不同控温过程下冷冻靶冰层结晶生长行为研究

发布时间：2024-05-18 22:26

　　为制备满足物理实验要求的冷冻靶氢同位素冰层,需控制冰结晶生长过程,实现燃料的单晶生长,由此减少影响冰层均匀性及晶体缺陷。采用数值模拟方法研究冷冻靶温度场,通过可见光背光阴影成像技术在线表征了低温下靶丸内氘(D₂)的结晶生长行为。结果表明:当降温速率为0.4 K/min时,在靶丸内可重复形成D₂籽晶;通过优化控温过程,可显著降低D₂晶体生长过程中形成的缺陷。

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【部分图文】：

图1D2冷冻靶均化实验系统示意图

图1是实验使用的装置示意图,主要包括充气系统、低温制冷及冰层在线表征(背光阴影成像)等部分。柱腔靶室内装有内含99.8%高纯氘气的GDP微球,靶丸直径为1mm,壁厚2.6μm,内表面粗糙度<10nm。靶丸内D2压力为20.5KPa,采用直径为20μm充气管将GDP靶丸....

图2上端18.5K、下端19.0K时的冷冻靶物理场

如图3所示,实验中发现当D2冰以某一种形式生长时,如果发现冰层的生长无法达到要求,需将冰层完全融化并重新进行冰层生长,若冰融化不彻底便开始冰层的生长,所得冰层的生长方式及最终的形貌会与上一次极为相似(称之为记忆效应)。分析其原因,主要是因为靶丸中存在残留冰,残留冰的晶体取向及球壳....

图3有残留冰存在时靶球内D2的结晶生长行为(记忆效应)

图2上端18.5K、下端19.0K时的冷冻靶物理场3.2降温速率对籽晶形成的影响

图4降温速率0.4K/min时靶丸不同位置形成的籽晶

当柱腔上下端温度分别维持在18.5、19.0K时,靶丸内的冰层缓慢融化,然后分别开始以0.1、0.4K/min的速率降温。当降温速率为0.1K/min时,降温过程中不能形成籽晶;而当降温速率为0.4K/min时,通过背光阴影成像图片可观测到靶球的某个位置会快速出现一个小亮....

本文编号：3977380