專利名稱：：核力約束慣性制導冷核聚變堆和離子調速直流變壓器的制作方法
技術領域：
：在常溫條件下，由核力約束慣性制導的聯合方式，實現氘、氚、氦、鋰……等帶有一定磁矩的輕原子核受控冷核對撞聚變，屬于核能源研究開發應用
技術領域：
的"冷核聚變堆"。應用相似的核力約束慣性制導方式，對不同速度和能量的離子束進行混合調速，研制成的離子調速直流變壓器，是冷核聚變堆、核發動機和該類核電站啟動核聚變和電能輸送系統的重要配套設備，所以合并申請一個專利權。請注意，本專利有望一勞永逸地徹底解決全人類面臨的能源和環保難題，所以其研發進度每耽擱一天，全人類就得多承擔一天高昂的能源費用和沉重的環保壓力。能源工業是推動國民經濟發展的引擎，石油資源更是各大國爭奪控制的戰略物資。此專利發明涉及國防安全和國民經濟的重大利益。根據中華人民共和國專利法第二章授予專利權的條件，第二十五條不授予專利權的條款，第一款(一)科學發現；第五款(五)用原子核變換方法獲得的物質。建議將該發明專利列為國家絕密級專利，優先扶持，盡快開展研究。
背景技術：
：建造通過重核裂變方式獲取核能源的核反應堆或核電站，上一世紀40年代就已獲得成功。但是，自然界中的鈾礦資源也有限，充其量只能滿足全人類數百年的需求。況且，這類核反應堆還存在放射性核廢料的污染后期處理掩埋的難題。當科學界發現了太陽的能量就是由熱核聚變產生的以后。經過幾代人的不懈努力研究探索，目前看來比較有希望能勉強實現受控核聚變的只有磁場力約束熱核聚變和慣性力約束熱核聚變。因為磁場力約束熱核聚變的基本物理條件，必須將稀薄的、高達10"C以上超高溫的等離子體，用強磁場力約束在一定的空間范圍內。慣性力約束熱核聚變的基本物理條件，必須瞬間提供多方向的強激光能量流，同步向直徑小于1毫米的靶丸壓縮。從核子克服庫侖電場力勢壘實現核聚變的基本物理化學條件估算，二者都需要數千萬度以上的粒子熱運動的能量。所以1.如何將核聚變材料加熱到如此的超高溫？2.如何長時間穩定地約束住如此超高溫的等離子體？并盡量減少能量擴散損失，如何實現連續穩定的、高效率的核聚變？3.如何研制能長久經受如此超高溫和超高能量粒子輻射的(尤其是高效率核聚變后的等離子體溫度和離子的動能又將提高數倍！)材料作為約束控制的邊界？4.如何順利實現如此超高溫等離子體的連續穩定的輸送和熱能一一電能的轉化？所有這些，可以說，如此苛刻的超高溫和超高能量的條件，以人類現有的科技水平，以一切由原子或分子構成的所有材料，都難以長久穩定地承受！盡管現在實行中、美、俄、印、日、韓和整個歐盟的強一強聯手國際大協作，在未來3050年內還難以實現持久、可靠、穩定和高效率的商業化發電運行。上述三類核反應堆的核反應系統、能量轉化系統和安全防護系統的設備都相當龐大、復雜、笨重，無法在航天、航空領域作為飛機或宇宙飛船的引擎應用。更不能作為常規車輛的動力普及使用。核聚變堆已經成為全人類面臨沉重的能源、環保壓力，迫切需要盡快解決，歷經60余年仍久攻不克的國際性頭號科學難題。本發明項目《核力約束慣性制導冷核聚變堆和離子調速直流變壓器》，就是為一勞永逸地徹底解決全人類面臨的能源和環保難題，完全從另一個途徑，在現有的制造工藝技術能夠勝任的前提下，發明設計該專利的。
發明內容《核力約束慣性制導冷核聚變堆和離子調速直流變壓器》的主要研究內容，是以氫、氖、氣、鋰……等帶有一定磁矩的輕原子核，在本人發明的、特定的核力約束慣性制導受控冷核聚變反應腔內實施冷核對撞聚變。筆者在《現代物理學經典粒子量子化軌道運動模型通解》的專著中，已經嚴密精確地證明(詳見Email:gw4卯60527iv82(gvahoo.com.cn，開箱密碼276894。)原子核內的核力，包括所謂的強相互作用力和弱相互作用力，都是在原子核微觀特定的條件下形成的電、磁場力之間相互平衡關系的總和。所以，核力約束慣性制導冷核對撞聚變發明專利，就是以現有的機電制造工藝水平，在宏觀特定條件下，設置特定的電磁場力先將兩串相向運動的待聚變原子核約束在某一條線段內；再利用基本粒子和原子核固有的自旋動量矩矢量形成近光速6旋的超強力自轉陀螺慣性制導特性，來實現常溫條件下直接對撞核聚變的。首先，用一塊帶正電荷的平板狀導體，和一組大小相等、細圓柱狀帶等量正電荷的導體，通過特定的空間組合設置，在高電場強度和電勢能的正靜電場背景中，建立長矩形平面狀的等勢面。利用待聚變的輕原子核串自身相互靜電場排斥力，自動被擠壓到長矩形平面的兩側，形成兩條平行排列的核子串。從而建立一組或數組集束的線狀零靜電場。(該線狀區截面上的電場強度大小相等，矢量方向相反，剛好互相抵消，靜電勢能最低)。