陳冠華,李翠,郭富城,厲彥忠

(西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院,710049,西安)

為應(yīng)對(duì)能源危機(jī),慣性約束核聚變(ICF)作為一種高效且安全的聚變能獲取途徑,被寄予替代傳統(tǒng)能源的希望[1-2]。已有多個(gè)國(guó)家在進(jìn)行相關(guān)的課題研究,如美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)、法國(guó)兆焦耳激光裝置,特別是NIF近期的實(shí)驗(yàn)成果加強(qiáng)了人們對(duì)慣性約束聚變的信心[3-6]。慣性約束聚變有冷凍靶和非冷凍靶兩種靶型,由于冷凍靶優(yōu)良的點(diǎn)火性能,國(guó)際上ICF實(shí)驗(yàn)普遍選用冷凍靶進(jìn)行實(shí)驗(yàn)[7-8]。

靶丸內(nèi)的固體燃料(DT)具有冰層厚度均勻、表面光滑的特點(diǎn),是ICF實(shí)驗(yàn)成功點(diǎn)火的決定性因素。通常,燃料冰層厚度的均勻性需大于99%,冰層表面的粗糙度需小于1 μm。然而,燃料冰固有的相變特性使冰層均勻性和靶丸表面溫度場(chǎng)均勻性密切相關(guān),這對(duì)溫度場(chǎng)均勻性提出了嚴(yán)苛的要求。經(jīng)計(jì)算,靶丸表面最大溫差通常要小于0.1 mK才能確保冰層均勻性大于99%[9-10]。屏蔽罩是冷凍靶的外圍隔熱結(jié)構(gòu),將其內(nèi)部抽真空并使用制冷機(jī)維持低溫可以屏蔽外界常溫輻射。在點(diǎn)火實(shí)驗(yàn)過程中,脈沖制冷機(jī)冷頭溫度擾動(dòng)、氣體泄漏等會(huì)使屏蔽罩的溫度產(chǎn)生波動(dòng),通過輻射傳熱的方式影響靶丸表面溫度分布,威脅靶丸表面溫度分布的均勻性[11-16]。因此,研究屏蔽罩溫度波動(dòng)對(duì)控制冷凍靶溫度具有重要意義[17-19]。文獻(xiàn)[20]對(duì)冷臂溫度波動(dòng)進(jìn)行了研究,獲得了通過降低黑腔填充氣體壓力、提高氦氣填充份額以改善靶丸溫度均勻性的方法。除此以外,國(guó)內(nèi)外鮮有研究者關(guān)注外界溫度擾動(dòng)的影響,屏蔽罩溫度波動(dòng)更是少有報(bào)道。

本文使用CFD數(shù)值模擬軟件研究了屏蔽罩溫度波動(dòng)時(shí)冷凍靶溫度場(chǎng)的動(dòng)態(tài)特性,獲得了屏蔽罩溫度波動(dòng)的傳播路徑,分析了套筒吸收率和封口膜透射率對(duì)靶丸溫度振幅和溫差的影響規(guī)律,為優(yōu)化溫度控制指明了方向。

1 冷凍靶模型

1.1 物理模型

參考美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置(NIF)設(shè)計(jì)的冷凍靶結(jié)構(gòu)見圖1,其中d為金腔內(nèi)徑。金腔高度與內(nèi)徑之比為1.85。靶丸的結(jié)構(gòu)如圖2所示。金腔內(nèi)填充壓力為50 kPa的氦氣。封口膜是半透明的高分子聚合薄膜,將黑腔兩端的激光入射口(LEH)密封,其透射率小于1,以降低外部輻射對(duì)靶丸溫度場(chǎng)的干擾。凸環(huán)連接金腔和套筒,冷環(huán)是套筒與冷臂接觸的位置,為黑腔系統(tǒng)提供冷量。靶丸外部是材料為碳?xì)浠衔锏臒g層,中間是DT燃料冰層,內(nèi)部是DT燃料氣體。DT燃料冰層的厚度固定,即忽略DT固體和氣體間的相變遷移影響。為方便說(shuō)明,使用地理學(xué)術(shù)語(yǔ)和角度對(duì)靶丸表面進(jìn)行標(biāo)注,如圖2所示,-90°為南極點(diǎn),0°為赤道,90°為北極點(diǎn),重力方向?yàn)?90°方向。

