热梯度法制备D—T三元混合燃料低温冷冻靶的数学模型

摘要

在激光惯性约束核聚变技术中，利用低温冷冻靶丸来装填需要的聚变燃料。在低温下，聚变燃料的一部分冷凝成液体，附在靶丸小球的内壁。为了在激光打靶时，燃料能够均匀地被压缩，要求液态燃料在靶丸内，形成均匀的液体层。但是，由于重力的影响，液态燃料在靶丸内的分布，呈现出上薄下厚的状态。温度梯度法，能够克服重力的影响，在靶丸内形成均匀的液体燃料层。本课题对这种方法进行了研究。内容涉及了靶丸的充填、数学模型的建立、实验设备的设计。其中，建立的数学模型，描述了靶丸的工作温度和需要的温度梯度之间的关系。 本文分析了靶丸的材料特性，对靶丸内外压差的制约关系；充填温度对靶丸渗透率的影响；以及，在工作温度下，燃料液体层的厚度和充填温度、充填压力之间的对应关系。 为了分析靶丸工作温度，和形成均匀液体燃料层，需要的温度梯度之间的关系，通过分析了悬浮在液态燃料中的气泡，与靶丸小球同心时的受力情况，给出了一个自洽的数学模型。利用这个数学模型，估算了需要的外部温度梯度大小，讨论了影响气泡平衡的因素－温度梯度和同位素分离效应。结果显示：同位素分离效应，是混合液态燃料，在低温冷冻靶丸内，形成均匀液体层的决定性因素。 最后设计了用于研究的实验设备，通过理论计算给出了设备的设计和选型依据。