一种多层调制结构聚变调制靶的制备方法技术

本发明专利技术提供一种多层调制结构聚变调制靶的制备方法，包括：建立调制靶三维模型，所述调制靶三维模型包括基底层模型和设于所述基底层模型上的多块调制结构层模型，多块调制结构层模型依次排布且存在高度差；根据所述调制靶三维模型，打印所述基底层；根据所述调制靶三维模型，于所述基底层上按序依次打印多块调制结构层；经紫外固化和等离子体表面处理后，得到多层调制结构聚变调制靶。本发明专利技术基于3D打印制备分区、分层、多样化的调制结构，并进行等离子体粗糙化处理，具有调制图形精确可控、结构复杂可变、尺寸分辨率高、工艺简单高效和成本低等优点，有助于模拟靶丸表面的多种不均匀因素对聚变点火过程的影响。素对聚变点火过程的影响。素对聚变点火过程的影响。

【技术实现步骤摘要】
一种多层调制结构聚变调制靶的制备方法


[0001]本专利技术涉及惯性约束聚变
，具体地，涉及一种多层调制结构聚变调制靶的制备方法。

技术介绍

[0002]惯性约束聚变(ICF)作为实现可控热核聚变的重要途径已成为世界上研究最多、发展最为迅猛的重大前沿科技领域之一。为测量聚变点火装置对球形内爆加速阶段的不稳定性，需人为引入表面调制图形以模拟靶丸表面不均匀性的调制结构，当前的加工方法主要有精密车削加工、化学腐蚀、离子束刻蚀、激光加工和等离子体射流加工等方法，根据加工思路又可分为模板倒模和直接加工。
[0003]精密车削加工在模板制备过程中的旋涂工艺只适用于平面调制靶型的制备，采用旋涂、流延和热压工艺进行模板转移的过程中调制图形轮廓会产生形变，调制精度不易控制，并且该方法受到车床夹具、刀具多自由度以及车削进刀算法等因素的限制；化学腐蚀法通常只能够进行平面调制靶的加工，且由于化学腐蚀法反应时间慢，反应产物不易及时排除，腐蚀表面粗糙度较高，可控性较差；离子束刻蚀法同样需要进行掩膜图形化，同时由于高度垂直刻蚀的特性使得其一般只用于平面调制靶中网格和条状的调制图形加工。故以上方法均不适用于曲面与多层调制图形的加工。
[0004]等离子体射流加工法通过在一定电压和频率条件下激发生成等离子体射流，实现调制图形的引入。上海交通大学的谢凡等人在第十二届全国核靶技术学术交流会论文摘要集，2019年撰文“基于大气压冷等离子体射流的聚合物薄膜微加工”，采用该方法在大气环境下成功在CHCl薄膜上实现了周期和振幅分别为400μm和100nm的正弦图形调制。但是，使用该方法时会出现靶丸的夹持难、调制精度低和效率低等问题。激光烧蚀加工技术是利用激光束与物质相互作用的特性，对金属和非金属材料进行微加工等的实现调制结构加工的方法。Gen Atom的Carlson,Lane C等人在Fusion Science and Technology,2016,70(2),141
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153撰文“Surface Modification of ICF Target Capsules by Pulsed LaserAblation”，采用该方法成功在GDP和HDC材质的靶丸上实现周期和振幅分别为30
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200μm和100nm
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10μm的正弦图形调制。但是，激光加工非平面靶上图形调制时有球壳碎裂、靶丸夹持难、调制精度低等问题，且难以制备多层、多样化的调制结构。
[0005]为解决上述方法加工烧蚀层调制图形时易出现的诸如调制精度低、调制质量差、球壳易碎裂、工艺复杂和难以加工多层调制结构等问题，亟需一种新的聚变调制靶制备方法，制备分区、分层、多样化的调制结构，以模拟靶丸表面的多种不均匀因素对聚变点火过程的影响。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种多层调制结构聚变调制靶的制备方法。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供一种多层调制结构聚变调制靶的制备方法，该方法包括：
[0008]建立调制靶三维模型，所述调制靶三维模型包括基底层模型和设于所述基底层模型上的多块调制结构层模型，多块调制结构层模型依次排布且存在高度差；
[0009]根据所述调制靶三维模型，打印所述基底层；
[0010]根据所述调制靶三维模型，于所述基底层上按序依次打印多块调制结构层；
[0011]经紫外固化和等离子体表面处理后，得到多层调制结构聚变调制靶。
[0012]进一步地，所述调制靶三维模型包括基底层模型和设于所述基底层模型上的多块调制结构层模型，其中：
[0013]所述基底层模型为单层平面结构或空心球壳结构，所述基底层模型的底端预留用于固定金锥的金锥固定槽。
[0014]进一步地，根据所述调制靶三维模型，打印所述基底层，包括：
[0015]将所述调制靶三维模型导入双光子打印软件；
[0016]选择符合预设条件的光敏树脂打印材料，打印具有基底调制结构的基底层，所述基底调制结构设于所述基底层的表面，为具有设定周期和振幅的第一周期性纹路，以用于增加调制靶的不均匀性。
