<Desc/Clms Page number 1>
NUCLEAIRE FUSIE
Onderhavige uitvinding heeft betrekking op nucleaire fusie van fusioneerbare materie met behulp van een vaste stof waarop genoemde materie electrostatisch kan geadsorbeerd worden.
Door Fleischmann en Pons werd in Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, April 1989 - Elseviers Publishing Company-een werkwijze beschreven waarin aan een waterstof-absorberende palladium-electrode een nucleaire fusiereactie plaatsvindt met door electrolyse uit D20 verkregen deuteriumionen.
Deze fusiereactie die op relatief lage temperatuur doorgaat wordt "koude fusie" genoemd, dit in tegenstelling tot de bekende zeer hete (hoger dan 109 OC) fusies met deuterium en tritium in plasmavorm in een magnetisch opsluitsysteem bekend onder de naam TOKAMAK.
Bovengenoemde koude fusie is nog niet geschikt voor industrïele toepassing en is vatbaar voor rendementsverbetering.
Het is een van de doelstellingen van onderhavige uitvinding een werkwijze voor gekatalyseerde nucleaire fusie met industrïele bruikbaarheid en minimum radioactieve contaminatie van de omgeving ter beschikking te stellen.
Andere doelstellingen en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de volgende beschrijving en tekeningen.
Onderhavige uitvinding verschaft een werkwijze voor nucleaire fusie van fusioneerbare materie waarin genoemde materie in gasvorm geadsorbeerd en/of geabsorbeerd wordt in een waterstof absorberend metaal of metaallegering, waarbij dit metaal of metaallegering tijdens en/of na adsorptie en/of absorptie van de fusioneerbare materie op een negatieve potentiaal staat of gebracht wordt zonder contact te maken met een electrolyt, en genoemd gas al of niet voor zijn adsorptie en/of absorptie geïoniseerd wordt. De bij nucleaire fusie vrijkomende warmte wordt opgenomen in een fluïdum, vloeistof of gas, dat geen direct contact maakt met de fusioneerbare materie. Dit fluidum fungeert, bv. voor de productie van stoom.
De adsorptie en/of absorptie vindt plaats bij kamertemperatuur of hogere temperatuur, al of niet in aanwezigheid van een niet-electrolyt, b. v. een vloeibaar diëlectricum.
<Desc/Clms Page number 2>
Volgens een eerste uitvoeringsvorm waarbij geen gebruik gemaakt wordt van een vloeibaar electrolyt wordt fusioneerbare materie in plasma toestand ter beschikking gesteld in een ruimte die tenminste één electrode bevat, waarbij positieve fusioneerbare ionen van het plasma geadsorbeerd en/of geabsorbeerd worden in tenminste één electrode die bestaat uit of bevat een metaal of metaallegering die waterstof kan absorberen en negatief electrostatisch geladen is terwijl een andere electrode zich op positieve potentiaal bevindt.
Een plasma is een geioniseerd gas dat practisch gelijke hoeveelheden positieve ionen en electronen bevat en beinvloedbaar is door een magnetisch veld.
Volgens een tweede uitvoeringsvorm waarbij eveneens geen gebruik gemaakt wordt van een vloeibaar electrolyt wordt fusioneerbare materie in gasfaze ter beschikking gesteld in een ruimte die minstens twee electroden op tegengestelde potentiaal bevat waarvan de negatief geladen electrode (n) genoemde fusioneerbare materie kan adsorberen en/of absorberen en waarbij de spanning tussen genoemde electroden op tegengestelde potentiaal voldoende groot is om de geadsorbeerde en/of geabsorbeerde fusioneerbare materie te ioniseren en zijn ; positieve ionen nucleair te fusioneren.
Geschikte nucleair fusioneerbare materie is bv-deuterium en tritium of mengsels daarvan. Gemengd met genoemd nucleaire materie mag atomaire waterstof aanwezig zijn. Waterstof kan in atomaire vorm gebracht worden door activatie met palladium (ref. The Chemical Elements and Their Compounds, by N. V. Sidgwick, Vol. II, (1950) Oxford At the Clarendon Press, p. 1557).
