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能量生產(chǎn)過程及其實施裝置的制作方法

文檔序號:64484閱讀:395來源:國知局
專利名稱:能量生產(chǎn)過程及其實施裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種能量生產(chǎn)過程及其實施裝置。特別地本發(fā)明有關(guān) 借助于氫同位素的脈沖集中磁約束工作的反應(yīng)堆。
技術(shù)背景
許多核聚變反應(yīng)堆基于這樣的原理,當兩種氫同位素(即,氘和 氚)聚變(即,對于磁約束)時,產(chǎn)生一個氦原子核和一個中子,二 者具有高的動能。
基于氫同位素完全聚變的現(xiàn)有技術(shù)顯示大的操作和控制難度。獲 得的機械是很大尺寸的,需要很高的能量以觸發(fā)核聚變,并且所有的
均處于實驗階段。所以處于封閉形態(tài)(諸如俄羅斯初始的Tokamak, 美國的Stellarator,德國的ASDEX Tokamak,法國的TFR Tokamak, 美國的PLT Tokamak)和開放形態(tài)(諸如"磁反射鏡"結(jié)構(gòu),"凸形 場"結(jié)構(gòu),"串聯(lián)的構(gòu)形"等)的各種磁約束方法都顯示高的復雜性和
具有大的不穩(wěn)定性現(xiàn)象。
最近的大尺寸的磁約束實驗機械,諸如歐洲的JET,美國普林斯頓 的TFTR,日本的JT60,加尼福利亞的DIII-D,以及法國的Tora Supra, 已經(jīng)獲得有關(guān)磁約束的重要結(jié)果,但是仍是十分有限的次數(shù)同時具有 大的障礙要克服(在線圏中耗散的功率,等離子體中雜質(zhì)的存在,等
等),還有為其開發(fā)和調(diào)整需要投入很高的資本(見ITER合作項目)。 如慣性約束的其它技術(shù),在直接和間接爆聚二者時,也顯示大的障礙 要克服,同樣需要大的投資。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的作者們已建立一種兩種氫同位素之間的半聚變方法,即 臨時的聚變,隨后的釋放,這兩種氫同位素彼此相同或不同,即,氘 和氚,如果借助于在空間 一 點處的匯聚磁脈沖使它們方便地靠得更近,
該半聚變過程形成一個不穩(wěn)定的氦原子核,該原子核裂變(隨著磁脈 沖的減少)成同位素自身的初始原子核。
該過程釋放大量的能量,比產(chǎn)生脈沖磁場所需能量大得多。由包 括在半聚變過程中的原子核的小質(zhì)量轉(zhuǎn)變而生成的釋放的能量從動能 轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?,繼而被方便地使用。
作者們也已經(jīng)設(shè)計出用于實現(xiàn)該過程的裝置。該裝置主要包括其 中產(chǎn)生高真空的外容器。將反應(yīng)堆安裝在容器里,其中通過分立的磁 脈沖獲得正的脈沖磁場,所有的均匯聚在空間的一個點。該反應(yīng)堆設(shè) 有轉(zhuǎn)移熱能的方便的系統(tǒng)。
本發(fā)明的過程和方法在任何要求能量受控產(chǎn)生的地方找到它們的 應(yīng)用。
因此本發(fā)明的一個目的是能量產(chǎn)生的過程,其特征在于,借助僅 匯聚在空間 一點的磁脈沖產(chǎn)生正的集中脈沖磁場,該空間存在于包含 氫同位素的離子化水蒸汽中,其中所述磁脈沖在一頻率和強度下產(chǎn)生, 以便導致所述氫同位素的原子核的臨時聚變及其隨后的釋放。該氫同 位素最好是氘和/或氚。
在本發(fā)明的過程的一個實施例中,能量轉(zhuǎn)換成熱能并方便地轉(zhuǎn)移 和傳遞。
