轻核聚变能转换装置锂铀反应堆的制作方法
专利名称:轻核聚变能转换装置锂铀反应堆的制作方法
本发明专利涉及的是一种核能聚变能转换装置，其特征在于，核燃料是轻核锂；中子源是235铀裂变堆，核反应是冷核聚变反应中子n轰击下，7锂变为6锂；中子融合6锂生成氦和氚，7Li(n，2n)6Li和6Li(n，T)He。
直到目前为止，人类的核能利用只有铀裂变反应堆，核燃料是235铀。轻水反应堆中的减速剂是锂7Li，辅助地起着释放能量。
锂铀反应堆是一种以轻核聚变能转换装置的核反应堆。有50％以上能量的释放来自轻核元素天然锂。是真正意义上的人类开发轻核聚变能的转换装置。
1989年，Fleischmann和Pons发表了轰动的“冷核聚变”世界性头号新闻[3]。他们从电解含锂重水的钯阴极上出现了“中子异常”现象。在世界范围内引起了一场争议。十多年过去了，召开了7次冷核聚变国际讨论会[4]。这个惊人实验中，得到一个重要的实验结果电解钯阴极含锂重水，可能实现常温核反应。这是一个伟大的实验。然而至今没有人重复出他们的实验结果。人们的认识无论是简单否认，还是继续探索[5]，都没有真正发现冷核聚变的真正意义。
浙江大学王启东、吴京教授的博士生孙大林作的博士论文‘从钯——氘间的相互作用分析“冷核聚变”现象’。得出的结论是非正常升温来自是PdDx的生成热等；[6]是钯晶体弹性应变能释放所引起。但他们证实部分d以正离子形式存在。[6]美国盐湖城是一个放射性本底很大的地方。当地的土壤、建筑材料中，有放射性氡，存在较大的中子本底。放射性本底是4400msv/min。他们在新建而未使用的实验室里做试验。这是一个极为罕见的实验环境下做了一个罕见的实验。原来冷核聚变的反应是中子轰击下，中子融合锂生成氦和氚6Li(n，T)He。这个反应需要有相当的中子流。中子背景本底对冷核聚变有极大的影响。在极严格控制的极低本底条件下做实验，是做不出中子异常的实验结果的。越是严格控制实验条件，本底越趋近零，就越是做不成。这就是没有人重复出实验结果来的原因。
日本大阪大学高科技研究所Ryoichi Taniguchiz做了一个宇宙线本底的实验[4]。实验是在特制的电解池中进行。两个计数器对着电解池的底部。底部是钯阴极，镀有金属镍，上装有0.1N LiOH的电解液，第一次电解414小时，第二次用水而不电解检测459小时，第三次不电解。结果发现这几次实验在3Mev以下能量的计数率几乎是一样的。只是在3Mev以上的的能量的计数率不一样。这表明在3Mev以下能量的计数率，是否电解，是否存在重水，LiOH，都没有影响。3Mev以下的计数是由宇宙线本底决定的。电解的存在只是增加3Mev以上能量的计数率。这是一个重要的实验结果。它说明Pons实验中的宇宙线本底在实验中起着重要的作用，它与电解和电解液没有关系。电解只是增加了它的能量和3Mev以上的能量计数率。反之，若没有大的宇宙线的本底，那么只有电解和电解液，也不能产生3Mev以下能量的计数率。
由此推测，外来高能粒子的轰击是3Mev以下能量计数率的关键。
这个实验结果与北师大化学系吴仲达教授做的实验结果相似当物理系加速器开动时，得到的中子异常数就大(达到500个/小时)，不开加速器时，中子异常就小。[7]由此可以得出一个推论外来高能粒子轰击是引起冷核聚变的决定性因素。
许多物理学家认为化学能的数量级不过是几到十几电子伏，而核反应需要兆电子伏(106)的能量。化学反应怎么能引起核反应？化学反应过程能引起核反应吗？如果将这两个问题联系在一起，给我们提供了一条思路是否存在某种我们还不知道的原因，使某种貌似化学反应的能量，经过突变，集中的过程，启动了冷核聚变。
最原始的文献是和Pons和Fleischmann的文章[3]“电化学引起氘的核聚变”。1×1×1cm Pd阴极。电解液是0.1MLiOD在99.5％D2O+0.5％H2O溶液。以250mA/cm2的电流密度。电解120小时。当有次用纯的D2O时，竟发生部分纯钯熔化(钯熔点1554℃)，实验装置破坏了。得到三倍于背景本底的中子异常。所有冷核聚变实验中，只有钯熔化是真正有意义的。
有什么力量能使熔点1554℃的金属钯在水环境中熔化？究竟这是化学反应热，相变热还是其他原因发的热？要知道，钯是浸在重水中的。在电流密度不到1A/cm2的条件下，为什么能产生如此高的温度？若没有极大的发热速率，怎么可能在水溶液中浸着的金属钯会积聚那么高的发热速率，超过1554℃，使钯熔化？我们想象定有某个现在还不知道的核反应在进行！最早提出冷核聚变的是73年前的一个专利。[8]电解钯阴极含Li重水溶液发现了中子异常。S.E.Jones(Brigliam.Young大学物理和化学系)在电解钛金属的重水溶液中也检测到重复的中子流[11]。意大利国家能源实验室在钛上电解，多次观测到比本底高出20倍的中子流[12]。但是大多数实验室没有重复出Pons实验结果。
许多物理学为什么做不出重复实验来呢？因为他们那个地方，中子背景本底太小，或者在严格的极低本底条件下做实验。缺少产生冷核聚变的基本条件。
我们认为外来中子的轰击是冷核聚变产生的必要条件。可控冷核聚变反应条件有四个一是需要有一个中子的自增殖反应和环境；二是要有质量亏损反应以产生能量；三是要有一个廉价的起动核反应的装置；四是要有可控的调节核反应强度的手段。钯阴极电解含Li含氢重水溶液已能满足以上四个条件。中子和锂是最基本的条件。在宇宙线本底中子轰击下，可能产生一系列的核反应，
