CN103489487B - 脉冲放电运行核聚变反应装置 - Google Patents

脉冲放电运行核聚变反应装置 Download PDF

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Abstract

脉冲放电运行核聚变反应方法及其反应装置，涉及热核聚变反应技术领域。脉冲放电运行核聚变反应方法，通过脉冲放电运行方式，同时达到实现热核聚变的高温和高压的两个条件。脉冲放电运行核聚变反应装置，包括实现超高真空的空心球体真空装置、两个放电球电极、无感超高压储能电容器、氘氚气体输送及混合装置、氘氚混合气体输送装置、以及核能转换装置。为热核聚变的实现开辟一条可行的新途径。氘氚气体输送通过氘气体活塞式定体积输送装置和氚气体活塞式定体积输送装置定体积输送和控制，便于实现对聚核反应及能量大小的控制，保证安全；构造具体，实施性及远程人工自动控制操作性强，建造成本降低。

Description

脉冲放电运行核聚变反应装置
技术领域
本发明涉及热核聚变反应技术领域，尤指一种脉冲放电运行核聚变反应方法及其反应装置，特别适用于氘、氚核聚变为氦。
背景技术
目前氘氚聚变为氦并释放出巨大能量已通过原子核裂变产生的高温高压得以实现，如氢弹。人工可控模拟核聚变的主要方法为“托克马克”装置，希望通过多方位激光束聚焦产生的高温和光压及施加强磁场来实现热核聚变反应，但进展不大，同时装置复杂昂贵。中国专利公开了“一种连续可控聚核反应装置”（申请公布号为CN102169729A），利用放电等离子体提供的高温来模拟热核聚变的条件加热氘和氚引发热核聚变，通过碳纳米管输送核聚变燃料实现连续可控热核反应。实现热核聚变的前提条件为同时提供超高温和超高压，通过高温等离子体加热氘氚混合气体及在百万度高温辐射下，碳纳米管输送核燃料不太现实。
发明内容
本发明旨在克服现有人工可控模拟核聚变方法和装置难于实现的不足，根据本发明人三十余年对雷击，模拟雷击和气体放电研究设计中所积累的同时实现高温高压条件的探索，提供一种脉冲放电运行核聚变反应方法及其反应装置，通过脉冲放电运行方式，同时达到实现热核聚变的高温和高压的两个条件，为热核聚变的实现开辟一条可行的新途径。
为此，本发明脉冲放电运行核聚变反应方法及其反应装置的技术方案如下：
脉冲放电运行核聚变反应方法，包括：
1、将具有一定间距的两个放电球电极置于超高真空中，该两个放电球电极之间的一定间距形成放电球隙，两个放电球电极分别与无感超高压储能电容器的两电极电性连接；
2、利用超高真空具备的高绝缘性将无感超高压储能电容器充电至超高压；
3、将合适体积比的氘氚混合成的混合气体通过与无感超高压储能电容器正极相连的放电球电极的轴心微孔向所述放电球隙释放，该轴心微孔为在放电球电极中开制的孔径为毫米级或小于毫米级的直通所述放电球隙的通孔；当氘氚混合气体到达所述放电球隙时由于绝缘性降低，氘氚混合气体被电离成等离子体，在强大的电场力作用下，氘氚离子向与无感超高压储能电容器的负电极电性连接的放电球电极移动，电子向与无感超高压储能电容器的正电极电性连接的放电球电极移动，从而形成强大的脉冲电流；在强大的脉冲电流作用下氘氚等离子体的温度迅速升高；同时，放电等离子体形成的电流自身产生磁场，等离子体在自身产生的磁场的相互作用下产生使等离子体的电弧束的直径从放电球隙的两端到中心位置不断缩小的自压缩现象，这个过程致使超高温状态下的放电等离子体同时实现了超高压；脉冲电流峰值越大，氘氚等离子体的电弧束直径越细，温度越高，自压缩力越大，当脉冲电流峰值达到一定程度时，氘氚等离子体在放电球隙的中心位置发生热核聚变，实现能量增值的热核反应。
本发明脉冲放电运行核聚变反应装置，包括实现超高真空的空心球体真空装置、两个放电球电极、无感超高压储能电容器、氘氚气体输送及混合装置、氘氚混合气体输送装置、以及核能转换装置；
