微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术

1.本发明涉及可控核聚变领域，特别涉及微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术。


背景技术：

2.随着社会科技的不断进步，人类对能源的需求逐渐扩大。目前人类社会的能源来源主要为燃烧化石能源，但化石能源作为传统能源，利用效率偏低，能源消耗量逐年增多，而化石能源储量稀缺，无法满足长期的生产和消费需求，从而给全球能源安全带来威胁；并且在使用化石燃料时会产生大量的硫化物、氮氧化物、一氧化碳及二氧化碳，此类物质积累在空气中会对环境产生不可逆的影响，加剧温室效应。
3.核能作为一种新型能源，对于解决人类社会目前的能源问题具有重要意义。目前利用核能的方式主要为核裂变，但核裂变反应会产生放射性废料难以处理，且裂变原材料复杂，运输、储存成本高。相较地，核聚变过程不会产生放射性物质，且聚变原材料含量丰富、性能稳定，可在海洋中大量提取。其次与核裂变不同，核聚变为从轻核合成重核，由于质量亏损，因此核聚变可以产生更多的能量。总的来说，聚变反应堆有更高的效率、更低的环境影响、更简单的反应堆设计及更为廉价且丰富的燃料来源，因此，核聚变技术在能源方面是未来可利用的最先进技术，也将是未来能源技术的主流。
4.粒子加速器是一种利用磁场加速带电粒子的装置，为科学家们研究核物理、粒子物理等领域提供了一个强有力的工具。其在核聚变领域也有广泛的应用。首先，在现有实验中，科学家利用粒子加速器加速氘氚粒子后注入聚变设备中，可以有效的控制反应区中粒子的能量和方向，从而提高聚变反应的效率。其次，粒子回旋加速器还可以进行聚变反应的研究和模拟，利用加速器制造类似于太阳恒星中的高温高压环境，观察和研究核聚变反应的情况。此外，粒子加速器还可以用于聚变反应堆材料方面的研究。要制造能够承受高温高压等极端条件的聚变反应堆，需使用特殊的材料，利用加速器模拟材料所承受的辐射和中子轰击的环境，从而评估材料的性能和寿命，为聚变反应堆的制造提供可靠的依据。最后，粒子回旋加速器还可用于研究和发展核聚变技术相关设备和控制系统，可以利用加速器制造和测试聚变反应堆中所使用的磁场控制系统、加热和冷却系统。此方法可以在实验室中进行性能测试和优化，为聚变反应堆的实际应用提供支撑。
5.磁流体发电机在核聚变领域有广阔的应用前景。在核聚变工业中，磁流体发电机可有效利用反应热，将内能直接转变为电能，无需复杂的传动机构或电磁驱动器。相比传统发电装置，磁流体发电机具有更高的稳定性、传动效率，这些特性适合现代核聚变发电系统的应用。因此，对于未来的核聚变发电系统，磁流体发电技术将会担任重要的角色，为有效利用反应热提供有力的支撑。但目前科技界还无法实现稳定可控的长脉冲核聚变，若想实现核聚变商用化仍需人类社会长足共同的努力。


技术实现要素：

6.本发明针对目前核聚变研究领域中无法实现核聚变能稳态长脉冲输出的难题，提出了基于微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术。
7.本发明的技术方案为：微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术，装置包括粒子对撞反应系统、水循环冷却系统、飞轮储能调控发电系统、粒子回旋加速器、蒸气导引管道、抽水泵、蒸馏水加料管道、蒸馏水输送管道、磁流体发电系统和粒子传递通道。
8.所述的粒子对撞反应系统包括粒子对撞装置骨架、磁镜外侧端盖、磁镜内侧端盖、磁镜线圈和聚磁铁芯。
9.所述的水循环冷却系统包括水冷壁内层壳体和水冷壁外层壳体。