將帶電輕原子核用靜電粒子直線型加速器加速后高速沿兩端相向噴入該靜電場力約束形成的零電場線段內。再根據待聚變的輕原子核固有磁矩，設置附加平行該線段的強外磁場，在強外磁場作用下輕原子核的磁偶極矩都沿該線段呈定向排列磁化。它既能降低相鄰原子核之間的靜電場排斥力，又能有效地校正陀螺的制導方向。最終在原子核同有的自旋動量矩矢量形成近光速自旋的超強力自轉陀螺慣性制導作用下，克服庫侖力勢壘的偏向作用，實現冷核直接對撞聚變的。聚變后的新原子核，比如氦原于核，因為自身沒有磁矩，又具有2X10^v以上的動能，可自行突破靜電場力勢壘和磁場力的約束，高速射出。經導入多級離子調速直流變壓器直接轉化成電壓為(101000)乂103伏特的直流電能輸出。一、核力約束慣性制導冷核聚變堆和離子調速直流變壓器發明設計的物理模型和理論依據本發明的核心基礎理論來自筆者的《現代物理學經典粒子量子化軌道運動模型通解》新現代物理學專著，在第114章中系統論證的粒子、原子核內部的超強力自旋陀螺慣性定向制導特性，強、弱、電、磁相互作用統一性原理證明和精確的計算方法。現先將與本發明專利有關的主要物理模型、定理、公式和相關核子的模擬計算驗證的參數摘錄如下(P23),德布羅意早年就提出并經后人證實，微觀粒子都存在波動性，其波長i、粒子動量F-wP與普朗克常數h的關系為:(1.1)根據量子力學的粒子波動方程和牛頓力學的動量矩守恒定律，我們只要將粒子的運動特征以波動、自旋量子化定態垂直雙軌道運動方式聯立確定，靜止基本粒子內部軌道運動特征就如圖1所示，方程組為&XW^。=A(上為普朗克常數和動量矩矢量<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>由(1.2)方程組中，令v^=￡^^1為常數，就可以直接導出<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>上述結果證明兩種相互垂直的運動軌道都是橢圓軌道！(P5)，對沿直線噴射型的粒子或原子核，其進動方向也是自旋的動量矩矢量方向(或反方向)。該自旋進動軌道運動模型在P26-33第4章已經嚴密精確地證明，見圖2:(P4142)，質子內部由;r+介子和核芯組成，結構見圖3,各參數模擬計算結果如下7T+介子的自旋運動速度7T+介子自旋運動的軌道半徑:質子的磁矩:^=0.6389682138c=0.331292xl(T15m&2(,)=1.507187x10—15m1.4106171xl(T26《質子核芯的波動速度:(p4344)，中子內部由;r—和帶正電荷的核芯組成，結構見圖3，各參數模擬計算結果如下ve=0.6389682138c冗—介子的自旋運動速度;r—介子自旋運動的軌道半徑中子的磁矩中子核芯的波動速度A2W=0.415254x10—15/nie20r)=1.889164xl(r15mt/n=~0.9661136xl(T26%因為氘原子核(簡稱D核，下同。)由質子和中子組成，磁矩為=0.4330574x10—26^，約等于質子中子的磁矩差值AtZ-0.4445035xlCr26%。氚原子核由質子和兩個中子組成，磁矩為，=1.504553x10—26與質子磁矩幾乎相等。從它們的磁矩就可判斷氘原子核由質子中子沿自旋軸串接而成；氚原子核內質子位于中間，兩邊對稱分布的中子磁矩白旋方向相反，剛好抵消，見圖4。根據電動力學對磁矩的定義，由(1.3)方程組，原子核磁矩是由帶電基本粒子沿閉合軌道運動形成的，氘原子核磁矩顯然主要由中子內帶單位電荷的核芯粒子的波動運動形成的。其等效電流I。和電流元半徑^分別為"_2t-2gV>&=兀r0/0=兀r。^;"^=(1.4)2ttr02將"rv。值帶入上式，得F。=2.82205xl0_16m，/。=17308.754二、對撞核聚變D核子串和離子調速直流變壓器電流的密度估算(一)、對撞核聚變D核子串的密度估算假設每個D核子對撞聚變釋放的有效能量為107ev,100千瓦功率的核聚變反應堆每秒需要的D粒子的個數Nd/s為Wd=105/^7-6.24xl0"(個/秒)。/exlO'相當于D核子束的總電流強度為0.01安培。則對撞的每條D核子串為3.12x1016(個/秒)。假設兩條D核子串的靜電加速器的啟動能量都為6.5xl05ev,減去反應堆對撞核聚變區的定向約束原有屯勢能100000ev。那么，剩余動能應為5.5xl()Sev。