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2012 R&D奖:五项LLNL研究成果获奖

发布时间: 2012-06-28 10:05:59   作者:本站编辑   来源: LLNL   浏览次数:

  

  2012620日,美国R&D杂志宣布了2012年度R&D 100奖的获奖名单,R&D 100奖有科技产业界的创新奥斯卡之称,颁奖仪式将于111日,在佛罗里达州奥兰多的海洋世界会议中心的晚宴上举行。

  美国劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的研究人员获得了其中的五项,其中实验室作为主要研发人员的研究成果有四项获奖,另有一项与其他实验合作完成,分别是:利用HVLAD实现的高性能薄膜、EOPARD——精密调整辐射分布优化激光能量、中子和伽马射线检测的塑料闪烁体探测器、可用于核聚变反应堆的雪花型功率滤波器和多路复用光子多普勒测速仪。

1  2012年利弗莫尔国家实验室获得五项R&D

  到目前为止,利弗莫尔国家实验室已经获得142R&D奖。而本年度,美国能源部所属的实验室共获得36项奖。

  利用HVLAD实现的高性能薄膜

  高速激光加速沉积(High Velocity Laser Accelerated DepositionHVLAD)是一种新型的、生产保护膜的光电子方法,利用该技术生产的薄膜具有超高强度的结合面。这些薄膜可以有效地防止极端环境下的腐蚀、磨损和其他性能的退化。

  利用HVLAD技术,可以使工业系统的界面连接完整,使其获得良好的可靠性和更长的使用寿命,保护国内的工业基础设施,减少其长时间暴露在极端环境下引起的性能下降。

  HVLAD工艺由实验室的Joseph Farmer and Alexander Rubenchik在利弗莫尔下属的金属改进公司(Metal Improvement Company)的帮助下根据实验室的早期成熟的商业技术——激光喷丸(laser peening)技术研制成功。激光喷丸技术主要用于喷气发动机、蒸汽和燃气涡轮机的风扇叶片飞机机翼和框架,能够极大地延长这些元件的疲劳寿命。

  HVLAD利用高功率脉冲激光在材料上形成薄膜,这些薄膜具有极好的粘结强度,是常温常压下其他方法很难实现的。HVLAD可以在开放式的生产领域进行,如工厂车间船厂和飞机修理库。

  HVLAD可以用来覆盖高温,高强度结构材料,如有特殊的耐腐蚀薄膜的ODS钢材以保护高温冷却液对其的腐蚀。这种薄膜和材料将是未来核聚变反应堆发展的关键。其他重要用途包括风力涡轮机的轴承和轴近海石油平台的耐蚀结构石油和天然气传输管道和军舰的超强耐腐蚀表面。

  EOPARD——精密调整辐射分布优化激光能量

  世界上输出能量最高的激光器能够实现极大地得益于激光器在最大能量运行时,能量能从激光放大器中安全的抽取出来。国家点火装置(National Ignition Facility, NIF)就是这样的例子,装置是目前世界上输出能量最高的激光器。

  NIF主要研究发生在恒星内部的聚变过程。这是唯一一个能够实现点火可控聚变反应所需条件的装置,未来有望发展成为几乎取之不尽的能源,提供发电。 

  为了增强激光装置的可操作性,以及满足未来激光驱动聚变发电厂的要求(目前处于概念设计阶段)LLNL的工程师John Heebner开发了LEOPARD——通过精密调整辐射分布优化激光能量(Laser Energy Optimization by Precision Adjustments to the Radiant Distribution)LEOPARD能够精确调整激光光束的辐射分布或强度形状,使光束能够从激光放大器中抽取最大能量,同时确保光学组件的高可靠性。 

  该系统现已在NIF全面运行每年节省经费500万美元。世界上许多其他大功率激光器(GeminiVulcanJanusOMEGA EP)也将益于LEOPARD。该系统还可能应用在激光加工、外科手术、光刻和国防中。 

  中子和伽马射线检测的塑料闪烁体探测器

  为了确保美国在核或放射袭击的安全,研究人员正在寻找更明确的辐射探测和识别技术。探测中子和伽马射线并区分彼此关键要识别核物质如铀和钚并将他们与良性放射性源区分开来。

  LLNLNatalia Zaitseva and Steve Payne带领的研究小组开发的首个塑胶材料能有效从γ射线中区分中子。

1  Natalia Zaitseva, LLNL的材料科学家开发首个能够有效从γ射线中识别中子的塑胶材料

 

  这一重大技术进步,使用塑料闪烁体探测器可以提供与标准商业液体闪烁体探测器同样甚至更高的分辨率,并且不受有害液体的威胁。高效的脉冲整形分辨、简单的制造工艺和塑料代替液体的优势推进了新材料的广泛使用,可以用来制作大容量、低成本的探测器。

  材料的成本低、并且能够制作成很大面积,可以用来保护港口、体育场以及其他大型设施。

  可用于核聚变反应堆的雪花型功率滤波器

  2  雪花型功率驱动器在瑞士托卡马克装置上的应用

 

  远离化石燃料为基础的电力供应是维持自然资源,减少碳排放和稳定的关键。磁聚变能源,如环形的托卡马克,有望实现这一目标。

  目前,商业托卡马克装置面临的主要问题是分布在壁表面的热等离子体消耗了成百上千兆的电量。现有技术能够通过磁转换,将热通量转移到特殊设计的板上,但预计功率密度将远远超出任何材料的容量。

  雪花型功率驱动器由LLNLDmitri Ryutov与普林斯顿等离子体物理室和瑞士等离子体物理研究中心的研究人员共同研发的滤波器磁场模型,其形状让人想起雪花。产生的磁场输出线性分布到更大的壁面积上,减少热通量排放到可控的水平。 

  新建的聚变装置安装雪花型功率滤波器不会导致任何成本增加。 

  在普林斯顿纽约和瑞士洛桑托卡马克上安装的雪花滤波器已经演示了大量热通量的减少,该装置也将安装到正在设计的多个装置上。 

  多路复用光子多普勒测速仪

 MPDV 32-Channel System

 

  多路复用光子多普勒测速(Multiplexed Photonic Doppler VelocimeterMPDV)是一种便携式光学测速系统,通过多路信号,能够在频率和时间同时测量多达32个分离的表面速度到单个数字转换器中。

  就在一年前,科学家们测量冲击波表面速度主要通过收集的四通道的测速数据,通过推断假设和模型模拟来确定不能直接观测的实验区域发生情况。

  在通信领域探测、数字转换器和技术进步推动下,科学家Ed Daykin与来自国家安全技术公司(National Security TechnologiesLLC)和劳伦斯·利弗莫尔的研究员Ted Strand,最近使用MPDV96个通道的数据进行了记录,所用费用仅为预算的一小部分。

  MPDV已经应用在LLNL实验室,阿拉莫斯国家实验室和内华达州的国家安全网站,以前所未有的密度和全面性,收集测速重要的国家安全工作数据。

  滕晓丽编译自https://www.llnl.gov/news/newsreleases/2012/Jun/NR-12-06-08.html

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