基于溫度沖擊的冷凍靶氘氘冰層結(jié)晶生長(zhǎng)行為研究

陶朝友，楊 洪，代 飛，林 偉，王 凱

(中國(guó)工程物理研究院 激光聚變研究中心，四川 綿陽 621900)

人類對(duì)能源的巨大需求導(dǎo)致大量化石燃料的消耗以及碳排放，這對(duì)人類的可持續(xù)發(fā)展造成了嚴(yán)重影響，可控聚變能因其得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)被認(rèn)為是最具潛力的新型能源。隨著慣性約束聚變(ICF)研究的持續(xù)推進(jìn)，設(shè)計(jì)、制備出滿足聚變物理實(shí)驗(yàn)要求的氘氘(D2)、氘氚(DT)等冷凍靶成為研究熱點(diǎn)。目前冷凍靶均化實(shí)驗(yàn)的目的是在靶球內(nèi)表面鋪覆厚度約為60 μm的DT或D2燃料冰層。冰層被由激光轉(zhuǎn)換而來的X射線球形向心聚爆壓縮來達(dá)到聚變所需的最終溫度和密度。為獲得大量的聚變能量，其中的一個(gè)要求是燃料冰層須足夠平滑且厚度均勻，使得不會(huì)引起瑞利-泰勒不穩(wěn)定性擾亂向心聚爆。ICF靶球中形成平滑的固體燃料冰層的傳統(tǒng)方法是β-均化[1]。在該過程中，T的β衰變對(duì)DT燃料形成局部體加熱，導(dǎo)致內(nèi)部燃料表面的DT從溫度高的區(qū)域升華至溫度低的區(qū)域[2]。在燃料冰層的結(jié)晶生長(zhǎng)過程中需嚴(yán)格控制溫度來調(diào)控燃料的單晶生長(zhǎng)，可大幅避免冰層中的晶界、晶面等缺陷的形成。由于靶球有限的空間、小的長(zhǎng)度尺寸(～1 mm)、極低的溫度(<20 K)、遠(yuǎn)低于大氣的壓力(～20 kPa)以及嚴(yán)苛的純度要求(非氫物質(zhì)含量<205 ppm)，通過外部引入籽晶到球殼中顯然不切實(shí)際[3]。所以，這也要求籽晶必須原位產(chǎn)生。原位產(chǎn)生籽晶首先要快速冷卻液氫在球殼中形成多晶燃料冰，然后緩慢升溫融化多晶冰層，直至其中只有1個(gè)單晶(～10-3mm3)存在，此單晶隨后用于形成固體氫晶體[4]。

冷凍靶包含了1個(gè)懸掛于空心鋁套筒(有薄的金插層)的聚合物靶丸。鋁套筒的上下兩端通過接觸連有熱沉的硅臂以保持恒定的溫度。柱腔中充有100 Pa左右的H2/He。靶球與1根直徑約為20 μm的充氣管相連。此管能使球殼內(nèi)部充滿液氫，但此管通道太過狹窄無法引入固體籽晶。更為困難的是，由于靶丸被常溫屏、低溫屏以及黑腔所籠罩，普通材料的表征技術(shù)如電子掃描電鏡、電子透射電鏡、X射線衍射儀等都無法用于冰層的表征。目前，能用于靶丸內(nèi)冰層形貌表征的方法主要有兩種：背光陰影成像與X射線相襯成像，相比于X射線相襯成像，背光陰影成像具有快速成像、無電離輻射、設(shè)備簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[5]，非常適合于靶丸內(nèi)氫燃料的結(jié)晶生長(zhǎng)研究。而且，用背光陰影成像來表征在球殼中形成的均勻單晶冰層時(shí)，會(huì)形成1個(gè)均勻的亮環(huán)[6]。勞倫斯·利弗摩爾致力于冷凍靶的研制，并對(duì)DT冰層的結(jié)晶生長(zhǎng)行為進(jìn)行了系統(tǒng)研究。彭述明課題組[7]研究了玻璃微球內(nèi)D2的結(jié)晶行為，并結(jié)合晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)理論，建立了D2晶體的兩種單晶生長(zhǎng)模型。但他們所用的籽晶生成方法繁瑣耗時(shí)，且由于籽晶尺寸過小，使得籽晶的形成位置均有一定的不確定性。而且缺乏對(duì)初始狀態(tài)籽晶形成的有效控制和理解。所以，開發(fā)一種新型、便捷的籽晶控制方法以及實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的D2冰晶體生長(zhǎng)顯得尤為迫切。