圖1 冷凍靶結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of cryogenic target structure

圖2 靶丸結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Schematic diagram of capsule

由于激光入射口的存在,外部熱輻射對(duì)冷凍靶有著顯著影響。為保證靶丸表面溫度場(chǎng)的均勻性,需要在冷凍靶外部設(shè)置低溫真空屏蔽罩。本文建立了具有屏蔽罩的二維軸對(duì)稱非穩(wěn)態(tài)冷凍靶模型,如圖3所示。黑腔系統(tǒng)位于屏蔽罩中心,圓柱形屏蔽罩高度為40 mm,半徑為20 mm。屏蔽罩內(nèi)為真空度101 kPa的干空氣。

圖3 屏蔽罩模型Fig.3 Model of thermal shield

1.2 基本方程和邊界條件

質(zhì)量守恒方程、動(dòng)量方程以及能量方程如下

(1)

ρg[1-β(T-Tref)]

(2)

(3)

式中:ρ、t、u、T、p分別為密度、時(shí)間、速度、溫度和壓力;Φ、cp、β、μ、λ分別表示內(nèi)熱源項(xiàng)、比定壓熱容、熱膨脹系數(shù)、動(dòng)力黏性系數(shù)和導(dǎo)熱系數(shù);Tref是參照溫度。使用Boussinesq假設(shè)處理氣體密度。使用離散坐標(biāo)(DO)輻射模型處理半透明介質(zhì)。DO模型使用輻射傳輸方程。沿S方向傳播的輻射方程為

[I(r,S)S]+(α+σS)I(r,S)=

(4)

式中:I和Ω分別為輻射強(qiáng)度和輻射立體角;r和S分別為輻射方位角法向向量和輻射沿程長(zhǎng)度向量;α、n、σS分別為吸收系數(shù)、折射系數(shù)和散射系數(shù);σ為黑體輻射常數(shù)。

典型工況的邊界條件為:屏蔽罩溫度以120 K為平衡點(diǎn)隨時(shí)間推移進(jìn)行振幅為10 K的周期性正弦波動(dòng),其發(fā)射率和吸收率均為0.05。DT冰層和DT氣體的β衰變熱分別為50 000、50 W/m3。冷環(huán)定壁溫18 K。靶丸表面、金腔表面、套筒表面吸收率分別為1、0.02、0.5,封口膜透射率為0.1。

1.3 無(wú)關(guān)性驗(yàn)證

圖4為二維軸對(duì)稱模型的網(wǎng)格劃分圖,考慮到冷凍靶與屏蔽罩尺寸差異較大,為保證計(jì)算的準(zhǔn)確性,在局部區(qū)域進(jìn)行了網(wǎng)格加密。

圖4 二維軸對(duì)稱模型計(jì)算網(wǎng)格Fig.4 Grid of two-dimensional axisymmetric model

圖5為典型工況下靶丸表面最大溫差隨網(wǎng)格數(shù)的變化情況,驗(yàn)證所使用的網(wǎng)格數(shù)分別是21 474、78 843、133 620、204 325、273 864。當(dāng)網(wǎng)格數(shù)增大到133 620后,靶丸表面最大溫差穩(wěn)定在0.193 mK。因此,為保證計(jì)算精度并減少計(jì)算量,選用網(wǎng)格數(shù)133 620進(jìn)行計(jì)算。

