CN1309398A - 可控热核聚变反应锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明可控热核聚变反应锅炉,由镜面镉锅锅炉装置:内层镜面镉锅像蛋壳;中层支架保护层像蜂窝;外层密封防护层像球壳。磁力网络装置:由两个完全相同直螺线管,安装在中层支架上,磁力网络约束和迫使氘核和氚核在反应区域内碰撞。激光器引燃装置:各台激光器安装在中层蜂房内,多道激光照射反应区域,加热氘核和氚核,温升到发生热核聚变反应,释放出能量。以重水或海水为核燃料供给系统。冷却水和工质合二为一的冷却及供热系统。

Description

可控热核聚变反应锅炉

本发明可控热核聚变反应锅炉，涉及原子能和平利用。

人工热核聚变反应，于1952年由美国试验爆炸世界上第一颗氢弹装置而实现。其能量威力之大，相当于1千万吨梯恩梯炸药。其反应速度之快，只在一瞬间完成聚变反应。氢弹的原理是根据热核聚变反应式：

(3.5MeV)+n(14.1MeV)式中²H是氘核，³H是氚核，⁴He是氦核，n是中子，MeV是能量单位兆电子伏特。这个热核聚变反应要释放的能量：

3.5MeV+14.1MeV=17.6MeV是17.6兆电子伏特。式中“加热”是指这个热核聚变反应必须具备的条件。氢弹的热核聚变反应是利用原子弹爆炸来加热的。可控热核聚变反应怎样加热呢?正是人们所要寻求的。在美国试验氢弹的同时，人们就在寻求可控热核聚变反应和平利用途径。因为，地球上氘的储量非常丰富，1升海水中大约含有0.03克氘，如果用来发生热核聚变反应，它放出的能量和燃烧300升汽油相当，海水中的氘是取之不尽用之不竭的。在1951年，苏联人首先提出托卡马克方案，托卡马克好像变压器，有个环形空腔，多层线圈绕在铁芯和环形空腔上，产生交变磁场，用来加热，使氘和氚变成等离子状态，氘核和氚核碰撞合成较重的氦核，释放出能量用于发电。托卡马克又称为环流器。我国于1984年制成可控热核聚变实验装置“中国环流器1号”。托卡马克虽然问世好多年了，要能实际应用还有一定距离。如果已经能够实际应用，将有热核电站诞生，但不知在何方？

本发明目的是要提供一种可控热核聚变反应锅炉装置。它能使氘和氚在锅炉中发生可控热核聚变反应，释放出能量加热工作物质高压水蒸汽，驱驶轮机发电。

本发明的目的是这样实现的，可控热核聚变反应锅炉由三个装置两个系统组成：镜面镉锅锅炉装置，重水或海水为核燃料供应系统，磁力网络螺线管装置，激光器引燃装装置，冷却及供热系统。

一、镜面镉锅锅炉装置：锅炉是多层结构的球形壳体，每层由上下两半或若干块合成。以内中外层次而言，内层是镜面镉锅，用镉金属或镉金属合金制造，其内壁制成镜面为佳。内层形状像蛋壳。它是可控热核聚变反应释放出能量，加热工作物质水蒸汽所在的容器；它能吸收热核聚变反应辐射出有害于人体健康和污染环境的中子；它能反射激光，使一道激光能多次加热氘和氚，并且入射激光和反射激光在镉锅上所成的园周角，所对的镉锅弧长的

，确定热核聚变反应区域的尺度。在镜面镉锅炉壁止有激光入射孔：还有冷却水进入锅炉的毛细孔；还有重水或海水为核燃料输入管道口；还有工作物质高压水蒸汽输出管道口。中层是支架和保护层，用金属和耐高温材料制造，支架和保护层可以焊接在一起或分层另制。中层整体形状像蜂窝，蜂房门在四周。它是安装磁力网络螺线管装置和激光器引燃装置的支架；它能增加强度保护镜面镉锅。外层是密封防护层，用金属或钢筋水泥制造。外层形状像球壳。它是密封整个锅炉成为一体，防止漏水和漏汽；它是防止热核聚变反应产生的，有害人体健康和污染环境的有害物外逸；它还是锅炉上一切设施的总载体。

