CN112002439A - 磁约束环状回流管和直的聚变管 - Google Patents
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Abstract
本发明属磁约束核聚变技术领域磁约束核聚变主要有两种。国际热核聚变实验堆，将等离子体密封在磁场存在径向梯度的环管内，离子容易跑到管壁上去。另一种是将等离子体密封在磁场分布轴对称的直的聚变管内，离子不能跑到管壁上去。采用磁塞，难阻离子从两端溢出。还要研究多年，才能实用。因此设计出附图示出的磁约束环状回流管和直的氘氚(DT)聚变管。它是由处在超导线圈17中的直的聚变管10，及其两端处在超导线圈5和18中的环状回流管7和20组成。左右两端分别注入氘离子、氚离子和电子。在磁场的约束下，离子和电子从聚变管两端流出，通过环状回流管，又流入聚变管。在直的聚变管内，运动方向相反的离子相互碰撞，每立方厘米产生几十万瓦的氘氚聚变功率。几年内可开始实用。
Description
技术领域
磁约束环状回流管和直的聚变管，属磁约束核聚变技术领域
背景技术
发明人1963年去苏联学習高压电器和气体电子学两年半。1976年为获得国家科技进步一等奖的热核聚变实验装置<中国环流器一号>，研制出16万千伏安硅整流系统，为其解决了一个难题。制造出22个无磁钢箍脉冲强磁场线圈，经受试验考核，为其大环线圈的制造提供了技术支撑。并为其选定快速开关。1984 至1988年，在国内首先研制出5千瓦和10千瓦二氧化碳激光器，获准建立的国家重点激光技术实验室已发展成为国家光电创新基地。
2015年，又开始研究核聚变。知道全球研究最多的磁约束核聚变有两种，一种是圆环聚变管，俄罗斯称它为托卡马克，国内称它为环流器。俄罗斯研究在前，多国研究在后，使它成为在法国建设的国际热核聚变实验堆的堆型。它是将高温等离子体密封在一个圆环管内。由于管内的磁场存在径向梯度，带电粒子容易跑到内壁上去，对延长维持时间造成很大的困难。实验堆成功后，还要建设聚变发电的示范堆，要等到2050年后才能用上它发出的电。另一种是直的聚变管。直管中的磁场是轴对称的，能阻止带电粒子横过磁力线而跑到内壁上去，有利于提高等离子体的稳定性。直管是很好的聚变管。但是前人采用磁塞，企图将直管两端堵塞起来，不让带电粒子流出去，让其留在管内来回流动，产生聚变。实验证明，磁塞只能堵住低密度的等离子体，对聚变要求密度较高的等离子体无效。因此对它的研究被搁置多年。2014报导：洛克希德-马丁公司又开始对它进行研究，自称1年内建造一台紧凑型聚变堆，还未见成功的报道。
发明内容
1.物畅其流。直管是很好的聚变管，两端不应堵塞，应让等离子体畅流进出，在聚变管内产生聚变。因此设计出两种新的聚变管。一种是磁约束环状回流管和直的聚变管。另一种是磁约束双跑道回流管和直的聚变管。
2.磁约束环状回流管和直的聚变管，有电子和离子循环流动管道，直的超导线圈，直的绝缘管，直的聚变管，环状超导线圈，环状绝缘管，环状回流管，中子增殖、慢化、被锂6俘获而生成氚和氦4，电子源，离子源，离子加速管，电流传感器，电磁式气体分离器，真空泵，氘气瓶，氚气瓶，氦3气瓶，氦4气瓶等。
3.磁约束环状回流管和直的聚变管，其特征在于电子和离子循环流动管道，由处在超导线圈17中的直的聚变管10，及其左右两端完全相同的处在超导线圈5 和18、绝缘管6和19中的环状回流管7和20组成。
4.磁约束环状回流管和直的聚变管，其特征在于在直的超导线圈17，环状超导线圈5和18产生的磁场的约束下，电子和离子从聚变管10的左端流出，经过环状回流管7，又流入聚变管。从聚变管10的右端流出，经过环状回流管20，又流入聚变管。如此往返循环流动。在聚变管10内，流动方向相反的离子相互碰撞，产生聚变。