本文通過控制傳熱柱腔上下兩端的溫度，開發(fā)新的籽晶形成以及晶體生長(zhǎng)技術(shù)。并采用背光陰影成像技術(shù)在線追蹤D2的液化、結(jié)晶、生長(zhǎng)過程。開展溫度控制過程對(duì)晶體生長(zhǎng)行為的影響規(guī)律研究。并應(yīng)用結(jié)晶生長(zhǎng)的理論模型分析D2冰層結(jié)晶生長(zhǎng)行為。

1 研究方法

本文所用D2冷凍靶均化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖示于圖1。該裝置主要包括充氣系統(tǒng)、低溫制冷以及冰層在線表征(背光陰影成像)系統(tǒng)。柱腔靶室內(nèi)采用直徑為20 μm充氣管將輝光放電聚合物(GDP)微球置于中心，靶丸直徑為1 mm、壁厚為3 μm，靶丸內(nèi)表面粗糙度小于10 nm，靶球內(nèi)D2壓力為23.6 kPa，柱腔內(nèi)傳熱介質(zhì)He的壓力為100 Pa(20 K)。背光成像單元由波長(zhǎng)為620 nm紅光LED、微鏡頭、長(zhǎng)焦距CCD 和圖像采集卡組成，LED光經(jīng)準(zhǔn)直后穿過光學(xué)窗口進(jìn)入靶室，采用透射方式在CCD上成像，最后由圖像采集卡采集并顯示在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行分析處理，冷凍靶圖像分辨率為1 μm[6]。由Gifford-Mcmahon(G-M)制冷機(jī)提供的冷量將充氣管及靶丸內(nèi)的D2氣體轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w或固體，D2的相變過程由背光表征系統(tǒng)在線記錄。當(dāng)黑腔的溫度降至19.0 K時(shí)，充氣管和靶丸內(nèi)的D2迅速變成液體，18.7 K左右D2液化完成，靶丸內(nèi)的液面高度將趨于穩(wěn)定，由于重力及液D2表面張力的作用，靶球中液D2的分布呈現(xiàn)出底部多、頂部少的狀態(tài)，形成彎月形亮線。柱腔上下端的溫度由加熱器和溫度傳感器來控制。

圖1 D2冷凍靶均化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)示意圖Fig.1 Schematic illustration of experimental system for D2 ice layer of cryogenic target

實(shí)驗(yàn)過程中，靶室內(nèi)的溫度無法直接測(cè)量得到，采用數(shù)值模擬方法是間接獲得柱腔溫度與靶丸表面溫度較好的方法[8-10]。故本文采用數(shù)值模擬方法計(jì)算柱腔溫度與靶丸表面溫度分布(圖2)。由于柱腔開有表征孔，外界紅外光可穿透表征孔輻照靶丸，從而造成靶丸表面溫度分布的不均勻性，表征孔與柱腔的溫差約為0.046 K(圖2a)，反映到靶丸上的溫度不均勻性為8 mK(圖2b)。圖2c為腔室內(nèi)氦氣流的速度分布情況，其中有2個(gè)氦氣流對(duì)流單元。

2 結(jié)果與討論

2.1 籽晶形成及冰層生長(zhǎng)控制技術(shù)

