一种带电粒子势能压缩装置的制作方法
- 国知局
- 2024-08-02 13:17:59
本技术方案涉及一种粒子加压装置,尤其是一种带电粒子势能压缩装置。
背景技术:
1、众所周知,对粒子加压能够获得非常高的能量,这种设备可以作为电势能储存装置、粒子加速装置,核聚变装置(发电),核聚变动力推进装置等,对军事、航天航空、能源等领域有着重要意义,对研究磁重连、电磁脉冲、电磁干扰等有重要作用。
2、申请人于2020年公开了一种带电粒子加压器,专利号202021770654x,它通过皮带轮带动整个容器旋转对磁场进行切割,通过容器内锥形网罩生成带电粒子,结合洛伦兹力、离心力等综合作用发生反应,最后通过能量输出管输出能量对外接设备做功。经过进一步研究发现,上述设备存在以下缺陷:1、该容器一担发生旋转,与其连接的输入部件均会发生跟随旋转,线路管道等难以制造和布置;2、由于容器发生旋转,气体输入管道也会跟随旋转,这些管道在工作时始终处于联动高幅度振动状态,容易出现漏气等现象,管道转动连接设备的材料要求也较高,技术难度大;3、原设备结构复杂制造困难,使用和制造成本过高。4、加压效果不好,带电粒子容易逃逸出容器。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服现有技术的不足,提供一种控制和制造难度相对容易、材料要求相对较低、结构更加简洁、成本较低的一种带电粒子势能压缩装置。
2、一种带电粒子势能压缩装置,包括机架,其特征是,机架上安装有电机,电机的输出轮通过皮带带动一传动轴,传动轴的两端均设有传动轮,两传动轮均通过皮带与各自对应被动轴上的被动轮连接,两被动轴均安装在机架上,且两被动轮相对面均固定有磁体,两磁体之间设有反应装置,反应装置通过支架固定在机架上。
3、所述的反应装置包括反应器,反应器通过切向管与离子生成器连通。所述的切向管沿反应器圆周壁间隔设置多个,能方便使多种目标气体进入容器。所述的切向管为文丘里管。
4、为了使离子生成器输出的气体更均匀的输送至切向管,所述的切向管与离子生成器之间增设一圆周管,圆周管将切向管与离子生成器连通,圆周管通过连接头与传送管与离子生成器连通。
5、所述的反应器包括四周的圆周壁以及两侧的圆面壁,所述的圆面壁呈内凹锥状,锥壁开有输出孔,所述的输出孔的方向与切向管方向一致并与锥面相切。
6、所述的锥壁有多层,包括单孔层与多孔层,单孔层与多孔层开孔位置不同,所述单孔层是指锥体中心开有中心孔,多个旋转分布的螺旋导片在锥壁上从孔的中心向外螺旋延伸,螺旋导片使气体旋转方向与初始输入方向一致,所述的多孔层是指锥壁斜面间隔开有多个侧孔,侧孔与气流方向一致并与锥壁斜面相切,单孔层与多孔层间隔设置并通过相互之间的隔离环隔开,单孔层与多孔层之间形成夹层(气流通道)。
7、所述锥壁为绝缘材料,锥壁上镶嵌有金属环,金属环围绕锥心呈放射状向外间隔分布。
8、所述锥壁最内侧(靠内腔)上设有外凸的激波包,激波包位于输出孔前并形成斜面。
9、所述的反应器左右两侧的内锥璧、侧孔及激波包镜像对称的。
10、所述的离子生成器包括反应管,反应管内依次设有导环、绝缘环、放电端子,导环连接到正极线,正极线与导环连接处设有裸线段,放电端子连接到负极线并连接地线,反应管靠正极线一侧设有输出接头,输出接头连接到切向管,反应管靠负极线一端设有输入接头,输入接头连接到高压气体输入装置。
11、所述的放电端子包括环形中空放电壁,以及固定在放电壁内端的放电尖,放电尖与放电壁之间留有气体流道。
12、所述的导环、绝缘环、放电端子外壁上均设有散热槽,散热槽与气流方向一致,且与气体流道连通。放电端子、导环、绝缘环外壁上的散热槽与反应管内壁形成散热通道。
13、所述的高压气体输入装置,包括高压储气罐、目标储气罐,高压储气罐与目标储气罐通过供气管道合并将气体输送到离子生成器,高压储气罐与目标储气罐合并前的供气管道上均设有调节阀,合并后的供气管道上设有特斯拉阀。
