專利名稱:輕核聚變能轉(zhuǎn)換裝置鋰鈾反應(yīng)堆的制作方法
本發(fā)明專利涉及的是一種核能聚變能轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，核燃料是輕核鋰；中子源是235鈾裂變堆，核反應(yīng)是冷核聚變反應(yīng)中子n轟擊下，7鋰變?yōu)?鋰；中子融合6鋰生成氦和氚，7Li(n，2n)6Li和6Li(n，T)He。
直到目前為止，人類的核能利用只有鈾裂變反應(yīng)堆，核燃料是235鈾。輕水反應(yīng)堆中的減速劑是鋰7Li，輔助地起著釋放能量。
鋰鈾反應(yīng)堆是一種以輕核聚變能轉(zhuǎn)換裝置的核反應(yīng)堆。有50％以上能量的釋放來自輕核元素天然鋰。是真正意義上的人類開發(fā)輕核聚變能的轉(zhuǎn)換裝置。
1989年，F(xiàn)leischmann和Pons發(fā)表了轟動(dòng)的“冷核聚變”世界性頭號(hào)新聞[3]。他們從電解含鋰重水的鈀陰極上出現(xiàn)了“中子異?！爆F(xiàn)象。在世界范圍內(nèi)引起了一場(chǎng)爭議。十多年過去了，召開了7次冷核聚變國際討論會(huì)[4]。這個(gè)驚人實(shí)驗(yàn)中，得到一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果電解鈀陰極含鋰重水，可能實(shí)現(xiàn)常溫核反應(yīng)。這是一個(gè)偉大的實(shí)驗(yàn)。然而至今沒有人重復(fù)出他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。人們的認(rèn)識(shí)無論是簡單否認(rèn)，還是繼續(xù)探索[5]，都沒有真正發(fā)現(xiàn)冷核聚變的真正意義。
浙江大學(xué)王啟東、吳京教授的博士生孫大林作的博士論文‘從鈀——氘間的相互作用分析“冷核聚變”現(xiàn)象’。得出的結(jié)論是非正常升溫來自是PdDx的生成熱等；[6]是鈀晶體彈性應(yīng)變能釋放所引起。但他們證實(shí)部分d以正離子形式存在。[6]美國鹽湖城是一個(gè)放射性本底很大的地方。當(dāng)?shù)氐耐寥?、建筑材料中，有放射性氡，存在較大的中子本底。放射性本底是4400msv/min。他們?cè)谛陆ǘ词褂玫膶?shí)驗(yàn)室里做試驗(yàn)。這是一個(gè)極為罕見的實(shí)驗(yàn)環(huán)境下做了一個(gè)罕見的實(shí)驗(yàn)。原來冷核聚變的反應(yīng)是中子轟擊下，中子融合鋰生成氦和氚6Li(n，T)He。這個(gè)反應(yīng)需要有相當(dāng)?shù)闹凶恿?。中子背景本底?duì)冷核聚變有極大的影響。在極嚴(yán)格控制的極低本底條件下做實(shí)驗(yàn)，是做不出中子異常的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的。越是嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，本底越趨近零，就越是做不成。這就是沒有人重復(fù)出實(shí)驗(yàn)結(jié)果來的原因。
