核聚变装置及方法制造方法及图纸

一种聚变反应器具有维持深真空的真空室。第一离子束及第二离子束在活性空间内依次沿着第一路径及第二路径定向。在每一个别离子束的每一路径内的点，每一离子束具有每一离子束内的离子的基本均匀能量及具有每一离子束内的离子的基本均匀速度矢量。所述第一离子束及所述第二离子束在所述活性空间中的反应区内实质相互正面碰撞，而所述第一离子束的离子的能量与所述第二离子束的离子的能量的比等于各自的离子质量的反比。所述第一离子束及所述第二离子束的散射离子的能量被回收，而且冷离子从所述活性空间排空。子从所述活性空间排空。子从所述活性空间排空。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】核聚变装置及方法
[0001]本申请对标题皆为“核聚变装置”、于2020年4月23日提交的“63/014,405号美国临时专利申请”(U.S.Provisional Application No.63/014,405)以及于2020年9月30日提交的“63/085,157号美国临时专利申请”(U.S.Provisional Application No.63/085,157)提出优先权要求，而且通过引用将所述美国临时专利申请并入本申请。


[0002]本文中描述的实施例一般涉及核聚变，尤其涉及促进本会由于离子弹性散射而耗损的的能量的回收的装置及相关方法。

技术介绍

[0003]当某种的两个离子以足以克服库仑排斥力的能量相互碰撞，而且以大约10
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14
m(比原子还小大约10,000倍)的距离相互趋近时，核聚变反应发生。因此，所需的动能比典型的化学能大大约10,000倍。所需的能量为数十或数百keV(kilo
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electron
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volts)(千电子伏特)，或相当于温度标尺上数以百计或百万计的Kelvins(开尔文)。
[0004]大多数聚变试验试图将等离子体加热至所需温度，以便让随机离子碰撞导致聚变反应。所述涉及的高温需要等离子体的约束(磁约束、惯性约束、静电约束、或彼等之结合)，以保护装置免受内部热等离子体的损害。约束及维持热等离子体是一项尚未导致受控可持续聚变反应的艰巨任务。一种替代方法是通过电势加速离子，这种替代方法只需数十或数百kV(千伏)的中等电压。然而，以下评论的某些基本障碍被认为会在此类“运动学的”布置中阻止净能量增益。在目前的语境中，术语“运动学的”是指不处于热平衡的(即“非热能的”)、而且涉及具有大于环境温度的能量的粒子的系统。
[0005]一个为什么运动学的方式行不通的示例通常是考虑荷能离子束撞击固体靶。由于与所述靶中的原子之间的平方距离相比，聚变截面太小(大约小10,0002倍)，典型的离子将需横越许多原子层，直到其有机会撞击原子核为止。这种离子将与短得多的距离处由所述靶中的电子停止。
[0006]即使是在没有电子存在的构型中，快离子有更大的机会足够接近地撞击另一离子以便弹性散射，但不是正面碰撞而导致聚变。弹性散射的所述离子将它们的动能重新分布在它们之间，引起级联过程而迅速导致热能化，即：初始能量损失予热能。热能化只有两种可能的结果：(i)热能导致总体温度足以维持聚变，将所述装置引入等离子约束装置类别(此处未讨论)；或(ii)所述温度低于聚变温度，而在这种情况下，由于热力学定律，所述损失予热能的能量完全无法回收，因而阻止净能量增益。换句话说，除非形成非常热的等离子体，必须花费比由极少数聚变成功的离子产生的任何增益多得多的能量，对未能聚变成功的离子进行加速。
[0007]另一示例为聚变反应器装置
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一种利用静电势来实现聚变反应的最简单装置，虽然其到目前为止，尚未证明有净正增益。
[0008]值得注意的是，实现聚变的任务并不困难；聚变反应器是一种可以在家或在车库
里建造的简单装置。聚变反应器在商业上作为中子源使用。困难而仍未解决的任务是进行可通过净能量增益自我供给的可持续聚变反应。典型聚变反应器装置中的能量耗损，比所产生的聚变能量大五个数量级。
[0009]典型聚变反应器装置不属于运动聚变方法类别。相反地，聚变反应器装置更正确地归类为“惯性静电约束”(Inertial Electrostatic Confinement,IEC)装置
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一种还是使用由静电场(而不是磁场)屏蔽外部设备的热等离子体的装置。聚变反应器是“惯性静电约束”(IEC)装置的原因是，它们共享相同的能量热能化基本通道。当所述聚变反应器装置中的离子从外壁向中心飞时，这些离子由静电偏置加速。在中心，所述离子的平均动能足够大，可经受聚变。当到达中心时，从外壁向中心加速的两个冷离子具有相同的能量。它们有机会相互碰撞及引起聚变，但它们也有更大的机会弹性散射以及将它们的能量重新分布在它们之间。
[0010]当两个粒子弹性散射时，它们通常会重新分布它们的能量。即使对于具有相同初始能量的相同粒子也是如此，这可以在台球桌上直观到：例如，两个具有相同速度的相同台球有可能以“其中一个停下来，另一个以双倍的能量飞开”的方式碰撞。所述过程正好与一台球撞击一静止的台球相反。由弹性散射引起的能量重新分布导致热能化。
[0011]相同的基本障碍适用于其他试图通过加速离子束来实现可持续聚变的构型。除了经常引述的、因内部静电压力引起的离子束散焦问题之外，相同的过程造成的弹性散射开来、带走它们的能量的离子的数目，比导致聚变、阻止净能量增益的少数几个离子的数目多得多。

