加速器驱动的次临界反应堆系统的制作方法
【专利说明】加速器驱动的次临界反应堆系统
[0001]相关申请的参考文献
[0002]本发明要求如下发明申请的优先权:美国专利申请号14/208,707(申请日:2014年3月13日)、美国专利申请号61/802,322(申请日:2013年3月15日)及美国专利申请号61/846,076(申请日:2013年7月15日)。上述申请的内容以引用方式全文并入于此且用于任何目的。
发明领域
[0003]本发明主要涉及电力及能源的发生、转换及分配，尤其涉及但并非仅限于核反应过程中的核电反应堆、核废料的减少以及稀有材料的合成。
[0004]发明背景
[0005]发明背景部分所述的主题不应因在该部分提及而被推定为在先文献。相似地，发明背景部分所提及的问题或与该部分提及的主题相关的问题亦不应被推定为已被在先文献所认知。发明背景部分的主题仅代表不同的方法，其本身也可能是发明创造。
[0006]在核能源的生产及废料减少领域，1992年及1993/1994年出现了两个具有主要里程式但却很少有人知道的发展。
[0007]1992年末，C.D.Bowman等发表了《采用加速器驱动的强热中子源的核能发生及废料嬗变》(《物理研究中的核设备和方法》1992年，总第A320期，336-367页)，在该论文中提及采用质子加速器以焚化轻水反应堆的锕系废料(另参见美国专利号.5，160, 696)并产生潜在的净能量输出。
[0008]接着在1994年(WIP0申请为1993年)Carlo Rubbia提交了《一种粒子束流加速器驱动的核能发生放大器》(美国专利5，774，514号)。上述两件美国专利(第5，160，696号及第5，774，514号)以引用方式全文并入于此且用于任何目的。
[0009]在RUBBIA专利提交后，Bowman等提出异议认为是他们两年前就预期了 RUBBIA的专利，而且也是他们最早提出了一种新型的反应堆:“加速器驱动的次临界点核反应堆系统”。
[0010]两个发明的权利要求或授予的权利均存在模糊，而RUBBIA的发明典型地被授予了两件专利的权利。
[0011]然而，论文或专利申请均未提及的事实是该发明实际上在1990年即被提出，并在未申请专利的情况下被公开，其目的明显是在石油价格处于历史低位且在大多数国家均反对建造核电厂作为替代能源的背景下，向核反应堆、替代能源、高能及粒子物理学术圈公开这一重要发明。核电业大幅倒退并受到广泛的谴责，因为切尔诺贝利还只是五年前的回忆。加速器驱动的次临界反应堆系统的发明人决定通过在核电业植入该项概念，并通过对其未公开或非显而易见的方面及改进进行可能的开发利用从而给核电业提供帮助，并改善其发明的商业前景。
[0012]因为发明人同时也是一个科幻小说作家、技术人员及高科技和媒体业的高管(这在科学家和发明家之中比较常见)，他较容易选择在科幻小说项目中推出该发明，并在技术圈和主要好莱坞的电影公司中公开。至少该概念、运行组件及最佳实施例在技术圈已经公开，并以适当方式向普通大众公开，为将来大众的认同铺平道路。
[0013]本发明未讲述的故事及技术的扩散与发明的背景相关，但并不纯粹或主要为了权利授予的原因，而是帮助解释BOWMAN和RUBBIA发明的区别及原因和没有向技术人员或媒体公开的部分，以及本发明揭示的核心内容，其揭示了始于1989未及1990年的发明的全部特征。
[0014]—个题为《自然的力量》并以地球为背景的科幻冒险的剧本讲述了外星人军队欲按外星生物的标准改造地球，一些“迷失”的类似于海怪的恐怖炎魔外星生物驱动称为“生物改造机器”制造灾难，以达到改造星球的程度。上述机器的改造过程通过燃烧铀、锕及超铀元素来提供燃料。(需要指出的该剧本在好莱坞广泛传阅，“外星人改造”的概念被另一剧作家大卫.杜西所借鉴，并在1996年上映的电影《天袭》中更加直接而简化地采用。)。
[0015]电影的背景是亚玛逊雨林，剧本试图指出雨林被烧毁的困境，描述本不可忽视的放射性物质为自然现象，同时与公众已知的“核”魔对照，让主人公获得一种新型的能量技术:加速器驱动的次临界系统，它成为对抗外星人征服的“善意”人类科技的一部分。
[0016]在本申请的申请日，随着电影《ARG0》(该电影描述了好莱坞创造的东西用于现实世界)，上述公开的信息的更新应该是显而易见的。
[0017]剧本的发行始于1990年，其被分发给加州理工学院/喷气推进实验室(Cal-Tech/JPL)的学者；原子能技术学术圈；加州的ICBM和材料学术圈以及洛斯阿拉莫斯国家实验室，尤其是BOWMAN团队。在早期广泛分发给上述技术圈的关键人员并允许复制和分享后，本专利文件的作者在看到参考论文发表后又将其分发给洛斯阿拉莫斯国家实验室的BOWMAN 团队。
