激光約束核聚變因其產(chǎn)物清潔、原材料豐富、效率高等特點(diǎn),成為解決能源問題的重要關(guān)注點(diǎn)。除了裝置的結(jié)構(gòu)問題,提高裝置的負(fù)載能力和轉(zhuǎn)換效率也是目前這類裝置的重點(diǎn)研究方向,而光學(xué)元件的損傷是限制裝置的負(fù)載能力的主要因素。在高能激光通過時(shí),裝置內(nèi)的污染物會(huì)導(dǎo)致光學(xué)元件的損傷,縮短光學(xué)元件的使用壽命,增加了裝置的維護(hù)成本。所以,本文以高功率激光器中終端光學(xué)組件內(nèi)激光損傷的顆粒污染物的產(chǎn)生和傳播規(guī)律為研究對(duì)象,開展基于因激光損傷產(chǎn)生的污染物微粒的運(yùn)動(dòng)分析和實(shí)驗(yàn)研究,以及基于裝置內(nèi)部潔凈氣體置換技術(shù)、潔凈風(fēng)刀技術(shù)和靜電技術(shù)的仿真和實(shí)驗(yàn)研究。以保持裝置內(nèi)部一定的清潔度,為終端光學(xué)組件的光學(xué)設(shè)計(jì)和潔凈控制提供了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。論文首先對(duì)熔石英損傷所產(chǎn)生的顆粒污染物的出射速度進(jìn)行了分析和實(shí)驗(yàn),并在此基礎(chǔ)上,分別采用理論計(jì)算方法和流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算方法,建模并分析了激光損傷產(chǎn)生的污染物顆粒在常壓下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律,以及層流風(fēng)對(duì)顆粒污染物運(yùn)動(dòng)的影響規(guī)律。在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了污染物顆粒傳播規(guī)律研究的實(shí)驗(yàn)方案,通過搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),分別采用粒子計(jì)數(shù)器技術(shù)、圖像處理技術(shù)等對(duì)不同激光通量下熔石英損傷時(shí)顆粒污染物的產(chǎn)生和傳播規(guī)律進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行了驗(yàn)證。并通過實(shí)驗(yàn)研究了裝置結(jié)構(gòu)件在雜散光作用下產(chǎn)生的顆粒污染物的分布情況,確定兩種激光損傷的污染源。其次,對(duì)由激光損傷而產(chǎn)生的顆粒污染物的在不同潔凈手段下的潔凈效果進(jìn)行仿真研究。探究不同直徑大小的微粒,以不同速度射出時(shí),在外加風(fēng)刀、電場(chǎng)的作用下的清潔效果;模擬終端光學(xué)組件倍頻模塊的內(nèi)流場(chǎng)的空氣流動(dòng)規(guī)律,驗(yàn)證清潔方案的可行性。最后,搭建潔凈實(shí)驗(yàn)平臺(tái),通過固定風(fēng)速的層流風(fēng)和定壓強(qiáng)的風(fēng)刀對(duì)具有一定初速度的不同直徑大小的從光學(xué)元件射離的污染物微粒的潔凈效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。以及在小倍頻模塊內(nèi)傾撒不同直徑大小污染物微粒,對(duì)其在層流風(fēng)作用下的潔凈效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TL632.1
【部分圖文】：

圖 1-1 終端光學(xué)組件結(jié)構(gòu)圖借鑒于美國(guó)的國(guó)家點(diǎn)火裝置（National Ignition Facility，NIF），傳統(tǒng)的保方法是不夠的[12]，在裝配中也存在著一定的雜質(zhì)污染。由于污染物微粒會(huì)加重對(duì)光學(xué)元件表面的損傷，降低了光學(xué)元件的壽命[13]。出于降低激程中的散射損耗，以及降低光學(xué)元件在激光照射下的損傷的考慮，保持清潔是至關(guān)重要的。高能激光會(huì)對(duì)光學(xué)元件表面造成損傷[14]，伴隨著表面損傷的增長(zhǎng)，會(huì)發(fā)熱和等離子體產(chǎn)生，以及隨后的熔融材料的飛濺[15]。在激光的燒蝕下，粒以近乎垂直于表面的方向，并以一定的動(dòng)量射離光學(xué)元件表面。且等生可能導(dǎo)致破損碎片的加速[16]。由于在終端光學(xué)組件中有大量的大口徑件，有的相鄰的光學(xué)元件間的距離很近，受損的光學(xué)元件飛濺出的具有的雜質(zhì)粒子可能會(huì)對(duì)相鄰的光學(xué)元件造成損傷，大大降低了光學(xué)元件的。所以，如何維持終端光學(xué)組件內(nèi)的潔凈，阻斷終端光學(xué)組件內(nèi)由激光損件產(chǎn)生的高速污染物微粒在光學(xué)元件間相互污染的途徑，以保持光學(xué)組

a) 常壓下 b) 真空下圖 1-2 在激光作用下逃逸光學(xué)元件表面的微粒的連續(xù)的延遲的照片段存在的問題III 在激光打靶的過程中，光學(xué)元器件在激光作用下會(huì)產(chǎn)生雜質(zhì)污神光-III 的終端光學(xué)組件內(nèi)部能夠達(dá)到 100 級(jí)的清潔度要求，對(duì)氣體沖掃裝置的設(shè)計(jì)是有很大必要的。而且沖掃的潔凈氣流還產(chǎn)生的一部分熱量，對(duì)光學(xué)元器件起到一定的保護(hù)作用。用的潔凈氣體沖掃，雖然能夠?qū)K端光學(xué)組件產(chǎn)生一定的清潔研究只是針對(duì)于懸浮在裝置內(nèi)的雜質(zhì)微粒和沉降在光學(xué)元件表于由激光造成光學(xué)元件損傷產(chǎn)生的帶有一定動(dòng)能的高速雜質(zhì)微而高速粒子對(duì)相鄰的光學(xué)元件有著更大的威脅。所以針對(duì)如何的高速污染物微粒及時(shí)清除在裝置外，防止污染物微粒對(duì)其他污染的研究是有很重要的研究意義的。研究?jī)?nèi)容

石英片

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