本发明涉及一种核聚变发电系统。 利用核聚变反应释放的能量进行发电有许多方面的优越性，但由于众所周知的原因，要设计出各项技术经济指标全面优于现有各类发电系统的热核发电系统仍有较多困难。
本发明的主要目的是提供一种核聚变发电系统，它由发电机、换热器、核聚变反应罐三个部分组成。其主要部分核聚变反应罐是一个浸在水池中的厚壁钢罐。罐内装有一组散热片，散热片上装有一组铝质缓冲层。反应罐的整个内表面涂有一层铝质复盖层。在罐中引爆一个裂变-聚变装置，释放出巨大能量使缓冲层及复盖层熔化或汽化而不损坏钢壁及散热片。热量通过罐壁内的冷却通道中的冷却剂带出。采用一种快速修复法可在1小时内修复缓冲层和复盖层，使反应罐恢复引爆前的结构状态，随即进行第二次引爆。二个反应罐的连续热输出功率约为二亿千瓦。
该系统作为一种使用聚变燃料的发电系统，不仅在燃料来源、发电成本、安全性、环境污染等方面具有公认的优势，而且这种特殊设计的发电系统在单位造价和可靠性方面与现有各种经过长期不断改进的高水平的发电系统相比仍具有明显地优势。所以，该系统全面优于现有各类发电系统。其不足之处是热输出功率太大，余热污染严重。
图1是根据本发明提出的核聚变反应罐及水池的简单示意图。
图2是图1中A-A截面的剖视图。
图3是反应罐的纵向剖面图，其剖切平面通过图1中的对称中心线。
图4是缓冲层运动过程示意图。
看图1，反应罐2是一个由普通低碳钢制成的厚壁钢罐，它浸在装满水的水池中中。从图上看反应罐2由左、中、右三段组成，左、右两段均是圆锥体，中段是一个圆柱体。左端点5与右端点4的连线是对称中心线。整个反应罐长约500米，左、右段各长100米，中段长300米，中段外径160米，壁厚5米。这样一个巨型厚壁钢罐在水池中用一种特殊铸造法容易一次铸出。
看图2、图3，中段内装有一组钢质散热片11，散热片的表面连同钢壁14的内表面中未被散热片盖住的部分形成反应罐的内表面。在反应罐的内表面上涂有一层较薄的铝质复盖层12，在散热片上装有一层厚约10厘米的铝质缓冲层15。相邻散热片的表面与缓冲层的下表面围成一个截面为三角形的空间称为V型槽，V型槽的侧壁就是散热片表面，相邻V型槽通过散热片底部的导流孔13连通。缓冲层15并没有盖住整个散热片11，即缓冲层长度不足300米。钢壁厚约5米截面为三角形的散热片的高度约5米，下底宽约3米。图2、图3仅是简化的结构示意图。
在反应罐2的中心挂一个裂变-聚变装置16，罐内空间处于低真空状态，约0.1托。对于裂变-聚变装置16有一个特殊要求：在它爆炸后一个较短的时间内（不超过1毫秒），向四周辐射的能量足够大，并且辐射能中r辐射、中子辐射所占比例应足够大。显然，这里是要求首先发射一阵增强的高穿透性辐射，并且限制同一时间内低穿透性辐射的强度。现有关于核武器的增强辐射技术已能满足第一个足够大。在裂变-聚变装置外再加一个很薄的外壳，它对r辐射、中子流几乎完全透明，却能有效地减弱爆炸后数十微秒内发出的低穿透性辐射。
看图2，裂变-聚变装置引爆后，高强度的中子射线和r射线射入缓冲层，其中大部分能量沉积在厚约10厘米的缓冲层内，少部分穿过缓冲层进入下面的V型槽侧壁，使其温度略有升高。缓冲层吸收了大量能量后将全部熔化或部分熔化部分软化。由于在缓冲层熔化之前，低穿透性辐射较弱，因此，缓冲层表面仅有微量的汽化。在缓冲层熔化之后，对裂变聚变装置的辐射没有特别要求，应按存在较强的低穿透性辐射（如带电粒子流、低频光辐射等）来考虑，因此，缓冲层表面的汽化将会增强。