圖5 網(wǎng)格無(wú)關(guān)性驗(yàn)證Fig.5 Grid-independence verification

2 結(jié)果與分析

2.1 屏蔽罩溫度擾動(dòng)傳播規(guī)律分析

由于屏蔽罩內(nèi)抽真空進(jìn)行隔熱,因此導(dǎo)熱和對(duì)流傳熱非常微弱。取典型工況初始時(shí)刻的套筒外壁面輻射換熱熱流和自然對(duì)流換熱熱流進(jìn)行對(duì)比,分別為3.34、0.000 2 W/m2,自然對(duì)流熱流約為輻射熱流的十萬(wàn)分之六,可忽略不計(jì)。因此,屏蔽罩和黑腔系統(tǒng)之間主要以輻射方式進(jìn)行換熱。屏蔽罩輻照黑腔系統(tǒng)主要有兩個(gè)方向,一個(gè)是從外部輻照黑腔系統(tǒng)的外表面,即套筒外壁進(jìn)入氦氣腔,另一個(gè)是通過半透明的封口膜進(jìn)入氦氣腔內(nèi),輻照腔內(nèi)的靶丸外壁和金腔內(nèi)壁。由于靶丸外壁吸收率為1,金腔吸收率為0.02,進(jìn)入氦氣腔的輻射主要被靶丸所吸收,可以忽略金腔吸收的輻射,因此,黑腔系統(tǒng)主要有2個(gè)輻射接收面——套筒外壁和靶丸外壁,屏蔽罩通過對(duì)套筒外壁和靶丸外壁施加輻射熱流影響黑腔系統(tǒng)。當(dāng)屏蔽罩表面溫度進(jìn)行周期性的正弦波動(dòng)時(shí),套筒外壁和靶丸外壁吸收的輻射熱流也隨之波動(dòng),從而使套筒和靶丸溫度場(chǎng)也進(jìn)行周期性的波動(dòng)。套筒和靶丸的溫度波動(dòng)通過導(dǎo)熱和對(duì)流在黑腔系統(tǒng)內(nèi)傳播并疊加,引起黑腔系統(tǒng)各處溫度波動(dòng)。下面以典型工況為例分析屏蔽罩溫度擾動(dòng)傳播的路徑和特點(diǎn)。

使用穩(wěn)態(tài)結(jié)果作為初始條件,在屏蔽罩表面加載周期性變化的正弦擾動(dòng)。靶丸表面平均溫度周期性變化如圖6所示,溫度波動(dòng)在第3周期后保持穩(wěn)定,因此取第3周期之后的數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)特性分析。

圖6 各周期初始時(shí)刻靶丸表面平均溫度Fig.6 Average surface temperature of capsule at the initial time of each cycle

將靶丸外壁、金腔內(nèi)壁、套筒內(nèi)壁和套筒外壁依次標(biāo)記為A、B、C、D,在各表面分別選取5個(gè)點(diǎn),從上到下依次編號(hào),如圖7所示,對(duì)各點(diǎn)溫度進(jìn)行監(jiān)控。圖8a為監(jiān)控點(diǎn)A3、B3、C3、D3的溫度隨時(shí)間的波動(dòng),可以看到各點(diǎn)溫度波動(dòng)的波形是正弦波,與屏蔽罩溫度波動(dòng)的波形、周期保持一致,屏蔽罩溫度波動(dòng)到達(dá)靶丸時(shí)振幅從10 K衰減到0.85 mK。