14、所述的目标储气罐储存为氘气、氚气或氢气等易电离气体。所述不易电离气体(相对目标气体)为氩气、氦气等不易电离气体(惰性气体),且两种气体不发生化学反应。
15、所述的高压储气罐输出端增设一动力管,动力管连接到切向管的外端,离子生成器的输出端连接到切向管较细的中段 ,所述的动力管沿气体输送方向依次设有调节阀与特斯拉阀。因切向管为文丘里管,其中部为较细、高速、低压段,利用负压的特性(伯努利原理)吸附离子生成器输出的气体(带正电的混合气体),并与动力管内压缩后的高速气体混合输入反应器。
16、为充分利用原料,所述的离子生成器的输出端加装一环形容器,环形容器两侧设有磁体产生磁场,离子生成器的输出端与环形容器切向连接,环形容器中心通过供气管道与切向管连通,环形容器面部开孔并通过回流管连通到目标气罐,回流管上设有动力压缩机。正粒子切向进入环形容器内后进行旋转并切割磁场,受洛伦兹力作用,正粒子进入中心管道后输出到切向管,部分中性气体(易电离气体与不易电离气体混合后的气体)在动力压缩机和受离心力共同作用下从回流管回流,使中性气体回收利用。
17、为了节约资源、循环利用,所述的反应器一侧输出孔处设有循环管,循环管的另一端连接到高压储气罐,循环管上设有气体回收压缩机。
18、所述的反应器及内部所有部件均为不导磁且耐高温材料,如陶瓷、不导磁金属等。
19、本技术方案原理如下:
20、首先,技术人员通过调节阀控制高压储气罐与目标储气罐内气体的混合比例,混合后的气体进入特斯拉阀后流入离子生成器。
21、由于离子生成器包括反应管,反应管内放电端子连接到地线和负极线,以及导环连接到正极线,放电端子与导环之间就形成了不均匀的强电场,激发负极发射电子,电子撞击气体使气体发生电晕、拉弧等放电现象,使气体被电离,形成正负粒子。持续输入的高压气体会推动正负粒子向前运动,当其经过导环及其连接的裸线时,正极吸引并中和掉负粒子,余下正离子混合气体,再流入环形容器(也称之为离子分离器),使中性气体与正离子气体分离,中性气体通过回流管回流。正离子气体通切向管(文丘里管)与动力管内的高压高速气体混合,再切向输入反应器内。
22、然后,在切向管持续输送下,带正离子高压气体切向进入至反应器的内腔中。由于切向管向反应器内腔输送气体是切向的,带正电离子高压气体本身会沿切线方向在反应器内腔发生旋转。由于磁场与反应器内正离子运动方向相切割产生作用,使正离子的运动方向发生向内偏转,使得与气流方向不一致,气流继续损失部分动能推着带正电粒子继续前进,从而使得带正电粒子不断向内加压。
23、电机输出轴通过皮带带动传动轴旋转,传动轴通过左右两传动轮和皮带同步带动左右两被动轴旋转,也就使左右磁场发生同向同步旋转,此时磁场的旋转方向正和反应器内带正电的粒子运动方向相反,进一步对反应器中带正电粒子产生压缩作用。
24、磁场的旋转方向与正离子旋转方向相反,旋转的磁场会使反应器内的带电粒子受洛伦兹力作用向中心运动。如图11所示,反应器内高压气体受切向管入气方向作用,其旋转方向如a向所示,正离子受磁场作用速度方向发生变化,呈不规则小螺旋状旋转,其运动方向如b向所示,在a向气流持续输入作用下,使正粒子以b向运动的方式逐渐向中心压缩,也就是说a向气流的部分动能逐渐转化为b向正粒子的势能,也就实现了本装置储存势能的技术效果。当压力进一步增加达到一定程度,带电粒子的原子核之间缩小到指定距离,则满足核聚变发生条件。
25、由于锥壁为多层(即单孔层与多孔层间隔设置),单孔层和多孔层的出气孔从锥尖中心向外高低位置不一样,当内腔内高速旋转的气体通过锥壁上的侧孔进入夹层后,正离子受到洛伦兹力作用向中心旋转运动并产生磁场,该磁场与外部磁场相排斥,因为夹层内输入的是同种正离子且因锥璧为圆锥形,最终使得正离子向锥体尖端运动,大部分悬停留在该尖端附近,保持一个平衡状态,正离子旋转产生的磁压和正离子汇集在锥尖产生的电场进一步形成电势电场壁垒。高压气体分子不受磁场与电场约束带动少量正离子通过锥体尖端的中心孔进入下一夹层。高压气体在持续压力与离心力共同作用下在夹层中旋转并通过侧孔再进入下一夹层。同理,往复多次,使得大部分正离子停留在容器内部并进行加压。
