【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及核能发电，特别是涉及常温聚变靶组件、激光聚变反应堆系统及聚变发电方法。
技术介绍
1、二十世纪六十年代，激光器刚专利技术不久，美国的nuckolls和我国的王淦昌等人便独立提出了激光核聚变概念。2022年，美国利弗莫尔国家实验室首次通过冷冻氘氚靶的中心点火方案，实现了聚变输出能量大于激光输入能量的净能量增益目标。但是，该方案采用了激光间接驱动的冷冻靶中心点火方案，不可避免地存在激光能量利用效率较低和内爆流体不稳定性较强等特点，难以满足激光聚变发电所需的高效率和高重频要求。
2、2018年，我国科学家张杰院士，基于其1997年的原始想法，结合最近几十年来的最新研究进展，创造性地提出了双锥对撞点火方案。该方案采用燃料压缩和聚变点火相分离的快点火方案，有望以较小的激光能量实现高增益的聚变点火。由于研究时间较短等因素，早期提出的点火方案为单发次的氘氚冷冻靶方案。该方案在演示聚变点火方面具有独特的优势，但是在聚变能源商业化方面仍然存在较大的改进空间。
3、基于上述技术问题，亟需研发一种满足未来激光聚变能源应用需求的高重频、低成本、低放射性的常温靶激光聚变发电方法和聚变反应堆系统。
技术实现思路
1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种常温聚变靶组件、激光聚变反应堆系统及聚变发电方法，用于解决现有技术中采用激光间接驱动中心点火方案能量利用效率低、深低温冷冻靶重复打靶频率低和聚变发电成本高等问题。
2、为实现上述目的及其他相关
3、所述常温聚变靶组件还包括点火锥体，所述点火锥体的锥顶对应于两个所述压缩锥体的共轴中心点，且所述点火锥体的中心轴垂直于两个压缩锥体的共轴，所述点火锥体的锥顶处套设有磁场线圈，所述点火锥体的锥顶截断封口、锥底开放。
4、本专利技术还提供一种激光聚变反应堆系统，包括如上所述常温聚变靶组件以及球形靶室、重频装换靶装置、重频激光装置、在线综合诊断装置、真空装置、聚变能量包层装置、热力学循环装置和生物屏蔽装置；
5、所述重频装换靶装置适于将所述常温聚变靶组件通过自由落体运动到球形靶室的中心；
6、所述重频激光装置包括压缩激光和点火激光，所述压缩激光适于从所述压缩锥体的锥底朝向锥顶方向辐照所述球冠靶，所述点火激光适于从所述点火锥体的锥底朝向锥顶方向辐照；
7、所述在线综合诊断装置适于监测所述高频激光装置、重频转换靶装置和聚变反应状态；
8、所述真空装置适于排出聚变结束后快速膨胀的稀薄等离子体，维持球形靶室的真空度和激光传输通道；
9、所述聚变能量包层装置适于将聚变产生的中子动能转换为热能，还适于为激光聚变发电系统提供额外的氘氚燃料来源；
10、所述热力学循环装置包括一回路管道、蒸气发生器和二回路管道，还包括流过所述聚变能量包层装置的氮气冷却系统，所述一回路管道分别连接所述氮气冷却系统和所述蒸气发生器，所述蒸气发生器适于通过二回路管道连接汽轮发电机，所述热力学循环装置适于将所述热能转换为平稳输出的电能；
11、所述生物屏蔽装置适于为激光聚变发电系统外的人员和生物提供放射性屏蔽。
12、本专利技术还提供一种激光聚变发电方法，采用如上所述的激光聚变反应堆系统进行激光聚变发电，包括以下步骤：
13、常温聚变靶组件以一定的间隔从球形靶室的顶部自由落体运动到球形靶室的中心，采用压缩激光的烧蚀使球冠靶内爆，使在两个压缩锥体的共轴中心处对撞形成高密度的等容分布等离子体，采用点火激光辐照点火锥体产生强流中子、快电子和热电子源，与等离子体发生造氚反应和点火燃烧，释放聚变能量，聚变能量通过氮气冷却装置转换为热能，热能在蒸气发生器转换为高温高压水蒸气，水蒸气通过汽轮发电机转换为平稳输出的电能。
14、如上所述，本专利技术的聚变靶组件、激光聚变反应堆系统及激光聚变发电方法，具有以下
