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静态真空对超声喷流气体团簇制备的实验研究 实验背景实验方法实验结果结论报告人 王龙导师 杨朝文指导教师 韩纪锋单位 四川大学2014 8 4 实验背景 激光聚变 主要是指激光照射DT靶丸引起的聚变反应 激光团簇聚变 激光照射团簇使之发生聚变反应 激光 团簇 中子 2020 3 14 1999年 Ditmire等人用超短超强激光束照射大尺度氘团簇 结果发现团簇可吸收高达95 的激光能量 引发氘氘聚变并观测到聚变中子氘团簇激光聚变原理图 激光聚变实验一般在真空靶室中开展 一方面真空环境对激光的损耗较小 另一方面真空环境是制备大尺度团簇的必要条件静态真空度对团簇尺度的影响 桌面中子源 装置紧凑 设备简单 潜力巨大 成本低 无放射性 实验方法 靶室真空由分子泵 机械泵提供 放气阀对靶室静态真空度进行控制 真空规管监测靶室静态真空度 光敏探头监测光的强度 对团簇瑞利散射信号强度进行归一化处理 可消除激光功率变化引起的瑞利散射信号强度的变化实验诊断系统 2020 3 14 团簇的测量基于瑞利散射原理 从喷嘴喷出的气体形成的团簇与垂直喷气方向进入的准直激光束发生瑞利散射 靶室正上方的光电倍增管 PMT 收集90 散射角处的光信号 将其转变为电信号 经后端电子学线路输入到示波器及计算机中处理 实验结果 1 喷嘴出口附近实验结果喷气时间20ms 每次喷气可得到约90个有效信号 每次喷气的所有有效信号的平均值作为瑞利散射信号幅度 方差作为误差 2020 3 14 轴向距离2mm处不同背压下瑞利散信号与静态真空度关系在同一背压下 静态真空度改变8个数量级的情况下 瑞利散射信号的幅度在误差范围内变化小于20 即静态真空对于团簇的产生几乎没有影响 轴向距离2mm拟合幂指数与静态真空度关系理论S P03 3 5实验得到的幂指数与理论值3 3 5相符合 幂指数随静态真空度变化很小 即静态真空度对瑞利散射信号几乎没有影响 上述结果表明 轴向距离2mm处团簇的产生同静态真空无必然联系 即团簇的制备同静态真空度无关 由于激光团簇打靶位置一般选择在距离喷嘴出口2mm处 因此 在制作基于激光聚变原理的桌面中子源时 可据此简化真空装置以降低运行和维护成本 2 不同轴向距离时静态真空对团簇尺度的影响实验研究了在轴向距离20mm 200mm处的瑞利散射信号随静态真空度的变化背压为4MPa时不同喷嘴距离下瑞利散射信号与静态真空度关系 在轴向距离20mm和200mm处 瑞利散射信号幅度有逐渐下降趋势 原因是先喷出的气体无法及时离开 导致局部分子数目急剧增加 造成后续的团簇碰撞加剧进而破碎 由于喷出的气体数量远远大于静态真空环境中的空气分子数量 因此静态真空对团簇形成无明显的影响 2020 3 14 结论 实验研究了静态真空对超声喷流团簇制备的影响 发现静态真空同团簇的制备几乎无关 这对建造基于激光聚变原理的桌面中子源具有重要意义 可据此简化真空装置以降低
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