CN101303904B - 一种实现声致核聚变的核反应液体 - Google Patents

一种实现声致核聚变的核反应液体 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于声空化效应实现核聚变的核反应液体及其制备方法。本发明公开的核反应液体含有氘、氚和锂化合物核反应物质。本发明属受控热核聚变技术领域。本发明的核反应液体主要由含氚锂化合物和重水组成，两种物质的混合重量比例中值为80∶20。本发明一种核反应液体的制备方法有三：1.采用适当能量的中子源辐照锂化合物，使之核反应产生含氚的锂化合物。将含氚锂化合物溶解于重水，取得核反应液体；2.预先将锂化合物溶解于重水，采用适当能量的中子辐照混合液，使之核反应产生含氚，由此取得核反应液体；3.将氚化物和锂化合物直接溶解于重水，取得核反应液体。

Description

一种实现声致核聚变的核反应液体
技术领域
本发明涉及基于声空化效应实现核聚变的核反应液体，在由慢化中子、核反应液体和高能超声波形成的声空化物所组成的条件下，引发氘-氘(D-D)和氘-氚(D-T)热聚变，而核反应液体则为至关重要的物质。本发明属受控热核聚变技术领域。
背景技术
由于煤、石油和铀资源有限，人类最终会面临资源枯竭的问题。而聚变释能比裂变释能大3-4倍，很少产生放射性物质，且核聚变反应的燃料氘和氚来自于浩瀚大海，资源极为丰富。实现可以控制的聚变能释放-受控热核聚变，是近半个世纪来科学家殚精竭虑的研究课题。
目前人们探索受控核聚变主要有两种途径：磁约束受控核聚变和惯性约束受控核聚变。作为磁约束方式的托克马克装置存在结构复杂，造价昂贵，工作条件苛刻，难以实行稳态运行和反应堆的连续运行。激光惯性约束方式也有许多困难要克服：目前的激光器难以使等离子体达到高温高密度状态，也难以实现反应的连续运行。哪种途径能真正实现商业运作，目前还无法判定。即受控核聚变是人类有史以来所面对的最困难、最具挑战性的一个科学难题。
2002年初有人发表了声致热核聚变的实验报道，论文作者在2004年和2006年先后发表补充论文，他们先后采用氘代丙酮作为气泡载体，14MeV中子作为产生气泡核的核化源，或者采用硝酸铀溶入氘代苯、丙酮和氯化碳溶液中，利用铀发出的约4MeV的α粒子作为核化源，声压达到15大气压的超声波促使气泡核膨胀、压缩、坍塌和聚爆。实验测出有D-D反应的氚和2.45MeV中子出现。由于气泡聚爆时温度的不确定性，他们的实验结果引起国际上物理界的学术争议，受到从热核聚变角度的质疑。总之，寻找惯性约束核聚变的新途径，也是科学家高度关注的研究课题。
本发明是发明人同时正在申请中的“一种基于声空化效应实现核聚变反应的方法”专利的相关专利。关于实现声学惯性约束热核聚变的核反应液体，经文献检索目前尚无相同专利，有关的相近专利有美国专利US20050135532A1。由于该专利的实验路线和装置与上述专利完全不同，该专利US20050135532A1所使用的工作液体是氘代丙酮或者硝酸铀与氘代苯、丙酮和氯化碳混合溶液，也完全不同于本发明。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现声致核聚变的核反应液体及其制备方法。
本发明一种实现声致核聚变的核反应液体，其特征在于该核反应液体含有氘和氚和锂化合物；主要用重水和含氚锂化合物组成，该两种物质的混合重量比例中值为80∶20。
本发明一种实现声致核聚变的核反应液体的制备方法，其特征在于具有以下步骤：
称取一定重量的锂化合物，装入聚乙烯小罐内，并置于高压倍加器中子出射处，用0.025eV～14MeV中子辐照锂化合物，使之核反应而产生含氚的锂化合物，然后将含氚的锂化合物溶解于一定量的重水中，得到所述的核反应液体；
用能量为0.025eV～14MeV的中子辐照锂化合物，产生的核反应如下：
n+7Li(丰度：92.5％)→T+α+n’(中子能量En：1-14MeV，反应截面σ；0.1-0.4barn)；
n+6Li(丰度7.5％)→T+α(中子能量En：0.025eV-1MeV，反应截面σ：0.2-910barn)；
T为氚，锂化合物中的氚比活度取决于入射中子能量和注量。
本发明一种实现声致核聚变的核反应液体的制备方法，其特征在于具有以下步骤：
称取一定量的锂化合物，按规定的重量比例加入重水，组成混合液，然后用能量为0.025eV～14MeV的中子辐照所述的锂化合物与重水的混合液，产生同样的上述核反应；混合液中的氚比活度取决于入射中子能量和注量；由此得到核反应液体。
本发明一种实现声致核聚变的校反应液体的制备方法，其特征在于具有以下步骤：
取具有一定氚活度的氚化物，与一定量的锂化合物，共溶于一定量的重水中，均匀混合后即为核反应液体。
以上三种核反应液体的制备方法中，其中所述的锂化合物为氢氧化锂、硝酸锂、或氯化锂中的任一种；所述的氚化合物为氚水、乙醇或有机化合物的氚化物；所述重水的纯度大于99％。
本发明的核反应液体的优点如下：
本发明中所用的原料资源广泛，制取成本低廉；锂及重水的资源储量丰富，锂化合物及重水的制作成本都较低。本发明的核反应液体在声致核聚变中起到了多种粒子内外核化作用和加热作用；液体的多级核反应过程，起到了中子和氚的循环增值，大大促进了声致核聚变反应。
在声致核聚变系统中，核反应液体含有氘(D)、氚(T，室温冷氚)和锂化合物。入射的慢化中子(中子能量En≤2.5MeV)和液体中的锂原子产生(n，n′α)和(n，α)反应，生成α粒子(能量为2.0Mev)和T(能量为2.75MeV，热氚)。这样，液体中同时存在冷和热两种能量的氚。超声换能器同时对液体施以高声强声场，在液体中形成声空化激活区域。入射的慢化中子以及荷能粒子对张力态液体(tensioned liquid)而言，分别是外核化粒子和内核化粒子。核化粒子在声空化激活区域的张力态液体中形成空化泡，空化泡经压缩、坍塌和聚爆，形成等离子体。同时大量的核化粒子通过能量传递方式加热等离子体，进一步提高了等离子温度，由此引发产生了热聚变。
两种能量的氚核聚变反应如下所示：
T(2.75MeV)+D→α(3.52MeV)+n(14MeV)
T(室温)+D→α(3.52MeV)+n(14MeV)
D-T反应产生的14MeV中子和液体中的锂原子继续反应，增殖T(能量为MeV)，T(能量为MeV)和液体中的锂原子再反应，产生中子(7-14MeV)和α粒子(0.5-1.8MeV)。即在核反应系统中，随着核聚变的进行，中子、氚与锂原子不断作用，液体中的氚浓度不断增加。能量为MeV量级的中子飞离等离子体，生成的α粒子则沉积在声空化激活区中由空化泡的压缩、坍塌、聚爆形成的等离子体中，起到对等离子体自加热作用。
因而，存在于核反应液体中的氘、氚(冷氚)、慢化中子、能量为MeV的氚(热氚)、能量为MeV的α粒子以及超声空化形成的等离子体缺一不可，只有在上述因素均具备的条件下，才有可能引发声致核聚变。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例叙述于后。
实施例一：称取LiOH.H2O 12.42克，装入聚乙烯小罐内，置于高压倍加器中子出射处，用14MeV中子辐照1200秒，中子注量为109n/s，根据核反应截面，估算得氚活度约为5.7×108贝可。将辐照后的含氚LiOH物质溶于100ml重水，即得核反应液体。用该液体作为声致核聚变系统的核反应液体，均取得统计显著性增量S.S.Itf＞3的结果。
实施例二：称取LiOH.H2O 15.02克，溶于100ml重水中，装入聚乙烯小罐内。高压倍加器出射的14MeV中子经慢化后辐照聚乙烯瓶，辐照时间为6.5小时，中子注量为109n/s，根据核反应截面，估算得氚活度约为6.5×1010贝可。辐照后的液体即为核反应液体。用该液体作为声致核聚变系统的核反应液体，均取得统计显著性增量S.S.Itf＞3的结果。
实施例三：取氚活度为5.5×107贝可的乙醇氚化物(商售，来自中科院上海应用物理研究所放射性药物研究中心)和LiOH.H2O 15.20克，溶于120ml重水中，均匀混合后即为核反应液体。用该液体作为声致核聚变系统的核反应液体，均取得统计显著性增量S.S.Itf＞3的结果。

