一种新型核聚变能量约束装置的制作方法

1.本发明涉及核工业技术领域，具体是指一种新型核聚变能量约束装置。


背景技术：

2.核聚变又称核融合、融合反应、聚变反应或热核反应，在此类聚变反应中，两个轻量的原子核聚合形成一个更重的原子核，同时释放大量的能量。传统的核聚变方案人类从概念提出到现在的研发进程已经70多年了，可还是迟迟不能商用，主要原因是传统的核聚变约束方案大多采用托卡马克全方位磁笼约束方案，就是用强大的能量产生强大的磁场，再用这个强大的磁场对内部的高温等离子体进行软性约束，这样的磁约束方案虽然在一定程度上解决了大量高温等离子体的热量和辐射直接对内部保护层的灼烧。但这个磁场只对带电粒子起约束作用，对于高温等离子体中的部分不显电性的粒子，比如中子等，还是会肆无忌惮的直接对内部的保护层进行辐射、轰击，这样的轰击很快就会把这个保护层攻击损坏到需要更换，从而使之不能长时间连续工作，以至于现在全世界最先进的聚变实践在上亿度高温的运行环境上也才做到百秒的运行时长。而且制造强大的磁场就需要用到强大且昂贵的超导磁场线圈，耗费强大的能量，还需要用到高真空的环境才能运作，这样就会大大增加这个工程量，增加工程复杂程度和大量增加输入能耗比，因此，亟需一种新型核聚变能量约束装置来解决上述问题。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题是克服以上技术问题，提供一种简约、常规、安全、能耗低的一种新型核聚变能量约束装置。
4.为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种新型核聚变能量约束装置，包括聚变堆外腔体，所述聚变堆外腔体上连接设有聚变堆顶盖，所述聚变堆顶盖内部设置有磁能约束线圈，所述聚变堆顶盖上部设置有若干个高能激光点火器和聚变燃料输送系统，所述聚变堆外腔体内连接设有内腔体支撑旋转轴，所述内腔体支撑旋转轴上旋转连接设有聚变堆内腔体，所述聚变堆顶盖下方连接设有若干内腔体旋转动力马达，所述内腔体旋转动力马达的输出端连接设有转轴，所述转轴上连接设有旋转动力输入齿轮，所述聚变堆内腔体顶部设有内腔体受动力齿轮带，所述内腔体受动力齿轮带与旋转动力输入齿轮啮合使用，所述聚变堆内腔体内在整个装置运行之后会在聚变堆中心区形成一个u型空心区和等离子球体，所述聚变堆内腔体上均匀设有若干特斯拉单向导流阀，所述聚变堆内腔体上均匀连接设有若干内腔体桨叶，所述聚变堆外腔体和聚变堆内腔体内均设有高温导流液，所述聚变堆外腔体上均匀设有若干高温导流液引出口，所述高温导流液引出口上均连接设有高温导流液引出管道，所述高温导流液引出管道上依次连接设有高温导流液增压泵、中子吸附系统和蒸汽发电系统，所述蒸汽发电系统上连接设有低温耐压防漏防辐射管路，所述低温耐压防漏防辐射管路另一端与聚变堆顶盖上面的若干液体输入口连接，所述低温耐压防漏防辐射管路上连接设有低温导流液增压泵，所述蒸汽发电系统上电性连接设
有配电系统及控制系统。
5.作为改进，所述聚变堆外腔体上连接设有聚变堆支架。
6.作为改进，所述内腔体支撑旋转轴与聚变堆内腔体连接处连接设有连接轴承。
7.作为改进，所述内腔体旋转动力马达外设有保护罩。
8.作为改进，所述转轴上连接设有一级磁悬浮密封固定轴承和二级密封固定轴承。
9.作为改进，所述内腔体桨叶包括内层桨叶和外层桨叶，所述内层桨叶的朝向与内腔体旋转切线方向呈60度至80度角，所述外层桨叶的朝向与内腔体旋转切线方向呈100度至120度角。
10.作为改进，所述高能激光点火器可以发出高能激光束。
11.作为改进，所述聚变燃料输送系统设有燃料输入管道，所述燃料输入管道深入聚变堆内腔体内。
12.采用以上结构后，本发明具有以下优点：本发明结构简单，设计合理，相比现有技术，该方案减少了70％的磁场作用面积，因此可以从能耗方面就直接减少了70％的线圈能耗，进而减少了磁场线圈材料的采用量，不受传统的托卡马克磁笼需要真空环境制约，大大的减少了工程投入，这样也便于整个系统的小型化，利于商业化，高温导流液的设置，可以对内部保护层进行覆盖保护，最大化的减少内部保护层的更换次数，高温导流液引出管道、高温导流液增压泵、低温耐压防漏防辐射管路和低温导流液增压泵的配合使用，使得高温导流液形成液流循环，就形成了一个吸能、导热、散热、发电的主要聚变发电工作过程，实用性更好。
附图说明
13.图1是本发明一种新型核聚变能量约束装置的结构示意图。
14.图2是本发明一种新型核聚变能量约束装置的剖视图。
15.图3是图2中a部分放大结构示意图。
16.图4是图2中b部分放大结构示意图。
17.图5是本发明一种新型核聚变能量约束装置中聚变堆外腔体和聚变堆内腔体的俯视剖视图。
18.图6是传统托卡马克约束方案与本方案对比示意图。