日本大阪大學(xué)高科技研究所Ryoichi Taniguchiz做了一個(gè)宇宙線本底的實(shí)驗(yàn)[4]。實(shí)驗(yàn)是在特制的電解池中進(jìn)行。兩個(gè)計(jì)數(shù)器對(duì)著電解池的底部。底部是鈀陰極，鍍有金屬鎳，上裝有0.1N LiOH的電解液，第一次電解414小時(shí)，第二次用水而不電解檢測(cè)459小時(shí)，第三次不電解。結(jié)果發(fā)現(xiàn)這幾次實(shí)驗(yàn)在3Mev以下能量的計(jì)數(shù)率幾乎是一樣的。只是在3Mev以上的的能量的計(jì)數(shù)率不一樣。這表明在3Mev以下能量的計(jì)數(shù)率，是否電解，是否存在重水，LiOH，都沒有影響。3Mev以下的計(jì)數(shù)是由宇宙線本底決定的。電解的存在只是增加3Mev以上能量的計(jì)數(shù)率。這是一個(gè)重要的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。它說明Pons實(shí)驗(yàn)中的宇宙線本底在實(shí)驗(yàn)中起著重要的作用，它與電解和電解液沒有關(guān)系。電解只是增加了它的能量和3Mev以上的能量計(jì)數(shù)率。反之，若沒有大的宇宙線的本底，那么只有電解和電解液，也不能產(chǎn)生3Mev以下能量的計(jì)數(shù)率。
由此推測(cè)，外來高能粒子的轟擊是3Mev以下能量計(jì)數(shù)率的關(guān)鍵。
這個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與北師大化學(xué)系吳仲達(dá)教授做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相似當(dāng)物理系加速器開動(dòng)時(shí)，得到的中子異常數(shù)就大(達(dá)到500個(gè)/小時(shí))，不開加速器時(shí)，中子異常就小。[7]由此可以得出一個(gè)推論外來高能粒子轟擊是引起冷核聚變的決定性因素。
許多物理學(xué)家認(rèn)為化學(xué)能的數(shù)量級(jí)不過是幾到十幾電子伏，而核反應(yīng)需要兆電子伏(106)的能量。化學(xué)反應(yīng)怎么能引起核反應(yīng)？化學(xué)反應(yīng)過程能引起核反應(yīng)嗎？如果將這兩個(gè)問題聯(lián)系在一起，給我們提供了一條思路是否存在某種我們還不知道的原因，使某種貌似化學(xué)反應(yīng)的能量，經(jīng)過突變，集中的過程，啟動(dòng)了冷核聚變。
最原始的文獻(xiàn)是和Pons和Fleischmann的文章[3]“電化學(xué)引起氘的核聚變”。1×1×1cm Pd陰極。電解液是0.1MLiOD在99.5％D2O+0.5％H2O溶液。以250mA/cm2的電流密度。電解120小時(shí)。當(dāng)有次用純的D2O時(shí)，竟發(fā)生部分純鈀熔化(鈀熔點(diǎn)1554℃)，實(shí)驗(yàn)裝置破壞了。得到三倍于背景本底的中子異常。所有冷核聚變實(shí)驗(yàn)中，只有鈀熔化是真正有意義的。
有什么力量能使熔點(diǎn)1554℃的金屬鈀在水環(huán)境中熔化？究竟這是化學(xué)反應(yīng)熱，相變熱還是其他原因發(fā)的熱？要知道，鈀是浸在重水中的。在電流密度不到1A/cm2的條件下，為什么能產(chǎn)生如此高的溫度？若沒有極大的發(fā)熱速率，怎么可能在水溶液中浸著的金屬鈀會(huì)積聚那么高的發(fā)熱速率，超過1554℃，使鈀熔化？我們想象定有某個(gè)現(xiàn)在還不知道的核反應(yīng)在進(jìn)行！最早提出冷核聚變的是73年前的一個(gè)專利。[8]電解鈀陰極含Li重水溶液發(fā)現(xiàn)了中子異常。S.E.Jones(Brigliam.Young大學(xué)物理和化學(xué)系)在電解鈦金屬的重水溶液中也檢測(cè)到重復(fù)的中子流[11]。意大利國家能源實(shí)驗(yàn)室在鈦上電解，多次觀測(cè)到比本底高出20倍的中子流[12]。但是大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室沒有重復(fù)出Pons實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
