[发明专利]常温氢俘获热中子核聚变点燃自持链式氢反应堆

说明书

1.技术领域：

本发明涉及一种可控核聚变反应堆，特别是一种常温氢俘获热中子核聚变点燃自 持链式氢反应堆。该反应堆是以氘、氢为燃料的一种气体反应堆，是由常温等离子体氢自发 俘获热中子生成复合核氘，从而引燃轻核自持聚变。

2.背景技术：

两个原子核之间存在有斥力，要发生聚变，他们必须克服库伦斥力，彼此接近核力 的作用范围(约10^-15m)，这只有在极高的温度(10⁷K-10⁸K)下才能实现，这时原子核以极高速 度做无规则运动，连续地发生相互碰撞并发生大量聚变即可控热核聚变。“托卡马克 (Tokamak)”即环形磁笼，经历了五十多年的发展变革，形成了一整套理论，现已成为热核聚 变实验的标准模式。但是从总的情况来看，此类装置距离实用依然比较遥远。两个高能原子 核对碰，原本就存在库伦散射，再加之纵横复杂的洛伦兹力关系，一个微弱的场波动就会导 致两个高能核擦肩而过，碰撞几率非常之低。热核聚变只能发生在封闭系统，因为他需要外 界不断地输入能量才能得以维持。而封闭系统不具有新陈代谢功能，所以当系统内α粒子 (核反应的终结产物)达到一定浓度时，将直接阻断核反应。总结起来，热核反应的几个焦点 问题还都是因为“极热”造成的。

3.发明内容：

本发明的目的是提供一种常温氢俘获热中子核聚变点燃自持链式氢反应堆，即常 温等离子体氢(H)自发俘获热中子(n)生成复合核氘(D)，复合核的存在时间极为短暂约10 ^-15-10^-14s，若要在这个时间段实现自持聚变，唯一的途径就是将等离子体密度提高到“临界 密度”。为此必须打破“劳逊判据”对等离子体密度的限定。

本发明的目的是这样实现的，常温氢俘获热中子核聚变点燃自持链式氢反应堆，是由氘(D)容器(1)，氢(H)容器(2)，D，H程控配比器(3)，氢反应堆(4)，集热器(热电转换器)(5)，代谢(He)吸附阱(6)，石墨反应球(7)，高压纳秒(ns)脉冲放电电源(8)和暂态磁场电源(9)组成，氘(D)容器(1)和氢(H)容器(2)中的两种气体一同输入程控配比器(3)，按预置比例混合，输入到氢反应堆(4)中的石墨反应球(7)，暂态磁场电源(9)与电磁线圈(15)连接构成暂态场回路，高压纳秒(ns)脉冲放电电源(8)与放电电极(11)连接成放电回路，反应球(10)与快阀(22)，吸附泵(24)和排气口(25)构成He代谢系统，反应球(10)是由石墨反应球(7)，氧化铍球(20)和金属球(16)三层材料围成的核反应空间，氧化铍陶瓷隔板(17)将这三层材料球包括连接密封法兰(18)，传导热质容器(13)以及传导热质(14)一分为二形成电绝缘处理，在氧化铍陶瓷隔板(17)中埋伏有放电电极(11)，由D，H程控配比器(3)与快阀(26)和反应球(10)组成开放系统物质输入系统，暂态磁场电源(9)与电磁线圈(15)和反应球(10)组成开放系统能量输入系统，反应球(10)与快阀(22)，吸附泵(24)和排气口(25)构成He代谢系统，自持聚变反应链是在常温条件下，氢俘获中子生成复合核氘，后续是将反应球(10)的等离子体密度调整到“临界密度”实现自持聚变，暂态磁场电源(9)向电磁线圈(15)施加正负相间(对称)方波脉冲，在电磁线圈(15)中就会获得暂态磁场B₀(T)＝|+B₀(T)|＝|-B₀(T)|，这种时间关系是消除B′(T)影响的充分必要条件，暂态磁场±B₀(T)使反应球(10)中的临界密度气体全部进入受激态，高压纳秒(ns)脉冲放电电源(8)向放电电极(11)提供40KV单极性高压脉冲对氘气放电，可获得强度可控，荷能2.38MeV的中子，由D，H程控配比器(3)向反应球(10)输入气压约≥4.8atm的气体，配比为D∶H＝4∶1，高压纳秒(ns)脉冲放电电源(8)向放电电极(11)提供脉冲幅度40KV，脉冲宽度50ns单极性高压脉冲，可获得转动温度为300K，振动温度2100K的高密度非平衡态等离子体，反应球(10)的等离子体临界密度为≥4.8atm其平均自由程氢(H)均匀地分布在两个氘之间，当有中子(n)被氢(H)俘获时，碰撞的行程缩短一半即这个距离可在10^-15-10^-14s内发生碰撞，反应球(10)的第一层材料为核石墨，第二层材料为高纯氧化铍陶瓷，第三层材料为高温合金，用三种材料制成两个中空半圆，分别安装在氧化铍陶瓷隔板(17)中心孔的两个端面上并达到50MPa压力容器的标准，He代谢系统的“场暂停”时间设定为10^-9-10^-6s，在这个时间里α粒子复合成He原子，其它粒子如p，n，D，T，³He核反应仍在继续，调整用(电)能峰谷时，打开流量开关(23)，Z₁-Z_n分别对应不同的功率调整度，结合开关频率f_K(次/min)和时间t_K(s)，使反应堆功率输出平稳可控。