圖7 監(jiān)控點(diǎn)示意圖Fig.7 Schematic diagram of monitoring points

(a)典型工況下各表面監(jiān)控點(diǎn)3的溫度

圖8b展示了典型工況下各表面監(jiān)控點(diǎn)的溫度振幅,由圖可知,靶丸外壁上振幅遠(yuǎn)大于其余各面,南北兩極振幅略大于赤道。這說(shuō)明靶丸接收屏蔽罩輻射產(chǎn)生的波動(dòng)振幅較大,套筒溫度波動(dòng)對(duì)靶丸影響較小,傳播路徑一對(duì)靶丸溫度波動(dòng)的影響大于傳播路徑二,靶丸南北兩極由于接收輻射較多且遠(yuǎn)離金腔,溫度波動(dòng)更劇烈。套筒內(nèi)外壁上不同位置的振幅差別較大,中間位置振幅大于上下兩端,這是因?yàn)槔洵h(huán)溫度恒定,抑制了附近溫度場(chǎng)的波動(dòng),越靠近冷環(huán),受到的抑制作用越大,振幅越小。以C3、D3振幅表征套筒內(nèi)外壁溫度波動(dòng),則振幅從大到小的順序?yàn)榘型柰獗?、套筒外壁、套筒?nèi)壁、金腔內(nèi)壁。從套筒外壁、套筒內(nèi)壁、金腔內(nèi)壁振幅遞減可知,靶丸溫度波動(dòng)振幅雖大,但并沒有對(duì)金腔產(chǎn)生足夠的影響,金腔主要受套筒波動(dòng)影響。金腔上各位置溫度振幅一致,且與C2、D2、C4、D4處振幅相同,尤其是金腔上B1和B5點(diǎn)與套筒內(nèi)壁C1和C5點(diǎn)距離很近,中間隔著氦氣,但是振幅差異卻很大,表明溫度波動(dòng)主要以固體導(dǎo)熱的方式從套筒向金腔傳播。

為研究靶丸和套筒溫度波動(dòng)對(duì)黑腔系統(tǒng)的影響,將靶丸外壁和套筒外壁其中一個(gè)的吸收率設(shè)置為0來(lái)屏蔽其輻射換熱,此時(shí)黑腔系統(tǒng)中的溫度波動(dòng)只由另一個(gè)表面吸收的輻射熱流引起。圖8c為屏蔽套筒外壁輻射換熱時(shí)各表面監(jiān)控點(diǎn)的溫度振幅情況,從圖中可看到,套筒外壁吸收率設(shè)為0后,靶丸外壁振幅略微升高,而其余三個(gè)面的振幅降則降到10-5mK以下,可以忽略不計(jì)?？梢姲型璧臏囟炔▌?dòng)向套筒方向傳播時(shí),在氦氣腔受到氦氣極大的削弱,到達(dá)金腔內(nèi)壁時(shí)已接近消失,對(duì)金腔和套筒溫度場(chǎng)基本沒有影響。圖8d展示了屏蔽靶丸外壁輻射換熱時(shí)各監(jiān)控點(diǎn)的溫度振幅情況,圖中金腔內(nèi)壁、套筒內(nèi)壁和套筒外壁的各監(jiān)控點(diǎn)振幅和典型工況中一致,靶丸外壁振幅從典型工況的0.85 mK降至0.22 mK。以C3、D3的溫度振幅表征套筒內(nèi)外壁的溫度波動(dòng),振幅由大到小依次為套筒外壁、套筒內(nèi)壁、金腔內(nèi)壁、靶丸外壁,波動(dòng)由套筒到靶丸逐漸衰減。波動(dòng)振幅由套筒外壁D3至金腔內(nèi)壁B3衰減了11.6%,由金腔內(nèi)壁B3至靶丸外壁A3衰減了42.1%,這是因?yàn)樘淄埠徒鹎还腆w導(dǎo)熱的傳熱效果強(qiáng)于氦氣對(duì)流換熱。波動(dòng)振幅由套筒外壁D3至靶丸外壁A3衰減48.8%,套筒溫度波動(dòng)使靶丸溫度波動(dòng)振幅產(chǎn)生的增量為自身振幅的51.2%。

