本發(fā)明屬于激光聚變工程技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種兼具黑腔減散和防護作用的ub2薄膜的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

間接驅(qū)動激光慣性約束聚變(icf)因其具有能提供更均勻的輻照場并能有效的避免燃料預(yù)熱等優(yōu)點而成為實現(xiàn)受控?zé)岷司圩兎磻?yīng)的重點研究方向。在間接驅(qū)動icf實驗過程中，激光入射到黑腔，與腔內(nèi)等離子體發(fā)生非線性相互作用，導(dǎo)致包括受激布里淵散射(sbs)在內(nèi)的非線性參量不穩(wěn)定過程增長，并對聚變過程產(chǎn)生不利影響。黑腔內(nèi)大尺寸激光等離子體相互作用被認為是點火環(huán)節(jié)中最不確定的兩個因素之一。黑腔作為將激光能量轉(zhuǎn)化為x射線的關(guān)鍵部件，直接關(guān)系到激光-x射線的轉(zhuǎn)換效率以及輻射場的空間均勻性。

黑腔腔壁通常選擇具有高原子序數(shù)(z)的材料。長期以來au黑腔因其較高的原子序數(shù)、優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性而得到廣泛應(yīng)用。相對于傳統(tǒng)的黑腔用材料au，u元素的原子序數(shù)大，其m帶熱電子產(chǎn)額小，且m帶發(fā)射位于更高的能量區(qū)域，理論上其x射線轉(zhuǎn)換效率更高，同時具有更小的硬x射線占比。理論分析及實驗研究表明，與傳統(tǒng)au黑腔相比，以具有更高輻射不透明度的金屬u作為黑腔腔壁材料，可以降低～17％的能量損失，同時能有效抑制m帶熱電子產(chǎn)額(o.jones,j.schein,m.rosen,etal.phys.plasmas,2007,14,056311)。由于u的化學(xué)性質(zhì)活潑，u黑腔被設(shè)計為au-u-au這種三明治結(jié)構(gòu)。為了降低au的不利影響，au防護層通常很薄，厚度只有100～700nm。此外，研究發(fā)現(xiàn)在黑腔內(nèi)層au中摻入b形成au/b減散層，有助于增加離子聲波朗道阻尼，從而抑制腔壁噴射的等離子體中sbs的增長(p.neumayer,r.l.berger,d.callahan,etal.phys.plasmas,2008,15,056307)。目前，美國國家點火計劃中高轉(zhuǎn)化率黑腔的基本構(gòu)成大致為：au/b減散層-au內(nèi)防護層-u轉(zhuǎn)化層-au支撐層。

現(xiàn)有u黑腔的au/b減散層可由磁控濺射au靶和b靶共沉積或者濺射au/b混合物靶來制備得到，通過控制濺射速率或者控制混合物靶組分來調(diào)控au:b組分比例。但由相圖可知au、b兩種元素之間沒有穩(wěn)定的化合物和固溶體存在，磁控濺射制得的au/b共混薄膜在微觀尺度上難以做到均勻分布，存在著薄膜成分難以精確控制、成分偏析的問題。此外，在鍍制au/b共混薄膜后還需要將樣品置于腐蝕性介質(zhì)中進行脫模處理，b單質(zhì)的不穩(wěn)定性極易導(dǎo)致脫模過程中b元素的流失，進一步導(dǎo)致薄膜成分分布的不均勻，而且對脫模工藝提出更苛刻的要求。摻雜低z元素對sbs的抑制效果，與摻雜比例有很大關(guān)系，au/b減散層的成分不均勻性，將導(dǎo)致腔壁噴射的等離子體中b元素的分布不均勻以及等離子體參數(shù)的變化，等離子體環(huán)境的變化將直接影響對sbs的抑制效果。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的為了解決現(xiàn)有鈾黑腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，au/b減散層存在化學(xué)穩(wěn)定性差、組分比例及分布調(diào)控困難、抑制受激布里淵散射能力有限的問題，而提供ub2薄膜在黑腔上的應(yīng)用。

