為制備滿足物理實驗要求的冷凍靶氫同位素冰層,需控制冰結(jié)晶生長過程,實現(xiàn)燃料的單晶生長,由此減少影響冰層均勻性及晶體缺陷。采用數(shù)值模擬方法研究冷凍靶溫度場,通過可見光背光陰影成像技術(shù)在線表征了低溫下靶丸內(nèi)氘(D₂)的結(jié)晶生長行為。結(jié)果表明:當降溫速率為0.4 K/min時,在靶丸內(nèi)可重復形成D₂籽晶;通過優(yōu)化控溫過程,可顯著降低D₂晶體生長過程中形成的缺陷。

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【部分圖文】：

圖1D2冷凍靶均化實驗系統(tǒng)示意圖

圖1是實驗使用的裝置示意圖,主要包括充氣系統(tǒng)、低溫制冷及冰層在線表征(背光陰影成像)等部分。柱腔靶室內(nèi)裝有內(nèi)含99.8%高純氘氣的GDP微球,靶丸直徑為1mm,壁厚2.6μm,內(nèi)表面粗糙度<10nm。靶丸內(nèi)D2壓力為20.5KPa,采用直徑為20μm充氣管將GDP靶丸....

圖2上端18.5K、下端19.0K時的冷凍靶物理場

如圖3所示,實驗中發(fā)現(xiàn)當D2冰以某一種形式生長時,如果發(fā)現(xiàn)冰層的生長無法達到要求,需將冰層完全融化并重新進行冰層生長,若冰融化不徹底便開始冰層的生長,所得冰層的生長方式及最終的形貌會與上一次極為相似(稱之為記憶效應)。分析其原因,主要是因為靶丸中存在殘留冰,殘留冰的晶體取向及球殼....

圖3有殘留冰存在時靶球內(nèi)D2的結(jié)晶生長行為(記憶效應)

圖2上端18.5K、下端19.0K時的冷凍靶物理場3.2降溫速率對籽晶形成的影響

圖4降溫速率0.4K/min時靶丸不同位置形成的籽晶

當柱腔上下端溫度分別維持在18.5、19.0K時,靶丸內(nèi)的冰層緩慢融化,然后分別開始以0.1、0.4K/min的速率降溫。當降溫速率為0.1K/min時,降溫過程中不能形成籽晶;而當降溫速率為0.4K/min時,通過背光陰影成像圖片可觀測到靶球的某個位置會快速出現(xiàn)一個小亮....

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