(1)、7Li(n，2n)6Li反应是一个可控强度的中子子增殖反应。这个反应就是[9](2.1)这原本是一个产生中子的核反应，常用的是13.8Mev的中子源。在高能宇宙线本底中子的轰击下，有反应截面0.6b/sr。
6Li有俘获热中子生成1Mev.的能力。高能中子的产率是80×10-6/每个中子。[9]天然Li中含6Li 7.5％。在6Li的环境中，本底中的热中子有近0.08％的中子被加速到Mev的能力，中子数就可能将它提高至二倍。
(2)有质量亏损，产生能量的反应。如中子与H2O中的1H反应产生氘，(2.2a)该反应的反应热中子截面是0.332b，Δm＝-2.2245，能量为～2.21Mev[10]。这是在冷核聚变中测到的中子能量。有如6Li与中子反应产生氚和氦，(2.2b)质量损失Δm＝-4.8Mev.。Li化合物在100-600℃时，有产率＞96％的6Li(n，α)T反应[9]，中子截面为953b[10]，在中子照射Li2O，LiOH，Li2CO3，时便是如此。
注意反应(2.1)与(2.2a)耦合，就是一个完整的可控的冷核聚变反应。反应(2.1)提供可控数量的中子，将第一个可能的冷核聚变反应合并，可写为，(2.2c)反应(2.1)与(2.2b)耦合，可写为，(2.2d)(3)、中子轰击是核反应起动点火的必要条件。
上述总反应是在中子轰击下，在锂环境中，实现中子与H或Li，的核融合反应。阴极钯电解含锂重水装置有两个重要的作用，一是将Li，H，d以正离子方式进入钯中，二是将Li，H，d离子的加速到高能状态，Ryoichi.Taniguchi[4]做了一个很有意义宇宙线本底的测量实验他采用水，重水，电解，不电解电池，结果显示水，重水，电解，不电解四种情形的计数率。测量结果显示在3Mev以下能量，结果都一样。电解含锂重水，只多了3-5Mev以上能量的粒子。如果Taniguchi的实验是可靠的话，正好说明阴极钯电解含氢锂重水装置有将低能粒子提高到高能粒子的作用。所以阴极钯电解含氢锂重水装置是一个静电加速器。这是一种廉价的产生正离子的加速装置。在Li环境中，将背景低能中子加速到高能的水平。达到了产生必要核反应的条件。
(4)、反应(2.1)(2.2d)是一个极好的可控核反应。
因为反应(2.1)的反应截面较小，是反应控制步骤，只要控制体系的中子数，即可实现人工的控制。反应(2a)(2b)(2c)的反应截面很较大，反应较易进行，是产生能量的来源。
这种耦合的结果，总反应(2.2c)(2.2d)便可进行。后者就是冷核聚变的总反应。电解时，这些被嵌的金属是以正离子的形态存在的。正离子在阴极负的电场中运动正离子d+，锂Li+受到两个力假若电解池是圆的。中心是钯阴极。在电场作用下，存在一个由正极指向负极的力Ai第二个力是垂直于前一个力的由正极限指向负极的Aj，这两个力的作用，于是形成一个矢量叉乘积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与Aj再耦合，又产生一个新矢量Ai′，于是形成了混沌叠代[2]。这些作用随着电解而持续，连续矢量叉乘积作用的结果，形成了混沌数字系列[1][2]，Cx＝(Ai×AjSinθ)∞(3.2)∞表示叠代的次数，它是一个趋向于无穷大的数字值。一个叠代过程发生了，其混沌叠代过程可以表示如下F1＝F0(AiAjSinθ0)F2＝F1(Ai′Aj′Sinθ1)…………Fn＝Fn-1(Ain-1′Ajn-1′Sinθn-1)矢量叠代的结果，发展为一个混沌过程。形成了绝对负熵。绝对负熵的变化ΔS可以表示为，ΔSx＝kΠln(Ain-1′Ajn-1′Sinθn-1/L)∞(3.3)混沌过程的混沌能的变化ΔE是，ΔE＝-TΔS＝-kTΠln(Ain-1′Ajn-1′Sinθn-1/L)∞(3.4)负号表示能量的升高。作用在正离子上，增加离子的能量。
如果叠代次数达到106，混沌能的变化ΔE可以达到Mev的水平。混沌能需要积累，在金属钯内使离子H+，D+Li+的和电子能量逐渐积累。D，电子和正离子又相互作用；在金属钯内的电子和正离子产生三维方向的涡旋作用。其相互作用好似一台静电加速器。这就是为什么要电解时间需要120小时以上的原因。一方面是需要积累H+，d+，Li+离子的浓度；另一方面需要使电子和正离子在三个方向的耦合运动中积累能量。经过许多次叠代，H+，d+Li+在两个电场力的作用下，达到某个窗口，电解使混沌叠代快速发展，单位时间内发出的能量密度，由于叠代而急速的增加，在某个窗口，其混沌能突然超过106倍，达到兆电子伏的高能。突然超过Mev的水平，于是产生了核反应。
当我们仔细研究上述冷核聚变机理时发现，热中子轰击锂是可控冷核聚变反应的核心[9]。既然如此，如果我们做一个锂铀核反应堆，不就达到了人类利用轻核核反应的目的了吗？这就是可控冷核聚变真正的现实意义。
能源是全人类存在的最大问题。如果人类不能在今后两个世纪中实现非碳能源为主的转变，那么用不了很久，人类就会出现无能量可用的状况。铀的利用仅仅是人类利用核能的开始。而且铀的藏量有限，人工控制锂融合中子的核反应才是人类最容易利用核能的目标。
在混沌热力学研究冷核骤变理论的认识基础上，发明人提出了人类新能源锂铀反应堆的理论锂铀反应堆是以金属锂作中子减速剂，235U裂变反应堆作为中子源。在快中子的轰击下，实现核反应(2.1)7Li变为6Li，[9]锂起着控制核反应强度减速剂的作用，且使中子增值，快中子衰变为慢中子后，再进行反应(2.2b)。6Li变为3H和4He，实现以人类轻核聚变。反应堆产生的热能来发电，实现人类新能源的转变。锂40元/公斤，做核燃料是相当便宜的，价格相当于235U的1/200以上。
