常溫氫俘獲熱中子核聚變點(diǎn)燃自持鏈?zhǔn)綒浞磻?yīng)堆的制作方法
【專利說明】常溫氫俘獲熱中子核聚變點(diǎn)燃自持鏈?zhǔn)綒浞磻?yīng)堆 1 .技術(shù)領(lǐng)域：
[0001]本發(fā)明涉及一種可控核聚變反應(yīng)堆，特別是一種常溫氫俘獲熱中子核聚變點(diǎn)燃自 持鏈?zhǔn)綒浞磻?yīng)堆。該反應(yīng)堆是以氘、氫為燃料的一種氣體反應(yīng)堆，是由常溫等離子體氫自發(fā) 俘獲熱中子生成復(fù)合核氘，從而引燃輕核自持聚變。 2.
【背景技術(shù)】：
[0002]兩個(gè)原子核之間存在有斥力，要發(fā)生聚變，他們必須克服庫倫斥力，彼此接近核力 的作用范圍（約l〇_15m)，這只有在極高的溫度(1012345K-1067891011K)下才能實(shí)現(xiàn)，這時(shí)原子核以極高速 度做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，連續(xù)地發(fā)生相互碰撞并發(fā)生大量聚變即可控?zé)岷司圩儭?托卡馬克 (Tokamak)"即環(huán)形磁籠，經(jīng)歷了五十多年的發(fā)展變革，形成了一整套理論，現(xiàn)已成為熱核聚 變實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)模式。但是從總的情況來看，此類裝置距離實(shí)用依然比較遙遠(yuǎn)。兩個(gè)高能原子 核對(duì)碰，原本就存在庫倫散射，再加之縱橫復(fù)雜的洛倫茲力關(guān)系，一個(gè)微弱的場(chǎng)波動(dòng)就會(huì)導(dǎo) 致兩個(gè)高能核擦肩而過，碰撞幾率非常之低。熱核聚變只能發(fā)生在封閉系統(tǒng)，因?yàn)樗枰?界不斷地輸入能量才能得以維持。而封閉系統(tǒng)不具有新陳代謝功能，所以當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)α粒子 (核反應(yīng)的終結(jié)產(chǎn)物)達(dá)到一定濃度時(shí)，將直接阻斷核反應(yīng)?？偨Y(jié)起來，熱核反應(yīng)的幾個(gè)焦點(diǎn) 問題還都是因?yàn)?極熱"造成的。

【發(fā)明內(nèi)容】
： 2
[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種常溫氫俘獲熱中子核聚變點(diǎn)燃自持鏈?zhǔn)綒浞磻?yīng)堆，即常 3 溫等離子體氫(Η)自發(fā)俘獲熱中子(η)生成復(fù)合核氘(D)，復(fù)合核的存在時(shí)間極為短暫約10 4 _15-1(T12S，若要在這個(gè)時(shí)間段實(shí)現(xiàn)自持聚變，唯一的途徑就是將等離子體密度提高到"臨界 5 密度"。為此必須打破"勞遜判據(jù)"對(duì)等離子體密度的限定。 6
[0004] 本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，常溫氫俘獲熱中子核聚變點(diǎn)燃自持鏈?zhǔn)綒浞磻?yīng)堆， 是由氘(D)容器（1)，氫(H)容器(2)，D，H程控配比器(3)，氫反應(yīng)堆(4)，集熱器(熱電轉(zhuǎn)換器） 7
[5] ，代謝(He)吸附阱(6)，石墨反應(yīng)球(7)，高壓納秒(ns)脈沖放電電源(8)和暫態(tài)磁場(chǎng)電源 8 (9) 組成，氘(D)容器（1)和氫(H)容器(2)中的兩種氣體一同輸入程控配比器(3)，按預(yù)置比 例混合，輸入到氫反應(yīng)堆(4)中的石墨反應(yīng)球(7)，暫態(tài)磁場(chǎng)電源(9)與電磁線圈（15)連接構(gòu) 成暫態(tài)場(chǎng)回路，高壓納秒(ns)脈沖放電電源(8)與放電電極（11)連接成放電回路，反應(yīng)球 9 (10) 