用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶及制备方法

本发明涉及激光约束核聚变，具体地，涉及一种用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶及制备方法。

背景技术：

1、随着人类科技及社会快速发展，能源问题日益凸显。在可再生能源方面，太阳能、风能、波浪能等展现出一定应用潜力，但能量密度低、生产成本高、且受环境因素制约较强，应用场景受到限制。通常认为，核能是未来最具潜力可满足人类社会需求的能源。核能主要包括核裂变能和核聚变能，核裂变能的反应原料铀等材料储量有限，且反应原料与核废料均属于放射性物质，处理难度大，易对环境造成危害。相比于核裂变能，核聚变能燃料为氢的同位素(氘和氚)，可直接或间接的取自于海水，地球含量丰富，尤其是氘的含量几乎用之不竭，且其反应运行也较安全，几乎不会对环境造成破坏，具有十分诱人的前景。激光约束核聚变是可控核聚变实现的两条主要途径之一，且由于其反应的本质是微型核爆炸，对战略核武器研究也具有重要意义。但激光约束聚变实现点火的物理条件十分苛刻，尤其是对激光强度及均匀度、靶型精度要求高。

2、近年来，新型的“双锥对撞”激光聚变(dci)点火方案被提出，该原理方案能在一定程度上降低对压缩激光均匀度及燃料球壳靶对称性的要求。但“双锥对撞点火物理方案”与传统点火方案在靶型结构设计、激光束设计及点火的物理过程方面，存在显著差异。为推进这一新型聚变点火方案研究的开展，首先须对其双锥对撞预压缩等关键物理过程进行分解验证。由于激光聚变的冷冻靶打靶实验十分复杂，在目前实验条件下，为了将实验过程的各个环节进行分步验证，通常需要准备各类常温靶进行分解打靶实验。对于常温条件下的双锥对撞验证打靶实验，首先需进行原材料平面靶的压缩实验(单向压缩)，在此基础上进行双平面之间原材料(柱面状)的烧蚀、压缩实验，最终进行锥内压缩及对撞实验。目前已有的常温靶型可满足平面的单向压缩及锥内压缩(采用金锥+球壳结构)，近期最新报道了可用于柱面状原材料压缩实验的沟槽靶，但该靶型无法满足对柱面状原材料烧蚀、压缩后，进一步进行对撞并对结果进行检测的实验需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶及制备方法。

2、根据本发明的一个方面，提供一种用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶，包括：

3、连接支撑架，为所述对撞靶提供支撑作用；

4、一对上下呈面对称的楔形约束结构，设于所述连接支撑架上，一对所述楔形约束结构形成对撞结构；每个所述楔形约束结构包括：

5、两个呈预设夹角的约束面，两个所述约束面之间留有空隙，所述约束面上设有高z材料层；

6、聚合物柱状壳，其两端分别与两个所述约束面连接，所述聚合物柱状壳提供激光打靶实验材料，所述聚合物柱状壳具有预设的弯曲弧度，所述聚合物柱状壳的弯曲方向朝向所述约束面。

7、可选的，所述高z材料层采用高z材料片，所述高z材料片通过粘贴或键合工艺固定于所述约束面的表面。

8、可选的，所述高z材料层采用高z材料薄膜，所述高z材料薄膜采用沉积方式形成。

9、可选的，所述聚合物柱状壳具有多层结构，所述聚合物柱状壳的每一层分别由不同的聚变实验材料形成。

10、可选的，所述聚合物柱状壳的材料采用ch、chcl和cd中的任意一种。

11、可选的，所述约束面为约束平面或具有预设弧度的约束曲面。

12、可选的，所述聚合物柱状壳的两端通过胶粘方式固定于所述约束面上。

13、可选的，所述双楔形对撞靶采用3d打印工艺制备得到。

14、根据本发明的第二方面，提供一种上述的用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶的制备方法，所述方法包括：

15、利用3d打印工艺制备连接支撑架和楔形约束结构；

16、采用玻璃管作为模具，在所述玻璃管外部沉积聚合物薄膜，利用飞秒激光切割工艺，沿所述玻璃管的长度方向在所述聚合物薄膜表面进行切割，然后剥离所述聚合物薄膜，形成聚合物柱状壳；

