專利名稱:一種實(shí)現(xiàn)聲致核聚變的核反應(yīng)液體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及基于聲空化效應(yīng)實(shí)現(xiàn)核聚變的核反應(yīng)液體，在由慢化中子、核反應(yīng)液體和高能超聲波形成的聲空化物所組成的條件下，引發(fā)氘-氘(D-D)和氘-氚(D-T)熱聚變，而核反應(yīng)液體則為至關(guān)重要的物質(zhì)。本發(fā)明屬受控?zé)岷司圩?b>技術(shù)領(lǐng)域：
。
背景技術(shù)：
由于煤、石油和鈾資源有限，人類最終會面臨資源枯竭的問題。而聚變釋能比裂變釋能大3-4倍，很少產(chǎn)生放射性物質(zhì)，且核聚變反應(yīng)的燃料氘和氚來自于浩瀚大海，資源極為豐富。實(shí)現(xiàn)可以控制的聚變能釋放-受控?zé)岷司圩?，是近半個世紀(jì)來科學(xué)家殫精竭慮的研究課題。
目前人們探索受控核聚變主要有兩種途徑磁約束受控核聚變和慣性約束受控核聚變。作為磁約束方式的托克馬克裝置存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價昂貴，工作條件苛刻，難以實(shí)行穩(wěn)態(tài)運(yùn)行和反應(yīng)堆的連續(xù)運(yùn)行。激光慣性約束方式也有許多困難要克服目前的激光器難以使等離子體達(dá)到高溫高密度狀態(tài)，也難以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)的連續(xù)運(yùn)行。哪種途徑能真正實(shí)現(xiàn)商業(yè)運(yùn)作，目前還無法判定。即受控核聚變是人類有史以來所面對的最困難、最具挑戰(zhàn)性的一個科學(xué)難題。
2002年初有人發(fā)表了聲致熱核聚變的實(shí)驗(yàn)報道，論文作者在2004年和2006年先后發(fā)表補(bǔ)充論文，他們先后采用氘代丙酮作為氣泡載體，HMeV中子作為產(chǎn)生氣泡核的核化源，或者采用硝酸鈾溶入氘代苯、丙酮和氯化碳溶液中，利用鈾發(fā)出的約4MeV的α粒子作為核化源，聲壓達(dá)到15大氣壓的超聲波促使氣泡核膨脹、壓縮、坍塌和聚爆。實(shí)驗(yàn)測出有D-D反應(yīng)的氚和2. 45MeV中子出現(xiàn)。由于氣泡聚爆時溫度的不確定性，他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果引起國際上物理界的學(xué)術(shù)爭議，受到從熱核聚變角度的質(zhì)疑?？傊瑢ふ覒T性約束核聚變的新途徑，也是科學(xué)家高度關(guān)注的研究課題。
本發(fā)明是發(fā)明人同時正在申請中的“一種基于聲空化效應(yīng)實(shí)現(xiàn)核聚變反應(yīng)的方法”專利的相關(guān)專利。關(guān)于實(shí)現(xiàn)聲學(xué)慣性約束熱核聚變的核反應(yīng)液體，經(jīng)文獻(xiàn)檢索目前尚無相同專利，有關(guān)的相近專利有美國專利US20050135532A1。由于該專利的實(shí)驗(yàn)路線和裝置與上述專利完全不同，該專利US20050135532A1所使用的工作液體是氘代丙酮或者硝酸鈾與氘代苯、丙酮和氯化碳混合溶液，也完全不同于本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)聲致核聚變的核反應(yīng)液體及其制備方法。
本發(fā)明一種實(shí)現(xiàn)聲致核聚變的核反應(yīng)液體，其特征在于該核反應(yīng)液體含有氘和氚和鋰化合物；主要用重水和含氚鋰化合物組成，該兩種物質(zhì)的混合重量比例中值為80 20。
本發(fā)明一種實(shí)現(xiàn)聲致核聚變的核反應(yīng)液體的制備方法，其特征在于具有以下步驟[0009]稱取一定重量的鋰化合物，裝入聚乙烯小罐內(nèi)，并置于高壓倍加器中子出射處，用O. 025eV 14MeV中子輻照鋰化合物，使之核反應(yīng)而產(chǎn)生含氚的鋰化合物，然后將含氚的鋰化合物溶解于一定量的重水中，得到所述的核反應(yīng)液體；
用能量為O. 025eV 14MeV的中子輻照鋰化合物，產(chǎn)生的核反應(yīng)如下
n+7Li (豐度92· 5 % ) — Τ+α +n’(中子能量 En :l_14MeV，反應(yīng)截面 σ ;O. 1-0. 4barn)；
