能量产生设备和方法

专利名称:能量产生设备和方法
技术领域：
本发明一般涉及能量产生，更具体地，涉及利用核聚变产生能量。
背景技术
虽然不乏希望通过受控聚变来产生能量的人，但是可以认为这种技术分为两个大类，也就是热聚变和冷聚变。热聚变理论完善，已知其工作在能够在极短的时间内释放出大量能量的方式下。在一些实例中，能量以不受控的方式释放，因此收集释放出来的能量变得困难和昂贵，甚至有可能办不到。使热聚变反应以受控的步骤发生的一组技术使用静电约束。但是，因为韧致辐射现象，所以要提取比用于激发反应的能量更多的能量即使有可能，也非常难。另一组技术使用磁约束，虽然实现较长时间的约束存在的问题与困扰静电约束的问题相似。还有一组技术采用碰撞聚变，但是这些尝试遇到的问题与困扰其它热聚变方法的问题相似。
冷聚变的历史至少可以说是多变的。冷聚变还没有出现明确表示的可行理论，并且利用冷聚变产生能量的尝试通常不能再现，此外，当产生过量能量时，冷聚变的特征在于，发生反应的装置核心(core)迅速损坏。
如所理解的，当前本领域试图实现“冷聚变”取决于特意描述为“总加载(grossloading)”的效应。通过总加载的过程，基质(matrix)被氢核饱和到这样的程度根据对这个应用提出的理论，少量的声子能量可启动核反应。不幸，第一反应产生额外声子，额外声子引起链式反应，导致晶格破坏。因为高加载密度导致晶格中出现具有高哈密顿能量的系统，所以这种方法可能产生过量能量。如果用附加的能量输入激发加载基质，包括通过电解或其它激励(参见Cravens和Letts的文章)的附加加载,则这种较高的能态导致声子慢化的核反应。
[Cravens2003]以及相关研究表明，本领域的研究人员仍未认识到增加的晶格能量与热产物之间的联系。[Ge0rgel997]描述了用超声波诱导多泡声致发光(ultrasonically induced multi-bubble sonoluminescence),从而诱导出聚变事件，虽然由于总加载，核心迅速损坏。在这种情况下声致发光是氢产物和声子能量的源，但是没有提及任何控制声子产物或者约束声子以捕获释放的能量的尝试。[Georgel999]描述了将气缸加热到400F的装置，但是没有提及或描述控制机构。[Ge0rgel999]还描述了 200摄氏度下，在与碳上的纳米颗粒钯接触时，从氘中产生过量的4He。
发明内容
基于下列的机构，本发明的实施例提供实用的、可控的聚变能量源。这个源的等级可变，在单一核心装置中，从毫瓦/瓦水平的微机电系统(MEMS)等级到100千瓦水平，并且可能超过。简言之，本发明的实施例构思了诱导和控制声子慢化核反应。
本发明的另一方案提供基于核心技术(称为量子聚变)设计和建立产品所需的理解。
采用量子聚变的本技术所有描述的实施方式都包括以下四个部件
反应基质(核心)；
用于在核心中诱导声子的机构； 用于将反应物引入(载入)核心的机构；以及
用于控制反应物的加载和声子的产生的机构，使得当反应物引入
所述核心时，经历核反应直到期望的程度而不会破坏核心。
控制系统以充分高的水平保持声子产生的速度和反应物引入的速度，使得发生期望数量的核反应，同时保证核反应的数量和深度受限，从而允许因为核反应而释放的能量以充分避免破坏所述核心的方式耗散。
与该实施例相关联的是传热机构，传热机构在上述的一个或多个部件中可以是内在的，既可以是独立的部件，也可以具有两方面的属性。
宽泛地讲，认为本发明的实施例操作如下。反应物(例如来自包围核心的水的氢离子)被引入核心(例如钯)，以受控的方式诱导出声子，以提供足够的能量经由电子俘获机制将质子转换为中子。在该应用中有时候将声子中介机构称为量子压缩(quantumcompression),这是一个新术语(下面将详细讨论)。这样产生的中子具有充分低的能量，从而具有高反应截面用于中子-氢反应。
这产生增多的高原子量的氢的同位素，得到4H,4H通过P衰变成为4He。注意，国家原子核数据中心(“NNDC”)数据库中的数据都来自涉及多MeV对撞机的实验，实验留下所得到的4H,4H具有足够的动量，这是高能、阻力最小的仅射出中子途径。当微量或没有动量涉及时，中子发射不是可行的衰减路径，因为没有能量克服结合能，不管这个能量多小。在NNDC数据中，中子以动量方式将反应能量从系统携走。中子吸收和P衰变是放热的，导致动能以声子的形式传递给核心，动能通过适当的热交换机制(例如提供反应物的水)耗散。
