冷聚变专利：常温条件下强相互作用力约束受控核聚变
2014-04-25 21:27:55   来源：   评论：0 点击：

技术领域

 

氢、氘、氚……等轻原子核在常温条件下实施核聚变，属于核能源研究开发应用技术领域。

 

背景技术

 

能源工业是推动国民经济发展的引擎，石油资源更是各大国争夺控制的战略物资。建造通过重核裂变方式获取核能源的核反应堆或核电站，上一世纪 40年代就已获得成功。但是，自然界中的铀矿资源也有限，充其量只能满足全人类数百年的需求。况且，这类核反应堆还存在放射性核废料的污染后期掩埋处理的难题。

 

当科学界发现了太阳的能量就是由热核聚变产生的以后。经过几代人的不懈努力探索，目前看来比较有希望能实现受控核聚变的只有磁场力约束核聚变和惯性力约束核聚变。因为磁场力约束核聚变的基本物理条件，必须将稀薄的、高达 10⁷℃ 以上超高温的等离子体，用强磁场力约束在一定的空间范围内；惯性力约束核聚变的基本物理条件，必须瞬间提供多方向的强激光能量流，同步向直径小于 1毫米的靶丸压缩；二者都需要超高温和超高能的条件，导致至今这两个领域的研究仍困难重重，进展相当缓慢。尽管实行中国、美国、俄罗斯、印度、日本、韩国和整个欧盟的强 -强联手的国际大协作，在未来 30～50 年内还难以实现持久、可靠、稳定和高效率的商业化发电运行。

 

上述三类核反应堆的核反应系统、能量转化系统、安全防护系统的设备都相当庞大、复杂、笨重，无法在航天、航空领域作为飞机或宇宙飞船的引擎应用。该课题已经成为全人类面临沉重的能源、环保压力，迫切需要尽快解决，又久攻不克的头号科学难题。

 

本发明项目《常温条件下强相互作用力约束受控核聚变》，就是为攻克上述科学难题而开展的。

 

发明内容

 

《常温条件下强相互作用力约束受控核聚变》的主要研究内容，是以质子、氘、氚原子核，在本人发明的、特定的强相互作用力场约束受控核聚变的反应腔内实施质子－氚或氘－氘原子核的对撞聚变。反应腔的特征在于：模仿原子核内部核力形成原理，人工设计造成中间横截面直径小于 5.0×10^-15m ，由强相互作用力场约束形成的两端大，中间小的喇叭状通道管，见图1 ；质子、氘或氚原子核直接由粒子直线加速器加速后，从管道状通道两端导入；其温度与现有的粒子加速器内高能粒子相同；所以能够在常温条件下，在管道中间依靠粒子自身的动能迎面对撞实现核聚变。聚变形成的氦原子核因自身具有约 2×10⁷ev 的动能，可自行突破由该强相互作用力场约束形成的管道状通道壁面势垒高速射出。经导入二级离子调速变压器直接转化成电压为（ 1～1000 ）×10³ 伏特的直流电能输出。

 

 

图1 常温条件下强相互作用力场约束受控核聚变反应腔的工作原理示意图

 

1. 强相互作用力场约束形成的管道状通道2. 质子或氘原子核3. 氚或氘原子核

 

4. 原子核对撞运动的速度和方向5. 聚变形成氦原子核的运动速度和方向

 

如果该项目研究实验成功，就可从中获取安全清洁环保的、巨大的核能量！完全消除二氧化碳温室气体的排放！一劳永逸地彻底解决中国仍至全人类面临的能源和环保问题！

 

与《常温条件下强相互作用力约束受控核聚变》发明项目并列研究的还有《 强相互作用力场约束的离子调速降压器》和《强相互作用力场约束的离子调速增压器》。其工作原理见图 2、图3。

 

一、《 强相互作用力场约束的离子调速变压器》 物理模型和理论依据如下：

 

设有两种离子的质量分别为：m₁、 m₂，净电量为：q₁、 q₂，每秒的流量为N₁、 N₂。令：

 

 

 

a.对减速降压运动

 

设m₁离子的启动电压为 V₁，运动速度为，m₂离子的启动速度可忽略不计，电流为 I₁＝q₁N₁。在启动段和混合调速段，由总能量守恒定律 :

 

 

 

图2 强相互作用力场约束的离子调速降压器工作原理示意图

 