Naast fusioneerbaar gas mag ook een inert gas aanwezig zijn dat niet geadsorbeerd of geabsorbeerd wordt, bv. helium of stikstof dat een controle op de fusie mogelijk maakt.
In genoemde werkwijzen mag de spanning tussen de electroden heel wat hoger zijn dan gebruikelijk in electrolyse, bv. in de grootte orde van 40 tot 104 volt.
De spanning mag continu of pulserend aangelegd worden met hiervoor bekende apparatuur, bv. gelijkspanningsgenerator.
<Desc/Clms Page number 3>
In genoemde eerste uitvoeringsvorm wordt bij voorkeur deuteriumgas tot plasma omgezet bv. door warmte, en/of electrische ontlading en/of hoogfrekwente electromagnetische energie.
De ionisatie tot plasma kan uitgevoerd worden in een ruimte die in verbinding staat met de fusiereactor of tussen de electroden in de reactor. Naast deuterium kan ook lithium en/of boor in plasmavorm gebracht worden. Een plasma wordt in het algemeen maar niet noodzakelijk gevormd bij lage druk. Voor methoden geschikt voor het vormen van een plasma wordt verwezen bv. naar Encyclopaedic Dictionary of Physics, J. Thewlis-Pergamon Press, New York, Supplementary Volume 1 (1966), p. 242-246.
Het electrode-materiaal waaraan de kernfusiereactie plaatsvindt bestaat bij voorkeur uit of bevat een metaal dat waterstof absorbeert op exotherme wijze. De absorptie stijgt met de gasdruk.
Voorbeelden van zulke metalen zijn : titaan, zirconium, vanadium, niobium, tantaal en palladium (ref. Inorganic Chemistry by E. de Barry Barnett en C. L. Wilson-Longmans Green and Co., London (1955) p. 108). Ijzer is eventueel ook bruikbaar op hoge temperatuur, bv. 800 C. De"sorptie"van waterstof in functie van de temperatuur en druk aan Pd is beschreven in hogergenoemd boek, terwijl de sorptie van waterstof, deuterium en tritium aan titaan beschreven is in JACS 78, (1956), 5155-5159.
Volgens een bepaalde uitvoeringsvorm zijn genoemde metalen aanwezig op een dragermateriaal, bv. in vacuumopgedampte vorm. Het dragermateriaal is bv. koolstof of een ander metaal dat thermisch en electrisch goed geleidend is en eventueel snelle neutronen vertraagt of absorbeert.
De waterstof-absorberende electrode kan poreus zijn, bv. uit gesinterd metaal bestaan of zelfs uit afzonderlijke deeltjes met een diameter van bv. 0, 01 micron tot 10 cm. Afzonderlijke deeltjes kunnen individueel als electrode fungeren zoals in een polarograaf (ref. analytische chemie).
Onderhavige uitvinding wordt verder verduidelijkt aan de hand van bijgevoegde Figuren 1 tot 4.
Fig. 1 en 3 stellen schematisch apparatuur voor die geschikt is voor het uitvoeren van nucleaire fusie volgens onderhavige uitvinding.
<Desc/Clms Page number 4>
Fig. 2 stelt een figuur A en B voor die de toename van bevochtigbaarheid of adhesie (adsorptie) illustreren in functie van de electrostatische lading van een vast oppervlak, bv. kristalrooster.
Fig. 4 illustreert de orbitaal-expansie van deuterium (0+) in een kristalrooster van Pd.
In Fig. 1 stelt ruimte 1 een ionisatiekamer voor waarin deuteriumgas met wisselstroomontlading geioniseerd wordt tussen electroden 3 en 4. Langs inlaat 2 komt plasma in de cylindrische reactorruimte 5. Deze ruimte 5 bevat een centrale electrode 6 en een cylindermantelvormige electrode 7 bestaande uit een deuteriumabsorberend metaal, bv. palladium of titaan. De electrode 7 wordt omringd door een koelmantel 8 waardoor een koelfluidum, bv. water, stroomt aangevoerd langs inlaat 9 en afgevoerd langs uitlaat 10.