空心球体真空装置包括内胆和套设在内胆外部的外壳，内胆与外壳间设置容置空间；内胆内呈超高真空状态；
两个放电球电极间具有一定间距以形成放电球隙，该两个放电球电极设置于空心球体真空装置的内胆的超高真空中，且分别与无感超高压储能电容器的正负电极电性连接；
氘氚气体输送及混合装置包括分别输送氘气体活塞式定体积输送装置和氚气体活塞式定体积输送装置、以及氘氚混合气腔，氘气体活塞式定体积输送装置和氚气体活塞式定体积输送装置与氘氚混合气腔连通，按合适体积的氘氚气体分别从氘气体活塞式定体积输送装置和氚气体活塞式定体积输送装置输送的氘气体及氚气体进入氘氚混合气腔，并混合成氘氚混合气体；
氘氚混合气体输送装置为与无感超高压储能电容器正极电性连接的放电球电极的轴心微孔，该轴心微孔穿通该放电球电极的作为放电端的球形部及支撑球形部的支撑部，支撑部与球形部形成整体，支撑部从空心球体真空装置的外壳之外伸到空心球体真空装置的内胆中，轴心微孔的输入端连通氘氚混合气腔，轴心微孔的输出端直通放电球隙；
核能转换装置包括空心球体真空装置的内胆和外壳构成的容置空间，以及在该容置空间中容置吸收核能并转换成热能的纯净水。
对上述技术方案进行进一步阐述：
内胆用耐高温的高强度钢制造，外壳为带有保温层的耐压金属壳。
空心球体真空装置安装于水平基座上。
两个放电球电极沿空心球体真空装置的水平轴向设置，放电球电极的支撑部与空心球体真空装置的内胆及外壳绝缘密闭连接。
竖直地设置两根平行电极，两根平行电极分别与无感超高压储能电容器的正极和负极连接、且分别与两个放电球电极的支撑部电性连接。两根平行电极的平行电性连接，能尽量减小两个放电球电极与无感超高压储能电容器的正极和负极电性连接放电回路的阻抗，有效提高脉冲放电的电流峰值。
轴心微孔的孔径为毫米级或小于毫米级。
设置超高真空排气装置、氘氚回收装置及氦气回收装置，空心球体真空装置气密性连接超高真空排气装置，超高真空排气装置还通过截止阀依次连接氘氚回收装置及氦气回收装置。
设置真空测量装置，并与空心球体真空装置气密性连接。
空心球体真空装置配置自动给水装置和水位自动控制装置，空心球体真空装置分别与自动给水装置和水位自动控制装置进行气密性连接，致使能向所述容置空间自动供水，对水位进行自动控制。
空心球体真空装置的所述容置空间的顶部设置有水蒸气缓冲空间，该水蒸气缓冲空间通过其顶部的截止阀与高压蒸气容器相连。
本发明的有益效果在于：
其一，通过脉冲放电运行方式，同时达到实现热核聚变的高温和高压的两个必要条件，为热核聚变的实现开辟一条可行的新途径。
其二，不需外加强磁场。
其三，氘氚气体输送通过氘气体活塞式定体积输送装置和氚气体活塞式定体积输送装置定体积输送和控制，便于实现对聚核反应及能量大小的控制，保证安全。
其四，本发明脉冲放电运行核聚变反应装置构造具体，实施性及远程人工自动控制操作性强。
其五，其中的主要装置兼具多种功能，如空心球体真空装置兼具安装放电球电极和进行核能转换的双重功能；放电球电极兼具放电及构成氘氚混合气体输送通道的功能，同时不需外加强磁场，致使建造成本降低。
附图说明
图1为本发明脉冲放电运行核聚变反应装置示意图。
图2为本发明脉冲放电运行核聚变反应装置的氘氚混合气体输送装置示意图。
图中：1、空心球体真空装置；11、外壳；12、内胆；13、容置空间；2、基座；3、无感超高压储能电容器；4、放电球电极；41、球形部；42、支撑部；5、放电球隙；6、轴心微孔；7、氘气体活塞式定体积输送装置；8、氚气体活塞式定体积输送装置；9、氘氚混合气腔，10、纯净水；11、平行电极；12、超高真空排气装置；13、氘氚回收装置；14、氦气回收装置；15、真空测量装置；16、自动给水装置；17、水位自动控制装置；18、水蒸气缓冲空间；19、高压蒸气容器；20、21、22及23、截止阀。
