一種基于流體磁懸浮的快點(diǎn)火靶燃料分層裝置及方法，裝置包括轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)軸、轉(zhuǎn)盤和制靶室構(gòu)成，轉(zhuǎn)盤固定在驅(qū)動(dòng)軸上，轉(zhuǎn)盤的盤面上沿徑向開槽，安裝制靶室，導(dǎo)軌固定在制靶室中，滑塊兩側(cè)置換熱器和靶座，靶座上固定防輻射罩，夾持臂一端固定到滑塊，另一端與支撐桿連接，支撐桿粘接到到靶丸的金錐殼，充氫管連通毛細(xì)管和液氫容器，充氦管連通防輻射罩和氣氦容器，進(jìn)行燃料分層時(shí)，滑塊處于導(dǎo)軌的末端，方法是利用流體磁懸浮技術(shù)基本抵消液體燃料的重力，使泡沫材料的強(qiáng)度不再成為燃料分層的制約因素，從而滿足大直徑厚燃料層的快點(diǎn)火靶燃料分層的需求，本發(fā)明專利技術(shù)具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、操作方便的優(yōu)點(diǎn)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及慣性約束核聚變
，具體涉及。
技術(shù)介紹
流體磁懸浮技術(shù)是指通過施加外磁場，在目標(biāo)流體各質(zhì)點(diǎn)上基本實(shí)現(xiàn)磁場力與重力的抵消，再利用流體內(nèi)微弱的分子內(nèi)聚力使流體微團(tuán)達(dá)到懸浮效果。人工磁場產(chǎn)生的磁加速度一般隨空間位置變化，而重力加速度可視為空間均勻，因此磁場力無法在物體的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)上完全抵消重力，需通過磁場力、重力和分子內(nèi)聚力等的共同作用實(shí)現(xiàn)磁懸浮。固體的分子內(nèi)聚力大，故本身有一定的強(qiáng)度，可維持固定的形狀，因此即便固體的各質(zhì)點(diǎn)受到的外力很不均勻，也能在分子內(nèi)聚力的作用下達(dá)到整體上的受力平衡，以實(shí)現(xiàn)懸浮。流體的分子內(nèi)聚力遠(yuǎn)小于固體，只有各質(zhì)點(diǎn)所受外力差異很小時(shí)才能維持流體微團(tuán)的形狀，所以相較于固體磁懸浮技術(shù)，流體磁懸浮技術(shù)需要在特定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生均勻性更好的磁加速度。磁加速度與流體的比磁化率成正比，氫及其同位素的比磁化率基本相同，約為-2.5X IO^m3/kg (負(fù)號(hào)表示逆磁性)，當(dāng)外加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度與磁感應(yīng)強(qiáng)度梯度的乘積為1000T2/m時(shí)，磁場力與重力大小相等。隨著近十年來鈮鈦線圈制造技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)有能力獲得用來實(shí)現(xiàn)液氫及其同位素磁懸浮所需的較均勻強(qiáng)磁場。從上世紀(jì)六十年代開始，包括中國在內(nèi)的一些國家開始了慣性約束核聚變的研究，近年來，美國國家點(diǎn)火裝置進(jìn)行的幾次成功的打靶實(shí)驗(yàn)標(biāo)志著該領(lǐng)域已取得重大突破，英國正在籌備建造慣性約束核聚變發(fā)電站。燃料分層是慣性約束核聚變靶制備的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，通常需要在直徑1_2_的球形靶丸的內(nèi)壁面上形成厚度不足0.1mm的非常均勻的液體或固體燃料(由氘原子和氚原子構(gòu)成的多種分子的混合物)層。慣性約束核聚變使用的靶丸有三種類型:中心點(diǎn)火靶、體點(diǎn)火靶和快點(diǎn)火靶，其中快點(diǎn)火靶具有低壓縮對(duì)稱性要求、低驅(qū)動(dòng)能量和高增益的優(yōu)點(diǎn)，最 適合用于慣性約束核聚變發(fā)電站。三種靶型中只有快點(diǎn)火靶的結(jié)構(gòu)是非球?qū)ΨQ的，所以β分層、紅外輔助分層等傳統(tǒng)的分層技術(shù)對(duì)其難以奏效。現(xiàn)有的快點(diǎn)火靶燃料分層技術(shù)，是在靶丸內(nèi)壁面上布置一層均勻的多孔納米泡沫材料用作燃料支架，然后利用泡沫材料內(nèi)微小孔隙的毛細(xì)作用吸附液體燃料，從而避免了燃料沉積于靶丸下部，最終在靶丸內(nèi)壁面上形成均勻的液體燃料層。