10.所述的飞轮储能调控发电系统包括固定轴、滚动轴承、锥形顶外壳、端盖、轴承套筒、上磁极、线圈盒、飞轮转子、蒸气包覆器、连接器、固定套筒、紧固螺钉、飞轮叶片、导线、飞轮螺旋叶片、下磁极、电磁感应线圈、蒸气集束管道和蒸气喷射管道。
11.所述的磁流体发电系统包括粒子收束管道、阀管道、控制阀、弹簧、连接端盖、电极板、电导线、电极外壳、喷嘴、连接螺栓和螺母。
12.粒子对撞反应系统位于整个系统中心，粒子对撞反应系统被水循环冷却系统所包裹，偶数个飞轮储能调控发电系统独立均匀分布在反应系统上方，粒子回旋加速器均匀排布于粒子对撞反应系统四周，粒子回旋加速器采用现有的装置，磁流体发电系统固定于x轴方向，其x、y轴均通过粒子对撞反应系统球心，且x、y轴所构成平面与水平面平行，x轴位于两相邻粒子回旋加速器中心与粒子对撞反应系统球心连线所构角的角平分线处，y轴与x轴相交垂直，粒子对撞装置骨架构成粒子对撞反应系统的基本结构，磁镜内侧端盖及磁镜外侧端盖分别嵌套在粒子对撞装置骨架围成的各个独立的小单元格内外侧，磁镜线圈位于磁镜内侧端盖与磁镜外侧端盖组成的封闭空间内，磁镜线圈缠绕在聚磁铁芯四周。水循环冷却系统的水冷壁内层壳体直径比粒子对撞反应系统略大，且水冷壁内层壳体球面上均匀分布着输水孔洞，蒸馏水加料管道连通水冷壁内层壳体，外接抽水泵和蒸馏水输送管道。蒸气导引管道一端连通水冷壁外层壳体，另一端与飞轮储能调控发电系统的蒸气喷射管道相接。蒸气喷射管道为v型，蒸气喷射管道嵌装在锥形顶外壳中下部，内部管道部分管道口偏向飞轮叶片凹侧方向，更有利于蒸气带动飞轮旋转。飞轮叶片与飞轮转子通过紧固螺钉和固定套筒实现定位固连，飞轮转子内圈嵌有连接器，外圈安装在滚动轴承内，通过阶梯定位连接，连接器内圈外套在线圈盒中下部。线圈盒内装有电磁感应线圈，电磁感应线圈与导线圆球形端部相切连通，线圈盒上端固连上磁极，上磁极安装在端盖内侧。端盖的头部开有蒸气孔，与锥形顶外壳平齐，端盖的头部和尾部内侧均内嵌有滚动轴承。飞轮叶片、飞轮转子、电磁感应线圈及飞轮螺旋叶片均与固定轴锁定旋转。磁流体发电系统的粒子收束管道一端连通粒子对撞装置内腔体，同时起到支撑固定粒子对撞装置骨架及水冷壁内层壳体的作用，另一端与阀管道相接。控制阀与弹簧固连，弹簧固装在连接端盖上，连接端盖和电极外壳通过连接螺栓、螺母固接。电极外壳凹槽内嵌装有电极板，电极板外接电导线。
13.本发明微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术的粒子对撞反应系统，其空间相对位置的单元格组成磁镜装置，粒子对撞发生时，磁镜线圈内电流急剧变化引起磁能陡然上升，磁场压缩等离子体团的直径，继而磁能转变为等离子体团的内能，等离子体温度和压力进一步提高至聚变临界温度发生核聚变反应。n对磁镜装置反射聚焦聚变能量到球
心对撞处加热自励，使温度维持在聚变临界温度以上保持聚变反应持续进行，直至耗尽聚变燃料气体，同时可避免装置直接受到能量辐照后发生相变反应，并使整个系统温度变化曲线趋于平缓，且降低了能量外散损耗，提高能量利用效率，在满足单元格大小可装载外部装置的条件下，n取值越大，其粒子对撞反应系统表面越接近于准球面，其反射辐射热量的效果越好，且n取值最小为6。
14.本发明微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术，飞轮储能调控发电系统，其蒸气包覆器包裹住高温水蒸气，防止水蒸气四溢扩散后与其他机械零部件表面接触冷凝成液态后腐蚀机械结构；其飞轮螺旋叶片位于蒸气包覆器底部，高温高压蒸气冲击飞轮叶片后带动飞轮螺旋叶片旋转，飞轮螺旋叶片旋转产生向上的气流，有利于蒸气及时扩散至冷凝装置内，防止飞轮内部压强过大，发生危险。