5.在聚变管两端和电子、离子注入口，设置电流传感器8，以便实时测出管道内电流和控制离子和电子的注入，使聚变管内形成准等离子体，并长期稳定运行。
6.全球海水中含氘25万亿吨，含锂2300亿吨。月球上有100多万吨氦3。自然界不存在氚，但氘氘聚变产生氚和氦3。因此磁约束环状回流管和直的聚变管分为三种：一是磁约束环状回流管和直的氘氘聚变管。聚变功率为每立方厘米几百瓦。主要为氘氚聚变提供点火所需的氚，并为氘氦3聚变提供点火和运转所需的氦3。二是磁约束环状回流管和直的氘氚聚变管。聚变管内同时产生氘氚聚变和氘氘聚变，还产生无效的氚氚碰撞。聚变功率为每立方厘米十几万瓦，主要为大型电站提供能源。三是磁约束环状回流管和直的氘氦3聚变管。聚变管内同时产生氘氦3 聚变和氘氘聚变，还产生无效的氦3氦3碰撞，聚变功率为每立方厘米几千瓦，可作为移动能源。
7.在聚变管内，聚变产生的离子，多次碰撞聚变管内壁，成为低能的氚、氦3和氦4，都直接进入排气管道42。氘氘聚变产生的低能中子，经过慢化，和氘氚聚变产生的高能中子，经过增殖和慢化，被锂套中的锂6俘获而生成的氚和氦4，都通过其通道43，也进入排气管道42。都由真空泵41抽至电磁式气体分离器40，分离出的氚、氦3和氦4，分别储存在三个气瓶中，为氘氚聚变和氘氦3聚变提供点火和运转所需的氚和氦3。
8.磁约束环状回流管和直的氘氘聚变管，左右两端都有氘气瓶、离子源、离子加速管、电子源，注入氘离子和电子，产生氘氘聚变，提供氚和氦3。
磁约束环状回流管和直的氘氚聚变管，左端有氘气瓶、离子源、离子加速管、电子源，注入氘离子和电子。右端有点火所需的由氘氘聚变管提供和储存在气瓶中的氚、离子源、离子加速管、电子源，注入氚离子和电子，产生氘氚聚变。点火后长期运转所需的氚，由其自身产生的高能中子，经过增殖和慢化后，被锂6俘获而生成的氚来满足。
磁约束环状回流管和直的氘氦3聚变管，左端有氘气瓶、离子源、离子加速管、电子源，注入氘离子和电子。右端有氘氘聚变管提供点火和长期运转所需的储存在气瓶中的氦3、离子源、离子加速管、电子源，注入氦3离子和电子，产生和维持氘氦3聚变。
9.磁约束环状回流管和直的氘氚聚变管有8层。第一层为管壁材料为钨的聚变管10，第二层为冷却管壁的重水11，第三层为多层薄壁钨管中子增殖层12，第四层为慢化中子的重水13，第五层为锂6套14，第六层为射线吸收层15，第七层为绝缘层16，第八层为超导线圈17。
磁约束环状回流管和直的氘氘聚变管、磁约束环状回流管和直的氘氦3聚变管，都只有5层。第一层为管壁材料为不锈钢的聚变管10，第二层为重水11，第三层为锂套14、第四层为绝缘层16，第五层为超导线圈17。
10.磁约束双跑道回流和直的聚变管，由处在超导线圈17中的直的聚变管10，直的回流管44和45，及其四个处在超导线圈中的半个圆环管组成。也分为氘氘、氘氚和氘氦3三种聚变管。都只产生一种聚变，不产生无效碰撞。
附图说明
图1是磁约束环状回流管和直的氘氘聚变管示意图。聚变管的左端有氘气瓶1，离子源2，离子加速管3，电子源4，注入氘离子和电子。聚变管左端超导线圈 5和绝缘管6中的环状回流管7，电流传感器8，隔热管9，不锈钢聚变管10，重水11，锂6套14，绝缘层16，超导线圈17。聚变管右端超导线圈18和绝缘管19中的环状回流管20。右端氘气瓶21，离子源22，离子加速管23，电子源 24，注入氘离子和电子，产生氘氘聚变。氚瓶25、氦3气瓶26，氦4气瓶27，电磁式气体分离器40，真空泵41，排气管42，中子被锂套14中的锂6俘获而生成的氚和氦4的通道43。
