台式反应堆制造技术

技术编号:24106077 阅读:22 留言:0更新日期:2020-05-09 17:24
用于产生和控制核聚变反应的方法、装置、设备和系统。由于离子?中性物耦合,诱导氢原子或其他中性物质(中性物)在约束区域中旋转运动,其中离子是由电场和磁场驱动的。受控聚变反应包括一系列反应,包括诸如质子?硼?11聚变反应的无中子反应。

Bench reactor

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】台式反应堆相关申请的交叉引用本申请要求2017年5月12日提交的题为TABLETOPREATOR(台式反应堆)的美国专利申请序列号15/594491的部分继续申请的权益和优先权。本申请也是2017年5月8日提交的题为REACTORUSINGELECTRICALANDMAGNETICFIELDS(使用电场和磁场的反应堆)的美国专利申请序列号15/589902的部分继续申请;2017年5月8日提交的题为REACTORUSINGELECTRICALANDMAGNETICFIELDS(使用电场和磁场的反应堆)的美国专利申请序列号15/589913的部分继续申请;2017年8月16日提交的题为REACTORUSINGELECTRICALANDMAGNETICFIELDS(使用电场和磁场的反应堆)的美国专利申请序列号15/679094的部分继续申请,该序列号为15/679094的美国专利申请为2017年5月8日提交的题为REACTORUSINGELECTRICALANDMAGNETICFIELDS(使用电场和磁场的反应堆)的美国专利申请序列号15/589886的继续申请;2017年8月16日提交的题为REACTORUSINGAZIMUTHALLYVARYINGELECTRICALFIELDS(使用方位角变化电场的反应堆)的美国专利申请序列号15/679091的部分继续申请,该序列号为15/679091的美国专利申请为2017年5月8日提交的题为REACTORUSINGAZIMUTHALLYVARYINGELECTRICALFIELDS(使用方位角变化电场的反应堆)的美国专利申请序列号15/589905的继续申请;和2017年5月9日提交的题为WATERHEATER(热水器)的美国专利申请序列号15/590962的部分继续申请。美国专利申请序列号15/589902是2014年6月27日提交的题为METHODS,DEVICESANDSYSTEMSFORFUSIONREACTIONS(用于聚变反应的方法、设备和系统)的美国专利申请序列号14/318246的部分继续申请,该序列号为14/318246的美国专利申请要求以下的权益:(i)2013年6月27日提交的美国临时申请序列号61/840428;(ii)2014年1月8日提交的美国临时申请序列号61/925114;(iii)2014年1月8日提交的美国临时申请序列号61/925131;(iv)2014年1月8日提交的美国临时申请序列号61/925122;(v)2014年1月8日提交的美国临时申请序列号61/925148;(vi)2014年1月8日提交的美国临时申请序列号61/925142;(vii)2013年7月1日提交的美国临时申请序列号61/841834;(viii)美国临时申请序列号61/843015。以上优先权申请的每一个通过全文引用并入到本文中来用于所有的目的。
本公开涉及核间反应及用于引发和维持这些核间反应的反应堆。
技术介绍
自20世纪50年代以来,科技界一直在努力实现受控和经济上可行的聚变。由于许多原因,聚变是有吸引力的能源,但在数十亿美元和数十年的研究之后,对大多数,持续聚变用于清洁能源的想法已成为白日梦。找到一种以经济、安全、可靠和对环境无害的方式维持聚变反应曾经是一种挑战。该挑战已被证明极为困难。本领域通常持有的信念是,在聚变成为用于发电的可行选择之前还要进行25-50年的研究,就像老玩笑一样“聚变是未来的能源--而将永远是”(“NextITERation?”,2011年9月3日,TheEconomist)。先前对于大规模聚变研究的努力主要集中在产生用于聚变点火的条件的两种方法:惯性约束聚变(ICF)和磁约束聚变。ICF尝试通过压缩和加热约针头大小的小球形式的聚变反应物(例如氘和氚的混合物)来引发聚变反应。通过将高能量的激光束、电子束或离子束递送至燃料靶向燃料提供能量,引起靶燃料被加热的外层爆炸并产生冲击波,该冲击波通过燃料粒料向内传播,压缩并加热聚变反应物,从而引发聚变反应。在提交本专利申请时,最成功的ICF程序是NationalIgnitionFacility(国家点火设备,NIF),其花费接近35亿美元建造并于2009年完成。通过使燃料粒子放出比向其施用的更多的能量,NIF达到了一个里程碑,但是截止2015年,NIF实验只能达到点火所需能量的约1/3。