[发明专利]综合惯性约束后受控核聚变电站

说明书

所属技术领域

本发明提供了一类利用核聚变能发电和热利用的新型核聚变电站。

背景技术

人类曾对原子能利用寄予很大希望，但原子能的实际作用远没有原来想象的那样大。至今核电只占世界能源消耗的7.2％，而且只是核裂变电站。当今人类仍然主要靠石油、天燃气、煤炭等化石能源，占世界能源消耗的90％左右。而且这些能源的储量都非常有限，将很快枯竭，只能维持几十年(石油，能源之王)到一、二百年(煤，但不能代替石油的作用)，因此人类面临及其严重的能源危机，至今未找到根本的解决办法。太阳能、风能等“新能源”也不太可能取得大的突破，仍然微不足道。

在这种背景下，人类对那个最大的老项目------“受控核聚变”，仍然没有放弃希望：因为它的原料可以从海水中提取(重氢，即氘，可以合成超重氢即氚，是核聚变、包括氢弹和中子弹的基本原料)，因而可以认为是无穷尽的，于是有可能“永远解决人类能源问题”。尽管全世界已为这一美好前景奋斗了七、八十年的时间，耗资上千亿美元，研制了几百个受控聚变装置(其中中国也有几十个)，全人类好几代科学家为此付出了毕生心血和生命，但成功的希望仍然非常遥远和渺茫-----比较公认的看法是：要实现商业化还要五十年、甚至一百年左右的时间，还有不少人认为根本就不可能成功。当前的技术现状可以总结为如下三方面：

1、磁约束受控核聚变：将上亿度、甚至十亿度超高温的氘、氚等离子体用磁场约束在容器中而不与容器壁接触(因没有任何容器能承受如此高温)，受人工控制的发生核聚变反应，缓慢的(不是像氢弹爆炸式的)释放出聚变能，供发电和热利用。这种技术路线从上世纪四、五十年代美国的“雪伍德计划”和前苏联的“奥格拉装置”(及其复杂，现已无人提起)，到现在的已达第四代的“托卡马克(环流器)”，取得的最新成果是：温度达3、4亿度，核聚变输出功率达12.9MW，但仅占输入功率的60％，即能量得不偿失，而且核聚变反应持续时间只有2秒钟！(1997.9.22，联合欧州环JET)

当前最新的国际热核实验反应堆ITER，由欧盟、美、俄、日、中国、韩国和印度等合作建造。从1985年美、苏两国元首提出倡议，经历了长达25年的谈判、设计，其间合作成员和合作方式、技术方案和经费筹集等等，都经过多次挫折、变动和反复，到2010年后期才在法国动工，计划将近十年才能建成，连运行、实验，要花35年，即到2045年才能最后完成使命。计划经费100亿美元或110亿欧元，最近又有报导说因物价上涨，需要160亿欧元，因经费筹集困难等，又面临下马的危险，等等。

但ITER技术上的目标只是：第一阶段希望实现40～50万千瓦聚变功率的输出，并能够持续500秒(8分多钟)，第二阶段接近成为稳态运行，例如至少持续几小时。但有实用价值的商业运行是成年累月的每天每时发电，至少持续几年、几十年，而且发电成本不低于现有的常规发电。这一目标能否实现还很难保证，因现在付出极大代价才只能维持2秒钟！，就算实现了8分钟甚至几小时运行，又如何能保证持续几年、几十年？而且还是天价成本！因此再过五十年、一百年能否成功，还是非常危险的！------事实上，从物理学原理上看，将上亿度的物质用磁场约束在容器中而又要保证不与容器壁接触，相当于将圆球放在尖顶上，或像杂技演员踩钢丝，必然是极不稳定的、不能持久的平衡：因温度是微观粒子不规则运动快慢的标志，温度越高，粒子不规则运动越快，稍有不规则因素---实验已证明这是不可避免的---上亿度的物质就要将容器壁完全烧坏、从而冲出来烧毁整个耗资耗时巨大的“电站”，也就要报废靠这个电站供电的大量工厂和人民的生活，这基本上也是不可避免的。因此，这种技术路线从原理原则上，就是不能持久的、不可靠的，难道人类要将希望寄托在踩钢丝上？因此，还有很多人认为磁约束法根本上就不太可能成功，从技术上看，这一看法显然有相当有力的根据。