Tussen de electrode 7 en electrode 6 wordt met een gelijkspanningsbron 11 en regelbare weerstand 12 een gepaste gelijkspanning aangelegd om de positieve deuteriumionen aan de electrode 7 (kathode) te laten ad- en absorberen.
De cylindrische ruimte 5 die een aanzienlijke lengte kan bezitten (het gebruik van een lange buis bv. in spiraalvorm) om practisch alle binnentredende deuteriumionen de kans te geven zich op de kathode af te zetten heeft een uitlaat 13 waardoor restgas (niet gefusioneerd materiaal) en in de fusie gevormde gassen, bv. helium, de reactor verlaten. Het uitgaande gas wordt gekomprimeerd met een compressor 14 aangeduid met symbool C en naar een absorptietoren 15 gevoerd waar deuterium van helium en andere gassen gescheiden wordt. Deuterium wordt terug in de reactor gebracht uit de absorptietoren 15.
Fig. 2 stelt in A een vast materiaaloppervlak 20 voor dat slechts zwak negatief geladen is. Op dit oppervlak 20 bevindt zieh een druppel positief geladen vloeistof 21. Door de zwakke lading op 20 wordt de vloeistof 21 slechts matig aangetrokken en bevochtigt het oppervlak 20 practisch niet (de kontacthoek (J is groot). Wanneer de lading op oppervlak 20 toeneemt wordt de vloeistof 21 sterker geadheerd en verkleint de kontacthoek v,
<Desc/Clms Page number 5>
de bevochtiging neemt toe, de vloeistof wordt electrostatisch op het oppervlak 20 uitgesmeerd. Analoog hieraan worden ook kationen of beter gezegd hun orbitalen uitgesmeerd tegen een negatief geladen oppervlak. Dit oppervlak dient bij een kristal ruimtelijk gezien te worden. De deuterium-kationen smeren zich uit tussen de door negatieve electronenwolken omringde palladiumionen.
Doordat de aanvankelijke bolvormige D+ orbitalen worden uitgesmeerd over een groter oppervlak bij een konstante lading van genoemde ionen zal aan hun oppervlak de Coulombse repulsie afgenomen zijn en bestaat de mogelijkheid dat zulke orbitalen als kleine druppeltjes olie versmelten. Er wordt hierdoor een of meerdere grote orbitalen gevormd waaraan de neutronen geassocieerd blijven. Dit is nucleaire fusie.
In Fig. 4 wordt voorgesteld hoe deze positieve deuterium orbitalen voorgesteld door p+ zich tussen de positieve Pd ionen bevinden en door positieve roosterionen electrostatisch naar mekaar toegeduwd worden. Dit zal vooral gebeuren bij het ompolen van de polariteit (Pd wordt anode) en het in het kristalrooster gefusioneerd D+ wordt als T+ buitengedrukt. Bij het nucleair fusioneren worden orbitalen met minimale energie gevormd, d. w. z. bindingsenergie wordt als massa-defect in vrije energie (kinetische energie en straling omgezet). T+ is triton.
De volgende nucleaire reacties kunnen plaatsvinden :
EMI5.1
Daar helium palladium niet kan penetreren zal het waarschijnlijk slechts aan het oppervlak gevormd worden, terwijl tritium zich in het kristalrooster kan vormen. Dit is voor titaan met kubisch F gecentreerd kristalrooster ook het geval. Ijzer absorbeert waterstof in gt-vorm en t -vorm bij en hoger dan 800 C.
In Fig. 3 stelt ruimte 30 een drukcylinder voor waaruit langs een pneumatisch ventiel 40 deuteriumgas ingevoerd wordt in de nucleaire
<Desc/Clms Page number 6>
fusieruimte (reactor) 31. Deuteriumgas wordt geadsorbeerd aan en geabsorbeerd in het cylindervormig electrodemateriaal 32. Dit materiaal bestaat uit mekaar rakende deeltjes palladium of titaan gedragen door een poreuze cylindrische binnenwand 33 (bv. uit gesinterd kwarts of een metaaldraadnet). De cylindrische wand 34 die contact maakt het electrodemateriaal 32 bestaat uit electrisch geleidend en warmtegeleidend materiaal, bv. staal of koper. Aan de wand 34 en daarmede ook aan het electrodemateriaal 32 wordt na absorptie van het deuteriumgas een negatieve potentiaal aangelegd met spanningsbron 35.