为了证明以上理论，作者自费在中国原子能研究院铀裂变反应堆中用中子照射锂，氢氧化锂，卤化锂，碳酸锂。以证明(2.1)-(2.2d)反应在中子的轰击下是可以进行的。实验是在北京中国原子能科学研究院内的101重水研究堆的水平试验通道中进行。实验分两次进行。第一次是探索性试验，在此基础上，第二次做重复试验。
101重水研究堆[14]参数见下表，中子性质 热中子 快中子 2.95Mev 1Mev 热/快比(1010/kw) (1010/kw)水平管道内侧中子通量密度 0.31-0.56 0.17 0.13 0.42 100第一次试验是将一水氢氧化锂33.9克和对照物无水亚硫酸钠70克放在Φ41.5×67mm塑，料瓶中，盖子上各插了一根体温计，7克锂用薄膜纸包好放在Φ70×153mm铝制密封罐内，在输出功率为7500千瓦的水平通道内120小时，取出称量，第二次试验是将一水氢氧化锂35-37克，锂5-7克，一水氯化锂19-21克，碳酸锂24克各三份，用塑料袋包好，放在Φ70×153mm铝制密封罐内，数据列于下表1试验后，9#样品用H2O2测氚，氚计数1624msv/分。从实验数据看，锂和锂化物经过热中子照射，重量损失了，经查证，LiOH.H2O的脱水温度是从105℃开始，140℃最佳。在33-34℃时是不可能脱水的。只有下列反应才可以解释失重
经过测氚，证实上述反应存在。四次实验中LiOH.H2O的平均失重率为1.1％，就是说有1.1％的锂参加了上述反应，锂与中子在上述核反应中锂变成了氚和氦。其实，上述反应就是生产氚的工业方法。
表1
锂铀反应堆的基本设计思想是1.锂是锂铀反应堆新能源材料。熔化的天然锂(7Li 93％，熔点160℃)放在235U棒的四周，发生反应(2.1)，天然锂中7Li转化为6Li，2.用6Li和天然锂混合物作为热的传导体，在特制的锂燃料锅炉里水热交换产生蒸气，带动发电机发电。6Li转化为氚和氦，放出能量。每公斤锂的价格是低于40元，我国是锂的丰产国家，用锂做核燃料比235U便宜数百倍。
3.235U裂变反应堆是廉价的中子源和产能源。锂铀反应堆的中子由235U的裂变产生，放出三个中子和裂变能。
锂铀反应堆的设计，可以在一般的轻水反应堆的基础上加以改造。改变铀石墨装置和材料，增加锂的融化保温和水平控制装置，增加气体分离系统，温度控制系统，锂热源锅炉及锂非合金新材料等。[13]由轻水反应堆转变为锂铀反应堆，会不会发生能量增益的失衡？先来看看235U裂变的能量分配。表3.2是235U裂变的能量分配表3.2235U裂变能量的分配[14]
表，由表可知，235U裂变中，中子所占能量和吸收过程中中子放出的能量所占的比例只有2.5％和1.5-6％。就是说，中子能量的得失，在整个能量中所占的比例很小，不会影响235U裂变能量的。
以7Li为慢化剂，若7Li的裂变数为1.7，中子通量为2×1016n/m2s，那么中子通量的损失达到1.6×1015n/m2s。由此可见，7Li为慢化剂不会对235U裂变的中子通量产生大的影响。上述反应会不会对中子通量产生影响？若6Li的中子吸收率为0.5，同样的原理，中子的减少也只有一个数量级的1/2。
反应(2.2b)有4.8Mev的能量输出，即每克分子6Li的能量输出是4.8，6Li原子量是6，故每克分子锂能够产生的能量是4.8/6＝0.8Mev。而每克分子235U裂变有200Mev的能量输出，235U的原子量是235，每克分子235U裂变的能量输出是200/235＝0.85Mev，两者相比，每克物质的能量输出为0.8/0.85＝0.94，相差不大。铀燃料含铀2.8-3％，天然锂含6Li为7.5％，相差2.5倍。因此6Li的有效核反应物的放能密度比235U大2.2倍。7Li转变为6Li的反应(2.1)有-7.25Mev，故每克分子7Li能够产生的能量是7.25/7＝1.06Mev.，7Li含量为92.5％，所以实际上天然锂轻核的放能密度是1.0357比235U裂变的放能密度0.94大1.102倍。如果235U使用了1份的话，那么使用天然锂就有1.1份能量放出。锂铀反应堆的功率要比铀裂变反应堆大1.1倍。而两者的价格则相差几百倍。若有1/2的铀由锂代替，将降低发电成本50％。在美国，核电的成本几乎和火电的成本持平，降低核电成本是有很的大意义的。从以上初步的估算，轾水反应堆转变为锂铀反应堆，7Li为慢化剂对235U裂变的中子通量不但不会降低，由于有(2.1)，中子通量还会增加。但是须做必要的实验，测有关数据。
按照现有技术，实现锂铀反应堆并没有大的困难。以锂代替石墨做减速剂。只是锂在运行时是液体。在启动时需要加热装置，将锂融化再进入系统。内外液体锂的水平面升降和保持装置。锂作热传导载体，要选用与锂不成合金的材料做锅炉容器。锂的工作温度可以达到600-900℃，大大提高锅炉的热效率。产生的氚和氦，需要用钯分离器分离。其他没有困难的设计。锂铀反应堆和轻水反应堆的差别是，
(1)锂铀反应堆和轻水反应堆同样使用锂作减速剂。但是在减速剂中，天然锂中的7Li转变为6Li，长期使用后，7Li减少，效率递减，需要定期更换，不能再用。在锂铀反应堆中，7Li减少，6Li增加，这却却是锂作热传导载体的原料。所以的锂不会废弃，只是需要用一个泵，循环减速剂锂与热传导载体锂的变换。
(2)减速剂锂的消耗量和与热传导载体锂的消耗量相比，后者大的多。因为7Li只有7.5％，整个锂铀反应堆中的锂的使用量大几十倍。慢中子与6Li的接触空间要大得多。因而，锂铀反应堆里的天然锂的消耗量比轻水反应堆大得多。主要是在6Li的消耗上。