[0017]进一步地，所述光敏树脂打印材料为含有C、H元素的透明树脂。
[0018]进一步地，根据所述调制靶三维模型，于所述基底层上按序依次打印多块所述调制结构层，包括：
[0019]依次打印多块调制结构层，其中，每块调制结构层的层厚均不相同以形成高度差，每块调制结构层的表面均设有第二周期性纹路。
[0020]进一步地，所述第一周期性纹路和所述第二周期性纹路为条状结构、网格状结构、波纹状结构、同心环结构和高尔夫球结构中的任意一种，所述基底层和所述调制结构层的截面图形为正弦波、三角波和方波中的任意一种。
[0021]进一步地，所述第一周期性纹路和所述第二周期性纹路的周期为5
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400μm，振幅为50nm
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100μm，周期数为5
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100。
[0022]进一步地，所述调制结构层与所述基底层之间形成周期性的间隙，所述间隙与所述第一周期性纹路相对应，所述间隙用于充满不同种类气体，以模拟不同气体及气流的不均匀性对聚变点火的影响。
[0023]进一步地，经紫外固化和等离子体表面处理，包括：
[0024]将打印的整体经紫外光完全固化后，使用He/O2混合等离子体射流对其表面进行改性处理，获得增大受光面积的可控粗糙微结构，然后置入酒精中超声清洗，最终得到用于模拟靶丸表面多种不均匀性的多层调制结构聚变调制靶。
[0025]进一步地，所述基底层的厚度为10μm
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200μm，所述多块调制结构层的厚度为50nm
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100μm。
[0026]与现有技术相比，本专利技术具有如下至少之一的有益效果：
[0027]本专利技术提供的多层调制结构聚变调制靶的制备方法，由于多层调制结构是根据给定的模型逐层打印制成，因此调制靶垂直方向上每层的厚度、水平方向上每块图形的大小、调制靶的整体形状、调制图形的截面形状等均可控可调，此外，通过等离子体对调制靶表面
进行改性处理后，可获得增大受光面积的可控粗糙微结构，该方法有利于人为按需制造用于模拟靶丸表面不均匀性的调制靶结构，测试背光X射线对靶丸的烧蚀状况。
附图说明
[0028]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0029]图1为本专利技术一实施例中的多层调制结构聚变调制靶的制备方法的流程示意图；
[0030]图2为本专利技术一实施例中球壳调制靶基底层的模型设计图；
[0031]图3为本专利技术一实施例中球壳调制靶调制结构层的打印分区图；
[0032]图4为本专利技术一实施例中球壳调制靶调制结构层的成形顺序示意图；
[0033]图5为本专利技术一实施例中球壳调制靶的实物示意图；
[00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层调制结构聚变调制靶的制备方法，其特征在于，包括：建立调制靶三维模型，所述调制靶三维模型包括基底层模型和设于所述基底层模型上的多块调制结构层模型，多块调制结构层模型依次排布且存在高度差；根据所述调制靶三维模型，打印所述基底层；根据所述调制靶三维模型，于所述基底层上按序依次打印多块调制结构层；经紫外固化和等离子体表面处理后，得到多层调制结构聚变调制靶。2.根据权利要求1所述的多层调制结构聚变调制靶的制备方法，其特征在于，所述调制靶三维模型包括基底层模型和设于所述基底层模型上的多块调制结构层模型，其中：所述基底层模型为单层平面结构或空心球壳结构，所述基底层模型的底端预留用于固定金锥的金锥固定槽。3.根据权利要求1所述的多层调制结构聚变调制靶的制备方法，其特征在于，根据所述调制靶三维模型，打印所述基底层，包括：将所述调制靶三维模型导入双光子打印软件；选择符合预设条件的光敏树脂打印材料，打印具有基底调制结构的基底层，所述基底调制结构设于所述基底层的表面，为具有设定周期和振幅的第一周期性纹路，以用于增加调制靶的不均匀性。4.根据权利要求3所述的多层调制结构聚变调制靶的制备方法，其特征在于，所述光敏树脂打印材料为含有C、H元素的透明树脂。5.根据权利要求3所述的多层调制结构聚变调制靶的制备方法，其特征在于，根据所述调制靶三维模型，于所述基底层上按序依次打印多块所述调制结构层，包括：依次打印多块调制结构层，其中，每块调制结构层的层厚均不相同以形成高度差，每块调制结构层的表面均设有第二周...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘景全，杜致远，林祖德，王晓林，刘武，文惠敏，尤敏敏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：