ICF聚合物微球靶制备过程中的界面不稳定现象研究
发布时间：2020-04-09 01:51
【摘要】：惯性约束聚变(ICF)作为当今一项重大前沿课题,引起了广泛关注和多国的持续研究。如其能成功实现,则有望使人类获得更为洁净和更充足的能源。用于装填核燃料的靶丸作为ICF实验中最重要的部件之一,其自身必须满足高球形度、高壁厚均匀性以及高表面光洁度等严格要求。目前,前许多靶丸的制备均与高品质的聚合物空心球制备紧密关联,因此聚合物空心球的研制显得尤为重要。作为制备ICF用聚合物空心球的一种主流技术,基于溶剂挥发的乳液微封装技术发展较快,但目前对该技术中影响聚合物空心球表面光洁度的因素尚缺乏全面系统的研究。由此,论文重点关注于聚-0[-甲基苯乙烯(PAMS)空心球的制备过程中影响微球表面光洁度的主要因素。通过对PAMS液膜固化和PAMS乳液固化步骤的研究,探讨固化过程中的界面稳定性,确定影响PAMS薄膜形貌和PAMS球表面形貌的主要因素。这一工作将为理解聚合物空心球制备过程的特性和掌握其基本控制要素提供科学指导。由于双重乳液固化过程中液-液界面现象的复杂性,论文工作将球面的液-液问题分解,开展平面聚合物薄膜表面形貌控制因素的实验研究和球面的油水界面实验研究,确定了影响PAMS薄膜表面粗糙度的主要因素并揭示了薄膜表面孔洞形成的机理。研究结果显示：聚合物分子结构及分子量、溶剂挥发性、油水互溶性、固化环境温湿度等因素均会对薄膜表面形成的孔洞产生影响,这些都最终决定了PAMS薄膜的表面粗糙度。通过对双重乳液在不同条件下的固化过程研究,得到影响PAMS微球表面粗糙度的主要因素为：内水相(W1)与外水相(W2)的渗透压差、聚合物溶液粘度、油水的相互溶解性、乳液固化温度等。将无机盐加入W1相和W2相中,可平衡W1/油相O/W2三相中水的化学势,从而抑制内外相的水分迁移到油相,减少微球球壁气泡的产生。低温固化有利于提高微球的球形度和壁厚均匀性；延缓固化的关键阶段是降低氟苯的扩散速率,这有利于提高微球球形度,并降低中等模数附近的表面粗糙度。研究得出：聚合物微球球壁的微泡产生与乳粒油层的壁厚相关联,其产生与Marangoni对流、溶质对流(solute convection)机理相关。本文还结合聚合物溶液热力学理论,对聚合物液膜固化进行理论研究,描述了聚合物溶液扩散行为的自由体积理论,建立了模拟溶液浇铸法制备ICF物理实验用聚合物薄膜制备中干燥过程的理论模型。借助模拟计算结果,可以系统掌握聚合物液膜内部及外部条件对干燥行为的影响规律,为优化干燥过程以及相分离、界面不稳定性等可能影响薄膜品质的研究奠定基础。
【图文】：
按驱动方式分类，ＩＣＦ可分为直接驱动和间接驱动。前者是将激光束或粒子束直接逡逑照射靴丸，后者是通过黑腔内壁面作用先将激光能转换为软Ｘ射线，再由Ｘ射线加热逡逑靴丸驱动点火。无论采取哪一种方式驱动，都包含图１．１所示的烧蚀、压缩、点火、燃逡逑烧四个过程。直接驱动方式的原理示意如图１．２所示，美国罗切斯特大学激光能学实验逡逑室ａＬＥ）即采用直接驱动点火方式；间接驱动方式原理示意如图１．３所示，美国国家逡逑点火装置（ＮＩＦ）采用间接驱动方式。间接驱动方式同直接驱动方式相比，在黑腔内产逡逑生的Ｘ射线能更加均匀地作用在{耐枭希蚨哂懈叩难顾跣剩妫鳎辍ｅ义希椋澹卞渭す馐危ВВ良す馐义锨赏瑁咤鍊r逡逑黑腔逡逑图１．２激光惯性约束累变直接驱动示意图图１．３激光惯性约束聚变间接驱动示意图逡逑革Ｅ丸在发生内爆压缩的过程中，其间产生的流体力学不稳定性（如民ａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ逡逑不稳定性等）是最终能否实现聚变条件的主要因素。表面缺陷的细微扰动均有可能被放逡逑大，从而产生不对称皮缩，，最终会导致巧低的热核聚变反应效率，甚至引起打靴实验失逡逑败。表面扰动被放大的参量依赖于靴丸圆周长度与化动波长的比率，送一比率被称之为逡逑模数。通过某些计算机模拟及实验数据表明：粗丸整体形貌特征的中、低模数表面扰动逡逑量对打视实验显得尤为重要。正因为如上所述