关于可持续的反应,报道的最长ICF聚变反应时间为150皮秒量级。即使ICF的努力实现了点火条件,但使其成为可行的能源仍存在很多障碍。例如,需要从反应室除去热量而不会干扰燃料靶和驱动束的解决方案,并且需要缓和聚变装置的短寿命的解决方案,这是由于聚变反应物的放射性副产物:氘和氚反应产生中子。第二个主要研究方向,磁约束聚变,尝试通过使用磁场以约束等离子体形式的热聚变燃料来诱导聚变。这种方法寻求延长离子近距离接触的时间并增加它们聚变的可能性。磁性聚变装置对带电粒子施加磁力,使其当与向心力平衡时,引起粒子在等离子体内以圆形或螺旋形路径移动。磁约束防止热等离子体接触其反应堆壁。在磁约束中,聚变完全在等离子体内发生。磁约束的大多数研究基于托卡马克(Tokamak)设计,其中热等离子体被约束在环形磁场内。新泽西州普林斯顿的托卡马克聚变测试反应堆(TFTR)是世界上第一个用由50/50氘/氚组成的等离子体进行大量科学实验的磁聚变装置。建于1980年,TFTR被寄予希望终将实现聚变能源,但从未达到这一目标,并于1997年关闭。迄今为止,任何托卡马克的最长等离子体持续时间为6分30秒,是法国的ToreSupratokamak持有。目前磁约束聚变的努力集中在国际热核实验反应堆(ITER),这是于2013年开始建设的托卡马克反应堆。截至2015年6月,建筑成本已超过140亿美元,设施的建设预期要到2019年,并从2027年开始全部氘氚试验。目前该项目的成本估计超过500亿美元,成本可能将持续上升。最近,由参议院拨款委员会的能源和水事发展小组委员会发布了建议美国退出ITER项目。由于市场现实以及用于聚变发电的托卡马克设计的固有局限性,许多分析师怀疑诸如ITER的聚变反应堆将成为商业上可行。马里兰州大学马里兰州离心实验(MCX)正在研究一种替代形式的磁性约束。它将测试离心约束和速度剪切稳定的概念。在本实验中,在磁场存在下,电容通过氢气从圆柱形阴极排出到周围的真空室。正交电场和磁场(表示为J×B)产生驱动热电离的等离子体(>105K)围绕放电电极的旋转的力。由于等离子体边界温度的显著变化,不可避免地存在显著影响等离子体流的冷中性物质。研究已集中在中性物的影响,并且认为它们“阻碍所需的等离子体旋转”,该所需的等离子体旋转是聚变条件所需的。“中性物质”或简称“中性物”是具有中性电荷的原子或分子,即,它们具有相同数量的电子和质子,原子情况下的原子序数。离子或电离的原子或其他粒子具有电荷,即,其具有比质子至少多一个电子或比电子至少多一个质子。已经考虑将不采用高度电离的等离子体的旋转等离子体装置用于聚变研究,但本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种用于提供机械能或电能的装置,所述装置包含:/n(a)反应堆,所述反应堆包含:/n约束壁,所述约束壁至少部分地包围约束区域,带电粒子和中性物可在所述约束区域内旋转,其中,所述约束壁的最大直径小于约50厘米;/n多个电极,所述多个电极邻近或靠近所述约束区域;/n控制系统,所述控制系统包含配置以在所述多个电极的至少两个之间施加电势的电压和/或电流源,其中所述施加的电势在所述约束区域内产生电场,所述电场单独地或者与磁场结合地诱导和/或维持所述带电粒子和所述中性物在所述约束区域中的旋转运动,以及/n反应物,所述反应物布置在所述约束区域中或邻近所述约束区域,使得在运行期间,所述中性物和所述反应物之间的反复碰撞产生与所述反应物的相互作用,所述相互作用释放能量并产生产物,所述产物的核质量不同于所述中性物和所述反应物的核中的任一个的核质量;以及/n(b)一个或多个能量转换模块,所述能量转换模块配置成将所述相互作用释放的能量中的至少一些转换为机械能和/或电能。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170508 US 15/589,886;20170508 US 15/589,902;20171.一种用于提供机械能或电能的装置,所述装置包含:
(a)反应堆,所述反应堆包含:
约束壁,所述约束壁至少部分地包围约束区域,带电粒子和中性物可在所述约束区域内旋转,其中,所述约束壁的最大直径小于约50厘米;
多个电极,所述多个电极邻近或靠近所述约束区域;
控制系统,所述控制系统包含配置以在所述多个电极的至少两个之间施加电势的电压和/或电流源,其中所述施加的电势在所述约束区域内产生电场,所述电场单独地或者与磁场结合地诱导和/或维持所述带电粒子和所述中性物在所述约束区域中的旋转运动,以及
反应物,所述反应物布置在所述约束区域中或邻近所述约束区域,使得在运行期间,所述中性物和所述反应物之间的反复碰撞产生与所述反应物的相互作用,所述相互作用释放能量并产生产物,所述产物的核质量不同于所述中性物和所述反应物的核中的任一个的核质量;以及
(b)一个或多个能量转换模块,所述能量转换模块配置成将所述相互作用释放的能量中的至少一些转换为机械能和/或电能。


