神光Ⅲ靶材激光微细加工技术研究

摘要

随着石油、天然气、煤炭等天然化工能源的不断耗尽,能源危机已经成为当今社会面临的最大问题,如何高效的开发清洁的可再生能源是全世界面临的技术瓶颈。惯性约束激光核聚变(ICF)可以利用海水中富含的氘和氚两种元素源源不断的提供可持续、清洁的能源。而点火装置作为ICF的核心结构,其靶丸微孔和靶室内的金质空腔靶材成了影响聚变稳定性发展的关键因素之一。因此研究神光Ⅲ靶材的微细加工技术对ICF的发展具有深远影响。
　　本文通过对紫外激光和飞秒激光微细加工技术的总结,对靶材激光微细加工技术进行了仿真与试验研究。
　　根据紫外激光的光热、光化学消融原理,对紫外激光加工聚苯乙烯靶球的消融方式进行确定,分析了聚苯乙烯对紫外激光的吸收机制;对紫外激光和飞秒激光去除金属材料的原理进行讨论。
　　针对紫外激光对聚苯乙烯靶球微孔加工的去除机理和温度场分布,利用有限元软件进行了仿真研究;根据范德瓦尔方程对靶球底部加热,避免微孔加工过程中熔渣容易进入靶球内部;设计了加工靶球微孔的定位方式并进行了紫外激光加工聚苯乙烯靶球微孔试验研究,研究了激光的功率、重复频率、加工时间对微孔形貌的影响规律。
　　搭建了飞秒激光试验系统。利用单因素试验法,利用飞秒激光和紫外激光对钽、铜、铝、钛等金属薄板进行划切试验,得到了划切微槽与激光参数的关系,对各个参数的影响规律进行了讨论,通过加工后微槽表面形貌的分析对比了紫外激光和飞秒激光的加工效果。

目录

摘 要

Abstract

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 激光微细加工技术的现状

1.2.2 靶球微孔加工的现状

1.3 课题的主要研究内容

第2章 紫外激光和飞秒激光与靶材的作用机理

2.1 引言

2.2 紫外激光与靶材的相互作用

2.2.1 紫外激光与靶材相互作用的机理

2.2.2 紫外激光与神光Ⅲ靶材的消融原理

2.2.3 紫外激光热源的处理及光能量的吸收

2.3 飞秒激光与金属靶材作用的原理

2.4 激光加工靶材温度场的数学模型

2.5 本章小结

第3章 聚苯乙烯靶球的紫外激光微孔加工技术研究

3.1 引言

3.2 靶球微孔加工技术有限元仿真

3.2.1 聚苯乙烯靶球的紫外激光打孔技术有限元模型

3.2.2 聚苯乙烯靶材的紫外激光打孔技术加工过程仿真

3.2.3 激光光压力及靶球内外压强差对孔加工熔渣的影响

3.3 靶球微孔加工的定位方式及最高点的确定

3.3.1 无附加热源时靶球定位方式的设计

3.3.2 有附加热源时靶球定位方式的确定

3.4 聚苯乙烯靶球的紫外激光微孔加工技术试验研究

3.4.1 紫外激光试验装置简介

3.4.2 靶球微孔紫外激光加工工艺研究

3.5 本章小结

第4章 靶材激光微细加工试验研究

4.1 引言

4.2 金属靶材薄板紫外激光微细加工试验研究

4.2.1 紫外激光划切钽薄板试验

4.2.2 紫外激光划切铜、铝、钛薄板试验

4.3 金属靶材薄板飞秒激光微细加工试验研究

4.3.1 飞秒激光试验装置简介

4.3.2 工艺参数对金属薄板微槽加工宽度的影响

4.4 本章小结

结 论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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致 谢