17、提供高z材料片，通过粘贴或键合工艺将所述高z材料片固定于所述楔形约束结构的约束面表面；

18、在所述楔形约束结构的约束面上进行点胶，将所述聚合物柱状壳转移至所述楔形约束结构内，并通过胶粘方式固定于所述约束面上。

19、根据本发明的第三方面，提供一种上述的用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶的制备方法，所述方法包括：

20、利用3d打印工艺制备连接支撑架和楔形约束结构；

21、采用玻璃管作为模具，在所述玻璃管外部沉积聚合物薄膜，利用飞秒激光切割工艺，沿所述玻璃管的长度方向在所述聚合物薄膜表面进行切割，然后剥离所述聚合物薄膜，形成聚合物柱状壳；

22、于所述楔形约束结构的约束面表面采用沉积方式形成高z材料薄膜；

23、在所述楔形约束结构的约束面上进行点胶，将所述聚合物柱状壳转移至所述楔形约束结构内，并通过胶粘方式固定于所述约束面上。

24、与现有技术相比，本发明具有如下至少之一的有益效果：

25、1、本发明提供的双楔形对撞靶及制备方法，两个呈预设夹角的约束面形成楔形约束结构，一对上下呈面对称的楔形约束结构形成对撞结构，该双锥形对撞靶可用于双锥对撞激光约束核聚变常温实验中，满足对聚合物柱状壳的柱面状原材料进行烧蚀、压缩后，进一步进行对撞的需求，从而解决进行柱面状聚变材料烧蚀、压缩、对撞及其检测的实验需求。

26、2、本发明提供的双楔形对撞靶及制备方法，基于高精度3d打印工艺制备连接支撑架和楔形约束结构；通过粘贴或键合工艺将高z材料片固定于约束面表面，或者采用沉积方式在约束面表面形成高z材料薄膜，楔形约束角度及距离可进行灵活、高精度调控，具有较强实际操作性，为双锥对撞激光聚变实验方案的物理过程验证提供了重要的参考靶型。

技术特征：

1.一种用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶，其特征在于，所述高z材料层采用高z材料片，所述高z材料片通过粘贴或键合工艺固定于所述约束面的表面。

3.根据权利要求1所述的用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶，其特征在于，所述高z材料层采用高z材料薄膜，所述高z材料薄膜采用沉积方式形成。

4.根据权利要求1所述的用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶，其特征在于，所述聚合物柱状壳具有多层结构，所述聚合物柱状壳的每一层分别由不同的聚变实验材料形成。

5.根据权利要求1所述的用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶，其特征在于，所述聚合物柱状壳的材料采用ch、chcl和cd中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶，其特征在于，所述约束面为约束平面或具有预设弧度的约束曲面。

7.根据权利要求1所述的用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶，其特征在于，所述聚合物柱状壳的两端通过胶粘方式固定于所述约束面上。

8.根据权利要求1所述的用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶，其特征在于，所述双楔形对撞靶采用3d打印工艺制备得到。

9.一种权利要求1-8任一项所述的用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶的制备方法，其特征在于，包括：

10.一种权利要求1-8任一项所述的用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明提供一种用于激光约束核聚变常温实验的双楔形对撞靶及制备方法，对撞靶包括：连接支撑架，为对撞靶提供支撑作用；一对上下呈面对称的楔形约束结构，设于连接支撑架上，一对楔形约束结构形成对撞结构；每个楔形约束结构包括：两个呈预设夹角的约束面，两个约束面之间留有空隙，约束面上设有高Z材料层；聚合物柱状壳，其两端分别与两个约束面连接，聚合物柱状壳提供激光打靶实验材料，聚合物柱状壳具有预设的弯曲弧度，聚合物柱状壳的弯曲方向朝向约束面。本发明的双锥形对撞靶可用于双锥对撞激光约束核聚变常温实验中，满足对聚合物柱状壳的柱面状原材料进行烧蚀、压缩后，进一步进行对撞的需求。

技术研发人员：林祖德,刘景全,王晓林,刘武,文惠敏,尤敏敏
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15