[发明专利]一种基于毫流控装置的中空聚合物微胶囊制备方法

说明书

 

技术领域

本发明属于靶丸制备的技术领，具体的涉及一种基于毫流控的中空聚合物微胶囊的制备方法。

背景技术

太阳，高悬九天之上，温暖而灿烂。其永恒放射的万丈光焰自古幻为我们祖先崇拜的图腾，大脑中挥之不去的谜团。直到19世纪末，放射性研究的开启才真正将人类引领到太阳迷宫的门外，而核聚变的发现使人类意识到“人造太阳“实现的可能。于是,科学家设想，如果实现人工控制下氢元素的核聚变反应即受控热核反应，那么在地球上同样可以创造出一个个具有不竭能量的人造太阳。这样就可以解决人类世界的能源危机。热核聚变所用的重要核燃料是氘。一座100万千瓦的核聚变电站，每年耗氘量只需304千克。据测，每1升海水中含30毫克氘，30毫克氘聚变产生的能量相当于300升汽油，就是说，“1升海水约等于300升汽油”。地球上海水中有45万亿吨氘，足够人类使用百亿年。更为可贵的是核聚变反应中几乎不存在放射性污染，无需担忧失控,不会发生爆炸，是一种真正无限、清洁、成本低廉和安全可靠的新能源。事实上早在1938年，人们就发现了核聚变。然而，距1942年第一座核裂变反应堆建成已半个多世纪了，受控聚变还是迟迟没有实现有益的能量输出。如此举步维艰的根本原因，是轻元素原子核的聚合远比重元素原子核的分裂困难得多。都带正电的原子核间既彼此吸引又互相排斥，当两个原子核之间相距只有约万亿分之三毫米时，它们之间的吸引力才会大于静电斥力，两个原子核也才可能聚合到一起同时释放出巨大的能量。要实现这一目标，首先必须使聚变物质处于等离子状态，让它们的原子核完全裸露出来。然后，让两个带正电的原子核彼此靠近，但越互相接近，它们之间的静电斥力也越大，只有当带正电的原子核达到足够高的动能时，它们的碰撞才有机会使它们近到这万亿分之三毫米，从而产生聚合。而满足这样的条件需要的是几千万甚至几亿摄氏度的高温。人类要和平利用核聚变，必须是可以控制的聚变过程。目前物理学家认为比较切实可行的控制办法是通过控制核聚变燃料的加入速度及每一次的加入量，使核聚变反应按一定的规模连续或有节奏地进行。因此，核聚变装置中的气体密度要很低，只能相当于常温常压下气体密度的几万分之一，而且对能量的约束也要有足够长的时间。也就是说，我们无法简单模拟太阳中心那样高的等离子体密度和上亿的温度，只有追求比太阳中心更高的温度来解决碰撞几率问题。仅创造这样苛刻的环境在技术上的难度就可想而知，更何况还要使这样高的温度保持一段时间了。等离子体数量越少，密度越小，保持超高温的时间就需要得越长。还有，超高温的等离子体，有强烈地向外扩张的特性，必须有极强的磁场来约束住它们，绝对不让它们与四周容器壁接触。

经过半个多世纪的探索，科学家的研究方向最终汇集到惯性约束和磁约束两种途径上。所谓惯性约束是利用超高强度的激光在极短的时间内均匀照射由固体的重氢和氚包覆着气体重氢和氚的燃料球（直径仅数毫米），通过瞬间的压缩加热产生的爆发力的反作用，发生内爆，最后在中心部位达到高温和高密度，引起点火而引发核聚变反应。而磁约束则是利用强磁场可以很好地约束带电粒子的特性，构造一个特殊的磁容器，建成聚变反应堆，将其中不与四周容器壁接触的聚变材料加热至数亿摄氏度高温，实现聚变反应。20世纪下半叶，聚变能的研究取得了重大的进展，而托卡马克类型的磁约束研究更是一路领先，并成为世界上第一座热核反应堆的设计基础。2001年8月，日本大阪大学和英国的科学家宣称，开发出一种新方法，使用这种方法只需过去一半的能源就能够引发核聚变反应。研究人员采取的是分别进行燃料压缩（燃料置于靶丸中）和加热的“高速点火”方式。他们用新开发的瞬间功率达10亿兆瓦的激光装置，成功地把燃料等离子体加热到1000万摄氏度。日本大阪大学和英国的科研人员宣布，激光热核实用化已经不再是遥远的梦。

中空聚合物微胶囊可以用于惯性约束性核聚变靶丸。惯性约束核聚变，又称靶丸聚变，为实现受控核聚变的一种途径。它是利用高功率的脉冲能束均匀照射微球靶丸，由靶面物质的消融喷离产生的反冲力使靶内氘氚燃料快速地爆聚至超高密度(300gcm^-3)和热核温度(10keV)，从而点燃的高效率释放聚变能的微型热核爆炸。在 ICF靶中，中空聚合物微胶囊是最有发展前途的氘-氚燃料容器。由于其组成元素的原子序数较低，辐射自由程长，密度较玻璃小，在爆聚过程中可抑制超热电子的产生,减少燃料的辐射预热,使燃料获得高的压缩比,最终得到较高的能量增益。典型的聚合物靶用微胶囊要求具有良好的表面光洁度、球形度、同心度、一定机械强度。