[發明專利]伽碼激光或伽碼射線實現可控核聚變的方法與裝置

在審

• 申請號: 201611144464.5
• 申請日: 2016-12-06
• 公開（公告）號: CN108154938A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 陳紫微;陳世浩;姜云鵬
• 申請（專利權）人: 姜云鵬
• 主分類號: G21B3/00
• 分類號: G21B3/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

伽碼激光或伽碼射線實現可控核聚變的方法與裝置，屬核能源領域。其裝置由伽碼激光或伽碼射線發生器、中子束或正離子束、由聚變材料制作的靶球、約束靶球等離子體的磁約束裝置或激光慣性約束裝置構成。伽碼光子能量等于將靶核激發到較長壽命激發態的能量，伽碼激光或伽碼射線對稱地輻照靶球，吸收伽碼光子的靶核處于激發態。以普通激光或激光尾波將靶球等離子體加溫到聚變溫度，使中子束或正離子束入射靶球等離子體。處于激發態的靶核與中子或正離子聚變溫度顯著低于處于基態的靶核與中子或正離子聚變溫度，從而勞遜判據容易實現，聚變反應能夠發生。

技術領域：本發明屬于核能源領域。

技術背景：可控核聚變是解決人類能源問題的一個重要方式，雖然有了很大進展，勞遜判據所要求的聚變溫度已經達到，但迄今未能實現^[1]。這是由于按傳統核聚變方式，在聚變高溫下，勞遜判據中的約束時間和等離子體的密度不容易達到。本發明提出新的核聚變方式，所需溫度顯著低于傳統核聚變溫度，勞遜判據能夠實現。

波長可調的伽碼射線在世界多個實驗室已經實現，伽碼激光實現方案也已經提出^[2]-[4]。文獻[5]提出了一種伽碼激光或伽碼射線實現可控核聚變的方法與裝置。本發明與這一發明的差別是，利用中子束或正離子束入射到其原子核處于激發態的等離子體靶球中實現可控核聚變。

發明內容：伽碼激光或伽碼射線實現可控核聚變的方法與裝置，其裝置由伽碼激光或伽碼射線發生器、中子束或正離子束、由聚變材料制作的靶球、約束靶球等離子體的磁約束裝置或激光慣性約束裝置構成；其中聚變材料的原子核有激發態，激發態之一的壽命τ相對較長，長于1fs，能量本征值E_g相對較高，高于0.4MeV；滿足這樣條件的原子核有多種，其中有和伽碼激光或伽碼射線的頻率ω_γ滿足

這里m是用于聚變原子核的質量；伽碼激光或伽碼射線發生器對稱地分布在靶球周圍、對稱地輻照靶球，輻照的時間等于等離子體態的靶球被約束的時間；伽碼激光或伽碼射線的總能流密度I_γ滿足

式中，σ_γe是聚變原子核對伽碼光子的吸收截面；吸收能量為伽碼光子的核處于能量為E_e的激發態；設激發態核溫度為T_RF或T_pF時，能夠分別與動能為E_n的入射中子、或動能為E_p的入射正離子發生聚變，以普通波長激光或激光尾波將靶球等離子體加溫到T_nF或T_pF，并開動中子源或正離子源，使得動能為E_n的中子或動能為E_p的正離子入射到靶球，中子束的總能流密度I_n、離子束的總能流密度I_p分別為

式中σ_nN、σ_pN分別為聚變核吸收動能為E_n中子或動能為E_p離子的吸收截面；提高T_nF或T_pF，則可減小E_n或E_p，反之，降低T_nF或T_pF，則需增大E_n或E_p，根據具體條件確定T_nF或T_pF和E_n或E_p；靶核吸收這樣的中子或離子后，發生聚變反應，并釋放出能量。

質子數為Z的原子核同時吸收n個伽碼光子的可能性是存在的，1≤n≤Z，這時，伽碼光頻率和總能流密度滿足

式中，σ_nγ是核同時吸收n個光子的吸收截面。