[0018]本专利文件的作者注意到论文提及一种优化锕类焚化而不是能量产生的系统后，鼓励BOWMAN去考虑将重点放在能量产生以及质量亏损曲线的候选元素上(至少钍是一种显而易见的候选元素)，而不是将主要重点放在铀循环反应堆和焚化铀反应堆的废料上，从而生产多余的能量。当然提议加速器驱动的应用，废料焚化也是显而易见的。
[0019]剧本同时也大量分发给一些好莱坞电影公司的高管和制片人，包括华纳兄弟的制片主任，Lisa Henson (Jim的女儿)以及Amblin制片公司的Stephen Spielberg。本专利文件的作者从80年代早期还在上大学时即是相当高级别的制片和技术主管以及技术公司的发明人和创始人。剧本得到相当的肯定，但由于当时(1990-1992年)剧本要求相当高的电脑动画和数字技术，预算估计超过I亿美元，即使剧本作者(也是本专利文件的作者)是行业内相关技术的专家，预算在当时仍然是一个很大的数字。
[0020]然而，剧本达到了最重要的目的:通过向本领域的技术人员公开最基本的概念和实施要素，上述技术人员知道制造和使用这种公开的系统。首先，其目的是公开概念并帮助改变公众对核能源的看法。其次，在适当的时候，发明人(本专利文件的作者)能够开发系统尚未公开或非显而易见的特征。
[0021]同时确定在原公开文件中公开哪些内容，不公开哪些内容也是有意义的，本专利加速器驱动的次临界反应堆(其被称为STEM裂变反应堆，意指受激辐射，根据上述比喻换句话说，即使粒子束的“茎”断裂，反应堆也不会熔化)的发明人-很明显提及的系统的特征在于其关键设计更象一个核聚变反应堆。这一描述及特征通过实施例的反应堆再一步进行说明。这些基本的特征和结构在几年后的RUBBIA专利申请及1998年授权前的修改得到直接体现，同时得到体现的还有特定的核聚变的设计和过程。
[0022]自1990年开始的公开，其成果根据公开的信息并非显而易见，本专利文件的作者推测RUBBIA专利和之后的BOWMAN专利已经公开基本的概念，故意保留了一些信息以便在将来将重要的创新申请专利，上述公开的一个益处是整个系统除了在通常推定或显而易见的燃料循环，如钍循环(在钍盐反应堆中已经得到较好的应用)和铀循环废料减少系统之外的燃料循环中的适用性。
[0023]此外，与传统反应堆的其他区别没有被公开，这些区别在采用显而易见的燃料系统(钍和铀)时比RUBBIA专利更能实现更高效的反应堆。
[0024]虽然被推迟，但对历史的最终揭示具有一些其他的重要性，因为“公开”加速器驱动的次临界反应堆系统和核废料的处理的潜在的强大概念和功能结构的目的是为了确保整个行业有足够的资源投入在这一方向上，以实现整体的趋势和成功。考虑到对核能源的偏见和能源价格升高的背景，这种新型加速器驱动的次临界反应堆(AD-SCR)或STEM反应堆系统关键系统和流程的发明人更愿意公开专利原来应该公开为公知领域的要素，以确保上述概念的最大成功。
[0025]RUBBIA专利及其他文献的详细创新说明书可能包括了在燃料循环的详细描述，亦包括最近在监测及动态校准中子束流量方面的改进(美国审查中的专利申请第20130028364号，并以引用方式并入此专利文件)。上述主题确实可以作为专利保护，但不应该包括那些特意公开以实现整个行业发展的提议内容。
[0026]发明人是许多其他领域技术的发明人和商业化的负责人，如与本专利较有关联的领域:磁光学、磁光子学、无线配电系统、平板视频显示系统、共晶材料制造系统、结构系统以及数字媒体制作的软件等，其非常重视知识产权的价值及保护。
[0027]但是AD-SCR (或STEM反应堆)的发明人最不愿意看到的是他自己意在为行业开辟道路的的发明不但可能阻碍行业的迅速进步和发展，而且可能阻碍其本人从其开创的领域获得最终的回报。现在经济状况和公众的看法已经出现了足够的改观，迅速并大力实现这种新型能源和减少核废料技术商业化的时机已经到来。
[0028]需要一种能较大程度减少或消除现有的依赖包括蒸气涡轮机在内的热转换方法加速器驱动反应堆热损失的系统和方法，从而进一步节约成本，提高钍循环加速器驱动的次临界反应堆的安全性；更多的能量发生反应堆的设计能为其他核反应堆系统、其他核材料设备的废料和核武器项目中核废料的减少/焚化实现优化设计，同时加速器驱动的次临界模型还可以扩展应用到其他增殖裂变工艺但能量产生不足但成本较低且全球均有分布的候选原料及元素；其还可应用来合成作为最终裂变产品的稀有及高价值元素；还能提供一种降低核聚变投入产出门槛的方法；最后提供多种工业用和民用领域光学能源生产和分配的能量来源。
[0029]发明简要总结
[0030]本发明公开一种能