[發(fā)明專利]通過聚焦會聚的燃料粒子束使能量集中而產(chǎn)生的持續(xù)性聚變

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280028277.4
• 申請日: 2012-06-11
• 公開（公告）號: CN103608868B
• 公開（公告）日: 2017-06-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾憲俊
• 申請（專利權(quán)）人: 曾憲俊
• 主分類號: G21B1/00
• 分類號: G21B1/00
• 代理公司: 北京北翔知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11285
• 代理人: 王媛,鐘守期

本申請為于2012年2月22日提交的第13/402,111號申請的部分繼續(xù)申請案，該申請要求于2011年6月10日提交的第61/495481號美國臨時(shí)申請的優(yōu)先權(quán)，各申請的全部內(nèi)容在此通過參引的方式納入本文。

領(lǐng)域

本發(fā)明的實(shí)施方案涉及應(yīng)用物理學(xué)，更具體地，涉及通過聚焦會聚的燃料粒子束使能量集中而產(chǎn)生持續(xù)性聚變的系統(tǒng)和方法。

簡介

聚變能通常是指通過核聚變反應(yīng)產(chǎn)生的能量。在一類許多恒星（例如太陽）內(nèi)自然存在的聚變反應(yīng)中，兩個(gè)輕原子核融合在一起形成更重的原子核，通過這種方式，釋放大量的能量。在某些文章中，聚變能還指由聚變源產(chǎn)生凈有效能量，類似于使用術(shù)語“水電能”描述由水驅(qū)動渦輪機(jī)產(chǎn)生凈有效能量。大多數(shù)針對聚變能站的設(shè)計(jì)研究是基于聚變反應(yīng)的可控發(fā)生以產(chǎn)生用于驅(qū)動一個(gè)或多個(gè)渦輪發(fā)生器的蒸汽。

迄今為止，已達(dá)到輸入能效率為65%的16.1兆瓦（21,600hp）的峰值聚變能。超過10MW（13,000hp）的聚變能也已能持續(xù)0.5秒以上。目前設(shè)計(jì)的目標(biāo)在于，持續(xù)的聚變能輸出為輸入能的10倍。例如，50MW輸入能的目標(biāo)是產(chǎn)生持續(xù)許多分鐘的500MW輸出能。應(yīng)理解，這些數(shù)字僅為說明性的。

概述

根據(jù)一個(gè)方面，提供一種用于引發(fā)熱核反應(yīng)的熱核反應(yīng)系統(tǒng)。所述熱核反應(yīng)系統(tǒng)可包括反應(yīng)室、空間上圍繞反應(yīng)室的共聚焦區(qū)域而支承并朝該共聚焦區(qū)域取向的多個(gè)粒子束發(fā)射器、以及用于為供應(yīng)的至少一種熱核燃料類型賦能的燃料噴射器。所述多個(gè)粒子束發(fā)射器可與燃料噴射器和反應(yīng)室呈流體連通，以接收來自燃料噴射器的至少一種熱核燃料類型的賦能粒子（energized particle）并且使至少一種熱核燃料類型的賦能粒子作為多束會聚于共聚焦區(qū)域的粒子束加速進(jìn)入反應(yīng)室以引發(fā)熱核反應(yīng)。

在某些實(shí)施方案中，至少一種熱核燃料類型的賦能粒子中的至少一些可處于高能等離子態(tài)。

在某些實(shí)施方案中，多個(gè)粒子束發(fā)射器中的至少一個(gè)可包括粒子束管，所述粒子束管至少部分由熔融溫度顯著高于處于高能等離子態(tài)的賦能粒子的平衡溫度的材料組成。在某些實(shí)施方案中，粒子束管至少部分由包含高熔點(diǎn)材料和另一種材料的兩種材料組成，并且其中粒子束管的內(nèi)圓柱表面涂覆有一層高熔點(diǎn)材料。在某些實(shí)施方案中，高熔點(diǎn)材料包括鎢或石墨。

在某些實(shí)施方案中，粒子束管可具有第一端部，其與燃料噴射器呈流體連通以用于接收從燃料噴射器供應(yīng)的至少一種熱核燃料類型；和第二端部，其與反應(yīng)室呈流體連通以用于將多束粒子束射入反應(yīng)室。在某些實(shí)施方案中，第二端部部分延伸至反應(yīng)室內(nèi)。

在某些實(shí)施方案中，多個(gè)粒子束發(fā)射器中的至少一個(gè)可包括用于產(chǎn)生電磁場的電磁系統(tǒng)，以向粒子束管內(nèi)處于高能等離子態(tài)的賦能粒子提供徑向約束和軸向加速。

在某些實(shí)施方案中，所述電磁系統(tǒng)可包括電壓源（voltage supply），其與粒子束管電連接且配置為在貫穿第一端部和第二端部的粒子束管的導(dǎo)電外圓柱部分產(chǎn)生初級電流，所述初級電流用于感生通常在處于高能等離子態(tài)的賦能粒子中軸向流動的次級電流。所述次級電流可用于在導(dǎo)電外圓柱部分產(chǎn)生向內(nèi)的徑向力場，以使處于高能等離子態(tài)的賦能粒子趨向粒子束管的中心軸并使處于高能等離子態(tài)的賦能粒子向第二端部加速。

在某些實(shí)施方案中，所述電磁系統(tǒng)還可包括多個(gè)電磁線圈，所述電磁線圈沿著粒子束管的至少一部分與粒子束管呈軸向?qū)R并且在其外部支承且對其緊密圍繞。所述多個(gè)電磁線圈可用于在粒子束管內(nèi)產(chǎn)生軸向磁場，以向粒子束管內(nèi)處于高能等離子態(tài)的賦能粒子提供附加的徑向約束。

在某些實(shí)施方案中，熱核反應(yīng)系統(tǒng)還可包括氣體收集罐，其在閉路循環(huán)中與反應(yīng)室和燃料噴射器流體連接，以將提取自反應(yīng)室的未燃燒的熱核燃料粒子輸送至燃料噴射器。在某些實(shí)施方案中，所述氣體收集罐通過支承于反應(yīng)室上部的氣體出口與反應(yīng)室流體連接。在某些實(shí)施方案中，所述氣體收集罐通過加熱至至少1800℃的循環(huán)系統(tǒng)與燃料噴射器流體連接以使提取自反應(yīng)室的未燃燒的熱核燃料粒子在輸送至燃料噴射器的過程中保持等離子態(tài)。

在某些實(shí)施方案中，熱核反應(yīng)系統(tǒng)還可包括多個(gè)空間上圍繞反應(yīng)室支承并與反應(yīng)室光連接的點(diǎn)火激光器。所述多個(gè)點(diǎn)火激光器的每一個(gè)可指向共聚焦區(qū)域以產(chǎn)生并射出多束激光束，所述多束激光束與多束粒子束會聚于共聚焦區(qū)域以協(xié)助引發(fā)熱核反應(yīng)。