1.由核聚变反应腔喷射出来的高能氦原子核2.高能氦原子核的运动速度和方向

 

3.调速降压氦原子核流4.强相互作用力场约束形成的管道状通道5.被混合调速的氦原子核

 

 

图3 强相互作用力场约束的离子调速增压器工作原理示意图

 

1.质子或氦、锂离子2.质子或氦、锂离子流高速运动的方向3.参加混合的大质量汞离子

 

4.强相互作用力场约束形成的管道状通道5.被混合调速后的质子或氦、锂离子和汞离子

 

在混合调速段末端的电压为V₂，（也可以设定为某一基准电压）。此时两种离子都具有相同的运动速度 ，内部各离子相互作用力的合力为 0，各个离子都保持匀速直线运动。当离子进入逆压减速运动的轨道段时，（该轨道段由静电离子直线加速器倒装构成），由于电场力的排斥作用，质量小、净电量大的离子减速快；质量大、净电量小的离子减速慢。在被强相互作用力场约束的单通道轨道内综合作用的结果，将又是能量的交换过程。如果最后两种离子都以 的速度全部挤入球壳状的电压腔，由于在真空状态下，中间没有发生能量损失，从总能量守恒定律得：

 

 因为： 所以：

 

 

如果K_m＝K_q＝ 1，即都是同种离子，则：

 

 

对同种离子，在进入逆压减速运动轨道段时，由于加速度都相同，只要普通的电磁场聚焦管就可以了。

 

如果m₁为离子， m₂为电子e^-，由于 K_m＝34630。假设电压降压幅度达 10000倍，则：

 

 （4）

 

上述分析结果说明电子最终的能量损失相当小。

 

b.如果是加速增压运动

 

将上述分析计算的方向倒过来即可。但应取，对电子和单个的 离子而言，随机的几率太大，对整条管道而言，则会自动调整整体运动的速度。

 

因为锂、钠、钾、铷、铯、钫元素的汽化温度都在550～ 750℃范围内，汞元素为357℃。在真空离子状态，可能汽化温度会大大降低。正离子采用质子、锂离子和汞离子的组合，也可考虑用氢、氦离子和汞离子组合。可能的话，重离子也可考虑用某些气态化合物。

 

二、总体研究方案、学术思路、技术途径及可行性分析

 

《常温条件下强相互作用力约束受控核聚变》项目研究的核心技术是人工设计制造强相互作用力场约束形成的管道状通道。该项核心技术的设计方案涉及国防安全和国民经济的重大战略利益，详细技术内容目前不宜公布。本发明的核心基础理论来自笔者历时 14年自费研究完成的《现代物理学经典粒子量子化轨道运动模型通解》的新学说，在第 1～14 章中系统论证的粒子、原子核内部强、弱、电、磁相互作用统一性原理和精确的计算方法。本项目的总体研究方案、技术途径组合见图 4。

 

 

图4. 《常温条件下强相互作用力约束受控核聚变》项目总体技术途径组合原理示意图

 

1. 核聚变转化的高压直流电能输出2. 输出电源的高压电容器3. 二级离子调速降压器4. 高能氦原子核

 

5. 供给直线离子加速器电源的高压电容器6. 一级离子调速降压器7. 常温条件下强相互作用力场约束

 

受控核聚变的反应腔8. 直线离子加速器9. 氢、氘或氚原子核10. 内置启动电源的离子调速高倍增压器

 

建议对此重大项目感兴趣、有信心的学者和专家们，应优先对该专著进行公正、严肃的评审。从中即可判断本项目的可信度，并呼吁主管部门对本项目的后续研究实验尽快给予扶持。

 

综上所述，该项目装置系统总成的最大优点是结构轻巧，工艺简单，即省去能量 →热量 →高压水蒸汽 →气轮机 →发电机 →变压器 →输出电能的各种配套系统，又不必设置中子流防护壳设备，更不必担心任何的射线、堆芯自爆和核污染。也就是对包括中子流在内的所有放射性射线和核污染的整套安全防护系统全部省略。制造容易，运行可靠稳定，可以作为飞机或宇宙飞船的引擎动力使用。该项目核心技术方案《强相互作用力场约束形成的管道状通道》设计的工作原理、物理模型经分析和模拟计算是可行的。以人类现有的制造大型发电机和高压输电网设备的技术就可胜任。如果具有这种核动力的宇宙飞船再配上完善的通讯导航和生活保障系统，人类就此将从地球摇篮文明迈进了宇宙时代的科学文明。

