一種用于引發熱核聚變反應的熱核反應系統，其包括反應室和多個粒子束發射器。該粒子束發射器空間上圍繞反應室的共聚焦區域而支承并朝該共聚焦區域取向。該粒子束發射器使至少一種熱核燃料類型例如氫或氘的賦能粒子加速進入反應室作為會聚于共聚焦區域的多束粒子束。當高能粒子束會聚于共聚焦區域時，得到的等離子體球足夠密實且足夠熱，從而引發熱核聚變反應，然后通過伴隨聚變反應的能量釋放使其持續進行。任選地，激光束或其他能量輸入設備還可圍繞并朝向共聚焦區域取向以使高能激光束指向等離子體球，從而協助引發聚變反應。
【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】通過聚焦會聚的燃料粒子束使能量集中而產生的持續性聚變本申請為于2012年2月22日提交的第13/402,111號申請的部分繼續申請案，該申請要求于2011年6月10日提交的第61/495481號美國臨時申請的優先權，各申請的全部內容在此通過參引的方式納入本文。領域本專利技術的實施方案涉及應用物理學，更具體地，涉及通過聚焦會聚的燃料粒子束使能量集中而產生持續性聚變的系統和方法。簡介聚變能通常是指通過核聚變反應產生的能量。在一類許多恒星（例如太陽）內自然存在的聚變反應中，兩個輕原子核融合在一起形成更重的原子核，通過這種方式，釋放大量的能量。在某些文章中，聚變能還指由聚變源產生凈有效能量，類似于使用術語“水電能”描述由水驅動渦輪機產生凈有效能量。大多數針對聚變能站的設計研究是基于聚變反應的可控發生以產生用于驅動一個或多個渦輪發生器的蒸汽。迄今為止，已達到輸入能效率為65%的16.1兆瓦（21,600hp）的峰值聚變能。超過10MW（13,000hp）的聚變能也已能持續0.5秒以上。目前設計的目標在于，持續的聚變能輸出為輸入能的10倍。例如，50MW輸入能的目標是產生持續許多分鐘的500MW輸出能。應理解，這些數字僅為說明性的。概述根據一個方面，提供一種用于引發熱核反應的熱核反應系統。所述熱核反應系統可包括反應室、空間上圍繞反應室的共聚焦區域而支承并朝該共聚焦區域取向的多個粒子束發射器、以及用于為供應的至少一種熱核燃料類型賦能的燃料噴射器。所述多個粒子束發射器可與燃料噴射器和反應室呈流體連通，以接收來自燃料噴射器的至少一種熱核燃料類型的賦能粒子（energizedparticle）并且使至少一種熱核燃料類型的賦能粒子作為多束會聚于共聚焦區域的粒子束加速進入反應室以引發熱核反應。在某些實施方案中，至少一種熱核燃料類型的賦能粒子中的至少一些可處于高能等離子態。在某些實施方案中，多個粒子束發射器中的至少一個可包括粒子束管，所述粒子束管至少部分由熔融溫度顯著高于處于高能等離子態的賦能粒子的平衡溫度的材料組成。在某些實施方案中，粒子束管至少部分由包含高熔點材料和另一種材料的兩種材料組成，并且其中粒子束管的內圓柱表面涂覆有一層高熔點材料。在某些實施方案中，高熔點材料包括鎢或石墨。在某些實施方案中，粒子束管可具有第一端部，其與燃料噴射器呈流體連通以用于接收從燃料噴射器供應的至少一種熱核燃料類型；和第二端部，其與反應室呈流體連通以用于將多束粒子束射入反應室。在某些實施方案中，第二端部部分延伸至反應室內。在某些實施方案中，多個粒子束發射器中的至少一個可包括用于產生電磁場的電磁系統，以向粒子束管內處于高能等離子態的賦能粒子提供徑向約束和軸向加速。在某些實施方案中，所述電磁系統可包括電壓源（voltagesupply），其與粒子束管電連接且配置為在貫穿第一端部和第二端部的粒子束管的導電外圓柱部分產生初級電流，所述初級電流用于感生通常在處于高能等離子態的賦能粒子中軸向流動的次級電流。