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工程约束核聚变新方法解决人类能源问题作者：李明 程向东 摘要： 本文提出并在理论计算上验证爆炸动能可用工程约束， 进而推定核聚变能量是可以用 大工程手段被约束并加以利用发电的从理论上否定“ 核聚变只能引发氢弹爆炸，却不适用 于核聚变发电，因为电厂不需要一次惊人的爆炸力，而需要缓缓释放的电能 ”这个教科书 上的著名定论， 证明现代低当量核爆炸的动能破坏力与现代人类爆炸约束工程能力之间有巨 大的交集空间， 若仅能证明只有一个交点或交集很小，这样的设想从工程角度来讲也是不成 立的与通常的基础理论研究论文不同，本设想不试图发现新的物理学基本原理，它的目的 是对我们所提出的物理工程概念进行论证 关键词：受控 核聚变 发电 热核 前言严格地说本文不是一篇核物理基础理论研究的文章， 它是探讨核能利用的文章 文中提 出的观点会有很多不够精确的计算（多数以物理上限为基准） ，模型方案是比较“ 粗”的方 案，与最终可能实施的真正设计有着很大的距离，这与我们在核物理方面的数据、理论水平 和经验欠缺有关 但本文总体的科学逻辑我们自己认为是比较严谨认真的， 文章也为未来的 研究提出了一些可能的方向 计算过程因篇幅所限未全部列出， 数据结果都是从物理教材及 公开文献中找到的数据计算得来的。

这是以本人 2003 年自然科学基金申请报告为基础写的， 当时基金委以‘美国人都不这么干’‘还不如用煤发电’等等有趣理由加以拒绝实话说， 、 如果我是中国有关刊物主编， 也不一定会支持刊载这样的文章， 但也确实不好找出什么科学 依据来反驳文中的论点 之所以这时才在网络中发表， 一方面这里有一个比较宽松的学术环 境， 另一方面也是在广泛征求多方专家的看法之后慎重起见 本方案在计算时没有把核能量 与常规能量作本质区分——在我来看核能无非是大 6 至 8 个数量级的超级能量团， 这也许是 本方案最可能出现问题的地方，方案中会有很多不精确的地方在此发表此文以抛砖引玉， 找出方案的问题所在，我的观点是对还是错都是正常的学术探讨（自己坚信是正确的） 武 汉物理所的原子物理学家雷体仁研究员在相关的物理学知识方面提供了全面的帮助， 我所熟 识的物理、 （专业）力学、 （专业）热工、爆炸、地质工程、建筑工程诸方面的专家对方案也 多持谨慎或全力支持态度 在方案的推演过程中受到了学校各相关部门领导的支持， 在此向 领导和专家致以最诚挚敬意和谢意！ 受控热核聚变是人类梦寐以求的“ 终极能源” ，得到了它人类就得到了永远的光明，从此不 会有能源危机了。

氢弹爆炸后的半个世纪， 全世界科学家和大国政府在这个问题上投入了不 知多少金钱、时间和智力，但总是不得其解，还出了很多笑话、骗子，但核技术的进步从来 就没有停止过 要让太阳在人造的炉子里燃烧实在是过于勉为其难了， 还总给人的感觉是就 差那么一点点与裂变不同，到目前为止实际中的持续、稳定、可控的聚变反应只存在于宇 宙空间的恒星燃烧，连木星这样质量的星球都无法成为一颗恒星 低速裂变——同位素衰变 在地球上实际是普遍存在 裂变反应可以在低温下可受控制地自然发生， 而聚变反应只能在 超高温、超高压条件下发生 “托卡马克”是试图用电磁场的物理手段解决不间断的超高温、 超高压条件可控小聚变，从而实现连续聚变太阳总是“想”以最快的速度爆炸燃烧，它实 际上就是在爆炸站在旁观的立场看，聚变是恒星能量，裂变是行星能量人们还在大量投 入资金进行“受控聚变” 的研究，试图实现低能量（对核爆而言）连续输出，甚至于试图找 到核聚变反应的“新” 条件，从理论上来讲这是逆“ 道”而行 我们认为以目前的技术条 件完全可以实现“受控热核聚变” ！在五十年的实践无法达成目的后，何不另辟蹊径换个思 路来考虑问题？教科书上总有一句话： “核聚变只能引发氢弹爆炸， 却不适用于核聚变发电， 因为电厂不需要一次惊人的爆炸力，而需要缓缓释放的电能。