ub2薄膜在黑腔上的應(yīng)用，ub2薄膜作為減散/防護層替代黑腔au/b減散層和au防護層應(yīng)用于黑腔上。

本發(fā)明具體涉及的ub2薄膜在黑腔應(yīng)用上的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：(1)ub2因其嚴(yán)格的化學(xué)計量比，可實現(xiàn)u:b元素比例的精確控制，且這種化合物薄膜在分子水平上保證了u、b元素分布的均勻性，而成分的精確控制及組分的均勻性對確保抑制sbs的最終效果極其重要。(2)ub2具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，耐酸堿腐蝕，可在常規(guī)的脫模溶液中進行長時間處理，同時有效避免在脫模過程中b元素的流失造成的組分波動及成分偏析，有效降低了黑腔脫模工藝難度。(3)為提高激光-腔靶耦合效率，通常選擇高z材料作為黑腔，相對于傳統(tǒng)黑腔腔壁材料au來說，u元素的原子序數(shù)更大，激光-x射線轉(zhuǎn)換效率更高，同時其具有更小的硬x射線占比，可顯著降低m帶熱電子產(chǎn)額。(4)由于化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，ub2薄膜在抑制sbs的同時，還兼具防止內(nèi)部u轉(zhuǎn)化層氧化失效的效果，起到防護層的作用。(5)鈾黑腔是目前點火黑腔發(fā)展的主要趨勢，本發(fā)明所述的ub2薄膜與鈾黑腔具有更為良好的界面結(jié)合力及化學(xué)相容性?？梢?，ub2薄膜應(yīng)用于黑腔具有降低sbs份額、抑制m帶熱電子產(chǎn)額、提高激光-x射線轉(zhuǎn)換效率、保護鈾黑腔轉(zhuǎn)化層的作用，可用于替代鈾黑腔au/b減散層和au防護層。

具體實施方式

具體實施方式一：本實施方式是一種ub2薄膜在黑腔上的應(yīng)用，ub2薄膜作為減散/防護層替代黑腔au/b減散層和au防護層應(yīng)用于黑腔上。

與au/b相比，ub2中較高含量的b元素能有效抑制受激布里淵散射，同時u元素具有很好的抑制m帶熱電子產(chǎn)額的效果，最為重要的是ub2的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，因此ub2薄膜具有兼顧減散和防護的作用，可直接替代au/b減散層和au防護層。

具體實施方式二：本實施方式與具體實施方式一的不同點是：利用ub2薄膜作為減散/防護層的方法如下：通過直流磁控濺射沉積方法，以ub2靶通過直流電源進行磁控濺射沉積，所述的ub2靶純度大于99％。其他與具體實施方式一相同。

具體實施方式三：本實施方式與具體實施方式二的不同點是：所述的直流磁控濺射沉積方法具體過程如下：

一、將1～10個芯軸安裝在旋轉(zhuǎn)支撐臺上，調(diào)整ub2靶與芯軸中心距離為5cm～20cm，ub2靶面中心法線與芯軸所在平面呈45°夾角；

二、通過機械泵、分子泵抽真空使沉積室本底真空達到1×10^-8pa～1×10^-6pa，然后充入高純氬氣，并調(diào)節(jié)閘板閥使沉積室真空度維持在0.1pa～1pa，所述的高純氬氣的純度為99.9999％；

三、利用低能離子束對芯軸表面刻蝕3min～20min，在利用低能等離子束對芯軸表面刻蝕的過程中旋轉(zhuǎn)支撐臺以1～30rpm自轉(zhuǎn)；

四、ub2靶與芯軸之間設(shè)有擋板，在ub2靶直流電源功率為50w～400w下進行預(yù)濺射10min～30min；

五、打開ub2靶與芯軸之間的擋板，在ub2靶直流電源功率為50w～400w下沉積5min～480min，且沉積過程中旋轉(zhuǎn)支撐臺以1rpm～30rpm自轉(zhuǎn)，即完成在芯軸表面利用直流磁控濺射方法沉積ub2薄膜。

其他與具體實施方式二相同。

具體實施方式四：本實施方式與具體實施方式一的不同點是：利用ub2薄膜作為減散/防護層的方法如下：通過雙靶磁控濺射共沉積方法，以u靶通過直流電源、b靶通過射頻電源進行濺射沉積，所述的u靶純度大于99％，所述的b靶純度大于99％。其他與具體實施方式一相同。

