[发明专利]一种填充气凝胶ICF冷冻靶系统

说明书

技术领域

本发明属于惯性约束聚变(ICF)中的靶技术领域，具体涉及一种填充气凝胶ICF冷冻靶系统。

背景技术

惯性约束核聚变(ICF)，是一种核聚变的技术，利用激光的冲击波来引发核聚变反应，是实现聚变点火的主要方法之一。

在惯性约束聚变中，点火条件要求高温、高密度和一定的尺度，采用激光驱动也需要增压手段，其大致过程是：激光首先从四面八方均匀加热球形靶丸表面，在靶表面形成一层高温稀薄等离子体，然后激光通过这层稀薄等离子体时，以逆韧致和某些等离子体的反常吸收过程被吸收。被吸收的激光能量迅速加热电子，温度可达到3—5千万度。高温电子通过电子热传导，又将大部分能量输运到临近吸收区的烧蚀层密度高的区域，形成一个高温烧蚀阵面(温度急剧变化的一个空间界面)，并在此产生高的烧蚀压，这是一个增压过程。它将激光压力提高近千倍。烧蚀压驱动烧蚀阵面附近的物质，一方面将一部分高温高密度等离子体物质向外朝低密度的等离子体区喷射，另一方面由于作用与反作用的关系，将剩余的冷物质压缩并向中心加速运动，产生聚心冲击波，压缩氘氚燃料，这就是惯性约束的含义。这个过程就称为“内爆”，通过球形内爆和内爆过程的聚心效应，使氘氚燃料的压力再增加几万倍，达到点火时要求达到的燃料压力。

现阶段ICF尚未商用，仍处于研究阶段，对其点火效率的提高仍有待于研究，点火成功与否以及效率与冷冻靶的综合性能密切相关。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种填充气凝胶ICF冷冻靶系统，有效改善了温度分布不均匀性，抑制激光照射黑腔内壁产生的金等离子体，提高冷冻靶丸内爆性能。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种填充气凝胶ICF冷冻靶系统，包括金腔4，金腔4的内部中央通过支撑膜8固定有靶丸6，靶丸6内有聚变材料，金腔4的顶部设有激光入射口1，金腔4的外部设置有热力机械结构3，热力机械结构3的上、下两部分通过连接结构7连接成一体，热力机械结构3上设置有冷环2，金腔4内壁设有气凝胶薄层10，气凝胶薄层10的空腔内为填充气体9。

所述的气凝胶薄层10的上下两端设置有填充气凝胶11，填充气凝胶11通过固定膜12固定，上下填充气凝胶11之间的气凝胶薄层10的空腔内为填充气体9。

所述的热力机械结构3的上、下部分各设有一个辅助加热环5。

所述的填充气体9为氦气、氢气或其它低原子序数气体。

所述的气凝胶薄层10的厚度20-100微米。

所述的填充气凝胶11的填充率为30.0％-50％。

本发明的有益效果为：由于气凝胶薄层10，填充气凝胶11的存在，可以抑制金等离子体膨胀，减少内部填充气体的含量，削弱自然对流的影响，从而优化靶丸6表面温度均匀性，提高点火成功率。

附图说明

图1为本发明填充气凝胶ICF冷冻靶系统的示意图。

图2为增加了上下填充气凝胶的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细的说明。

参照图1，一种填充气凝胶ICF冷冻靶系统，包括金腔4，金腔4的内部中央通过支撑膜8固定有靶丸6，靶丸6内有聚变材料，金腔4的顶部设有激光入射口1，激光入射口1为激光点火时激光射入的窗口，金腔4的外部设置有热力机械结构3，热力机械结构3的上、下两部分通过连接结构7连接成一体，热力机械结构3作用为支撑整个系统，热力机械结构3上设置有冷环2，冷环2为冷冻靶结构提供冷量，达到降温的效果，金腔4内壁设有气凝胶薄层10，气凝胶薄层10的空腔内为填充气体9，气凝胶薄层10可以有效抑制等离子体膨胀，从而可以填充更低压力的填充气体，使靶丸6表面温度均匀性优化，填充气体9的作用为抑制金腔等离子体的膨胀和充当导热介质。

参照图2，所述的气凝胶薄层10的上下两端设置有填充气凝胶11，填充气凝胶11通过固定膜12固定，上下填充气凝胶11之间的气凝胶薄层10的空腔内为填充气体9，填充气凝胶11可以有效抑制气体自然对流作用，使靶丸6表面温度均匀性优化。

所述的热力机械结构3的上、下部分各设有一个辅助加热环5，辅助加热环5作用为均化靶丸表面温度场，辅助加热环5的要求大大降低，可以有很小的加热量。

所述的填充气体9为氦气、氢气或其它低原子序数气体。

所述的气凝胶薄层10的厚度20-100微米。

所述的填充气凝胶11的填充率为30.0％-50％。

本发明的工作原理为：激光通过激光入射口1射入，金腔4表面产生金等离子体，同时激光转化为X射线，照射靶丸6，使靶丸6发生内爆，释放巨大的能量，在成功的点火过程中，靶丸6表面温度均匀性至关重要，由于气凝胶薄层10，填充气凝胶11的存在，可以抑制金等离子体膨胀，减少内部填充气体的含量，削弱自然对流的影响，从而优化靶丸6表面温度均匀性，提高点火成功率。