則D核子串的運動速度應為vrf'=」2ex5-5x10/=5.133xl06(m/)二0.01712cmd/s200各條D核子串的線密度&和核子間距AI分別為3.12"0'6=6078xl09(^/)，^=《=L645Xl(r10v<n/mA/個各個D核子之間的電勢能W。W,_!_=8.7536(ev)設0核子串的線密度&=6.078"09(個/111)，AL=W。，lnA-2,每條D核子束流外側圓柱狀表面半徑為/處的電場強度、電勢能分別為五^"^-1.064xl0"「伏牛f4)^=1]11丄=12.133(伏特)2;ALV/術乂2丌f。/0由AL的間距值和上述估算結果，在此AL的間距上，使D核于串密度提高10100倍是可行的，由此可估算出單束對撞聚變的功率具有(0.110)MW(百萬瓦)的可調變化區間。如果上述單束兩串D核子的核力約束慣性制導對撞冷核聚變實驗能夠成功，我們就可考慮采用多束平行排列，再以該排列進行分組并列，合并使用一套靜電型粒子加速器和離子調速直流變壓器等配套設備。以便使總功率呈幾何級數擴展。(二)、離子調速直流變壓器的電流強度估算同理，如果輸出功率為100千瓦，電壓為1000伏特的直流電能，則電流強度為100A。假設這100A的電流是由冷核聚變的a粒子經多級離子調速直流變壓器連續降壓后形成的，則在末級降壓中，a粒子運動速度為v=4exl00(^/=3.105198xl05(11/)二0.001036c各條a粒子串的線密度《和粒子間距AL分別為《=翌==201002x1015(V)，AL==4.97508x10—16(乂)上述估算的a粒子串的粒子間距AL比原子核的間距還小！顯然，這是不可能的。好在離子調速直流變壓器內的電磁場約束強度要求并不高，且不存在核聚變后的核子沿垂直方向噴射的問題。我們可以在10000伏特以上的高壓部分用直流變壓器降壓，設計密集的蜂窩狀組合結構,將集束數直接提高上萬倍！(詳見后面論證)。低壓部分采取常規的手段降壓。或者直接研發耐高電壓的高轉速直流電動機。三、線狀零電場的設計原理(一)、靜電場力對待聚變輕原子核約束能力的估算假如有兩根無限長均勻帶電的細圓柱體，呈如圖5所示的平行分布。中間有兩個氖輕原子核迎面對撞或追尾碰撞，但由于庫侖勢壘排斥力作用會導致偏向"擦肩"而過。設細圓柱體的電荷線密度為《ed,由庫侖定律和高斯定理，靜電場強度^為五,~(1.5)"擦肩"而過的兩個輕原子核在綜合細圓柱狀導體靜電場力的擠壓作用下，平衡條件為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>.當/,AH4AL時'令A/f—2FD(D原子核的直徑2^=2x10—15wi)時，由(1.6)式得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(1-7)設/^-0.1m，帶入上式得《ed=2.00272x1023($^^)。如果細圓柱體半徑W。=0.05m,則圓柱體表面的電勢V必須大于及<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(伏特)(1.8)由上面的簡單估算結果表明這幾乎是天文級別的電壓值！說明以簡單的平行均勻帶電的直圓柱體組合形成的純靜電場，要實現輕原子核之間克服庫侖靜電場強勢壘迎面或追尾對撞聚變，其電場和電勢強度均要相當高，我們根本不可能依靠現有的機電設備制造工藝的水平來充電產生這么高的電壓！如果將圖5的D核子串直接由自身的內電場分成兩束，設/^>/^>>仏時，則仍由(1.6)式得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage9</formula>(1.9)令Ai/二10-2m，AL=10-10m，帶入上式得&crf=1.6022x10—7〔庫^^j,卩=1996伏特。此電壓值是現有的機電設備制造工藝的水平很容易做到的。這就是充分利用D核子串的內電場物理模型和理論依據。(二)、平板狀帶正電荷的導體與一組細圓柱狀帶正電荷導體的線狀零電場形成原理由靜電場物理特性可知，在靜電平衡狀態下，電荷都分布在導體表面，電力線都垂直于導體表面，導體表面是個等位體。為了實現設計本發明專利所要求的線狀零電場，首先必須實現具有一定大小的圓環狀、平板狀和有限長度的細圓柱狀導體在靜電場相互作用中，整個導體表面靜電荷的原始等密度分布，或者近似等密度分布。為此，對圓環狀導體，可以先將導體表面沿平行圓環線分隔成6N個圓環片。(N值沒有上限，以能實現整個導體表面的原始電荷面密度盡量相等為準)。圓環片之間用電介質隔開成分導體。