[發明專利]一種利用中子加熱等離子體的方法

有效

• 申請號: 201310533247.5
• 申請日: 2013-11-01
• 公開（公告）號: CN103632733A
• 公開（公告）日: 2014-03-12
• 發明（設計）人: 羅天勇;張建利
• 申請（專利權）人: 羅天勇;張建利
• 主分類號: G21B1/05
• 分類號: G21B1/05
• 代理公司: 寶雞市新發明專利事務所 61106
• 代理人: 席樹文

1.一種利用中子加熱等離子體的方法，其特征是利用中子轟擊磁約束等離子聚變裝置容器內的鋰，使其發生裂變反應產生MeV級的高能氦核和氚核，從而對磁約束裝置中的等離子體實施輔助加熱以達到及維持聚變反應條件。

2.根據權利要求1所述加熱等離子體的方法，其特征是所述中子有兩種來源：一種是來自外部插入的放射性同位素中子源提供的外來中子，一種是聚變反應產生的聚變中子，這些中子通過磁約束裝置容器壁上的包層實現倍增、慢化及反射。

3.根據權利要求1所述的加熱等離子體的方法，其特征是所述等離子體主要由鋰核、氘核以及少量的氚核及電子組成。

4.權利要求1所述的加熱等離子體的方法，其特征是磁約束等離子聚變裝置類型包括托卡馬克、反場箍縮、大螺旋器、仿星器以及小型的磁鏡裝置中任意一種。

5.權利要求2所述的加熱等離子體的方法，其特征所述的磁約束裝置容器壁上的包層位于磁約束裝置的容器壁內側，直接面向等離子體，該包層的主體為球床結構，選用用鈹或鈹合金小球作為中子倍增劑、中子慢化劑以及中子反射屏蔽層材料，選用鋯合金作為結構材料，選用工作壓力在1-7MPa之間的高壓氦氣作為冷卻劑,氦氣通入球床內部，直接與鈹小球實現換熱；所述球床結構包層，可選用鈹鈾合金小球代替鈹小球，選用工作壓力在7-10MPa之間的高壓氦氣作為冷卻劑，通過球床壁冷卻管道實現氦氣與球床的換熱。

6.根據權利要求1所述的加熱等離子體的方法，其特征是所述加熱等離子體的方法，實施包括以下幾個步驟：

i.在磁約束聚變裝置的容器內形成具有特定濃度的鋰與氘氣的混合物，其中鋰6塵埃在裝置內循環系統從容器底部吹入的氘氣流的作用下呈懸浮狀態；

ii.在磁約束聚變裝置的容器內插入放射性同位素中子源；

iii.在磁約束聚變等離子體實現能量自持和中子自持后，抽出放射性同位素中子源，換入含有中子吸收材料的控制棒；

iv.通過調節控制棒，防止聚變功率過高；

v.在聚變等離子體維持階段，通過燃料注入系統注入氘化鋰或金屬鋰補充損失的鋰和氘。

vi.對于部分磁約束裝置（如現有的托卡馬克裝置），利用偏濾器的抽氣系統實現氦灰的排出。

7.根據權利要求6所述的加熱等離子體的方法，其特征是對于磁約束裝置為磁鏡裝置時，在聚變等離子體維持階段，通過內循環系統排出聚變反應的氦灰。

8.根據權利要求7所述的加熱等離子體的方法，其特征磁約束裝置配有內循環系統，內循環系統由裝置容器、容器頂部的出氣口、出氣管道、氣體過濾系統、風機、容器底部的送氣口、送氣管道組成。

9.根據權利要求6所述的加熱等離子體的方法，其特征是所述燃料注入系統在應用于托卡馬克裝置時為槍體結構，燃料注入口位于托卡馬克真空室的窗口處，采用為氘化鋰固態顆粒或金屬鋰顆粒作為燃料，利用高壓氘氣流將其打入等離子體內部；所述的燃料注入系統在應用于磁鏡裝置時，燃料注入口位于磁鏡裝置的容器上部偏頂位置，采用金屬鋰塵埃作為燃料，打開注入口閥門利用重力作用讓金屬鋰塵埃落入容器腔體內。

10.根據權利要求1所述的加熱等離子體的方法，其特征是鋰為經過同位素分離技術得到的含有3個中子和3個質子原子量為6的鋰6。