Deze potentiaal is voldoende hoog om het deuteriumgas te ioniseren en als D+ te doen existeren in het kristalrooster van het waterstofabsorberend metaal van electrode 32.
Verwijzend naar Fig. 4 kan de fusie bevorderd worden door een ompolen van de polariteit. De ontstane druk in de reactor 31 kan een bepaalde waarde niet overschrijden daar een expansieventiel 36 zorgt voor een drukontlasting. Hierbij desorbeert fusiemateriaal en ontstaat er een grote electrostatische druk op nog in het kristalrooster aanwezig deuterium (+). De positieve gefusioneerde kernen die het electrodemateriaal 32 verlaten worden geneutraliseerd op de electrode 37. De reactor is drukbestendig uitgevoerd en is omhuld met een koelmantel 38. Het gas dat de reactor verlaat door het expansieventiel 36 wordt in een expansievat 41 opgevangen. Nog niet gefusioneerd deuterium wordt van helium en andere gassen gescheiden bv. met een enkel deuterium doorlatende wand (ref. The Chemical Elements and Their Compounds - by N. V. Sidgwick, Vol.
II, (1950) Oxford At The Clarendon Press, p. 1556-1557).
De electrode waaraan kernfusie optreedt kan langs de zijde van het koelmiddel bekleed zijn met lithium (lithiummantel) die zoals in de bekende laser-fusie (inertie-fusie) optreedt als neutronenvanger waarbij lithium volgens een bekende nucleaire reactie in tritium wordt omgezet dat voor fusie met deuterium kan gebruikt worden.
Electrostatische bevochtiging waarvan sprake is in verband met Fig. 2 is beschreven in het Zwitsers octrooischrift nr. 475584.
Bevochtiging en in analogie daarmede orbitaalvergroting van electrostatisch geadsorbeerde ionen, bv. D+, vraagt arbeid die ontleend wordt aan het electrostatisch veld dat op de electrode aanwezig is.
<Desc / Clms Page number 1>
NUCLEAR MERGER
The present invention relates to nuclear fusion of fusible matter using a solid on which said matter can be electrostatically adsorbed.
In the Journal of Electroanalytical Chemistry and Interfacial Electrochemistry, April 1989 - Elseviers Publishing Company, Fleischmann and Pons described a process in which a nuclear fusion reaction takes place on a hydrogen-absorbing palladium electrode with deuterium ions obtained by electrolysis from D20.
This relatively low temperature fusion reaction is called "cold fusion", in contrast to the known very hot (higher than 109 OC) fusions with plasma deuterium and tritium in a magnetic confinement system known as TOKAMAK.
The above-mentioned cold fusion is not yet suitable for industrial application and is susceptible to efficiency improvement.
It is one of the objects of the present invention to provide a method for catalyzed nuclear fusion with industrial utility and minimum radioactive contamination of the environment.
Other objects and advantages of the invention will become apparent from the following description and drawings.
The present invention provides a process for nuclear fusion of fusible matter in which said matter is adsorbed in gaseous form and / or absorbed in a hydrogen absorbing metal or metal alloy, said metal or metal alloy during and / or after adsorption and / or absorption of the fusible matter on is a negative potential or is brought into contact without contact with an electrolyte, and said gas is or is not ionized before its adsorption and / or absorption. The heat released during nuclear fusion is absorbed in a fluid, liquid or gas that does not make direct contact with the fusible matter. This fluid functions, eg for the production of steam.
The adsorption and / or absorption takes place at room temperature or higher temperature, with or without the presence of a non-electrolyte, b. v. a liquid dielectric.
<Desc / Clms Page number 2>
According to a first embodiment not using a liquid electrolyte, plasma fusible matter is provided in a space containing at least one electrode, wherein positive fusible ions of the plasma are adsorbed and / or absorbed in at least one electrode that exists or contains a metal or metal alloy that can absorb hydrogen and is negatively electrostatically charged while another electrode is at positive potential.