許多物理學(xué)為什么做不出重復(fù)實(shí)驗(yàn)來呢？因?yàn)樗麄兡莻€(gè)地方，中子背景本底太小，或者在嚴(yán)格的極低本底條件下做實(shí)驗(yàn)。缺少產(chǎn)生冷核聚變的基本條件。
我們認(rèn)為外來中子的轟擊是冷核聚變產(chǎn)生的必要條件?？煽乩浜司圩兎磻?yīng)條件有四個(gè)一是需要有一個(gè)中子的自增殖反應(yīng)和環(huán)境；二是要有質(zhì)量虧損反應(yīng)以產(chǎn)生能量；三是要有一個(gè)廉價(jià)的起動(dòng)核反應(yīng)的裝置；四是要有可控的調(diào)節(jié)核反應(yīng)強(qiáng)度的手段。鈀陰極電解含Li含氫重水溶液已能滿足以上四個(gè)條件。中子和鋰是最基本的條件。在宇宙線本底中子轟擊下，可能產(chǎn)生一系列的核反應(yīng)，
(1)、7Li(n，2n)6Li反應(yīng)是一個(gè)可控強(qiáng)度的中子子增殖反應(yīng)。這個(gè)反應(yīng)就是[9](2.1)這原本是一個(gè)產(chǎn)生中子的核反應(yīng)，常用的是13.8Mev的中子源。在高能宇宙線本底中子的轟擊下，有反應(yīng)截面0.6b/sr。
6Li有俘獲熱中子生成1Mev.的能力。高能中子的產(chǎn)率是80×10-6/每個(gè)中子。[9]天然Li中含6Li 7.5％。在6Li的環(huán)境中，本底中的熱中子有近0.08％的中子被加速到Mev的能力，中子數(shù)就可能將它提高至二倍。
(2)有質(zhì)量虧損，產(chǎn)生能量的反應(yīng)。如中子與H2O中的1H反應(yīng)產(chǎn)生氘，(2.2a)該反應(yīng)的反應(yīng)熱中子截面是0.332b，Δm＝-2.2245，能量為～2.21Mev[10]。這是在冷核聚變中測(cè)到的中子能量。有如6Li與中子反應(yīng)產(chǎn)生氚和氦，(2.2b)質(zhì)量損失Δm＝-4.8Mev.。Li化合物在100-600℃時(shí)，有產(chǎn)率＞96％的6Li(n，α)T反應(yīng)[9]，中子截面為953b[10]，在中子照射Li2O，LiOH，Li2CO3，時(shí)便是如此。
注意反應(yīng)(2.1)與(2.2a)耦合，就是一個(gè)完整的可控的冷核聚變反應(yīng)。反應(yīng)(2.1)提供可控?cái)?shù)量的中子，將第一個(gè)可能的冷核聚變反應(yīng)合并，可寫為，(2.2c)反應(yīng)(2.1)與(2.2b)耦合，可寫為，(2.2d)(3)、中子轟擊是核反應(yīng)起動(dòng)點(diǎn)火的必要條件。