蒸发出来的铝蒸汽以相当的速度由四周向中心喷射，液态的缓冲层受反冲力作用将向外运动，喷出的铝汽形成一层压力、密度较高，温度较低，且不断向中心膨胀的汽体层，以下称为铝汽层，随着汽化过程的进行，这个高压铝汽层的厚度、质量不断增加。同时，这个高密度铝汽层对辐射有相当大的阻挡作用，使缓冲层表面的汽化过程逐步减弱，铝汽层在向中心膨胀的同时吸收入射的辐射能，温度不至降得太低。
反应罐中心的裂变聚变装置引爆后迅速成为一个高温火球，周围空间的物质密度很低，可近似认为火球向四周膨胀相当于向真空飞散于是，裂变-聚变装置残骸汽化、电离后形成一股高速气流由中心向外冲击由四周向中心运动的铝汽层。火球与铝汽层相遇时已经过充分地膨胀，密度极低，速度很高。高速气流虽不能急剧压缩铝汽层，但对铝汽层的压力、密度、温度会有一定影响。
从A-A截面上看，四周的压力、密度较高的铝汽层被具有较大惯性的高速气流冲击后，反应罐内四周边缘处的压力、密度较高，温度较低。中心部分的压力、密度较低，温度较高，存在压力差和相对低压区。因此，边缘的铝汽层将随着反射压力波再次向中心膨胀。实际上，罐内各点的压力变化与爆炸威力、爆炸装置的质量、缓冲层表面的汽化强度及能量在缓冲层、复盖层、铝汽层、火球各部分的分配等多方面因素有关，比较复杂。
看图3，以上讨论的是A-A截面的情况，对于其它截面，最大区别是各种辐射和由向四周飞散的高温火球产生的高速气流的入射角均不为零。另外，在左段、右段及中段的两端部分均没有缓冲层，因此，压力变化有些不同。由于远离爆心使辐射强度较低，高速气流的密度更低，冲击更弱，入射角增大使反射增强，在中段两端没有缓冲层，入射角更大。以上各点均使得在表面沉积的能量减少，汽化过程明显减弱，一般来说，离爆心越远，铝汽层的压力、密度就越低，在左段和右段大约只有少量的铝蒸发。
值得注意的是，高速气流当入射角较大时有明显的驱散铝汽层的作用，使各处蒸发出来的铝蒸汽向压力、密度更低的左端或右端运动。这与高速气流垂直入射时明显阻碍高压铝汽向低压区膨胀的情况有很大不同。综上，在左段、右段及中段的两端部分不存在压力、密度很高的铝汽层，与中段的中间部分比较属于低压区，其压力对于反应罐的钢壁不构成危害。因此，下面仅需考虑中段靠近中间部分的高压铝汽层对钢壁的作用。由于气体压力不是直接作用在钢壁上，而是作用在散热片表面通过散热片底部再传递给钢壁，而且散热片上各处的气体压力很不相同，我们将重点考虑对钢壁的平均压力P的变化。
由于反应罐内存在压力差和低压区，高压铝汽层将迅速膨胀，其压力也将迅速降低，很快，整个罐内各处压力趋于均匀，以后不再有较大的波动。我们称这时罐内的气体压力为稳定压力，记为P。，此后，随着罐内能量不断传出，罐内压力不断降低，从P.一直降至低真空状态。这一阶段的压力变化与前一阶段相比显得非常缓慢，因此，从引爆开始到罐内各处压力接近P。为止，这一阶段称为爆炸阶段。以后的称为散热修复阶段。
由对称性，对于同一截面，圆形钢壁的不同部分P值相同。而对于不同截面，同一时刻的P值是不同的，其中以A-A截面的P值最大。下面仅考虑爆炸阶段A-A截面上P值的变化过程。引爆后首先是缓冲层熔化或软化，少量能量沉积在V型槽侧壁的复盖层内，复盖层还基本上是冷的。这时P值很低。
