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在激光惯性约束聚变中,冷冻靶中DT(氘氚)冰层质量的好坏是实现聚变点火的关键因素之一,要获得均匀的DT冰层,需要对靶丸周围的温度场分布进行严格的控制。本文以美国国家点火装置(NIF)点火靶为原型,利用计算机数值模拟以及部分实验相结合的方法,对影响靶丸温度场分布的相关因素进行了研究。 根据我国冷冻靶对Si冷却臂结构设计的要求,对其结构进行了初步的设计。利用Solidworks软件建立了Si冷却臂三维模型,分别从力学性能、热响应、装配方面对其进行了数值模拟与分析。获得了Si冷却臂的臂长、分叉长度、分叉宽度、分叉个数等参数对其传热性能的影响规律,可为冷冻靶的进一步优化和设计提供理论依据。 本文还对靶丸材料、结构等对其温度均匀性的影响分布进行了研究。结果表明,靶丸烧蚀层材料的热导率越高,其温度场分布越均匀;靶丸烧蚀层的厚度越厚,其内表面温度均匀性越好,温差越小;靶丸内DT冰层厚度越厚,因冰层的衰变热增加,其外表面温度越高。 根据冷冻靶对冷冻罩系统温度控制的要求,利用模拟与实验相结合的方法,分别从冷屏的设计、填充气体压力、接触热阻、冷源温度波动对冷冻罩系统温度场分布的影响进行了研究。获得了相关因素对其温度场分布的影响规律,并给出了Si冷却臂与Al套筒、夹持臂间的接触热阻值,可为冷冻靶温度场的精确控制提供理论基础和参考。 从靶腔内He气的压力、制冷机的制冷功率方面对小型冷冻靶的温度分布进行了研究。结果表明,制冷功率在25W量级能够使靶丸温度下降,但2.5W和0.25W量级的降温速率不能够使靶室温度下降。在降温过程中填充He气压力对靶丸上温度分布影响不大,温差仅在mK量级,恒温过程中He气的压力对靶丸上温度分布有一定的影响,在102mK量级,随气体压力的增大,温度逐渐降低。