綜上,屏蔽罩溫度擾動(dòng)傳播主要有兩條路徑,一條為屏蔽罩-封口膜-靶丸串聯(lián),稱為路徑一,另一條為屏蔽罩-套筒-金腔-氦氣腔-靶丸串聯(lián),稱為路徑二,兩條路徑起點(diǎn)都是波動(dòng)源頭屏蔽罩,終點(diǎn)都是靶丸,為并聯(lián)關(guān)系,相互影響。

2.2 影響因素分析

由于屏蔽罩和黑腔系統(tǒng)之間僅通過輻射進(jìn)行換熱,因此傳播路徑上的材料輻射特性對(duì)溫度擾動(dòng)傳播有決定性的影響。路徑一上的材料輻射特性有屏蔽罩發(fā)射率、封口膜透射率和靶丸吸收率。屏蔽罩表面通常已經(jīng)過加工打磨,表面光滑,發(fā)射率較低。靶丸在點(diǎn)火過程需要吸收高能射線,故要保持較高的吸收率。封口膜通過鍍涂層來(lái)控制透射率,一部分輻射穿過半透明薄膜進(jìn)入腔內(nèi),另一部分被鍍層反射。因此,封口膜透射率是路徑一上最具影響力的材料輻射特性。路徑二上的材料輻射特性有屏蔽罩發(fā)射率、套筒吸收率和反射率。屏蔽罩發(fā)射率如前文所述,實(shí)際中通常較小。套筒吸收率決定了套筒外壁吸收的輻射熱流大小,對(duì)路徑二上溫度擾動(dòng)傳播影響很大。特別的是套筒反射率,作為路徑二上的材料輻射特性,還影響著路徑一,因?yàn)榻?jīng)套筒反射的輻射有一部分會(huì)經(jīng)屏蔽罩二次反射投射到封口膜上,所以套筒反射率影響著進(jìn)入氦氣腔的輻射量。由于不透明表面的吸收率與反射率之和恒為1,因此將吸收率與反射率放在一起討論。通過改變封口膜透射率和套筒吸收率,探究削弱溫度擾動(dòng)傳播、提高靶丸溫度穩(wěn)定性和均勻性的方法。

2.2.1 套筒吸收率 研究發(fā)現(xiàn),封口膜透射率取不同值時(shí),套筒吸收率對(duì)靶丸溫度場(chǎng)的影響不同。在封口膜透射率分別為0.01和0.1下改變套筒吸收率,取值為0、0.1、0.5和1。圖9展示了封口膜透射率分別為0.01和0.1下靶丸平均溫度波動(dòng)振幅和最大溫差隨套筒吸收率的變化情況。從圖中可看到,當(dāng)封口膜透射率為0.01時(shí),增大套筒吸收率可以使靶丸溫度振幅和最大溫差增大;套筒吸收率從0增大到1時(shí),靶丸溫度振幅增加6.19倍,最大溫差增加10.9%。當(dāng)封口膜透射率為0.1時(shí),增大套筒吸收率會(huì)使靶丸溫度振幅和最大溫差減小,套筒吸收率從0增大到1時(shí),靶丸溫度振幅下降11.9%,最大溫差下降23.6%。

圖9 靶丸溫度振幅和最大溫差隨套筒吸收率的變化Fig.9 Variation of temperature amplitude and maximum temperature difference of capsule with TMP absorptivity

