利用伽码激光或伽码射线实现可控核聚变的方法与装置制造方法及图纸

一种利用伽码激光或伽码射线的可控核聚变方法与装置，其特征是，靶球由具有激发态的、质量较小的原子组成；利用伽码激光或伽码射线将靶球原子核激发到它的一个能量较高、寿命较长的激发态；用普通激光对靶球加热，并对由于伽码激光或伽码射线及普通激光辐照而形成的靶核为激发态的等离子体作惯性约束；也可以用磁场约束这种等离子体；可以用对称辐射脉冲激光尾波依次周期性地加速这种等离子体，以促其核反应。这种核聚变方法可显著地降低聚变温度，增大散核反应射界面，更容易满足劳逊判据，从而更容易实现可控核聚变。

Method and apparatus for controlled nuclear fusion using gamma coded laser or gamma ray

With a device controlled nuclear fusion method using laser or gamma gamma ray, which is characterized by small, quality target ball, with excited state of atoms; using gamma gamma ray laser or the target ball nuclear excitation to a high energy and long service life of its excited state on target; heating with ordinary laser, and the target nucleus formed by laser or gamma gamma ray and laser irradiation for plasma excited states for inertial confinement; magnetic field can also be used to constrain this plasma; can use symmetric radiation pulse laser wake are periodically accelerated by the plasma, in order to promote its nuclear reaction. This fusion method can significantly reduce the fusion temperature, increase the bulk nuclear reaction shot interface, easier to meet the Lawson criterion more easily, thus controlled nuclear fusion.