 

三、本发明项目课题设置和研究重点

 

本发明项目设置常温条件下《强相互作用力场约束受控核聚变反应腔》和《强相互作用力场约束离子调速变压器》两个重点课题。前者直接为实施常温条件下的核聚变服务，后者可直接取代现有的高电压和大功率的直流电网变压器，并可作为本项目启动用的直流高压变压器的配套设备使用。它们的工作原理、物理模型和理论计算依据基本相同，仅强相互作用力约束力场的强度和方式有所差别。

 

其它的原子核或离子发生器，离子或原子核的直线加速器，原子核燃料供应和能量输出的自动平衡控制系统……等配套装置系统，均可根据重点课题的研究设计和运行参数，在现有的相应项目的技术、设备和制造工艺条件的基础上进行优选和改进。 
　如果笔者能得到适当的科研经费和实验条件的支持，预期在3～5 年内，就有望实验成功并建成一套输出直流电能功率为（ 1～10 ）×10⁶瓦的实验型核聚变反应堆。整套装置的核聚变能量转化的最终输出机械效率可达 80％以上。

 

与本发明项目有关的研究工作积累和已取得的成绩

 

《常温条件下强相互作用力约束受控核聚变》研究项目的核心基础理论，来自笔者历时 14年自费研究完成的《现代物理学经典粒子量子化轨道运动模型通解》的现代物理学专著，（详见附件）。该专著的第 1～14 章的粒子物理和核物理中，已经严密证明和精确模拟计算了粒子和原子核内部强、弱、电、磁相互作用力的统一性原理和所有的参数。结果都与实验数据完全吻合。 
与相关领域其它国际上计划研究项目的关系

 

与本项目相关领域的国际上重大联合研究项目或重大研究项目有：重核裂变反应堆核电站的系统工程，磁场力约束受控核聚变反应堆核电站的系统工程，惯性力约束受控核聚变反应堆核电站的系统工程；包括量子物理、宇宙物理和相对论的整个现代物理学基础理论体系的众多研究实验领域；交、直流变换的高压电网输送系统工程；所有的石油、天然气、煤炭和铀矿资源的探、采和冶炼输送系统工程；包括火力发电站和所有大功率内燃机、燃气轮机的能量转化系统工程及各种节能系统工程；航空、航天动力系统工程；降低和彻底消除 CO₂温室气体排放的全球性节能环保系统工程……。

 

显然，只要《常温条件下强相互作用力约束受控核聚变》研究项目能够成功，上述所有的国内外计划的重大联合研究项目系统工程，目前整个现代物理学界的高能物理、核物理、原子物理、热大爆炸形成宇宙论和时空相对论的众多基础理论研究领域的研究实验都可以终止。笔者《现代物理学经典粒子量子化轨道运动模型通解》的现代物理学专著，将成为众多学科的核心基础理论。因为 本书第15～20章原子物理学部分，推导出的原子表层电子的量子化垂直双椭圆轨道运动规律模型和相应的数学物理方程组，如果经过适当的拓展，将能够直接精确地分析计算原子和分子之间化学键的相关参数。省去依靠大量烦琐的实验测定数据，来逆向估算化学键相关参数的麻烦。在未来生物学、化学、纳米级的材料学、电子信息学、航空和航天学 …… 等众多应用科学技术创新研究领域，如果将它作为核心基础理论和分析计算依据，将会收到事半功倍的效果。

 

项目发明人主要研究工作简历

 

项目发明人1982 年春毕业于福州大学矿冶系，地质专业高级工程师。20 多年来，长年都在野外从事地质、矿产普查勘探工作。除了上述历时14 年自费研究完成的《现代物理学经典粒子量子化轨道运动模型通解》专著外，还有 7项发明专利申请权。已公告的有：《内置式叠层蒸炖炊具盒》、《宽齿形叠合齿轮》、《宽齿形组合行星齿轮》、《宽齿形斜齿齿轮》、《内置叠层蒸炖炊具的调压锅》，尚未公告的有《宽齿形接力传动齿轮和制造方法》。尚未申请的有《 4-8档机动车辆系列手动自动双控变速箱》发明项目。最后面三项 虽然总体科技水平含量都不高，但其独特的思路、原始重大创新的特色，已经具备长久垄断国内外锅具、齿轮和手动自动双控变速箱三大行业的实力。