泡沫材料中各微孔的半徑要盡量大，以避免對(duì)燃料點(diǎn)火產(chǎn)生干擾，這就限制了泡沫材料的吸附能力和強(qiáng)度。因此對(duì)大直徑厚燃料層的快點(diǎn)火靶實(shí)施燃料分層時(shí)，液體燃料本身的重量會(huì)超過泡沫材料的支撐能力，導(dǎo)致泡沫材料支架變形，影響燃料層的均勻性。目前研究人員仍未制造出理想的低密度高強(qiáng)度多孔納米泡沫材料，故相較于其他靶型，快點(diǎn)火靶的尺寸偏小，燃料充灌量偏少，使用范圍受限。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本專利技術(shù)的目的在于提供，利用流體磁懸浮技術(shù)基本抵消液體燃料的重力，使泡沫材料的強(qiáng)度不再成為燃料分層的制約因素，從而滿足大直徑厚燃料層的快點(diǎn)火靶燃料分層的需求。為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采取的技術(shù)方案為:一種基于流體磁懸浮的快點(diǎn)火靶燃料分層裝置，包括轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)I，轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)I由驅(qū)動(dòng)軸31、轉(zhuǎn)盤29和制靶室8構(gòu)成,驅(qū)動(dòng)軸31平行于地面,轉(zhuǎn)盤29固定在驅(qū)動(dòng)軸31上,轉(zhuǎn)盤29的盤面與驅(qū)動(dòng)軸31的中軸線垂直，轉(zhuǎn)盤29的盤面上沿徑向開槽，安裝制靶室8，制靶室8外形呈立方體，其橫截面呈正方形，其縱截面的對(duì)稱軸沿轉(zhuǎn)盤29的徑向。不進(jìn)行燃料分層時(shí)，導(dǎo)軌9固定在制靶室8中，滑塊11與導(dǎo)軌9通過滑動(dòng)軸承連接，滑塊11的內(nèi)側(cè)布置換熱器10，靶座12固定在滑塊11的外側(cè)，靶座12與滑塊11的接觸面夾銦填料23，靶座12上固定防輻射罩21，防輻射罩21端部開有玻璃觀察窗15，夾持臂14貫穿靶座12，一端固定到滑塊11，另一端與支撐桿19連接，支撐桿19通過膠粘劑粘接到到靶丸18的金錐殼24，金錐殼24的對(duì)稱軸與兩個(gè)玻璃觀察窗的連線垂直，充氫管6的一端連接到支撐桿19內(nèi)的毛細(xì)管25，另一端通過充氫三通閥3連接到液氫容器2，液氫容器2固定在制靶室8中，毛細(xì)管25 —端連接到充氫管6，另一端連接到靶丸18的靶殼26，充氦管7的一端伸入防輻射罩21內(nèi)，另一端通過充氦三通閥5連接到氣氦容器4，氣氦容器4固定在制靶室8中。進(jìn)行燃料分層時(shí)，滑塊11處于導(dǎo)軌9的末端,防福射罩21位于磁體系統(tǒng)30的中部空腔內(nèi)，充氫管6和充氦管7伸展；防輻射罩21、玻璃觀察窗15、滑塊11、換熱器10、銦填料23、靶座12、夾持臂14、支撐桿19及靶丸18的相對(duì)連接關(guān)系不變，靶丸18的中心與磁體系統(tǒng)30的光纖20的末端位于同一高度。所述的磁體系統(tǒng)30，包括光源22、光纖20、攝相機(jī)13、液氦槽17和鈮鈦線圈16，液氦槽17的中部空腔內(nèi)布有光纖20，光纖20有共有2支:一支的上端部與光源22連接，下端部與鈮鈦線圈16的4/5高度處對(duì)齊；另一支的上端部與或攝像機(jī)13連接，下端部與鈮鈦線圈16的4/5高度處對(duì)齊，鈮鈦線圈16浸沒在液氦槽17的液氦中，液氦溫度保持在1.8K。所述的靶丸18由金錐殼24、靶殼26、泡沫材料27和氣腔28構(gòu)成，金錐殼24與靶殼26通過膠粘劑粘接，泡沫材料27襯在靶殼26的內(nèi)壁面，金錐殼24的尖端伸入氣腔28。一種基于流體磁懸浮的快點(diǎn)火靶燃料分層方法，包括以下步驟:I)在燃料分層前，使制靶室8處于左側(cè)的水平位置，在常溫常壓下裝配其內(nèi)的各組件，然后對(duì)制靶室8抽真空至I X IO-3Pa以下，對(duì)防輻射罩21抽真空至I X 10_5Pa以下并充入氦氣，使氦氣的壓力保持在20— 200kPa，對(duì)靶丸18抽真空至IXlO-5Pa以下，再將防輻射罩21內(nèi)的各組件冷卻至22K ；2)進(jìn)行燃料分層時(shí)，使制靶室8處于下側(cè)的豎直位置，將防輻射罩21推入液氦槽17的中部空腔并進(jìn)行密封，對(duì)防輻射罩21和液氦槽17之間的空間抽真空至IXlO-4Pa以下；3)向靶丸18充入氘氚混合燃料至液體部分的體積占靶丸18內(nèi)容積的1/6—1/5,氣氣混合燃料中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)為:氣分子(D2), 