本發(fā)明的另一個目的是一個氣密的反應(yīng)堆,它主要由下列部分構(gòu)
成壁和內(nèi)腔,該腔設(shè)置有到抽吸系統(tǒng)的連接件以便使腔內(nèi)產(chǎn)生高真 空,并設(shè)有供給軟化水的裝置,該軟化水可選擇地富含氫同位素;和 連接到垂直插入并密封在所述反應(yīng)堆壁中的電磁鐵的電連接器,其中 所述電磁鐵指向內(nèi)腔的中心,以便使每個電磁鐵的正號尖端都被置于 距內(nèi)腔中心點相同的距離處,限定一個理想的球形。該反應(yīng)堆最好是 球形的,并且電磁鐵徑向地插入到反應(yīng)堆自身的壁中,以便使正號尖 端構(gòu)成一個完全理想的球形,其中心與反應(yīng)堆自身的中心相符。
本發(fā)明的另一目的是用于氫同位素原子核的臨時聚變與隨后的釋 放的裝置,它包括
a)設(shè)有緊密封閉裝置的容器,該容器包含在根據(jù)本發(fā)明的至少一
個反應(yīng)堆內(nèi);
b) 熱能轉(zhuǎn)移介質(zhì);
c) 來自電系統(tǒng)的電流的整流器,具有能在同一時間供給所有電磁 鐵的能力;
d) 能夠調(diào)制并分配電脈沖到電磁鐵的裝置該裝置并能夠確保電磁 鐵自身的精調(diào)并因此確保在反應(yīng)堆的內(nèi)腔里高的正脈沖磁場,允許觸 發(fā)和維持氫同位素原子核的臨時聚變與隨后的釋放。
該裝置的反應(yīng)堆優(yōu)選設(shè)有限定第二腔的雙層壁,該第二腔包圍內(nèi) 腔,并且該第二腔包含用于熱能轉(zhuǎn)移的循環(huán)冷卻流體。這種第二腔不 與反應(yīng)堆內(nèi)腔連通也不與容器的內(nèi)空間連通。在一可替代實施例中, 在用于氫同位素原子核的臨時聚變與隨后的釋放的裝置中,至少一個 反應(yīng)堆包容在密封罐中,其中熱能轉(zhuǎn)移的所述介質(zhì)循環(huán)。本領(lǐng)域的技 術(shù)人員將理解,該裝置中反應(yīng)堆的數(shù)目可以變化,并且所有這些實施 例處于本發(fā)的范圍以內(nèi)。


現(xiàn)在將參照附圖,根據(jù)具體實施例描述反應(yīng)堆和裝置,但不限制
本發(fā)明的保護范圍,在附圖中
圖1示出根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)堆實施例的豎直截面視圖;
圖2示出使用由根據(jù)圖1的反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量的電能產(chǎn)生系統(tǒng)的
示意圖;
圖3示出根據(jù)本發(fā)明的反應(yīng)堆另一實施例的豎直截面視圖;
圖4示出包容圖3實施例的幾個反應(yīng)堆的圓柱形罐的豎直截面視
圖;
圖5示出使用由根據(jù)圖3和4的反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量的電能產(chǎn)生系 統(tǒng)的示意圖。
具體實施方式
參照圖1,該裝置包括核反應(yīng)堆的球形容器l,該容器由借助于周 邊螺栓la沿水平圓周連接在一起的兩個半球罩以及一個O型環(huán)11制 成,以確保該容器自身內(nèi)形成高真空。
該容器1由固定到下罩的支腳支撐。上罩的頂部上設(shè)有鉤子25 以允許其拆卸并因此打開和閉合球形容器1。在容器1內(nèi)安裝有一個 球體,該球體由借助于貫穿的管子4a連接在一起的外球形腔2和內(nèi)腔 3構(gòu)成,該管子4a指向內(nèi)腔3的中心。兩個球形腔2和3之間的空間 完全被隔開并且與中央球3的內(nèi)空間和球形容器1隔離。