本发明的另一方案是核心材料的受控加载结合声子产物的受控激发，防止了过量声子能量的建立(这会导致核心材料的破坏)。这样，允许核心在更长的时间长度内工作，从而成为经济可行的能源。
本发明的另一方案是核心优选构造为在核心材料中，在期望的反应点提供一致的声子密度。这样，允许对关于时间和核心材料的能力释放出来的能量的控制，从而将能量耗散到传热介质。在具体实施例中，声子密度受控，使得主要在核心表面附近发生聚变反应，从而防止了对核心的重大破坏，这是许多现有技术中试图实现可重复、可维持的能量产生时的特征。
在本发明的一些实施例中，可利用电流作为声子启动机构来启动反应。在本发明的另一些实施例中，可利用声学能量例如声波或超声波能量作为声子启动机构。[0024]在一个方案中，用于能量产生的设备包括主体，称为核心，由能够传播声子的材料构成；用于将反应物引入核心的机构；用于在核心中诱导声子的机构，使得当反应物被引入核心时，经历核反应；以及控制系统，耦合到用于引入反应物的机构以及用于诱导声子的机构，用于控制核心中核反应的数量和核反应的深度，从而提供期望水平的能量生成，同时允许因为核反应而释放的能量以充分避免破坏核心的方式耗散。
在另一个方案中，用于能量产生的方法包括提供称为核心的主体，其由能够传播声子的材料构成；将反应物引入核心；在核心中产生声子，以提供能量用于反应物经历核反应；以及控制引入反应物的速度和产生声子的速度，从而控制核心中核反应的数量和核反应的深度，使得提供期望水平的能量生成，同时允许因为核反应而释放的能量以充分避免破坏核心的方式耗散。
对本发明的特性和优点的进一步理解可通过参考说明书和附图的其余部分来实现。


图I是示出本发明不同实施例通用的元件的概括示意图；
图2是本发明第一实施例的示意图，包括经由通过核心材料的电流脉冲的电解加载和量子压缩；
图3A至图3C是电路图，示出了适于本发明第一实施例的不同实施方式的电路；
图4是本发明第二实施例的示意图，包括经由声子的声波/超声波诱导的电解加载和量子压缩；
图5是本发明第三实施例的示意图,包括流化床(fluidized bed)或粉末式核心、直接反应物注入以及经由声波/超声波诱导的量子压缩，因为不容易得到产生中子的电子源，所以很可能要求使用氘燃料；
图6是本发明第四实施例的示意图，包括利用直接的反应物注入与流化床或粉末式核心相互作用的隔离反应物，以下列方式中的任何一种或者任意组合产生量子压缩1)声波/超声波诱导，2)量子电流，3)热(如果使用除了量子电流之外的方法，通常必须使用导致没有电子的净吸收的燃料)；
图7示出了一种实施方式，其中核心的一个或多个表面与反应物源相接触，并且核心的一个或多个表面与分别的散热器相接触；
图8是示意性时序图，示出怎样控制加载和量子脉冲；以及
图9是实验设备的示意图，该实验设备用于实验性地确认以热的形式产生的过量能量。
具体实施方式
概沭
图I是量子聚变反应器10的概括示意图，量子聚变反应器10涵盖本发明的多个实施例。反应器的中心是反应基质或核心15，能够传播声子。一般性操作是反应物加载机构20将反应物源25的反应物(例如质子)载入核心15，并利用声子诱导机构30在核心材料中产生声子。控制系统40激活并监视反应物加载机构20和声子诱导机构30。[0038]利用一种或多种手段，例如声波/超声波、电流、或热，声子诱导机构可以在核心中直接激发声子。声子能量造成核心晶格原子核从中性位置位移。在这种位移将晶格原子核移动为互相靠近的情况下，密度增加，并且由于氢核(1H(氕)、2H(氘)、3H(氚))的出现，密度进一步增加。由于密度增加，所以电子的费米能量增加，因此在能量方面变得有利于电子和质子结合，形成中子和中微子。中微子从反应器中逃逸；但是电子俘获导致系统能量总的来说降低约782KeV。
所得到的低能量中子与其它的H、D、或者T核的反应截面高。由氕形成氘释放约2. 24MeV，由D转变为T释放约6. 26MeV，转变为4H且并发P -衰变释放约22. 36MeV。由于声子的波动性质和驱动电子俘获的关联密度函数，得到的4H的总动量足够低，P -是衰变函数。与反应器相关联的传热机构45可以在上述的一个或多个部件内，也可以是独立的部件，也可以具有两方面的属性。
所示的控制系统40经由控制信道50与反应物加载机构20以及经由控制信道55与声子诱导机构30实行双向通信，并且示出了附加的通信路径。虽然控制机构与反应物加载机构以及与声子诱导机构之间的通信常常和电连接相关联，但是希望通信路径非常普通。例如上述，声子产生机构可利用超声波能量或热。