26、当反应器内正离子压力未达到核聚变条件,粒子达到饱和状态,停止气体输入和机器运转后,粒子不受磁场约束,释放出电势能对外做功。若反应器内的正离子高压达到核聚变条件,气流会带走内部部分热量对外做功,以及反应器璧身内部毛细导热孔道内流体带出部分热量对外做功。 输出气体二次回收利用。所述的毛细导热孔道为后期技术人员利用装置做功的众多方案之一,它是指在反应器外壁、锥壁等结构上穿孔,利用像毛细血管状的导热管道来带走反应器的内部热量并予以利用对外做功。
27、就本技术方案进一步说明:
28、1、当含带正电粒子高压气体通过切向管输送到反应器内腔中时,受外部磁场及内部电场(单孔层与多孔层之间形成的电势壁垒)作用,大部分正离子会向容器中心面聚集产生高压;
29、2、激波包作用:由于最内侧(靠内腔)锥壁上设有外凸的激波包,激波包位于多个输出孔前并设有斜面,其作用是,气体经过激波包斜面后产生向中心面聚集的斜激波(左右镜像),当左右两锥壁产生的斜激波镜像向中心面聚集后,如图5中c向,便对中心面带电粒子进一步加压;
30、3、本技术给出了锥壁上间隔套有隔离环的方案,如附图5、6所示,其原理是:由于不同夹层中正离子数量不同、电压不同(由中心向两侧递减),因此在不同锥壁之间设有隔离环,它能形成电势壁垒,阻碍正粒子逸出,同时也起到电势梯度作用,防止不同锥壁导电;
31、4、本技术给出了锥壁上间隔套有金属环的方案,如图9所示,其原理是:由于同一锥壁上正离子主要分布靠中心(锥尖处),电压由中心向四周递减,因此在锥壁上间隔分布有金属环,金属环也能起到电势梯度作用;
32、5、反应器及内部所有部件均为不导磁耐高温材料,锥壁设为两层及以上,锥壁可为导电材质、也可为绝缘材质、也可为在绝缘材质上间隔镶嵌金属环(环向导电圆环),或是以上三种混合使用,具体选择需要根据机器磁场强度(材料产生涡流抗磁性)、厚度大小、后期的毛细导热孔道设计(材料的导热性)、锥壁层数等因素综合考虑;
33、6、本方案中,锥壁包括单孔层与多孔层,任意一种均可设置为最内层(靠内腔),激波包设于最内层锥面上;
34、7、本装置离子生成器中,由于负极线连接到大地,所以负粒子流入大地,根据电荷守恒原理,正粒子保留进入下一个环节。本装置可设置多个离子生成器,可同时电离多种目标气体;
35、8、除了指定材料(锥壁、放电端子、导环及其连接的导线等)为导电材料其余为绝缘材料。动力气体与目标气体不发生化学反应,本方案中易电离气体与不易电离气体是相对而言的,所列举的氘气、氚气或氢气等仅为实施方案之一;
36、9、特斯拉阀为气流输入的单向导通,为防止反应器内发生核聚变产生高温高压回流,破坏相关设备,也可以把动力管上和离子发生器前的特斯拉阀合并为一个,切向设置在反应器与切向管之间;
37、10、离子生成器的反应管为耐高温绝缘材料,放电端子、导环为防烧蚀耐高温材料,绝缘环为耐高温材料,放电端子、绝缘环、导环上的散热槽与气体流道相互连通,能在高温反应中起到较好的散热作用。
38、与现有技术相比:其一是,本装置将原来的反应器主体旋转设计成磁场(线圈或强磁体)旋转,反应器不会旋转,更容易的输入超高压气体,也更容易如毛细孔道、线路管道等部件的布置,方便内热量导出;其二是,这种方式的布置对材料要求更低、成本低、技术难度小,容易制造实现;其三是,也更加方便对磁场的控制,利用磁压和电场电压控制带电粒子,使其更好的加压,防止带电粒子逃逸出容器;其四是,本方案将离子生成器引出反应器外部,也方便维护,粒子生成效果更容易控制;其五是,增设的激波包产生斜激波对撞在中心带电粒子加压面上,进一步产生高温高压,更容易的发生核聚变;其六是,本装置增加了回流管,能节约材料。
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