一种哑铃状结构可控核聚变装置制造方法及图纸

一种哑铃状结构可控核聚变装置，其约束高温等离子体装置包括磁镜装置部分和环形磁约束装置部分，其特征在于磁镜装置部分位于约束高温等离子体装置的中间，磁镜装置部分为空心圆筒状结构的磁镜，或为多个单体柱状磁镜，并绕圆周均匀排列，环形磁约束装置部分位于约束高温等离子体装置的两端，磁镜装置部分和环形磁约束装置部分组合并使得高温等离子体连通成一体形成所述的哑铃状结构。本发明专利技术是一种磁约束有效、结构简单、成本低廉的一种哑铃状结构可控核聚变装置。

A dumbbell shaped structure controllable nuclear fusion device

A dumbbell shaped structure controlled nuclear fusion device, the high temperature plasma constraint device comprises a magnetic mirror device and magnetic confinement device, which is characterized in that the middle part of the magnetic mirror device in high temperature plasma restraint device, magnetic mirror device part is a hollow cylindrical mirror node structure, or into a plurality of single pillar shaped magnetic mirror, and arranged evenly around the circumference, ends of the annular magnetic confinement device located in the high temperature plasma constraint device, dumbbell structure magnetic mirror device and annular magnetic confinement device part and makes the high temperature plasma is communicated to form said. The invention is a dumbbell shaped structure controllable nuclear fusion device with effective magnetic confinement, simple structure and low cost.

