陈冠华,李翠,郭富城,厉彦忠

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)

为应对能源危机,惯性约束核聚变(ICF)作为一种高效且安全的聚变能获取途径,被寄予替代传统能源的希望[1-2]。已有多个国家在进行相关的课题研究,如美国国家点火装置(NIF)、法国兆焦耳激光装置,特别是NIF近期的实验成果加强了人们对惯性约束聚变的信心[3-6]。惯性约束聚变有冷冻靶和非冷冻靶两种靶型,由于冷冻靶优良的点火性能,国际上ICF实验普遍选用冷冻靶进行实验[7-8]。

靶丸内的固体燃料(DT)具有冰层厚度均匀、表面光滑的特点,是ICF实验成功点火的决定性因素。通常,燃料冰层厚度的均匀性需大于99%,冰层表面的粗糙度需小于1 μm。然而,燃料冰固有的相变特性使冰层均匀性和靶丸表面温度场均匀性密切相关,这对温度场均匀性提出了严苛的要求。经计算,靶丸表面最大温差通常要小于0.1 mK才能确保冰层均匀性大于99%[9-10]。屏蔽罩是冷冻靶的外围隔热结构,将其内部抽真空并使用制冷机维持低温可以屏蔽外界常温辐射。在点火实验过程中,脉冲制冷机冷头温度扰动、气体泄漏等会使屏蔽罩的温度产生波动,通过辐射传热的方式影响靶丸表面温度分布,威胁靶丸表面温度分布的均匀性[11-16]。因此,研究屏蔽罩温度波动对控制冷冻靶温度具有重要意义[17-19]。文献[20]对冷臂温度波动进行了研究,获得了通过降低黑腔填充气体压力、提高氦气填充份额以改善靶丸温度均匀性的方法。……