n+6Li (豐度 7· 5 % ) — T+α (中子能量 En :0. 025eV-lMeV,反應(yīng)截面 σ :O.2-910barn)；
T為氚，鋰化合物中的氚比活度取決于入射中子能量和注量。
本發(fā)明一種實(shí)現(xiàn)聲致核聚變的核反應(yīng)液體的制備方法，其特征在于具有以下步驟
稱取一定量的鋰化合物，按規(guī)定的重量比例加入重水，組成混合液，然后用能量為O. 025eV 14MeV的中子輻照所述的鋰化合物與重水的混合液，產(chǎn)生同樣的上述核反應(yīng)；混合液中的氚比活度取決于入射中子能量和注量；由此得到核反應(yīng)液體。
本發(fā)明一種實(shí)現(xiàn)聲致核聚變的校反應(yīng)液體的制備方法，其特征在于具有以下步驟
取具有一定氚活度的氚化物，與一定量的鋰化合物，共溶于一定量的重水中，均勻混合后即為核反應(yīng)液體。
以上三種核反應(yīng)液體的制備方法中，其中所述的鋰化合物為氫氧化鋰、硝酸鋰、或氯化鋰中的任一種；所述的氚化合物為氚水、乙醇或有機(jī)化合物的氚化物；所述重水的純度大于99%。
本發(fā)明的核反應(yīng)液體的優(yōu)點(diǎn)如下
本發(fā)明中所用的原料資源廣泛，制取成本低廉；鋰及重水的資源儲量豐富，鋰化合物及重水的制作成本都較低。本發(fā)明的核反應(yīng)液體在聲致核聚變中起到了多種粒子內(nèi)外核化作用和加熱作用；液體的多級核反應(yīng)過程，起到了中子和氚的循環(huán)增值，大大促進(jìn)了聲致核聚變反應(yīng)。
在聲致核聚變系統(tǒng)中，核反應(yīng)液體含有氘(D)、氚(T，室溫冷氚)和鋰化合物。入射的慢化中子(中子能量En ( 2. 5MeV)和液體中的鋰原子產(chǎn)生(n，n' α )和(η，α )反應(yīng)，生成α粒子(能量為2. OMev)和Τ(能量為2. 75MeV，熱氚)。這樣，液體中同時存在冷和熱兩種能量的氚。超聲換能器同時對液體施以高聲強(qiáng)聲場，在液體中形成聲空化激活區(qū)域。入射的慢化中子以及荷能粒子對張力態(tài)液體(tensioned liquid)而言,分別是外核化粒子和內(nèi)核化粒子。核化粒子在聲空化激活區(qū)域的張力態(tài)液體中形成空化泡，空化泡經(jīng)壓縮、坍塌和聚爆，形成等離子體。同時大量的核化粒子通過能量傳遞方式加熱等離子體，進(jìn)一步提高了等離子溫度，由此引發(fā)產(chǎn)生了熱聚變。
兩種能量的氣核聚變反應(yīng)如下所示
T (2. 75MeV) +D — α (3. 52MeV) +n (14MeV)
T (室溫)+D — α (3. 52MeV) +n (14MeV)
D-T反應(yīng)產(chǎn)生的14MeV中子和液體中的鋰原子繼續(xù)反應(yīng)，增殖T(能量為MeV)，T (能量為MeV)和液體中的鋰原子再反應(yīng)，產(chǎn)生中子(7-14MeV)和α粒子(O. 5-1. 8MeV)。即在核反應(yīng)系統(tǒng)中，隨著核聚變的進(jìn)行，中子、氚與鋰原子不斷作用，液體中的氚濃度不斷增加。能量為MeV量級的中子飛離等離子體，生成的α粒子則沉積在聲空化激活區(qū)中由空化泡的壓縮、坍塌、聚爆形成的等離子體中，起到對等離子體自加熱作用。
因而,存在于核反應(yīng)液體中的氣、氣(冷氣)、慢化中子、能量為MeV的氣(熱氣)、能量為MeV的α粒子以及超聲空化形成的等離子體缺一不可，只有在上述因素均具備的條件下，才有可能弓I發(fā)聲致核聚變。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)將本發(fā)明的具體實(shí)施例敘述于后。
實(shí)施例一稱取LiOH. H2O 12. 42克，裝入聚乙烯小罐內(nèi)，置于高壓倍加器中子出射處，用14MeV中子輻照1200秒，中子注量為109n/s，根據(jù)核反應(yīng)截面，估算得氚活度約為
5.7X IO8貝可。將輻照后的含氚LiOH物質(zhì)溶于IOOml重水，即得核反應(yīng)液體。用該液體作為聲致核聚變系統(tǒng)的核反應(yīng)液體，均取得統(tǒng)計顯著性增量S. S. Itf > 3的結(jié)果。
實(shí)施例二 稱取LiOH. H2O 15. 02克，溶于IOOml重水中，裝入聚乙烯小罐內(nèi)。高壓倍加器出射的14MeV中子經(jīng)慢化后輻照聚乙烯瓶，輻照時間為6. 5小時，中子注量為109n/s，根據(jù)核反應(yīng)截面，估算得氚活度約為6. 5X 101°貝可。輻照后的液體即為核反應(yīng)液體。用該液體作為聲致核聚變系統(tǒng)的核反應(yīng)液體，均取得統(tǒng)計顯著性增量S. S. Itf > 3的結(jié)果。
