[发明专利]激光差动共焦核聚变靶丸几何参数综合测量方法与装置

说明书

本发明公开的激光差动共焦核聚变靶丸几何参数综合测量方法与装置，属于共焦显微成像、激光惯性约束核聚变及精密光电测量技术领域。本发明将激光差动共焦技术与三维回转扫描技术结合，利用激光差动共焦技术对激光聚变靶丸壳层的内、外表面进行精密层析定焦，利用三维回转扫描技术对靶丸进行正交回转驱动，通过对靶丸内外表面各点的定焦信息进行解算和重构获得靶丸的内/外表面曲率半径、内/外表面圆轮廓和三维轮廓、壳层厚度及其三维分布等参数，实现核聚变靶丸几何参数综合测量。本发明能够为激光惯性约束核聚变仿真实验研究、靶丸制备工艺研究和靶丸筛选提供数据基础和检测手段。

技术领域

本发明属于共焦显微成像、激光惯性约束核聚变及精密光电测量技术领域,将激光差动共焦技术与三维回转扫描技术结合，涉及一种激光差动共焦核聚变靶丸几何参数综合测量方法与装置，在激光惯性约束核聚变、高能物理和精密检测领域有广泛的应用前景。

技术背景

激光惯性约束核聚变(ICF)是人工模拟核爆和天体演化的重要手段，也是人类探索未来清洁能源的重要方向，因此具有十分重要科研和实用意义。激光惯性约束核聚变实验中，内部填充氘氚(DT)气体的空心激光聚变靶丸是其核心器件，多路激光同时对靶丸进行会聚向心压缩点火引发核爆，激光聚变靶丸的质量是决定激光聚变实验是否成功的关键。美国国家点火装置(NIF)进行的ICF试验失败的一个主要原因是点火过程中靶丸不对称压缩进而导致其中心压力和温度降低以及其内部氘氚(DT)燃料混合不均衡，靶丸壳层和表面的微小缺陷都有可能被放大产生不对称压缩进而导致点火失败。因此精确测量激光聚变靶丸的几何形貌和物理属性参数对于保证激光惯性约束核聚变实验的成功具有重要意义。

目前国际上用于激光聚变靶丸几何形貌参数测量的方法主要采用各类显微镜进行观察，包括扫描电镜法、原子力显微镜法、X射线法、光纤点衍射法和干涉法等，上述方法测量分辨力已达纳米量级，但只能对靶丸外表面轮廓进行无损测量(目前测量内表面是通过破坏性切割后进行测量)，而对于靶丸的内轮廓、壳层厚度等内部几何参数无能为力。

随着激光惯性约束核聚变技术的发展和工程的推进，上述方法已经无法满足激光惯性约束核聚变技术研究对靶丸几何和轮廓参数测量的需求，主要存在如下问题：

1)不能无损测量靶丸内部参数，现有方法需要对靶丸进行破坏性切割，测量后靶丸被破坏无法应用于下一步工艺处理或者打靶实验；

2)不同参数测量过程分离，不能全面揭示靶丸制备和核聚变反应过程中发生的结构变化现象和规律；

3)综合测量能力不足，每种仪器仅能测量一、两种参数，靶丸综合参数测量需在不同仪器上反复装调，效率低下且量值基准不统一。

而激光惯性约束核聚变研究中，靶丸的参数是对核聚变过程进行模拟仿真和对靶丸制备工艺进行提升的基础，因此如何对靶丸几何和轮廓参数进行高精度、无损的综合测量是激光惯性约束核聚变国家重大工程中的关键技术问题。

激光差动共焦技术利用双路差动探测结构显著提高了光路的轴向分辨力和定焦精度，可实现靶丸的壳层内外表面的高精度层析定焦测量，为靶丸几何和轮廓参数的高精度无损测量提供了思路。

发明内容

本发明的目的是为了解决激光惯性约束核聚变靶丸几何参数高精度综合测量难题，提供一种激光差动共焦核聚变靶丸几何参数综合测量方法与装置，以期实现靶丸的内/外表面曲率半径、内/外表面圆轮廓和三维轮廓、壳层厚度及其三维分布等参数，实现核聚变靶丸几何参数综合测量。

本发明能够为激光聚变靶丸参数的综合检测提供有效技术手段，对于靶丸制备、激光核聚变实验仿真、数据分析和技术革新具有重要意义。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。