15.本发明微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术的粒子回旋加速器为四个，分为两组，位置相对的分为一组。同组内装置分别加速氘、氚等离子体，氘、氚等离子体被传输至粒子对撞反应系统腔体内进行对撞，有一组进行检修时，另一组可正常进行工作，保证持续对外界输出能量。
16.本发明微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术的磁流体发电系统，当阀管道前半段粒子气体压力达到一定阈值时，压缩弹簧推开控制阀使带电等离子流体进入两电极板之间的发电通道，在超导或常规励磁磁体的沿y轴向磁场作用下，等离子流体中的正负电荷分别聚集在上下电极板上，两极板形成电势差，对外放电。且等离子流体压力达到阈值后，进入发电通道后会具有较高的初速度，使等离子体所受的洛伦兹力增强，根据霍尔效应终态时两电极板电势差更大，发电效果更好。该系统把聚变热的内能直接转化为电能，实现反应热的二次循环再利用，且无需外接能量转化装置，省略中间环节降低能量损耗，大大提高了能量利用效率，其中粒子气体压力阈值需由所需要的输出电压值根据实验确定，可根据洛伦兹力计算公式f
l
＝bqv与电场力fe＝eq，确定粒子所需速度，进而根据弹簧弹性系数计算出所需粒子气体压力阈值，其中b为磁场强度，q为电荷量，v为粒子速度，e为电场强度。
17.本发明微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术，其主要工作原理及过程包括：
18.第一步：储水槽中的蒸馏水经抽水泵输送至水循环冷却系统中，水冷壁内外层内注满蒸馏水后停止，等待核聚变反应的发生；
19.第二步：将电离后的微量氘、氚等离子流体分别注入同组两个粒子回旋加速器加速，加速完成后经粒子传递通道以极高速射入粒子对撞反应系统炉腔内，两束高速粒子相遇对撞形成等离子体团并产生大量热量，同时迅速提高磁镜线圈内的电流至万安级别，电流的急剧变化导致磁场磁能陡然攀升，磁场压缩等离子体团的直径，继而磁能转化为等离子体团的内能，使等离子体温度和压力进一步上升至聚变临界温度发生核聚变反应，聚变为氦；
20.第三步：聚变能量向外扩散时，n对磁镜装置反射聚焦聚变能量到球心对撞处加热自励，使温度维持在聚变临界温度以上保持聚变反应持续进行，直至耗尽聚变燃料气体，同时可避免装置直接受到能量辐照后发生相变反应，并使整个系统温度变化曲线趋于平缓，且降低了能量外散损耗，提高能量利用效率；
21.第四步：核聚变反应进行的同时产生巨大的热量使水冷壁层内的蒸馏水转变为高
温高压水蒸气，经蒸气导引管道和蒸气喷射管道导引改向后，冲击飞轮叶片，带动电磁感应线圈旋转切割磁感线产生电动势，把内能转化为电能和飞轮本身的机械能，通过导线把电能输送至外界，下一次循环时飞轮储存的能量对系统维持磁场装置进行反哺充能，无需外部额外提供能量，蒸气包覆器包裹住高温水蒸气，防止水蒸气四溢扩散后，与其他机械零部件表面接触冷凝成液态后腐蚀机械结构，其飞轮螺旋叶片位于蒸气包覆器底部，高温高压蒸气冲击飞轮叶片后带动飞轮螺旋叶片旋转，飞轮螺旋叶片旋转产生向上的气流，有利于蒸气及时扩散至冷凝装置内，防止飞轮内部压强过大，发生危险；
22.第五步：本循环内核聚变反应结束后，经初步水冷后的带电等离子流体在磁场的约束下沿x轴方向径向扩散，经粒子收束管道集聚在阀管道前端，当阀管道前半段粒子气体压力达到一定阈值时，压缩弹簧推开控制阀使带电等离子流体进入两电极板之间的发电通道，在超导或常规励磁磁体的沿y轴向磁场作用下，等离子流体中的正负电荷分别聚集在上下电极板上，两极板形成电势差对外放电，且等离子流体压力达到阈值后，进入发电通道后会具有较高的初速度，使等离子体所受的洛伦兹力增强，根据霍尔效应终态时两电极板电势差更大，发电效果更好，该系统把聚变热的内能直接转化为电能，实现反应热的二次循环再利用，且无需外接能量转化装置，省略中间环节降低能量损耗，大大提高了能量利用效率；
