原子力显微镜有力地推动靶丸研制工作

激光惯性约束聚变实验过程中有一个重要因素常常是决定实验成败的关键,即在加速压缩过程中发生靶球表面的R2T流体动力学不稳定性,引起这种不稳定性最直接的原因就是表面缺陷的存在。在加速过程中,如果缺陷增长的足够大,就会引起不对称内爆甚至于使球壳破裂而导致实验失败;在内爆减速期粗糙的内表面也会变得流体动力学不稳定,进一步的R2T不稳性增长削弱了内爆最后的对称性并会混淆推动剂及燃料界面,降低了燃烧效率进而阻止点火。因此,用于ICF实验的靶球在内外表面要求有很好的粗糙度。原子力显微镜(AFM)作为一种新型高精度的表面形貌测量工具近年来被运用于靶球表面粗糙度的测量与分析。它能以纳米量级的精度绘出靶球表面粗糙度的定量分析结果。由于原子力显微镜一次测量的范围非常有限,因而为了能对靶球整个4Π表面粗糙度实行监测,我们研制了匹配于AFM的确定靶丸4Π定位搓动装置,它可以将靶丸在水平和垂直方向上实现旋转。用该装置我们可以用原子力显微镜AFM对靶丸表面任一局部进行扫描,从而可以对靶丸表面的整体形貌作出精确评价。有力地推动了靶丸的研制工作。

借助4Π旋转装置,我们用AFM对目前研制的各型靶丸进行了随机抽样测量,结果列于表l,其中内表面是将小球压碎或切开后测量碎片后得到的。由表中所列数据说明几点问题:其一,玻璃球与PS塑料球的外表面的粗糙度比较接近,其中氘代塑料球比玻璃球及普通的PS塑料球要好一些;其二,塑料球的内表面粗糙度要比玻璃球好得多,提高了约一个数量级;其三,我们自制的玻璃球外表面粗糙度略差于俄制玻璃球。玻璃球表面一般呈现细微的颗粒状,大小从零点几到几个微米,而塑料球局部显得比较光滑,但从较大范围来看,有一些缓慢的起伏。另外,自制玻璃球的一部分表面存在较大的包块,塑料球有一些存在气泡孔的结构,这些结果可以为制球工艺的改进和材料配方的研究服务。

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