【技术实现步骤摘要】
利用伽码激光或伽码射线实现可控核聚变的方法与装置
本专利技术属能源领域。
技术介绍
迄今可控核聚变已经取得了很大的进展[3]，但还没有实现。实现可控核聚变需要满足劳逊判据。劳逊判据的一个实质是两个核子之间的距离必须小于强作用半径。这意味着核子的动能及相应的温度必须足够高，以便克服两个核子之间的静电排斥势能。氘、氚聚变点火温度是108K左右。利用电子-激光背散射已经产生了伽玛射线。利用扭摆磁场中电子-激光背散射产生波长连续可调的伽玛激光方案也已经提出[1][2]。本文基于这些实验与理论，提出一个利用伽玛激光或伽码射线实现可控核聚变的方案，其要点是利用伽玛激光或伽玛射线辐照靶球，使靶球中的核处于激发态。处于激发态的靶核散射截面增大，在较低温度实现核聚变点火。研究内容这种利用伽码激光或伽码射线实现可控核聚变的方法与装置，其第一个特征在于，这种核聚变装置由伽码激光或伽码射线产生装置，波长在可见光到X-光范围内的普通激光产生装置构成；参与聚变的原子核有A、B两种核，至少其中一种原子核有激发态，激发态之一有相对较高的能量与相对较长的寿命，聚变原子做成靶球；伽码激光或伽码射线产生装置和普通激光产生装置分别对称地安置在靶球周围，伽码激光或伽码射线和普通激光分别对称地同时辐照靶球；伽码光子能量满足Eγi＝hωγi＝Eei-Eoi+(Eei-Eoi)2/2mic2，i＝A、B，(1)式中Eei、Eoi和mi分别是在静止状态的第i种核的一个激发态能量、基态能量和核的质量，吸收了相应伽码光子的核子处于激发态；选取伽码激光或伽码射线的强度，使得k＝nθ/n0，＞＞1，(2)式中，ne与n0分别是处于激发态的核子数与处于基态的核子数；与第i种原子相应的普通激光的光子能量等于或略大于将这种原子主量子数n＝1能级上的电子电离所需要的能量，用普通激光加热靶球，使得靶球变为由激发态靶核、基态靶核及电子构成的等离子体，并将这一等离子体加温到A、B两种处于激发态的靶核能够进行聚变反应的温度TeF，普通激光也对这一等离子体作惯性约束，使得离子与电子不能从所约束的范围逃逸出去；在惯性约束等离子体期间，伽码激光或伽码射线始终辐照着这一等离子体，使得在此期间(2)及温度TeF保持，从而发生聚变反应。两个核能级的能量差在MeV量级，也就是在伽码光子能量范围，因此需用伽码光才能将核激发到激发态。处于激发态靶核的聚变点火温度将更低、散射截面将更大。这是由于以下原因：A.激发态核的最外层核子到核中心的距离大于基态核的最外层核子到核中心的距离。由于核物质几乎是不可压缩的，激发态核的体积可以看作等同于基态核的体积。虽然核体积不变，但其形状可变。按核结构的壳层模型及考虑到核集体运动的形变核结构壳层模型，由于激发态核的外层核子对闭壳层核子的拉伸作用，导致原来球形基态核变为椭球形激发态核；原来长、短轴之比较小的椭球形基态核变为长、短轴之比更大的椭球形激发态核。如此，激发态核的最外层核子到核中心的距离大于基态核的最外层核子到核中心的距离。B.激发态核可在较低温度实现聚变反应为简单确切，取A核为多核子构成的核，而B核为质子。A核基态的电荷(质子)分布形状为球形，半径为r0A；A核的一个激发态的质子分布形状为椭球，其长轴为reA；由上所述，必然有reA＞r0A。核子之间有通过交换虚π介子的强作用，是吸引势，设其半径为R0’。很多核的最外层是中子。对于基态核，这种核的强作用半径大于reA+R′0，设为r0A+R0；对于激发态核，这种核的强作用到核心的距离大于reA+R′0。激发态核与基态核的中子分布可看作近似相同，这样，这个距离可近似取为reA+R0。当质子p与基态A核中心距离大于r0A+R0，或质子p与激发态A核中心在长轴方向的距离大于reA+R0时，质子p与A核只有静电排斥作用。当质子p与基态A核中心距离小于r0A+R0，或质子p与激发态A核中心在长轴方向的距离小于reA+R0时，质子p与A核有交换π介子的吸引作用，并发生聚变反应。A核与质子的静电作用势能是VAp＝QAq/rAp。QA、q分别A核和是质子电荷。设V0Ap＝QAq/(r0A+R0)，VeAp＝QAq/(reA+R0)，(3)则V0Ap是基态A核与质子的静电作用势能，也是A核与质子实现核反应的最小动能；VeAp是激发态A核与质子在长轴方向的静电作用势能，也是激发态A核与质子实现核反应的最小动能。因为(reA+R0)＞(r0A+R0)，所以必然有VeAp＜V0Ap，TeF＜T0F.(4)这里质子的动能就是A核、质子与电子等离子体中A核与质子相对运动的动能。因此，由VeAp＜V0Ap可确定处于激发态的A核与质子实现聚变反应的温度TeF将低于处于基态的A核实现聚变反应的温度TF。C.激发态核散射截面大于激发态核散射截面容易看出，处于激发态的A核与质子的散射截面将大于处于基态A核与质子的散射截面。设σ0Ap和σeAp分别是处于激发态的A核与质子的散射截面和处于基态A核与质子的散射截面，由(3)容易看出，必然有σeAp/σ0Ap≈(reA+R0)2/(r0A+R0)2＞1.(5)由于聚变反应能在等离子体较低温度实现，因此更容易约束等离子体，延长约束时间τ。可见，按上述方法，nτ可以增大，劳逊判据更容易达到，从而聚变点火更容易实现。显然，将质子p代换为处于激发态或基态的B种核，以上结论定性上仍然成立。这种可控核聚变的方法与装置，其第二个特征在于，在靶球两侧对称地安置相同功率的脉冲激光发生装置，这两个装置产生的脉冲激光依次周期性地辐照靶球被加温后形成的等离子体，利用激光尾波加速电子及A、B两种质量不同的离子，两种离子由于速度不同而发生对撞和聚变反应。由于伽码激光或伽码射线及普通激光辐照，靶球变为由处于激发态的A核、B核与电子构成的等离子体。例如，由处于激发态的11B*、质子p与电子构成的等离子体。由于脉冲激光尾波对粒子的加速作用，处于激发态的A核、B核与电子动能增大，彼此碰撞、温度升高。在这个过程中，虽然A核、B核都带有正电荷，加速度的方向同一，但由于其质量相差很大，例如11B*的质量是p质量10多倍，因此两者加速度必然相差很大；而且由于两个相反方向脉冲激光的依次作用，离子加速度方向周期性的变换，处于激发态的A核、B核(如11B*与p)必将对撞，引起激发态A核、B核发生聚变反应。这种可控核聚变的方法与装置，其第三个特征在于，靶球加温后形成的等离子体被磁场约束，用前面所述的伽码激光或伽码射线及普通激光辐照这个等离子体，并用前述的激光尾波加速其中离子，从而实现A、B两种离子的聚变反应。不用惯性约束，用磁约束(例如托克马克磁约束装置)也可以实现这种方式的核聚变点火。磁约束的技术是很成熟的，激光尾波对离子加速效应也已经被多个实验证实，也已经应用。因此这种方式核聚变点火是可能的。这种可控核聚变的方法与装置，其第四个特征在于，靶球仅由A种原子构成，而B种原子的原子核可以是没有激发态的核或单核子，当这个靶球由于伽码激光或伽码射线及普通激光的辐照处于等离子体态，且温度达到激发态的A核与B核聚变反应的温度TeF时，将B种原子电离后的B核加速到与温度TeF一致的速度，并入射到等离子体中，从而实现激发态的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用伽码激光或伽码射线实现可控核聚变的方法与装置，其特征在于，这种核聚变装置由伽码激光或伽码射线产生装置，波长在可见光到X‑光范围内的普通激光产生装置构成；参与聚变的原子核有A、B两种核，至少其中一种原子核有激发态，激发态之一有相对较高的能量与相对较长的寿命，聚变原子做成靶球；伽码激光或伽码射线产生装置和普通激光产生装置分别对称地安置在靶球周围，伽码激光或伽码射线和普通激光分别对称地同时辐照靶球；伽码光子能量满足