23.第六步：高温水蒸气通过蒸气集束管道进入水蒸气冷凝装置，冷凝成蒸馏水后回流至储水槽，等离子体尾料经喷嘴排出系统，等待下一次循环开始。
24.本发明微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术，其优点和积极效果有：1.采用准全反射球心聚焦聚变反应区，n对磁镜装置反射聚焦聚变能量到球心对撞处加热自励，使温度维持在聚变临界温度以上保持聚变反应持续进行，直至耗尽聚变燃料气体，同时可避免装置直接受到能量辐照后发生相变反应，并使整个系统温度变化曲线趋于平缓，且降低了能量外散损耗，提高能量利用效率。2.系统广泛使用磁场约束等离子体的形式引发核聚变，相较于传统引信方式有更少的能量输入，更容易实现能量净增益。3.系统包含两组粒子回旋加速器，其中一组故障或检修时系统仍可正常工作，保证了能量输出的连续性。4.采用磁流体发电技术，将核聚变反应热二次循环再利用，并直接将内能转化为电能，无需复杂的传动机构或电磁驱动器，省略中间能量转化环节，降低能量损耗，大幅度提高了能量利用效率。5.通过控制每次输入氘、氚等离子体的用量，调节核聚变反应的发生及剧烈程度，使整个系统过程可调、可控，从根源上杜绝核事故发生的可能性。6.以粒子加速对撞、压缩等离子体团为引信，飞轮储能为引线，采用飞轮接力式的模式，使能量输出连续化，实现核能稳态长脉冲持续产出，为可控核聚变研究提供了一种新的探索方向。
附图说明
25.图1为微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术系统装置的三维示意图。
26.图2为微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术俯视图。
27.图3为微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术纵向剖视图，剖面为图2所示的a-a。
28.图4为微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术横向剖视图，剖面为图3所示的b-b。
29.图5为粒子对撞反应系统主视图。
30.图6为粒子对撞反应系统纵向剖视图，剖面为图5所示的c-c。
31.图7为飞轮储能调控发电系统纵向剖视图，剖视位置为图2所示的d-d。
32.图8为飞轮储能调控发电系统横向剖视图，剖视位置为图7所示的e-e。
33.图9为磁流体发电系统纵向剖视图。
34.图10为微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术简易工作原理图。
35.图中：1—粒子对撞反应系统；1-1—粒子对撞装置骨架；1-2—磁镜外侧端盖；1-3—磁镜内侧端盖；1-4—磁镜线圈；1-5—聚磁铁芯；2—水循环冷却系统；2-1—水冷壁内层壳体；2-2—水冷壁外层壳体；3—飞轮储能调控发电系统；3-1—固定轴；3-2—滚动轴承1-3；3-3—锥形顶外壳；3-4—端盖；3-5—轴承套筒；3-6—上磁极；3-7—线圈盒；3-8—飞轮转子；3-9—蒸气包覆器；3-10—连接器；3-11—固定套筒；3-12—紧固螺钉1-8；3-13—飞轮叶片；3-14—导线；3-15—飞轮螺旋叶片；3-16—下磁极；3-17—电磁感应线圈1-3；3-18—蒸气集束管道；3-19—蒸气喷射管道；4—粒子回旋加速器；5—蒸气导引管道；6—抽水泵；7—蒸馏水加料管道；8—蒸馏水输送管道；9—磁流体发电系统；9-1—粒子收束管道；9-2—阀管道；9-3—控制阀；9-4—弹簧；9-5—连接端盖；9-6—电极板；9-7—电导线；9-8—电极外壳；9-9—喷嘴；9-10—连接螺栓；9-11—螺母；10—粒子传递通道。