二、重水或海水为核燃料供给系统：从海洋中汲取海水，经过滤清器去掉杂质，又经过蒸馏器除去溶解在海水中的盐类后，得到含有氘和氚的水蒸汽或水，称为热核聚变反应的核燃料。用燃料泵，经过燃料管道输入锅炉内，螺线管磁力网络中，即热核聚变反应区域。

三、磁力网络螺线管装置：它是两个直的园柱形螺线管，大小、线圈和电流方向相同。这两个完全相同的螺线管，安装在锅炉中层支架上，并且两个螺线管各在锅炉一条直径的两端，螺线管的轴线也在锅炉的这条直径上。也可以看成是一个长螺线管从中间截成左右两部分，拉开一定的距离。其中形成的磁场方向平行螺线管轴线，而磁场强度不均匀，靠近螺线管的磁场较强，中间磁场较弱，是锅炉的中心，即是热核聚变反应区域。这样，含有氘和氚的重水或海水蒸汽进入热核聚变反应区域，由于通入螺线管的交变电流不渐断地改变方向，磁场也随之不渐断地改变向方，重水或海水蒸汽不仅化学分解成氢的同位素氘，氚和氧，而且这些原子的电子完全脱离原子核，成为等离子状态。磁力线像网络一样，把氘核和氚核网络在热核聚变反应区域，而且还迫使氘核和氚作激烈运动和碰撞。

四、激光器引燃装置：激光器产生很强的激光，激光的方向性好，亮度极高，能量集中。把激光器安装在锅炉支架上的蜂房内，各道激光穿过镜面镉锅炉壁上入射孔，照射热核聚变反应区域。因此，在热核聚变反应区域内，在极短时间(10^-9秒)内形成压强达到10¹²大气压和温度高达1亿度左右。所以在热核聚变反应区域氘核和氚核作剧烈运动和碰撞，发生了氘核和氚核聚变反应，生成氦核，放出中子，同时释放出巨大的能量。

五、冷却及供热系统：冷却水泵把水泵入锅炉内层和外层之间，冷却镜面镉锅，支架和保护层，燃料输入管道，螺线管和激光器。冷却水和供热工作物质合二为一，即冷却水就是供热工作物质。冷却锅炉部件后的水分成细流，经过镜面镉炉壁上毛细孔，进入锅炉内，被热核聚变反应释放出的能量，加热成为工作物质高压水蒸汽，从锅炉内进入蒸汽管道，驱驶蒸汽轮机发电。推动蒸汽轮机后的水蒸汽冷却凝结成水后，又泵入锅炉内层和外层之间，再进入锅炉内加热，再次循环。

可控热核聚变反应锅炉中热核聚变反应的控制：可以通过控制重水或海水为核燃料供给系统，燃料管道中重水或海水流量，从而控制热核聚变反应区域中氘核和氚核离子密度；也可以控制磁力网络螺线管装置中的电流强度，从而控制热核聚变反应区域中的氘核和氚的运动速和碰撞频率；还可以控制激光器引燃装置的激光器工作台数，从而控制热核聚变反应区域中的温度。以上三种控制都能影响热核聚变反应的强烈缓慢，释放能量的多少。

本发明可控热核聚变反应锅炉的热核聚变反应区域集中，易于满足参加聚变物质达到相当高的温度，容易满足参加聚变物质在反应区域中的离子密度；镜面镉锅的镜面反射激光，一道激光能多次利用，极大提高聚变物质温度，同时提高激光的利用效率；磁力网络螺线管的磁力网络把参加聚变物质的离子约束在反应区域内，加大了离子的密度，提高离子碰撞的频率；镜面镉锅全方位地包围热核聚变反应区域，反应时辐射出的中子都被镉锅吸收，不能逃逸在锅炉外，防止了对环境的污染；冷却水和加热的工质合二为一，把冷却锅炉部件吸收的热量都加以利用了，从而提高能量的利用效率。