容器1內(nèi)的整個球體通過固定到球形腔2的壁上的支撐間隔器5 保持就位。對內(nèi)球體徑向地,且所有都指向球3的中心地固定有幾個 電磁鐵4,沿該球體的周邊等距布置。它們穿過將球形腔2與內(nèi)腔3 連接的管狀殼體4a。因此電磁鐵4的正號尖端全都設(shè)置在距腔3的中 心的等距處,限定一個理想的球形。每個電磁鐵4設(shè)有正號尖端的微 米調(diào)節(jié)裝置,以確保所有的尖端處于距腔3中心相同的距離處。每個 電磁鐵4的線圏都通過可伸展的電纜電連接到其連接器10上,以允許 容器l的上罩打開,連接器IO固定在容器l的球形壁中的氣密槽中。 由于球形容器1的空間與球形腔3的空間連通,所以借助于連接件8 在兩個環(huán)境中形成高真空。
通過入口管7和出口管8,在腔2和腔3之間的空間內(nèi),并因此 在球形腔3的周圍,冷卻流體循環(huán)并轉(zhuǎn)移由于核反應(yīng)在球形腔3自身 內(nèi)產(chǎn)生的熱能。管子9穿過具有氣密密封件的容器1的球形壁,并借 助于管狀殼體9a通過球形腔2,該管子9向反應(yīng)腔3供給核半聚變所 需的軟化水,該軟化水最終地富含氫同位素。這種管子9是可伸展的 以允許打開該容器l的上罩。
圖2示出發(fā)電廠的示意圖。簡單的球分部12代表根據(jù)圖l的整個 核半聚變反應(yīng)堆。冷卻流體出口管道13借助循環(huán)泵16 (通過圖l所 示的與管子6的連接)從反應(yīng)堆被引導到產(chǎn)生蒸汽的熱交換器17。冷 卻流體從熱交換器17經(jīng)連接到圖1的管子7的管道14回流到反應(yīng)堆。 產(chǎn)生的蒸汽被引導到與發(fā)電機19連接的渦輪機18。從渦輪機排出的 廢蒸汽在冷凝器20中冷凝,并且冷凝水借助于泵24循環(huán)到蒸汽發(fā)生 器17。真空泵15通過圖1所示的連接件8使球形容器1內(nèi)產(chǎn)生高真
經(jīng)過圖1的管子9,計量泵26將核半聚變所需的(最終地富含氫 同位素的)軟化水供給到反應(yīng)堆。
圖1的電磁鐵4通過圖1的連接器10被電連接到電纜23,該電 纜依其次序在直流電中連接到電脈沖22的調(diào)制器和分配器。該電纜 23被連接到電磁鐵4從而磁場在反應(yīng)球腔3的中心的方向是正的。電 流整流器21向脈沖調(diào)制器/分配器22送電,該整流器繼而由來自電系 統(tǒng)的電流送電。借助于方便的測量儀器和控制裝置,調(diào)制器/分配器22 確保在任何瞬間每個電磁鐵4產(chǎn)生的脈沖磁場強度相等,因此補償電 磁鐵4自身的不可避免的制造公差。換言之,調(diào)制器/分配器22提供 所有電磁鐵4的調(diào)整,以便最大化在反應(yīng)球腔3的中心的脈沖磁場, 并促進在離子化蒸汽中存在的氫同位素原子核的半聚變。
為表示的簡化而省略的方便的測量儀器和控制裝置(反應(yīng)腔3內(nèi) 的溫度,冷卻流體的溫度、供給核半聚變的水的流量、球形體的溫度、 磁場強度等)通過調(diào)制器/分配器22提供磁脈沖頻率和強度的控制, 以便控制由核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量。
圖3中再現(xiàn)的,另一實施例以球形反應(yīng)腔27來實現(xiàn)。對球形反應(yīng) 腔27徑向地,且所有都指向腔自身的中心,沿球形反應(yīng)腔27圓周等 距地固定電磁鐵28。所有電磁鐵28的正號尖端距球形反應(yīng)腔27的中 心等距離地布置,限定一個理想的球形。每個電磁鐵28都設(shè)有一個正 號尖端的微米調(diào)節(jié)裝置,因此確保所有尖端處在距球形腔27的中心相 同的距離處。