封口膜透射率分別取0.01和0.1時(shí),靶丸溫度振幅和最大溫差隨套筒吸收率變化有不同趨勢(shì),這與套筒吸收率和反射率對(duì)傳播路徑的不同影響有關(guān)。對(duì)于傳播路徑二,套筒吸收率越大,套筒外壁吸收的輻射熱流越大,傳播路徑二上的溫度波動(dòng)越強(qiáng)。對(duì)于傳播路徑一,套筒反射率越大,套筒反射的輻射越多,通過屏蔽罩二次反射而投射到封口膜上的輻射越多,透過封口膜進(jìn)入黑腔的輻射越多,靶丸吸收的輻射熱流越大,從而溫度波動(dòng)越強(qiáng)。由于吸收率與反射率之和恒為1,因此當(dāng)吸收率增大時(shí),反射率減小(圖9),傳播路徑一溫度波動(dòng)減弱,傳播路徑二溫度波動(dòng)加強(qiáng)。而靶丸溫度波動(dòng)由路徑一和路徑二的波動(dòng)疊加而成,當(dāng)路徑一的影響較大時(shí),靶丸溫度波動(dòng)隨套筒吸收率增大而減弱;當(dāng)路徑二的影響較大時(shí),靶丸溫度波動(dòng)隨套筒吸收率增大而加強(qiáng)。當(dāng)封口膜透射率為0.01時(shí),通過封口膜進(jìn)入黑腔的輻射較少,傳播路徑一對(duì)靶丸溫度波動(dòng)影響小,傳播路徑二對(duì)靶丸的影響起主導(dǎo)作用,靶丸溫度振幅隨套筒吸收率增大而增大。封口膜透射率為0.1時(shí),進(jìn)入黑腔的輻射較多,路徑一對(duì)靶丸溫度波動(dòng)影響起主導(dǎo),靶丸溫度振幅隨套筒反射率增大而增大。

圖10為封口膜透射率為0.1、套筒吸收率為1時(shí),分別處于波峰、平衡點(diǎn)和波谷的靶丸表面溫度。從圖中可看到,當(dāng)溫度波動(dòng)時(shí),靶丸表面溫度分布特征不變,都是南北極溫度高、赤道溫度低,北極溫度略高于南極。燃料衰變產(chǎn)生的能量和外界輻射輸入的熱量使靶丸溫度高于金腔,冷環(huán)通過金腔和氦氣冷卻靶丸。由于金的導(dǎo)熱性好,距離金腔壁面近的靶丸赤道受到的冷卻作用大,溫度較低,距離金腔壁面遠(yuǎn)的靶丸,南北兩極受到的冷卻作用小,溫度較高。北極溫度高于南極與腔內(nèi)自然對(duì)流有關(guān),在對(duì)流中,氦氣被靶丸加熱而上升,被金腔冷卻而下降,形成了完整的環(huán)流,流經(jīng)北極的氦氣經(jīng)過靶丸的加熱,使得北極溫度略高于南極。因此,靶丸表面最高溫度位于北極,最低溫度位于赤道,靶丸表面最大溫差即靶丸北極溫度與赤道溫度之差。當(dāng)靶丸與金腔的溫差增大時(shí),由于靶丸赤道離金腔最近,受到的影響最大,北極離金腔遠(yuǎn),受到的影響小,因此赤道與北極的溫差變大,即靶丸表面最大溫差變大。

圖10 封口膜透射率為0.1、套筒吸收率1時(shí)靶丸表面溫度Fig.10 Surface temperature distribution of capsule when the sealing film transmissivity is 0.1 and the TMP absorptivity is 1

(a)封口膜透射率為0.01

圖11a是封口膜透射率0.01時(shí),不同套筒吸收率下靶丸外壁與金腔內(nèi)壁溫差隨時(shí)間的變化,可以看到,靶丸外壁與金腔內(nèi)壁的溫差處于正弦形式的波動(dòng)中,隨著套筒吸收率增大,靶丸外壁與金腔內(nèi)壁的最大溫差增大,與靶丸表面最大溫差的變化趨勢(shì)一致。圖11b是封口膜透射率0.1時(shí),不同套筒吸收率下靶丸外壁與金腔內(nèi)壁溫差隨時(shí)間的變化,可見隨著套筒吸收率增大,靶丸外壁與金腔內(nèi)壁的最大溫差減小,與靶丸表面最大溫差的變化趨勢(shì)一致。