图2是磁约束环状回流管和直的氘氚聚变管示意图。聚变管的左端有氘气瓶1，离子源2，离子加速管3，电子源4，注入氘离子和电子。聚变管左端超导线圈 5和绝缘管6中的环状回流管7，电流传感器8，隔热管9，钨聚变管10，冷却管壁的重水11，增殖中子的多层钨管12，慢化中子的重水13，锂6套14，射线吸收层15，绝缘层16，超导线圈17。聚变管右端超导线圈18和绝缘管19中的环状回流管20，右端有由氘氘聚变产生的储存在气瓶25中的氚、离子源28，离子加速管29、电子源30、注入氚离子和电子，产生氘氚和氘氘聚变。氚气瓶 31、氦3气瓶32、氦4气瓶33，电磁式气体分离器40，真空泵41，排气管42，中子被锂套14中的锂6俘获而生成的氚和氦4的通道43。
图3是磁约束环状回流管和直的氘氦3聚变管示意图。聚变管的左端有氘气瓶 1，离子源2，离子加速管3，电子源4，注入氘离子和电子。聚变管左端超导线圈5和绝缘管6中的环状回流管7，电流传感器8，隔热管9，不锈钢聚变管10，重水11，锂6套14，绝缘层16，超导线圈17。聚变管右端超导线圈18和绝缘管19中的环状回流管20。右端有由氘氘聚变产生的储存在气瓶26中的氦3，离子源34，离子加速管35、电子源36、注入氦3离子和电子，产生氘氦3和氘氘聚变。氦3气瓶37、氚气瓶38、氦4气瓶39，电磁式气体分离器40，真空泵41，排气管42，中子被锂套14中的锂6俘获而生成的氚和氦4的通道43。
图4是磁约束双跑道回流和直的氘氚聚变管示意图。它由处在超导线圈17中的直的聚变管10、直的回流管44和45，及其两端处在超导线圈中的4个2分之一的圆环管组成。氘离子和电子从左端注入，氚离子和电子从右端注入。在两个跑道形管道内都按顺时针方向流动。在直的聚变管内相互碰撞，产生聚变。聚变产生的中子，经过增殖和慢化，被锂6俘获而生成的氚和氦4，和聚变产生的氦 4，都由真空泵41抽至电磁式气体分离器40，分离出的氚可满足长期运转的需要。
具体实施方式
本项目所需的高纯氘气、重水、锂6、超导线圈、真空泵、不锈钢管、气瓶等，已有成熟产品。兆瓦级的氘氚聚变管装置，钨聚变管，环状回流管，增殖中子的多层钨管，离子源和离子加速管，电磁式气体分离器等，由将成为核聚变集团公司下属的研究所和公司来研发。本项目需投资几千万元，开始研制一台兆瓦级的氘氚聚变管实验装置，为产品的研发提供可靠的技术支撑。
Claims (9)
1.直的螺线管内磁场分布是轴对称的，能阻止离子跑到管壁上去，是很好的聚变管；两端不应堵塞，应让等离子体畅流进出，在聚变管内产生聚变；因此设计出两种新的聚变管，一种是磁约束环状回流管和直的聚变管，另一种是磁约束双跑道形回流管和直的聚变管。
2.磁约束环状回流管和直的聚变管，其特征在于电子和离子循环流动管道，由处在超导线圈17中的直的聚变管10，及其左右两端完全相同的处在超导线圈5和18、绝缘管6和19中的环状回流管7和20组成。
3.磁约束环状回流管和直的聚变管，其特征在于直的聚变管的两端是开启的，让离子和电子畅流出入，在超导线圈17、5和18产生的磁场的约束下，离子和电子从聚变管两端流出，经过环状回流管7和20，又流入聚变管，在聚变管内，流动方向相反的离子相互碰撞，产生聚变。
4.磁约束环状回流管和直的聚变管，其特征在于在聚变管两端和电子、离子注入口，设置电流传感器，以便实时测出聚变管内电流和控制离子和电子的注入，使聚变管内形成准等离子体，并使聚变管长期稳定运行。
5.磁约束环状回流管和直的聚变管，其特征在于按其功能分为三种：一是磁约束环状回流管和直的氘氘聚变管，聚变管内只产生氘氘聚变，聚变功率为每立方厘米几百瓦，主要为氘氚聚变管提供点火所需的氚，并为氘氦3聚变管提供点火和运转所需的氦3；二是磁约束环状回流管和直的氘氚聚变管，聚变管内产生氘氚聚变和氘氘聚变，聚变功率为每立方厘米几十万瓦，主要为大型电站提供能源；三是磁约束环状回流管和直的氘氦3聚变管，聚变管内产生氘氦3聚变和氘氘聚变，聚变功率为每立方厘米几千瓦，可作为移动能源。