具體實施方式五：本實施方式與具體實施方式四的不同點是：所述的雙靶磁控濺射共沉積方法具體過程如下：

一、u靶和b靶與芯軸所在平面的法線呈對稱分布，且靶面中心法線與芯軸所在平面呈45°夾角，調(diào)整u靶與芯軸中心距離為5cm～20cm，調(diào)整b靶與芯軸中心距離為5cm～20cm；

二、通過機械泵、分子泵抽真空使沉積室本底真空達到1×10^-8pa～1×10^-6pa，然后充入高純氬氣，并調(diào)節(jié)閘板閥使沉積室真空度維持在0.1pa～1pa，所述的高純氬氣的純度為99.9999％；

三、利用低能離子束對芯軸表面刻蝕3min～20min，在利用低能等離子束對芯軸表面刻蝕的過程中旋轉(zhuǎn)支撐臺以1rpm～30rpm自轉(zhuǎn)；

四、u靶、b靶與芯軸之間分別設(shè)有擋板，在u靶直流電源功率為40w和b靶射頻電源功率為200w下進行預(yù)濺射10min～30min；

五、打開u靶、b靶與芯軸之間的擋板，在u靶直流電源功率為20～200w和b靶射頻電源功率為100w～500w下沉積5min～480min，且沉積過程中旋轉(zhuǎn)支撐臺以1rpm～30rpm自轉(zhuǎn)，即完成在芯軸表面利用雙靶磁控濺射共沉積方法沉積ub2薄膜。

其他與具體實施方式四相同。

具體實施方式六：本實施方式與具體實施方式一的不同點是：利用ub2薄膜作為減散/防護層的方法如下：通過電子束蒸發(fā)方法，以ub2為蒸發(fā)源進行蒸鍍，所述的ub2蒸發(fā)源的純度大于99％。其他與具體實施方式一相同。

具體實施方式七：本實施方式與具體實施方式六的不同點是：所述的電子束蒸發(fā)方法具體過程如下：

一、通過機械泵、分子泵抽真空使沉積室本底真空達到1×10^-5pa～5×10^-4pa；

二、打開電子槍對ub2蒸發(fā)源進行預(yù)熱5min～20min，電子束束流為25ma，電子束斑在坩堝中心部位做正弦運動；

三、在電子束束流為10ma～100ma，陽極電壓為1kv～10kv，打開擋板，開始蒸鍍，蒸鍍時間為5min～360min，且蒸鍍過程中旋轉(zhuǎn)支撐臺以15rpm自轉(zhuǎn)；

四、在溫度為300～900℃下對表面蒸鍍ub2薄膜的芯軸進行退火，退火時間60min，即完成在芯軸表面利用電子束蒸發(fā)方法鍍制ub2薄膜。

其他與具體實施方式六相同。

采用下述實驗驗證本發(fā)明效果。

實施例1：一種ub2薄膜在黑腔上的應(yīng)用，ub2薄膜作為減散/防護層替代黑腔au/b減散層和au防護層應(yīng)用于黑腔上。

本實施例利用ub2薄膜作為減散/防護層的方法如下：通過直流磁控濺射沉積方法，以ub2靶通過直流電源進行磁控濺射沉積，所述的ub2靶純度大于99％；

所述的直流磁控濺射沉積方法具體過程如下：

一、將10個芯軸安裝在旋轉(zhuǎn)支撐臺上，調(diào)整ub2靶與芯軸中心距離為15cm，ub2靶面中心法線與芯軸所在平面呈45°夾角；

二、通過機械泵、分子泵抽真空使沉積室本底真空達到1×10^-7pa，然后充入高純氬氣，并調(diào)節(jié)閘板閥使沉積室真空度維持在0.5pa，所述的高純氬氣的純度為99.9999％；

