利用放射化学技术诊断国家点火装置惯性约束聚变研究中的燃料-烧蚀层混合：Pushered Single Shell实验中Tc/Mo同位素比的测量

这篇综述介绍了美国国家点火装置（NIF）在惯性约束聚变（ICF）研究中，通过放射化学技术诊断燃料-烧蚀层混合的创新方法。文章重点阐述了利用96gTc/99Mo和95gTc/99Mo同位素比作为混合指标，为Pushered Single Shell（PSS）实验提供关键数据，优化聚变胶囊设计并提升产额。该方法突破了传统诊断在时空尺度（微米级/皮秒级）的限制，为聚变科学提供了独特的混合量化工具。

　　

在国家点火装置（NIF）的惯性约束聚变（ICF）研究中，燃料与烧蚀层材料的混合程度是影响聚变产额的核心因素。Pushered Single Shell（PSS）实验采用含钼（Mo）的铍（Be）烧蚀层胶囊设计，而如何量化混合成为关键挑战。

1 引言

NIF通过192束激光间接驱动氘氚（DT）燃料胶囊产生聚变。PSS设计中，钼梯度层可减少辐射损失，但高Z材料混入燃料会降低等离子体温度。传统诊断受限于微米级空间和皮秒级时间尺度，而放射化学技术通过测量活化产物同位素比（如^96gTc/⁹⁹Mo）直接反映混合。此前铬（Cr）胶囊采用⁵²Mn/⁵¹Cr作为指标，钼胶囊则需开发新方法。

2 材料与方法

2.1 材料

实验使用超纯酸和钒（V）制固体放射化学收集器（SRC），通过中子活化产生⁹⁹Mo和^95gTc/^96gTc。

2.2 活度测量

高纯锗（HPGe）探测器分析γ能谱，重点关注⁹⁹Mo的6条γ射线及^95gTc（766 keV）、^96gTc（813/850 keV）。

2.3 SRC处理

SRC在30 cm距离收集碎片后，3-6小时内完成初始γ计数。

2.4 化学分离

盐酸-硝酸混合液浸取SRC表面，阴离子交换柱分离钼（2 M HNO₃洗脱）和锝（浓HNO₃洗脱）。化学产率>80%，全程仅需7小时，满足^95gTc（半衰期20 h）的快速分析需求。

3 结果与讨论

3.1 化学分离效果

浸取去除90%钒基体，柱分离使锝样品本底降低100倍（图8）。⁹⁵Nb（765.8 keV）可能干扰^95gTc检测，但通过⁹⁶Nb示踪确认其含量可忽略。

3.2 PSS实验结果

2023-2025年数据显示，^96gTc/⁹⁹Mo比值为(0.5–5)×10^–4，^95gTc/⁹⁹Mo为(0.3–3)×10^–4（图10）。氢燃料实验（N240616）因质子增多导致比值异常升高。

3.3 铀裂变干扰排除

贫铀（DU）空腔产生的⁹⁹Mo经²³⁷U归一化后，比胶囊产钼低2个数量级（图11），证实裂变干扰可忽略。

3.4 同核异能态影响

^96mTc（52 m）通过同核跃迁（IT）转化为^96gTc，而^95mTc（61 d）对^95gTc的贡献不足检测限（图12）。

4 结论

放射化学诊断为ICF研究提供了独特的混合量化工具，未来将拓展至钨-铼体系。该方法与模拟结合，可优化胶囊设计，推动聚变能源研究发展。