随后，缓冲层开始汽化，由于反冲有较大的压力作用在缓冲层的上表面。蒸发出来的铝蒸汽在缓冲层上面形成一层高压铝汽层。受到由中心向四周飞散的高速气流冲击后，铝汽层的压力又有一个幅度不大的变化。至此，在缓冲层上面形成了一层高压铝汽层。在从汽化开始到高速气流冲击结束这段时间内，缓冲层承受了很大的压力，可高达数十个至上百个大气压。由于缓冲层已软化，只有作用在散热片尖端那部分小面积上的压力传至钢壁，作用在缓冲层其余部分的压力将使它加速向下运动，而这段时间很短，缓冲层向下运动的距离很小，可以近似认为它才刚开始运动。这时，V型槽内处于真空，压力极低，因此，平均起来P值也不太大。
由于缓冲层上面空间与下面的空间存在压力差，它将加速向下运动，关于缓冲层运动情况可参看图4。考虑到进入V型槽内的缓冲层是宽约3米，厚约10厘米的液态铝薄片，且运动过程中其边缘受V型槽侧壁阻挡，很快缓冲层发生破裂。破裂后的缓冲层继续向下运动其边缘部分不断与V型槽侧壁碰撞，逐步将所有质量贴附在侧壁上，动量的传递也是逐步的，持续时间相当长。最后，V型槽侧壁上附着了一层液态铝。缓冲层破裂时，开始裂口很小，流通阻力很大，上面的高压铝汽从裂口进入V型槽。由前述可知，这部分铝汽温度较低，比沸点稍高一些，进入真空的V型槽后急剧膨胀降温。这时，V型槽侧壁表面是一层冷的固态铝复盖层，大量铝蒸汽会在侧壁上凝结，液化时放出的热量将使固态铝复盖层熔化。因此，缓冲层破裂初期，缓冲层下面的压力升高较慢，而上面的压力下降却快得多，P值变化不大。
随着缓冲层继续运动，裂口增大，侧壁温度升高，缓冲层下面的气体增多，压力升高加快并逐步接近上面的压力。但考虑到下述几个原因，这时缓冲层上面的压力已降低至与P。相近了。因此，P值没有急剧升高就已趋于P。了。上述几个原因是：缓冲层的加速、运动、破裂及铝汽的进入、膨胀、凝结、再进入、升压这一系列过程需经历一段相对较长的时间，这时，上面的铝汽同时还向其它低压区膨胀降压。另外，由于增强辐射弹的低频光辐射不太强，金属铝的高反射性和较高的汽化热，蒸发出来的铝汽对后继辐射的有效阻挡等因素，即使在A-A截面上，缓冲层表面的蒸发量也不很大。相对来说，缓冲层下面的深达5米的V型槽的容积就足够大，能让蒸发出来的铝汽充分膨胀降压。最后，大量的铝汽在侧壁凝结，有效地降低了铝汽的密度和温度。
下面考虑缓冲层与V型槽侧壁碰撞对P值的影响。如图4所示，由于缓冲层的运动速度中垂直向下的分量不大，与侧壁碰撞的作用时间长。因此，对侧壁的冲击力中垂直向下的分量并不大，对P值的影响只是使它增加1至2个大气压。
综上，若引爆数万吨当量的裂变-聚变装置，稳定压力P.值不超过10个大气压，在爆炸阶段A-A截面上的P值不超过15个大气压，其它截面的P值水平更低一些。由此可见，缓冲层不仅挡住了汽化和冲击的瞬间高压，而且将V型槽侧壁与高压铝汽层隔开，直至其压力降低为止。对于内径仅150米，壁厚达5米的由软钢制成的厚壁钢罐，15个大气压是绝对安全的。这里是考虑到各种不完全确定的因素出现最坏的组合，使P。、P有较大的提高时仍旧能保证绝对不损伤钢壁，因此采用如此保守的设计。厚钢壁不是不能修理，而是巨型发电机组停下来损失很大。注意，水压及自重产生较大的向内的压力部分抵消了向外的压力P。
