CN211957137U - 一种低温可控核聚变装置 - Google Patents

Abstract

涉及一种低温可控核聚变装置，不需要耐极高温的材料，它能够在较低的温度下，连续可控产生核聚变。在一个圆柱形的可控核聚变装置的中心处，有一个质子枪(1)，真空腔(2)，针状聚焦棒(3)，窄隙聚焦腔(4)，内壁(5)，窄隙核聚焦腔的底部与内壁区域为核聚变微室(6)，在内壁外侧有中子吸附层(7)，中子吸附层的外侧为热交换层(8)，在热交换层外侧为可控核聚变装置的外壁(9)；质子枪喷出的氘或氚或氘氚混合正离子(10)在电场的加速下，向带负电的针状聚焦棒、内壁方向高速运动，在针状聚焦棒外壁的窄隙核聚变腔内向内壁组成的底部聚焦，其密度升高，氘氚混合粒子在窄隙核聚变腔底部附近相互碰撞，有一定的几率能产生核聚变反应。

Description

一种低温可控核聚变装置

技术领域

本实用新型涉及一种低温可控核聚变装置，它能够在较低的温度条件下运行，连续可控地产生核聚变，输出热量，进行发电、供热。

背景技术

核聚变能够产生巨大的能量，但要实现可控的核聚变反应是非常困难的，目前人类实现核聚变的是氢弹，原理是通过铀弹的裂变反应，爆炸产生的瞬间高温高压，对氢原子同位素进行点火，产生热核聚变。但是这个过程瞬间爆炸的过程，释放的能量巨大，是破坏性的，完全不可控，也不是持续的过程，所产生的能量不能被回收利用。

根据物理学理论计算要实现核聚变反应，产生核聚变点火的条件是：温度和密度、约束时间的乘积大于劳森判据才能达到，需要达到上千万度乃至上亿度的高温和密度，氢同位素粒子的运动速度才能克服原子核之间的库伦力，相互碰撞，产生持续有商业价值的核聚变反应。

随着工业和现代社会的不断发展，人类文明对于能源的需求日益增多，而现有的石油、煤炭等不可再生能源储量有限，很快将无法满足人类的生存发展需要，而新能源中能产生巨大能量的核能可以作为人类未来的清洁能源。核聚变产生的能量较核裂变产生的更多而且核燃料也更容易获得，如何安全高效持续可控的利用核聚变的能源，成为了人类目前急需解决的问题。

目前我国和世界各国，在可控核聚变技术的研究上，投入了大量的人力和物力，取得了一定的进展，但都没有能够进行完全点火，实现持续的核聚变，离实用和商业应用还差得很远，很长的路要走。目前为止，主要的可控核聚变方式有，1、超声波核聚变，2、激光约束(惯性约束)核聚变，3、磁约束核聚变(托卡马克、仿星器、磁镜、反向场、球形环等)，可行性较大的可控磁聚变反应装置托卡马克装置。

核聚变技术所面临的主要问题，主要是如何能够较长时间的保持等离子体的持续放电产生的高温，产生稳定可控的核聚变反应，要想能够投入实际使用，必须使得输入装置的能量远远小于输出的能量才行，即能量增益因子Q值，必须尽可能提高Q值，还有研制能够耐高温的内壁材料也是研究的难点。

实用新型内容

为了克服上述现有正在研究的可控热聚变装置不能实现点火，产生持续可控的核聚变及需要耐极高温的内壁等缺陷，本发明提供一种低温可控连续核聚变装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：在一个圆柱形的可控核聚变装置的中心处，有一个质子枪1，真空腔2，针状聚焦棒3，窄隙聚焦腔4，内壁5，窄隙核聚焦腔的底部与内壁区域为核聚变微室6，在内壁外侧有中子吸附层7，中子吸附层的外侧为热交换层 8，在热交换层外侧为可控核聚变装置的外壁9。

在可控核聚变装置的外面有电源装置，产生高压电，正极11连接质子枪，负极12连接内壁，使内壁的一小部分和针状聚焦棒带负电，质子枪喷出的氘或氚或氘氚混合正离子10在高压电场的加速下，向带负电的针状聚焦棒外壁的窄隙聚焦腔、内壁方向高速运动，氘或氚或氘氚混合正离子期间大部分粒子与针状聚焦棒外壁碰撞，大部分粒子呈锐角碰撞，改变少量角度继续向前运动，再与对侧的针状聚焦外壁呈锐角碰撞前行，直到底部附近，窄隙核聚焦腔的底部附近核聚变微室的氘氚混合粒子密度通过聚焦，其密度升高，速度亦很高，氘氚混合粒子在核聚变微室内相互碰撞，有一定的几率能产生核聚变反应。内壁及针状聚焦棒由高熔点、高导热的金属(如钨等)或非金属材料制成，两者可以是同样材料，也可以是不同材料，针状聚焦棒呈针状，表面光滑，针状聚焦棒密集安装在内壁的内侧面上，针尖指向中心，针状聚焦棒之间形成微小窄隙。内壁的内侧面表面制成密集的偏心凹球面，偏心凹球面与针状聚焦棒下端的微小窄隙组成核聚变微室。