該電磁鐵28穿過焊接在反應(yīng)腔27上的管狀殼體28a同 時具有其蓋29,該蓋用螺紋擰緊在管狀殼體28a自身的頂部,還借助 于O型環(huán)30確保球型腔27的完全密封性。因此可以通過抽取管35 使球形反應(yīng)腔27內(nèi)形成高度真空。電磁鐵28的線圏,借助于電纜36 電連接到連接器37,該連接器確保與外部的電連接。參照圖3和4, 每個反應(yīng)腔27都設(shè)有入口管31,該入口管向反應(yīng)腔自身供給核半聚 變所需的(最終地富含氫同位素的)軟化水。每個球形反應(yīng)腔27在底 部設(shè)有一外座塊32,該塊將其自身與卡口接頭連接到在圖3和4中再 現(xiàn)的支撐板33。每個球形反應(yīng)腔27都可以借助于與球形腔27自身形
成一體的上手柄44從支撐板33拆除和裝配到支撐板33上。(最終地 富含氫同位素的)軟化水的流入管31、用于高度真空的抽取管35以 及攜帶連接到電磁鐵28的電纜的管子45均匯聚到可拆卸的板34。
更詳細地,圖4以示意的方式表示本發(fā)明實施例的一種裝置,該裝 置包括抗高壓圓柱形罐38,在其里面安裝有一支撐所有球形反應(yīng)腔27 的水平固定板33。該固定的板33遍及其整個表面具有圓形開口以允 許冷卻流體的向上流動,該流體包圍在所有球形反應(yīng)腔27上,因而轉(zhuǎn) 移由反應(yīng)腔自身借助于核半聚變產(chǎn)生的熱能。放在球形反應(yīng)腔27上面 的板34也設(shè)有開口以允許冷卻流體的向上流動,并能借助鉤子43移 去板34以允許球形反應(yīng)腔的拆除和安裝,以便使其能被維修或置換。 此板34在其自身上裝配球形反應(yīng)腔27的圖3所示的所有管子31、 35 和45,同時通過流體密封的凸緣將它們引導到圓柱形罐38外面。加 壓的冷卻流體通過入口 40進入圓柱罐38并通過出口 41排出。該圓柱 形罐38在頂部設(shè)有一可移去的罩39以允許進入其內(nèi)部。
圖5示意地示出根據(jù)圖3和4的實施例的反應(yīng)堆發(fā)電廠的圖。一 個簡單的圓柱體分部38代表整個反應(yīng)堆。冷卻流體出口管道46借助 循環(huán)泵47 (通過與如圖4所示的出口 41的連接)被從反應(yīng)堆引導到 產(chǎn)生蒸汽的熱交換器48。冷卻流體經(jīng)過連接到圖4的入口 40的管道 45從熱交換器48回流到反應(yīng)堆。產(chǎn)生的蒸汽被引導到與發(fā)電機50連 接的渦輪機49。出自渦輪機的排出的蒸汽在冷凝器51中冷凝,并借 助于泵52將冷凝的水循環(huán)到蒸汽發(fā)生器48。真空泵53通過與圖3的 管子31的連接使所有球形反應(yīng)腔27內(nèi)形成高度真空。連接到圖3的 所有管子35的計量泵54向所有球形反應(yīng)腔27供給核半聚變所需的 (最終地富含氫同位素的)軟化水。
圖3的電磁鐵28通過圖3的連接器37、攜帶管45、圖4的凸緣 42以及圖5的攜帶管44電連接到直流電中的電脈沖55的調(diào)制器和分 配器。給電磁鐵28供電以便使磁場在反應(yīng)腔27每一個的中心的方向 上是正的。脈沖調(diào)制器/分配器55由電流整流器56供電,來自電系統(tǒng) 的電流繼而給該整流器供電。借助于方便的測量儀器和控制裝置,該
調(diào)制器/分配器55確保由每個電磁鐵28產(chǎn)生的脈沖磁場強度在任一瞬 時都相等,由此補償不可避免的電磁鐵28自身的制造公差。換言之, 調(diào)制器/分配器55提供每個球形反應(yīng)腔27的所有電磁鐵28的調(diào)整, 以便最大化在每個球形反應(yīng)腔27中心處的脈沖磁場并促進在離子化 蒸汽中存在的氫同位素的原子核的半聚變。
