【摘 要】
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在ICF物理实验中，超低密度SiO2气凝胶作为一类重要的靶材料，可有效提高靶丸氘氚燃料含量，从而实现聚变能量高增益，同时还可均化氘氚燃料冰层，有效降低内爆流体力学不稳定性，因此研究其低温氘气吸附特性具有重要的意义.本文利用高温高压快速凝胶与干燥技术展开了SiO2气凝胶的成型与低密度可控化研究，并利用低温物理化学吸附测量技术研究了不同密度SiO2气凝胶在温度18K～27K范围氘气的吸附特性.SiO2
【机 构】
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中国工程物理研究院激光聚变研究中心
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在ICF物理实验中，超低密度SiO2气凝胶作为一类重要的靶材料，可有效提高靶丸氘氚燃料含量，从而实现聚变能量高增益，同时还可均化氘氚燃料冰层，有效降低内爆流体力学不稳定性，因此研究其低温氘气吸附特性具有重要的意义.本文利用高温高压快速凝胶与干燥技术展开了SiO2气凝胶的成型与低密度可控化研究，并利用低温物理化学吸附测量技术研究了不同密度SiO2气凝胶在温度18K～27K范围氘气的吸附特性.SiO2气凝胶制备结果表明硅源前躯体分子量、反应温度与反应压力均对SiO2气凝胶的密度具有重要的影响作用；通过优化实验条件，本文最终实现了最低密度为1.6mg/cm3的憎水性SiO2气凝胶的制备，材料具有纳米量级孔洞结构，可见光透过率大于85％(800nm).低密度SiO2气凝胶低温氘气吸附特性表征结果表明温度为23K时，氘气在SiO2气凝胶结构内开始出现明显的毛细凝聚现象，随着温度降低，毛细凝聚量逐渐增加，而且凝聚相对压力逐渐降低，并与温度倒数呈线性关系，这符合经典的开尔文毛细凝聚理论.但是当温度降到20K时，毛细凝聚量明显降低，这表明快速液化导致封孔现象发生，从而降低氘气吸附量；当温度低于18K时，吸附量明显增加，这表明氘气在SiO2气凝胶中开始固化.表面憎水与亲水样品测试结果表明，表面亲水基团易于与氘气形成氢键，从而利于氘气吸附，因此毛细凝聚速率较快，导致封孔现象出现，进而降低了氘气吸附量.本文完成了超低密度SiO2气凝胶的制备与低温氘气吸附特性研究，有望为ICF物理实验用靶材料的设计与应用提供有意义的参考数据.
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