原料气体的浓度和压强,进一步改善表面光滑度。

该方法不需要抛光工艺,可以避免由于抛光过程造成的损坏以及由于加工损坏引起的残余应力从而导致的加工表面问题,可用于核聚变靶丸的大规模生产。这些研究结果发表在《Diamond & Related Materials》杂志上。

作者KeisukeShigemori说:“使用金刚石作燃料靶丸的材料,可以实现稳定的压缩和激光聚变燃料的高效加热,加速核聚变反应。

摘译自:https://phys.org/news/2018-08-diamond-capsules-laser-fusion.html

Hiroki Kato et al. Synthesis andcharacterization of diamond capsules for direct-drive inertial confinementfusion, Diamond and Related Materials (2018). DOI:10.1016/j.diamond.2018.04.010 

 
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