所述次級電流可用于在導電外圓柱部分產生向內的徑向力場，以使處于高能等離子態的賦能粒子趨向粒子束管的中心軸并使處于高能等離子態的賦能粒子向第二端部加速。在某些實施方案中，所述電磁系統還可包括多個電磁線圈，所述電磁線圈沿著粒子束管的至少一部分與粒子束管呈軸向對齊并且在其外部支承且對其緊密圍繞。所述多個電磁線圈可用于在粒子束管內產生軸向磁場，以向粒子束管內處于高能等離子態的賦能粒子提供附加的徑向約束。在某些實施方案中，熱核反應系統還可包括氣體收集罐，其在閉路循環中與反應室和燃料噴射器流體連接，以將提取自反應室的未燃燒的熱核燃料粒子輸送至燃料噴射器。在某些實施方案中，所述氣體收集罐通過支承于反應室上部的氣體出口與反應室流體連接。在某些實施方案中，所述氣體收集罐通過加熱至至少1800℃的循環系統與燃料噴射器流體連接以使提取自反應室的未燃燒的熱核燃料粒子在輸送至燃料噴射器的過程中保持等離子態。在某些實施方案中，熱核反應系統還可包括多個空間上圍繞反應室支承并與反應室光連接的點火激光器。所述多個點火激光器的每一個可指向共聚焦區域以產生并射出多束激光束，所述多束激光束與多束粒子束會聚于共聚焦區域以協助引發熱核反應。在某些實施方案中，反應室的內壁涂覆有基本上圍繞內壁并由高熔點材料形成的一層內壁層以為反應室提供隔熱和隔絕γ-射線。在某些實施方案中，所述高熔點材料可為鎢、石墨或碳化鉭鉿（Ta4HfC5）。在某些實施方案中，從多個粒子束發射器中的至少另一個射出的賦能粒子可處于帶電狀態。在某些實施方案中，反應室還可包括接收供應的低壓氣體進入反應室的氣體入口，在到達共聚焦區域之前，所述低壓氣體與處于帶電狀態的賦能粒子可起反應以中和所述處于帶電狀態的賦能粒子。在某些實施方案中，熱核反應系統還可包括至少一個粒子會聚元件，使處于帶電狀態的賦能粒子聚焦于反應室的共聚焦區域。在某些實施方案中，多個粒子束發射器可以三維空間取向圍繞反應室支承。在某些實施方案中，所述三維空間取向基本上為球形。在某些實施方案中，所述三維空間取向在至少三個相互正交的平面上基本對稱。在某些實施方案中，所述多個粒子束發射器與共聚焦區域大約等距。在某些實施方案中，至少一種熱核燃料類型可為氫的同位素。在某些實施方案中，燃料噴射器被配置為使至少兩種熱核燃料類型的粒子賦能，且多束粒子束的每一束被配置為接收至少兩種熱核燃料類型的賦能粒子，且所述多束粒子束包含至少兩種熱核燃料類型的賦能粒子的混合物。在某些實施方案中，所述至少兩種熱核燃料類型可為氫-1和氫-2。根據另一方面，提供一種引發熱核反應的方法。所述方法包括提供至少一種熱核燃料類型，使供應的至少一種熱核燃料類型賦能以提供至少一種熱核燃料類型的賦能粒子，使至少一種熱核燃料類型的賦能粒子作為指向反應室共聚焦區域的多束粒子束加速進入反應室，以及會聚所述多束粒子束于共聚焦區域以引發熱核反應。在某些實施方案中，至少一種熱核燃料類型的賦能粒子的至少一些處于高能等離子態。在某些實施方案中，所述方法還包括產生電磁場以為處于高能等離子態的賦能粒子提供徑向約束和軸向加速進入反應室。在某些實施方案中，產生電磁場包括感生通常軸向流過處于高能等離子態的賦能粒子的次級電流。在某些實施方案中，產生電磁場還包括在處于高能等離子態的賦能粒子內形成軸向磁場以提供附加的徑向約束。在某些實施方案中，所述方法還包括從反應室中提取未燃燒的熱核燃料粒子，以及使提取自反應室的未燃燒的熱核燃料粒子再循環以加速進入反應室中。在某些實施方案中，所述方法還包括在再循環過程中使提取自反應室的未燃燒的熱核燃料粒子保持等離子態。在某些實施方案中，至少一種熱核燃料類型的賦能粒子的至少一些處于帶電狀態。在某些實施方案中，所述方法還包括向反應室提供供應的低壓氣體，在到達共聚焦區域之前，所述低壓氣體與處于帶電狀態的賦能粒子可起反應以中和處于帶電狀態的賦能粒子。