(3)轻水反应堆以水为热的导体，将裂变的热量输送到发电锅炉中去。锂铀反应堆以锂为热的导体，将核裂变的热量输送到发电锅炉中去。
(4)热效率比轻水反应堆高。因为承受核裂变的金属强度有限度，轻水反应堆中水温不会超过450℃，锂铀反应堆里用天然锂为热的导体，锂的温度可以达到600-900℃，此温度再与水热交换，锅炉热效率高。
(5)锂铀反应堆安全系数比轻水反应堆大。因为锂铀反应堆里没有水蒸汽，不承受压力。而轻水反应堆本身是一个大受压锅炉。所以制造难度低得多，安全系数大多了。人们的心理承受力，接受力都大。
(6)核反应的后处理难度小。锂不产生固体废物。
(7)大量的氚产生为今后的核聚变准备了原料，经济上也更有竞争力。
由此可见，锂铀反应堆比轻水反应堆在经济上，安全上更具有竞争了力。
整个锂铀反应堆由七部分组成核反应堆主体容器，铀棒控制系统，两种锂的加热，水平调节控制系统，液体锂热量交换器锂水锅炉，蒸汽透平机，发电机，废气废水处理系统。
参考文献[1]毛法根冷核聚变和物质起源中能量聚集的混沌热力学 非线性动力学学报1998 5 S1 302[2]毛法根混沌热力学 浙江大学出版社2003出版中[3]Fleishmann.M and Pons.S.JElectroanal.Chem.261 301(1989)[4]Dekempeneer.E，Liskien.II and PoortmansNuclear Sci.and Eng.97 353(1987)[5]张寿武世界科学1999(5)译自Infinite Energy 1998(10)[6]Pauling.LNature 339 105 May 1989孙大林浙江大学博士论文从钯氘间的相互作用分析冷核聚变导师王启东 1991 12[7]北京师范大学化学系吴仲达教授(冷核聚变组负责人)给作者的信。
Siclly.ENature 338 616(1989)[9]Kuto.J.Inorg.Nucl。Chem.1978 40(3)363[10]Lange’s；IIandbook of Chemistry Twelfth Edition MCGRAW-IIALLBOOK COMPANY New York chapter 3[11]JONES.S.E.et al，Nature 338 (1998)737[12]Ninno.A.De，et al，Europhysics Lett 221(1989)9[13]毛法根中国专利，CN1277439A 2000年12月20日[14]仲言重水反应堆原子能出版社1988
权利要求
1一种轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征在于核燃料是锂；中子源是235铀的裂变反应堆，锂做减速剂，放能剂和释能载体；
2如权利1所述的轻核能转换装置锂铀反应堆，其特征是反应堆本体由内罐与外罐组成；内罐有核反应7Li(n，2n)6Li中子n轰击下，7锂变为6锂，；外罐中有核反应6Li(n，T)He中子融合锂生成氦和氚；
3如权利1所述的轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征是在内罐和外罐之间有高温液体锂的双向特殊泵连接和控制系统；
4如权利1所述的轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征是用锂为热载体的锂水蒸汽锅炉，水汽透平机，发电机，废气水循环处理系统；
5如权利1所述的轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征是在锂铀反应堆中有钯制造的氦和氚的分离装置和回收系统；
6如权利1所述的轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征是有液体锂的自动加入装置，加热，控制温度装置，控制液体锂水平面高度的控制器和控制装置；液体锂的操作温度是160到1200℃。
7如权利1所述的轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征在于反应堆本体是用中子低吸收材料并锂非合金化的金属材料制造；
8如权利4所述的轻核聚变能转换装置锂水锅炉，其特征是锅炉材料用非锂合金化的高导热率材料制造，锅炉置于强保护容器内；
9如权利1所述的轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征在于有铀棒提升和下降的控制系统，铀棒外有特制的保护套；
10如权利1所述的轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征在于有中子强度的检测和安全控制系统。
专利摘要
一种轻核聚变能的转换装置锂铀反应堆，其特征是由内罐和外罐构成；内罐中有235铀裂变反应堆，锂做减速剂；外罐中有液体锂做放能剂和热能载体；内罐235铀裂变为中子源，锂在中子作用下，内罐中7锂吸收快中子变为6锂，外罐中的6锂在中子作用下变成氦和氚。能量通过在特制锅炉中液体锂与水交换热量，水蒸发产生蒸气而发电；锂铀核反应堆将有50％以上的能量来自金属锂，锂价格40元/公斤，比
文档编号G21B1/00GKCN1624808SQ200310121677
公开日2005年6月8日 申请日期2003年12月5日
发明者毛法根 申请人:毛法根导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
