[发明专利]伽码激光或伽码射线实现可控核聚变的方法与装置

说明书

伽码激光或伽码射线实现可控核聚变的方法与装置，属核能源领域。其装置由伽码激光或伽码射线发生器、中子束或正离子束、由聚变材料制作的靶球、约束靶球等离子体的磁约束装置或激光惯性约束装置构成。伽码光子能量等于将靶核激发到较长寿命激发态的能量，伽码激光或伽码射线对称地辐照靶球，吸收伽码光子的靶核处于激发态。以普通激光或激光尾波将靶球等离子体加温到聚变温度，使中子束或正离子束入射靶球等离子体。处于激发态的靶核与中子或正离子聚变温度显著低于处于基态的靶核与中子或正离子聚变温度，从而劳逊判据容易实现，聚变反应能够发生。

技术领域：本发明属于核能源领域。

技术背景：可控核聚变是解决人类能源问题的一个重要方式，虽然有了很大进展，劳逊判据所要求的聚变温度已经达到，但迄今未能实现^[1]。这是由于按传统核聚变方式，在聚变高温下，劳逊判据中的约束时间和等离子体的密度不容易达到。本发明提出新的核聚变方式，所需温度显著低于传统核聚变温度，劳逊判据能够实现。

波长可调的伽码射线在世界多个实验室已经实现，伽码激光实现方案也已经提出^[2]-[4]。文献[5]提出了一种伽码激光或伽码射线实现可控核聚变的方法与装置。本发明与这一发明的差别是，利用中子束或正离子束入射到其原子核处于激发态的等离子体靶球中实现可控核聚变。

发明内容：伽码激光或伽码射线实现可控核聚变的方法与装置，其装置由伽码激光或伽码射线发生器、中子束或正离子束、由聚变材料制作的靶球、约束靶球等离子体的磁约束装置或激光惯性约束装置构成；其中聚变材料的原子核有激发态，激发态之一的寿命τ相对较长，长于1fs，能量本征值E_g相对较高，高于0.4MeV；满足这样条件的原子核有多种，其中有和伽码激光或伽码射线的频率ω_γ满足

这里m是用于聚变原子核的质量；伽码激光或伽码射线发生器对称地分布在靶球周围、对称地辐照靶球，辐照的时间等于等离子体态的靶球被约束的时间；伽码激光或伽码射线的总能流密度I_γ满足

式中，σ_γe是聚变原子核对伽码光子的吸收截面；吸收能量为伽码光子的核处于能量为E_e的激发态；设激发态核温度为T_RF或T_pF时，能够分别与动能为E_n的入射中子、或动能为E_p的入射正离子发生聚变，以普通波长激光或激光尾波将靶球等离子体加温到T_nF或T_pF，并开动中子源或正离子源，使得动能为E_n的中子或动能为E_p的正离子入射到靶球，中子束的总能流密度I_n、离子束的总能流密度I_p分别为

式中σ_nN、σ_pN分别为聚变核吸收动能为E_n中子或动能为E_p离子的吸收截面；提高T_nF或T_pF，则可减小E_n或E_p，反之，降低T_nF或T_pF，则需增大E_n或E_p，根据具体条件确定T_nF或T_pF和E_n或E_p；靶核吸收这样的中子或离子后，发生聚变反应，并释放出能量。

质子数为Z的原子核同时吸收n个伽码光子的可能性是存在的，1≤n≤Z，这时，伽码光频率和总能流密度满足

式中，σ_nγ是核同时吸收n个光子的吸收截面。