裂变-聚变装置引爆前，反应罐的钢质内表面和铝质复盖层的温度相同，低于200度。起爆后，通过加大冷却剂流量，钢壁内表面温度保持在400至500度。这时，缓冲层和涂在反应罐内表面上的铝复盖层大都熔化流走，并沉积在罐底形成一池铝液。但钢质内表面上仍旧留有一层较薄的铝层，薄铝层将钢壁、散热片与高温铝汽层隔开。一般来说，如冷却通道不出问题，钢壁和散热片就可以保持低温，留下的薄铝层就不会消失，钢壁和散热片就不会受损。
下面的工作是快速修复已被完全破坏掉的缓冲层和复盖层，以便尽快进行第二次引爆。详尽描述这个修复过程要作出多幅细致的附图，对于冷却回路、液铝输送通道、缓冲层修复机构均有详细说明。有关这部分内容将在另一份申请《反应罐的快速修复法》中论及，在此仅作简单说明。
修复过程开始时，先降低冷却强度，避免铝液过早固化。让反应罐绕对称中心线旋转。由于缓冲层的全部及复盖层的绝大部分都沉积在罐底，铝液的最大深度将大于5米，即液铝将完全浸没最下面那几个散热片。散热片底下有导流孔13。因此，反应罐旋转一圈，所有散热片均被浸泡了一次。适当控制冷却强度，当散热片浸入铝液时，在散热片表面的薄铝层上可再吸附一层相当厚度的液态铝，并在散热片离开铝液后，让液态铝逐步固化成为复盖层。散热片上的复盖层修复完毕。
随后马上开始修复左、右段的钢壁上的复盖层。反应罐再转一圈，通过位于钢壁内表层里的液铝输送通道将铝液分别送到左、右端点处，再沿钢壁内表面从上往下流。控制位于钢壁内表层里的冷却通道内的冷却剂流量，使流过冷钢壁的液铝固化，就可在钢壁上均匀地沉积一层铝复盖层。至此，全部铝复盖层修复完毕。缓冲层的修复过程是在反应罐旋转1.25圈后开始，即与左、右段复盖层的修复过程并行，也是旋转1圈就可完成。整个修复过程在2.25圈内完成，大约需要1小时，前面1.25圈用了20分钟，后面1圈用了40分钟，边缘线速度约为每5秒1米。
值得注意的是，整个修复过程不应再添加辅助设备，也就是说，在图2、图3中，只需在实心的散热片和钢壁内形成一组通道和凹槽，并在通道内装上一些电磁泵和动力电源线，就得到一个包括全套冷却、修复机构在内的完整的反应罐。这不是为了节省投资少用辅助设备，而是因为使用过多的辅助设备来修复缓冲层和复盖层，必定使修复过程拖得很长。例如利用旋转反应罐浸泡散热片修复复盖层只需20分钟，而反应罐不转，即使投入大量辅助设备也需十天八天，缓冲层的修复也是同样道理。
作为商用发电站，每次爆炸当量可定为十万吨，这是现阶段采取适当措施后可以承受的最台理当量。修复时间与当量无关，约为1小时。反应罐的外表面装有保温层，散热损失很小。于是，一个罐的热输出功率约为一亿千瓦，热电转换按40%算，电功率约为四千万千瓦。为获得稳定的输出电功率，有必要装置两个反应罐，总装机容量约为八千万千瓦。这只是在不足四分之一平方公里的范围内，余热高达一亿二千万千瓦。必须提高转换效率和进一步利用余热，否则热污染非常严重。
最后看一下在反应罐内引爆千吨级核弹的情况。这只有作封闭式核试验的意义，因外界无法感受到试验的进行。至于用来发电，主要问题是裂变引爆装置成本太高。如能找到极廉价的小型引爆装置，用千吨级裂变-聚变装置发电也是可以的。值得一提的是，这时最好去掉缓冲层，由于当量很小，爆炸后复盖层温度升高，其表面有部分熔化，气化量极小，在正常冷却强度下，不存在液铝流动问题，也不存在修复问题，可以一分钟引爆一个。