本发明专利涉及的是一种核能聚变能转换装置，其特征在于，核燃料是轻核锂；中子源是235铀裂变堆，核反应是冷核聚变反应中子n轰击下，7锂变为6锂；中子融合6锂生成氦和氚，7Li(n，2n)6Li和6Li(n，T)He。
直到目前为止，人类的核能利用只有铀裂变反应堆，核燃料是235铀。轻水反应堆中的减速剂是锂7Li，辅助地起着释放能量。
锂铀反应堆是一种以轻核聚变能转换装置的核反应堆。有50％以上能量的释放来自轻核元素天然锂。是真正意义上的人类开发轻核聚变能的转换装置。
1989年，Fleischmann和Pons发表了轰动的“冷核聚变”世界性头号新闻[3]。他们从电解含锂重水的钯阴极上出现了“中子异常”现象。在世界范围内引起了一场争议。十多年过去了，召开了7次冷核聚变国际讨论会[4]。这个惊人实验中，得到一个重要的实验结果电解钯阴极含锂重水，可能实现常温核反应。这是一个伟大的实验。然而至今没有人重复出他们的实验结果。人们的认识无论是简单否认，还是继续探索[5]，都没有真正发现冷核聚变的真正意义。
浙江大学王启东、吴京教授的博士生孙大林作的博士论文‘从钯——氘间的相互作用分析“冷核聚变”现象’。得出的结论是非正常升温来自是PdDx的生成热等；[6]是钯晶体弹性应变能释放所引起。但他们证实部分d以正离子形式存在。[6]美国盐湖城是一个放射性本底很大的地方。当地的土壤、建筑材料中，有放射性氡，存在较大的中子本底。放射性本底是4400msv/min。他们在新建而未使用的实验室里做试验。这是一个极为罕见的实验环境下做了一个罕见的实验。原来冷核聚变的反应是中子轰击下，中子融合锂生成氦和氚6Li(n，T)He。这个反应需要有相当的中子流。中子背景本底对冷核聚变有极大的影响。在极严格控制的极低本底条件下做实验，是做不出中子异常的实验结果的。越是严格控制实验条件，本底越趋近零，就越是做不成。这就是没有人重复出实验结果来的原因。
日本大阪大学高科技研究所Ryoichi Taniguchiz做了一个宇宙线本底的实验[4]。实验是在特制的电解池中进行。两个计数器对着电解池的底部。底部是钯阴极，镀有金属镍，上装有0.1N LiOH的电解液，第一次电解414小时，第二次用水而不电解检测459小时，第三次不电解。结果发现这几次实验在3Mev以下能量的计数率几乎是一样的。只是在3Mev以上的的能量的计数率不一样。这表明在3Mev以下能量的计数率，是否电解，是否存在重水，LiOH，都没有影响。3Mev以下的计数是由宇宙线本底决定的。电解的存在只是增加3Mev以上能量的计数率。这是一个重要的实验结果。它说明Pons实验中的宇宙线本底在实验中起着重要的作用，它与电解和电解液没有关系。电解只是增加了它的能量和3Mev以上的能量计数率。反之，若没有大的宇宙线的本底，那么只有电解和电解液，也不能产生3Mev以下能量的计数率。
由此推测，外来高能粒子的轰击是3Mev以下能量计数率的关键。
这个实验结果与北师大化学系吴仲达教授做的实验结果相似当物理系加速器开动时，得到的中子异常数就大(达到500个/小时)，不开加速器时，中子异常就小。[7]由此可以得出一个推论外来高能粒子轰击是引起冷核聚变的决定性因素。
许多物理学家认为化学能的数量级不过是几到十几电子伏，而核反应需要兆电子伏(106)的能量。化学反应怎么能引起核反应？化学反应过程能引起核反应吗？如果将这两个问题联系在一起，给我们提供了一条思路是否存在某种我们还不知道的原因，使某种貌似化学反应的能量，经过突变，集中的过程，启动了冷核聚变。
最原始的文献是和Pons和Fleischmann的文章[3]“电化学引起氘的核聚变”。1×1×1cm Pd阴极。电解液是0.1MLiOD在99.5％D2O+0.5％H2O溶液。以250mA/cm2的电流密度。电解120小时。当有次用纯的D2O时，竟发生部分纯钯熔化(钯熔点1554℃)，实验装置破坏了。得到三倍于背景本底的中子异常。所有冷核聚变实验中，只有钯熔化是真正有意义的。
有什么力量能使熔点1554℃的金属钯在水环境中熔化？究竟这是化学反应热，相变热还是其他原因发的热？要知道，钯是浸在重水中的。在电流密度不到1A/cm2的条件下，为什么能产生如此高的温度？若没有极大的发热速率，怎么可能在水溶液中浸着的金属钯会积聚那么高的发热速率，超过1554℃，使钯熔化？我们想象定有某个现在还不知道的核反应在进行！最早提出冷核聚变的是73年前的一个专利。[8]电解钯阴极含Li重水溶液发现了中子异常。S.E.Jones(Brigliam.Young大学物理和化学系)在电解钛金属的重水溶液中也检测到重复的中子流[11]。意大利国家能源实验室在钛上电解，多次观测到比本底高出20倍的中子流[12]。但是大多数实验室没有重复出Pons实验结果。
许多物理学为什么做不出重复实验来呢？因为他们那个地方，中子背景本底太小，或者在严格的极低本底条件下做实验。缺少产生冷核聚变的基本条件。
我们认为外来中子的轰击是冷核聚变产生的必要条件。可控冷核聚变反应条件有四个一是需要有一个中子的自增殖反应和环境；二是要有质量亏损反应以产生能量；三是要有一个廉价的起动核反应的装置；四是要有可控的调节核反应强度的手段。钯阴极电解含Li含氢重水溶液已能满足以上四个条件。中子和锂是最基本的条件。在宇宙线本底中子轰击下，可能产生一系列的核反应，
(1)、7Li(n，2n)6Li反应是一个可控强度的中子子增殖反应。这个反应就是[9](2.1)这原本是一个产生中子的核反应，常用的是13.8Mev的中子源。在高能宇宙线本底中子的轰击下，有反应截面0.6b/sr。