内壁可以是一个整体，连接电源负极；内壁也可以做成条块状，每块内壁分别连接外接电源的负极。控制高压加速电场在真空腔内旋转扫描电场，使粒子束在真空腔内扫描状运行，粒子束在极短的时间内每个针状间隙内，进行聚焦，核聚变小室内进行压缩、相互碰撞，产生可控小概率的核聚变。

用扫描方式运行：1、可提高粒子束强度，增加核聚变几率；2、提高电场强度，增加粒子运动速度，增加核聚变几率；3、增加针状聚焦棒和内壁的热传导、散热，保护针状聚焦棒和内壁材料的安全使用，不被融化和变型，提高使用寿命；4、在粒子束扫描间期，可以将核聚变后的产物、未反应的物质以及杂质有时间排出。

通过调节质子枪输出的粒子强度和电场的电压，控制在核聚变微室内氘氚混合粒子密度和运动速度，就能控制产生核聚变反应的强度，也能控制针状聚焦棒、核聚变微室、内壁的温度，使核聚变装置在一定的温度下连续可控地运行。

另外，也可以不需要在可控核聚变装置的外面有电源装置，可以在可控核聚变装置外部设置一小型质子加速器，将氘或氚或氘氚混合正离子加速到兆电子伏特级速度，引导到质子枪喷出，质子枪可以旋转，使粒子束在真空腔内扫描状运行，粒子束在极短的时间内每个针状间隙内，进行聚焦，核聚变小室内进行压缩、相互碰撞，产生小概率的核聚变。

在核聚变微室产生核聚变反应产生的能量Q1主要是中子和氦离子的动能，快速运动的中子，穿透性强，大部分快速运动的中子穿过内壁，在中子吸附层内与吸附材料碰撞转变为慢中子，被吸收，同时中子的动能转化为热能，热能传到到热交换层；高速运动的氦离子能量通过与内壁及针状聚焦棒的多次碰撞，将能量传递给内壁及针状聚焦棒，转化为热量通过内壁材料向外层的中子吸附层到达热交换层的液体，产生高温蒸汽，将高温高压蒸汽道出可控连续核聚变装置，推动汽轮机做功发电。质子枪喷出的氘或氚或氘氚混合离子在电场的加速下，向带负电的针状聚焦棒、内壁方向高速运动，它们本身带有的动能，通过与针状聚焦棒外壁及内壁碰撞，大部分转化为热能Q2，通过针状聚焦棒及内壁向中子吸收转化层、热交换层传导；热交换层输出的总热量Qc＝Q1+Q2。

外界电源输入的能量Qs，一部分为加热氘或氚或氘氚混合离子，另一部分为产生高压电场加速氘或氚或氘氚粒子，形成粒子动能。

当整个系统的输出能量大于输入能量时，即Qc＞Qs，就是Q因子(Q因子＝Qc/Qs)大与1，这个的核聚变装置才能维持连续运行，才能有商业实用价值。

本实用新型可控核聚变装置，输入能量和核聚变产生的能量均在一个封闭的圆柱型转化为热能，输入能量被重新吸收成为输出热能的一部分，只要产生小概率的核聚变反应，就能使能量增益因子Q值＞1，实现有商业价值的可持续核聚变。

本实用新型提供一种低温可控连续核聚变装置，该装置不仅能够实现持续可控的核聚变，而且装置的内壁不需要耐极高温的材料。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型一个实施例的横剖面构造图。

图2是本实用新型一个实施例的横剖面构造图局部放大图。

图3是本新型实用新型第二个实施例的横剖面构造图。

图中1.质子枪，2.真空腔，3.针状聚焦棒，4.窄隙核聚焦腔，5.内壁，6.核聚变微室，7.中子吸附层，8.热交换层，9.外壁，10.正离子，11.正极，12.负极。