與快閥（22)，吸附栗(24)和排氣口（25)構(gòu)成He代謝系統(tǒng)，反應(yīng)球（10)是由石墨反應(yīng)球 10 (7)，氧化鈹球(20)和金屬球（16)三層材料圍成的核反應(yīng)空間，氧化鈹陶瓷隔板（17)將這三 11 層材料球包括連接密封法蘭（18)，傳導(dǎo)熱質(zhì)容器（13)以及傳導(dǎo)熱質(zhì)（14) 一分為二形成電絕 12 緣處理，在氧化鈹陶瓷隔板（17)中埋伏有放電電極（11)，由D，H程控配比器(3)與快閥（26) 和反應(yīng)球（10)組成開放系統(tǒng)物質(zhì)輸入系統(tǒng)，暫態(tài)磁場(chǎng)電源（9)與電磁線圈（15)和反應(yīng)球 (10)組成開放系統(tǒng)能量輸入系統(tǒng)，反應(yīng)球（10)與快閥（22 )，吸附栗(24)和排氣口（ 25)構(gòu)成 He代謝系統(tǒng)，自持聚變反應(yīng)鏈?zhǔn)窃诔貤l件下，氫俘獲中子X,1//、生成復(fù)合核氘，后 續(xù)好)t份(洱），W(23取沖24份，丨丑(和，>)24份，是將反應(yīng)球（ 10)的等離子體密 度調(diào)整到"臨界密度"實(shí)現(xiàn)自持聚變，暫態(tài)磁場(chǎng)電源(9)向電磁線圈（15)施加正負(fù)相間（對(duì) 稱)方波脈沖，在電磁線圈（15)中就會(huì)獲得暫態(tài)磁場(chǎng)Bo(T)= |+Bo(T) | = l-Bo(T) |，這種時(shí)間 關(guān)系= 是消除V (T)影響的充分必要條件，暫態(tài)磁場(chǎng)±Β〇(Τ)使反應(yīng)球 (10) 中的臨界密度氣體全部進(jìn)入受激態(tài)，高壓納秒(ns)脈沖放電電源(8)向放電電極（11) 提供40KV單極性高壓脈沖對(duì)氘氣放電，可獲得強(qiáng)度可控，荷能2.38MeV的中子，由D，H程控配 比器(3)向反應(yīng)球（10)輸入氣壓約2 4.8atm的氣體，配比為D:H=4:1，高壓納秒(ns)脈沖放 電電源(8)向放電電極(11)提供脈沖幅度40KV，脈沖寬度50ns單極性高壓脈沖，可獲得轉(zhuǎn)動(dòng) 溫度為300K，振動(dòng)溫度2100K的高密度非平衡態(tài)等離子體，反應(yīng)球(10)的等離子體臨界密度 為2 4.8atm其平均自由程Xsl.94xl(T6m，氫(H)均勻地分布在兩個(gè)氘之間，當(dāng)有中子(η) 被氫(Η)俘獲時(shí)，碰撞的行程縮短一半即S9.7xl(T7w，這個(gè)距離可在1(T15-1(T 14S內(nèi)發(fā) 生碰撞，反應(yīng)球(10)的第一層材料為核石墨，第二層材料為高純氧化鈹陶瓷，第三層材料為 高溫合金，用三種材料制成兩個(gè)中空半圓，分別安裝在氧化鈹陶瓷隔板（17)中心孔的兩個(gè) 端面上并達(dá)到50MPa壓力容器的標(biāo)準(zhǔn)，He代謝系統(tǒng)的"場(chǎng)暫停"時(shí)間設(shè)定為1(T 9-1(T6S，在這 個(gè)時(shí)間里α粒子復(fù)合成He原子，其它粒子如p，n，D，T，3He核反應(yīng)仍在繼續(xù)，調(diào)整用（電）能峰 谷時(shí)，打開流量開關(guān)(23)，Zi-Zn分別對(duì)應(yīng)不同的功率調(diào)整度，結(jié)合開關(guān)頻率f K(次/min)和時(shí) 間tK(s)，使反應(yīng)堆功率輸出平穩(wěn)可控。
[0005]由于采用了上述技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)了一種新的核聚變模式即常溫核聚變，由調(diào)整等 離子體密度取代了調(diào)整等離子體溫度的熱核反應(yīng)模式。與之同時(shí)，一種潔凈，無輻射無排放 污染的新型能源技術(shù)誕生了。該技術(shù)能夠在最大程度上解決人類的能源危機(jī)和環(huán)境污染問 題，滿足人們對(duì)能源日益增長(zhǎng)的需求。 4.