2.根据权利要求1所述的反应堆,其中,所述多个电极在所述约束区域周围呈方位角分布,并且其中,所述控制系统配置成通过向所述多个电极施加随时间变化的电压诱导带电粒子和所述中性物在所述约束区域中的旋转运动。


3.根据权利要求1所述的反应堆,其中,所述反应堆配置成通过在所述约束区域内所述电场与施加的磁场之间的相互作用来诱导带电粒子和所述中性物在所述约束区域中的旋转运动。


4.根据权利要求3所述的装置,所述装置进一步包含至少一个永磁体,所述至少一个永磁体配置成产生所述施加的磁场。


5.根据权利要求3所述的装置,所述装置进一步包含至少两个永久环形磁体,其中,所述至少两个永久环形磁体由一个或多个垫片沿所述约束区域轴向分隔。


6.根据权利要求5所述的装置,其中,所述至少两个永久环形磁体中的每一个与相邻的永久环形磁体分隔约0.5英寸至约1.5英寸的距离。


7.根据权利要求1所述的装置,所述反应堆进一步电子发射体,所述电子发射体布置在所述约束区域中或邻近所述约束区域,使得在运行期间,所述电子发射体在所述约束区域中产生电子。


8.根据权利要求1所述的装置,其中,所述反应堆进一步包含入口阀,所述入口阀配置成调节所述中性物到所述反应堆的流量。


9.根据权利要求8所述的装置,所述装置进一步包含气体罐,所述气体罐配置成通过所述入口阀将所述中性物供应到所述约束区域,其中,所述气体罐配置成可更换的。


10.根据权利要求9所述的装置,其中,所述反应堆进一步包含压力计,所述压力计用于监视所述约束区域中的压力。


11.根据权利要求8所述的装置,其中,所述反应堆进一步包含出口阀,所述出口阀配置成从所述约束区域移去气体。


12.根据权利要求11所述的装置,其中,所述反应堆进一步包含连接至所述出口阀的泵,配置所述泵用于减小所述约束区域内的压力。


13.根据权利要求1所述的装置,所述装置进一步包含电能存储设备,其中,将所述一个或多个能量转换模块配置成在所述能量存储设备中存储电能。


14.根据权利要求1所述的装置,所述装置进一步包含电能存储设备,其中所述控制系统配置成使用来自所述电能存储设备的能量在所述多个电极的至少两个之间施加电势。


15.根据权利要求1所述的装置,其中,所述...

【专利技术属性】
技术研发人员:黄耀辉
申请(专利权)人:首环国际股份有限公司
类型:发明
国别省市:开曼群岛;KY

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