”好象已经成了定论（这里不 是定理，定理在一定条件下是真理） 我们认为否！其实各核大国早就已经掌握了“ 受控热 核聚变”的相关技术——地下核爆炸，它实现了“受控热核聚变”的一切目标——聚变、受 控、能量受约束地缓慢释放，只是其中的释放是无条件释放，无非就是打个“地炉子” —— 人类最古老的用火形式，这个炉子又深又大又结实爆炸、取热、发电直到冷却再进行下一 次爆炸——发电循环内燃机不也是从汽缸里一次次地进行“受控爆炸”中获得能量吗？这 个思路到此为止几乎可以肯定应该有科学家设想得到， 没什么不可理解的， 如此巨大的能量 被埋在地下科学家是不会不动心的把地下核爆炸的条件引入工程之中完成“ 受控聚变”发 电应该是有可能的 几万吨甚至更多燃料一瞬间燃烧光之后的能量几乎全焖在地下一个原点 附近，这本身就是个令人激动的事实与天然地热矿相比，热源明确不用找矿，但它毕竟更 象 “矿” ，能源利用效率非常低下，其能量的绝大部分以不同的形式耗散到围岩之中浪费掉 了，很不经济，且激波动能无法实现有效的有益化转变，是有害能量 解决方案： 液体或半液体介质单炉方案以工程手段在地质条件稳定的（比如花岗岩）地区建造深 300-1000 米的足够巨大的地下（半地下）封闭筒型水罐，此水罐罐体直径为 120-300m（内 部尺寸） ，罐体材料设想在经济技术条件理想的范围内选用（无非就是——钢铁、钢筋混凝 土、火山浮石、工业陶瓷之类常规隔热、耐高温之建材） ，在其中灌入几百万上千万吨水（或 掺有固态物的水） ，罐体上部要留有足够大的空间充以二氧化碳或氢气（保护钢铁不至于被 氧化） ，以上这些数据都是人类工程技术所能及的，开挖一个深千米、直径 300 米的大坑， 以现在的工程手段是毫无问题的（南非金伯利矿坑深 2000m） ，其支护圈厚度占直径的十分 之一在地下工程中就是非常牢固的厚度了。

工程的规模应根据实际情况设计， 如聚变爆炸当 量、点火形式、电厂目标规模、点火核污染最大可容忍度、 经济技术合理性、工程条件等等 也可以认为，这个方案是在进行“ 有序化控制地下核聚变爆炸能量” ，62.05 米是 1000000 吨水的“球体”半径，是已公布的“中子弹”1000 吨当量 TNT 的 1000 倍水重量如此巨 大的工程只有我国这样的大陆大国才有可能建设和享用， 日本那样的发达小国是没有这个使 用需求空间的我们中国向来就有建造巨型工程改良国家环境的传统——都江堰、长城、大 运河、 三峡工程、 南水北调、 青藏铁路等等等等， 无一不是突破前人想象的巨型高难度工程 根据需要不断地在“罐”中引爆‘中子弹’ 就可以最终达到从罐中取热发电的目的我们 可以称这个罐为——地下式中子锅炉 其功率的输入输出从理论上讲非常容易控制， 水温低 时引爆能量提高水温，功率输出可以通过阀门（泵）自由方便控制，能量的输入输出由中间 介质‘水’ 隔离所需巨大的地坑可以直接利用废老露天矿坑回填，或选择某种有利地形如 山坳、自然深坑或排干一个深水环山微小海弯（如果有的话） ，这样可以最大程度地保护环 境减少土石方工程量，如果有一个死火山口这是最为理想的大坑了，它的稳定性、牢固性和 保温性都是上乘的， 当然在没有条件的地区也可以专门人工开挖 （我们怀疑真到建造时是否 还需要那么多的电站） 。