15、有益效果：
16、本专利技术提供了聚变靶组件、激光聚变反应堆系统及激光聚变发电方法，本专利技术的聚变靶组件包括一对共轴且锥顶相对的压缩锥体，压缩锥体中装填的为球冠靶常温聚变燃料(例如硼氘化锂等)，还包括点火锥体，且在点火锥体的锥尖端套设有磁场线圈；本专利技术的激光聚变发电方法采用高重复频率多路大能量高功率压缩激光，通过激光烧蚀作用促使放置在压缩锥体中的常温硼氘化锂燃料球形内爆，被压缩加速的低温高马赫数等离子体从压缩锥体口中喷出，在压缩锥体之间的开放空间中对撞，形成高密度的等容分布等离子体，采用重频大能量相对论强度的点火激光，在点火锥体底部形成强流中子、快电子和热电子源，通过中子和锂的造氚反应在对撞等离子体中形成高丰度的氚元素。在引导磁场的辅助下，点火激光产生的快电子和热电子把对撞等离子体加热到点火燃烧状态，释放出大量聚变能。脉冲式聚变释放的能量，通过热力学循环装置，被转换成平稳输出的电能。总而言之，本专利技术采用双锥对撞点火方案实现常温聚变燃料的稳定压缩和高增益点火燃烧，通过重频激光、重频换靶、氘氚增殖技术和热力学循环系统，实现经济、清洁和安全的热核聚变发电。
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1.一种常温聚变靶组件，其特征在于，所述常温聚变靶组件(10)包括一对共轴且锥顶相对的压缩锥体(1)，各所述压缩锥体(1)的锥顶截断开口、锥底开放，各所述压缩锥体(1)中的锥底端装填有作为常温聚变燃料的球冠靶(2)，所述球冠靶(2)的凸起指向所述压缩锥体(1)的锥底；
2.根据权利要求1所述的常温聚变靶组件，其特征在于，所述压缩锥体(1)的锥壁厚度为20～50μm；
3.根据权利要求1所述的常温聚变靶组件，其特征在于，所述点火锥体(3)的锥壁厚度为10～30μm；
4.根据权利要求1所述的常温聚变靶组件，其特征在于，所述球冠靶(2)的外半径为0.2～2.0mm；
5.一种激光聚变反应堆系统，其特征在于，包括如权利要求1～4任一项所述常温聚变靶组件(10)以及球形靶室、重频装换靶装置、重频激光装置(20)、在线综合诊断装置、真空装置、聚变能量包层装置(30)、热力学循环装置(40)和生物屏蔽装置(50)；
6.根据权利要求5所述的激光聚变反应堆系统，其特征在于，所述生物屏蔽装置(50)为钢筋混泥土安全壳；
7.
8.根据权利要求7所述的激光聚变发电方法，其特征在于，所述压缩激光(21)的总能量≥10万焦耳；
9.根据权利要求7所述的激光聚变发电方法，其特征在于，所述点火激光的总能量≥20万焦耳；
10.根据权利要求7所述的激光聚变发电方法，其特征在于，所述聚变发生的重复频率不低于每秒1次；
...【技术特征摘要】
1.一种常温聚变靶组件，其特征在于，所述常温聚变靶组件(10)包括一对共轴且锥顶相对的压缩锥体(1)，各所述压缩锥体(1)的锥顶截断开口、锥底开放，各所述压缩锥体(1)中的锥底端装填有作为常温聚变燃料的球冠靶(2)，所述球冠靶(2)的凸起指向所述压缩锥体(1)的锥底；
2.根据权利要求1所述的常温聚变靶组件，其特征在于，所述压缩锥体(1)的锥壁厚度为20～50μm；
3.根据权利要求1所述的常温聚变靶组件，其特征在于，所述点火锥体(3)的锥壁厚度为10～30μm；
4.根据权利要求1所述的常温聚变靶组件，其特征在于，所述球冠靶(2)的外半径为0.2～2.0mm；
5.一种激光聚变反应堆系统，其特征在于，包括如权利要求1～4任一项所述常温聚变靶组件(10)以及...
【专利技术属性】
技术研发人员：张杰，远晓辉，张喆，李玉同，吴福源，王伟民，刘景全，钱列加，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：
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