實(shí)施例三取氚活度為5. 5 X IO7貝可的乙醇氚化物(商售，來自中科院上海應(yīng)用物理研究所放射性藥物研究中心)和LiOH. H2O 15. 20克，溶于120ml重水中，均勻混合后 即為核反應(yīng)液體。用該液體作為聲致核聚變系統(tǒng)的核反應(yīng)液體，均取得統(tǒng)計顯著性增量S. S. Itf > 3 的結(jié)果。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)聲致核聚變的核反應(yīng)液體，其特征在于該核反應(yīng)液體含有氘和氚和鋰化合物；主要用重水和含氚鋰化合物組成，該兩種物質(zhì)的混合重量比例中值為80 20。
2.ー種根據(jù)權(quán)利要求
I所述的實(shí)現(xiàn)聲致核聚變的核反應(yīng)液體的制備方法，其特征在于具有以下步驟稱取一定重量的鋰化合物，裝入聚こ烯小罐內(nèi)，井置于高壓倍加器中子出射處，用0. 025eV 14MeV中子輻照鋰化合物，使之核反應(yīng)而產(chǎn)生含氚的鋰化合物，然后將含氚的鋰化合物溶解于一定量的重水中，得到所述的核反應(yīng)液體； 用能量為0. 025eV 14MeV的中子輻照鋰化合物，產(chǎn)生的核反應(yīng)如下
n+7Li — T+ ct +n，；
n+6Li — T+ ct ； T為氚，鋰化合物中的氚比活度取決于入射中子能量和注量。
3.ー種根據(jù)權(quán)利要求
I所述的實(shí)現(xiàn)聲致核聚變的核反應(yīng)液體的制備方法，其特征在于具有以下步驟稱取一定量的鋰化合物，按規(guī)定的重量比例加入重水，組成混合液，然后用能量為0. 025eV 14MeV的中子輻照所述的鋰化合物與重水的混合液，產(chǎn)生核反應(yīng)如下
n+7Li — T+ ct +n，；
n+6Li — T+ ct ； 混合液中的氚比活度取決于入射中子能量和注量；由此得到核反應(yīng)液體。
4.如權(quán)利要求
2或3所述的實(shí)現(xiàn)聲致核聚變的核反應(yīng)液體的制備方法，其特征是所述的鋰化合物為氫氧化鋰、硝酸鋰、或氯化鋰中的任ー種；所述重水的純度大于99%。
5.ー種根據(jù)權(quán)利要求
I所述的實(shí)現(xiàn)聲致核聚變的核反應(yīng)液體的制備方法，其特征在于具有以下步驟取具有一定氚活度的氚化合物，與一定量的鋰化合物，共溶于一定量的重水中，均勻混合后即為核反應(yīng)液體。
6.如權(quán)利要求
5所述的實(shí)現(xiàn)聲致核聚變的核反應(yīng)液體的制備方法，其特征是所述的氚化合物為氚水或こ醇氚化物；所述的鋰化合物為氫氧化鋰、硝酸鋰或氯化鋰中的任ー種；所述重水的純度大于99%。
專利摘要
本發(fā)明涉及基于聲空化效應(yīng)實(shí)現(xiàn)核聚變的核反應(yīng)液體及其制備方法。本發(fā)明公開的核反應(yīng)液體含有氘、氚和鋰化合物核反應(yīng)物質(zhì)。本發(fā)明屬受控?zé)岷司圩?b>技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明的核反應(yīng)液體主要由含氚鋰化合物和重水組成，兩種物質(zhì)的混合重量比例中值為80∶20。本發(fā)明一種核反應(yīng)液體的制備方法有三1.采用適當(dāng)能量的中子源輻照鋰化合物，使之核反應(yīng)產(chǎn)生含氚的鋰化合物。將含氚鋰化合物溶解于重水，取得核反應(yīng)液體；2.預(yù)先將鋰化合物溶解于重水，采用適當(dāng)能量的中子輻照混合液，使之核反應(yīng)產(chǎn)生含氚，由此取得核反應(yīng)液體；3.將氚化物和鋰化合物直接溶解于重水，取得核反應(yīng)液體。
文檔編號G21B1/00GKCN101303904 B發(fā)布類型授權(quán) 專利申請?zhí)朇N 200810040006
公開日2012年8月29日 申請日期2008年7月1日
發(fā)明者李同保, 李欣年, 石雙惠, 程茜, 錢夢騄 申請人:上海大學(xué)導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan非專利引用 (1),