對平板狀導體，可以將其分隔成數條長條狀分導體，邊部用細長的半圓柱狀分導體環繞，之間都用電介質隔開。同理，對有限長的細圓柱狀導體，可以在兩端附加一副半球狀或半橢球狀的分導體，見圖6。必要時，還可以再分段或沿軸線切開呈2N個分導體，之間同樣也都用電介質隔開。這樣，只要根據靜電場中各個導體的電場相互作用，計算出附加電壓，再對各個導體的分導體分別充上不同值的電壓，我們就能實現各個導體表面的原始電荷面密度或線密度大致相等。根據靜電場特征，兩個大小相等平行分布的無限長細圓柱狀導體，當它們都帶等量正電荷時，在橫截面上，其電力線分布就如圖7所示。在中間ABC對稱面上，令細圓柱狀導體的電荷線密度為《一由高斯定理，合電場強度￡4為^<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(1.10)沿著ABC對稱平面，當《=0°時，在B點，電場強度為0，但電勢能是最大值。同號電荷都被往A、C方向排斥。當《=45°時，￡A=是最大值，如圖7的A點處，(請注意"e"是線狀零電場的橫截面符號，下同)。當我們將平板狀帶正電荷的導體與圖7所示的細圓柱狀帶正電荷的導體按圖8所示的空間設置時，只要平板狀帶電導體一側均勻的電場強度￡^略小于(1.10)式<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>的最大值,則圖8的A點處附近就能形成兩條線狀零電場。在圖8所示的線狀零電場形成原理圖中，令平板狀導體的電荷面密度為《p，與下邊的電介質距離為d=0.20m，細圓柱狀導體的電荷線密度為(5，沿著線狀零電場排列的D核子串電荷線密度為^^和&^，間距為Aif，《0=45°。則根據靜電場力在對稱平面上的靜電場力平衡原理，我們有<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>(1.11)方程組可簡化為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>令平板導體與下面電介質組成的電容器電壓為40000伏特，則平板導體的電荷面密度為:<formula>formulaseeoriginaldocumentpage11</formula>方程組進一步簡化為:庫侖,=0.04w,sin2c^=sin(180'—2ar,)=sin2or2，則&^=《d2,(1.12)玉^印^(1.14)由(1.14)式，我們可以推算出細圓柱狀導體的電荷線密度t^的小范圍變化對D核子串密度&^和間距A7/的影響見表1:細圓柱狀導體的電荷線密度^n的小范圍變化對D核子串密度&^和間距AH的影響表表la,的取值(°)32.53537.54042.52的計算值(°)57.55552.55047.5AH的計算值(m)0.037300.029120.02144O據ll0.006999"/米D核子串線密度&^的模擬計算值(庫侖/米)&=4.65xl0—7-2.2023X10-8-5.8921X10—92.2002X10-94.5452X10-93.1810X1(T9&二6xl(T79.2070X10扁s8.6461X10-87.2095X10-85.1443X10-82.6713X10—84.3012X10-73.6010X10-72.7919X10-71細0X10-79.6436X10-811.5x10"8.5269X1(T77.0215X10-75.3806X10-73.6409X10-71.8359X1(T7從表1模擬計算的結果可看出，只要我們適當調整細圓柱狀導體或平板狀導體內各分導體的充電電壓,就能大幅度調整待聚變的D核子串密度和內電場，調整它的原始電荷線密度<5,從而能輕易達到大范圍的調整冷核聚變堆的功率！也可以通過調整噴射D核子串的流量，從而達到大幅度調整反應堆功率的目的。11還可以直接通過預先安裝在聚變氦原子核噴射口兩側的電壓傳感器，直接與D核子串束流在線狀零電場的入口處分流偏向電極相連，使兩條線狀零電場內的4串核子對撞聚變能順利進行，不至于各行其道。其中，如果《,4.65xl(T7—1.5><10-6〔庫%〕，ln^^=ln3，則細圓柱狀導體的原始充電電壓值〃=JLln3-9182—29621(伏特)，也在現有技術水平的許可范圍內。2加0以表1數據對《"值取2.2002X10一和8.5269X1(^兩個極值，帶入AL-1式，得AL分別為7.2820X10-"m、1.8790Xl()-13m，也都在較理想的范圍內。