技术实现思路

[0012]在一个创新方面，一种聚变反应器具有维持深真空的真空室。第一离子束及第二离子束在活性空间内依次沿着第一路径及第二路径定向。在每一个别离子束的每一路径内的点，每一离子束具有每一离子束内的离子的基本均匀能量及具有每一离子束内的离子的基本均匀速度矢量。所述第一离子束及所述第二离子束在所述活性空间中的反应区内实质相互正面碰撞，而所述第一离子束的离子的能量与所述第二离子束的离子的能量的比等于各自的离子质量的反比。所述第一离子束及所述第二离子束的散射离子的能量被回收，而且冷离子从所述活性空间排空。
[0013]另一个创新方面是针对核聚变反应器，该反应器包括真空室，所述真空室界定内部，并用于维持所述内部中的深真空。所述反应器进一步包括至少一个离子注入口、离子激励电路以及所述内部内的活性空间。所述活性空间包括离子束聚焦装置，该离子束聚焦装置包括多个电极，所述多个电极布置成使得第一离子束及第二离子束在每一个别离子束的每一路径内的点，具有每一离子束内的离子的基本均匀能量及具有每一离子束内的离子的基本均匀速度矢量，以及在所述活性空间中的反应区内实质相互正面碰撞。每一离子束通过所述至少一个离子注入口获得，而所述第一离子束的离子的能量与所述第二离子束的离子的能量的比等于各自的离子质量的反比。
[0014]第一能量回收电极与所述离子激励电路耦合，而且根据所述第一离子束的电荷及能量正向偏置。所述第一能量回收电极用于所述第一离子束的散射离子的动能转移到所述离子激励电路，从而产生待从所述活性空间排空的冷离子。
附图说明
[0015]结合附图考虑以下有关本专利技术的各个实施例的详细描述，当可更全面地理解本专利技术。
[0016]图1为一简化原理图，其显示根据一些实施例的示例性核聚变装置的一部份，该示例性核聚变装置的进一步细节在下述附图中显示。
[0017]图2为一简化原理图，其显示根据第一类实施例的核聚变装置的一些示例性方面，在该第一类实施例中，离子束沿着主轴线朝向反应区。
[0018]图3为一简化原理图，其显示根据一些实施例的核聚变装置，在所述一些实施例中，离子储存环被布置成在反应区中以180
°...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种核聚变反应器，包括：界定内部的真空室，所述真空室用于维持所述内部中的深真空；至少一个离子注入口；离子激励电路；所述内部中的活性空间，所述活性空间包括离子束聚焦装置，所述离子束聚焦装置包括多个电极，这些电极布置成引导第一离子束及第二离子束在每一离子束中具有基本均匀能量的离子，以及在每一相应的离子束的每一路径内的点具有基本均匀的速度矢量，并在所述活性空间中的反应区内实质上相互正面碰撞，其中每一离子束通过所述至少一个离子注入口获得，其中所述第一离子束的离子能量与所述第二离子束的离子能量的比等于各自离子质量的反比，以及其中所述多个电极与所述离子激励电路耦合；第一能量回收电极，与所述离子激励电路耦合，所述第一能量回收电极根据所述第一离子束的电荷及能量正向偏置，并用于将所述第一离子束的散射离子的动能传递到所述离子激励电路，从而产生待从所述活性空间排空的冷离子。2.如权利要求1中所述的核聚变反应器，其中所述第一能量回收电极位于所述活性空间内。