《高Z梯度摻雜靶丸原子濃度三維分布測量原理及方法研究》是依託中國工程物理研究院雷射聚變研究中心，由王宗偉擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高Z梯度摻雜靶丸原子濃度三維分布測量原理及方法研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王宗偉
- 依託單位：中國工程物理研究院雷射聚變研究中心
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在慣性約束聚變研究中，高Z元素梯度摻雜微型靶丸作為聚變燃料的存儲單元，其摻雜層在聚爆時將燃料同超熱電子隔離，降低通過燒蝕層的X射線通量及X射線對DT燃料冰層的預熱程度，所以對聚變點火物理實驗起著至關重要的作用。基於慣性約束聚變物理實驗對高性能梯度摻雜靶丸的摻雜均勻性要求和對梯度摻雜表征的精密化要求，本課題旨在利用顯微CT投影成像技術、反向重建技術、吸收相襯二元性理論、摻雜元素吸收理論等，開展基於顯微CT反重建原理的梯度摻雜靶丸摻雜原子濃度的三維分布表征原理和方法研究，進而實現摻雜原子濃度的實時表征和三維表征。為雷射聚變物理實驗提供精確、全面的摻雜原子濃度分布數據，實現聚變點火過程中靶丸參數的精確掌控。開展梯度摻雜靶丸原子濃度三維分布測量原理和方法研究是我國點火靶研究的重要方向之一，具有強烈緊迫性和必要性。
結題摘要
雷射聚變靶丸是雷射聚變實驗的核心器件，靶丸殼層摻雜在聚爆時阻隔超熱電子，降低通過燒蝕層的X射線通量及對DT燃料冰層的預熱，且梯度摻雜可一定程度上抑制壓縮過程中流體力學不穩定性增長，所以摻雜靶丸對聚變點火物理實驗起著至關重要的作用。靶丸殼層摻雜濃度的均勻性受製備工藝、靶丸結構等的影響，急需開展靶丸三維摻雜濃度測量方法及測量理論的探索研究，課題組在國家自然基金“高Z梯度摻雜靶丸原子濃度三維分布測量原理及方法研究（項目批准號：11504350）”的資助下，開展了深入研究，取得了如下研究成果：（1）建立了基於CT成像的靶丸二維摻雜濃度的實時測量方法，該方法基於建立的多能X射線等價吸收方法，實現了靶丸二維摻雜濃度的實時測量問題；（2）解決了閃爍體探測系統中的多能X射線能譜轉化問題；建立了多能譜、擴展光源、有限像素條件下的Fresnel衍射傳播模型，將摻雜層的靶丸相襯影響定量化；（3）建立了多能X射線、單幅、單距成像的靶丸吸收相襯混合成像的吸收恢複方法，按光譜權重單能化X射線，基於吸收相襯二元性理論，考慮低Z本底與低能X射線相互作用，考慮康普頓散射，建立的吸收恢複數學模型，有效消除了相襯成像對靶丸摻雜測量的影響；（4）建立了靶丸三維摻雜濃度測量方法，該方法基於濾波反投影原理，以非摻雜層及成像本底作為已知條件，建立了靶丸摻雜濃度三維測量的數學模型。該方法的顯著特點是，無需標樣標定，可給出靶丸全殼層摻雜濃度的三維分布；（5）建立了基於蒙特卡洛模擬的電子束與靶丸界面相互作用模型，該模型計算電子束與靶丸作用區域，通過計算靶丸基底對摻雜元素Kα線能量的吸收百分比，修正能量色散譜（EDS）測量的靶丸摻雜濃度，以此作為對比實驗方法；（6）建立了靶丸摻雜濃度測量不確定度評定方法，分析了測量不確定度來源，給出了測量不確定度評定公式；（7）基於二維實時測量方法、三維摻雜測量方法，開展了GDP摻Ge、摻Si靶丸的二維、三維摻雜濃度測量實驗，給出了靶丸三維摻雜濃度分布結果；對修正模型EDS結果比對，具有較好的一致性；評價了摻雜測量結果的不確定度，合成的擴展不確定度優於0.1 at.%(K=2)。 上述研究為高Z梯度摻雜靶丸原子濃度三維分布測量提供了理論基礎，圍繞靶丸摻雜濃度測量技術研究，共發表學術論文5篇，均發表在SCI檢索國際期刊，受理髮明專利2項，參加學術會議4次。
