[其他]核聚变发电系统

说明书

本发明涉及一种核聚变发电系统。

利用核聚变反应释放的能量进行发电有许多方面的优越性，但由于众所周知的原因，要设计出各项技术经济指标全面优于现有各类发电系统的热核发电系统仍有较多困难。

本发明的主要目的是提供一种核聚变发电系统，它由发电机、换热器、核聚变反应罐三个部分组成。其主要部分核聚变反应罐是一个浸在水池中的厚壁钢罐。罐内装有一组散热片，散热片上装有一组铝质缓冲层。反应罐的整个内表面涂有一层铝质复盖层。在罐中引爆一个裂变-聚变装置，释放出巨大能量使缓冲层及复盖层熔化或汽化而不损坏钢壁及散热片。热量通过罐壁内的冷却通道中的冷却剂带出。采用一种快速修复法可在1小时内修复缓冲层和复盖层，使反应罐恢复引爆前的结构状态，随即进行第二次引爆。二个反应罐的连续热输出功率约为二亿千瓦。

该系统作为一种使用聚变燃料的发电系统，不仅在燃料来源、发电成本、安全性、环境污染等方面具有公认的优势，而且这种特殊设计的发电系统在单位造价和可靠性方面与现有各种经过长期不断改进的高水平的发电系统相比仍具有明显的优势。所以，该系统全面优于现有各类发电系统。其不足之处是热输出功率太大，余热污染严重。

图1是根据本发明提出的核聚变反应罐及水池的简单示意图。

图2是图1中A-A截面的剖视图。

图3是反应罐的纵向剖面图，其剖切平面通过图1中的对称中心 线。

图4是缓冲层运动过程示意图。

看图1，反应罐2是一个由普通低碳钢制成的厚壁钢罐，它浸在装满水的水池中中。从图上看反应罐2由左、中、右三段组成，左、右两段均是圆锥体，中段是一个圆柱体。左端点5与右端点4的连线是对称中心线。整个反应罐长约500米，左、右段各长100米，中段长300米，中段外径160米，壁厚5米。这样一个巨型厚壁钢罐在水池中用一种特殊铸造法容易一次铸出。

看图2、图3，中段内装有一组钢质散热片11，散热片的表面连同钢壁14的内表面中未被散热片盖住的部分形成反应罐的内表面。在反应罐的内表面上涂有一层较薄的铝质复盖层12，在散热片上装有一层厚约10厘米的铝质缓冲层15。相邻散热片的表面与缓冲层的下表面围成一个截面为三角形的空间称为V型槽，V型槽的侧壁就是散热片表面，相邻V型槽通过散热片底部的导流孔13连通。缓冲层15并没有盖住整个散热片11，即缓冲层长度不足300米。钢壁厚约5米截面为三角形的散热片的高度约5米，下底宽约3米。图2、图3仅是简化的结构示意图。

在反应罐2的中心挂一个裂变-聚变装置16，罐内空间处于低真空状态，约0.1托。对于裂变-聚变装置16有一个特殊要求：在它爆炸后一个较短的时间内（不超过1毫秒），向四周辐射的能量足够大，并且辐射能中r辐射、中子辐射所占比例应足够大。显然，这里是要求首先发射一阵增强的高穿透性辐射，并且限制同一时间内低穿透性辐射的强度。现有关于核武器的增强辐射技术已能满足第一个足够大。在裂变-聚变装置外再加一个很薄的外壳，它对r辐射、中子流几乎完全透明，却能有效地减弱爆炸后数十微秒内发出的低穿透性辐射。

看图2，裂变-聚变装置引爆后，高强度的中子射线和r射线射入缓冲层，其中大部分能量沉积在厚约10厘米的缓冲层内，少部分穿过缓冲层进入下面的V型槽侧壁，使其温度略有升高。缓冲层吸收了大量能量后将全部熔化或部分熔化部分软化。由于在缓冲层熔化之前，低穿透性辐射较弱，因此，缓冲层表面仅有微量的汽化。在缓冲层熔化之后，对裂变聚变装置的辐射没有特别要求，应按存在较强的低穿透性辐射（如带电粒子流、低频光辐射等）来考虑，因此，缓冲层表面的汽化将会增强。

蒸发出来的铝蒸汽以相当的速度由四周向中心喷射，液态的缓冲层受反冲力作用将向外运动，喷出的铝汽形成一层压力、密度较高，温度较低，且不断向中心膨胀的汽体层，以下称为铝汽层，随着汽化过程的进行，这个高压铝汽层的厚度、质量不断增加。同时，这个高密度铝汽层对辐射有相当大的阻挡作用，使缓冲层表面的汽化过程逐步减弱，铝汽层在向中心膨胀的同时吸收入射的辐射能，温度不至降得太低。

反应罐中心的裂变聚变装置引爆后迅速成为一个高温火球，周围空间的物质密度很低，可近似认为火球向四周膨胀相当于向真空飞散于是，裂变-聚变装置残骸汽化、电离后形成一股高速气流由中心向外冲击由四周向中心运动的铝汽层。火球与铝汽层相遇时已经过充分地膨胀，密度极低，速度很高。高速气流虽不能急剧压缩铝汽层，但对铝汽层的压力、密度、温度会有一定影响。