Claims (6)

1.一种实现声致核聚变的核反应液体，其特征在于该核反应液体含有氘和氚和锂化合物；主要用重水和含氚锂化合物组成，该两种物质的混合重量比例中值为80∶20。
2.一种根据权利要求1所述的实现声致核聚变的核反应液体的制备方法，其特征在于具有以下步骤：称取一定重量的锂化合物，装入聚乙烯小罐内，并置于高压倍加器中子出射处，用0.025eV～14MeV中子辐照锂化合物，使之核反应而产生含氚的锂化合物，然后将含氚的锂化合物溶解于一定量的重水中，得到所述的核反应液体；
用能量为0.025eV～14MeV的中子辐照锂化合物，产生的核反应如下：
n+7Li→T+α+n’；
n+6Li→T+α；
T为氚，锂化合物中的氚比活度取决于入射中子能量和注量。
3.一种根据权利要求1所述的实现声致核聚变的核反应液体的制备方法，其特征在于具有以下步骤：称取一定量的锂化合物，按规定的重量比例加入重水，组成混合液，然后用能量为0.025eV～14MeV的中子辐照所述的锂化合物与重水的混合液，产生核反应如下：
n+7Li→T+α+n’；
n+6Li→T+α；
混合液中的氚比活度取决于入射中子能量和注量；由此得到核反应液体。
4.如权利要求2或3所述的实现声致核聚变的核反应液体的制备方法，其特征是所述的锂化合物为氢氧化锂、硝酸锂、或氯化锂中的任一种；所述重水的纯度大于99％。
5.一种根据权利要求1所述的实现声致核聚变的核反应液体的制备方法，其特征在于具有以下步骤：取具有一定氚活度的氚化合物，与一定量的锂化合物，共溶于一定量的重水中，均匀混合后即为核反应液体。
6.如权利要求5所述的实现声致核聚变的核反应液体的制备方法，其特征是所述的氚化合物为氚水或乙醇氚化物；所述的锂化合物为氢氧化锂、硝酸锂或氯化锂中的任一种；所述重水的纯度大于99％。
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