同理，4根細圓柱狀帶正電荷的導體，與平板狀帶電導體的組合電力線就能合成我們所需要的中間三組共6條線狀零電場，見圖9。必要的時候，我們還可以在平板帶電導體的兩側都布置一組細圓柱狀的帶電導體，使線狀零電場的束數再翻倍。請注意在實際設計方案中，聚變腔的a粒子垂直于D核子串噴射位置及附近，細圓柱狀、平板狀帶電導體和外加強磁場的磁化方向都應稍微向上凸山彎曲；平板狀帶屯導體在此處開有狹長的縫隙，使a粒子只能沿此單方向射出，這樣便于a粒子能量集中導入多級連續的離子調速直流調壓器中。(三)、一組圓環狀帶電導體和幾根細圓柱狀帶電導體組合的線狀零電場形成原理1.在圓環狀導體軸線內側的電場強度和電勢能變化特征設導體環上的電荷線密度Ae為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula>，見圖10。我們先將其分為以OYZ平面對稱的兩半環，充分利用高斯對稱性原理，貝l」<formula>formulaseeoriginaldocumentpage12</formula><formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>同理:五-.2同理，電勢能應表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage13</formula>￡hy的積分系數~t-^~~^-^d〃計算結果表0J;r(l-2/rvcoS/S+KX)'(1.17)表2<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>從上述沿Y、Z軸2個方向的電場強度計算結果的變化趨勢可以看出同號電荷在圓環狀導體軸向內側的一定范圍內，是向Z軸方向運動的，如表2的黑體字數據所標出的負值范圍。在現有的電子槍、離子束等電子元件中，經常采用這種特殊位形的電場聚焦作用。所以，根據上述初步計算結果，我們先給出一組大小相等同軸圓環狀帶等量正電荷的導體軸向內側電力線分布，如圖11所示。2.—組圓環狀帶正電荷的導體與2根細圓柱狀帶正電荷的導體組合的線狀零電場形成原理同理，一組圓環狀帶正電荷的導體與2根細圓柱狀帶正電荷的導體組合的線狀零電場形成原理見圖12。3.—組圓環狀帶正電荷的導體與3根細圓柱狀帶正電荷的導體組合的線狀零電場形成原理設毎根帶電細圓柱狀導體的半徑都為/。，電荷線密度都為《(下同)。3根帶電導體平行組成正三角形，見圖13。則在AA'的對稱平面上，垂直方向的電場強度為<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>=0，則or=30°。說明在正三角形的中心P點，總電場強度的矢暈和為0。沿M'對稱平面上的電場強度系數(括號內)計算結果見表5。由表5可見，同號電荷，在P點是不穩定的，沿AA'對稱平面上，都是被向A方向排斥的。通過正三角形的角平分線和高斯定理的對稱分析可判定兩個同軸圓環狀帶同號等量正電荷的導體和多根細圓柱狀導體呈平行正三角形、正六邊形組合時，在垂直軸線橫截面上形成的線狀零電場集束分布特征，將如圖14所示。沿M!對稱平面上的電場強度系數<formula>formulaseeoriginaldocumentpage15</formula>當我們將4根細圓柱狀帶等量正電荷的導體與兩個同軸圓環狀帶等量正電荷的導體按圖15方式組合時，在中軸線的橫截面上，其組合形成的線狀零電場就如圖16所示。當我們將眾多細圓柱狀導體同一組同軸圓環狀帶同號等量正電荷的導體呈平行正方形組合時，在垂直軸線橫截面上形成的線狀零電場就呈現圖18所示的集束集群分布。15需要強調補充的是圖15、16、17顯示的組合電場呈內凹外尖的四棱柱面狀的等位面，是在周圍正電場力的擠壓情況下，帶正電荷的離子能夠暫時存在的等位面。尤其是集中在M1、BB'、CC'、DD'四條尖棱角線上，棱龜線延長線上的電勢能是靠核子或離子高速追尾的動能來傳遞和維持的。從圖15、16、17的由均勻帶電的一組圓環和4根導體組合電場內部等位面的形狀中可以看出作為本發明的關鍵，約束離子或核子束流的等位面內凹外凸呈尖棱角狀。使靜電場中的電荷因自身內電場導致相互靜電排斥力，必然都被擠壓分開在導體表面的各呈尖棱角處。而且不管是電子、離子或原子核，都只能是一層排成一串，該電荷層的厚度只能是電子、離子或原子核的實體直徑的厚度。導體的表面仍然是等位體，電荷的密度分布直接與導體表面的曲率有關，所以M1、BB1、CC1、DD1四條尖棱角線上的尖端棱線處的凈剩正電荷，將沿AA'、BB1、CC1、DD'各呈一條線狀集中分布。