水可以用海水， “中子锅炉”对水的要求不是很高，取热用成熟的 双循环技术 以上的聚变爆炸如果解决不了外源裂变核扳机点火问题， 我们应该设计目前裂 变电站采用的双循环热交换系统， 但与目前的核电站放射性废料相比接近于无， 污染水平在 点火条件相同时与一次点火引发的聚变当量成反比 这样的中子锅炉是越造得大越好——裂 变当量比例越低越好这将会带来四大好处 a:核污染与产出能量比例下降，b:热能耗散水平 下降，c:工程、材料费用与能量的投入产出比提高，d.聚变能占比例越大，能量成本越低 这个大当然是在人类可以完成的工程能力水平以内， 而且不能是不惜一切代价的投入， 在可 靠的基础上照顾经济、 需求规模等等因素的理性设计 这个工程如此之大， 也许要经过几年、 十几年时间施工，这期间核军工科学家可能已经解决了绝对的“纯聚变”爆炸问题我们设 想的方案思维出发点是： 科学回避不了的聚变爆炸问题，就不回避转而用科学与工程相结合 的手段面对它进而解决它（其实工程也是科学的一部分） 具体对本设想来说就是，人类可 以造出的最大抗爆炸工程的抗爆炸能力与最小核聚变爆炸动能的冲击波破坏能量存在着巨 大交集空间， 在此思想之上建立起来的能量收集系统工程是可以完成聚变发电的目标的， 这 一点与教科书上所说不同， 在后面我将进行一系列简单理性的分析和合理的设想， 证明我提 出方案的正确性。

目前已知的“ 受控聚变”方案都是试图把聚变控制在连续燃烧或爆炸小到 在人面前（ “小” 机器内）都不会产生问题的水平上，而我们的方案是让已知的聚变核爆炸 在可以造出的巨大的工程内完成，用工程来控制聚变能量的外泄， “大”还有一个付带的好 处： 其中的热能不易自然耗散， 存能能力强， 而且极易于人工提取 已知大气中中子弹爆炸， 其冲击波及热杀伤半径仅不足 200 米，中子杀伤半径仅 800-1000 米；一个大气压下水的密 度为空气的 800 倍，100 米深水之下就更大了我们设想的工程是一个水深可达 300-500 米 的深水大罐，这点能量对“中子锅炉” 罐体结构不会构成任何影响，只有万分之一到几百分 之一的装药、 有巨大弹性空隙的大炮可能炸膛吗？汽车的汽缸也几乎没听说过被内燃气体炸 坏的 （除非是假冒伪劣） 在我们这个设想中提到的最小容积下——300 米坑深、 米直径， 120 1000000 立方米水体，数百万立方米上部高压气体空间，水中引爆一颗 1000 吨 TNT 当量的 军用中子弹， 其总能量仅够增温不足 1℃！ 若以这样的配比关系建立电站， 要达到发电水平， 需引爆 300 次甚至 500-600 次以上的千吨级核爆， “中子锅炉”才勉强进入了发电温度，这 叫启动。

这只是我们设想的一个极端安全的模式以说明系统的安全性和能量输出可以达到的 平稳性，如果计算下来这个比例还不够，还可以再放大几倍到十倍！中子弹爆炸中能量的主 要表现形式是快中子，爆热能和机械能在整个能量表达中只占不足总能量的 30%，在机械 系统中 “内燃机”是专门追求机械能的设备，启动时冷机器达到 40%的能量转换就很了不 起了，而封闭在 “中子锅炉”中的能量，主要是热能，少量的化学能、核能（污染） ，且我 们还要对机械能进行一系列有益转化，外泄的主要形式可能是物质震动波（比例会极小） 、 极少量穿透巨大水体和炉壁的快中子能（它们最终还会在壁体近处转化为热能） 静力学 分析：设中子锅炉地下深 H=1100 米，地上高 h=200 米，内径 r=300 米，炉顶空腔加 100 个 大气压通常岩石体以约 2.5 吨/m3 某深度围圈内外的压强差为 P=(2.5-1)×H×0.1-100，这 个压强差要炉壁围圈及岩石自身的应力来平衡、抵消在最深水 1000 米处引爆数千吨级核 爆炸，其爆炸冲击波的压力作用于炉壁，还不足以消除岩石向内的预应力水下 650 米左右 是结构应力平衡的位置， 这个深度炉壁主要只是材料本身受到的深水压力， 结构方面受力很 小。

也就是说，在这个深度以下炉体主要考虑“顶”——对围岩的支撑；在这个深度以上炉 体主要考虑“箍”——对炉内高压的约束平衡位置以下的一定区域在爆炸过程中有一些应 力方向变化，这对坚固的炉体、围岩来说算不了什么问题大跨度封顶的问题，我们作了一 个初步的设想，强度没有问题罐中要灌水，且罐顶空间要加压至 100 个大气压在这样的 条件下，罐体直径实际上还可以加大一些长江上公路铁路两用桥梁的跨度比这还要大 (400m)，它们还是单拱支架结构，实际上桥梁早已经达到 1000m 以上的跨度（悬索、斜拉 结构。