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在激光核聚变反应过程中,激光和X光射线辐射应尽量均匀,在各个方向同时作用于靶丸材料上,才能达到均匀对称的核聚爆,提高聚爆效率。传统的打靶方法是将靶丸固定在支撑点上,这样就会使接触区域能量吸收和非接触区域的能量吸收有很大差异,从而在一定程度上降低了驱动的均匀性,使聚爆的效率不理想。因而如何实现无接触点打靶对于提高聚爆的效率是至关重要的。
本文采用在传统的靶丸材料中引入磁性材料的方法,使靶丸能悬浮在磁场中,从而实现无接触点打靶,能够较好的解决这一问题。国内在这方面的研究还没有相关的文献报道,而国外已经制备出包裹含铁磁性材料外层靶丸,在实验中已经观察到球形对称核聚现象和中子的产生。相比之下,国内的研究相对落后,因而开展有关磁性ICF靶丸材料的研究具有极其重要的意义,有利于推动我国惯性约束核聚变的研究进展。
文中根据靶丸悬浮理论,推导了磁性ICF靶丸在磁场中悬浮的受力函数关系式,并结合靶丸的磁学及力学行为,建立了磁性靶丸在磁场中实现悬浮自支撑的理论模型。在液滴炉法制备HGM的基础上,通过调整和优化传统的HGM靶丸配方,引入了含过渡元素铁离子,采用高温熔融法制备了ICF用磁性硅酸盐玻璃。研究了不同的铁含量对铁离子在玻璃中价态的影响,以及对玻璃磁性能的影响。采用XRD、VSM、SEM等现代测试手段,分析了所制备的磁性玻璃的微观结构以及力学性能,并模拟计算出靶丸实现悬浮自支撑所需要的磁场强度。最后选择SiO2-BaO-Fe2O3玻璃体系,采用烧结法制备了以BaFe12O19为磁性晶相的ICF用磁性微晶玻璃靶丸材料,通过正交实验设计探索微晶玻璃的最佳热处理工艺条件。采用XRD、DTA、VSM、SEM、EDAX等现代测试手段,对最佳工艺条件下制备的微晶玻璃进行了微观结构分析和性能表征,并模拟计算出靶丸实现悬浮自支撑所需要的磁场强度。