Figur 1. Diamantkapsel för kärnfusion tillverkad med hjälp av metoden för kemisk ångavsättning (CVD) (Diameter:~ 500 µm, film tjocklek <6 μm). Upphovsman:Osaka University
Osaka universitet-ledda forskare visade att störningen av laseravtryck på en kapsel för kärnfusionsbränsle tillverkad av styva och tunga material mildrades. Med den senaste metoden för kemisk ångavsättning (CVD), de producerade också högprecisions diamantbränslekapslar, en nyckelteknologi som gäller för fusionsbränsle.
Vid initiering av kärnfusionsreaktioner genom att komprimera ett bränslemål i form av en kapsel, störning av laseravtryck på grund av bestrålning ojämnhet växer på kapselns yta. Vid tröghetsfusion (ICF), en bränslekapsel bestrålas direkt med laserstrålar, så laseravtryck med laserbestrålning och ytjämnheten hos en kapsel är stora frågor eftersom de förhindrar komprimering och uppvärmning av bränsle.
I den här studien, forskarna försökte först mildra laseravtryck. Att uppmärksamma det faktum att diamanten är stel men uppvisar hög elasticitet under ultrahögt tryck på 100 GPa, de utförde grundläggande experiment och simuleringar angående påverkan av materialstyvhet och densitet för att mildra avtryckstörningar. Som ett resultat, det klargjordes att störningen av laseravtryck på ytan av en diamantkapsel reducerades till cirka 30 procent av polystyren, ett konventionellt kapselmaterial. Dessa forskningsresultat publicerades i Plasmas fysik .
Figur 2. Schematisk illustration av laseravtryck. (a) Omedelbart efter laserbestrålning. (b) Plasma växer på målytan med tiden. Upphovsman:Osaka University
Vidare, forskare från Institute of Laser Engineering, Osaka University och National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) tillverkade höguniformerade diamantkapslar med ytjämnhet ( <0,1 μm) och sfäricitet på 99,7 procent genom att bryta ner en gasblandning bestående av väte och metan och producera diamantkapslar genom en het filament med kemisk ångavsättning (HFCVD) -teknik. Denna metod kan ytterligare förbättra ytjämnheten genom optimering av koncentration och tryck av materialgaser.
Den här metoden, som inte kräver en poleringsprocess, kan undvika skador på grund av poleringsprocessen och problem på den bearbetade ytan orsakad av kvarvarande spänning på grund av bearbetningsskador, vilket leder till massproduktion av kapslar för kärnfusion. Dessa forskningsresultat publicerades i Diamant &tillhörande material .
Författaren Keisuke Shigemori säger, "Användning av diamant, som är stel och inte ger laseravtryck, som material för bränslekapslar möjliggör stabil komprimering och effektiv uppvärmning av laserfusionsbränsle, accelererande kärnfusionsreaktioner. "
