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低温热开关在冷冻靶系统中的应用 马坤全 (中国I挫物理研究腕激光聚变研究中心四川绵刖621900) 在激光惯性约束核聚变研究中，冷冻靶具有较高的初始燃料密度和较低的冲击波预 热灵敏特性。易于实现等熵压缩，能够大幅度降低实现点火条件需要的驱动器能量，在 相同条件下，冷冻靶的惯性约柬聚变中子产额比非冷冻靶有明显提高，所以冷冻靶被选 为点火靶的主要靶型。目前，美国NIF装置，法国LMJ激光装置，皆采用冷冻靶作为 点火靶。冷冻靶制各的挑战之一是获得稳定的低温环境，其温度波动小于lmK。而且， 为了减小振动，还需要采用刚停制冷机的方式来实现，如图1所示。 图1美田点火靶碱振与低温环境控制 为了控制目标与冷源之间的冷量传递，需要采用特定装置来控制啊者之间的热阻， 己达到热传递的开与关的作用。其工作原理如同电子二极管，即在被冷却部件与冷源之 间传递的冷量具有单向性，实现正向传热．反向绝热，如图2所示。 ，，．———+电流通过——+冷量通过 ———_一K}—一二二二_—◆∈}—一 』兰—◆争一』兰—◆寸一 一极管 b．低温热开关 削2低温热开关与一极管l作示意图 59 低温热开关在冷冻靶系统中的应用，至少具有两大优势：一是有利于减d,N冷机的 振动，此情况下，低温热开关还可以起到振动开关的作用。二是可以维持稳定的低温环 境，目标被冷却时，减小热阻；目标需要维持恒定温度时，增加热阻，这也是低温热开 关的主要作用。研究表明，低温热开关反向热阻为正向热阻的上千倍。低温热开关的这 两大优势正是我国低温靶制备中遇到的两大难题。 在我国进行平面冷冻靶打靶中，采用制冷机制冷为主，液氦制冷作为备用制冷方案。 在备用方案中，停止的制冷机将成为热负载，大大增加液氦消耗量。如果采用低温热开 关技术，在冷却目标与制冷机之间设计一低温热开关，将大大减小液氦的消耗。目前， 液氦价格高达300元／升，且有大幅上升的趋势，且美国科学家预言，在30年之后，地 球上将不再有可供利用的氦资源。因此，无论从经济效益，还是从战略意义上来说，低 温热开关都将在冷冻靶研究中起着越来越重要的作用。