25% ;氣氣分子(DT), 50% ;氣分子(T2), 25%，給鈮鈦線圈16通電，通電瞬間燃料液面發(fā)生振蕩，然后燃料均勻吸附在泡沫材料27中，利用攝相機(jī)13監(jiān)測靶丸18內(nèi)燃料層的變化；4)對(duì)燃料降溫至17.5K使其固化，再以不大于2X 10_3K/s的速率升溫至僅在毛細(xì)管25與靶殼26的連接處有固體晶核，然后以1父10_6—1/10_51(/8的速率降溫至固體層擴(kuò)展到靶殼26的內(nèi)表面，最后將燃料以IX 10_2— 2X lOl/s的速率降溫至18.29K并保持溫度恒定；5)完成燃料分層后，將防輻射罩21拉回制靶室8，使制靶室8處于右側(cè)的水平位置。本專利技術(shù)的快點(diǎn)火靶燃料分層裝置及方法，通過對(duì)液體燃料施加符合條件的較均勻強(qiáng)磁場，基本抵消其所受重力，同時(shí)利用多孔納米泡沫材料的毛細(xì)力和燃料的分子內(nèi)聚力，使液體燃料均勻吸附在靶丸內(nèi)的泡沫材料層，然后對(duì)其降溫固化，完成燃料分層。所以泡沫材料支架對(duì)燃料的支撐能力不再成為燃料分層的制約因素，采用現(xiàn)有的泡沫材料即可滿足大直徑厚燃料層的快點(diǎn)火靶燃料分層的需求，進(jìn)而拓展了快點(diǎn)火靶的使用范圍。本專利技術(shù)的燃料分層裝置應(yīng)用了現(xiàn)今成熟的流體磁懸浮技術(shù)，便于對(duì)原有裝置做改造，具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、操作方便的優(yōu)點(diǎn)。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)I的前視剖示圖。圖2為本專利技術(shù)的制靶室8及其內(nèi)各組件在不進(jìn)行燃料分層本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種基于流體磁懸浮的快點(diǎn)火靶燃料分層裝置，包括轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)（1），其特征在于：轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)（1）由驅(qū)動(dòng)軸（31）、轉(zhuǎn)盤（29）和制靶室（8）構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)軸（31）平行于地面，轉(zhuǎn)盤（29）固定在驅(qū)動(dòng)軸（31）上，轉(zhuǎn)盤（29）的盤面與驅(qū)動(dòng)軸（31）的中軸線垂直，轉(zhuǎn)盤（29）的盤面上沿徑向開槽，安裝制靶室（8），制靶室（8）外形呈立方體，其橫截面呈正方形，其縱截面的對(duì)稱軸沿轉(zhuǎn)盤（29）的徑向；不進(jìn)行燃料分層時(shí)，導(dǎo)軌（9）固定在制靶室（8）中，滑塊（11）與導(dǎo)軌（9）通過滑動(dòng)軸承連接，滑塊（11）的內(nèi)側(cè)布置換熱器（10），靶座（12）固定在滑塊（11）的外側(cè)，靶座（12）與滑塊（11）的接觸面夾銦填料（23），靶座（12）上固定防輻射罩（21），防輻射罩（21）端部開有玻璃觀察窗（15），夾持臂（14）貫穿靶座（12），一端固定到滑塊（11），另一端與支撐桿（19）連接，支撐桿（19）通過膠粘劑粘接到到靶丸（18）的金錐殼（24），金錐殼（24）的對(duì)稱軸與兩個(gè)玻璃觀察窗的連線垂直，充氫管（6）的一端連接到支撐桿（19）內(nèi)的毛細(xì)管（25），另一端通過充氫三通閥（3）連接到液氫容器（2），液氫容器（2）固定在制靶室（8）中，毛細(xì)管（25）一端連接到充氫管（6），另一端連接到靶丸（18）的靶殼（26），充氦管（7）的一端伸入防輻射罩（21）內(nèi)，另一端通過充氦三通閥（5）連接到氣氦容器（4），氣氦容器（4）固定在制靶室（8）中；進(jìn)行燃料分層時(shí)，滑塊（11）處于導(dǎo)軌（9）的末端，防輻射罩 （21）位于磁體系統(tǒng)（30）的中部空腔內(nèi)，充氫管（6）和充氦管（7）伸展，防輻射罩（21）、玻璃觀察窗（15）、滑塊（11）、換熱器（10）、銦填料（23）、靶座（12）、夾持臂（14）、支撐桿（19）及靶丸（18）的相對(duì)連接關(guān)系不變，靶丸（18）的中心與磁體系統(tǒng)（30）的光纖（20）的末端位于同一高度。...