本发明可控热核聚变反应锅炉，由以下实施例剖面附图1给出：

一、镜面镉锅锅炉装置：内层是镜面镉锅1，用镉金属或镉金属合金制造，镉锅内面制成镜面。内层形状像蛋壳。它是锅炉的容器；它是吸收中子的载体；它是反射激光的镜面。中层是支架和保护层2，用金属和耐高温材料制造。中层整体形状像蜂窝，蜂房门在四周。它是安装锅炉部件的支架；它能增加强度保护镜面镉锅。外层是密封防护层3，用金属或钢筋水泥制造。外层形状像球壳。它是密封整个锅炉为一体，防止漏水和漏汽；它是防护热核聚变反应产生的有害物外逸。锅炉是多层结构球形壳体，每层制成上下两半或若干块合成。

二、重水或海水为核燃料供给系统：含有氘和氚的重水或海水4，称为热核聚变反应的核燃料。由燃料泵5，泵入燃料管6，进入热核聚变反应区域7。

三、磁力网络螺线管装置：由两个完全相同的直螺线管8，安装在锅炉中层支架上，并且两个螺线管各在锅炉一条直径的两端，螺线管轴线也在锅炉的这条直径上。螺线管的电流方向9，形成的磁场方向10平行螺线管的轴线，靠近螺线管的磁场较强，中间磁场较弱，是锅炉的中心，即是热核聚变反应区域。通入螺线管的交变电流不渐断地改变方向，磁场也随之不渐断地改变方向，进入热核聚变反应区域的重水或海水，不仅化学分解成氢的同位素氘、氚和氧，而且这些原子的电子完全脱离原子核，成为等离子状态。磁力线像网络一样，把氘核和氚核网络在热核聚变反应区域，而且迫使氘核和氚核激烈运动和碰撞。

四、激光器引燃装置：各台激光器11，安装在锅炉中层支架的蜂房内，各道激光12，穿过镜面镉锅上的激光入射孔13，照射热核聚变反应区域，又经过镜面镉锅反射后，再次照射热核聚变反应区域，给氘核和氚核加热升高温度，迫使氘核和氚核作剧烈运动和碰撞，实现可控热核聚变反应，生成氦核，辐射出中子，释放出巨大的能量。

五、冷却及供热系统：冷却水14，由冷却水泵15，泵入冷却水管16，进入锅炉的内层和外层之间，冷却镜面镉锅，支架和保护层，燃料输入管道，螺线管和激光器。冷却水和供热工作物质合二为一，即冷却水就是供热工作物质。冷却锅炉部件后的冷却水分成细流17，经过镜面镉锅上毛细孔18，进入锅炉内，被热核聚变反应放出的能量加热成为工作物质高压水蒸汽19，进入蒸汽管道20，驱驶蒸汽轮机发电。推动蒸汽轮机后的水蒸汽冷却凝结成水，再次循环。

Claims (5)

1、本发明可控热核聚变反应锅炉，燃料供给系统以重水或海水为核燃料，其特征在于镜面镉锅锅炉装置，磁力网络螺线管装置，激光器引燃装置，冷却水及供热系统组合而成。

2、根据权利要求1所述的镜面镉锅锅炉装置，其特征是锅炉壁分内中外层次，内层是镜面镉锅，用镉金属或镉金属合金制造，镉锅内面制成镜面，内层形状像蛋壳；中层是支架和保护层，用金属和耐高温材料制造，中层整体形状像蜂窝，蜂房门在四周；外层是密封防护层，用金属或钢筋水泥制造，外层形状像球壳。

3、根据权利要求1、2所述的磁力网络螺线管装置，其特征是两个完全相同的直螺线管，安装在锅炉中层支架上，并且两个螺线管各在锅炉一条直径的两端，螺线管轴线也在锅炉的这条直径上。

4、根据权利要求1、2所述的激光器引燃装置，其特征是各台激光器，安装在锅炉中层支架上的蜂房内，各道激光穿过镜面镉锅炉壁上人射孔，照射热核聚变反应区域，又经过镜面镉锅反射后，再次照射热核聚变反应区域。

5、根据权利要求1、2所述的冷却及供热系统，其特征是冷却水和供热工作物质合二为一，冷却锅炉部件后的冷却水分成细流，经过镜面镉锅炉壁上毛细孔进入锅炉内，被热核聚变反应释放出的能量，加热成为工作物质高压水蒸汽。