其它凹處的等位面上，不存在凈剩電荷。如果再外加平行尖端棱線的強磁場，必然會在強磁力線磁化下，靠離子或原子核自身磁矩串聯起來，沿四條線狀零電場高度集中。同時，如果磁化強度足夠大，對撞原于核之間還存在相當大的異性磁極之間的吸引力。這正是我們所希望的。四、平行線段外加強磁場磁化設置對待聚變輕原子核的定向約束效果估算當待聚變的輕原子核D核子束，被噴入如圖9所示具有線狀零電場的冷核聚變反應腔內時，只要相鄰的輕原子核間距遠大于原子核的半徑r。，(ALrfl),靜電場力就很容易將待聚變的輕原子核都約束在該線段上。在外界平行線段的強磁場定向磁化下，整條線段上的全部待聚變輕原子核的固有磁矩就會如圖19所示，呈定向排列磁化串通成一條長電流螺線管。這種排列對核聚變的精確定位導向起關鍵作用。由電動力學的電流螺線管磁化公式，盡管各個電流元的間距比原子核磁矩的等效半徑大得多(ALFQ)，但是穿過整個螺線管所有電流元的總磁通量沒有減少，<DB=^[f5。.必=5。7^=fi,;r，不論是在電流元內側還是外側，都是常數。螺線管兩端的磁感應強度Bo為.-2("-l)AL2AL由磁場的高斯定理，在螺線管端部如圖19所示的左邊第二個電流元，以該電流元為中心，磁力線是呈平球面形向左向外發散的，磁感應強度》，的矢量可近似表示為<formula>formulaseeoriginaldocumentpage16</formula>(1.20)在線段零電場的中間，當兩個D核子的間距從AL—F。的迎面對撞之前，如圖20所示。令/^>>&，由庫侖定律和(1.19)、(1.20)式，其平行D核子串方向相互作用的電、磁場勢能(/￡、t^可表示為+—-》o4;re^AL2廣f~\(1.21)^=《2,"如(AL)=-f;gJ,=(1.22)上面的推導演算證明靜電場排斥力和排斥的能量遠大于電流元磁場的吸引力和吸引的能量。其總能量應等于為提供兩個D核子迎面對撞核聚變的起碼動能。因為D核子由質子中子串聯組成，核力的作用范圍為10—'5m,可作為^值。假設線狀零電場的起始電壓為100000伏特，則靜電加速器的起始電勢能值f/。為:.30)上式前面括號內為精細結構常數，其值為137.0359907。W=4,說明>>+&±的值，由此判斷利用兩個D核子串的自身超強自轉的陀螺慣性制導特性，來實現核力約束慣性制導對撞冷核聚變不但可行，而且幾乎是迄今為此全人類能夠開發利用核聚變能的唯一途徑！！！圖l.是靜止基本粒子內部波動、自旋量子化定態垂直雙橢圓軌道運動示意圖圖2.是基本粒子沿波動、自旋、進動軌道運動時形成的波粒二象性特征示意圖圖3.是質子、中子內部pi介子、核芯的波動、自旋運動軌道在XOY平面上的投影圖圖4.是質子、中子、氘及氚原子核的內部結構和磁矩合成原理示意圖圖5.是靜電場力約束輕原子核能力估算原理示意圖圖6.是圓環狀、平板狀和細圓柱狀導體的表面屯荷原始面密度大致相等的形成原理圖圖7.是兩個平行設置無限長細圓柱狀帶等量正電荷的導體電力線分布示意圖圖8.是平板狀帶正電荷導體與2根細圓柱狀帶正電荷導體的線狀零電場形成原理示意圖圖9.是平板狀帶正電荷的導體與一組細圓柱狀帶正電荷導體的組合電力線和形成的線狀零電場原理示意圖圖IO.是圓導體環中內側的電場強度￡^、五^變化計算原理示意圖圖11.是一組大小相等同軸圓環狀帶等量正電荷的導體軸向內側電力線分布示意圖圖12.是兩個平行無限長細圓柱狀與兩個同軸圓環狀帶等量正電荷的導體在軸向橫截面上形成的線狀零電場原理示意圖圖13.是3根無限長細圓柱狀帶電導體呈正三角形組合的電場強度計算原理示意圖圖14.是兩個同軸圓環狀帶同號等量正電荷的導體和多根細圓柱狀導體呈平行正三角形、正六邊形組合在垂直軸線橫截面上形成的線狀零電場集束分布示意圖圖15.是均勻帶電的兩個圓環和4根導體組合的電場示意圖圖16.是組合電場內部等位面的形狀和內凹外凸呈尖棱角狀線狀零電場的橫截面示意圖圖17.是組合電場內凹外凸尖四棱柱面狀的等位面和核子離子由內電場形成的沿棱線分布示意圖圖18.是一組同軸圓環狀帶同號等量正電荷的導體和多根細圓柱狀導體用平行正方形組合在垂直軸線橫截面上形成的線狀零電場呈集群集束分布示意圖圖19.是沿某一線段分布的輕原子核磁矩在強外磁場的磁化作用下呈定向排列示意圖圖20.是兩個電流元之間垂直方向的電、磁場相互作用力原理示意圖圖21.是核力約束慣性制導冷核聚變反應腔的工作原理示意圖圖22.是核力約束慣性制導的離子調速直流降壓器工作原理示意圖圖23.