根據(jù)已報(bào)道的結(jié)果，在DT冰層生長(zhǎng)過程中，由于T具有β衰變，對(duì)冰層產(chǎn)生體加熱效應(yīng)，在緩慢回溫融化多晶的過程中，籽晶的形成位置一般都是在球的頂部[2]。但在D2冰層生長(zhǎng)過程(圖3，t0代表起始時(shí)刻)中的情況卻截然不同。首先當(dāng)溫度降至20 K時(shí)，在腔體內(nèi)充入約100 Pa的He作為制冷介質(zhì)，然后通過充氣管充入約23.6 kPa的D2至靶丸中，再以0.4 K/min速率快速將溫度降至18.0 K。當(dāng)溫度達(dá)到約18.7 K時(shí)，氣態(tài)D2迅速液化，由于重力的影響，液D2在靶丸底部聚集，通過背光陰影成像在線觀察發(fā)現(xiàn)靶丸內(nèi)有月牙形亮線。而當(dāng)溫度繼續(xù)降低時(shí)，月牙形亮線的高度逐漸增大。隨著溫度降至18.0 K，液D2迅速固化，形成雜亂無章的多晶(圖3c)，這種冰層無法滿足點(diǎn)火的要求。待冰層停止生長(zhǎng)后，保持傳熱腔上端溫度不變，以0.4 K/min速率逐漸升高下端溫度至19.0 K，當(dāng)冰層逐漸開始融化時(shí)，以階梯式升溫(每次升溫0.01 K)來控制冰層融化速度。此時(shí)，采用數(shù)值模擬的方法計(jì)算冷凍靶腔室、靶丸溫度場(chǎng)分布以及氦氣流速度場(chǎng)分布(圖4)。當(dāng)將上下控溫點(diǎn)溫度分別控制在18.0 K和19.0 K時(shí)，從圖4a可知，冷凍靶柱腔上端溫度較下端低約0.1 K。圖4b顯示，靶丸北極溫度最低，約為18.526 K，下端溫度最高，約為18.550 K，靶球上的最大溫差為0.024 K。雖然冷凍靶內(nèi)并未用支撐膜將腔室隔離，但腔室內(nèi)的氦氣流卻存在2個(gè)對(duì)流單元(圖4c)。由于始終保持著冷凍靶上端溫度低的緣故，靶丸北部周圍的氦氣較其他位置處密集，這也保證了有更多冷量通過氦氣傳遞給靶丸北部。

a——柱腔溫度分布；b——靶丸溫度分布；c——腔室內(nèi)氦氣流速度分布圖2 冷凍靶上下兩端均控溫18.5 K時(shí)的物理場(chǎng)模擬 Fig.2 Physical field simulation of cryogenic target with top temperature and bottom temperature of chamber controlled at 18.5 K

降溫速率控制為0.4 K/min圖3 D2燃料籽晶控制與冰層生長(zhǎng)過程Fig.3 Control of seed crystal and crystal growth of D2 ice

a——柱腔溫度分布；b——靶丸溫度分布；c——腔室內(nèi)氦氣流速度分布圖4 冷凍靶上下兩端控溫分別為18.0 K和19.0 K時(shí)的物理場(chǎng)模擬Fig.4 Physics fields of cryogenic target with top temperature and bottom temperature controlled as 18.0 K and 19.0 K, respectively

降溫速率首先控制為0.4 K/min，待冰層開始生長(zhǎng)時(shí)，變更為0.1 K/min圖5 變降溫速率下的D2燃料籽晶控制與冰層生長(zhǎng)過程Fig.5 Control of seed crystal and crystal growth of D2 ice with variable cooling rates

雖然始終保持靶丸處于上冷下熱的狀態(tài)，但靶丸上部冰層始終要先于靶丸底部冰層融化(圖3)。其原因可能是液態(tài)D2受重力因素影響而沉積在靶丸底部，形成冰層時(shí)，底部冰層較上部冰層厚，導(dǎo)致底部冰層所蓄的冷量很多，而所施加在靶球南部的溫度并不能抵消靶球底部的冷量。鑒于此，采用3種方法對(duì)籽晶形成以及冰層生長(zhǎng)進(jìn)行控制。方法1，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有一定體積的冰殘留時(shí)(圖3d)，以0.4 K/min速率進(jìn)行降溫，此時(shí)，會(huì)發(fā)現(xiàn)殘留冰層迅速擴(kuò)散、生長(zhǎng)(圖3e箭頭所示)。由于有多塊冰層殘留，冰層的生長(zhǎng)逐漸趨向多晶化(圖3f)。方法2，當(dāng)背光陰影成像中觀測(cè)到只有少量冰層存在時(shí)，以0.4 K/min速率進(jìn)行降溫，當(dāng)發(fā)現(xiàn)有冰層生長(zhǎng)時(shí)，迅速將降溫速率調(diào)至0.1 K/min以降低冰層生長(zhǎng)的速度(圖5)。但發(fā)現(xiàn)冰層的生長(zhǎng)速度仍較快，到后期仍會(huì)出現(xiàn)晶體生長(zhǎng)不可控的情況。方法3，當(dāng)靶丸內(nèi)層有少量冰層存在時(shí)，在方法2的基礎(chǔ)上，施以溫度沖擊來調(diào)控晶體生長(zhǎng)的速度，即當(dāng)冰層生長(zhǎng)速度過快時(shí)將溫度調(diào)高，冰層停止生長(zhǎng)時(shí)將溫度略降低(圖5)。通過控制降溫速率以及施加溫度沖擊，可控制冰層以極緩慢的速度生長(zhǎng)、消融，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量冰層的可控生長(zhǎng)。

