本发明专利技术描述了激光惯性约束聚变裂变能发电站。聚变裂变混合系统利用惯性约束聚变以由氘和氚的聚变反应产生中子。聚变中子驱动可裂变的或能产生裂变物质的燃料的亚临界再生区。循环通过燃料的冷却剂提取燃料的热用于发电。惰性约束聚变反应可以利用中心热斑或快点火聚变和直接或间接驱动来实现。聚变中子导致燃料在裂变再生区中超深度燃尽，从而使得核废料能够燃烧。燃料包括贫化铀、天然铀、浓缩铀、乏核燃料、钍和武器级钚。ＬＩＦＥ热机以安全和可持续方式满足世界范围的电力需求，同时显著缩减极不可取的贫化铀、乏核燃料和多余武器级材料的储存。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
能源信息局和当前的政府间气候变化专门委员会(IPCC)的设计方案预测全球电 力需求从目前约2太瓦级电功率(TWe)翻番到2030年的4TWe，并且至2100年可能达到 S-IOTffe0他们还预测将来30-50年，电力生产需求的大部分将通过矿物燃料，典型地有煤 和天然气来提供。当今，煤提供全球电能的41%，并且预测至2030年将提供45%。另外， IPCC的最新报告已经表明人为来源的CO2排放到大气中对行星地球的气候产生显著影响的 可能性达90%。“一切正常(Business as usual) ”基线设想表明，到2050年的CO2排放量 能够达到目前水平的约2. 5倍。能源的新技术和替代来源对于满足发达国家和发展中国家 的日益增长的能源需求前所未有地必不可少，而且同时要努力稳定和降低大气中的CO2浓度并减缓伴随的气候变化。核能是一种无碳排放能源，自20世纪50年代起已经是全球能源生产的重要组成 部分，目前占全球电力生产的约16%，并且理论上这个份额还会增长。但是，有几个因素使 得其难以长期可持续增长。这些因素包括核燃料循环造成的核材料技术和扩散的风险； 需要埋在深地质处置库的长寿命放射性核废料的产生；当前对一次通过开放式核燃料循环 的依赖；以及低成本、低碳足迹铀矿的可得性。仅在美国，核反应堆已产生超过55，000吨 (MT)的乏核燃料(SNF)。在不久的将来，美国将有足够填满亚卡山废料地质处置库的至其 70，000ΜΤ法定限额的乏核燃料。聚变是用于将来发电的具有吸引力的能源选择，目前存在两种主要的开发聚变发 电装置的方法。在第一种方法中，惯性约束聚变(ICF)使用激光、重离子束、冲击点火、脉冲 点火、脉冲功率或其它技术快速压缩含有氢同位素，通常为氘(D)和氚(T)的混合物丸。随 着丸半径减小和DT气体的密度和温度增加，DT聚变反应在压缩的丸中心的一个小点引发。 这些DT聚变反应产生α粒子和14. IMeV的中子。聚变燃烧从该点向前传播，产生明显的 能量增益。第二种方法磁聚变能源(MFE)利用强磁场约束DT等离子体并生成维持燃烧的 等离子体和产生所需的条件。在加州利弗莫尔劳伦斯利弗莫尔国家实验室(LLNL)正在开发用于惯性约束聚变 的重要技术主要是国家点火装置(NIF)。在LLNL，为实现热核聚变点火和燃烧所设计的基 于激光的惯性约束聚变项目利用1至1. 3MJ的激光能。预计聚变产额为大约10至20MJ。 如果单聚变技术用于成本节约的发电，预期在中心热斑聚变装置中需要超过200MJ的聚变 产额。因此，意义重大的技术挑战仍然是如何实现以纯惯性约束聚变能源为动力的经济。在20世纪50年代，Andrei Sakharov讨论了其中聚变反应产生中子用于裂变热 机的聚变裂变热机的想法。在20世纪70和80年代，Hans Bethe和Nikolai Basov如世 界上很多其它研究组一样发展了他的想法。这些研究中的一些专注在使用聚变中子以产生 快速核反应堆的燃料，但是Basov和其它人讨论了使用激光驱动的聚变靶驱动裂变再生区 以产生商业电力的可能性。还有很多提议使用加速器产生中子，而中子然后可以用于嬗变 核废料和发电。但是聚变裂变热机没有超出概念阶段。例如，LLNL在20世纪70年代调研 了基于ICF的聚变裂变混合堆的概念性构思。例如参见1976年7月13-16日由劳伦斯利 弗莫尔实验室主办的“US-USSR Symposium onFusion-Fission Reactors”。但是，目前一代 的使能技术，包括计算设计工具、光学材料、二极管抽运固态激光器和高燃尽三维结构各向 同性(TRISO)燃料，需要将这些概念性想法付诸实现。类似地，基于加速器的方案也并未明 显超出概念，部分是因为完整的核燃料循环，包括铀浓缩和核废料再处理，仍需要产生经济 型电力。