[发明专利]核聚变反应系统

说明书

本发明涉及一种核聚变反应系统，包括：反应容器；燃料注入器，提供至少一种热核燃料；至少一对等离子生成器，邻近于所述反应容器，用于通过施加电流使得燃料注入器提供的热核燃料形成指向位于所述反应容器中的汇聚区域的等离子束并且使得所述等离子束箍缩成为闪电，所述等离子生成器控制电流驱动所述闪电在所述汇聚区域碰撞以发生聚变反应。

技术领域

本公开涉及核聚变反应系统，更具体的，提出了通过聚变燃料的闪电能量汇聚产生持续聚变反应的系统。

背景技术

聚变能由原子聚变反应产生，在自然现象中我们见到的恒星燃烧就是这样的一种反应。在此类聚变反应中，两个轻量的原子核聚合形成一个更重的原子核，同时释放大量的能量。在通常意义上，这种反应可以像蒸汽机一样通过聚变燃料产生能量输出。更多此类的研究集中在如何使用聚变反应产生热能，并驱动蒸汽轮机和发电机产生电能。这个能量转化过程中除了使用热核反应材料作为反应物质外，其他部分同普通的煤电，燃油发电和燃气发电站是相同的。

支持聚变反应的基本概念是使两个以上的原子核靠近，通过原子核之间的强相互作用力把它们聚合成一个更大的原子核。两个轻核聚合，会形成一个质量稍小于两个轻核质量之和的原子核（虽然并非总是这样），这个质量差异以能量方式被释放，释放的能量可以用爱因斯坦的质能方程E=mc²描述。如果输入的原子核质量足够重，聚变后的产物会重于反应物的原始质量，即该反应需要输入外来的能量。这个轻重的分界线是元素“铁-56”。大于该原子质量，能量的释放由裂变导致，轻于它，则能量释放通过聚变产生。

原子核聚变的产生会受到来自聚变原子核中同性电荷的排斥，特别是原子中质子中正电荷的排斥。为克服这个作为排斥力的“库伦势垒”，必须依赖外部的能量。最简单的方法是加热原子核，此方法的一个附加作用是会让原子中的电子游离出来而让原子只剩下原子核。大部分实验中原子核和电子会同时存在于一个称为“等离子体”的流体中。克服排斥力所需能量的温度是与电荷量相关的一个函数，因此氢作为包含最少电荷的原子可以在最低的温度下发生聚变。氦的原子核有仅次于氢的最小质量，因此从能量角度是最易于产生的聚变产物。因此，大部分聚变反应使用氢的同位素（氕，氘，氚）来形成氦的同位素(氦3或氦4)。

人工触发的聚变反应最初的实现是用于核聚变武器中。在一个氢弹中，使用一个裂变弹释放的能量来压缩和加热聚变燃料，并通过启动聚变反应释放大量中子来加强裂变反应几率。第一个基于这种“裂变-聚变-裂变”方式的核弹释放了几乎500倍于早期裂变弹的能量。

此后人们开始了试图控制聚变反应的努力。第一个与聚变反应堆相关的专利由英国原子能局(UKAEA)在1946年申请，发明人是George Paget Thomson爵士和MosesBlackman。它第一次研究了箍缩这个概念，并在英国各地进行了箍缩的一些实验。

早期的实验后，两个新的方法主导了后续的聚变研究。第一是苏联的托克马克装置，它结合了在普林斯顿大学建立的一种新的称为仿星器(stellarator)的装置和箍缩装置两者的特点,但获得了远超前两者的引人瞩目的结果。到今天为止磁约束的聚变研究都延续了这个方向。在1960年代，惯性约束聚变的概念通过激光装置的引入在美国被发展起来，劳伦斯-利弗莫尔实验室将他们的方向从磁镜转向了激光引发的惯性约束聚变领域。

虽然1950年代大家对广泛使用聚变能源很乐观，但今天来看要将聚变作为一种现实可用的能源，在当前的科学理解和技术能力之间仍然有很多障碍。研究虽在稳步推进，但不断出现了新的技术困难。因此至今仍然不明确一个经济可行的聚变电站是否可能。2006年的一份《New Scientist》杂志认为“即便商用聚变是可行的，那也是100年以后的事了”。有趣的是，General Atomics在1970年代出版的一个小册子上断定“到2000年前，一些商用聚变反应堆就会投入运行”。

虽然建立了几个采用D-T聚变的托克马克实验装置(TFTR,JET)，但他们不是为了能够从反应堆中获取比消耗的能量更多的热能而建立的。ITER项目是目前最领先的商用聚变能源项目。