降溫速率控制為0.1 K/min圖6 小降溫速率下的D2燃料籽晶控制與冰層生長(zhǎng)過程 Fig.6 Control of seed crystal of D2 and crystal growth of ice layer with small cooling rate

在籽晶控制的基礎(chǔ)上，對(duì)比了冰層可控生長(zhǎng)的方法，靶丸內(nèi)冰層形貌如圖3f、圖5f、圖6f所示。實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)只剩下部分殘留燃料冰時(shí)，靶丸內(nèi)D2燃料的生長(zhǎng)速率的調(diào)控是通過控制柱腔的降溫速率實(shí)現(xiàn)的。柱腔控溫速率分別為0.4 K/min和0.1 K/min，相應(yīng)的靶丸內(nèi)冰層形貌如圖3f、圖5f所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)籽晶形成后，減小柱腔上的降溫速率可顯著改善D2冰層的品質(zhì)，缺陷數(shù)量大幅減少。圖3顯示，在降溫速率為0.4 K/min時(shí)，D2晶體出現(xiàn)了大量的缺陷；由圖6b、c可知，當(dāng)D2晶體開始擴(kuò)散生長(zhǎng)時(shí)，降低柱腔的降溫速率(0.1 K/min)，形成的D2晶體缺陷逐漸減少，且缺陷由雜亂無章趨于有序化；降溫速率為0.1 K/min時(shí)，在晶體生長(zhǎng)過程中施以溫度沖擊，D2冰層較均勻地鋪覆于靶球殼內(nèi)表面，其中形成的缺陷會(huì)更少。圖6c中，從A處逐漸長(zhǎng)出1個(gè)環(huán)狀結(jié)晶帶；結(jié)晶帶先沿遠(yuǎn)離籽晶的方向緩慢生長(zhǎng)，然后形成閉合的結(jié)晶環(huán)，如圖6e所示；閉合的結(jié)晶環(huán)再向左上方擴(kuò)展結(jié)晶生長(zhǎng)，如圖6c、d、e所示。而在D2冰生長(zhǎng)過程中施以溫度沖擊的條件下，冰層緩慢生長(zhǎng)，且留下極少量的缺陷(圖6f)。因此，在溫度沖擊和降溫速率的調(diào)控下，通過詳細(xì)記錄D2冰的結(jié)晶生長(zhǎng)過程，為生長(zhǎng)出高質(zhì)量的D2冰層積累了經(jīng)驗(yàn)。

2.2 均勻單晶D2冰的形成

降溫速率控制為0.1 K/min圖7 溫度沖擊下的D2燃料籽晶控制與冰層生長(zhǎng)過程 Fig.7 Control of seed crystal and crystal growth of D2 ice with temperature shock

