本发明一般涉及放热反应，具体涉及保存预反应材料样品以研究过量热量产生过程的系统和方法。
背景技术：
面对全球气候变化，核聚变是为太阳和恒星提供动力的能源，对化石燃料来说是一种有吸引力的替代品。用于核聚变的燃料（氘）可以从海水中提取，核聚变既不产生温室气体，也不产生长久的的放射性废物。核聚变通常只在极高的温度（数百万度）下发生，在例如恒星和非常大的反应堆中发现。在托卡马克反应堆中制造核聚变的研究正在进行，在其中进行磁约束以及在环形体内加热等离子体，以及惯性约束反应堆，在其中通过高功率激光将压力和热量施加到燃料芯块上。
自20世纪90年代以来，世界范围内的一小群研究人员一直在对异常发热反应进行独立研究。超过150多篇同行评议的论文报道了在各种实验中过量热量或异常热量的产生（即，热量输出大于能量输入）。最近，对异常放热反应的兴趣有所增加，特别是在设有大学的低能核反应（lenr）地区，国家实验室（意大利国家核研究院（enea）；美国海军研究实验室），美国宇航局以及进行lenr实验的三菱和丰田等公司。
异常发热现象处于研究阶段。关于反应堆内发生的精确化学反应和核反应还有许多尚不清楚。因此，至少有两种探究途径是值得关注的：如何产生热量（即经济实用的过量热量产生反应堆和伴生能源发电系统的开发），以及什么是放热反应所必需的（即理解各种放热反应过程的物理学）。这些调查渠道是互补的和协同的。特别是，对这些异常热量产生反应中发生的物理、化学和/或核过程的更深入的了解将加强和加速实际的绿色能源的开发。
提供本文的背景技术部分为了将本发明的实施例置于技术和操作上下文中，并帮助本领域技术人员理解其范围和效用。可以采用背景技术部分所述的方法，但不一定是之前设想和采用的方法。除非明确说明，本文中的任何描述不会仅仅因为包含在背景技术部分就被当作现有技术。
技术实现要素：
以下给出本发明的简化概述，以便为本领域技术人员提供基本的理解。本概述不是本发明的广泛概述，并且不旨在标识本发明的实施例的关键/重要元件或描绘本发明的范围。本概述的唯一目的是以简化形式呈现本文公开的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的序言。
根据本文描述和要求保护的一个或多个实施例，通过将参与反应的至少一种材料的变化与材料的未反应的样品进行比较，来研究在放热反应反应堆内发生的反应过程。在反应之前，将材料的样品或“试样”移除并保留。材料的试样从反应堆中截留。至少有一个过程发生在反应堆中。在该过程之后，将材料从反应堆中移除。然后分析材料和试样以确定材料发生的变化。这些变化表明反应堆中发生的过程。
在本发明中可以明确地描述两种类型的反应堆。它们是干电池反应堆和湿电池反应堆。干电池反应堆的实例包括固态反应堆和等离子体反应堆，而湿电池反应堆的实例包括电解池。固态反应堆包含固态形式的氢或氘，然后在加热时作为气体释放。等离子体反应堆含有氢气或氘气，并具有跨电极施加的电压，用来产生离子物质的等离子体。电解反应堆含有浸入溶液中的电极，并具有施加在两端的电压，以诱导电流流过溶液。
在一些实施例中，例如在干电池反应堆中，在将反应材料涂覆在反应堆的内壁上之前，首先将试样放置在反应堆的内壁上。试样随后被移除并保留。在其他实施例中，例如，在湿电池反应堆中，在将材料放置在反应堆内之前，部分材料被保留。而在另一实施例中，例如，在等离子体反应堆或湿电池反应堆中，可以移除并保留其上镀有材料的电极的一部分，用于反应后分析和比较。
一个实施例涉及研究发热反应堆内的反应过程的方法。获得用于反应堆的材料。材料的样品被移除。将材料放入反应堆中，同时从反应堆中截留样品。至少有一个放热反应被触发并持续。反应后，将材料从反应堆中移除。分析从反应堆中取出的材料的一种或多种性质和从反应堆中取出的样品的一种或多种性质。比较分析结果，例如以标识在反应堆内发生的一个或多个反应。分析结果还可以提供关于在反应堆内发生的反应性质的信息，例如热、化学和材料特性的信息。
附图说明
