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    CVD金刚石加速核聚变的反应

    文章出处:未知 人气:发表时间:2019-05-09 14:19

    近期,大阪大学的研究人员证明,激光压印在由硬质和重质材料制成的核聚变燃料的胶囊上的微扰得到了缓解。利用最新的化学气相沉积(CVD)方法,他们还生产了高精度的金刚石燃料胶囊,这是一项适用于聚变燃料的关键技术。

      当通过以胶囊的形式压缩燃料靶来启动核聚变反应时, 由辐照不均匀性引起的激光压印的扰动在胶囊的表面上增长。在惯性约束聚变(ICF)中,燃料胶囊直接用激光束照射,激光压印和胶囊的表面粗糙度防止燃料的压缩和加热成为主要问题。

      在这项研究中,研究人员首先尝试减轻激光压印的扰动。考虑到金刚石在100 GPa的超高压下硬度高且弹性好的事实,他们进行了关于材料刚度和密度对抑制压印扰动影响的基本实验和模拟。研究结果表明,激光压印在金刚石胶囊表面上的扰动减少到传统胶囊材料聚苯乙烯的约30%。这些研究结果发表于《等离子体物理学》。

      此外,大阪大学激光工程研究所和国家先进工业科学技术研究所(AIST)的研究人员制造出具有表面光滑度(<0.1μm)和球形度为99.7%的高度均匀的金刚石。通过采用热丝化学气相沉积 (HFCVD) 技术, 通过分解由氢气和甲烷组成的气体混合物生产。该方法不需要抛光处理,可以避免抛光过程造成损伤,防止因加工损伤而产生的残余应力对加工表面引起问题,从而实现了核聚变胶囊的大批量生产。

      作者Keisuke Shigemori表示:“使用坚硬且不产生激光印记的金刚石作为燃料胶囊的材料,可以实现稳定的压缩和激光聚变燃料的高效加热,加速核聚变反应。”

      金刚石是自然界存在的特殊材料之一,具有最高的硬度、低摩擦系数、高弹性模量、高热导、高绝缘、宽能隙、高的声传播速率以及良好的化学稳定性等,如下表。虽然天然金刚石具有这些独一无二的特性,但是它们一直仅仅是以宝石的形式存在,其性质的多变性和稀有性极大地限制了其应用。而洛阳誉芯金刚石制备的CVD金刚石膜将这些优异的物理化学性能集一身,且成本较天然金刚石低,能够制备各种几何形状,在电子、光学、机械等工业领域有广泛的应用前景。

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