具体实施方式
下面，结合附图介绍本发明的具体实施方式。
如图1及图2所示，本发明脉冲放电运行核聚变反应装置，包括实现超高真空的空心球体真空装置1、两个放电球电极4、无感超高压储能电容器3、氘氚气体输送及混合装置、氘氚混合气体输送装置、以及核能转换装置。
空心球体真空装置1包括内胆12和套设在内胆12外部的外壳11，内胆12与外壳11间设置容置空间13；内胆12内呈超高真空状态。
两个放电球电极4间具有一定间距以形成放电球隙5，该两个放电球电极4设置于空心球体真空装置1的内胆12的超高真空中，且分别与无感超高压储能电容器3的正负电极电性连接。
氘氚气体输送及混合装置包括分别输送氘及氚的氘气体活塞式定体积输送装置7和氚气体活塞式定体积输送装置8、以及氘氚混合气腔9，氘气体活塞式定体积输送装置7和氚气体活塞式定体积输送装置8与氘氚混合气腔9连通，按合适体积的氘氚气体分别从氘气体活塞式定体积输送装置7和氚气体活塞式定体积输送装置8输送的氘气体及氚气体进入氘氚混合气腔9，并混合成氘氚混合气体。
氘氚混合气体输送装置为与无感超高压储能电容器3正极电性连接的放电球电极4的轴心微孔6，该轴心微孔6穿通该放电球电极4的作为放电端的球形部41及支撑球形部41的支撑部42，支撑部42与球形部41形成整体，支撑部42从空心球体真空装置1的外壳11之外伸到空心球体真空装置1的内胆12中，轴心微孔6的输入端连通氘氚混合气腔9，轴心微孔6的输出端直通放电球隙5。
核能转换装置包括空心球体真空装置1的内胆12和外壳11构成的容置空间13，以及在该容置空间13中容置吸收核能并转换成热能的纯净水10。
内胆12用耐高温的高强度钢制造，外壳11为带有保温层的耐压金属壳。
空心球体真空装置1安装于水平基座上2。
两个放电球电极4沿空心球体真空装置的水平轴向设置，放电球电极4的支撑部42与空心球体真空装置1的内胆12及外壳11绝缘密闭连接。具体的连接结构如由内层的金属化绝缘陶瓷管和外层的金属法兰盘之组合管体，放电球电极4的支撑部42设置于金属化绝缘陶瓷管内并气密性高温封接，空心球体真空装置1的内胆12及外壳11密闭连接有一个带法兰盘的金属管，金属化绝缘陶瓷管上的法兰盘与上述金属管上的法兰盘匹配可拆卸气密性连接。
竖直地设置两根平行电极11，两根平行电极11分别与无感超高压储能电容器3的正极和负极连接、且分别与两个放电球电极4的支撑部42电性连接。两根平行电极11的平行电性连接，能尽量减小两个放电球电极4与无感超高压储能电容器3的正极和负极电性连接放电回路的阻抗，有效提高脉冲放电的电流峰值。
轴心微孔6的孔径为毫米级或小于毫米级。
设置超高真空排气装置12、氘氚回收装置13及氦气回收装置14，空心球体真空装置1气密性连接超高真空排气装置12（其间安装截止阀21），超高真空排气装置12还依次连接氘氚回收装置13及氦气回收装置14（超高真空排气装置12通过截止阀22连接氘氚回收装置13，氘氚回收装置13通过截止阀23连接氦气回收装置14）。
设置真空测量装置15，并与空心球体真空装置1气密性连接。
空心球体真空装置1配置自动给水装置16和水位自动控制装置17，空心球体真空装置分别与自动给水装置16和水位自动控制装置17进行气密性连接，致使能向所述容置空间自动供水，对水位进行自动控制。
空心球体真空装置1的所述容置空间13的顶部设置有水蒸气缓冲空间18，该水蒸气缓冲空间17通过其顶部的截止阀20与高压蒸气容器19相连。高压蒸气容器19中的高压蒸气输出到发动机等，推动发动机等做功，使核能成为推动各种机械运行的动力，如发电、火车的动力、轮船的动力等等。
以上的实施例只是在于说明而不是限制本发明，故凡依本发明专利范围所做的等效变化或修饰，均属于本发明专利权利要求范围内。