6.磁约束环状回流管和直的聚变管，其特征在于在聚变管内，聚变产生的离子，多次碰撞管壁，成为低能的氚、氦3和氦4，直接进入排气管道43；氘氘聚变产生的中子，经过慢化；氘氚聚变产生的中子，经过增殖和慢化，被锂套中的锂6俘获而生成的氚和氦4，通过其通道43，也进入排气管道42，都由真空泵41抽至电磁式气体分离器40，分离出并分别储存在氚气瓶、氦3气瓶和氦4气瓶中，为氘氚聚变提供点火和运转所需的氚，并为氘氦3聚变提供点火和运转所需的氦3。
7.磁约束环状回流管和直的氘氘聚变管，左右两端都有氘气瓶、离子源、离子加速管、电子源，注入氘离子和电子，产生氘氘聚变；
磁约束环状回流管和直的氘氚聚变管，左端有氘气瓶、离子源、离子加速管、电子源，注入氘离子和电子；右端有点火所需的由氘氘聚变管提供和储存在气瓶中的氚、离子源、离子加速管、电子源，注入氚离子和电子，产生氘氚聚变；点火后长期运转所需的氚，由其自身产生的高能中子，经过增殖和慢化后，被锂6俘获而生成的氚来满足；
磁约束环状回流管和直的氘氦3聚变管的左端有氘气瓶、离子源、离子加速管、电子源，注入氘离子和电子；右端有氘氘聚变管提供点火和长期运转所需的储存在气瓶中的氦3、离子源、离子加速管、电子源，注入氦3离子和电子，产生和维持氘氦3聚变。
8.磁约束环状回流管和直的聚变管有8层，第一层为管壁材料为钨的聚变管10，第二层为冷却管壁的重水11，第三层为多层薄壁钨管中子增殖层12，第四层为慢化中子的重水13，第五层为锂6套14，第六层为射线吸收层15，第七层为绝缘层16，第八层为超导线圈17；
磁约束环状回流管和直的氘氘聚变管、磁约束环状回流管和直的氘氦3聚变管，都只有5层，第一层为管壁材料为不锈钢的聚变管10，第二层为重水11，第三层为锂6套14，第四层为绝缘层16，第五层为超导线圈17。
9.磁约束双跑道回流和直的聚变管，由超导线圈17中的一个直的聚变管10、两个直的回流管44和45，以及四个超导线圈中的半圆环回流管组成；也分为氘氘、氘氚和氘氦3三种聚变管，每种聚变管内都只产生一种聚变，不产生氚氚和氦3氦3的无效碰撞。
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|---|---|---|---|---|
| CN112954877A (zh) * | 2021-01-29 | 2021-06-11 | 黄正曦 | 一种匀速直线运动电荷产生电磁能的装置及方法 |
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- 2019-05-27 CN CN201910443261.3A patent/CN112002439A/zh active Pending
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Effective date of registration: 20210723 Address after: 430000 No. 1-1001, Yujiashan high rise community, Hongshan District, Wuhan City, Hubei Province Applicant after: Li Youping Address before: 430074 g1-1001, West high-rise community, Huazhong University of science and technology, No. 130, Wuluo Road, Hongshan District, Wuhan City, Hubei Province Applicant before: Li Zaiguang |
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Application publication date: 20201127 |