具体实施方式
36.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
37.本发明微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术如图1-4所示，包括粒子对撞反应系统1、水循环冷却系统2、飞轮储能调控发电系统3、粒子回旋加速器4、蒸气导引管道5、抽水泵6、蒸馏水加料管道7、蒸馏水输送管道8、磁流体发电系统9和粒子传递通道10。
38.粒子对撞反应系统1包括对撞装置骨架1-1、磁镜外侧端盖1-2、磁镜内侧端盖1-3、磁镜线圈1-4和聚磁铁芯1-5，如图5-6所示，水循环冷却系统2包括水冷壁内层壳体2-1和水冷壁外层壳体2-2，见图3和图4，飞轮储能调控发电系统3包括固定轴3-1、滚动轴承3-2、锥形顶外壳3-3、端盖3-4、轴承套筒3-5、上磁极3-6、线圈盒3-7、飞轮转子3-8、蒸气包覆器3-9、连接器3-10、固定套筒3-11、紧固螺钉3-12、飞轮叶片3-13、导线3-14、飞轮螺旋叶片3-15、下磁极3-16、电磁感应线圈3-17、蒸气集束管道3-18和蒸气喷射管道3-19，如图7-8所示，磁流体发电系统9包括粒子收束管道9-1、阀管道9-2、控制阀9-3、弹簧9-4、连接端盖9-5、电极板9-6、电导线9-7、电极外壳9-8、喷嘴9-9、连接螺栓9-10和螺母9-11，见图9。
39.粒子回旋加速器4是一种高能物理实验装置，用于加速亚原子粒子以产生更高能的粒子，以研究基本粒子物理学问题，目前已经建成的粒子加速器有多种种类和规格。首先为线性加速器(linac)，线性加速器由多个加速模块组成，每个模块中有一对相对偏移的金属板，通过高频电磁场加速粒子，由于粒子在直线上加速，故称为线性加速器，常用于医学放疗、工业材料表面改性和基础物理研究等领域；环形加速器(synchrotron)是由多个弯曲磁铁和加速腔组成的环形结构，通过加速腔和弯曲磁铁的交替作用，使粒子在循环中持续加速并不断提高能量，环形加速器分为同步辐射光源和强子对撞机两类，常用于物质结构分析、药物筛选及生物医疗等领域；超导直线加速器(sc linac)采用超导技术的腔体代替
1，另一端与飞轮储能调控发电系统3的蒸气喷射管道3-19相接。蒸气喷射管道3-19为v型，嵌装在锥形顶外壳3-3中下部，内部管道部分外径线相切于飞轮叶片3-13外弧线。飞轮叶片3-13与飞轮转子3-8通过紧固螺钉3-12和固定套筒3-11实现定位固连，飞轮转子3-8内圈嵌有连接器3-10，外圈安装在滚动轴承3-2内，通过阶梯定位连接，连接器3-10内圈外套在线圈盒3-7中下部。线圈盒3-7内装有电磁感应线圈3-17，电磁感应线圈3-17与导线3-14圆球形端部相切连通，线圈盒3-7上端固连上磁极3-6，上磁极3-6安装在端盖3-4内侧。端盖3-4头部开有蒸气孔，与锥形顶外壳3-3平齐，端盖3-4头部和尾部内侧均内嵌有滚动轴承3-2。飞轮叶片3-13、飞轮转子3-8、电磁感应线圈3-17及飞轮螺旋叶片3-15均与固定轴3-1锁定旋转。磁流体发电系统9的粒子收束管道9-1一端连通粒子对撞装置内腔体，同时起到支撑固定粒子对撞装置骨架1-1及水冷壁内层壳体2-2的作用，另一端与阀管道9-2相接。控制阀9-3与弹簧9-4固连，弹簧9-4固装在连接端盖9-5上，连接端盖9-5和电极外壳9-8通过连接螺栓9-10、螺母9-11固接。电极外壳9-8凹槽内嵌装有电极板9-6，电极板9-6外接电导线9-7。
