[发明专利]激光惯性约束聚变裂变核电站的控制

说明书

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2007年10月4日提交的题为″Hybrid Fusion-Fission Reactor″的美国临时专利申请No.60/997,780和于2008年5月29日提交的题为″Hybrid Fusion-Fission Reactor Using Laser Inertial Confinement Fusion″的美国临时专利申请No.61/130,200的权益，它们公开内容的全文通过引用并入本文。

按照联邦资助的研究或发展所做出发明的权利的声明

根据美国能源部和劳伦斯利弗莫尔国家安全有限责任公司(Lawrence Livermore National Security，LLC)之间的合同No.DE-AC52-07NA27344，美国政府享有本发明的权利。

内容列表

相关申请的交叉引用………………………………………  1

Ⅰ：背景技术………………………………………………  2

Ⅱ：发明内容………………………………………………  4

Ⅲ：附图说明………………………………………………  5

Ⅳ：具体实施方案…………………………………………  7

1.综述………………………………………………        7

2.核电站布局………………………………………        9

3.靶室………………………………………………        10

4.第一壁……………………………………………        13

5.靶室冷却系统……………………………………        15

6.裂变燃料…………………………………………        17

7.分区的裂变燃料再生区…………………………        22

8.靶…………………………………………………        27

9.激光结构…………………………………………        31

10.结论………………………………………………       35

Ⅰ.技术领域

能源信息局和当前的政府间气候变化专门委员会(IPCC)的设计方案预测全球电力需求从目前约2太瓦级电功率(TWe)翻番到2030年的4TWe，并且至2100年可能达到8-10TWe。他们还预测将来30-50年，电力生产需求的大部分将通过矿物燃料，典型地有煤和天然气来提供。当今，煤提供全球电能的41％，并且预测至2030年将提供45％。另外，IPCC的最新报告已经表明人为来源的CO₂排放到大气中对行星地球的气候产生显著影响的可能性达90％。“一切正常(Business as usual)”基线设想表明，到2050年的CO₂排放量能够达到目前水平的约2.5倍。能源的新技术和替代来源对于满足发达国家和发展中国家的日益增长的能源需求前所未有地必不可少，而且同时要努力稳定和降低大气中的CO₂浓度并减缓伴随的气候变化。

核能是一种无碳排放能源，自20世纪50年代起已经是全球能源生产的重要组成部分，目前占全球电力生产的约16％，并且理论上这个份额还会增长。但是，有几个因素使得其难以长期可持续增长。这些因素包括：核燃料循环造成的核材料技术和扩散的风险；需要埋在深地质处置库的长寿命放射性核废料的产生；当前对一次通过开放式核燃料循环的依赖；以及低成本、低碳足迹铀矿的可得性。仅在美国，核反应堆已产生超过55,000吨(MT)的乏核燃料(SNF)。在不久的将来，美国将有足够填满亚卡山废料地质处置库的至其70,000MT法定限额的乏核燃料。

聚变是用于将来发电的具有吸引力的能源选择，目前存在两种主要的开发聚变发电装置的方法。在第一种方法中，惯性约束聚变(ICF)使用激光、重离子束、冲击点火、脉冲点火、脉冲功率或其它技术快速压缩含有氢同位素，通常为氘(D)和氚(T)的混合物丸。随着丸半径减小和DT气体的密度和温度增加，DT聚变反应在压缩的丸中心的一个小点引发。这些DT聚变反应产生α粒子和14.1MeV的中子。聚变燃烧从该点向前传播，产生明显的能量增益。第二种方法磁聚变能源(MFE)利用强磁场约束DT等离子体并生成维持燃烧的等离子体和产生所需的条件。