6Li有俘获热中子生成1Mev.的能力。高能中子的产率是80×10-6/每个中子。[9]天然Li中含6Li 7.5％。在6Li的环境中，本底中的热中子有近0.08％的中子被加速到Mev的能力，中子数就可能将它提高至二倍。
(2)有质量亏损，产生能量的反应。如中子与H2O中的1H反应产生氘，(2.2a)该反应的反应热中子截面是0.332b，Δm＝-2.2245，能量为～2.21Mev[10]。这是在冷核聚变中测到的中子能量。有如6Li与中子反应产生氚和氦，(2.2b)质量损失Δm＝-4.8Mev.。Li化合物在100-600℃时，有产率＞96％的6Li(n，α)T反应[9]，中子截面为953b[10]，在中子照射Li2O，LiOH，Li2CO3，时便是如此。
注意反应(2.1)与(2.2a)耦合，就是一个完整的可控的冷核聚变反应。反应(2.1)提供可控数量的中子，将第一个可能的冷核聚变反应合并，可写为，(2.2c)反应(2.1)与(2.2b)耦合，可写为，(2.2d)(3)、中子轰击是核反应起动点火的必要条件。
上述总反应是在中子轰击下，在锂环境中，实现中子与H或Li，的核融合反应。阴极钯电解含锂重水装置有两个重要的作用，一是将Li，H，d以正离子方式进入钯中，二是将Li，H，d离子的加速到高能状态，Ryoichi.Taniguchi[4]做了一个很有意义宇宙线本底的测量实验他采用水，重水，电解，不电解电池，结果显示水，重水，电解，不电解四种情形的计数率。测量结果显示在3Mev以下能量，结果都一样。电解含锂重水，只多了3-5Mev以上能量的粒子。如果Taniguchi的实验是可靠的话，正好说明阴极钯电解含氢锂重水装置有将低能粒子提高到高能粒子的作用。所以阴极钯电解含氢锂重水装置是一个静电加速器。这是一种廉价的产生正离子的加速装置。在Li环境中，将背景低能中子加速到高能的水平。达到了产生必要核反应的条件。
(4)、反应(2.1)(2.2d)是一个极好的可控核反应。
因为反应(2.1)的反应截面较小，是反应控制步骤，只要控制体系的中子数，即可实现人工的控制。反应(2a)(2b)(2c)的反应截面很较大，反应较易进行，是产生能量的来源。
这种耦合的结果，总反应(2.2c)(2.2d)便可进行。后者就是冷核聚变的总反应。电解时，这些被嵌的金属是以正离子的形态存在的。正离子在阴极负的电场中运动正离子d+，锂Li+受到两个力假若电解池是圆的。中心是钯阴极。在电场作用下，存在一个由正极指向负极的力Ai第二个力是垂直于前一个力的由正极限指向负极的Aj，这两个力的作用，于是形成一个矢量叉乘积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与Aj再耦合，又产生一个新矢量Ai′，于是形成了混沌叠代[2]。这些作用随着电解而持续，连续矢量叉乘积作用的结果，形成了混沌数字系列[1][2]，Cx＝(Ai×AjSinθ)∞(3.2)∞表示叠代的次数，它是一个趋向于无穷大的数字值。一个叠代过程发生了，其混沌叠代过程可以表示如下F1＝F0(AiAjSinθ0)F2＝F1(Ai′Aj′Sinθ1)…………Fn＝Fn-1(Ain-1′Ajn-1′Sinθn-1)矢量叠代的结果，发展为一个混沌过程。形成了绝对负熵。绝对负熵的变化ΔS可以表示为，ΔSx＝kΠln(Ain-1′Ajn-1′Sinθn-1/L)∞(3.3)混沌过程的混沌能的变化ΔE是，ΔE＝-TΔS＝-kTΠln(Ain-1′Ajn-1′Sinθn-1/L)∞(3.4)负号表示能量的升高。作用在正离子上，增加离子的能量。
如果叠代次数达到106，混沌能的变化ΔE可以达到Mev的水平。混沌能需要积累，在金属钯内使离子H+，D+Li+的和电子能量逐渐积累。D，电子和正离子又相互作用；在金属钯内的电子和正离子产生三维方向的涡旋作用。其相互作用好似一台静电加速器。这就是为什么要电解时间需要120小时以上的原因。一方面是需要积累H+，d+，Li+离子的浓度；另一方面需要使电子和正离子在三个方向的耦合运动中积累能量。经过许多次叠代，H+，d+Li+在两个电场力的作用下，达到某个窗口，电解使混沌叠代快速发展，单位时间内发出的能量密度，由于叠代而急速的增加，在某个窗口，其混沌能突然超过106倍，达到兆电子伏的高能。突然超过Mev的水平，于是产生了核反应。
当我们仔细研究上述冷核聚变机理时发现，热中子轰击锂是可控冷核聚变反应的核心[9]。既然如此，如果我们做一个锂铀核反应堆，不就达到了人类利用轻核核反应的目的了吗？这就是可控冷核聚变真正的现实意义。
能源是全人类存在的最大问题。如果人类不能在今后两个世纪中实现非碳能源为主的转变，那么用不了很久，人类就会出现无能量可用的状况。铀的利用仅仅是人类利用核能的开始。而且铀的藏量有限，人工控制锂融合中子的核反应才是人类最容易利用核能的目标。
在混沌热力学研究冷核骤变理论的认识基础上，发明人提出了人类新能源锂铀反应堆的理论锂铀反应堆是以金属锂作中子减速剂，235U裂变反应堆作为中子源。在快中子的轰击下，实现核反应(2.1)7Li变为6Li，[9]锂起着控制核反应强度减速剂的作用，且使中子增值，快中子衰变为慢中子后，再进行反应(2.2b)。6Li变为3H和4He，实现以人类轻核聚变。反应堆产生的热能来发电，实现人类新能源的转变。锂40元/公斤，做核燃料是相当便宜的，价格相当于235U的1/200以上。
