[發(fā)明專利]一種基于聲空化效應(yīng)實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)的方法及其裝置

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200810040052.6
• 申請(qǐng)日: 2008-07-01
• 公開（公告）號(hào): CN101364450A
• 公開（公告）日: 2009-02-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石雙惠;李欣年;錢夢(mèng)騄;李同保;程茜
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號(hào): G21B1/00
• 分類號(hào): G21B1/00
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所（普通合伙）
• 代理人: 顧勇華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及在聲空化極端物理?xiàng)l件下，由低能中子核反應(yīng)產(chǎn)生的荷能粒子引發(fā)氘-氘 (D-D)、氘-氚(D-T)熱核聚變的方法和及其裝置。屬于受控?zé)岷司圩兗夹g(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

由于煤、石油和鈾資源有限，人類最終會(huì)面臨資源枯竭的問題。煤、石油等化石燃料在 使用時(shí)排放的氣體會(huì)造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。由核裂變釋能的核電站產(chǎn)生的放射性廢物，由于 其長半衰期和高放射性強(qiáng)度都會(huì)對(duì)地球造成潛在的危害。核能釋放的另一個(gè)形式是核聚變， 聚變釋能比裂變釋能大3-4倍，很少產(chǎn)生放射性物質(zhì)，因此聚變能是一種干凈安全的能源， 而且核聚變反應(yīng)的燃料氘和氚來自于浩瀚大海，1kg水中的氘在聚變中產(chǎn)生的能量相但與 300L的汽油，聚變能也稱之為取之不盡，用之不竭的能源。然而實(shí)現(xiàn)可以控制的聚變能釋放 -受控?zé)岷司圩儯墙雮€(gè)世紀(jì)來科學(xué)家殫精竭慮的研究課題。

目前人們探索受控核聚變主要有兩種途徑：磁約束受控核聚變和慣性約束受控核聚變。 所謂磁約束受控核聚變就是利用一定的強(qiáng)磁場(chǎng)將高溫等離子體進(jìn)行約束和壓縮，使之達(dá)到勞 森判據(jù)(即受控核聚變條件)，實(shí)現(xiàn)聚變反應(yīng)。慣性約束核聚變是利用高功率的激光束或粒子 束均勻照射微型的聚變材料靶丸，在極短的時(shí)間內(nèi)迅速加熱壓縮聚變材料，使之達(dá)到極高的 溫度和密度，在聚變材料分散之前達(dá)到聚變條件，引起核聚變反應(yīng)。作為磁約束方式的托克 馬克裝置還存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)昂貴，工作條件苛刻，難以實(shí)行穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和反應(yīng)堆的連續(xù)運(yùn) 行。激光慣性約束方式也有許多困難要克服：目前的激光器難以使等離子體達(dá)到高溫高密度 狀態(tài)，也難以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的連續(xù)運(yùn)行。哪種途徑能真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)作，目前還無法判定。即受 控核聚變是人類有史以來所面對(duì)的最困難、最具挑戰(zhàn)性的一個(gè)科學(xué)難題。

2002年初有人發(fā)表了聲致熱核聚變的實(shí)驗(yàn)報(bào)道，他們采用氘代丙酮作為氣泡載體， 14MeV中子作為產(chǎn)生氣泡核的核化源，聲壓達(dá)到15大氣壓的超聲波促使氣泡核膨脹、坍塌 和聚爆。實(shí)驗(yàn)測(cè)出有D-D反應(yīng)的氚和2.45MeV中子出現(xiàn)。論文作者在2004年和2006年先 后發(fā)表補(bǔ)充論文，改用硝酸鈾溶入氘代苯、丙酮和氯化碳溶液中，利用鈾發(fā)出的約4MeV的 α粒子作為核化源，仍能檢測(cè)到2.45MeV的中子。此結(jié)果的出現(xiàn)引起國際上物理界的學(xué)術(shù)爭(zhēng) 議，氣泡聚爆時(shí)的溫度更是爭(zhēng)論焦點(diǎn)。聲致發(fā)光機(jī)理和空化泡的“三高”：高壓強(qiáng)、高密度和 高溫度的理論模型及計(jì)算不斷修正，使得氣泡聚爆產(chǎn)生的泡內(nèi)溫度遠(yuǎn)未達(dá)到10⁸K，因此他們 的實(shí)驗(yàn)結(jié)果普遍受到從熱核聚變角度的質(zhì)疑。總之，尋找慣性約束核聚變的新途徑，也是科 學(xué)家高度關(guān)注的研究課題。

經(jīng)文獻(xiàn)檢索目前尚無相同專利，有關(guān)的相近專利有美國專利US20050135532A1和 US200602690331。上述專利主要從聲學(xué)角度出發(fā)，論及了聲空化效應(yīng)導(dǎo)致的空化氣泡的動(dòng)力 學(xué)過程以及由此引發(fā)的氫同位素聚變反應(yīng)，涉及了核反應(yīng)裝置以及產(chǎn)生核粒子和聲致發(fā)光的 檢測(cè)。該兩個(gè)專利的技術(shù)路線和裝置與本發(fā)明完全不同。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的之一是提出一種聲空化效應(yīng)實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)的方法，本發(fā)明目的之二是提出 一種實(shí)現(xiàn)聲致核聚變的裝置以及核測(cè)量裝置。

聲空化現(xiàn)象是液體在合適聲壓的超聲場(chǎng)中，空化引發(fā)源(cavitation?initiation?sources， 也稱核化源)在此液體中產(chǎn)生空化氣泡，引起空化氣泡的形成、長大、坍縮和聚爆。聲空化 效應(yīng)導(dǎo)致空化氣泡內(nèi)部氣體的高密度、高壓強(qiáng)和高溫度。聲空化現(xiàn)象激發(fā)了人們對(duì)于利用極 端物理環(huán)境進(jìn)行熱核聚變的研究。

本發(fā)明一種基于聲空化效應(yīng)實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)的方法，其特征在于該方法具有以下的過程 和步驟：

a.由高壓倍加器出射的經(jīng)適當(dāng)慢化的2.45MeV中子n、或同位素中子源經(jīng)適當(dāng)慢化的中 子n、或零功率微型核反應(yīng)堆提供的熱中子n，將所述中子用來輻照核反應(yīng)液體；所 述的核反應(yīng)液體為由氘、氚和含氚鋰化合物等核反應(yīng)物質(zhì)構(gòu)成；

b.與此同時(shí)，對(duì)所述核反應(yīng)液體施以高聲強(qiáng)的脈沖超聲，其聲壓大于15大氣壓，在超 聲作用下，所述核反應(yīng)液體發(fā)生氘-氘、氘-氚反應(yīng)，從而出射2.45MeV或14.1MeV 快中子n′。