上述總反應(yīng)是在中子轟擊下，在鋰環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)中子與H或Li，的核融合反應(yīng)。陰極鈀電解含鋰重水裝置有兩個(gè)重要的作用，一是將Li，H，d以正離子方式進(jìn)入鈀中，二是將Li，H，d離子的加速到高能狀態(tài)，Ryoichi.Taniguchi[4]做了一個(gè)很有意義宇宙線本底的測(cè)量實(shí)驗(yàn)他采用水，重水，電解，不電解電池，結(jié)果顯示水，重水，電解，不電解四種情形的計(jì)數(shù)率。測(cè)量結(jié)果顯示在3Mev以下能量，結(jié)果都一樣。電解含鋰重水，只多了3-5Mev以上能量的粒子。如果Taniguchi的實(shí)驗(yàn)是可靠的話，正好說明陰極鈀電解含氫鋰重水裝置有將低能粒子提高到高能粒子的作用。所以陰極鈀電解含氫鋰重水裝置是一個(gè)靜電加速器。這是一種廉價(jià)的產(chǎn)生正離子的加速裝置。在Li環(huán)境中，將背景低能中子加速到高能的水平。達(dá)到了產(chǎn)生必要核反應(yīng)的條件。
(4)、反應(yīng)(2.1)(2.2d)是一個(gè)極好的可控核反應(yīng)。
因?yàn)榉磻?yīng)(2.1)的反應(yīng)截面較小，是反應(yīng)控制步驟，只要控制體系的中子數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)人工的控制。反應(yīng)(2a)(2b)(2c)的反應(yīng)截面很較大，反應(yīng)較易進(jìn)行，是產(chǎn)生能量的來源。
這種耦合的結(jié)果，總反應(yīng)(2.2c)(2.2d)便可進(jìn)行。后者就是冷核聚變的總反應(yīng)。電解時(shí)，這些被嵌的金屬是以正離子的形態(tài)存在的。正離子在陰極負(fù)的電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)正離子d+，鋰Li+受到兩個(gè)力假若電解池是圓的。中心是鈀陰極。在電場(chǎng)作用下，存在一個(gè)由正極指向負(fù)極的力Ai第二個(gè)力是垂直于前一個(gè)力的由正極限指向負(fù)極的Aj，這兩個(gè)力的作用，于是形成一個(gè)矢量叉乘積Ak的作用，其方向是垂直于AiAj平面向上的，[1][2]Ak＝Ai*Aj＝Ai×AjSinθ (3.1)Ai與Aj再耦合，又產(chǎn)生一個(gè)新矢量Ai′，于是形成了混沌疊代[2]。這些作用隨著電解而持續(xù)，連續(xù)矢量叉乘積作用的結(jié)果，形成了混沌數(shù)字系列[1][2]，Cx＝(Ai×AjSinθ)∞(3.2)∞表示疊代的次數(shù)，它是一個(gè)趨向于無窮大的數(shù)字值。一個(gè)疊代過程發(fā)生了，其混沌疊代過程可以表示如下F1＝F0(AiAjSinθ0)F2＝F1(Ai′Aj′Sinθ1)…………Fn＝Fn-1(Ain-1′Ajn-1′Sinθn-1)矢量疊代的結(jié)果，發(fā)展為一個(gè)混沌過程。形成了絕對(duì)負(fù)熵。絕對(duì)負(fù)熵的變化ΔS可以表示為，ΔSx＝kΠl(fā)n(Ain-1′Ajn-1′Sinθn-1/L)∞(3.3)混沌過程的混沌能的變化ΔE是，ΔE＝-TΔS＝-kTΠl(fā)n(Ain-1′Ajn-1′Sinθn-1/L)∞(3.4)負(fù)號(hào)表示能量的升高。作用在正離子上，增加離子的能量。
如果疊代次數(shù)達(dá)到106，混沌能的變化ΔE可以達(dá)到Mev的水平?；煦缒苄枰e累，在金屬鈀內(nèi)使離子H+，D+Li+的和電子能量逐漸積累。D，電子和正離子又相互作用；在金屬鈀內(nèi)的電子和正離子產(chǎn)生三維方向的渦旋作用。其相互作用好似一臺(tái)靜電加速器。這就是為什么要電解時(shí)間需要120小時(shí)以上的原因。一方面是需要積累H+，d+，Li+離子的濃度；另一方面需要使電子和正離子在三個(gè)方向的耦合運(yùn)動(dòng)中積累能量。經(jīng)過許多次疊代，H+，d+Li+在兩個(gè)電場(chǎng)力的作用下，達(dá)到某個(gè)窗口，電解使混沌疊代快速發(fā)展，單位時(shí)間內(nèi)發(fā)出的能量密度，由于疊代而急速的增加，在某個(gè)窗口，其混沌能突然超過106倍，達(dá)到兆電子伏的高能。突然超過Mev的水平，于是產(chǎn)生了核反應(yīng)。
