[发明专利]脉冲式微流控聚变冲程飞轮调控持续发电技术

说明书

本发明公开脉冲式微流控聚变冲程飞轮调控持续发电技术，通过向托卡马克核聚变反应装置中输送微量氘氚气体燃料，再通过滴定管周期性地添加靶丸，靶丸内部压缩填充氘氚燃料，通过感应生电方式，使靶丸表面附带大量正电荷，再结合下落高度计算出靶丸经过激光路径所需时间，在相应时间点启动高功率激光装置，实现精准打靶，诱发靶丸内部燃料核聚变，冷却产生蒸汽带走聚变的热量，剩余的温度能够使靶丸聚变继续，实现聚变的连续可控；本发明以飞轮为能量传递媒介、高能激光为点火装置，以靶丸内部氘氚燃料聚变为驱动器，实现了核能向电能的转化，保证了整个系统的核聚变反应能够稳定、可控地进行，为可受控核聚变技术领域的应用提供了一条可行的思路。

技术领域

本发明属于可控核聚变领域，具体涉及激光驱动、飞轮储能调控的可受控核聚变持续发电技术，即脉冲式微流控聚变冲程飞轮调控持续发电方法及设备。

背景技术

目前核能的利用主要依靠核裂变和核聚变两种方式，并且人类已经实现可控核裂变，现有核发电站均采用核裂变反应堆进行发电。但是核裂变过程会产生大量核废料，核废料具有放射性，一旦处理不当就会对环境造成巨大伤害。而核聚变与核裂变的工作原理完全不同，聚变不会产生含有放射性的废料，且核聚变的原料为氘氚，为氢的同位素，可大量地从海水中提取。如何实现可控核聚变，是当今人类社会急需解决的一个世界级难题。我国在可控核聚变研究领域处于世界一流水平，例如位于安徽合肥的东方超环(EAST)—我国自主设计研发建造的核聚变反应器，创造了在1.2亿度高温下运行101秒的世界纪录。虽然我国在该领域的研究已取得较大进展，但距离实现商业化应用仍有很多的问题需要解决。当前诱发核聚变反应发生的方式主要有两种，分别为以托卡马克及东方超环为代表的磁约束和以神光为代表的惯性约束。磁约束核聚变的原理是利用磁场把超高温等离子体约束在特定区域处，避免与腔体内壁直接接触，使它受控制地发生核聚变反应。惯性约束为利用粒子的惯性约束自身，基本原理为利用激光驱动器提供的能量，使靶丸内部向心爆聚为高温、高密度状态，由用等离子体自身惯性作用，这些等离子体粒子还来不及向四周飞散的极短时间内，诱发其发生核聚变。该项聚变方式主要代表设备为美国的国家点火装置(NIF)，中国的神光-Ⅲ主机装置。核聚变的关键问题为如何实现反应的持续可控。

发明内容

本发明针对当前核聚变技术中存在的难以稳定持久地运行而无法对外输出稳定持续能量的难题，提出了脉冲式微流控聚变冲程飞轮调控持续发电技术。

本发明所述的脉冲式微流控聚变冲程飞轮调控持续发电技术包括方法及设备，脉冲式微流控聚变冲程飞轮调控持续发电方法，主要包括：

第一步：将蒸馏水通过水泵输送至包裹在托卡马克核聚变反应器外壁上的水冷壁换热层中，等待核聚变反应的发生；

第二步：向托卡马克核聚变反应装置中输送足以产生微型核聚变反应的微量氘氚气体燃料，再通过滴定管周期性地添加靶丸，靶丸表面附带有大量正电荷，靶丸内部压缩填充氘氚燃料，通过感应生电的方式，使靶丸表面附带大量正电荷，并用静电计测量靶丸所带电荷量。根据测得的靶丸所带电荷量调节外加电场电压大小，将第一个较大靶丸以一定初速度离开滴定管进入托卡马克核聚变反应腔，管道端部安装有速度传感器，检测靶丸速度，腔体内靶丸所受电场力与自身重力相平衡，靶丸做匀速直线运动。再结合下落高度由计算机计算出靶丸经过激光路径所需时间，在相应时间点启动高功率激光装置，实现精准打靶。微秒级的时间里兆瓦级别的能量轰击靶丸，闪电般高能流激光照射靶丸，靶丸产生大量高温等离子体辐射到球形镜面炉膛内壁，再经反射汇聚于靶丸中心，使靶丸温度急剧升高，靶丸内聚变气体压力剧增，诱发靶丸内部燃料核聚变，其中靶丸内氘氚燃料用量以温度达到峰值时炉内壁耐受为上限，以氘氚气体耗尽温度降低至聚变启动温度为下限，靶丸聚变释放大量能量加热托卡马克装置，使托卡马克内部温度快速升高，使托卡马克装置内微量氘氚气体发生核聚变，即以高能激光为点火装置，以靶丸内部氘氚燃料聚变为驱动器，代替传统电加热方式，使托卡马克核聚变反应器内部快速升高到聚变温度以上，诱发托卡马克核聚变反应器内部原有微量氘氚气体转变为高温等离子体，在磁场约束作用下，发生核聚变；