是核力約束慣性制導的離子調速直流增壓器丁作原理示意圖圖24.是《核力約束慣性制導冷核聚變堆和離子調速直流變壓#》項目設計的總體技術途徑組合原理示意圖圖中l.質子和自旋磁矩矢量2.中子和自旋磁矩矢量3.氘原子核的內部結構和磁矩合成原理4.氚原子核的內部結構和磁矩合成原理5.圓環狀和平板狀導體的各分導體6.圓環狀和平板狀分導體之間的分隔電介質7.細圓柱狀導體兩側的分隔電介質8.細圓柱狀導體兩端的分導體9.與平板狀帶電導體對應的電介質IO.核力約束慣性制導冷核聚變反應腔的約束制導對撞核聚變通道ll.D原子核對撞運動的速度和方向12.聚變形成氦原子核的噴射運動速度和方向13.由核聚變反應腔噴射出來的高能氦原子核的運動速度和方向14.調速降壓氦原子核束流15.被混合調速后的氦原子核16.核力約束慣性制導的離子調速通道17.質子或氦、鋰離子束流和高速運動的方向18.參加混合調速的大質量汞離子19.被混合調速后的質子或氦、鋰離子和汞離子束流20.核聚變后調速降壓轉化的高壓直流電能輸出21.輸出電源的高壓電容器22.末級離子調速降壓器23.高能氦原于核24.供給靜電型直線離子加速器電源的高壓電容器25.初級離子調速直流降壓器26.核力約束慣性制導冷核聚變的反應腔27.靜電型直線離子加速器28.內置啟動電源的離子調速直流高倍增壓器具體實施例方式上面已經較全面地分析和模擬計算論證了《核力約束慣性制導冷核聚變堆和離子調速直流變壓器》的
發明內容。為了簡要概括本發明的具體實施方式，我們以圖21、22、23、24簡化表示冷核聚變反應腔、離子調速降壓腔、離子加速增壓腔和冷核聚變反應堆的技術路徑組合簡圖。下面，我們對核力約束慣性制導的離子束調速直流變壓器的機械效率給予簡要補充論證。一、《核力約束慣性制導離子調速直流變壓器》項目設計的物理模型和理論依據設有兩種離子的質量分別為IIh、恥，所帶的凈電量為Ql、Q2，每秒的離子束流量為R、N2。令a.對離子減速降壓運動設ni,離子原始動能的等效電壓為V,，運動速度為v,，電流為L二q,IVni2調速離子的啟動速度可忽略不計。在起始和混合調速段，見圖22，由總能量守恒定律(1.31—1).2iii(1.31—2)在混合調速段末端的電壓為V:，(也可以設定為某一基準電壓)。此時兩種離于都具有相同的運動速度v2，內部各離子相互作用力的合力為O,各個離子都保持勻速直線運動。當離子進入逆壓減速運動的軌道段時，(該軌道段由靜電型離子直線加速器倒裝構成)，由于電場力的排斥作用，質量小、帶有凈電荷量人的離子減速快r質量大、凈電量小的離子減速慢。在被核力約束慣性制導綜合作用的單通道軌道內調速運動的結果，將又是能量的交換過程。如果最后兩種離子都以Vs40的速度全部擠入球殼狀的電壓腔，由于在真空狀態下，中間幾乎都沒有發生能量損失，也不必考慮電磁波輻射，從總能量守恒定律得<formula>formulaseeoriginaldocumentpage21</formula>(1.34)上述分析結果說明？F—離子調速階段的速度變化很小。在逆壓階段還繼續對電子起關鍵的推進作用<b.如果是加速增壓運動只要將上述分析計算的方向倒過來即可。但應取》21<<;2，對電子和單個的':F—離子而言，隨機的幾率太大，對整條管道而言，則會自動調整混合離子束的整體運動速度，見圖23。與降壓調速的不同之處僅在于逆壓階段，質量相差懸殊的輕離子、原子核或電子，必須回流循環使用。因為鋰、鈉、鉀、銣、銫、鈁元素的汽化溫度都在550750'C范圍內，汞元素為357。C。在真空離子狀態，可能汽化溫度會大大降低。正離子采用質子、鋰離子和汞離子的組合，也可考慮用氫、氦離子和汞離子組合。可能的話，重離子也可考慮采用某些氣態化合物。二、《核子約束慣性制導冷核聚變堆和離子調速直流變壓器》總體技術途徑《核子約束慣性制導冷核聚變堆和離子調速直流變壓器》項目總體研究方案、技術途徑組合見圖24。至于其它的原子核或離子發生器，離子或原子核的直線加速器，原子核燃料供應和能量輸出的自動平衡控制系統……等配套裝置系統，均可根據本主體項目的研究設計方案和運行參數，在現有的相應項目的技術、設備和制造工藝條件的基礎上進行優選和改進。權利要求1.核力約束慣性制導冷核聚變堆和離子調速直流變壓器發明，其特征是在常溫條件下，設置空間特定組合的電磁場，根據輕原子核固有的磁矩和內電場，先將兩串待聚變的原子核約束在同一條線段內；再利用原子核固有的自旋動量矩矢量形成近光速自旋的超強力自轉陀螺慣性制導特性，來克服庫侖強勢壘的偏向作用，實現直接對撞核聚變的；應用相似的核力約束慣性制導方式，對不同速度和能量的離子束進行混合調速，研制成的離子調速直流變壓器，是冷核聚變堆、核發動機和該類核電站啟動核聚變和電能輸送系統的重要配套設備，所以合并申請一個專利權。