逦燃烧逡逑图１．１惯性约束聚变中也点火过程示意图逡逑按驱动方式分类，ＩＣＦ可分为直接驱动和间接驱动。前者是将激光束或粒子束直接逡逑照射靴丸，后者是通过黑腔内壁面作用先将激光能转换为软Ｘ射线，再由Ｘ射线加热逡逑靴丸驱动点火。无论采取哪一种方式驱动，都包含图１．１所示的烧蚀、压缩、点火、燃逡逑烧四个过程。直接驱动方式的原理示意如图１．２所示，美国罗切斯特大学激光能学实验逡逑室ａＬＥ）即采用直接驱动点火方式；间接驱动方式原理示意如图１．３所示，美国国家逡逑点火装置（ＮＩＦ）采用间接驱动方式。间接驱动方式同直接驱动方式相比，在黑腔内产逡逑生的Ｘ射线能更加均匀地作用在{耐枭希蚨哂懈叩难顾跣剩妫鳎辍ｅ义希椋澹卞渭す馐危ВВ良す馐义锨赏瑁咤鍊r逡逑黑腔逡逑图１．２激光惯性约束累变直接驱动示意图图１．３激光惯性约束聚变间接驱动示意图逡逑革Ｅ丸在发生内爆压缩的过程中
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL639
本文编号：2620122
【图文】：
按驱动方式分类，ＩＣＦ可分为直接驱动和间接驱动。前者是将激光束或粒子束直接逡逑照射靴丸，后者是通过黑腔内壁面作用先将激光能转换为软Ｘ射线，再由Ｘ射线加热逡逑靴丸驱动点火。无论采取哪一种方式驱动，都包含图１．１所示的烧蚀、压缩、点火、燃逡逑烧四个过程。直接驱动方式的原理示意如图１．２所示，美国罗切斯特大学激光能学实验逡逑室ａＬＥ）即采用直接驱动点火方式；间接驱动方式原理示意如图１．３所示，美国国家逡逑点火装置（ＮＩＦ）采用间接驱动方式。间接驱动方式同直接驱动方式相比，在黑腔内产逡逑生的Ｘ射线能更加均匀地作用在{耐枭希蚨哂懈叩难顾跣剩妫鳎辍ｅ义希椋澹卞渭す馐危ВВ良す馐义锨赏瑁咤鍊r逡逑黑腔逡逑图１．２激光惯性约束累变直接驱动示意图图１．３激光惯性约束聚变间接驱动示意图逡逑革Ｅ丸在发生内爆压缩的过程中，其间产生的流体力学不稳定性（如民ａｙｌｅｉｇｈ－Ｔａｙｌｏｒ逡逑不稳定性等）是最终能否实现聚变条件的主要因素。表面缺陷的细微扰动均有可能被放逡逑大，从而产生不对称皮缩，，最终会导致巧低的热核聚变反应效率，甚至引起打靴实验失逡逑败。表面扰动被放大的参量依赖于靴丸圆周长度与化动波长的比率，送一比率被称之为逡逑模数。通过某些计算机模拟及实验数据表明：粗丸整体形貌特征的中、低模数表面扰动逡逑量对打视实验显得尤为重要。正因为如上所述
逦燃烧逡逑图１．１惯性约束聚变中也点火过程示意图逡逑按驱动方式分类，ＩＣＦ可分为直接驱动和间接驱动。前者是将激光束或粒子束直接逡逑照射靴丸，后者是通过黑腔内壁面作用先将激光能转换为软Ｘ射线，再由Ｘ射线加热逡逑靴丸驱动点火。无论采取哪一种方式驱动，都包含图１．１所示的烧蚀、压缩、点火、燃逡逑烧四个过程。直接驱动方式的原理示意如图１．２所示，美国罗切斯特大学激光能学实验逡逑室ａＬＥ）即采用直接驱动点火方式；间接驱动方式原理示意如图１．３所示，美国国家逡逑点火装置（ＮＩＦ）采用间接驱动方式。间接驱动方式同直接驱动方式相比，在黑腔内产逡逑生的Ｘ射线能更加均匀地作用在{耐枭希蚨哂懈叩难顾跣剩妫鳎辍ｅ义希椋澹卞渭す馐危ВВ良す馐义锨赏瑁咤鍊r逡逑黑腔逡逑图１．２激光惯性约束累变直接驱动示意图图１．３激光惯性约束聚变间接驱动示意图逡逑革Ｅ丸在发生内爆压缩的过程中
【学位授予单位】：中国工程物理研究院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TL639
本文编号：2620122
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/hkxlw/2620122.html