為表示的簡化而省略的方便的測量儀器和控制裝置(反應(yīng)腔27 內(nèi)的溫度、冷卻流體的溫度、供給核半聚變的水的流量、反應(yīng)腔27 的球體的溫度、磁場強度等)通過調(diào)制器/分配器55提供磁脈沖頻率 和強度的控制以便控制由核反應(yīng)堆產(chǎn)生的能量。
權(quán)利要求
1、能量生產(chǎn)過程,其特征在于,在存在包含氫同位素的離子化水蒸汽的情況下,借助僅匯聚在空間一點處的磁脈沖產(chǎn)生正的集中的脈沖磁場,其中所述磁脈沖在一頻率和強度下產(chǎn)生,以便引起所述氫同位素的原子核的臨時聚變及其隨后的釋放。
2、 根據(jù)權(quán)利要求
l的能量生產(chǎn)過程,其中氫同位素是氘和/或氚。
3、 根據(jù)前述權(quán)利要求
中的任意一項的能量生產(chǎn)過程,其中能量被 轉(zhuǎn)變成熱能且被方便地轉(zhuǎn)移和傳送。
4、 氣密的反應(yīng)堆,主要由壁和內(nèi)腔構(gòu)成,該內(nèi)腔設(shè)有到抽取系統(tǒng) 的連接件以便使內(nèi)部形成高度真空,并設(shè)有軟化水的供給裝置,該軟 化水可選擇地富含氫同位素;具有連接到垂直插入并氣密封在所述反 應(yīng)堆壁中的電磁鐵的電連接器,其中所述電磁鐵指向內(nèi)腔的中心,從 而使電磁鐵的正號尖端均設(shè)置在距所述內(nèi)腔中心點相等的距離處,限 定一個理想的球形。
5、 根據(jù)權(quán)利要求
4的反應(yīng)堆,具有基本上為球形的形狀,并且其 中電磁鐵徑向地插入到反應(yīng)堆的壁中,從而使正號尖端形成完全理想 的球形,該球形的中心與反應(yīng)堆自身的中心一致。
6、 用于氫同位素原子核的臨時聚變和隨后的釋放的裝置,包括a) 設(shè)有緊密封閉裝置的容器,該容器內(nèi)部容納至少 一個根據(jù)權(quán)利 要求4或5的反應(yīng)堆;b) 熱能轉(zhuǎn)移介質(zhì);c) 來自電系統(tǒng)的電流的整流器,該整流器具有同時向所有電磁鐵 供電的能力;d) 能在電磁鐵之間調(diào)制和分配電脈沖的裝置,該裝置能確保電磁 鐵自身的精調(diào)并因此確保反應(yīng)堆的內(nèi)腔里的高的正脈沖磁場,允許觸 發(fā)并保持氫同位素原子核的臨時聚變和隨后的釋放。
7、 根據(jù)權(quán)利要求
6的用于氫同位素原子核的臨時聚變和隨后的釋 放的裝置,其中反應(yīng)堆設(shè)有雙層壁,該雙層壁限定第二腔,該第二腔 包圍所述內(nèi)腔,并且在該第二腔內(nèi)循環(huán)用于轉(zhuǎn)移熱能的冷卻流體,其 中所述第二腔不與反應(yīng)堆內(nèi)腔連通,也不與容器的內(nèi)空間連通。
8、根據(jù)權(quán)利要求
6的用于氫同位素原子核的臨時聚變和隨后的釋 放的裝置,其中至少一個反應(yīng)堆被容納在密閉罐中,所述熱能轉(zhuǎn)移介 質(zhì)在所述密閉罐中循環(huán)。
專利摘要
本發(fā)明公開了一種能量生產(chǎn)過程,其特征在于,借助于僅匯聚在空間一點的磁脈沖產(chǎn)生正的集中的脈沖磁場,從而導致氫同位素原子核的臨時聚變及其隨后的釋放;本發(fā)明還公開了實施該過程的反應(yīng)堆以及包含所述反應(yīng)堆的裝置。
文檔編號G21B3/00GKCN101116146SQ200580047730
公開日2008年1月30日 申請日期2005年7月8日
發(fā)明者F·桑塔西里亞, 馬里亞·C·焦夏 申請人:馬里亞·C·焦夏導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
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