【技术特征摘要】
1.一种利用伽码激光或伽码射线实现可控核聚变的方法与装置，其特征在于，这种核聚变装置由伽码激光或伽码射线产生装置，波长在可见光到X-光范围内的普通激光产生装置构成；参与聚变的原子核有A、B两种核，至少其中一种原子核有激发态，激发态之一有相对较高的能量与相对较长的寿命，聚变原子做成靶球；伽码激光或伽码射线产生装置和普通激光产生装置分别对称地安置在靶球周围，伽码激光或伽码射线和普通激光分别对称地同时辐照靶球；伽码光子能量满足式中Eei、Eoi和mi分别是在静止状态的第i种核的一个激发态能量、基态能量和核的质量，吸收了相应伽码光子的核子处于激发态；选取伽码激光或伽码射线的强度，使得k＝ne/n0，＞＞1，(2)式中，ne与n0分别是处于激发态的核子数与处于基态的核子数；与第i种原子相应的普通激光的光子能量等于或略大于将这种原子主量子数m＝1能级上的电子电离所需要的能量，用普通激光加热靶球，使得靶球变为由激发态靶核、基态靶核及电子构成的等离子体，并将这一等离子体加温到A、B两种处于激发态的靶核能够进行聚变反应的温度TeF，普通激光也对这一等离子体作惯性约束，使得离子与电子不能从所约束的范围逃逸出去；在惯性约束等离子体期间，伽码激光或伽码射线始终辐照着这一等离子体，使得在此期间(2)及温度TeF保持，从而发生聚变反应。2.权利要求1所述的利用伽码激光或伽码射线实现可控核聚变的方法与装置，其特征在于，在靶球两侧对称地安置相同功率的脉冲激光发生装置，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈紫微，陈世浩，
申请(专利权)人：陈世浩，
类型：发明
国别省市：吉林,22