具体实施方式

在图1中，在一个圆柱形的可控核聚变装置的中心处，有一个质子枪1，真空腔2，针状聚焦棒3，窄隙聚焦腔4，内壁5，窄隙核聚焦腔的底部与内壁区域为核聚变微室6，在内壁外侧有中子吸附层7，中子吸附层的外侧为热交换层8，在热交换层外侧为可控核聚变装置的外壁9。

在可控核聚变装置的外面有电源装置，产生高压电，正极11连接质子枪，负极12连接内壁，使内壁的一小部分和针状聚焦棒带负电，质子枪喷出的氘或氚或氘氚混合正离子10在电场的加速下，向带负电的针状聚焦棒外壁的窄隙聚焦腔、内壁方向高速运动，氘或氚或氘氚混合正离子期间大部分粒子与针状聚焦棒外壁碰撞，大部分粒子呈锐角碰撞，改变少量角度继续运动，再与对侧的针状聚焦外壁呈锐角碰撞前行，直到底部附近，窄隙核聚焦腔的底部附近核聚变微室的氘氚混合粒子密度通过聚焦，其密度升高，速度亦很高，氘氚混合粒子在核聚变微室内相互碰撞，有一定的几率能产生核聚变反应。内壁及针状聚焦棒由高熔点、高导热的金属(如钨等)或非金属材料制成，两者可以是同样材料，也可以是不同材料，针状聚焦棒呈针状，表面光滑，针状聚焦棒密集安装在内壁的内侧面上，针尖指向中心，针状聚焦棒之间形成微小窄隙。内壁的内侧面表面制成密集的偏心凹球面，偏心凹球面与针状聚焦棒下端的微小窄隙组成核聚变微室。

内壁可以是一个整体，连接电源负极；内壁也可以做成条块状，每块内壁分别连接外接电源的负极。控制高压加速电场在真空腔内旋转扫描电场，使粒子束在真空腔内扫描状运行，粒子束在极短的时间内每个针状间隙内，进行聚焦，核聚变小室内进行压缩、相互碰撞，产生可控小概率的核聚变。

在图3所示的另一个实施例中，在一个圆柱形的可控核聚变装置的中心处，有一个质子枪1，真空腔2，针状聚焦棒3，窄隙聚焦腔4，内壁5，窄隙核聚焦腔的底部与内壁区域为核聚变微室6，在内壁外侧有中子吸附层7，中子吸附层的外侧为热交换层8，在热交换层外侧为可控核聚变装置的外壁9。

本实施例中不需要在可控核聚变装置的外面有电源装置，在可控核聚变装置外部设置一小型质子加速器，将氘或氚或氘氚混合正离子加速到兆电子伏特级速度，引导到质子枪喷出，质子枪可以旋转，使粒子束在真空腔内扫描状运行，粒子束在极短的时间内每个针状间隙内，进行聚焦，核聚变小室内进行压缩、相互碰撞，产生可控小概率的核聚变。

Claims (5)

1.一种低温可控核聚变装置，其特征是：在一个圆柱形的可控核聚变装置的中心处，有一个质子枪(1)，真空腔(2)，针状聚焦棒(3)，窄隙聚焦腔(4)，内壁(5)，窄隙核聚焦腔的底部与内壁区域为核聚变微室(6)，在内壁外侧有中子吸附层(7)，中子吸附层的外侧为热交换层(8)，在热交换层外侧为可控核聚变装置的外壁(9)。

2.根据权利要求1所述的低温可控核聚变装置，其特征是：在可控核聚变装置的外面有电源装置，产生高压电，正极(11)连接质子枪，负极(12)连接内壁，使内壁的一小部分和针状聚焦棒带负电。

3.根据权利要求1所述的低温可控核聚变装置，其特征是：内壁及针状聚焦棒由高熔点、高导热的金属或非金属材料制成，针状聚焦棒呈针状，表面光滑，针状聚焦棒密集安装在内壁的内侧面上，针尖指向中心，针状聚焦棒之间形成微小窄隙，内壁的内侧面表面制成密集的偏心凹球面，偏心凹球面与针状聚焦棒下端的微小窄隙组成核聚变微室(6)。

4.根据权利要求1所述的低温可控核聚变装置，其特征是：内壁可以做成块状，每块内壁分别连接外接电源的负极，控制高压加速电场在真空腔内旋转电场。

5.根据权利要求1所述的低温可控核聚变装置，其特征是：可以在可控核聚变装置外部设置一小型质子加速器，将氘或氚或氘氚混合正离子加速到兆电子伏特级速度，引导到质子枪喷出，质子枪可以旋转。

Images