李翠,赵小迪,郭富城,胡孟华,陈冠华,厉彦忠

(西安交通大学能源与动力工程学院,710049,西安)

惯性约束核聚变(ICF)是一种高效、安全、清洁的获取核聚变能量的方法。ICF通过内爆对热核燃料进行压缩,使其达到高温高密度,从而获得聚变反应能[1]。ICF是未来解决人类能源危机的重要途径[2-3]。冷冻靶作为ICF的核心部件,主要有两种驱动方式:间接驱动冷冻靶和直接驱动冷冻靶,其中间接驱动冷冻靶被认为是最有希望的点火靶型[4]。美国国家点火装置(NIF)最新的内爆实验结果增强了人们对冷冻靶实现成功点火的信心[5-6]。

为实现成功点火,需抑制流体力学不稳定性,要求燃料在靶丸内壁形成高度均匀(靶丸内部燃料冰层均匀性大于99%)、光滑(表面粗糙度小于1 μm)、中心对称的冰层[7],其面密度达到300 mg/cm2。从初始粗糙冰层到达均匀冰层的过程称为冰层均化[8-10]。在制备冷冻靶丸的过程中,靶丸质量主要由其所处黑腔内的温度场分布决定,温度场越均匀,形成的冰层质量越好。而腔内温度分布受到多种因素影响,包括黑腔结构、腔内填充气体压力、接触热阻、辐射、装配工艺误差等。陈鹏玮等人研究发现,降低冷却气体中氦气含量可使冷却壁温扰动对靶丸外表面温度场均匀性的影响减弱[11];郭富城等发现,改变封口膜透射率也能有效降低靶丸与充气管连接处的温度[12]。在工程实际中,各个部件之间均可能产生装配工艺误差,会直接影响腔内氦气自然对流以及靶丸表面温度分布。……