A plasma is an ionized gas that contains practically equal amounts of positive ions and electrons and is influenced by a magnetic field.
According to a second embodiment, in which also no use is made of a liquid electrolyte, fusionable matter in gas phase is made available in a space containing at least two electrodes at opposite potential whose negatively charged electrode (s) can adsorb and / or absorb said fusible matter. and wherein the voltage between said electrodes at opposite potential is large enough to ionize and be the adsorbed and / or absorbed fusible matter; nuclear fusion of positive ions.
Suitable nuclear fusible matter is, for example, deuterium and tritium or mixtures thereof. Atomic hydrogen may be present in admixture with said nuclear matter. Hydrogen can be atomized by activation with palladium (ref. The Chemical Elements and Their Compounds, by N. V. Sidgwick, Vol. II, (1950) Oxford At the Clarendon Press, p. 1557).
In addition to fusible gas, there may also be an inert gas that is not adsorbed or absorbed, eg helium or nitrogen, which allows fusion control.
In said methods, the voltage between the electrodes may be much higher than usual in electrolysis, e.g. in the order of 40 to 104 volts.
The voltage may be applied continuously or pulsating with known equipment, eg DC generator.
<Desc / Clms Page number 3>
In said first embodiment, deuterium gas is preferably converted to plasma, for example by heat, and / or electric discharge and / or high-frequency electromagnetic energy.
The ionization to plasma can be carried out in a space that communicates with the fusion reactor or between the electrodes in the reactor. In addition to deuterium, lithium and / or boron can also be brought into plasma form. A plasma is generally but not necessarily formed at low pressure. For methods suitable for plasma formation, see, e.g., Encyclopaedic Dictionary of Physics, J. Thewlis-Pergamon Press, New York, Supplementary Volume 1 (1966), p. 242-246.
The electrode material to which the nuclear fusion reaction takes place preferably consists of or contains a metal that absorbs hydrogen in an exothermic manner. The absorption increases with the gas pressure.
Examples of such metals are: titanium, zirconium, vanadium, niobium, tantalum and palladium (ref. Inorganic Chemistry by E. de Barry Barnett and C. L. Wilson-Longmans Green and Co., London (1955) p. 108). Iron may also be useful at a high temperature, eg 800 C. The "sorption" of hydrogen as a function of the temperature and pressure of Pd is described in the above-mentioned book, while the sorption of hydrogen, deuterium and tritium to titanium is described in JACS 78, (1956), 5155-5159.
According to a particular embodiment, said metals are present on a support material, e.g. in vacuum-evaporated form. The support material is, for example, carbon or another metal that has good thermal and electrical conductivity and possibly retards or absorbs fast neutrons.
The hydrogen absorbing electrode can be porous, for example, made of sintered metal or even of individual particles with a diameter of, for example, 0.01 micron up to 10 cm. Individual particles can individually act as electrodes as in a polarograph (ref. Analytical chemistry).
The present invention is further elucidated with reference to the attached Figures 1 to 4.
Fig. 1 and 3 schematically represent equipment suitable for conducting nuclear fusion according to the present invention.
<Desc / Clms Page number 4>
Fig. 2 represents Figures A and B illustrating the increase in wettability or adhesion (adsorption) in function of the electrostatic charge of a solid surface, e.g. crystal lattice.
Fig. 4 illustrates the orbital expansion of deuterium (0+) in a crystal lattice of Pd.
In FIG. 1 space 1 represents an ionization chamber in which deuterium gas with alternating current discharge is ionized between electrodes 3 and 4. Plasma enters the cylindrical reactor space 5 along inlet 2. This space 5 contains a central electrode 6 and a cylinder-jacketed electrode 7 consisting of a deuterium-absorbing metal, eg palladium or titanium. The electrode 7 is surrounded by a cooling jacket 8 through which a cooling fluid, for example water, flows supplied along inlet 9 and discharged along outlet 10.
Appropriate DC voltage is applied between the electrode 7 and electrode 6 with a DC voltage source 11 and adjustable resistor 12 to cause the positive deuterium ions to adsorb and absorb the electrode 7 (cathode).