结果，那些系统的效率和成本相对于核废料嬗变的收益是价格过高的。其它考虑聚变裂变混合堆的早期出版物典型地有如下文章Hans A. Bethe, The Fusion Hybrid, Physics Today 32(5)44(1979) ；A.P.Barzilov, A.V.Gulevich, A.V.Zrodnikov, 0.F.Kukharchuk, V.B.Polevoy(Institute for Physics&Power Engineering,1, Bondarenko Sq. , Obninsk, Russia 249020)在会议 Proc. Intern. Conf. SOFE' 95,1995 上发表的 Concept of a Coupled Blanket Systemfor the Hybrid Fission-Fusion Reactor ； 以 及 Α.P. Barzilov, Α.V. Gulevich, 0.F.Kukharchuk 禾口 Α.V. Zrodnikov(Institute of Physics&Power Engineering, Obninsk 249020 RUSSIA,Technical PhysicsLaboratory)的文章 Hybrid Fission-Fusion Reactor Initiated by aLaser,Copyright 1997-2000,(http://www, ippe. obninsk. ruipodr/tp1/pub/html/l/rehla. html)。 II .
技术实现思路
我们已经审查激光惯性约束聚变裂变能量(文中常称为LIFE)电站在2030年前 引入美国经济的方案。目前，美国的贫化铀(DU)供应量大约为550000吨。如果如本文所 述在LIFE热机中燃烧，这将产生大约550TWe年的电力。如果美国总电力需求到2100年 达到约2TWe的估计准确，则单DU的当前储备即可供应美国总电力需求将近300年。另 外，聚变和裂变组合提供的显著优势在于LIFE热机可以燃烧现有和将来来自轻水反应堆 (LffR)的乏核燃料(SNF)库存。当前，仅在美国，目前在反应堆临时储存地的SNF库存为大 约 55000MT。在该方案中，我们假定在2035年后不建立轻水反应堆(LWR)或先进LWR，并且最 后一个LWR在达到其60年的使用寿命之后将在2095年关闭。我们假设从2030年起，LIFE 电站以每年5至10座的速度建立，然后开始燃烧未经再处理的SNF。到那时，仅在美国积累 的SNF总共约为110000MT，并且在2095年最后一个LWR停产时将增长到约190000MT。贫 化铀(DU)将增长到约1500000MT。随着LIFE技术发展，亚卡山的SNF将成为巨大的能源资源。现有核设施的废料流 (DU、SNF)可以为LIFE提供燃料超过1000年。来自LWR的现有SNF可供应75TWe年，预测 这是从现在到2100年全美国的电力需求量。到本世纪末积累的SNF可在2100年之后再满 足美国的电力需求一百年(2 2. 5TWe)。DU可供应超过2TWe的电力又一个千年。LIFE将 延长美国地质处置区的使用寿命，并且假设是一次通过式燃料循环，仅需要如相当本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚变裂变热机，包括：具有中子聚变源的室；在所述室的至少部分周围用于容纳材料的燃料区域，其中来自所述聚变源的中子被引入所述材料中以将其转化为不同原子重量的元素；与所述材料耦合并从中提取热的冷却剂；和其中所述材料被引入燃料区域，并且所述材料在被中子轰击以增殖到更高原子数的元素然后裂变为更低原子数的元素时，一般保持在所述区域中。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：爱德华I莫塞斯，托马斯迪亚兹德拉鲁比亚，杰弗里F拉特科夫斯基，约瑟夫C法尔梅，埃里克P斯托姆，赖恩P阿博特，凯文J克拉默，
申请(专利权)人：劳伦斯利弗莫尔国家安全有限责任公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]
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