44.本发明微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术，其主要工作原理及过程包括：
45.第一步：储水槽中的蒸馏水经抽水泵6输送至水循环冷却系统2中，水冷壁内外层内注满蒸馏水后停止，等待核聚变反应的发生；
46.第二步：将电离后的微量氘氚等离子流体分别注入同组两个粒子回旋加速器4加速，加速完成后经粒子传递通道10以极高速射入粒子对撞反应系统1炉腔内，两束高速粒子相遇对撞形成等离子体团并产生大量热量，同时迅速提高磁镜线圈1-4内的电流至万安级别，电流的急剧变化导致磁场磁能陡然攀升，磁场压缩等离子体团的直径，继而磁能转化为等离子体团的内能，使等离子体温度和压力进一步上升至聚变临界温度发生核聚变反应；
47.第三步：聚变能量向外扩散时，n对磁镜装置反射聚焦聚变能量到球心对撞处加热自励，使温度维持在聚变临界温度以上保持聚变反应持续进行，直至耗尽聚变燃料气体，同时可避免装置直接受到能量辐照后发生相变反应，并使整个系统温度变化曲线趋于平缓，且降低了能量外散损耗，提高能量利用效率；
48.第四步：核聚变反应进行地同时产生巨大的热量使水冷壁层内的蒸馏水转变为高温高压水蒸气，经蒸气导引管道5和蒸气喷射管道3-19导引改向后，冲击飞轮叶片3-13，带动电磁感应线圈3-17旋转切割磁感线产生电动势，把内能转化为电能和飞轮本身的机械能，通过导线3-14把电能输送至外界，下一次循环时飞轮储存的能量对系统维持磁场装置进行反哺充能，无需外部额外提供能量，蒸气包覆器3-9包裹住高温水蒸气，防止水蒸气四溢扩散后，与其他机械零部件表面接触冷凝成液态后腐蚀机械结构，其飞轮螺旋叶片3-15位于蒸气包覆器3-9底部，高温高压蒸气冲击飞轮叶片3-13后带动飞轮螺旋叶片3-15旋转，飞轮螺旋叶片3-15旋转产生向上的气流，有利于蒸气及时扩散至冷凝装置内，防止飞轮内部压强过大，发生危险；
49.第五步：本循环内核聚变反应结束后，经初步水冷后的带电等离子流体在磁场的约束下沿x轴方向径向扩散，经粒子收束管道9-1集聚在阀管道9-2前端，当阀管道9-2前半段粒子气体压力达到一定阈值时，压缩弹簧9-4推开控制阀9-3使带电等离子流体进入两电极板9-6之间的发电通道，在超导或常规励磁磁体的沿y轴向磁场作用下，等离子流体中的
正负电荷分别聚集在上下电极板9-6上，两极板形成电势差对外放电，且等离子流体压力达到阈值后，进入发电通道后会具有较高的初速度，使等离子体所受的洛伦兹力增强，根据霍尔效应终态时两电极板9-6电势差更大，发电效果更好，该系统把聚变热的内能直接转化为电能，实现反应热的二次循环再利用，且无需外接能量转化装置，省略中间环节降低能量损耗，大大提高了能量利用效率；
50.第六步：高温水蒸气通过蒸气集束管道3-18进入水蒸气冷凝装置，冷凝成蒸馏水后回流至储水槽，等离子体尾料经喷嘴9-9排出系统，等待下一次循环开始。
51.上述简易工作原理图如图10所示，其中的粒子回旋加速器4还可以为粒子直线加速器，其粒子对撞反应系统也可为两个半球面组成全球面，使其为全反射镜面，反射聚焦聚变能量到球心对撞处加热自励。

技术特征：