The cylindrical space 5, which can have a considerable length (the use of a long tube, e.g. in a spiral form) to allow practically all entering deuterium ions to deposit on the cathode, has an outlet 13 through which residual gas (non-fused material) and gases generated in the fusion, e.g. helium, leave the reactor. The outgoing gas is compressed with a compressor 14 denoted by symbol C and passed to an absorption tower 15 where deuterium is separated from helium and other gases. Deuterium is returned to the reactor from the absorption tower 15.
Fig. 2 in A represents a solid material surface 20 that is only weakly negatively charged. On this surface 20 there is a drop of positively charged liquid 21. Due to the weak charge on 20, the liquid 21 is only moderately attracted and the surface 20 practically does not wet (the contact angle (J is large). When the charge on surface 20 increases the liquid 21 is more strongly adhered and reduces the contact angle v,
<Desc / Clms Page number 5>
the wetting increases, the liquid is electrostatically spread on the surface 20. Analogously to this, cations or rather their orbitals are also smeared against a negatively charged surface. This surface should be seen spatially with a crystal. The deuterium cations spread between the palladium ions surrounded by negative electron clouds.
Because the initial spherical D + orbitals are spread over a larger surface with a constant charge of said ions, the Coulombse repulsion will decrease on their surface and there is a possibility that such orbitals will melt like small droplets of oil. This creates one or more large orbitals to which the neutrons remain associated. This is nuclear fusion.
In FIG. 4 shows how these positive deuterium orbitals represented by p + are between the positive Pd ions and are electrostatically pushed together by positive lattice ions. This will mainly happen when the polarity is reversed (Pd becomes anode) and the D + fused into the crystal lattice is pressed out as T +. Nuclear fusion produces orbitals with minimal energy, d. w. z. binding energy is converted into free energy as a mass defect (kinetic energy and radiation). T + is triton.
The following nuclear reactions can take place:
EMI5.1
Since helium cannot penetrate palladium, it will likely form on the surface only, while tritium can form in the crystal lattice. This is also the case for titanium with cubic F centered crystal lattice. Iron absorbs hydrogen in gt form and t form at and above 800 C.
In FIG. 3 space 30 represents a pressure cylinder from which deuterium gas is introduced into the nuclear via a pneumatic valve 40
<Desc / Clms Page number 6>
fusion space (reactor) 31. Deuterium gas is adsorbed to and absorbed into the cylindrical electrode material 32. This material consists of contacting particles of palladium or titanium supported by a porous cylindrical inner wall 33 (eg, from sintered quartz or a metal wire net). The cylindrical wall 34 that contacts the electrode material 32 consists of electrically conductive and heat conductive material, e.g. steel or copper. After absorption of the deuterium gas, a negative potential with voltage source 35 is applied to the wall 34 and thus also to the electrode material 32.
This potential is high enough to ionize the deuterium gas and make it exist as D + in the crystal lattice of the hydrogen-absorbing metal of electrode 32.
Referring to Fig. 4 the fusion can be promoted by polarity reversal. The resulting pressure in the reactor 31 cannot exceed a certain value, since an expansion valve 36 provides pressure relief. In this process, fusion material desorbs and a large electrostatic pressure is created on deuterium (+) still present in the crystal lattice. The positive fused cores leaving the electrode material 32 are neutralized on the electrode 37. The reactor is pressure-resistant and enclosed in a cooling jacket 38. The gas leaving the reactor through the expansion valve 36 is collected in an expansion vessel 41. Deuterium not yet fused is separated from helium and other gases eg with a single deuterium permeable wall (ref. The Chemical Elements and Their Compounds - by N. V. Sidgwick, Vol.
II, (1950) Oxford At The Clarendon Press, p. 1556-1557).
The fused electrode may be coated on the side of the coolant with lithium (lithium jacket) which, as in the prior art laser fusion (inertial fusion), acts as a neutron trap whereby lithium is converted into tritium by a known nuclear reaction which is fused with deuterium can be used.
Electrostatic humidification mentioned in connection with Fig. 2 is described in Swiss Patent No. 475584.
Wetting and, by analogy, orbital enlargement of electrostatically adsorbed ions, eg D +, requires work derived from the electrostatic field present on the electrode.