[其他]應用激光磁壓縮反射的受控核聚變方法

在審

• 申請號: 101987000003025
• 申請日: 1987-08-01
• 公開（公告）號: CN1003893B
• 公開（公告）日: 1989-04-12
• 發明（設計）人: 陳達遠
• 申請（專利權）人: 陳達遠
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明是在大功率激光（１０^10-12瓦、１０ｎｓ）對熱核燃料作用的條件下，用“角向快收縮”原理對激光產生的等離子體進行較長時間約束（最大磁強為８２千高斯，最大電流為１６４０千安，約束時間約為１２微秒），并且用激光反射層，＇彎晶體＇和石墨等組成的特殊反射層來進行的熱核反應。核燃料總的轉化率為１－４％。

本方法屬受控核聚變領域。激光具有異常高的簡并度，在同一個量子態的情況下，具有多達10¹⁷個光子，其量的變化引起了質的飛躍。表現在：第一、激光的方向性強，亮度高，能在直徑為百之幾或千分之幾毫米的范圍內產生幾百萬度以上的高溫……;第五，高簡并度電磁場的場強可以遠遠超過原子、分子內部庫侖場的場強。這種強激光與物質的相互作用，導致了倍頻、和頻、差頻等許多新的物理現象。（摘自程守洙、江之水主編的‘普通物理’第三冊336頁）。

由基本粒子理論，光子參與電磁相互作用，輕子也參與電磁相互作用，它們的行為由電磁相互作用和弱相互作用所決定，強相互作用粒子也參與電磁相互作用和弱相互作用。由以上兩點，說明激光具有對原子和原子核的強電磁作用（且具有一定的選擇性），從而使原子核處于某種‘激發態’，而強相互作用的粒子又參加了處于‘激發態’的電磁相互作用。即輕子（0⁺、1等）的核處于某種‘激發態’。用另一種方法論述：光子（r）頻率與核子振動頻率相近時，光子有可能與原子核形成“共振”，從而使原子核不穩定，在核子相互作用（碰撞）時，有可能重新組合而發生核反應，同時放出能量（指熱核反應）。這種‘激發態’的核子所需的r光子可用激光產生，自由電子的軔致輻射產生，也可以由核反應本身而產生，還可能由激光的間接作用而派生出來（即入射具有一定頻率的光子，而反射的光子可能是另一些頻率的）。這些現象在阿·卡·別爾金（蘇聯）、張禮（中國）等作的‘低能光核過程’一書中叫‘光核過程’或叫‘光核反應’。

本發明認為：在激光作用下的熱核反應，首先形成高溫等離子體，進一步吸收光能，產生很大的壓強（約10⁸個大氣壓），對熱核燃料進行壓縮（可以看作勢能提高，持續時間達10ns，密度達固體的一千倍以上）。再進一步獲得能量（電子或光子提供）。核子被‘激發’和高速運動，發生熱核反應而膨脹，很快擴散。這個過程，大約以第10ns至50ns反應速度最快，從50ns至100ns而逐漸減弱，至停止反應。

由于擴散，有限的‘有效碰撞’銳減，從而終止反應，大部分（百分之90以上的）核燃料未反應。當然，輸出的各種能量也很少（產生10^5-7個中子-對1000焦爾的脈沖激光器而言）。

就1982年7月美國公布的‘希瓦’和‘諾瓦’激光打靶裝置而言：功率達2×10¹³瓦，作用時間為10^-10秒，輸入能量達幾千焦爾。雖然約達到了‘勞森條件’，但是，它存在著核燃料轉化低（不到1%）敏光效率低（不到1%），設備龐大，價格昂貴。幾乎談不上‘重復頻率’，不能持續再反應，產生的能量是爆炸式的，因而是一種沒有實際經濟意義的反應。世界上所有的國家幾乎都是這種類似情況。

如何提高熱核燃料的轉換率？如何出現一定的‘重復頻率’呢？這問題歸咎于減慢它的膨脹速度，較長時間維持其高密度和高溫，獲得更多的能量輸出，首先用的方法是人們長期研究的“等離子體物理學與受控熱核反應”。

等離體的理論和方法在蘇聯科學院原子能研究所編的“等離子體物理與受控熱核反應問題”和J.C林哈脫著的“等離子體物理學”，及美國的雪伍德方案中，以及其它有關文獻和資料中均有論述。

總的來說，是等離子體在外磁場的壓力下收縮，從而產生高溫（幾百萬度以上），高密度（10^16-17個/立方厘米），時間以微秒計。在六萬焦爾的角向收縮裝置中的熱核反應中子數僅達10⁵個，關于其它的磁壓縮裝置中，反應時間可達1秒，但是密度仍很低（10¹⁰個/cm³以下），溫度也只有幾十電子伏特，總的來說磁壓縮裝置的密度很低，反應離‘勞森條件’還差很遠。