當(dāng)我們仔細(xì)研究上述冷核聚變機(jī)理時(shí)發(fā)現(xiàn)，熱中子轟擊鋰是可控冷核聚變反應(yīng)的核心[9]。既然如此，如果我們做一個(gè)鋰鈾核反應(yīng)堆，不就達(dá)到了人類利用輕核核反應(yīng)的目的了嗎？這就是可控冷核聚變真正的現(xiàn)實(shí)意義。
能源是全人類存在的最大問題。如果人類不能在今后兩個(gè)世紀(jì)中實(shí)現(xiàn)非碳能源為主的轉(zhuǎn)變，那么用不了很久，人類就會(huì)出現(xiàn)無能量可用的狀況。鈾的利用僅僅是人類利用核能的開始。而且鈾的藏量有限，人工控制鋰融合中子的核反應(yīng)才是人類最容易利用核能的目標(biāo)。
在混沌熱力學(xué)研究冷核驟變理論的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)上，發(fā)明人提出了人類新能源鋰鈾反應(yīng)堆的理論鋰鈾反應(yīng)堆是以金屬鋰作中子減速劑，235U裂變反應(yīng)堆作為中子源。在快中子的轟擊下，實(shí)現(xiàn)核反應(yīng)(2.1)7Li變?yōu)?Li，[9]鋰起著控制核反應(yīng)強(qiáng)度減速劑的作用，且使中子增值，快中子衰變?yōu)槁凶雍螅龠M(jìn)行反應(yīng)(2.2b)。6Li變?yōu)?H和4He，實(shí)現(xiàn)以人類輕核聚變。反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱能來發(fā)電，實(shí)現(xiàn)人類新能源的轉(zhuǎn)變。鋰40元/公斤，做核燃料是相當(dāng)便宜的，價(jià)格相當(dāng)于235U的1/200以上。
為了證明以上理論，作者自費(fèi)在中國原子能研究院鈾裂變反應(yīng)堆中用中子照射鋰，氫氧化鋰，鹵化鋰，碳酸鋰。以證明(2.1)-(2.2d)反應(yīng)在中子的轟擊下是可以進(jìn)行的。實(shí)驗(yàn)是在北京中國原子能科學(xué)研究院內(nèi)的101重水研究堆的水平試驗(yàn)通道中進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)分兩次進(jìn)行。第一次是探索性試驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，第二次做重復(fù)試驗(yàn)。
101重水研究堆[14]參數(shù)見下表，中子性質(zhì) 熱中子 快中子 2.95Mev 1Mev 熱/快比(1010/kw) (1010/kw)水平管道內(nèi)側(cè)中子通量密度 0.31-0.56 0.17 0.13 0.42 100第一次試驗(yàn)是將一水氫氧化鋰33.9克和對(duì)照物無水亞硫酸鈉70克放在Φ41.5×67mm塑，料瓶中，蓋子上各插了一根體溫計(jì)，7克鋰用薄膜紙包好放在Φ70×153mm鋁制密封罐內(nèi)，在輸出功率為7500千瓦的水平通道內(nèi)120小時(shí)，取出稱量，第二次試驗(yàn)是將一水氫氧化鋰35-37克，鋰5-7克，一水氯化鋰19-21克，碳酸鋰24克各三份，用塑料袋包好，放在Φ70×153mm鋁制密封罐內(nèi)，數(shù)據(jù)列于下表1試驗(yàn)后，9#樣品用H2O2測(cè)氚，氚計(jì)數(shù)1624msv/分。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看，鋰和鋰化物經(jīng)過熱中子照射，重量損失了，經(jīng)查證，LiOH.H2O的脫水溫度是從105℃開始，140℃最佳。在33-34℃時(shí)是不可能脫水的。只有下列反應(yīng)才可以解釋失重
