〔12〕发明专利申请公开说明书
[21]申请号93104668.8
[11]公开号CN 1077563A
[51]Int.CI5
G21B 1/02
〔43〕公开日1993年10月20日[22]申请日93.4.24
[71]申请人王家君
地址100101北京市亚运村安慧里2区6楼2004[72]发明人王家君
权利要求书 1 页 说明书 5 页
[54]发明名称
诱导冷核聚变
[57]摘要
本发明是一种实现冷核聚变的方法。采用α粒子、中子、质子、离子、超子、介子、电子或μ子作为诱导粒子，通过诱导粒子与聚变物质碰撞将能量传递给聚变物质，以使聚变物质获得足够的能量实现冷核聚变。控制聚变物质浓度、诱导粒子强度和能量可以实现控制诱导冷核聚变速率，对于核聚变的克服利用有很大的实用价值。
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权 利 要 求 书
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1、一种实现冷核聚变的方法，采用诱导粒子通过与聚变物质碰撞将能量传递给聚变物质以实现冷核聚变，即诱导冷核聚变。其特征在于所采用的诱导粒子可以为α粒子、中子、质子、离子、超子、介子、电子、μ子的一种及其组合。
2、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所采用的诱导粒子可以为单能粒子，也可以为具有能量分布的非单能粒子。
3、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所采用的α粒子可以由同位素α放射源产生，也可以由加速器产生。
4、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所采用的中子可以由（α，n）型中子源、（γ，n）型中子源、自发裂变中子源、核反应堆中子源、加速器中子源的任意一种及其组合产生。
5、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所采用的电子可以由同位素β放射源产生，也可以由加速器产生。
6、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所采用的质子可以由加速器产生。
7、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所采用的离子可以由加速器加速周期表中第三号到第八十三号元素中的任意一种离子。 8、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所采用的超子可以由加速器产生的Λ超子、Σ超子、Ξ超子、Ω超子中的任意一种。 9、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所采用的介子可以是由加速器产生的π介子、κ介子、η介子中的任意一种。 10、按照权利要求1所述的方法，其特征在于所采用的μ子可以由加速器产生。
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说 明 书
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诱导冷核聚变
本发明是一种实现冷核聚变的方法。
轻核聚变成较重的核时，会放出大量的能量。例如：
D+T→α+n+17.6MeV （2） D+He→α+P+18.3MeV （3） B+P→C+γ+15.98MeV （4） P+D→He+γ+5.49MeV （5） He+He→α+2P+γ+12.86MeV （6） … …
人们研究较多的是聚变反应（1）。1克D聚变反应所放出的能量为3.46×10J，相当于8290升汽油的燃烧热。但聚变反应均需要足够的能量克服库仑位垒。以D+D的核聚变为例，其库仑位垒高度约为0.4MeV，但由于量子力学的隧道效应，D核能量达到0.1MeV时，就可以观察到相当数值的聚变反应截面，约为10mb这一数量级。但对于聚变物质D而言，平均动能达到0.1MeV的D核，所对应的热力学温度是10K。这个温度，就目前而言，除了原子弹爆炸引起的高温之外，是其他实验条件所难以达到的。
通过高温等离子体来加热聚变物质，使其具有足够的能量克服库仑位垒实现核聚变，这种方式称之为热核聚变。氢弹就是一个例子，但不能和平利
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用。目前对实现热核聚变研究较多的有Tokamark环形管反应器，以强电磁场加热和约束等离子体，以图实现聚变反应。
区别于热核聚变，在常温和一般实验条件下所能达到的温度范围内实现核聚变称之为冷核聚变。冷核聚变主要有电化学冷核聚变的研究，但实验结果很难重复。