为了证明以上理论，作者自费在中国原子能研究院铀裂变反应堆中用中子照射锂，氢氧化锂，卤化锂，碳酸锂。以证明(2.1)-(2.2d)反应在中子的轰击下是可以进行的。实验是在北京中国原子能科学研究院内的101重水研究堆的水平试验通道中进行。实验分两次进行。第一次是探索性试验，在此基础上，第二次做重复试验。
101重水研究堆[14]参数见下表，中子性质 热中子 快中子 2.95Mev 1Mev 热/快比(1010/kw) (1010/kw)水平管道内侧中子通量密度 0.31-0.56 0.17 0.13 0.42 100第一次试验是将一水氢氧化锂33.9克和对照物无水亚硫酸钠70克放在Φ41.5×67mm塑，料瓶中，盖子上各插了一根体温计，7克锂用薄膜纸包好放在Φ70×153mm铝制密封罐内，在输出功率为7500千瓦的水平通道内120小时，取出称量，第二次试验是将一水氢氧化锂35-37克，锂5-7克，一水氯化锂19-21克，碳酸锂24克各三份，用塑料袋包好，放在Φ70×153mm铝制密封罐内，数据列于下表1试验后，9#样品用H2O2测氚，氚计数1624msv/分。从实验数据看，锂和锂化物经过热中子照射，重量损失了，经查证，LiOH.H2O的脱水温度是从105℃开始，140℃最佳。在33-34℃时是不可能脱水的。只有下列反应才可以解释失重
经过测氚，证实上述反应存在。四次实验中LiOH.H2O的平均失重率为1.1％，就是说有1.1％的锂参加了上述反应，锂与中子在上述核反应中锂变成了氚和氦。其实，上述反应就是生产氚的工业方法。
表1
锂铀反应堆的基本设计思想是1.锂是锂铀反应堆新能源材料。熔化的天然锂(7Li 93％，熔点160℃)放在235U棒的四周，发生反应(2.1)，天然锂中7Li转化为6Li，2.用6Li和天然锂混合物作为热的传导体，在特制的锂燃料锅炉里水热交换产生蒸气，带动发电机发电。6Li转化为氚和氦，放出能量。每公斤锂的价格是低于40元，我国是锂的丰产国家，用锂做核燃料比235U便宜数百倍。
3.235U裂变反应堆是廉价的中子源和产能源。锂铀反应堆的中子由235U的裂变产生，放出三个中子和裂变能。
锂铀反应堆的设计，可以在一般的轻水反应堆的基础上加以改造。改变铀石墨装置和材料，增加锂的融化保温和水平控制装置，增加气体分离系统，温度控制系统，锂热源锅炉及锂非合金新材料等。[13]由轻水反应堆转变为锂铀反应堆，会不会发生能量增益的失衡？先来看看235U裂变的能量分配。表3.2是235U裂变的能量分配表3.2235U裂变能量的分配[14]
表，由表可知，235U裂变中，中子所占能量和吸收过程中中子放出的能量所占的比例只有2.5％和1.5-6％。就是说，中子能量的得失，在整个能量中所占的比例很小，不会影响235U裂变能量的。
以7Li为慢化剂，若7Li的裂变数为1.7，中子通量为2×1016n/m2s，那么中子通量的损失达到1.6×1015n/m2s。由此可见，7Li为慢化剂不会对235U裂变的中子通量产生大的影响。上述反应会不会对中子通量产生影响？若6Li的中子吸收率为0.5，同样的原理，中子的减少也只有一个数量级的1/2。
反应(2.2b)有4.8Mev的能量输出，即每克分子6Li的能量输出是4.8，6Li原子量是6，故每克分子锂能够产生的能量是4.8/6＝0.8Mev。而每克分子235U裂变有200Mev的能量输出，235U的原子量是235，每克分子235U裂变的能量输出是200/235＝0.85Mev，两者相比，每克物质的能量输出为0.8/0.85＝0.94，相差不大。铀燃料含铀2.8-3％，天然锂含6Li为7.5％，相差2.5倍。因此6Li的有效核反应物的放能密度比235U大2.2倍。7Li转变为6Li的反应(2.1)有-7.25Mev，故每克分子7Li能够产生的能量是7.25/7＝1.06Mev.，7Li含量为92.5％，所以实际上天然锂轻核的放能密度是1.0357比235U裂变的放能密度0.94大1.102倍。如果235U使用了1份的话，那么使用天然锂就有1.1份能量放出。锂铀反应堆的功率要比铀裂变反应堆大1.1倍。而两者的价格则相差几百倍。若有1/2的铀由锂代替，将降低发电成本50％。在美国，核电的成本几乎和火电的成本持平，降低核电成本是有很的大意义的。从以上初步的估算，轾水反应堆转变为锂铀反应堆，7Li为慢化剂对235U裂变的中子通量不但不会降低，由于有(2.1)，中子通量还会增加。但是须做必要的实验，测有关数据。
按照现有技术，实现锂铀反应堆并没有大的困难。以锂代替石墨做减速剂。只是锂在运行时是液体。在启动时需要加热装置，将锂融化再进入系统。内外液体锂的水平面升降和保持装置。锂作热传导载体，要选用与锂不成合金的材料做锅炉容器。锂的工作温度可以达到600-900℃，大大提高锅炉的热效率。产生的氚和氦，需要用钯分离器分离。其他没有困难的设计。锂铀反应堆和轻水反应堆的差别是，
(1)锂铀反应堆和轻水反应堆同样使用锂作减速剂。但是在减速剂中，天然锂中的7Li转变为6Li，长期使用后，7Li减少，效率递减，需要定期更换，不能再用。在锂铀反应堆中，7Li减少，6Li增加，这却却是锂作热传导载体的原料。所以的锂不会废弃，只是需要用一个泵，循环减速剂锂与热传导载体锂的变换。
(2)减速剂锂的消耗量和与热传导载体锂的消耗量相比，后者大的多。因为7Li只有7.5％，整个锂铀反应堆中的锂的使用量大几十倍。慢中子与6Li的接触空间要大得多。因而，锂铀反应堆里的天然锂的消耗量比轻水反应堆大得多。主要是在6Li的消耗上。
