[发明专利]应用激光磁压缩反射的受控核聚变方法

说明书

本方法属受控核聚变领域。激光具有异常高的简并度，在同一个量子态的情况下，具有多达10¹⁷个光子，其量的变化引起了质的飞跃。表现在：第一、激光的方向性强，亮度高，能在直径为百之几或千分之几毫米的范围内产生几百万度以上的高温……;第五，高简并度电磁场的场强可以远远超过原子、分子内部库仑场的场强。这种强激光与物质的相互作用，导致了倍频、和频、差频等许多新的物理现象。（摘自程守洙、江之水主编的‘普通物理’第三册336页）。

由基本粒子理论，光子参与电磁相互作用，轻子也参与电磁相互作用，它们的行为由电磁相互作用和弱相互作用所决定，强相互作用粒子也参与电磁相互作用和弱相互作用。由以上两点，说明激光具有对原子和原子核的强电磁作用（且具有一定的选择性），从而使原子核处于某种‘激发态’，而强相互作用的粒子又参加了处于‘激发态’的电磁相互作用。即轻子（0⁺、1等）的核处于某种‘激发态’。用另一种方法论述：光子（r）频率与核子振动频率相近时，光子有可能与原子核形成“共振”，从而使原子核不稳定，在核子相互作用（碰撞）时，有可能重新组合而发生核反应，同时放出能量（指热核反应）。这种‘激发态’的核子所需的r光子可用激光产生，自由电子的轫致辐射产生，也可以由核反应本身而产生，还可能由激光的间接作用而派生出来（即入射具有一定频率的光子，而反射的光子可能是另一些频率的）。这些现象在阿·卡·别尔金（苏联）、张礼（中国）等作的‘低能光核过程’一书中叫‘光核过程’或叫‘光核反应’。

本发明认为：在激光作用下的热核反应，首先形成高温等离子体，进一步吸收光能，产生很大的压强（约10⁸个大气压），对热核燃料进行压缩（可以看作势能提高，持续时间达10ns，密度达固体的一千倍以上）。再进一步获得能量（电子或光子提供）。核子被‘激发’和高速运动，发生热核反应而膨胀，很快扩散。这个过程，大约以第10ns至50ns反应速度最快，从50ns至100ns而逐渐减弱，至停止反应。

由于扩散，有限的‘有效碰撞’锐减，从而终止反应，大部分（百分之90以上的）核燃料未反应。当然，输出的各种能量也很少（产生10^5-7个中子-对1000焦尔的脉冲激光器而言）。

就1982年7月美国公布的‘希瓦’和‘诺瓦’激光打靶装置而言：功率达2×10¹³瓦，作用时间为10^-10秒，输入能量达几千焦尔。虽然约达到了‘劳森条件’，但是，它存在着核燃料转化低（不到1%）敏光效率低（不到1%），设备庞大，价格昂贵。几乎谈不上‘重复频率’，不能持续再反应，产生的能量是爆炸式的，因而是一种没有实际经济意义的反应。世界上所有的国家几乎都是这种类似情况。

如何提高热核燃料的转换率？如何出现一定的‘重复频率’呢？这问题归咎于减慢它的膨胀速度，较长时间维持其高密度和高温，获得更多的能量输出，首先用的方法是人们长期研究的“等离子体物理学与受控热核反应”。

等离体的理论和方法在苏联科学院原子能研究所编的“等离子体物理与受控热核反应问题”和J.C林哈脱著的“等离子体物理学”，及美国的雪伍德方案中，以及其它有关文献和资料中均有论述。

总的来说，是等离子体在外磁场的压力下收缩，从而产生高温（几百万度以上），高密度（10^16-17个/立方厘米），时间以微秒计。在六万焦尔的角向收缩装置中的热核反应中子数仅达10⁵个，关于其它的磁压缩装置中，反应时间可达1秒，但是密度仍很低（10¹⁰个/cm³以下），温度也只有几十电子伏特，总的来说磁压缩装置的密度很低，反应离‘劳森条件’还差很远。

以上的资料可在有关的年会资料，国际有关会议的资料中查到，也可以在‘核聚变与等离子体物理’（原子能出版社出版），“中国激光”（上海科学技术出版社出版），“国外激光”（上海科学技术文献出版社出版），以及中国和国外的有关专利文献中查到。