【摘要】：慣性約束聚變(ICF)作為當(dāng)今一項重大前沿課題,引起了廣泛關(guān)注和多國的持續(xù)研究。如其能成功實現(xiàn),則有望使人類獲得更為潔凈和更充足的能源。用于裝填核燃料的靶丸作為ICF實驗中最重要的部件之一,其自身必須滿足高球形度、高壁厚均勻性以及高表面光潔度等嚴(yán)格要求。目前,前許多靶丸的制備均與高品質(zhì)的聚合物空心球制備緊密關(guān)聯(lián),因此聚合物空心球的研制顯得尤為重要。作為制備ICF用聚合物空心球的一種主流技術(shù),基于溶劑揮發(fā)的乳液微封裝技術(shù)發(fā)展較快,但目前對該技術(shù)中影響聚合物空心球表面光潔度的因素尚缺乏全面系統(tǒng)的研究。由此,論文重點關(guān)注于聚-0[-甲基苯乙烯(PAMS)空心球的制備過程中影響微球表面光潔度的主要因素。通過對PAMS液膜固化和PAMS乳液固化步驟的研究,探討固化過程中的界面穩(wěn)定性,確定影響PAMS薄膜形貌和PAMS球表面形貌的主要因素。這一工作將為理解聚合物空心球制備過程的特性和掌握其基本控制要素提供科學(xué)指導(dǎo)。由于雙重乳液固化過程中液-液界面現(xiàn)象的復(fù)雜性,論文工作將球面的液-液問題分解,開展平面聚合物薄膜表面形貌控制因素的實驗研究和球面的油水界面實驗研究,確定了影響PAMS薄膜表面粗糙度的主要因素并揭示了薄膜表面孔洞形成的機(jī)理。研究結(jié)果顯示：聚合物分子結(jié)構(gòu)及分子量、溶劑揮發(fā)性、油水互溶性、固化環(huán)境溫濕度等因素均會對薄膜表面形成的孔洞產(chǎn)生影響,這些都最終決定了PAMS薄膜的表面粗糙度。通過對雙重乳液在不同條件下的固化過程研究,得到影響PAMS微球表面粗糙度的主要因素為：內(nèi)水相(W1)與外水相(W2)的滲透壓差、聚合物溶液粘度、油水的相互溶解性、乳液固化溫度等。將無機(jī)鹽加入W1相和W2相中,可平衡W1/油相O/W2三相中水的化學(xué)勢,從而抑制內(nèi)外相的水分遷移到油相,減少微球球壁氣泡的產(chǎn)生。低溫固化有利于提高微球的球形度和壁厚均勻性；延緩固化的關(guān)鍵階段是降低氟苯的擴(kuò)散速率,這有利于提高微球球形度,并降低中等模數(shù)附近的表面粗糙度。研究得出：聚合物微球球壁的微泡產(chǎn)生與乳粒油層的壁厚相關(guān)聯(lián),其產(chǎn)生與Marangoni對流、溶質(zhì)對流(solute convection)機(jī)理相關(guān)。本文還結(jié)合聚合物溶液熱力學(xué)理論,對聚合物液膜固化進(jìn)行理論研究,描述了聚合物溶液擴(kuò)散行為的自由體積理論,建立了模擬溶液澆鑄法制備ICF物理實驗用聚合物薄膜制備中干燥過程的理論模型。借助模擬計算結(jié)果,可以系統(tǒng)掌握聚合物液膜內(nèi)部及外部條件對干燥行為的影響規(guī)律,為優(yōu)化干燥過程以及相分離、界面不穩(wěn)定性等可能影響薄膜品質(zhì)的研究奠定基礎(chǔ)。
【圖文】：

按驅(qū)動方式分類，ＩＣＦ可分為直接驅(qū)動和間接驅(qū)動。前者是將激光束或粒子束直接逡逑照射靴丸，后者是通過黑腔內(nèi)壁面作用先將激光能轉(zhuǎn)換為軟Ｘ射線，再由Ｘ射線加熱逡逑靴丸驅(qū)動點火。無論采取哪一種方式驅(qū)動，都包含圖１．１所示的燒蝕、壓縮、點火、燃逡逑燒四個過程。直接驅(qū)動方式的原理示意如圖１．２所示，美國羅切斯特大學(xué)激光能學(xué)實驗逡逑室ａＬＥ）即采用直接驅(qū)動點火方式；間接驅(qū)動方式原理示意如圖１．３所示，美國國家逡逑點火裝置（ＮＩＦ）采用間接驅(qū)動方式。間接驅(qū)動方式同直接驅(qū)動方式相比，在黑腔內(nèi)產(chǎn)逡逑生的Ｘ射線能更加均勻地作用在{耐梟希蚨哂懈叩難顧跣剩媯鰨輟ｅ義希椋澹卞渭す饈危ВВ良す饈義锨賞瑁咤鍊r逡逑黑腔逡逑圖１．２激光慣性約束累變直接驅(qū)動示意圖圖１．３激光慣性約束聚變間接驅(qū)動示意圖逡逑革Ｅ丸在發(fā)生內(nèi)爆壓縮的過程中，其間產(chǎn)生的流體力學(xué)不穩(wěn)定性（如民ａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ逡逑不穩(wěn)定性等）是最終能否實現(xiàn)聚變條件的主要因素。表面缺陷的細(xì)微擾動均有可能被放逡逑大，從而產(chǎn)生不對稱皮縮，，最終會導(dǎo)致巧低的熱核聚變反應(yīng)效率，甚至引起打靴實驗失逡逑敗。表面擾動被放大的參量依賴于靴丸圓周長度與化動波長的比率，送一比率被稱之為逡逑模數(shù)。通過某些計算機(jī)模擬及實驗數(shù)據(jù)表明：粗丸整體形貌特征的中、低模數(shù)表面擾動逡逑量對打視實驗顯得尤為重要。正因為如上所述

邐燃燒逡逑圖１．１慣性約束聚變中也點火過程示意圖逡逑按驅(qū)動方式分類，ＩＣＦ可分為直接驅(qū)動和間接驅(qū)動。前者是將激光束或粒子束直接逡逑照射靴丸，后者是通過黑腔內(nèi)壁面作用先將激光能轉(zhuǎn)換為軟Ｘ射線，再由Ｘ射線加熱逡逑靴丸驅(qū)動點火。無論采取哪一種方式驅(qū)動，都包含圖１．１所示的燒蝕、壓縮、點火、燃逡逑燒四個過程。直接驅(qū)動方式的原理示意如圖１．２所示，美國羅切斯特大學(xué)激光能學(xué)實驗逡逑室ａＬＥ）即采用直接驅(qū)動點火方式；間接驅(qū)動方式原理示意如圖１．３所示，美國國家逡逑點火裝置（ＮＩＦ）采用間接驅(qū)動方式。間接驅(qū)動方式同直接驅(qū)動方式相比，在黑腔內(nèi)產(chǎn)逡逑生的Ｘ射線能更加均勻地作用在{耐梟�，因而具有更高惦y顧跣剩媯鰨輟ｅ義希椋澹卞渭す饈危ВВ良す饈義锨賞瑁咤鍊r逡逑黑腔逡逑圖１．２激光慣性約束累變直接驅(qū)動示意圖圖１．３激光慣性約束聚變間接驅(qū)動示意圖逡逑革Ｅ丸在發(fā)生內(nèi)爆壓縮的過程中
【學(xué)位授予單位】：中國工程物理研究院
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TL639


本文編號：2620122