Claims (9)

1.脉冲放电运行核聚变反应装置，其特征在于：包括实现超高真空的空心球体真空装置、两个放电球电极、无感超高压储能电容器、氘氚气体输送及混合装置、氘氚混合气体输送装置、以及核能转换装置；
空心球体真空装置包括内胆和套设在内胆外部的外壳，内胆与外壳间设置容置空间；内胆内呈超高真空状态；
两个放电球电极间具有一定间距以形成放电球隙，该两个放电球电极设置于空心球体真空装置的内胆的超高真空中，且分别与无感超高压储能电容器的正负电极电性连接；
氘氚气体输送及混合装置包括分别输送氘及氚的氘气体活塞式定体积输送装置和氚气体活塞式定体积输送装置、以及氘氚混合气腔，氘气体活塞式定体积输送装置和氚气体活塞式定体积输送装置与氘氚混合气腔连通，按合适体积的氘氚气体分别从氘气体活塞式定体积输送装置和氚气体活塞式定体积输送装置输送的氘气体及氚气体进入氘氚混合气腔，并混合成氘氚混合气体；
氘氚混合气体输送装置为与无感超高压储能电容器正极电性连接的放电球电极的轴心微孔，该轴心微孔穿通该放电球电极的作为放电端的球形部及支撑球形部的支撑部，支撑部与球形部形成整体，支撑部从空心球体真空装置的外壳之外伸到空心球体真空装置的内胆中，轴心微孔的输入端连通氘氚混合气腔，轴心微孔的输出端直通放电球隙；
核能转换装置包括空心球体真空装置的内胆和外壳构成的容置空间，以及在该容置空间中容置吸收核能并转换成热能的纯净水。
2.根据权利要求1所述的脉冲放电运行核聚变反应装置，其特征在于：内胆用耐高温的高强度钢制造，外壳为带有保温层的耐压金属壳。
3.根据权利要求1所述的脉冲放电运行核聚变反应装置，其特征在于：空心球体真空装置安装于水平基座上。
4.根据权利要求1所述的脉冲放电运行核聚变反应装置，其特征在于：两个放电球电极沿空心球体真空装置的水平轴向设置，放电球电极的支撑部与空心球体真空装置的内胆及外壳绝缘密闭连接。
5.根据权利要求1所述的脉冲放电运行核聚变反应装置，其特征在于：还竖直地设置两根平行电极，两根平行电极分别与无感超高压储能电容器的正极和负极连接、且分别与两个放电球电极的支撑部电性连接。
6.根据权利要求1所述的脉冲放电运行核聚变反应装置，其特征在于：还设置超高真空排气装置、氘氚回收装置及氦气回收装置，空心球体真空装置气密性连接超高真空排气装置，超高真空排气装置还通过截止阀依次连接氘氚回收装置及氦气回收装置。
7.根据权利要求1所述的脉冲放电运行核聚变反应装置，其特征在于：还设置真空测量装置，并与空心球体真空装置气密性连接。
8.根据权利要求1所述的脉冲放电运行核聚变反应装置，其特征在于：空心球体真空装置配置自动给水装置和水位自动控制装置，空心球体真空装置分别与自动给水装置和水位自动控制装置进行气密性连接。
9.根据权利要求1所述的脉冲放电运行核聚变反应装置，其特征在于：空心球体真空装置的所述容置空间的顶部设置有水蒸气缓冲空间，该水蒸气缓冲空间通过其顶部的截止阀与高压蒸气容器相连。
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