所示的控制系统40还经由控制信道60、65与核心15以及与传热机构45实行双向通信。这些附加的控制信道允许有控制反应的附加能力，但是在一些实施例中可能都不必要。在一些实施例中，这些控制信道从压力和温度传感器提供信号。
控制系统40以放大的细节示出具体的连接。具体而言，从控制系统40的角度来看，控制信道50示出为具有控制输出50a、50b以及控制输入50c。类似地，控制信道55示出为具有控制输出55a、55b、55c以及控制输入55d ;控制信道60示出为具有控制输出60a、60b以及控制输出60c、60d ;控制信道65示出为具有控制输入65a、65b以及控制输出65c、65d。
在不同的实施例中使用相同的附图标记，应当理解，从控制系统40的角度来看是控制输入和控制输出，从反应物加载机构20、声子诱导机构30、传热机构、以及核心15的角度来看则是控制输出和控制输入。不同的实施例可具有控制输入和控制输出的不同组合。
下面详细描述量子聚变反应器的四个具体实施例。第一实施例(图2和图3A至图3C)利用电场来控制核心材料的加载，使用电流脉冲作为声子产生机构部分。第二实施 例(图4)利用电场来控制核心材料的加载，使用声波或超声波能量作为声子产生机构部分。第三实施例(图5)利用核心材料的流化床。反应物直接泵送到反应室中以控制核心加载。流化床能够传播声子。通过直接给予声波/超声波能量、电流或者这两者的组合，可以激发流化床中的声子产生。第四实施例(图6)是密封容器装置，其中反应气体压力和核心材料温度的组合控制加载速度。部件被编号，因此不同实施例之间功能相同或相似的部件采用相同的附图标记。
优选量子聚变实施例的共同特征
下表中给出实施例的基本部件，前四个部件在上文中已简单陈述。
15 I核心15包括能够传播声子、加载反应物、以及提供原子价或者 导带电子的晶格型材料(镁、铬、铁、钴、镍、钼、钯、银、
钨、某些陶瓷等等)。图5和图6示出核心的流化床或粉末床实施方式，其中反应物易于被液体或粉末核心材料吸收。图6示
__出反应物、核心材料与传热介质隔离的情况°_
30 声子诱导机构30的基本功能是以声子的形式将能量传递给核心。对于通过电场来诱导加载的情况，第二功能是允许整个核心相对于阳极被给予负电荷。这提供了核心的均匀加载。图6中可以以三种分别的方式来诱导量子压缩I)声波/超声波诱导，利用阻抗匹配和能量馈通喇nA ( energy feed through horn) ； 2)量子电流，利用馈通喇口八作为一个电极以及虚线作为另一个电极诱导得到；3)热，利用用点划线连接的加热部
__
25 反应物源_
45 在一些情况下传热介质45可包括水。在氢作为反应物材料的系 统中可以用a粒子流作为电动势，并作为去除系统热量的介
质。参见美国专利No. 6，753，469。_
40 控制系统40经由信道50与反应物加载机构20通信，经由信道 55与声子诱导机构30通信，经由信道60与传感器通信，经由
_信道65与核心通信。_
70 系统的阳极利用电场以正离子的形式加载反应物。更一般地是
__反应物馈入。_
75 加载电流源的阴极或负侧，或其它离子输送系统。应当耦合到I核心，以允许将正离子均匀地载入核心。更一般地是反应物返
权利要求
1.一种用于产生能量的设备，包括称为核心的主体，由能够传播声子的材料构成；用于将反应物引入所述核心的机构；用于建立通过所述核心的电流脉冲的电流脉冲源，所述电流脉冲在所述核心中诱导声子，使得当所述反应物被引入所述核心时经历核反应；以及 闭环控制系统，耦合到所述用于引入反应物的机构以及所述电流脉冲源，用于指定所述用于引入反应物的机构和所述电流脉冲源的工作参数、检测一个或多个工作状况以及修改一个或多个工作参数，从而控制所述核心中核反应的数量和所述核反应的深度，使得提供期望水平的能量生成，同时允许因为所述核反应而释放的能量以充分避免破坏所述核心的方式耗散。
2.如权利要求
I所述的设备，其中，所述用于将反应物引入所述核心的机构包括受控电解源，所述受控电解源电耦合到所述核心。
3.如权利要求
I所述的设备，其中，反应物提供自液体介质，所述液体介质还充当传热介质，用于从所述核心排除热量。
4.如权利要求
I所述的设备，其中所述设备还包括导热体材料；所述核心包括核心材料，所述核心材料放置在所述导热体材料的第一表面上；并且所述导热体材料提供将热量从所述核心转移走的机制。