在第3種籽晶與冰層生長(zhǎng)控制技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步開展了冰層生長(zhǎng)過程中溫度沖擊對(duì)冰層生長(zhǎng)方向及過程影響的研究(圖7)。并將降溫速率控制與溫度沖擊相結(jié)合，得到高質(zhì)量的D2單晶冰層鋪覆于整個(gè)球殼內(nèi)部，最終在背光陰影成像測(cè)試技術(shù)下顯現(xiàn)出連續(xù)、光滑的亮環(huán)(圖7i)。如圖7所示，首先快速降溫形成各相異性的多晶冰層，可看出，其中存在大量的晶界，然后保持上下一定的溫度梯度進(jìn)行升溫，可控地融冰直至籽晶形成，然后開始保持一定的溫度梯度進(jìn)行降溫，在降溫過程中，發(fā)現(xiàn)冰層在球殼左右兩側(cè)均開始生長(zhǎng)，但方向各異(圖7c)，如果繼續(xù)讓冰層按此趨勢(shì)進(jìn)行生長(zhǎng)，勢(shì)必?zé)o法形成高質(zhì)量的單晶冰層。鑒于此，施以一定升溫的溫度沖擊對(duì)冰層再次進(jìn)行消融，然后開始施以降溫的溫度沖擊，經(jīng)過多次升降溫的溫度沖擊，最終調(diào)整了晶體生長(zhǎng)方向，從而形成連續(xù)的晶帶(圖7e)，晶帶向上下兩側(cè)繼續(xù)生長(zhǎng)，最終形成較為均勻的冰層(圖7f)。但此時(shí)還幾乎無法看到亮線，隨著時(shí)間的推移，除球殼左邊一小部分亮線沒有顯現(xiàn)出來，其余部分均出現(xiàn)極為光滑、連續(xù)的亮線；隨著冰層的繼續(xù)生長(zhǎng)，最終形成了高質(zhì)量的單晶冰層，在背光陰影成像在線觀測(cè)下，可看到與球殼輪廓同心的亮環(huán)(圖7i)。

通過分析圖7i中亮環(huán)的位置可得到D2冰層均勻度、厚度、內(nèi)表面粗糙度等參數(shù)：通過邊緣檢測(cè)器柯西算子得到靶丸的外邊緣輪廓，然后通過最小二乘法擬合出靶丸外輪廓的圓心位置(圖8)；以圓心為原點(diǎn)，將原始的背光陰影成像圖片在極坐標(biāo)中展開[6]，如圖9所示。

圖8 通過邊緣檢測(cè)擬合圓心Fig.8 Image after edge detection and fitted center

圖9 背光陰影圖像在極坐標(biāo)系中的展開Fig.9 Image unwrapped in polar coordinate

圖10 背光陰影圖像中亮環(huán)位置隨角度的變化Fig.10 Angular variation in bright ring position around target in backlit shadow image

圖10為高斯函數(shù)擬合得到的亮環(huán)位置隨圓周角度的變化曲線。燃料冰層的內(nèi)表面粗糙度通過對(duì)其進(jìn)行傅里葉變換后計(jì)算得到[6]。冰層的均勻度Ds可通過式(1)計(jì)算。

(1)

其中，d(θ)為冰層厚度隨圓周角度的變化函數(shù)，可通過分析亮環(huán)位置得到。

D2冰層的功率譜示于圖11。根據(jù)圖11的亮環(huán)位置曲線以及D2冰層的折射率(1.15)，計(jì)算得到D2冰層的平均厚度為40.35 μm。在圖11所示的冰層一維模數(shù)-功率譜曲線中，模數(shù)1的值為4.51 μm，代表靶丸和冰層的不同心度；模數(shù)2～100對(duì)應(yīng)的均方根粗糙度為2.15 μm。通過式(1)計(jì)算出D2冰層的均勻度為85.2%，冰層的不均勻度主要是由模數(shù)-功率譜曲線中模數(shù)為1的分量引起的[6]。結(jié)果表明：將溫度梯度、降溫速率與溫度沖擊相結(jié)合不僅能有效改善冷凍靶中D2冰層的均勻性，而且可減少D2冰層的缺陷。本課題組曾分別通過臺(tái)階式緩慢降溫[5]和勻速緩慢降溫[6]制備了相對(duì)均勻的燃料冰層，其中緩慢降溫策略得到了均勻性為80.2%、內(nèi)表面粗糙度為2.26 μm的D2冰層，這些方法由于沒有籽晶控制這一環(huán)節(jié)，在生長(zhǎng)過程中易出現(xiàn)多晶生長(zhǎng)現(xiàn)象，且不具備好的重復(fù)性。相比于已報(bào)道的結(jié)果，本文開發(fā)的溫度沖擊方法，可實(shí)現(xiàn)籽晶的控制、冰層生長(zhǎng)方向和速率的有效調(diào)控，可高重復(fù)性地制備更高品質(zhì)的D2冰層。