19.如图所示：1、聚变堆外腔体；2、聚变堆顶盖；3、内腔体支撑旋转轴；4、聚变堆内腔体；5、内腔体旋转动力马达；6、转轴；7、旋转动力输入齿轮；8、内腔体受动力齿轮带；9、磁能约束线圈；10、等离子球体；11、高能激光点火器；12、u型空心区；13、特斯拉单向导流阀；14、内腔体桨叶；15、高温导流液；16、高温导流液引出口；17、高温导流液引出管道；18、高温导流液增压泵；19、中子吸附系统；20、蒸汽发电系统；21、低温耐压防漏防辐射管路；22、低温导流液增压泵；23、配电系统及控制系统；24、聚变燃料输送系统；25、聚变堆支架；26、连接轴承；27、保护罩；28、一级磁悬浮密封固定轴承；29、二级密封固定轴承；30、内层桨叶；31、外层桨叶；32、高能激光束；33、燃料输入管道。
具体实施方式
20.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“内”、“外”、“中心”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
21.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设有”、“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如、可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体式连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
22.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
23.结合附图1-6，一种新型核聚变能量约束装置，包括聚变堆外腔体1，所述聚变堆外腔体1上连接设有聚变堆顶盖2，所述聚变堆顶盖2内部设置有磁能约束线圈9，所述聚变堆顶盖2上部设置有若干个高能激光点火器11和聚变燃料输送系统24，所述聚变堆外腔体1内连接设有内腔体支撑旋转轴3，所述内腔体支撑旋转轴3上旋转连接设有聚变堆内腔体4，所述聚变堆顶盖2下方连接设有若干内腔体旋转动力马达5，所述内腔体旋转动力马达5的输出端连接设有转轴6，所述转轴6上连接设有旋转动力输入齿轮7，所述聚变堆内腔体4顶部设有内腔体受动力齿轮带8，所述内腔体受动力齿轮带8与旋转动力输入齿轮7啮合使用，所述聚变堆内腔体4内在整个装置运行之后会在聚变堆中心区形成一个u型空心区12和等离子球体10，所述聚变堆内腔体4上均匀设有若干特斯拉单向导流阀13，所述聚变堆内腔体4上均匀连接设有若干内腔体桨叶14，所述聚变堆外腔体1和聚变堆内腔体4内均设有高温导流液15，所述聚变堆外腔体1上均匀设有若干高温导流液引出口16，所述高温导流液引出口16上均连接设有高温导流液引出管道17，所述高温导流液引出管道17上依次连接设有高温导流液增压泵18、中子吸附系统19和蒸汽发电系统20，所述蒸汽发电系统20上连接设有低温耐压防漏防辐射管路21，所述低温耐压防漏防辐射管路21另一端与聚变堆顶盖2上面的若干液体输入口连接，所述低温耐压防漏防辐射管路21上连接设有低温导流液增压泵22，所述蒸汽发电系统20上电性连接设有配电系统及控制系统23。
24.所述聚变堆外腔体1上连接设有聚变堆支架25，所述内腔体支撑旋转轴3与聚变堆内腔体4连接处连接设有连接轴承26，所述内腔体旋转动力马达5外设有保护罩27，所述转轴6上连接设有一级磁悬浮密封固定轴承28和二级密封固定轴承29，：所述内腔体桨叶14包括内层桨叶30和外层桨叶31，所述内层桨叶30的朝向与内腔体旋转切线方向呈60度至80度角，所述外层桨叶31的朝向与内腔体旋转切线方向呈100度至120度角，所述高能激光点火器11可以发出高能激光束32，所述聚变燃料输送系统24设有燃料输入管道33，所述燃料输入管道33深入聚变堆内腔体4内。
25.本技术方案是把传统的核聚变堆的全方位(3d结构)磁笼约束结构改为只有上面的位置(2d结构)采用原来的磁笼线圈结构，如图6，其余的位置结构体全部改为用高温导流液15完全包裹覆盖方式，也就是两种方式融合，取长补短，形成一个全新的包裹结构约束方案，从而实现对高温等离子体的隔离，约束以及能量传递利用等一系列的控制。整个新型核聚变能量约束装置聚变堆支架25如有需要可以做多个立柱设计，整体固定于地面上，本方案为了方便描述与画图采用双立柱结构，但实际应用设计至少要用到三个以上的立柱结构才会比较稳定，整个聚变堆外腔体1位于外围聚变堆支架25的中间部位，外围聚变堆支架25