三、利用低能離子束對芯軸表面刻蝕15min，在利用低能等離子束對芯軸表面刻蝕的過程中旋轉(zhuǎn)支撐臺以15rpm自轉(zhuǎn)；

四、ub2靶與芯軸之間設(shè)有擋板，在ub2靶直流電源功率為200w下進行預(yù)濺射15min；

五、打開ub2靶與芯軸之間的擋板，在ub2靶直流電源功率為200w下沉積90min，且沉積過程中旋轉(zhuǎn)支撐臺以15rpm自轉(zhuǎn)，即完成在芯軸表面利用直流磁控濺射方法沉積ub2薄膜。

對本實施例得到的ub2薄膜，掃描電鏡進行顯微組織觀察，可以發(fā)現(xiàn)薄膜均勻致密，沒有可察覺孔洞、開裂等缺陷存在，薄膜厚度為～350nm。

實施例2：一種ub2薄膜在黑腔上的應(yīng)用，ub2薄膜作為減散/防護層替代黑腔au/b減散層和au防護層應(yīng)用于黑腔上。

本實施例利用ub2薄膜作為減散/防護層的方法如下：通過雙靶磁控濺射共沉積方法，以u靶通過直流電源、b靶通過射頻電源進行濺射沉積，所述的u靶純度大于99％，所述的b靶純度大于99％；

所述的雙靶磁控濺射共沉積方法具體過程如下：

一、將1個芯軸安裝在旋轉(zhuǎn)支撐臺上，u靶和b靶與芯軸所在平面的法線呈對稱分布，且靶面中心法線與芯軸所在平面呈45°夾角，調(diào)整u靶與芯軸中心距離為9cm，調(diào)整b靶與芯軸中心距離為9cm；

二、通過機械泵、分子泵抽真空使沉積室本底真空達到5×10^-8pa，然后充入高純氬氣，并調(diào)節(jié)閘板閥使沉積室真空度維持在0.3pa，所述的高純氬氣的純度為99.9999％；

三、利用低能離子束對芯軸表面刻蝕20min，在利用低能等離子束對芯軸表面刻蝕的過程中旋轉(zhuǎn)支撐臺以15rpm自轉(zhuǎn)；

四、u靶、b靶與芯軸之間分別設(shè)有擋板，在u靶直流電源功率為40w和b靶射頻電源功率為200w下進行預(yù)濺射15min；

五、打開u靶、b靶與芯軸之間的擋板，在u靶直流電源功率為40w和b靶射頻電源功率為200w下沉積30min，且沉積過程中旋轉(zhuǎn)支撐臺以15rpm自轉(zhuǎn)，即完成在芯軸表面利用雙靶磁控濺射共沉積方法沉積ub2薄膜。

本實施例得到的ub2薄膜，在脫模的過程中其b元素的流失率僅為～1％，較au/b薄膜脫模時b元素的流失率降低了90％～95％。

實施例3：一種ub2薄膜在黑腔上的應(yīng)用，ub2薄膜作為減散/防護層替代黑腔au/b減散層和au防護層應(yīng)用于黑腔上。

本實施例利用ub2薄膜作為減散/防護層的方法如下：通過電子束蒸發(fā)方法，以ub2為蒸發(fā)源進行蒸鍍，所述的ub2蒸發(fā)源的純度大于99％；

所述的電子束蒸發(fā)方法具體過程如下：

一、通過機械泵、分子泵抽真空使沉積室本底真空達到1×10^-4pa；

二、打開電子槍對ub2蒸發(fā)源進行預(yù)熱10min，電子束束流為25ma，電子束斑在坩堝中心部位做正弦運動；

三、在電子束束流為50ma，陽極電壓為6kv，打開擋板，開始蒸鍍，蒸鍍時間為10min，且蒸鍍過程中旋轉(zhuǎn)支撐臺以15rpm自轉(zhuǎn)，得到表面蒸鍍ub2薄膜的芯軸；

四、在溫度為400℃下對表面蒸鍍ub2薄膜的芯軸進行退火，退火時間60min，即完成在芯軸表面利用電子束蒸發(fā)方法鍍制ub2薄膜。

本實施例得到的ub2薄膜，前后6次沉積的薄膜其u:b元素比為1.95～2.00，與相同工藝條件下不同批次鍍制的au/b薄膜相比，ub2薄膜中b元素含量波動減少了60％。