本发明专利技术涉及一种基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的方法，其包括以下步骤：使含氘流体介质发生空化形成空泡；通过超声传质增加空泡内物质含量；使空泡以一定速度达到工件壁面，进入双电层作用范围；空泡在静电力作用下发生引力坍缩，实现氘氘热核聚变。另外，本发明专利技术还涉及一种基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的装置。
【技术实现步骤摘要】
利用空泡坍缩约束高温等离子体的方法
本专利技术涉及一种氘氘热核聚变的方法和装置，尤其涉及一种基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的方法和装置。
技术介绍
能源是支撑人类文明社会发展的重要支柱，在以煤炭、石油、天然气等化石能源以及后来的核裂变能源替代柴薪之后，带来了社会、经济的飞速发展。由于化石能源与核裂变材料不可再生，在多年开采之后，人类将不得不面临能源枯竭的危机。获得新能源的一条途径是可控热核聚变，成本最低廉的聚变能源可以从氘氘聚变获得，氘在海水中的蕴藏量巨大，足够人类使用数千亿年。但是，氘氘聚变的反应截面很小，满足量子隧穿最低条件的粒子运动平均动能也在5keV以上，显然，目前还无法构造一个能满足极端温度、压力需要的机械装备，也没有能够耐受如此极端的温度与压力的材料，如何构造和保持这样的极高温环境是尚未解决的科学技术难题。为实现可控热核聚变科学家已经进行了数十年的努力探索，但至今尚未取得重大进展。目前世界发达国家投入巨资进行的热核聚变研究主要是惯性约束聚变与磁约束聚变研究。惯性约束聚变是由以192路会聚的功率为1MJ的单脉冲激光束，轰击包裹氘氚介质的聚乙烯小球，希望通过聚乙烯气化后的惯性反作用力产生高压挤压小球，从而实现氘氚聚变的一种技术。虽然氘氚聚变对温度的要求略低，但由于惯性作用无法获得作用力随时间递增的效果，惯性约束聚变至今未能实现。磁约束聚变是一种利用磁场约束高温等离子体引发核聚变反应的技术，同样使用氘氚介质。目前主要的技术障碍是难以控制以高速运动的极高温等离子体，不能保证等离子体鞘层不破裂，距氘氚聚变的约束时间要求还相差几个数量级。
技术实现思路
有鉴于此，确有必要提供一种基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的方法和装置。一种基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的方法，其包括以下步骤：使含氘流体介质发生空化形成空泡；通过超声传质增加空泡内物质含量；使空泡以一定速度达到工件壁面，进入双电层作用范围；空泡在静电力作用下发生引力坍缩，实现氘氘热核聚变。一种基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的装置，其包括：高压泵、通过管道与该高压泵相连的第一导流管、与该第一导流管相连的缓冲室、与该缓冲室相连的反应室，以及设置在所述反应室内的喷嘴以及与该喷嘴间隔设置的工件，所述缓冲室与所述喷嘴连通，在该缓冲室两侧安装压电陶瓷片，所述反应室通过管道与所述高压泵相连，流体在所述导流管可以发生空化形成空泡。与现有技术相比较，本专利技术提供的基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的方法和装置构造一个始终增强的压力环境，能保证使空泡进入坍缩状态，在空泡中心形成极高温与极高压，实现中子发射。同时，用空泡界面约束了高温等离子体的运动，使之处于相对静止状态，保证了等离子体鞘层的稳定存在，为聚变持续进行奠定了基础。另外，本专利技术提出的通过对介质流速、界面传质效率、可变电极电位工件的控制，实现对聚变反应剧烈程度控制的过程，均在一次电源控制下进行，只要断开一次电源，所有反应将即刻停止，有效保证了核聚变装置的运行安全性。附图说明图1是本专利技术实施方式提供的基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的方法的流程图。图2是本专利技术实施方式提供的基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的装置的示意图。图3是本专利技术实施方式提供的基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的装置中喷嘴的剖面结构示意图。图4是本专利技术实施方式提供的基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的装置中第一导流管的剖面结构示意图。主要元件符号说明基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的装置100高压泵10第一导流管11缓冲室12反应室13喷嘴14工件15第一孔111第二孔112压电陶瓷片121内芯过流部141第二导流管142第五孔143第四孔144收缩孔145第三孔146喷射孔147如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。