【附圖說明】：
[0006]以下將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0007] 圖1是本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖
[0008] 圖2是穩(wěn)恒磁場(chǎng)電荷運(yùn)動(dòng)規(guī)律和暫態(tài)磁場(chǎng)電荷運(yùn)動(dòng)規(guī)律圖
[0009] 圖3是氫反應(yīng)堆原理示意圖 [0010]圖4是氫反應(yīng)堆工程結(jié)構(gòu)圖
[0011] 圖5是氫反應(yīng)堆代謝系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖
[0012]圖中，1氘(D)容器2氫(H)容器3D，H程控配比器4氫反應(yīng)堆5集熱器(或熱 電轉(zhuǎn)換器）6代謝(He)吸附阱7石墨反應(yīng)球8高壓納秒(ns)脈沖放電電源9暫態(tài)磁場(chǎng) 電源10反應(yīng)球11放電電極12放電電極絕緣套管13傳導(dǎo)熱質(zhì)容器14傳導(dǎo)熱質(zhì) 15電磁線圈16金屬球17氧化鈹陶瓷隔板18密封法蘭19法蘭螺栓孔20氧化鈹 陶瓷球21密封法蘭22快閥門23氣流量開關(guān)24吸附栗25 He排氣出口 26快閥 門。 5.
【具體實(shí)施方式】：
[0013] 圖1為本發(fā)明系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖，氘(D)容器（1)和氫(Η)容器(2)中的兩種氣體一同 輸入程控配比器(3)，按預(yù)制比例混合，直接輸入到氫反應(yīng)堆(4)的石墨核反應(yīng)球(7)。首先 開啟暫態(tài)磁場(chǎng)電源(9)，一并將脈沖幅度V P-P(V)、脈沖寬度切(s)調(diào)整到設(shè)計(jì)范圍，然后再開 啟高壓納秒(ns)脈沖放電電源(8)。高壓納秒脈沖對(duì)D，Η混合氣體放電可同時(shí)獲得非平衡態(tài) 等離子體(又稱低溫等離子體)和一定產(chǎn)額的中子(η)。實(shí)際過程，當(dāng)電離發(fā)生的同時(shí)，石墨 核反應(yīng)球(7)內(nèi)的核反應(yīng)已經(jīng)開始，其反應(yīng)鏈：
[0014]
(1)
[0015] 熱中子(0.025eV)與氫核存在一個(gè)較大的反應(yīng)截面0.332b，如果熱中子直接與氘 核碰撞，其反應(yīng)截面只有5.2Xl(T 4b，反應(yīng)幾率非常低。也就說，當(dāng)反應(yīng)堆只有中子、氫和氘 而且都處在常溫條件時(shí)，（1)式是唯一的途徑，這種核反應(yīng)就稱之為"常溫核聚變"。
[0016] 氘能量為IMeV時(shí)，氘-氘反應(yīng)截面0.2b同樣存在一個(gè)較大的反應(yīng)截面，（2.22MeV) 能量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過氖-氖反應(yīng)的點(diǎn)火能量(50keV)。于是（1)式氖核繼續(xù)參與反應(yīng)：
[0017]
(2)
[0018] 氘-氦-3反應(yīng)，對(duì)氘的能量要求只要(400KeV)，反應(yīng)截面就可以達(dá)到0.8b，同樣超 出其點(diǎn)火能量(lOOKeV)的8倍;實(shí)際上，最容易發(fā)生聚變反應(yīng)的當(dāng)屬