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《华中科技大学》 2004年
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热梯度法制备H-D燃料低温冷冻靶的研究

刘源  
【摘要】:二十世纪以来,人类面临着越来越严重的能源危机和环境危机,而惯性约束核聚变是能够长期解决人类能源问题最有效的方法。本课题对用温度梯度法制备激光惯性约束核聚变(ICF)用氢-氘复合成分低温冷冻靶进行了研究。 为了描述球形惯性约束核聚变靶丸中二元、两相同心流体流动的问题,计算并计算要获得、维持均匀液氢层所需的远端场温度梯度,本文在方位角对称的同心球壳系统中采用了下列方程来建立数学模型:连续性方程、动量守恒方程、能量守恒方程、物质扩散与对流方程以及各同位素的质量守恒方程。在复合成分的ICF靶中气液界面上氢同位素分离引起的马拉各尼流动对于形成均匀液层有着重要意义,因此本文中也进行了重点讨论。 考虑气液界面的剪切力平衡、液体-球壳界面的非滑移条件以及各界面上的温度速度连续分布等边界条件,采用涡度-流函数方法得到了一个自洽数学模型。通过运用理论模型,计算了靶丸内部的温度场和速度场,以及要在ICF靶形成均匀液氢层所需的远端温度梯度的值,并将计算值与现有的实验结果进行了比较。同时研制和设计了一种热梯度法制备核聚变低温冷冻靶用的带光学窗口的异型低温恒温器。通过液氦池下方的热连接杆使试样盒冷却,配合电加热器以及控温系统,使样品盒的平均温度可以在10K-40K的实验温度范围内连续调节,并能在3K/cm-15K/cm范围内实现温度梯度连续可调。 结果显示:模型计算结果与现有的实验数据吻合得相当不错,证实了虽然在建模过程中做了一些简化,但该模型在一定程度上揭示了靶丸参数之间的定性关系;对二元组分的燃料来说,要在靶丸内形成均匀的液体燃料层,必须是在靶丸上加一个正的(即靶丸上热下冷)的远端温度梯度;随着靶丸平均温度的增加,加到靶丸上所需的温度梯度是逐渐增大的;另外根据模型计算结果可以看到在其它参数不变的条件下随着靶丸直径增大,形成均匀液氢层所需的温度梯度也会相应增大。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:TL63

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【引证文献】
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【参考文献】
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【二级参考文献】
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