【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于流體磁懸浮的快點(diǎn)火靶燃料分層裝置，包括轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)(I)，其特征在于 轉(zhuǎn)盤機(jī)構(gòu)(I)由驅(qū)動(dòng)軸(31)、轉(zhuǎn)盤(29 )和制靶室(8 )構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)軸(31)平行于地面，轉(zhuǎn)盤(29 )固定在驅(qū)動(dòng)軸(31)上，轉(zhuǎn)盤(29)的盤面與驅(qū)動(dòng)軸(31)的中軸線垂直,轉(zhuǎn)盤(29)的盤面上沿徑向開槽，安裝制靶室(8)，制靶室(8)外形呈立方體，其橫截面呈正方形，其縱截面的對(duì)稱軸沿轉(zhuǎn)盤(29)的徑向； 不進(jìn)行燃料分層時(shí)，導(dǎo)軌(9)固定在制靶室(8)中，滑塊(11)與導(dǎo)軌(9)通過滑動(dòng)軸承連接，滑塊(11)的內(nèi)側(cè)布置換熱器(10 )，靶座(12 )固定在滑塊(11)的外側(cè)，靶座(12 )與滑塊(11)的接觸面夾銦填料(23 )，靶座(12 )上固定防輻射罩(21)，防輻射罩(21)端部開有玻璃觀察窗(15)，夾持臂(14)貫穿靶座(12)，一端固定到滑塊(11)，另一端與支撐桿(19)連接，支撐桿(19)通過膠粘劑粘接到到靶丸(18)的金錐殼(24)，金錐殼(24)的對(duì)稱軸與兩個(gè)玻璃觀察窗的連線垂直，充氫管(6)的一端連接到支撐桿(19)內(nèi)的毛細(xì)管(25)，另一端通過充氫三通閥(3)連接到液氫容器(2)，液氫容器(2)固定在制靶室(8)中，毛細(xì)管(25) —端連接到充氫管(6)，另一端連接到靶丸(18)的靶殼(26)，充氦管(7)的一端伸入防輻射罩(21)內(nèi)，另一端通過充氦三通閥(5)連接到氣氦容器(4)，氣氦容器(4)固定在制靶室(8)中； 進(jìn)行燃料分層時(shí)，滑塊(11)處于導(dǎo)軌(9)的末端，防輻射罩(21)位于磁體系統(tǒng)(30)的中部空腔內(nèi)，充氫管(6)和充氦管(7)伸展，防輻射罩(21)、玻璃觀察窗(15)、滑塊(11)、換熱器(10)、銦填料(23)、靶座(12)、夾持臂(14)、支撐桿(19)及靶丸(18)的相對(duì)連接關(guān)系不變，靶丸(18)的中心與磁體系統(tǒng)(30)的光纖(20)的末端位于同一高度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于流體磁懸浮的快點(diǎn)火靶燃料分層裝置，其特征在于:所述的磁體系統(tǒng)(30)，包括光源(22)、光纖(20)、攝相機(jī)(13)、液氦槽(17)和鈮鈦線圈(16),液氦槽(17)的中部空腔內(nèi)布有光纖(20),光纖(20)有共有2支:一支的上端部與光源(22)連接，下端部與鈮鈦線圈(16)的4/5高度處對(duì)齊；另一支的上端部與或攝像機(jī)(13)連接，下...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：厲彥忠，鄭江，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安交通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：
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