基於ICF冷凍靶的高精度束靶耦合關鍵技術研究

《基於ICF冷凍靶的高精度束靶耦合關鍵技術研究》是依託哈爾濱工業大學，由劉炳國擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於ICF冷凍靶的高精度束靶耦合關鍵技術研究
• 依託單位：哈爾濱工業大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉炳國

項目摘要

冷凍靶相關技術研究目前成為慣性約束聚變領域的前沿課題。基於冷凍靶的束靶耦合研究的核心問題是在極端條件下（超低溫，高真空，狹小空間）實現冷凍靶的空間位姿精確定位和多路雷射快速準直和瞄準。.針對這一難題，在充分調研國外相關技術基礎上，本文主要研究基於圖像測量原理的冷凍靶束靶耦合監測技術，其關鍵技術包括ICF雷射驅動器高精度靶場坐標系建立與轉換技術，基於先驗知識的冷凍靶的三維空間姿態快速自動定位技術，基於弱照明的圖像特徵提取技術，基於圖像特徵的多光束識別和空間編碼技術，和多光束並行定位及快速調焦技術等。.基於冷凍靶超低溫工作特殊要求，測量過程中嚴格控制束靶耦合監測系統對靶的溫度影響，研究建立基於冷凍靶束靶耦合系統的溫度場數學模型，研究其溫度變化的特性及保持超低溫場穩定的策略，根據仿真結果，研製束靶耦合系統樣機並開展相關實驗研究。

結題摘要

實現可控聚變能開發利用是人類永恆追求，但由於聚變的反應條件非常苛刻，基本達到目前各學科研究的極限能力，為了更容易實現高密度壓縮，採用冷凍靶打靶成為當前國際上慣性約束聚變（ICF）裝置主流的打靶方式(如NIF)，因而冷凍靶相關技術研究目前成為ICF研究的熱點。本課題主要研究如何將甚多路雷射光束準確的引導到冷凍靶上指定彈著點上，即束靶耦合。與常溫靶不同，冷凍靶的束靶耦合難度大大增加，其研究的核心問題是在極端條件下（超低溫，高真空，狹小空間）實現冷凍靶的空間位姿精確定位和多路雷射快速準直和引導。本課題深入研究了冷凍靶束靶耦合關鍵技術，提出並驗證了冷凍靶束靶耦合監測總體方案，採用雷射掃頻干涉儀和大口徑監測儀聯合建立靶場坐標系，實現靶與雷射光束坐標系統一，採用靶室內束靶耦合感測器實現冷凍靶束靶耦合。研究了基於特徵和基於CAD模型的靶自動匹配定位算法。針對光學系統景深小的難題，採用疊代盲復原算法對模糊圖像進行復原處理。提出了弱照明圖像定位流程和方法，解決了濾光罩下異源圖像匹配的難題，最終實現了靶位姿自動調整和精確匹配定位。研究了甚多束雷射的快速引導技術，針對上百束雷射，提出了採用高速相機來實現串列流水，行間並行的引導方案，通過實驗驗證該方法可行，對192束雷射引導單次處理時間小於2秒。研製出了國內首台冷凍靶束靶耦合感測器樣機，搭建了實驗平台，開展了靶定位和光束引導實驗，實驗結果表明該感測器對靶和光束定位重複不確定度為1微米左右。