1.微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术，其特征在于：装置包括粒子对撞反应系统、水循环冷却系统、飞轮储能调控发电系统、粒子回旋加速器、蒸气导引管道、抽水泵、蒸馏水加料管道、蒸馏水输送管道、磁流体发电系统和粒子传递通道，所述的粒子对撞反应系统包括粒子对撞装置骨架、磁镜外侧端盖、磁镜内侧端盖、磁镜线圈和聚磁铁芯，所述的水循环冷却系统包括水冷壁内层壳体和水冷壁外层壳体，所述的飞轮储能调控发电系统包括固定轴、滚动轴承、锥形顶外壳、端盖、轴承套筒、上磁极、线圈盒、飞轮转子、蒸气包覆器、连接器、固定套筒、紧固螺钉、飞轮叶片、导线、飞轮螺旋叶片、下磁极、电磁感应线圈、蒸气集束管道和蒸气喷射管道，所述的磁流体发电系统包括粒子收束管道、阀管道、控制阀、弹簧、连接端盖、电极板、电导线、电极外壳、喷嘴、连接螺栓和螺母；粒子对撞反应系统位于整个系统中心，粒子对撞反应系统被水循环冷却系统所包裹，偶数个飞轮储能调控发电系统独立均匀分布在反应系统上方，粒子回旋加速器均匀排布于粒子对撞反应系统四周，磁流体发电系统固定于x轴方向，其x、y轴均通过粒子对撞反应系统球心，且x、y轴所构成平面与水平面平行，x轴位于两相邻粒子回旋加速器中心与粒子对撞反应系统球心连线所构角的角平分线处，y轴与x轴相交垂直；粒子对撞装置骨架构成粒子对撞反应系统的基本结构，磁镜内侧端盖及磁镜外侧端盖分别嵌套在粒子对撞装置骨架围成的各个独立的小单元格内外侧，磁镜线圈位于磁镜内侧端盖与磁镜外侧端盖组成的封闭空间内，磁镜线圈缠绕在聚磁铁芯四周；水循环冷却系统的水冷壁内层壳体直径比粒子对撞反应系统略大，且水冷壁内层壳体球面上均匀分布着输水孔洞，蒸馏水加料管道连通水冷壁内层壳体，外接抽水泵和蒸馏水输送管道；蒸气导引管道一端连通水冷壁外层壳体，另一端与飞轮储能调控发电系统的蒸气喷射管道相接；蒸气喷射管道为v型，蒸气喷射管道嵌装在锥形顶外壳中下部，内部管道部分管道口偏向飞轮叶片凹侧方向，更有利于蒸气带动飞轮旋转；飞轮叶片与飞轮转子通过紧固螺钉和固定套筒实现定位固连，飞轮转子内圈嵌有连接器，外圈安装在滚动轴承内，通过阶梯定位连接，连接器内圈外套在线圈盒中下部；线圈盒内装有电磁感应线圈，电磁感应线圈与导线圆球形端部相切连通，线圈盒上端固连上磁极，上磁极安装在端盖内侧；端盖的头部开有蒸气孔，与锥形顶外壳平齐，端盖的头部和尾部内侧均内嵌有滚动轴承；飞轮叶片、飞轮转子、电磁感应线圈及飞轮螺旋叶片均与固定轴锁定旋转；磁流体发电系统的粒子收束管道一端连通粒子对撞装置内腔体，同时起到支撑固定粒子对撞装置骨架及水冷壁内层壳体的作用，另一端与阀管道相接；控制阀与弹簧固连，弹簧固装在连接端盖上，连接端盖和电极外壳通过连接螺栓、螺母固接；电极外壳凹槽内嵌装有电极板，电极板外接电导线；粒子回旋加速器为四个，分为两组，位置相对的分为一组；同组内装置分别加速氘、氚等离子体，氘、氚等离子体被传输至粒子对撞反应系统腔体内进行对撞，有一组进行检修时，另一组可正常进行工作，保证持续对外界输出能量。2.根据权利要求1所述的微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术，其特征在于：粒子对撞反应系统空间相对位置的单元格组成磁镜装置，粒子对撞发生时，磁镜线圈内电流急剧变化引起磁能陡然上升，磁场压缩等离子体团的直径，继而磁能转变为等离子体团的内能，等离子体温度和压力进一步提高至聚变临界温度发生核聚变反应。3.根据权利要求2所述的微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术，其特征在于：磁镜装置有n对，磁镜装置反射聚焦聚变能量到球心对撞处加热自励，使温度维持在聚变临界温度以上保持聚变反应持续进行，直至耗尽聚变燃料气体，同时可避免装置直接受到能