5.如权利要求
4所述的设备，其中所述设备被提供有工作流体；并且所述导热体材料具有与所述工作流体相接触的表面部分。
6.如权利要求
I所述的设备，其中，所述电流脉冲源提供通过核心的方向被改变的脉冲。
7.如权利要求
I所述的设备，其中，所述核心形成为导线或薄片。
8.如权利要求
I所述的设备，其中，所述用于向所述核心引入反应物的机构包括受控电流源。
9.如权利要求
I所述的设备，其中，所述控制系统操作来指定电流脉冲速度、电流脉冲幅度、电流脉冲寂静时间中的至少一种。
10.如权利要求
I所述的设备，其中，所述控制系统操作来检测电流脉冲功率。
11.如权利要求
I所述的设备，其中所述反应物是与所述核心接触的水的氢离子；所述用于将反应物引入所述核心的机构包括电解加载脉冲；并且所述控制系统操作来指定加载脉冲速度、加载脉冲幅度、加载脉冲偏移中的至少一种。
12.如权利要求
I所述的设备，其中所述反应物是与所述核心接触的水的氢离子；所述用于将反应物引入所述核心的机构包括电解加载脉冲；并且所述控制系统操作来检测加载脉冲功率。
13.一种用于产生能量的设备，包括称为核心的主体，由能够传播声子的材料构成；容器，用于保持液体与所述核心相接触；受控电解源，电耦合到所述核心，用于将反应物从所述液体引入所述核心；脉冲发生器，用于建立通过所述核心的电流脉冲，所述电流脉冲在所述核心中产生声子，使得所述核心中的反应物经历核反应；以及闭环控制系统，耦合到所述电解源并耦合到所述脉冲发生器，用于指定所述电解源和所述脉冲发生器的工作参数、检测一个或多个工作状况以及修改一个或多个工作参数，从而控制所述核心中核反应的数量和所述核反应的深度，使得提供期望水平的能量生成，同时允许因为所述核反应而释放的能量以充分避免破坏所述核心的方式耗散。
14.如权利要求
13所述的设备，其中所述设备还包括导热体材料；所述核心包括核心材料，所述核心材料放置在所述导热体材料的第一表面上；并且所述导热体材料提供将热量从所述核心转移走的机制。
15.如权利要求
14所述的设备，其中，所述导热体材料具有与工作流体相接触的表面部分。
16.如权利要求
13所述的设备，其中，所述核心形成为导线或薄片。
17.一种用于产生能量的设备，包括称为核心的主体，由能够传播声子的材料构成；容器，用于保持液体与所述核心相接触；电解源，电耦合到所述核心，用于将反应物从所述液体引入所述核心；脉冲发生器，用于建立通过所述核心的电流脉冲，所述电流脉冲在所述核心中产生声子，使得所述核心中的反应物经历核反应；以及控制系统，耦合到所述电解源并耦合到所述脉冲发生器，所述控制系统操作用于指定所述电解源的一个或多个工作参数，所述工作参数包括加载脉冲速度、加载脉冲幅度、加载脉冲偏移中的至少一种；指定所述脉冲发生器的一个或多个工作参数，所述工作参数包括电流脉冲速度、电流脉冲幅度、电流脉冲寂静时间中的至少一种；检测一个或多个工作状况，所述工作状况包括加载脉冲功率和电流脉冲功率中的至少一种；以及响应于一个或多个检测到的工作状况，修改一个或多个工作参数。
18.一种用于产生能量的设备，包括称为核心的主体，由能够传播声子的材料构成；容器，用于保持液体与所述核心相接触；耦合到所述核心的用于电解式地将反应物从所述液体引入所述核心的机构；耦合到所述核心的用于建立通过所述核心的电流脉冲的机构，所述电流脉冲在所述核心中生成声子，使得所述核心中的反应物经历核反应；以及闭环控制系统，耦合到所述用于电解式地引入反应物的机构以及所述用于建立电流脉冲的机构，所述控制系统被配置为指定所述用于电解式地引入反应物的机构和所述用于建立电流脉冲的机构的工作参数；检测一个或多个工作状况；以及 响应于一个或多个检测到的工作状况，修改一个或多个工作参数。
专利摘要
一种能量产生设备和方法，用于诱导和控制固体晶格中核聚变。反应器包括加载源，以提供要聚合的轻核；晶格，能够吸收轻核；声子能量源；以及控制机构，用于启动和停止激发声子能量和/或加载反应物。晶格发射足以影响电子-核坍塌的声子能量。通过控制声子能量的激发以及控制轻核向晶格的载入，聚变反应所释放的能量可以在到达导致破坏反应物晶格的点之前耗散。
文档编号G21B3/00GKCN102737733SQ201210160883
公开日2012年10月17日 申请日期2006年12月28日
发明者罗伯特·E·高德斯 申请人:布里渊散射能量公司