KDP/DKDP晶体生长关键技术研究

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KDP/DKDP晶体作为性能良好的非线性和电光晶体,拥有透过波段宽、易生长大尺寸等优点,也是目前唯一可用于惯性约束核聚变中的晶体材料。但目前国内晶体,尤其是DKDP晶体的性能仍然不能满足装置的需求。鉴于晶体损伤机理研究的复杂性和缺陷探测比较困难,本文从减少引起损伤的缺陷源头方面着手,主要围绕KDP/DKDP晶体快速生长过程中涉及到的关键技术进行研究。具体开展的工作如下:  采用自主研制的带有连续过滤系统的生长设备,结合软件模拟的指导,快速生长了透亮、无可见缺陷的小尺寸Z向/横向KDP晶体、大尺寸Z向/横向KDP晶体,以及小尺寸横向70%氘化率DKDP晶体。实验测定了70%DKDP晶体的溶解度曲线,分析了溶质析出过程中D和H元素的交换,并根据KDP/DKDP晶体的溶解度公式,首创性地采用“称重法”测定生长溶液的饱和温度,通过实验证明了其可靠性。  理论分析了连续过滤技术在晶体生长中的必要性,并实验证实了连续过滤技术在不影响溶液稳定性的同时有效减少了溶液中颗粒物的浓度及粒径大小。实验分析了过滤方式、过滤流量对连续过滤效果的影响,发现过滤孔径越小、过滤级次越多、过滤流量适宜时,过滤效果最佳,这为晶体生长过程中过滤参数的选择提供了实验依据。  针对以往晶体生长过程中尺寸变化只能依赖人眼辨认的问题,自主研发了一套全自动晶体生长监控系统。该系统不仅能够持续采集晶体的生长参数,记录设备的工作状态,还能实时拍摄晶体的照片,建立三维模型,获得晶体的尺寸,从而能计算出实时的溶质消耗量,有助于精确调整降温速率,控制晶体外形,促进晶体的稳定生长。  开展了连续过滤快速生长的KDP/DKDP晶体的性能研究,对其氘化率测试、透过率、拉曼光谱、热学分析、缺陷损伤以及辐照性能进行了细致分析。重点研究了KDP/DKDP晶体的损伤性质,测量了晶体不同区域的杂质种类、含量与体内散射点分布,研究了不同晶体的损伤阈值,证实了连续过滤技术对晶体的损伤性能有所改善,但还需进一步优化过滤参数,提升过滤能力;实验验证了红外光谱法测定溶液氘化率的可靠性,关于晶体光学性能、热学性质以及辐照性能的研究对其发展和应用也有着重要的参考价值。
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