本发明推出一种实现冷核聚变的方法，利用能量高的粒子与聚变物质碰撞将能量传递给聚变物质，以使聚变物质获得足够的能量实现聚变。这种给聚变物质传递能量的粒子称之为诱导粒子，相应的能量传递过程称之为诱导过程。通过诱导粒子的传能作用以实现的冷核聚变称之为诱导冷核聚变。若聚变物质体系在诱导粒子作用前处于热力学平衡状态，由于诱导粒子能量高。相应的运动速率大，与体系中聚变物质碰撞并传递能量所需的时间相对于体系中聚变物质建立热力学平衡所需的时间而言，是在瞬间完成的。在这瞬间，体系中绝大部分聚变物质仍处于诱导粒子作用前的热力学平衡时所处的能量状态，而部分与诱导粒子发生碰撞而获得能量的聚变物质则处于能量高的状态，与体系中的聚变物质发生碰撞就有一定的几率发生聚变反应。在这瞬间，体系处于热力学非平衡状态，称之为瞬间非平衡态。诱导粒子传递能量的诱导作用和聚变物质发生的冷核聚变是在瞬间非平衡态内完成的。体系在诱导粒子源的持续作用时，持续作用的整个过程可以看作一连串瞬间非平衡态的衔接，导致诱导冷核聚变持续进行。如果体系的聚变物质浓度和容量足够大，粒子逃逸出体系的可能性可以忽略的话，诱导引起的冷核聚变的产物又可以作为新的诱导粒子，参与诱导冷核聚变。理论计算表明，诱导冷核聚变速率与诱导粒子的强度、聚变体系中聚变物质的浓度呈正相关，并与诱导粒子的能量成指数正相关。诱导冷核聚变还受聚变体系的容量和诱导粒子的种类以及杂质浓度的影响。 本发明的特征在于：
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（1）通过诱导粒子与聚变物质的碰撞将能量传递给聚变物质，使聚变物质有足够的能量克服库仑位垒实现冷核聚变。
由于诱导粒子对体系的诱导作用的本质是将能量传递给聚变物质，因此能将能量有效地传递给聚变物质的粒子均可选作为诱导粒子。 诱导粒子可以为α粒子、中子、质子、离子、超子、介子、电子、μ子的一种及其组合。
（2）诱导粒子可以为单能粒子，也可以为具有能量分布的非单能粒子。
对于诱导冷核聚变，是诱导粒子将能量传递给聚变物质而使之有足够的能量克服库仑位垒而实现冷核聚变。显然，只要传递给聚变物质足够的能量，单能粒子和非单能粒子均可起到有效的诱导作用。 （3）诱导粒子可以为α粒子，它可以由同位素α放射源产生，也可以由加速器产生。并且α放射源有无γ、β射线存在，不影响α粒子的聚变体系的诱导作用。
（4）诱导粒子可以为中子，它可以由（α，n）型中子源、（γ，n）型中子源、自发裂变中子源、核反应堆中子源、加速器中子源的任意一种及其组合产生。中子源中有无γ本底不影响诱导粒子所起的诱导作用。
（5）诱导粒子可以为电子，它可以由同位素β放射源产生，也可以由加速器产生。β放射源中有无γ射线的存在不影响电子对体系的诱导作用。
（6）诱导粒子可以为由加速器产生的质子。
（7）诱导粒子可以为由加速器产生的周期表中第三号到第八十三号元素中的任意一种离子。
（8）诱导粒子可以为由加速器产生的Λ超子、Σ超子、Ξ超子、Ω超子中的任意一种。
（9）诱导粒子可以为由加速器产生的π介子、κ介子、η介子中的任意一种。
（10）诱导粒子可以为由加速器产生的μ子。
增加聚变物质的纯度和浓度，提高诱导粒子的产生度，均有利于诱导聚变的产生。实际应用中，有希望通过控制诱导粒子的强度和聚变物质的浓度，
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以实现对诱导核聚变的控制。 实例一：
以Rn衰变放射的α粒子作为诱导粒子（Rn放射的α粒子的能量和强度为：Eα＝5.490MeV，强度99.9%;Eα＝4.987MeV，强度0.078%），对聚变物质的体系进行诱导，以实现低温核聚变。
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由于在很宽的D能量范围内，（1-1）、（1-2）2个反应道的截面近乎相同，因此通过观察体系中产生的中子数即可确定诱导聚变反应的速率。
在聚变物质D2中掺入Rn，通过改变体系的压力和掺入Rn的浓度，可以确定聚变反应速率与聚变物质D和诱导粒子强度之间的关系。 理论计算表明，聚变物质D2体系在100atm以内，由Rn放射的α粒子诱导的核聚变速率近似与D核浓度的平方成正比，与混入体系中的浓度成正比。 实例二：
将D2与DT混合（原子比D∶T约为10∶1），置于液氮冷却的容器中，维持混合体系与大气平衡的气压，用加速器加速质子以轰击容器中D、T混合体系。观察中子的产生以确定体系发生诱导核聚变。 D+D→T+P+400MeV （1-1） D+D→He+n+3.25MeV （1-2） D+T→α+n+17.6MeV （2）
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理论计算表明，当加速器加速的质子能量维持不变时，中子的发生率将近似与加速器产生的质子束流成正比。在质子能量1～5MeV范围内，中子的发生率与加速器的质子能量呈指数正相关。
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