圖11 D2冰層的功率譜Fig.11 Fourier power spectrum of D2 ice layer

2.3 晶體生長(zhǎng)機(jī)理分析

通過實(shí)驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)，通過減小降溫速率不僅可大幅改善D2冰層的品質(zhì)，而且可減少缺陷數(shù)量；且缺陷也由不規(guī)則逐漸趨于規(guī)則的類型轉(zhuǎn)變[7]。液D2在靶丸內(nèi)的結(jié)晶生長(zhǎng)過程可分為兩步：首先出現(xiàn)的是以籽晶為基礎(chǔ)，向遠(yuǎn)離籽晶方向的兩端生長(zhǎng)形成環(huán)帶晶體，隨后以環(huán)帶晶體向兩邊擴(kuò)展。

美國(guó)NIF[2]和國(guó)內(nèi)彭述明課題組[8]均報(bào)道了燃料冰層以多種模式在靶球內(nèi)生長(zhǎng)：以籽晶為中心漣漪擴(kuò)散；閉合的環(huán)帶晶體向兩側(cè)擴(kuò)展方式結(jié)晶。這些生長(zhǎng)方式會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)，目前尚不明確是籽晶尺寸、取向還是靶中的溫度分布引起的[2]。布拉維法則表明，晶體晶面的面網(wǎng)密度越大，晶體的生長(zhǎng)速率越慢；而居里-吳里夫原理表面晶體晶面的生長(zhǎng)速度與晶面的表面能呈正比[11]?，F(xiàn)有文獻(xiàn)指出，當(dāng)溫度高于4 K時(shí)，D2晶體的結(jié)構(gòu)主要是密排六方晶體(hcp)[12]，其(0001)面屬于密排面，具有較大的面網(wǎng)密度以及小的比表面能的特點(diǎn)?；谏鲜鼍w生長(zhǎng)理論可推斷：在理想狀態(tài)下，D2晶體的棱柱面屬于優(yōu)先生長(zhǎng)晶面，并可能存在2種理想單晶生長(zhǎng)模型。模型1：hcp晶體c軸與基底面法線方向同軸(圖12a)，圖7中的晶體生長(zhǎng)屬于該模式；模型2：hcp晶體c軸與基底面法線方向垂直(圖12b)[7]，圖5、6中的晶體生長(zhǎng)屬于該模式。

a——基面與充氣管平行；b——基面與充氣管成約30°角圖12 hcp晶胞的晶體取向Fig.12 Crystal orientation of hcp unit cell

彭述明課題組[8]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，他們實(shí)驗(yàn)中的單晶生長(zhǎng)總是以模型1開始的，并會(huì)在模型1結(jié)晶的基礎(chǔ)上發(fā)生模型2的二次結(jié)晶行為，使得晶體生長(zhǎng)過程中晶界缺陷的形成概率大幅提高。但本文中，通過采用上冷下熱的籽晶控制方法，控制了籽晶的晶面取向，從而使靶丸內(nèi)液D2完全以模型1或模型2結(jié)晶生長(zhǎng)，大幅降低了晶體晶界缺陷的形成概率。但當(dāng)靶球內(nèi)液D2耗盡時(shí)，晶體擴(kuò)展、生長(zhǎng)將會(huì)停止。

3 結(jié)論

本文開展了降溫速率和溫度沖擊對(duì)黑腔中靶丸內(nèi)D2的結(jié)晶生長(zhǎng)行為和D2冰層品質(zhì)的影響研究；將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與晶體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)理論相結(jié)合，系統(tǒng)分析了D2結(jié)晶生長(zhǎng)行為。結(jié)果表明，通過溫度控制以及溫度沖擊的施加能可控地形成籽晶，并在籽晶的控制技術(shù)基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)量冰層的可控?cái)U(kuò)散生長(zhǎng)。將低的降溫速率和溫度沖擊相結(jié)合，顯著改善了D2冰的結(jié)晶質(zhì)量，大幅減少缺陷形成。最終在GDP靶丸中制備了相對(duì)均勻的D2冰層。分析背光陰影圖像中亮環(huán)得到，D2冰層均勻度為85.2%、厚度為40.35 μm、內(nèi)表面粗糙度為2.15 μm。在此基礎(chǔ)上，還需進(jìn)一步降低控溫速率，并結(jié)合紅外激光均化技術(shù)，對(duì)已有的高質(zhì)量冰層進(jìn)行均化分層，得到粗糙度、均勻性滿足物理實(shí)驗(yàn)要求的高質(zhì)量燃料冰層。