經(jīng)過測(cè)氚，證實(shí)上述反應(yīng)存在。四次實(shí)驗(yàn)中LiOH.H2O的平均失重率為1.1％，就是說有1.1％的鋰參加了上述反應(yīng)，鋰與中子在上述核反應(yīng)中鋰變成了氚和氦。其實(shí)，上述反應(yīng)就是生產(chǎn)氚的工業(yè)方法。
表1
鋰鈾反應(yīng)堆的基本設(shè)計(jì)思想是1.鋰是鋰鈾反應(yīng)堆新能源材料。熔化的天然鋰(7Li 93％，熔點(diǎn)160℃)放在235U棒的四周，發(fā)生反應(yīng)(2.1)，天然鋰中7Li轉(zhuǎn)化為6Li，2.用6Li和天然鋰混合物作為熱的傳導(dǎo)體，在特制的鋰燃料鍋爐里水熱交換產(chǎn)生蒸氣，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。6Li轉(zhuǎn)化為氚和氦，放出能量。每公斤鋰的價(jià)格是低于40元，我國是鋰的豐產(chǎn)國家，用鋰做核燃料比235U便宜數(shù)百倍。
3.235U裂變反應(yīng)堆是廉價(jià)的中子源和產(chǎn)能源。鋰鈾反應(yīng)堆的中子由235U的裂變產(chǎn)生，放出三個(gè)中子和裂變能。
鋰鈾反應(yīng)堆的設(shè)計(jì)，可以在一般的輕水反應(yīng)堆的基礎(chǔ)上加以改造。改變鈾石墨裝置和材料，增加鋰的融化保溫和水平控制裝置，增加氣體分離系統(tǒng)，溫度控制系統(tǒng)，鋰熱源鍋爐及鋰非合金新材料等。[13]由輕水反應(yīng)堆轉(zhuǎn)變?yōu)殇団櫡磻?yīng)堆，會(huì)不會(huì)發(fā)生能量增益的失衡？先來看看235U裂變的能量分配。表3.2是235U裂變的能量分配表3.2235U裂變能量的分配[14]
表，由表可知，235U裂變中，中子所占能量和吸收過程中中子放出的能量所占的比例只有2.5％和1.5-6％。就是說，中子能量的得失，在整個(gè)能量中所占的比例很小，不會(huì)影響235U裂變能量的。
以7Li為慢化劑，若7Li的裂變數(shù)為1.7，中子通量為2×1016n/m2s，那么中子通量的損失達(dá)到1.6×1015n/m2s。由此可見，7Li為慢化劑不會(huì)對(duì)235U裂變的中子通量產(chǎn)生大的影響。上述反應(yīng)會(huì)不會(huì)對(duì)中子通量產(chǎn)生影響？若6Li的中子吸收率為0.5，同樣的原理，中子的減少也只有一個(gè)數(shù)量級(jí)的1/2。
反應(yīng)(2.2b)有4.8Mev的能量輸出，即每克分子6Li的能量輸出是4.8，6Li原子量是6，故每克分子鋰能夠產(chǎn)生的能量是4.8/6＝0.8Mev。而每克分子235U裂變有200Mev的能量輸出，235U的原子量是235，每克分子235U裂變的能量輸出是200/235＝0.85Mev，兩者相比，每克物質(zhì)的能量輸出為0.8/0.85＝0.94，相差不大。鈾燃料含鈾2.8-3％，天然鋰含6Li為7.5％，相差2.5倍。