量辐照后发生相变反应，并使整个系统温度变化曲线趋于平缓，且降低了能量外散损耗，提高能量利用效率，在满足单元格大小可装载外部装置的条件下，n取值越大，其粒子对撞反应系统表面越接近于准球面，其反射辐射热量的效果越好，且n取值最小为6。4.根据权利要求3所述的微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术，其特征在于：工作过程包括：第一步：储水槽中的蒸馏水经抽水泵输送至水循环冷却系统中，水冷壁内外层内注满蒸馏水后停止，等待核聚变反应的发生；第二步：将电离后的微量氘、氚等离子流体分别注入同组两个粒子回旋加速器加速，加速完成后经粒子传递通道以极高速射入粒子对撞反应系统炉腔内，两束高速粒子相遇对撞形成等离子体团并产生大量热量，同时迅速提高磁镜线圈内的电流至万安级别，电流的急剧变化导致磁场磁能陡然攀升，磁场压缩等离子体团的直径，继而磁能转化为等离子体团的内能，使等离子体温度和压力进一步上升至聚变临界温度发生核聚变反应；第三步：聚变能量向外扩散时，n对磁镜装置反射聚焦聚变能量到球心对撞处加热自励，使温度维持在聚变临界温度以上保持聚变反应持续进行，直至耗尽聚变燃料气体，同时可避免装置直接受到能量辐照后发生相变反应，并使整个系统温度变化曲线趋于平缓，且降低了能量外散损耗，提高能量利用效率；第四步：核聚变反应进行的同时产生巨大的热量使水冷壁层内的蒸馏水转变为高温高压水蒸气，经蒸气导引管道和蒸气喷射管道导引改向后，冲击飞轮叶片，带动电磁感应线圈旋转切割磁感线产生电动势，把内能转化为电能和飞轮本身的机械能，通过导线把电能输送至外界，下一次循环时飞轮储存的能量对系统维持磁场装置进行反哺充能，无需外部额外提供能量，蒸气包覆器包裹住高温水蒸气，防止水蒸气四溢扩散后，与其他机械零部件表面接触冷凝成液态后腐蚀机械结构，其飞轮螺旋叶片位于蒸气包覆器底部，高温高压蒸气冲击飞轮叶片后带动飞轮螺旋叶片旋转，飞轮螺旋叶片旋转产生向上的气流，有利于蒸气及时扩散至冷凝装置内，防止飞轮内部压强过大，发生危险；第五步：本循环内核聚变反应结束后，经初步水冷后的带电等离子流体在磁场的约束下沿x轴方向径向扩散，经粒子收束管道集聚在阀管道前端，当阀管道前半段粒子气体压力达到一定阈值时，压缩弹簧推开控制阀使带电等离子流体进入两电极板之间的发电通道，在超导或常规励磁磁体的沿y轴向磁场作用下，等离子流体中的正负电荷分别聚集在上下电极板上，两极板形成电势差对外放电，且等离子流体压力达到阈值后，进入发电通道后会具有较高的初速度，使等离子体所受的洛伦兹力增强，根据霍尔效应终态时两电极板电势差更大，发电效果更好，该系统把聚变热的内能直接转化为电能，实现反应热的二次循环再利用，且无需外接能量转化装置，省略中间环节降低能量损耗，大大提高了能量利用效率；第六步：高温水蒸气通过蒸气集束管道进入水蒸气冷凝装置，冷凝成蒸馏水后回流至储水槽，等离子体尾料经喷嘴排出系统，等待下一次循环开始。5.根据权利要求4所述的微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术，其特征在于：粒子回旋加速器加速更换为粒子直线加速器加速。

技术总结
本发明公开微流控氘氚对撞核聚变飞轮调控持续发电技术，装置包括粒子对撞反应系统、水循环冷却系统、飞轮储能调控发电系统、粒子回旋加速器、蒸气导引管道、抽水泵、蒸馏水加料管道、蒸馏水输送管道、磁流体发电系统和粒子传递通道，工作过程有6步，采用准全反射球心聚焦聚变反应区，使温度维持在聚变临界温度以上保持聚变反应持续进行；使用磁场约束等离子体的形式引发核聚变，采用磁流体发电技术和通过控制每次输入氘、氚等离子体的用量，调节核聚变反应的发生及剧烈程度，以粒子加速对撞、压缩等离子体团为引信，飞轮储能为引线，采用飞轮接力式的模式，使能量输出连续化，实现核能稳态长脉冲持续产出，为可控核聚变研究提供了新的探索方向。新的探索方向。新的探索方向。


技术研发人员：杨卫民 张恩祥
受保护的技术使用者：北京化工大学
技术研发日：2023.03.09
技术公布日：2023/7/19