3.如权利要求1中所述的核聚变反应器，其中所述第一能量回收电极与所述活性空间共同延伸。4.如权利要求1中所述的核聚变反应器，其中所述第一能量回收电极包括离子渗透结构以允许所述冷离子通过所述第一能量回收电极。5.如权利要求1中所述的核聚变反应器，其中所述第一能量回收电极包括离子吸收材料。6.如权利要求1中所述的核聚变反应器，其中所述第一能量回收电极布置使得所散射的离子以与所述第一能量回收电极正交的角度撞击所述第一能量回收电极。7.如权利要求1中所述的核聚变反应器，其中第一能量回收电极根据所述第一离子束及所述第二离子束的电荷及能量正向偏置。8.如权利要求1中所述的核聚变反应器，进一步包括：与所述离子激励电路耦合的第二能量回收电极，所述第二能量回收电极根据所述第二离子束的电荷及能量正向偏置，并用于将所述第二离子束的散射离子的能量传递到所述离子激励电路，从而产生待从所述活性空间排空的冷离子。9.如权利要求1中所述的核聚变反应器，进一步包括：冷离子排空系统，用于从所述活性空间移除冷离子。10.如权利要求9中所述的核聚变反应器，其中所述冷离子排空系统包括至少一个负向偏置的俘获电极。11.如权利要求10中所述的核聚变反应器，其中所述至少一个负向偏置俘获电极包括至少一个钯电极。12.如权利要求1中所述的核聚变反应器，其中所述离子束聚焦装置进一步包括至少一个磁场源，所述至少一个磁场源用于将所述第一离子束或所述第二离子束弯曲。13.如权利要求1中所述的核聚变反应器，进一步包括：至少一个离子收集口用于接收所述第一离子束或所述第二离子束的离子，以及促成这
些接收到的离子的重新激励。14.如权利要求13中所述的核聚变反应器，其中所述至少一个离子收集口与所述至少一个离子注入口位于相同位置。15.如权利要求13中所述的核聚变反应器，其中所述至少一个离子收集口位于远离所述至少一个离子注入口的位置。16.如权利要求1中所述的核聚变反应器，进一步包括：位于靠近所述反应区的加速电极，其中所述加速电极负向偏置并用于使所述第一离子束及所述第二离子束向所述反应区加速，以及在所述第一离子束及所述第二离子束的非碰撞离子经过所述反应区时使所述非碰撞离子减速。17.如权利要求1中所述的核聚变反应器，其中所述活性空间的形状为球形。18.如权利要求1中所述的核聚变反应器，其中所述离子束聚焦装置包括电场或磁场，以便使所述第一离子束及所述第二离子束沿着相应成圈路径定向。19.如权利要求18中所述的核聚变反应器，其中所述离子束聚焦装置建立所述第一离子束及所述第二离子束中的每一离子束各自的成圈路径，所述成圈路径位于所述活性空间内及所述活性空间外，并在所述活性空间内携带热离子及在所述活性空间外携带冷离子。20.如权利要求18中所述的核聚变反应器，其中所述离子束聚焦装置建立所述第一离子束及所述第二离子束中的每一离子束各自的成圈路径，所述成圈路径位于所述活性空间内。21.如权利要求1中所述的核聚变反应器，其中所述离子束聚焦装置包括电场或磁场，以便使所述第一离子束及所述第二离子...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶夫根尼，
申请(专利权)人：叶夫根尼，
类型：发明
国别省市：