(3)轻水反应堆以水为热的导体，将裂变的热量输送到发电锅炉中去。锂铀反应堆以锂为热的导体，将核裂变的热量输送到发电锅炉中去。
(4)热效率比轻水反应堆高。因为承受核裂变的金属强度有限度，轻水反应堆中水温不会超过450℃，锂铀反应堆里用天然锂为热的导体，锂的温度可以达到600-900℃，此温度再与水热交换，锅炉热效率高。
(5)锂铀反应堆安全系数比轻水反应堆大。因为锂铀反应堆里没有水蒸汽，不承受压力。而轻水反应堆本身是一个大受压锅炉。所以制造难度低得多，安全系数大多了。人们的心理承受力，接受力都大。
(6)核反应的后处理难度小。锂不产生固体废物。
(7)大量的氚产生为今后的核聚变准备了原料，经济上也更有竞争力。
由此可见，锂铀反应堆比轻水反应堆在经济上，安全上更具有竞争了力。
整个锂铀反应堆由七部分组成核反应堆主体容器，铀棒控制系统，两种锂的加热，水平调节控制系统，液体锂热量交换器锂水锅炉，蒸汽透平机，发电机，废气废水处理系统。
参考文献[1]毛法根冷核聚变和物质起源中能量聚集的混沌热力学 非线性动力学学报1998 5 S1 302[2]毛法根混沌热力学 浙江大学出版社2003出版中[3]Fleishmann.M and Pons.S.JElectroanal.Chem.261 301(1989)[4]Dekempeneer.E，Liskien.II and PoortmansNuclear Sci.and Eng.97 353(1987)[5]张寿武世界科学1999(5)译自Infinite Energy 1998(10)[6]Pauling.LNature 339 105 May 1989孙大林浙江大学博士论文从钯氘间的相互作用分析冷核聚变导师王启东 1991 12[7]北京师范大学化学系吴仲达教授(冷核聚变组负责人)给作者的信。
Siclly.ENature 338 616(1989)[9]Kuto.J.Inorg.Nucl。Chem.1978 40(3)363[10]Lange’s；IIandbook of Chemistry Twelfth Edition MCGRAW-IIALLBOOK COMPANY New York chapter 3[11]JONES.S.E.et al，Nature 338 (1998)737[12]Ninno.A.De，et al，Europhysics Lett 221(1989)9[13]毛法根中国专利，CN1277439A 2000年12月20日[14]仲言重水反应堆原子能出版社1988
权利要求
1一种轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征在于核燃料是锂；中子源是235铀的裂变反应堆，锂做减速剂，放能剂和释能载体；
2如权利1所述的轻核能转换装置锂铀反应堆，其特征是反应堆本体由内罐与外罐组成；内罐有核反应7Li(n，2n)6Li中子n轰击下，7锂变为6锂，；外罐中有核反应6Li(n，T)He中子融合锂生成氦和氚；
3如权利1所述的轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征是在内罐和外罐之间有高温液体锂的双向特殊泵连接和控制系统；
4如权利1所述的轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征是用锂为热载体的锂水蒸汽锅炉，水汽透平机，发电机，废气水循环处理系统；
5如权利1所述的轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征是在锂铀反应堆中有钯制造的氦和氚的分离装置和回收系统；
6如权利1所述的轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征是有液体锂的自动加入装置，加热，控制温度装置，控制液体锂水平面高度的控制器和控制装置；液体锂的操作温度是160到1200℃。
7如权利1所述的轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征在于反应堆本体是用中子低吸收材料并锂非合金化的金属材料制造；
8如权利4所述的轻核聚变能转换装置锂水锅炉，其特征是锅炉材料用非锂合金化的高导热率材料制造，锅炉置于强保护容器内；
9如权利1所述的轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征在于有铀棒提升和下降的控制系统，铀棒外有特制的保护套；
10如权利1所述的轻核聚变能转换装置锂铀反应堆，其特征在于有中子强度的检测和安全控制系统。
专利摘要
一种轻核聚变能的转换装置锂铀反应堆，其特征是由内罐和外罐构成；内罐中有235铀裂变反应堆，锂做减速剂；外罐中有液体锂做放能剂和热能载体；内罐235铀裂变为中子源，锂在中子作用下，内罐中7锂吸收快中子变为6锂，外罐中的6锂在中子作用下变成氦和氚。能量通过在特制锅炉中液体锂与水交换热量，水蒸发产生蒸气而发电；锂铀核反应堆将有50％以上的能量来自金属锂，锂价格40元/公斤，比
文档编号G21B1/00GKCN1624808SQ200310121677
公开日2005年6月8日 申请日期2003年12月5日
发明者毛法根 申请人:毛法根导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan
相关技术
网友询问留言
已有1条留言
-
0访客 来自[中国] 2023年12月16日 22:39这玩意真的有用吗？
1