[发明专利]可控连续氘核聚变产能方法及可控连续氘核聚变产能系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种核聚变产能方法和产能系统，具体指可控连续氘核聚变的产能方法和产能系统。

背景技术

随着工业化程度的提高，人口的增加，世界能源消耗也急速上升，人类能源危机已经显露。据统计，全世界的煤炭、石油等天然燃料已知总储量约为7×10¹⁵ kWh，可能的最大总储量也不会再增加20倍。核裂变燃料铀、钍等的储量约为8×10¹⁷ kWh，而目前全世界每年总发电量已超过10¹⁵ kWh。

60多年前的氢弹试验，证明氘核热核聚变可以产生巨大的能量。研究表明，1克氘可产能10⁵ kWh，比铀(U₂₃₅)产能大4倍，全部海水中的氘聚变产能可达3×10²⁴ kWh。

但是，如何控制氘核聚变是个极大难题。20世纪40年代，科学家们首先想到的是利用加速器加速氘核，进行轰击重水实验。但因为重水中的原子外面有电子，加速后的氘核大部分能量消耗在同电子的碰撞上，发生激发和电离，真正产生核聚变的几率极微。所以当时的科学家们就否定了用这种方法进行可控连续核聚变反应的可行性。

科学家们又设想用两束加速了的氘核对撞来实现核聚变。由于氘核带正电，两个氘核靠近后产生了巨大的库仑电斥力，经过多次库仑散射，使氘核累积的偏转角达到90^o后离开射束，不再参与氘核对撞，以致参与聚变的氘核仅为5万分之一，使聚变产生的能量远远小于输入能量。所以这种用两束氘核对撞进行可控连续核聚变反应的可行性也被否定了。

这样，科学家们基本上否定了用氘核加速后相撞产生可控连续核聚变反应方案。

以后，科学家曾试图利用高温、磁场约束、强激光轰击、电子束或重离子束约束等方案产生可控连续的氘核聚变，但至今未能达到实用阶段。

发明内容

本发明的目的是提出一种可控连续氘核聚变产能系统，本系统通过一种全新的“氘核首尾相撞”的模式，从根本上解决目前所遇到的困难，从而产生可控连续的氘核聚变，并将聚变产生的能量转换成其他形成的能。

我们的构思是：

通过对大量实验分析后发现：氘核聚变反应所需能量，理论计算值与实验实际值相差非常之大。除了粒子穿过库伦势垒的隧道效应和粒子运动速度按麦克斯韦分布因素外，还存在更重要的因素，那就是核子的结构与对撞方式的影响。

氘核是由一个质子P和一个中子n构成的。氘核碰撞方式最典型的有三种：头头相撞、尾尾相撞和头尾相撞。

头头相撞：由于氘核带正电，它在高能粒子加速器中加速时，质子（P）端在前，中子（n）端在后。氘核的质子端对撞，必然遇到巨大的库仑势垒。两个氘核很难聚合反应，这是早期科学家们用加速器使氘核对撞进行核聚变失败的主要原因之一。

尾尾相撞：氘核的中子端对撞，这种方法很难实现。

头尾相撞：一个氘核的质子（P）端与另一个氘核的中子（n）端相撞，这时它们之间的库仑势垒要低得多，所需的聚合能量就低得多，产生氘核碰撞聚变的概率就高得多。这就是本发明选择的方案。

本发明采用两个加速器分别加速两束氘核，使它们分别具有两种速度，并使它们在同一核聚变区中同向运动，并发生追尾相撞，产生氘核聚变反应。

氘核聚变反应主要有四种方式：

（1） D﹢D→³He＋n＋3.25MeV

（2） D﹢D→T＋p＋4.0MeV 

（3） D﹢T→⁴He＋n＋17.6MeV 

（4） D﹢³He→⁴He＋p＋18.3MeV

这四种方式的总效果可以合为一式：

6D→2⁴He＋2p＋2n＋43.15MeV。

式中：D-氘，T-氚，He-氦，P-质子，n-中子。