【技术实现步骤摘要】
一种哑铃状结构可控核聚变装置
本专利技术涉及可控核聚变领域，具体说是一种哑铃状结构可控核聚变装置。
技术介绍
核聚变是根本解决人类能源问题的希望。其主要优点：一是丰富，据测算，每升海水中含有0.03克氘，1升海水中所含的氘，经过核聚变可提供相当于300升汽油燃烧后释放出的能量。地球上仅在海水中就有45万亿吨氘。可以说是取之不竭的能源。二是清洁，因为它不会产生污染环境的放射性物质，所以是一种清洁能源。三是安全，受控核聚变反应可在稀薄的气体中持续地稳定进行，十分安全。实现可控核聚变的两大途径分别为磁约束和惯性约束，磁约束更加被看好。最有代表性的磁约束方法分别是磁镜、"托卡马克"和仿星器。他们的主要原理和问题分别是：1、磁镜(MagneticMirror)是一种中间弱、两端强的直管磁场位形。当绕着磁力线旋进的粒子由弱磁场区进入两端的强磁场区域时，就会受到一反向力的作用。这个力迫使粒子的速度减慢，轨道螺距缩短，大部分被反射回去，反射回去的粒子达管子中心区域后，又向另一端螺旋前进，达端口后又被反射回来。粒子就像光在两个镜子之间来回反射，所以称之为磁镜。磁镜作为最早的磁约束可控核聚变装置，优点是磁场平直，结构简单，稳态运行，β值高。但粒子端口损失严重，无法有效的约束，尽管采取串列磁镜等方式，但效果仍然很差。2、托卡马克(Tokamak)：托卡马克是目前取得最好效果的磁约束可控核聚变装置。托卡马克呈简单圆环状，因此无端口损失。托卡马克主要靠强大的等离子电流产生磁场，与外加磁场叠加，从而产生能约束等离子体的螺旋磁力线。欧姆线圈用于产生、建立和维持等离子体电流；极向场线圈产生的极向磁场控制等离子体截面形状和位置平衡；环向场线圈产生的环向磁场保证等离子体的宏观整体稳定性；外加的环向磁场、极向磁场、欧姆线圈磁场与等离子体电流自身产生的极向磁场一起构成磁力线旋转变换的和磁面结构嵌套的磁场位形来约束等离子体。同时，等离子体电流还对自身进行欧姆加热。托卡马克是目前最成功的可控核聚变装置，“三重积”是磁镜的10000倍，仿星器的50倍。但离开可控核聚变的实现还有十几倍的差距，更重要的由于其复杂的磁场位形和控制，无论建造还是运行成本极其高昂。建造中的国际热核实验反应堆（ITER）500兆瓦功率输出，造价从最初方案100亿美元上升到200多亿美元。3、仿星器(stellarator)：等离子体是采用外部磁线圈产生的扭曲磁感线对内部运行的等离子体进行约束的，纵向磁场和极向磁场都完全由外部线圈提供，因此理论上它的运行可以没有等离子体电流。因此可以避免很多由于电流分布带来的不稳定性，这是它的一个主要优点。但目前约束效果远远差于托卡马克，同样由于其复杂的磁场位形，制造复杂，成本高昂。其他如反向场，场反位形，Z箍缩聚变尚不具备与托卡马克挑战的条件。因此，迫切需要一种磁约束有效，控制简单，特别是成本低廉的可控核聚变装置。
技术实现思路
本专利技术的目的就是针对上述技术问题，结合磁镜和托卡马克以及仿星器等环形磁约束装置的优点，提出一种磁约束有效、结构简单、成本低廉的一种哑铃状结构可控核聚变装置。本专利技术的技术方案是：一种哑铃状结构可控核聚变装置，其约束高温等离子体装置包括磁镜装置部分和环形磁约束装置部分，其特征在于磁镜装置部分位于约束高温等离子体装置的中间，磁镜装置部分为空心圆筒状结构的磁镜，或为多个单体柱状磁镜，并绕圆周均匀排列，环形磁约束装置部分位于约束高温等离子体装置的两端，磁镜装置部分和环形磁约束装置部分组合并使得高温等离子体连通成一体形成所述的哑铃状结构；所述磁镜装置部分和环形磁约束装置部分的外磁场均由外线圈的电流提供；环形磁约束装置部分的环向磁场强度大于磁镜装置部分的磁场强度，高温等离子体主要被约束在磁镜装置部分中，磁镜装置部分两个端口逸散的高温等离子体粒子被环形磁约束装置部分较强的环向磁场阻挡，在环形磁约束装置中绕行并不断被反射回磁镜；达到稳定运行状态时，环形磁约束装置部分的等离子体密度低于磁镜装置部分的等离子体密度并维持，可控核聚变反应主要在磁镜装置部分中进行。进一步的，上述磁镜装置部分具有中间弱、两端强的直磁场位形。进一步的，上述磁镜装置部分具有以中间弱、两端强的直磁场位形为主的准螺旋磁场位形。更进一步的，所述空心圆筒磁镜装置是在圆筒磁镜的圆柱大半径的外壁和圆柱小半径的内壁之间容纳高温等离子体。进一步的，所述各个柱状磁镜装置是在柱体内容纳高温等离子体。进一步的，呈环形状的磁约束装置部分可以是托卡马克，仿星器，反向场聚变装置中的一种；优选托卡马克。本专利技术的一种哑铃状结构可控核聚变装置与现有的可控核聚变技术相比有如下显著的优点：（1）主要约束为磁镜装置部分且无端口损失。