具体实施方式下面将结合附图及具体实施例，对本专利技术提供的基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的方法作进一步的详细说明。请参阅图1至图3，基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的方法包括以下步骤：（1）使含氘流体介质发生空化形成空泡；（2）通过超声传质增加空泡内物质含量；（3）使空泡以一定速度达到工件壁面，进入双电层作用范围；（4）空泡在静电力作用下发生引力坍缩，实现氘氘热核聚变。在步骤（1）中，首先提供一基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的装置100，请参阅图1，所述装置100包括高压泵10、通过管道与该高压泵10相连的第一第一导流管11、与该第一导流管11相连的缓冲室12、与该缓冲室12相连的反应室13，以及设置在所述反应室13内的喷嘴14以及与该喷嘴14间隔设置的工件15，所述缓冲室12与所述喷嘴14连通，在该缓冲室12两侧安装压电陶瓷片121，所述反应室13通过管道与所述高压泵10相连。具体的，所述第一导流管11的内部具有一阶梯孔，该阶梯孔包括第一孔111以及第二孔112，该第一孔111与第二孔112连通，该第二孔112的直径比第一孔111的直径小，优选小0.2毫米至2.0毫米。所述第一孔111的侧面与邻近所述第二孔112的端面之间所成的角为直角，且该第二孔112的长度为5毫米至20毫米，该第二孔112与所述缓冲室12连通。所述喷嘴14包括内芯过流部141以及与该内芯过流部141固定连接的第二导流管142。所述内芯过流部141包括喷射孔147、与该喷射孔147连通的第三孔146以及与该第三孔146连通的收缩孔145。所述喷射孔147的直径小于所述第三孔146的直径，优选小0.2毫米至2.0毫米。所述收缩孔145的直径向远离所述第三孔146的方向逐渐增大，该第三孔146的侧面与邻近所述喷射孔147的端面之间的过渡角为直角。所述第二导流管142的一端与所述缓冲室12连接，另一端与所述内芯过流部141连接。所述第二导流管142的内部具有一阶梯孔，该阶梯孔包括第四孔144以及与该第四孔144连通的第五孔143。所述第四孔144的直径小于所述第五孔143的直径。所述第四孔144与所述收缩孔145连通，所述第五孔143与所述缓冲室12连通。所述喷嘴14与所述工件15相对设置，且该喷嘴14的喷射孔147的末端与工件表面之间的距离d为10毫米至20毫米，该工件15由45号钢、纯铝或45锰钢制备，该工件15的表面粗糙度Ra≦0.1微米。含氘流体介质由所述高压泵10输入所述第一导流管11，所述含氘流体介质可以为重水、氘代丙酮等。在本实施例中，该含氘流体介质为重水。由于第一导流管11的第一孔111的直径大于所述第二孔112的直径，所以所述含氘流体介质在第一导流管11由于局部负压而空化，形成空泡流，进入所述缓冲室12。在步骤（2）中，由于在缓冲室12两侧安装压电陶瓷片121，由超声发生器与功率放大器驱动压电陶瓷片121振动，通过界面传质增加空泡内物质含量。所述振动的频率为15千赫兹至20千赫兹，振幅大于100微米。在步骤（3）中，所述空泡流进入喷嘴14，由于所述第三孔146的侧面与邻近所述喷射孔147的端面之间的过渡角为直角，且喷射孔147的直径比所述第三孔146的直径小0.2毫米至2.0毫米，所以可以保证空泡流的流动稳定性。空泡流在喷射孔147出口压力推动下作趋近工件壁面运动，空泡与工件壁面之间随距离减小会因挤压效应而产生逐渐增强的微区压力，使空泡被压缩。由于空泡流喷射压力随时间（距离）减弱，空泡本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于空泡坍缩实现氘氘热核聚变的方法，其包括以下步骤：使含氘流体介质发生空化形成空泡流；通过超声传质增加空泡内物质含量；使空泡流以一定速度达到工件壁面，进入双电层作用范围；空泡在静电力作用下发生引力坍缩，实现氘氘热核聚变。
【技术特征摘要】
1.一种利用空泡坍缩约束高温等离子体的方法，其包括以下步骤：使含氘流体介质发生空化形成空泡流；通过超声传质，增加空泡内物质含量；使空泡流以一定速度达到工件壁面，进入双电层作用范围，所述工件的电极电位低于-500毫伏；空泡在静电力作用下发生引力坍缩，从而实现对高温等离子体的约束。2.如权利要求1所述的利用空泡坍缩约束高温等离子体的方法，其特征在于：所述空泡流到达工件壁面时的速度不低于10m/s。3.如权利要求2所述的利用空泡坍缩约束高温等离子体的方法，其特征在于：在使空泡流以一定速度达到工件壁面，进入双电层作用范围的步骤中，所述空泡流经喷嘴的喷射孔喷射到工件壁面，所述空泡流在喷射孔出口的速度大于等于20m/s，出口压力为5-20Bar时，所述喷嘴与工件之间的距离为10毫米至20毫米。4.如权利要求3所述的利用空泡坍缩...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈大融，蒋亮，陈皓生，汪家道，李党国，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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