2.2.2 封口膜透射率 與套筒吸收率與反射率類似,封口膜透射率影響傳播路徑一,封口膜反射率影響傳播路徑二,封口膜透射率增大時(shí),傳播路徑一的波動(dòng)加強(qiáng),傳播路徑二的波動(dòng)減弱。這使得套筒吸收率取不同大小時(shí),靶丸溫度振幅和最大溫差隨封口膜透射率的變化可能呈不同趨勢(shì)。為此,在套筒吸收率分別為0.5和1下,改變封口膜透射率,取值為0.01、0.1、0.5、1。

圖12展示了套筒吸收率分別為0.5和1時(shí)靶丸表面溫度振幅和最大溫差隨封口膜透射率的變化。從圖中可知,當(dāng)套筒吸收率為0.5時(shí),靶丸振幅和最大溫差隨封口膜透射率的增大而增大,封口膜透射率從0.01增大至1時(shí),靶丸溫度振幅增加40.87倍,最大溫差增加5.73倍;當(dāng)套筒吸收率為1時(shí),靶丸振幅和最大溫差隨封口膜透射率的增大而增大,封口膜透射率從0.01增大至1時(shí),靶丸溫度振幅增加26.26倍,最大溫差增加3.41倍。

圖12 靶丸溫度振幅和最大溫差隨封口膜透射率的變化Fig.12 Variation of temperature amplitude and maximum temperature difference of capsule with sealing film transmissivity

在套筒吸收率分別為0.5和1時(shí),靶丸溫度振幅和最大溫差都隨封口膜透射率的增大而增大,說(shuō)明封口膜透射率對(duì)靶丸溫度場(chǎng)的影響大于套筒吸收率,封口膜透射率是傳播路徑上最重要的影響因素。

3 結(jié) 論

(1)屏蔽罩和黑腔系統(tǒng)之間主要通過輻射方式進(jìn)行換熱。黑腔系統(tǒng)主要有兩個(gè)輻射接收面——套筒外壁和靶丸外壁,屏蔽罩通過對(duì)套筒外壁和靶丸外壁施加輻射熱流影響黑腔系統(tǒng)。相應(yīng)地,屏蔽罩溫度擾動(dòng)有兩條傳播路徑,路徑一是屏蔽罩-封口膜-靶丸,路徑二是屏蔽罩-套筒-金腔-氦氣腔-靶丸。

(2)典型工況下,屏蔽罩振幅10 K的溫度波動(dòng)到靶丸外壁時(shí)衰減為0.85 mK,黑腔系統(tǒng)內(nèi)各表面溫度振幅由大到小為靶丸外壁、套筒外壁、套筒內(nèi)壁、金腔內(nèi)壁。靶丸溫度波動(dòng)對(duì)金腔、套筒溫度波動(dòng)基本沒有影響;套筒溫度波動(dòng)對(duì)金腔、靶丸溫度波動(dòng)有顯著影響,套筒溫度波動(dòng)使靶丸溫度波動(dòng)振幅產(chǎn)生的增量為自身振幅的51.2%。

(3)在封口膜透射率0.01條件下,套筒吸收率從0增大到1時(shí),靶丸溫度振幅增加6.19倍,最大溫差增加10.9%;在封口膜透射率0.1條件下,套筒吸收率從0增大至1時(shí),靶丸溫度振幅降低11.9%,最大溫差降低23.6%。為提高靶丸溫度場(chǎng)穩(wěn)定性和均勻性,當(dāng)封口膜透射率較小時(shí),應(yīng)減小套筒吸收率,當(dāng)封口膜透射率較大時(shí),應(yīng)增大套筒吸收率。

(4)當(dāng)套筒吸收率分別為0.5和1時(shí),靶丸溫度振幅和最大溫差都隨封口膜透射率的增大而增大,封口膜透射率對(duì)靶丸溫度場(chǎng)的影響大于套筒吸收率,是傳播路徑上影響最大的輻射特性。為提高靶丸溫度場(chǎng)的穩(wěn)定性和均勻性,應(yīng)盡量減小封口膜透射率。