因此6Li的有效核反應(yīng)物的放能密度比235U大2.2倍。7Li轉(zhuǎn)變?yōu)?Li的反應(yīng)(2.1)有-7.25Mev，故每克分子7Li能夠產(chǎn)生的能量是7.25/7＝1.06Mev.，7Li含量為92.5％，所以實(shí)際上天然鋰輕核的放能密度是1.0357比235U裂變的放能密度0.94大1.102倍。如果235U使用了1份的話，那么使用天然鋰就有1.1份能量放出。鋰鈾反應(yīng)堆的功率要比鈾裂變反應(yīng)堆大1.1倍。而兩者的價(jià)格則相差幾百倍。若有1/2的鈾由鋰代替，將降低發(fā)電成本50％。在美國，核電的成本幾乎和火電的成本持平，降低核電成本是有很的大意義的。從以上初步的估算，輊水反應(yīng)堆轉(zhuǎn)變?yōu)殇団櫡磻?yīng)堆，7Li為慢化劑對(duì)235U裂變的中子通量不但不會(huì)降低，由于有(2.1)，中子通量還會(huì)增加。但是須做必要的實(shí)驗(yàn)，測(cè)有關(guān)數(shù)據(jù)。
按照現(xiàn)有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鋰鈾反應(yīng)堆并沒有大的困難。以鋰代替石墨做減速劑。只是鋰在運(yùn)行時(shí)是液體。在啟動(dòng)時(shí)需要加熱裝置，將鋰融化再進(jìn)入系統(tǒng)。內(nèi)外液體鋰的水平面升降和保持裝置。鋰作熱傳導(dǎo)載體，要選用與鋰不成合金的材料做鍋爐容器。鋰的工作溫度可以達(dá)到600-900℃，大大提高鍋爐的熱效率。產(chǎn)生的氚和氦，需要用鈀分離器分離。其他沒有困難的設(shè)計(jì)。鋰鈾反應(yīng)堆和輕水反應(yīng)堆的差別是，
(1)鋰鈾反應(yīng)堆和輕水反應(yīng)堆同樣使用鋰作減速劑。但是在減速劑中，天然鋰中的7Li轉(zhuǎn)變?yōu)?Li，長期使用后，7Li減少，效率遞減，需要定期更換，不能再用。在鋰鈾反應(yīng)堆中，7Li減少，6Li增加，這卻卻是鋰作熱傳導(dǎo)載體的原料。所以的鋰不會(huì)廢棄，只是需要用一個(gè)泵，循環(huán)減速劑鋰與熱傳導(dǎo)載體鋰的變換。
(2)減速劑鋰的消耗量和與熱傳導(dǎo)載體鋰的消耗量相比，后者大的多。因?yàn)?Li只有7.5％，整個(gè)鋰鈾反應(yīng)堆中的鋰的使用量大幾十倍。慢中子與6Li的接觸空間要大得多。因而，鋰鈾反應(yīng)堆里的天然鋰的消耗量比輕水反應(yīng)堆大得多。主要是在6Li的消耗上。
(3)輕水反應(yīng)堆以水為熱的導(dǎo)體，將裂變的熱量輸送到發(fā)電鍋爐中去。鋰鈾反應(yīng)堆以鋰為熱的導(dǎo)體，將核裂變的熱量輸送到發(fā)電鍋爐中去。
(4)熱效率比輕水反應(yīng)堆高。因?yàn)槌惺芎肆炎兊慕饘購?qiáng)度有限度，輕水反應(yīng)堆中水溫不會(huì)超過450℃，鋰鈾反應(yīng)堆里用天然鋰為熱的導(dǎo)體，鋰的溫度可以達(dá)到600-900℃，此溫度再與水熱交換，鍋爐熱效率高。
(5)鋰鈾反應(yīng)堆安全系數(shù)比輕水反應(yīng)堆大。因?yàn)殇団櫡磻?yīng)堆里沒有水蒸汽，不承受壓力。而輕水反應(yīng)堆本身是一個(gè)大受壓鍋爐。所以制造難度低得多，安全系數(shù)大多了。人們的心理承受力，接受力都大。
(6)核反應(yīng)的后處理難度小。鋰不產(chǎn)生固體廢物。
(7)大量的氚產(chǎn)生為今后的核聚變準(zhǔn)備了原料，經(jīng)濟(jì)上也更有競爭力。
由此可見，鋰鈾反應(yīng)堆比輕水反應(yīng)堆在經(jīng)濟(jì)上，安全上更具有競爭了力。