现在将参照附图，在下文中更全面地描述本发明，其中示出了本发明的实施例。然而，本发明不应被解释为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本发明透彻和完整，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。相似的数字始终指代相似的元件。
图1是干电池反应堆的截面图。
图2是湿电池反应堆的截面图。
图3是说明保留预反应样品以用于与反应后材料进行比较的示例性过程的流程图。
图4是示出保留用于与反应后材料比较的预反应材料的试样的另一个示例性过程的流程图。
具体实施方式
为了简单和说明的目的，本发明通过主要参考其示例性实施例来进行描述。在以下描述中，阐述了许多具体细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员而言显而易见的是，可以实施本发明而不限于这些具体细节。在本说明书中，公知的方法和结构不作详细描述，以免不必要地模糊本发明。
在典型的干电池放热反应中，在一段时间（例如几天）内通过高压或高压和低压循环引入氢气。在某一点上，氢负荷达到一个临界点，并且由于克服了两个氢或氘核之间的库仑势垒而触发了聚变反应。这些反应通常会产生过量或异常的热量——即比输入反应堆的能量更高的热量输出。在本发明中，氢可以指三种氢同位素（氕、氘和氚）中的一种或三种氢同位素中两种或更多种的混合物。干电池反应堆如图1所示。或者，可将发热反应堆设计为湿电池，如图2所示。
在图1中，示例性干电池反应堆100包括金属容器102，电极104和盖子106。金属容器102由非氢反应性材料制成并镀有金108，其继而镀有氘吸收材料110。盖子106为电压控制装置116和压力控制装置114提供适应性。在操作中，氢气被引入干电池反应堆100中并被吸氢材料110吸收。再次注意到的是，在本发明中，氢气是指包含一种或多种氢同位素（氘、氘和氚）的气体。
在图2中，示例性的湿电池反应堆200包括容纳重水加氘代氢氧化锂（liod）溶液210的容器201。容器201被特氟隆盖216覆盖。特氟龙盖216被构造成容纳阳极204、阴极202、两个热电偶208和通风口206。在一些实施例中，在阴极202上，阳极线圈218是缠绕在阴极202的一端。在一些实施例中，可以将过渡金属涂覆在阳极204和/或阳极线圈208上。在一个实施例中，阳极线圈218由钯制成。在一个实施例中，阳极线圈218由铂制成。
放置在反应堆中的材料可以在反应过程发生之前和之后进行检查，以确定表面形貌、原子排列、晶体结构的变化、微量物质的存在等。所确定的变化可以提供关于在反应堆中发生的精确过程的线索。然而，检查附着或镀在反应堆内壁上的反应材料可能是困难的。例如，预反应材料的表面形貌可能是触发异常热量产生的重要因素。反应后材料的表面形貌可以提供关于反应的重要信息。比较反应材料的预反应表面形貌和反应后表面形貌可能有助于研究引起异常热量产生的原因，以及由于原子重排而引起的变化。
根据本发明的实施例，制备用于发热反应堆（或者称为放热反应堆）的材料。在本发明中，材料可以指过渡金属、合金或化学化合物。该材料可以通过包括沉积（物理气相沉积、化学气相沉积、溅射等），沉淀和切割散装材料的各种手段涂覆或电镀，或简单地附着到反应堆的内部部分。在一个实施例中，可以在将材料放入反应堆之前移除材料的样品或“试样”。在另一个实施例中，如果材料被电镀或固定到反应堆的内部部分上，则可以从反应堆中移除涂覆有材料的试样。这里的试样是指用于保存反应材料样品的结构。在一些实施例中，试样可由在一般条件下，在发热反应堆内不与反应材料反应的材料制成。例如，试片可以由金或银制成，其不与钯、镍、镧等反应，所述过渡金属具有强吸氢能力。已知某些过渡金属是良好的储氢材料，并且可以实现氢与金属原子的负载比高于0.5。在一些实施例中，在有利的压力和温度下，钯可以实现0.8至1.0的氢负载比。可以用作储氢的过渡金属通常被选作某些类型的放热反应中的反应物质，例如低能核反应。样品从反应堆中取出。剩余的材料留在反应堆中，并且经过反应堆内部诱导的一个或多个放热反应。反应完成后，将所得物质从反应堆中移除并分析。还分析了在反应之前保留的样品，并比较分析结果。这种比较可以更清楚地揭示放热反应所导致的材料变化。此外，对确定特定实验中确实发生或未发生某些过程来说，比较可能很重要。可以进行的材料和样品分析的实例包括表面和本体分析，其通过诸如原子力显微镜、扫描电子显微镜、扫描隧道电子显微镜、x射线光电子能谱和x射线衍射等技术进行。