本方法具有直磁镜装置磁场平直、结构简单、稳态运行、β值高、成本低的优点，同时防止了端口损失。通过两端环向磁场有效地阻挡了粒子的端口逸散，并且使得粒子在整个装置系统内形成了闭合轨道，实现了有效约束。（2）装置投资成本大幅低于现有的环形磁约束装置。本方法的成本降低主要通过两种途径实现。即一方面增大磁镜装置部分的体积；另一方面减小环形磁约束装置的等离子体密度。由于磁镜装置的长度在理论上没有限制，设置磁镜装置部分的等离子体体积比环形磁约束装置部分的等离子体体积大很多，这样就可以用低成本的磁镜装置约束大部分的等离子体。与单纯的托卡马克与仿星器相比，尽管本专利技术两端也有环形磁约束装置，但环形磁约束装置只起到端口阻塞的作用。同时设置环形磁约束装置磁场强度大于磁镜装置的磁场强度，其等离子体密度远远低于磁镜装置的等离子体密度，可以大幅度减少环形磁约束装置部分的成本。因此通过直线形为主与环形的组合，可控核聚变反应主要在磁镜装置中进行，大大降低了装置成本。举例来说，可以使得环形磁约束装置的等离子体平均密度比磁镜装置的等离子体平均密度小1~2个数量级，同时使得磁镜装置部分的等离子体体积比环形磁约束装置部分的等离子体体积大5~500倍。（3）进行可控核聚变反应的主要部分在磁镜装置，因此系统总体的磁场位形平直，稳定性强，控制简单，运行成本低。因此，本专利技术的一种哑铃状结构可控核聚变装置，兼具磁镜和托卡马克等环形磁约束组件的优点，是一种磁约束有效、结构简单、成本低廉的一种哑铃状结构可控核聚变装置。附图说明图1是中间为空心圆筒状结构磁镜两端为托卡马克的一种哑铃状结构可控核聚变装置结构示意图。图2是中间为多个绕圆周均匀排列的单体柱状磁镜两端为托卡马克的一种哑铃状结构可控核聚变装置结构示意图。图3是中间为开缺口的空心圆筒状结构磁镜两端为托卡马克的一种哑铃状结构可控核聚变装置结构示意图。附图标号如下：1、托卡马克；2、托卡马克环向场线圈；3、空心圆筒状磁镜；4、磁镜螺管线圈；5、额外线圈接头；6、柱状磁镜；7、缺口约束线圈磁镜端口增强线圈；8、开缺口的空心圆筒磁镜；9缺口约束线圈磁镜纵向约束线圈。具体实施方式下面结合附图通过实施例对本专利技术作进一步说明：实施例一：如图1所示，一种中间为空心圆筒状磁镜装置3，两端为托卡马克,1的哑铃状结构可控核聚变装置包括：两端部分的托卡马克1，环向磁场B，由环向场线圈2产生；中间部分的空心圆筒状磁镜3，空心圆筒状磁镜的磁场Bz由一对内外壁电流方向相反的磁镜螺管线圈4产生，装置的其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种哑铃状结构可控核聚变装置，其约束高温等离子体装置包括磁镜装置部分和环形磁约束装置部分，其特征在于磁镜装置部分位于约束高温等离子体装置的中间，磁镜装置部分为空心圆筒状结构的磁镜，或为多个单体柱状磁镜，并绕圆周均匀排列，环形磁约束装置部分位于约束高温等离子体装置的两端，磁镜装置部分和环形磁约束装置部分组合并使得高温等离子体连通成一体形成所述的哑铃状结构；所述磁镜装置部分和环形磁约束装置部分的外磁场均由外线圈的电流提供；环形磁约束装置部分的环向磁场强度大于磁镜装置部分的磁场强度，高温等离子体主要被约束在磁镜装置部分中，磁镜装置部分两个端口逸散的高温等离子体粒子被环形磁约束装置部分较强的环向磁场阻挡，在环形磁约束装置中绕行并不断被反射回磁镜；达到稳定运行状态时，环形磁约束装置部分的等离子体密度低于磁镜装置部分的等离子体密度并维持，可控核聚变反应主要在磁镜装置部分中进行。

【技术特征摘要】
1.一种哑铃状结构可控核聚变装置，其约束高温等离子体装置包括磁镜装置部分和环形磁约束装置部分，其特征在于磁镜装置部分位于约束高温等离子体装置的中间，磁镜装置部分为空心圆筒状结构的磁镜，或为多个单体柱状磁镜，并绕圆周均匀排列，环形磁约束装置部分位于约束高温等离子体装置的两端，磁镜装置部分和环形磁约束装置部分组合并使得高温等离子体连通成一体形成所述的哑铃状结构；所述磁镜装置部分和环形磁约束装置部分的外磁场均由外线圈的电流提供；环形磁约束装置部分的环向磁场强度大于磁镜装置部分的磁场强度，高温等离子体主要被约束在磁镜装置部分中，磁镜装置部分两个端口逸散的高温等离子体粒子被环形磁约束装置部分较强的环向磁场阻挡，在环形磁约束装置中绕行并不断被反射回磁镜；达到稳定运行状态时，环形磁约束装置部分的等离子体密度低于磁镜装置部分的等离...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙旭阳，
申请(专利权)人：孙旭阳，
类型：发明
国别省市：浙江,33