在某些實施方案中，所述方法還包括使處于帶電狀態的賦能粒子聚焦于反應室的共聚焦區域。在某些實施方案中，所述方法還包括向反應室提供并產生多束激光束，并使所述多束激光束與多束粒子束會聚于共聚焦區域以協助引發熱核反應。在某些實施方案中，所述至少一種熱核燃料類型可以為氫的同位素。在某些實施方本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于引發熱核反應的熱核反應系統，所述熱核反應系統包括：反應室；空間上圍繞反應室的共聚焦區域而支承并朝該共聚焦區域取向的多個粒子束發射器；和用于給供應的至少一種熱核燃料類型賦能的燃料噴射器，所述多個粒子束發射器與燃料噴射器和反應室呈流體連通，以接收來自燃料噴射器的至少一種熱核燃料類型的賦能粒子并且使所述至少一種熱核燃料類型的賦能粒子加速進入所述反應室作為多束會聚于共聚焦區域的粒子束以引發熱核反應。
【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2011.06.10 US 61/495,481;2012.02.22 US 13/402,1111.一種用于引發熱核反應的熱核反應系統，所述熱核反應系統包括：反應室；以基本上為球形的三維空間取向空間上圍繞反應室的共聚焦區域而支承并朝該共聚焦區域取向的多對相對的粒子束發射器，所述三維空間取向在至少三個相互正交的平面上基本對稱，每個粒子束發射器包括中空圓柱粒子束管；和用于給供應的至少一種熱核燃料類型賦能的燃料噴射器，所述多對相對的粒子束發射器與燃料噴射器和反應室呈流體連通，以接收來自燃料噴射器的至少一種熱核燃料類型的賦能粒子并且使所述至少一種熱核燃料類型的賦能粒子加速進入所述反應室作為多束會聚于共聚焦區域的粒子束以引發熱核反應，其中所述至少一種熱核燃料類型的至少一些被加速的賦能粒子處于高能等離子態，并且其中所述多對相對的粒子束發射器還包括：用于產生電磁場的電磁系統，以向粒子束管內處于高能等離子態的被加速的賦能粒子提供徑向約束和軸向加速，其中所述電磁系統包括電壓源，所述電壓源與所述多對相對的粒子束發射器中的各對相對的粒子束發射器內的粒子束管電連接且其中所述電磁系統配置為：在貫穿所述粒子束管的第一端部和第二端部的粒子束管的導電外圓柱形部分產生初級電流，所述初級電流用于感生通常在處于高能等離子態的被加速的賦能粒子中軸向流動的次級電流，該次級電流用于在所述導電外圓柱形部分產生向內指向的徑向力場，以使處于高能等離子態的賦能粒子趨向粒子束管的中心軸并使處于高能等離子態的賦能粒子向共聚焦區域加速，并且隨后施加較低的第二電壓以提供所需恒定水平的電流從而達到會聚的粒子束中圍繞中心軸的預定的能量聚集水平。2.權利要求1的熱核反應系統，其中，所述多對相對的粒子束發射器中的各對相對的粒子束發射器中的至少一個粒子束發射器包括粒子束管，該粒子束管至少部分地由熔點顯著高于處于高能等離子態的賦能粒子的平衡溫度的高熔點材料組成。3.權利要求2的熱核反應系統，其中，所述粒子束管至少部分地由包含所述高熔點材料和另一種材料的兩種材料組成，并且其中所述粒子束管的內圓柱形表面涂覆有一層所述高熔點材料。4.權利要求2的熱核反應系統，其中，所述高熔點材料包括鎢或石墨。5.權利要求2的熱核反應系統，其中，所述粒子束管包括第一端部，其與燃料噴射器呈流體連通用于接收從燃料噴射器供應的至少一種熱核燃料類型；和第二端部，其與反應室呈流體連通用于將多束粒子束射入反應室。6.權利要求5的熱核反...
【專利技術屬性】
技術研發人員：曾憲俊，
申請(專利權)人：曾憲俊，
類型：
國別省市：
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