在一个实施例中，通过溅射沉积将铂薄膜涂覆在金箔上。涂覆箔的长度和宽度比反应堆所需的尺寸大2至20厘米。切下多余材料的试样并保留以供分析。剩余的材料被放置在反应堆中，并在反应堆内触发的一个或多个反应过程时进行处理。从反应堆获得的数据可能表明发生了某些反应，例如放热反应。处理后的材料从反应堆中移除。处理材料的一部分和保留的试样通过原子力显微镜进行分析。比较各个样品中所得到的各个样品的表面形貌。与试样相比，反应堆材料表面形貌的差异可以提供有关材料如何被反应改变的有用信息。
在另一个实施例中，使用多步骤工艺从硝酸银沉淀几克银粒子。保留1至20克银粒子用于分析。剩余的粒子被涂覆或以其他方式放置在反应堆内并加工。从反应堆获得的数据表明发生了反应，例如发生放热反应。处理后的粒子从反应堆中移除。通过x射线光电子能谱分析处理过的银粒子的一部分和保留的银粒子克数。将光谱进行比较，以查看处理过的粒子中的新元素的任何迹象，而不是在保留的粒子中发现的。处理材料中出现的任何新元素都可能表明反应堆内发生的反应是核反应。
在另一个实施例中，通过化学气相沉积将钯沉积在氧化铝粒子上。保留1至20克所得粒子用于分析。剩余的粒子沉积或以其他方式放置在反应堆中并加工。从反应堆获得的数据表明没有过量的热量产生。处理后的粒子从反应堆中移除。通过x射线衍射光谱分析处理过的粒子的一部分和保留的银粒子样品。对两个光谱进行比较，以示出处理过的粒子和保留的粒子之间的晶格尺寸差异，这可以表明处理过的粒子中的氢负载程度。
图3描绘了研究反应堆内的反应过程的方法300。获得用于反应堆的材料（方框302），并移除材料样品（方框304）。当样品从反应堆中被截留时，剩余的材料在一个或多个反应期间留在反应堆内部以待处理（方框306）。触发并维持一个或多个放热反应（方框308）。当所有反应完成时（方框310），将材料从反应堆中移除（方框312）。分析保留在反应堆内的材料和从反应堆中截留样品两者的一个或多个性质（方框314）。对这些分析进行比较，以标识在反应堆内发生的一个或多个反应，这种反应不发生在从反应堆中截留的材料样品上（方框316）。
图4示出了发生在反应堆内研究反应过程的另一方法400。试样放置在反应堆的内壁上（方框402）。然后将反应材料沉积在反应堆的内壁上（方框404）。从反应堆中移除涂有反应物样品的试样（方框406）。在反应堆内部触发放热反应（方框408）。反应后，将一部分反应材料从反应堆中移除（方框410）。将涂覆在试样上样品的性质与从反应堆中移除材料的性质进行比较（方框412）。
在一些实施例中，不是保留未进入反应堆的材料样品或从反应堆中移除材料样品，而是放置在反应堆中的一部分材料被掩蔽。例如，具有高熔点和良好化学稳定性的合适聚合物可以熔化并固化在一小部分材料上。聚合物受反应堆内部反应的影响最小，并屏蔽被遮蔽的材料。在反应过程之后，将处理过的材料从反应堆中取出，并将聚合物蚀刻掉。然后分析并比较材料的暴露部分和在反应堆中处理的部分材料。差异性可能表明了是否发生以及什么类型的放热反应，例如低能核反应，以及发生了什么变化。
尽管在上面的说明性实施例中，针对特定材料指定了特定形式的分析，但是通常地，经过放热过程的材料及其未反应的样品可以进行各种各样的分析，以研究尽可能多的材料性质。
当然，在不脱离本发明基本特征的情况下，本文所公开的方法、过程和装置可以以除了在此具体阐述的方式之外的其他方式来执行或实施。本发明的实施例在所有方面都被认为是说明性的而非限制性的，且落入其含义以及所附权利要求等同范围内的所有变化都应当被包含在本发明中。