立柱的顶端往上延伸，用于连接支撑聚变堆顶盖2以及上面的一些附加设备系统，例如高能激光点火器11和聚变燃料输送系统24，处于上面部分的磁能约束线圈9必须几乎覆盖贯穿整个上面部分聚变堆顶盖2盖体内部空余结构，其主要用于对处于上面这一部分的设备进行防幅射，隔热保护等，设置于顶部的设备主要为高能激光点火器11，聚变燃料输送系统24，磁能约束线圈9，以及其他一些配套设施。高能激光点火器11主要是实现让聚变燃料达到聚变反应所需要的特高温度等基本条件，其他一些配套设施包括但不限于聚变燃料输送系统24及一些相关测温测压，排压等系统，高温导流液15要选用高标号那种合成的高温导热油(初步计划它的沸点起码要设置在800度以上)，这样才更利于和尽量安全地把内部的热量传导出来，为了保证最大化的传热效能，需要把聚变系统内的高温导流液15的温度控制在这个液体沸点以下，并严格控制内腔的旋转速度。在整个装置静止的时候是不存在有u型空心区12的，更不会产生等离子球体10，只有当聚变堆内腔体4旋转的时候，且内部已经注入合适高温导流液15的时候才会在聚变堆中心区域形成这个u型空心区12，有了这个u型空心区12之后，才可以将聚变燃料输送系统24内置的燃料通过燃料输入管道33输送到u型空心区12内部的一个中心点火点，这时再启动外部的高能激光点火器11，产生高能激光束32集束照射这个点火点里面的氘氚燃料，使之达到聚变所需要的高温条件之一，由于整个回路特别是聚变堆外层是高密封性的，不能存在泄漏，这样当这个聚变堆运行的时候，内部的高温等离子体会灼烧一部分内部液体产生一定量的气体物质，在聚变堆内几千万度高温以上的环境下，还会产生一些不可预见的物体形成，这一类物质又会增加一定量聚变程度，也就是会增加一部分的能量释放，这个能量与原有的聚变能量叠加可能很快会使内部的压力快速形成一个较高的压力，因为应对这个瞬时较高的压力的产生，我们不得不把这个聚变堆外壳设计做得足够坚固，足够厚度，这样才能抵抗这个能量的压力释放，做足安全性，其实这样较高的压力也更利于这个核聚变反应的形成，从而更利于我们去利用这个聚变能量。
26.本发明的工作原理：启动内腔体旋转动力马达5，带动转轴6旋转，通过一级磁悬浮密封固定轴承28和二级密封固定轴承29对内腔体旋转动力马达5进行磁约束及密封保护，并将旋转扭矩传递到旋转动力输入齿轮7，再将动力连接到聚变堆内腔体4顶部连接着的内腔体受动力齿轮带8，从而带动聚变堆内腔体4的可控旋转，产生适当离心力以及内腔体桨叶14对液流的压力，从而把聚变堆内腔体4内的高温导流液15甩压向聚变堆外腔体1圆周范围，形成一圈合理且足够厚度的流体墙，这样的同时又会在这个旋转中心区域形成一个u型空心区12，通过聚变燃料输送系统24，经过燃料输入管道33向聚变堆内输送聚变燃料(氘氚燃料)，通过高能激光点火器11产生高能激光束32对u型空心区12内的聚变燃料进行加热，直至达到需要的高温条件使之形成等离子球体10，这个聚变材料以及聚变反应后形成的等离子球体10中心区就处于这个u型空心区12的中心位置，这个流体墙主要作用就是起到保护这个聚变堆腔体以及高效吸收u型空心区12内等离子球体10热量幅射及中子幅射的作用，由于技术需要，我们把这个聚变堆设计成双层结构，且内外层相隔有一定的空间距离，且聚变堆内腔体4上设有若干特斯拉单向导流阀13(聚变堆内腔体4不转动的时候是等于直接连通的状态，转动时候的导流引流则遇强则强)。特斯拉单向导流阀13的作用就是让高温导流液15在内外层相对高速旋转的时候只能外出不能内进，这样才能安全且尽可能的把里面所产生的高能热量向外输出到外层容腔内，由于聚变堆内腔体4里外均有在一定的位置
上设置有一定高度和数量的内腔体桨叶14，内层桨叶30的朝向与内腔旋转切线方向呈60度至80度设计，本方案的设计为70度，外层桨叶31的朝向与内腔旋转切线方向呈100度至120度，本方案的设计为110度，当聚变堆内腔体4旋转的时候，内腔体桨叶14会带动内部的高温导流液15转动，由于旋转液体离心力加内腔体桨叶14的作用，整个聚变堆内部的高温导流液15都会产生一个旋转离心向外效应，这个离心效应会使这个流体最终产生向这个圆周腔体的最外围运动倾向，又由于我们在这个最外围端冗余设置n个高温导流液引出口16，高温导流液引出口16的目的就是引出这个聚变堆外腔体1内部被聚变能量灼烧过的高温导流液15，高温导流液15将热量经过外围特制设备高温导流液增压泵18，中子吸附系统19等处理后直接输送到外围防辐射蒸汽发电系统20发电，经过发电，冷却之后最终又由低温导流液增压泵22把这个低温液通过低温耐压防漏防辐射管路21输送设置于聚变堆上部受磁约束保护的液体输入口，压进聚变堆内部液体层，以补充新鲜且合理液量，从而形成液流循环，这样连续循环就形成了一个吸能，导热，散热，发电的主要聚变发电工作过程。
27.以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。