2.如權利要求1所示的設置空間特定的電磁場，就是由數個或數組不同形狀的帶電導體通過特定空間組合設置形成的靜電場背景中，使其內部產生一組線狀零電場的技術方法；通過將每一個帶電導體都分隔成N個分導體，各分導體之間都用電介質隔開。首先假設某一整個導體表面原始凈電荷的面密度是某一常數，對周圍空間產生均勻對稱的電力線(電場)，根據輕原子核串固有的內電場，并與其它的帶電導體共同合成本專利發明所要求的成組的線狀零電場；然后再考慮各帶電導體及分導體因靜電場相互感應作用形成的附加電壓，最后根據附加電壓值將各導體和分導體分別充上各自相應的總電壓值。3.如權利要求l、2所示的冷核聚變反應腔內，可以通過調整噴射D核子串的流量，改變各導體內分導體的充電電壓，就能大幅度調整待聚變的D核子串線密度和內電場，從而達到大幅度調整反應堆功率的目的；還可以直接通過聚變形成的氦原子核噴射口兩側的電壓傳感器，直接與D核子串束流在線狀零電場的入口處分流偏向電極相連，避免兩串核子各行其道，使每條線狀零電場內相向運動的兩串核子的對撞聚變都能順利進行。4.如權利要求2所示的線狀零電場的設計可以有多種方式，除本文提供的平板狀帶電導體和一組2N個平行分布的細圓柱狀帶電導體的組合；一組圓環狀帶電導體和一組細圓柱狀的帶電導體組合外；還可以考慮在一組帶電平板狀導體的每兩塊平板之間都設置一組平行分布的細圓柱狀帶電導體，形成集束集群的線狀零電場組。'5.如權利要求1所示的核力約束慣性制導離子調速直流變壓器因為不存在聚變后的原子核沿垂直方向的噴射問題，而是全部沿調速的延伸方向單向噴射，所以更容易進行成組集群線狀零電場的平行集束集群設計。如同軸一組圓環狀帶電導體與3N個平行設置的細圓柱狀帶電導體組合，多個細圓柱狀帶電導體可以沿正三邊形或正4邊形的頂點分布，還可以呈陣列或多圈的蜂窩狀組合。這樣可以使成組的線狀零電場集束呈幾何級數激增。6.如權利要求1所示的核子束或離子束在噴射進入線狀零電場之前，都應先用定向磁場確定自旋動量矩方向或反方向，并且都必須用圓環狀電極板的電場和磁場聚焦透鏡對核子束或離子束進行綜合疊加聚焦。7.如權利要求1所示的在核子束、離子束調速直流減壓器的設計中，可以對核子束或離子束實行連續多級的降壓調速。即在每一級的調速管末端，噴射口的端部，都繼續大流量地引入低速核子束或離子束，直至最后將末級低速的全部大流量核子束或離子束全部引入球殼狀金屬電容器中，轉化成具有一定電壓的直流電。這樣可以省略多個倒裝的靜電型核子、離子直線加速器。8.如權利要求1所示的對離子調速直流增壓器的設計，可以根據增壓的倍數，應盡量采用質量差異懸殊的、容易在較低溫度下激發生成并較穩定的離子，如電子和F、Cl—負離子，質子和Na+、K+、Hg++……等正離子組合。9.如權利要求1所示的平行線狀零電場方向的外磁場設計，應盡量考慮采用內芯高磁導率的非導體材料分段填充的電流螺線管，在線狀零電場起始端部和出口的電磁鐵部分都留有供核子束或離子束噴射的通道孔。10.如權利要求1所示的本發明核子束、離子束的加速、對撞聚變、混合調速運動，直至電能轉化輸出的全部工作空間，都是在抽真空的封閉容器或管道內實施的。所以，整個系統內部還必須配備一套抽真空設備，以便將核聚變后形成的氦原子核，經調速最終完成電能轉化后轉變成寶貴的氦氣體，不斷地從工作區抽出并收集起來。全文摘要核力約束慣性制導冷核聚變堆和離子調速直流變壓器發明項目，有望一勞永逸地徹底解決全人類面臨的能源和環保難題。為一切宇宙飛船、飛機、艦船、車輛及發電廠……等耗能設備、工廠提供潔凈安全無限的核動力能源，使全人類真正進入核能時代。本發明項目特征是在常溫條件下，設置空間特定組合的電磁場，根據輕原子核固有的磁矩和內電場，先將兩串待聚變的原子核約束在同一條線段內；再利用原子核固有的自旋動量矩矢量形成近光速自旋的超強力自轉陀螺慣性制導特性，來克服庫侖強勢壘的偏向作用，實現直接對撞核聚變的；應用相似的核力約束慣性制導方式，對不同速度和能量的離子束進行混合調速，研制成的離子調速直流變壓器，是冷核聚變堆、核發動機和該類核電站啟動核聚變和電能輸送系統的重要配套設備，所以合并申請一個專利權。文檔編號H02N1/00GK101350582SQ20081008791公開日2009年1月21日申請日期2008年3月18日優先權日2008年3月18日發明者黃振強申請人:黃振強