整個(gè)鋰鈾反應(yīng)堆由七部分組成核反應(yīng)堆主體容器，鈾棒控制系統(tǒng)，兩種鋰的加熱，水平調(diào)節(jié)控制系統(tǒng)，液體鋰熱量交換器鋰水鍋爐，蒸汽透平機(jī)，發(fā)電機(jī)，廢氣廢水處理系統(tǒng)。
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權(quán)利要求
1一種輕核聚變能轉(zhuǎn)換裝置鋰鈾反應(yīng)堆，其特征在于核燃料是鋰；中子源是235鈾的裂變反應(yīng)堆，鋰做減速劑，放能劑和釋能載體；
2如權(quán)利1所述的輕核能轉(zhuǎn)換裝置鋰鈾反應(yīng)堆，其特征是反應(yīng)堆本體由內(nèi)罐與外罐組成；內(nèi)罐有核反應(yīng)7Li(n，2n)6Li中子n轟擊下，7鋰變?yōu)?鋰，；外罐中有核反應(yīng)6Li(n，T)He中子融合鋰生成氦和氚；
3如權(quán)利1所述的輕核聚變能轉(zhuǎn)換裝置鋰鈾反應(yīng)堆，其特征是在內(nèi)罐和外罐之間有高溫液體鋰的雙向特殊泵連接和控制系統(tǒng)；
4如權(quán)利1所述的輕核聚變能轉(zhuǎn)換裝置鋰鈾反應(yīng)堆，其特征是用鋰為熱載體的鋰水蒸汽鍋爐，水汽透平機(jī)，發(fā)電機(jī)，廢氣水循環(huán)處理系統(tǒng)；
5如權(quán)利1所述的輕核聚變能轉(zhuǎn)換裝置鋰鈾反應(yīng)堆，其特征是在鋰鈾反應(yīng)堆中有鈀制造的氦和氚的分離裝置和回收系統(tǒng)；
6如權(quán)利1所述的輕核聚變能轉(zhuǎn)換裝置鋰鈾反應(yīng)堆，其特征是有液體鋰的自動(dòng)加入裝置，加熱，控制溫度裝置，控制液體鋰水平面高度的控制器和控制裝置；液體鋰的操作溫度是160到1200℃。
7如權(quán)利1所述的輕核聚變能轉(zhuǎn)換裝置鋰鈾反應(yīng)堆，其特征在于反應(yīng)堆本體是用中子低吸收材料并鋰非合金化的金屬材料制造；
8如權(quán)利4所述的輕核聚變能轉(zhuǎn)換裝置鋰水鍋爐，其特征是鍋爐材料用非鋰合金化的高導(dǎo)熱率材料制造，鍋爐置于強(qiáng)保護(hù)容器內(nèi)；
9如權(quán)利1所述的輕核聚變能轉(zhuǎn)換裝置鋰鈾反應(yīng)堆，其特征在于有鈾棒提升和下降的控制系統(tǒng)，鈾棒外有特制的保護(hù)套；
10如權(quán)利1所述的輕核聚變能轉(zhuǎn)換裝置鋰鈾反應(yīng)堆，其特征在于有中子強(qiáng)度的檢測(cè)和安全控制系統(tǒng)。
專利摘要
一種輕核聚變能的轉(zhuǎn)換裝置鋰鈾反應(yīng)堆，其特征是由內(nèi)罐和外罐構(gòu)成；內(nèi)罐中有235鈾裂變反應(yīng)堆，鋰做減速劑；外罐中有液體鋰做放能劑和熱能載體；內(nèi)罐235鈾裂變?yōu)橹凶釉?，鋰在中子作用下，?nèi)罐中7鋰吸收快中子變?yōu)?鋰，外罐中的6鋰在中子作用下變成氦和氚。能量通過在特制鍋爐中液體鋰與水交換熱量，水蒸發(fā)產(chǎn)生蒸氣而發(fā)電；鋰鈾核反應(yīng)堆將有50％以上的能量來自金屬鋰，鋰價(jià)格40元/公斤，比
文檔編號(hào)G21B1/00GKCN1624808SQ200310121677
公開日2005年6月8日 申請(qǐng)日期2003年12月5日
發(fā)明者毛法根 申請(qǐng)人:毛法根導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan