CN103501889A - 通过在SiO2和FeTiO3颗粒与磁波之间产生电磁相互作用获得硅和钛的方法 - Google Patents

Abstract

本发明能够用于硅和钛的工业生产。在从SiO₂和FeTiO₃颗粒获得硅和钛的方法中，在上述颗粒和磁波之间产生电磁相互作用。为此目的，在具有10⁵-10¹²Hz的谐振频率下的多模式调制的RLC电路中的参数谐振，和进一步具有在电子-离子电流回路或具有旋转磁和电波的磁、电和惯性约束的10¹-10⁶Hz角频率的粒子涡旋的闭合容积中的具有圆形或椭圆形极化的行进磁和电波中SiO₂和FeTiO₃粒子的电感相互作用的交叉场中，激发能量。本发明使提高用于生产硅和钛的装置的生产率和简化其设计成为可能。

Description

通过在SiO2和FeTiO3颗粒与磁波之间产生电磁相互作用获得硅和钛的方法

1.技术领域

本发明涉及一种产生用于干燥形式的含硅和钛和其它矿物的原材料的元素提取和工业处理，铁矿球团、灰分废物和其它原材料的金属化的微波(MW)电磁(EM)相互作用的方法。

2.背景技术

考虑产生用于工业应用的微波磁和电的波和场的建议方法的宽范围，我们将证明由于在电磁场和波中的MW氧化还原反应生产硅和二氧化钛的方法是通用的。我们将使用接近于所述发明的已知方法。基于大量实验数据，我们对电、磁和具有带电粒子的电磁场的相互作用的共振性质做出基本结论。时间上稳定的带电粒子簇约束在无限方向上的成功在于对场与带电粒子之间的相互作用以及它们之间的能量交换的共振条件的研究[1]。我们将研究固态和气态介质中的共振能量交换。

相互作用具有共振力学，但不同于其他作者，我们认为不必设置对确定类型和频率的共振模式的相互作用。我们的装置的辐射属性基本不同于磁电管或速调管型MW产生器的辐射属性，所述MW产生器的辐射然后通过消逝波导发射至呈现具有携带模式类型(TE、TEM)的MW范围的闭合容积谐振腔的反应MW室。对于我们来说，不存在波导和闭合容积谐振腔。在所处理的样品本身中即时产生辐射，该频率范围对应于样品材料的谐振频率。所述容积谐振腔是开放型(不存在管段)，因为能量压缩进入质量中心和围绕“旋转电流回路-等离子粒团”的旋转磁场屏蔽为没有限制等离子体的特殊室结构的装置提供稳定运转。

在流化床反应器中，加入氢气和氯气，通过化学汽相沉积(CVD)从含硅气体生产硅是已知方法，所谓的氯硅烷技术。该方法被西门子精心设计并在半导体硅生产工业中实施。

典型工艺和装置公开在西门子方法中，其中通过如美国专利号3,286,685中描述的电阻式加热法，硅通过氢还原来自硅烷(二氯硅烷、三氯硅烷或它们的混合物)中的一种沉积在硅棒上，和如美国专利号4,148,814和4,150,168中描述的Komatsu方法，其中硅通过热分解硅烷而沉积。

在美国专利号4,148,814(也参见美国专利号4,900,411)中，通过电阻加热将硅棒加热至约1000-1200℃，而在美国专利号4,150,168中，将硅棒加热至约800℃的热分解温度。两种工艺的反应器均具有相同类型的石英或不锈钢钟状罩，反应器壁通过冷却剂(水或空气)冷却至300℃以下，以使硅不沉积在内壁上，但其缺点在于，由于分批法使用提供小的沉积用表面积的硅棒，所以多晶硅沉积速率低，而单位能量消耗高。

为了降低这些缺点的影响，已提出流化床工艺以提供在流化床中，其中来自含硅气体的硅沉积在硅颗粒上，同时通过含硅气体和载气流化具有大沉积面积的硅颗粒。

然而，如上所述的流化床工艺通常采用“外部加热法”，其中反应器的温度高于加热材料的温度，这导致壁沉积。该加热法导致大量热从体系损耗至环境，以及由于CVD需要的热供应的限制，使得很难建造大直径的反应器。硅烷的热CVD分解引起在反应器内壁上的硅沉积，由此不仅减少反应器内体积，而且热传导变得更难操作。此外，在石英反应器的情况下，由于石英反应器和沉积硅之间不同的热膨胀系数，在冷却所述反应器时，石英反应器可能开裂。对于工业应用，石英管是不合格的。

作为降低上述缺点影响的方法，提出在该体系中安装内加热代替外加热。然而，在使用内加热器的过程中，硅沉积在所述加热器表面上，这使得不可能长时间使用该方法。还存在与插入反应器中的多晶硅电阻加热器的维护和更换有关的问题。由于与硅颗粒直接接触，所述加热器本身引起产生良好流化的一些问题并加入杂质，以及它占用反应器的一部分容积，这降低所述方法的效率。

已知目前用于生产纯多晶硅的流化床反应器的各种结构彼此大体上几乎没有区别。在那里，硅和含硅气体(四氯化硅、甲硅烷、氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷)或其液化状态的混合物从喷嘴供应至反应器底部。通过从设置在旁边的孔式喷嘴的压力下吹出的氢气形成流化床。在穿过含硅液化气体时，氢气将其破碎成液滴或细分散的悬浮体。将所述悬浮体在沿圆柱形反应器轴线占据一定高度的加热区中加热，并提升至位于加热区上面的反应区。在反应区中，根据吸热反应分解含硅气体：

SiO₂+2Cl₂↑+2H₂↑＝SiCl₄+2H₂O↑-Q

SiCl₄+2H₂↑＝Si+4HCl↑-Q

根据这些反应，可以通过我们提出的方法生产硅。生产的游离原子硅在冷却的表面上沉积，形成多或单硅的结晶相。硅的沉积非选择性地发生，即在任何冷却的表面上。为了生产半导体或满足确定的太阳能质量(RU 2,340,551C2)的纯的多或单晶硅，使用多硅晶种作为沉积表面(RU2,340,551C2；Jorg Knipping et al./High PuritySilicon Nanoparticles/J.Nanosci.Nanotech.(2004)Vol.4，No8：1039-1044)，其直径增加-使积聚沉积硅生长。从流化床沉积巨大的颗粒，并收集在用于定期移去已完成产品的收集器中。

在西门子反应器和一些其它反应器中(RU 2,334,677C1)，如专利RU 2,334,677C1、RU 2,342,320C2、RU2,342,320中，晶种颗粒不供应至反应器，含硅气体分解过程中硅的沉积发生在高纯度多或单硅棒或电极上。这种反应器的缺点是其操作的非连续性：将硅棒或电极换成新的必须停止工艺。并且存在新出现的困难：杂质从沉积硅的反应器壁和棒或电极表面进入已完成的产品。为了解决这些问题，在很多情况下在惰性气体(氩气)气氛中进行沉积反应(JorgKnipping等)。

在一些情况下，需要生产在成品(US专利号7,029,632B1)中没有附聚物的窄粒径分布的硅颗粒(Jorg Knipping等；美国专利号7,029,632B1；RU 2,340,551C2)。沉积速度、均匀性、粒径分布函数的形式和附聚物形成百分比与流化床加热的均匀性有关，这由加热源的设计、物理性质和作用原理决定(Jorg Knipping等)。在用于纯硅生产的流化床反应器中使用的两种主要加热源类型是已知的：1.使用电阻对流加热的那些；和2.使用确定范围的辐射(该划分有点相对，因为一直存在热传递-热传导、对流和辐射三种类型)。

使用辐射加热的用于硅的流化床反应器可根据辐射类型(热范围、MW和具有激光源的光范围)分为三类。在那里，确定范围内的EM波能量，渗入反应器内部，在不与含硅气体和成品直接接触的情况下进入加热区和反应区，通过其吸收加热流化床。在美国专利号5,810,934中，提出根据含硅气体吸收光谱的频率分布通过EM能量束的聚焦供给反应所需能量。为了该目的，提出建立具有调谐激光器频率的激光源以确定含硅气体的组成。例如，1,064mc波长的钕-钇-铝-石榴石Nd:YAG-激光或10,6mc波长的CO₂-激光可成功用于三氯硅烷反应器，但后者不能用于硅烷反应器。这种反应器将是昂贵的，并且因为要求在反应混合物的变化过程中频繁微调，所以其运转不稳定。

用于纯多晶硅生产的微波流化床反应器的各种设计在下述专利中描述：美国专利号4,900,411、4,930,442、5,597,623、5,382,412等。如作者(美国专利号2008/0272144A1；5,023,056；6,365,885B1；RU 2007/104587A1；Rustum Roy等/Definite experimental evidencefor MW Effects/Mat Res Innovat(2002)6：128-140)所提及，MW加热的优点不仅在于气体与产品之间没有直接接触，而且还在于MW辐射与物质的相互作用的高效。

例如佳能(日本)使用用MW加热的反应器生产用于光设备生产的薄宝石质量的涂层(美国专利号5,597,623)。但是，所有的MW源均具有约60％的效率，并且其不适于工业用途。

在来自Korea Research Institute of Chemical Technology的Yoon Poong等人的专利中描述的用MW加热的流化床反应器的设计中，作了通过同时使用两个磁电管克服MW场的不均匀性的尝试，其提出的结构是垂直的(美国专利号4,786,477；4,900,411)。由作者组(Hee Y.Kim等)提出的在按比例放大过程中需要MW功率的问题仍然未解决(美国专利号5,374,413；5,382,412)。

用MW加热的反应器具有一些妨碍它们在工业中广泛使用的缺点：低功率的源-磁电管；加热的不均匀性，形成热/冷点，当处于闭合谐振腔的容积中时，反应器中的电磁场分布中相应的波腹/波节，导致沉积粒子附聚物形成；需要使用非结构功能性(脆性，含有杂质)的MW透明材料如石英玻璃作为反应器壁。

已提出用热辐射源作为加热器的流化床反应器(美国专利号7,029,632B1)，所述流化床反应器制成圆柱体形状，具有更均匀的加热，而且在壁上不存在沉积和附聚物。但是如此加热的效率不高(壁和整个装置的能量损耗)。

专利(美国专利号6,365,885B1、2008/0272114A1)的作者指出MW加热效率与辐射材料样品的介电性和磁性的关系。他们提出对不同的样品分别使用MW电磁场的电或磁分量，并且在其装置设计中实施。他们的数据与我们的一致：电介质更积极地与电场相互作用，这导致其极化，并进一步离子化和受热；导体(特别是铁氧体)在磁场中积极受热。

为了避免这些缺点，一些作者提出结合几个加热物理机制：对流电阻加热与MW辐射的混合(美国专利号5,023,056)，以及在MW放电等离子体中生产纯的多晶硅或无定形硅(Yuri Bakanov等/Proposal for Obtaining silicon polycrystalline in plasma of the MWdischarge/2/2006，网络出版物；RU 2,329,196C1；RU 2007/104,587A；美国专利号4,532,199；4,998,503；5,521,360；6,888,094等)。基于等离子体-MW技术的反应器的设计是试验性的，处于精心制作阶段。

3.现有技术专利

(根据特征-等离子体、MW加热设置)

我们的方法及其实施结构体是独特的并且实际上不存在它们的类似物。

在2003年11月19日的专利RU 2 340 551(EP 2004/012889，DE10353996.4)中，提出一种在有/没有掺杂材料的氢气介质和惰性气体(氩气)中，在10-1100mbar的额外压力下，在900-2500MHz(优选915MHz)范围内的MW等离子体辐射中，由硅烷(或含硅气体的混合物)生产半导体质量的硅粉纳米晶体的方法。根据三个不同特征，该方法可被认为是本发明的现有技术：

1.在生成的等离子体介质中形成硅的沉积

2.来自二氧化硅粉末

3.在氢气介质中。

在所提出的方法中，在惰性气体介质(特别是氩气)中，在宽、特别是MW范围内的电磁波中共振产生的电子-离子流回路中，通过硅的沉积由含硅粉末生产纯的多晶硅。但是本发明的辐射产生器不是磁电管，磁电管是MW场不均匀加热、在壁上生成附聚物和沉积以及相对低效率的原因。电磁波由具有电流谐振泵浦进入RLC电路的行进电磁场中的含硅气体粒子产生，这是类似物中没有的。对于FeTiO₃也是类似的。

本发明的另一个类似物例如可以是炬稳定性增加的MW等离子体发生器的喷嘴(2004年7月7日的RU 2007 104 587A(美国专利号10/885,237))，其中MW炬设置在与气体通道连接的石英管-谐振腔内。在所述第二类似物中，提供用于形成气体供应管内的场的传导棒电极，所述传导棒电极同时是MW谐振腔。但是如RU 2340 551中和RU 2007 104 587A中的MW源是磁电管，而在本发明中没有磁电管。为了克服磁电管加热等离子体生成体系的不均匀性，RU 2007 104 587A中含有用于本身呈现滑动式短路的MW谐振腔中MW相位控制的相位旋转器。其是无法在大功率下运转的复杂机制。RU 2007 104 587 A中的等离子体生成体系还含有用于MW辐射与进气相互作用的由沿气体供应管的几对磁铁组成的体系，所述体系效率低、不可靠并且低效(60％)。

二氧化钛的等离子体还原的类似物可以是2009年4月30日的美国发明专利号2009/0107290A1《Plasma-based reduction oftitanium》。该发明公开了使用非热等离子体由钛和其它金属氧化物得到金属的方法。非热等离子体和氩气以及氢气或一些其它气体一起使用。

钛铁矿或金红石通常用于钛生产，通过Kroll法的配合物化学转化，通过矿石的氯化产生四氯化钛，将矿石转化成多孔材料。金红石和钛铁矿是二氧化钛(TiO₂等)。以CO₂或CO形式除去氧，获得无色液体TiCl₄。然后将液体通过连续蒸馏纯化在分馏物上。所述纯化产物与镁或钠(它们中之一)在惰性气氛中反应直到产生金属海绵钛，在很高温度和热消耗下在熔化电极真空电弧炉中熔化之前，压碎和模压所述金属海绵钛。几吨重的熔融铸锭在真空炉中冷却。该标准Kroll法很大程度上是金属钛高成本的原因。

实验性研究(美国专利号2009/0107290A1)表明氩气-氢气等离子体激发的微波可在相当短时间内在相对低温下将二氧化钛还原成次氧化物和金属钛。氩气-氢气等离子体的MW激发认为可使用MW产生器。如众所周知，它们的效率约为50-60％，其不是经济有效的。此外，考虑到经处理的钛铁矿的大容积，现有MW产生器的功率用于工业应用是不够的。氩气-氢气等离子体使得在包括钛铁矿和二氧化钛的不同化合物的其它矿物中使用氧化还原反应成为可能。

与等离子体一起使用的还原性气体的种类(氩气-氢气、CO、甲烷和它们的混合物)是传统的且得到充分研究的。它们在经济上具有比固体还原剂如焦炭、褐煤、石墨等小的吸引力。此外，在氢气站的设立上需要高生产率的设备。对于钛白制造商来说，TiO₂生产后也没有分离铁、它的氧化物和钛，因而要求相当大的用于改性钛铁矿分离工艺的费用。在氩气-氢气等离子体中处理后的铁和钛处于弱束缚态，并且不能用磁性分离。

在本发明中，使用含有物质——石墨、褐煤、焦炭的固体碳作为还原剂。装置包含用于生产氧化还原转换用CO的CO产生器。在第一级联MVD辐射中极化和加热所述工作混合物，然后在第二级联中在谐振体系下加热至900℃。将原料以含有氧化剂的混合物形式加入反应器，缓慢地以料流形式穿过反应器的谐振区域。Fe₂O₃→Fe₃O₄的氧化还原转化和相变在电流回路的运行磁场中谐振地进行，这是类似物中没有的。在那里没有共振相互作用，这允许研磨和进行低电能消耗的相变。

在要求保护的方法中，没有磁电管，处于运行磁场中的受热物质本身(批次(butch)混合物)的电离原子和分子作为谐振辐射宽(特别是MW)范围的MW产生器。电子和离子的电流回路中的运行场(磁性的)产生电离，并且电流回路的闭合容积中高功率MW场的顺序产生效率约为96％，相比之下，类似物的效率约为50％。在辐射批次(原料)中立即形成的电子-离子电流回路、运行磁场和电流回路在其它技术中是不存在的，具有约50％的低效率。

在参数和磁共振体系中的电势静电场中产生的磁、电旋转波与带电粒子束的相互作用用于获得运行磁场中的磁抽运和能量约束。使用带电粒子束的具有磁惯性约束的电磁波的共振放大作为磁能泵浦机制，这在所有观察到的类似物中均不存在。术语“磁惯性约束”表示磁能与原料粒子或微和宏粒子的磁压缩和惯性旋转的物理机制。术语“约束”、“压缩”、“积累”是相对的，用于描述在具有粒子、磁和电波以及它们的组合的频率和相变的螺旋向中心的能量旋转的闭合机制。“EM-带电粒子束”体系中自相一致(self-consistent)的谐振状态被认为是“磁V偶极子”(MVD)的稳定状态。一系列我们的实验证实了这种状态。

我们的工作致力于研究静电场中“磁波-带电粒子束”自相一致谐振状态。例如我们的专利UZ IAP 03701“A method of nuclearenergy production”[1]，获得了磁能的连续约束。该发明是本发明的类似物。在该发明[1]中，给出了核能产生的理论和实践实质的描述。根据该发明的描述，很明显，获得核能的方法能够用于矿物的晶格水平上的分子转化，所述矿物是SiO₂、FeTiO₃及其它。

在本发明中，我们将研究涉及与分子水平的原料粒子一起的能量转化的电-物理、电、磁转化的复合。本发明以磁波和物质的磁和电转化的全新质量、新可实施体系的方式继续之前的工作。我们意图在工业上实施它们。

在振荡器-旋转模式中的单个磁-惯性体系中统一能量转化。旋转振荡器具有两个由边界相对分开的惯性坐标系。通过不同的方程描述电磁场转换的机制。在经典电动力学场概念(麦克斯韦、亥姆霍兹、汉密尔顿-雅可比方程、洛伦兹变换)的基础上得出我们的结论，因而允许动态实现波-粒子相互作用的效应。在MVD中建立的电和磁能的限定关系(相位角

)下，可使带电粒子簇的磁抽运和约束不受时间限制。在这种情况下的粒子簇处于根据经验得到的关系式：mc²～CU²～nhν的稳定的振荡器-旋转移动状态中。该关系式结合体系的量子波和电参数：粒子能量E＝mc²，振荡电路中的能量E＝CU²/2和谐振体系中激发的电磁波能量E＝nhν。

4.发明概述

在本发明中，提供在含有硅、钛、金、稀土元素的原料和铁矿球团以及其它干燥松散固体中产生磁波MVD的EM相互作用的磁能泵浦方法：

1.在EM MW场中初步净化、干燥和原料准备，获得细分散体粉末；

2.在第一处理阶段中，在氢气和氩气或固体还原剂：石墨、焦炭、褐煤等介质中，在高压(1-100KV型)的电磁场中，加热、极化和离子化原材料；

3.在中压(1-0.3kV型)的电场中，在氢气和氩气(或石墨、焦炭、褐煤等)介质中，在电离粒子簇的运行磁场中产生电子-离子电流回路；

4.形成Fe₂O₃→Fe₃O₄型相变，破坏氧化物(硅、二氧化钛、钛铁矿)的晶体结构、氧化和还原；

5.在第二处理阶段中，在低压和强电流(高达0.1kV型)的MW范围磁场中，通过丙烷、固体反应物、氩气介质中的氢气或它们的混合物，在原料物质的电离状态下进行氧化还原转化—硅、钛、铁等的还原；

6.凝固和形成多晶硅、金属钛和铁的粒子或铸锭。

在每阶段均具有明确任务的几个阶段中进行所述处理：极化、加热、离子化、Fe₂O₃→Fe₃O₄型相变、氧化还原反应、硅和钛氧化物的凝固和其它操作，这些是类似物中没有的。

5.旋转能量振荡器的模型

如果以电E和磁H场的同步有效持久强度实现电子-离子簇移动，所述电E和磁H场垂直于非相对论性簇移动的起始方向，当电场强度E比磁场强度H小得多时，则粒子轨道可呈现为垂直于具有恒定(漂移)速度υ_d＝c E/H的交叉场方向上的两个移动量。在垂直于磁场的装置中，电子-离子簇沿回旋频率和半径R＝(υ₀＝cE/H)/ω的圆周旋转，其中υ₀是电子-离子簇的初速度。半径可恒定限制为常数E，而H和ω不断增加，我们将证明如何实现簇的磁抽运和磁-惯性约束。

让我们假定MVD中的能量转换根据下述模型发生。能量沿着我们命名为旋转振荡器的自相一致状态的时空闭合轨迹移动。旋转振荡器具有两个惯性坐标系—外部(⁺)和内部(^-)，这两个惯性坐标系通过圆周(o)形状的边界隔开(图1)。根据相对论，在两个独立的惯性坐标系中发生的两个独立事件可认为是在某个统一最初两个独立的惯性坐标系的一些第三惯性坐标系中的一个事件。然后，在第三惯性坐标系中发生的事件A0是在第一和第二惯性坐标系中的第一事件⁺A和第二事件^-A之间的连接。通过该第三事件A₀(图2)连接⁺Aи^-A实施之间，例如以通过A₀的⁺A与^-A之间的能量交换形式。让我们介绍直角三角形的直角边(catheti)上的⁺A和^-A。在这种情况下，它们彼此之间没有投影，即它们在独立的惯性坐标系中。事件A₀位于三角形的斜边上，并且在⁺A和^-A上具有投影，即A₀与⁺A和^-A连接。然后，如图2所示，两个惯性坐标系中的两个事件⁺A+^-A＝A₀均匀连接：⁺β²+^-β²＝1；

其中A₀、⁺A、^-A是参考惯性坐标系(或事件)，其中相对离心膨胀(relativecentrifugal expansion)

相对向心压缩(relativecentrip etal compression)(向心力)

惯性坐标系中能量移动矢量⁺A和^-A(图1、2)的方向互相垂直。

在图1上，显示旋转能量振荡器的模型，其中：

W₀—振荡器的旋转能量；

⁺W—矢量W₀在外部惯性坐标系中的投影；

—离心膨胀的相位角；外部惯性坐标系；来自质心(masscenter)的能量移动；

^-W—矢量W₀在内部惯性坐标系中的投影；

—向心压缩(向心力)的角；内部惯性坐标系；向质心的能量移动；

⁺A(⁺r，⁺t)—外部惯性坐标系；

^-A(^-r，^-t)—内部惯性坐标系；

A₀(r₀，t₀)—旋转振荡器的惯性坐标系的计算边界；

—惯性坐标系中的力；

t—惯性坐标系中的时间；

r—惯性坐标系中的坐标(x，y，z)。

在从惯性坐标系(图1)的观察中，可见旋转能量^-W形式的外部惯性坐标系在内部惯性坐标系的投影。角度为

的从0到-∞的向心能量压缩(^-W)导致电流回路围绕重心旋转的现象或围绕与平面内电流回路同时旋转的电极在平面内旋转，所述旋转相对围绕电极的平面定向为90度的角度。

^-W内部能量矢量的方向处于闭合状态。在外部惯性坐标系中，^-W有条件地具有极性N-S。内部能量^-W随着频率增加从边界A₀到轴N-S旋转，W₀(ω₁(ω₂(ω₃(…))))。在外部惯性坐标系中，我们看见，从0到+∞的角度为的外部能量⁺W的离心膨胀。外部能量⁺W随着频率降低从边界A₀→+∞旋转。

⁺m，^-m，m₀—外部、内部惯性坐标系中的质量和边界上的质量；

⁺V，^-V，c—外部、内部惯性坐标系的速度、光速；

⁺q，^-q，q₀—外部、内部惯性坐标系中的电荷和边界上的电荷；

⁺E，^-E，E₀—外部、内部惯性坐标系中的电场强度和边界上的电场强度；

⁺ω，^-ω，ω₀—外部、内部惯性坐标系中的旋转能量的频率和边界上的旋转能量的频率；

⁺W＝W₃—电场的外部能量；

^-W＝W_M—磁场的内部能量；

—外部电场强度；

—内部磁场强度。

表1.能量体系中电磁场机制的不同方程式

6.理论模型

让我们研究由同轴圆柱壳形成的双间隙谐振腔，其轴线与OX轴线重合(图3)[26-28]。在壳之间的G区域中，施加300kV电压的静电场。在G区域中，我们使粒子簇在交叉的磁和电场中移动。

由阴极-4发射的带电粒子束穿过系统。束和场之间的相互作用位于设备的入口AB和出口CD区域附近。BC区域是漂移区域，其中束不受外场的影响。如果电子束解释为RL支路的无限序列，它们中的每一个具有邻接面积电容形成相继的RLC支路(C-等效电容，其包含C₁电容和束与A和B孔的边界之间的电容)，则我们得出关于在闭合的振荡电路RLC中C₁电容中预储存的能量散逸的问题。作为整体的体系是具有分配(分布)参数的体系。其中将束单元封闭在它们的范围内的工作区AB和CD是具有集总常数的电路。在这种情况下，在这些单元中激发的电流可认为是位于这些单元上的作为电流源的整体束。在这里我们使用在OX轴线上分组的电子簇(束)的直接振荡移动的方案。如果电子集束形成OX上的点并排除来自方案的漂移管，以保持阳极作为谐振腔中心处的点(图4)，则电子振荡移动的方案被转变为振动旋转方案。在实验中，使用两个方案—振动和振动旋转移动。箭头显示具有多模式调制的RLC电路中的闭合电流J_H的方向。

在谐振线中，位于馈电电压U下的阳极和阴极之间的容积中的粒子簇，激发0＜ν＜eU/h频率范围内的电磁波，其中h是普朗克常数，U≤U_{阳极-阴极}。通过高频振荡的低频振荡调制在参数和磁共振条件下在谐振频率ν上发生。当通过跃变(leap)(根据周期T_n＝nT₀/2或频率ω_n＝ω₀/2n的任何周期性规律分组，其中n为整数值，T₀为电路固有振动的周期)改变R和L时，振荡激发是可能的。当泵浦的频率等于体系中将W_E转换成W_M的频率时，其中W_E、W_M相应是电场和磁场能量，在n＝1时，发生最有效的振动。

在能量转变的磁波机制中，电子-离子簇可具有

的相位角，如果使用电子和离子，则这是可能的。在磁波的运行磁场中运转由不同极性的粒子组成的电流回路，这是我们将在本领域的MVD实验中显示的内容。

作为理论模型，让我们研究图3中示出的二维体系。这种体系中的场具有分量E_x、E_y、H_z。在AB间隙中已施加静电场

并且在CD间隙中已施加与

反向的静电场

[26，27]。场

加速电子进入第一间隙，而场减速驱动电子进入第二间隙。在系统中x＝0的平面内已经导致电子簇产生电流脉冲持续时间τ。通过场

加速的电子到达漂移空间BC，在所述出口通过场开始减速，例如在D点纵向电子速率变为零，并且通过场

的作用，它们接近加速移动进入反向。如果在x＝0处电子速率υ(x)＝0，则

并且从左边到右边和从右边到左边的电子移动是对称的，相差只有1/2周期相位漂移。让我们假定讨论中的电子移动是一维的。将相互作用描述为麦克斯韦方程的自相一致体系：

$\left\{\begin{array}{c}\mathrm{div}\stackrel{\→}{E}=4\mathrm{\π\ρ},\\ \mathrm{div}\stackrel{\→}{H}=0,\\ \mathrm{rot}\stackrel{\→}{E}=-\∂\stackrel{\→}{H}/\∂t,\\ \mathrm{rot}\stackrel{\→}{H}=\stackrel{\→}{j}+\frac{1}{4\mathrm{\π}}\∂\stackrel{\→}{E}/\∂t\end{array}\right.---\left(1\right)$

和在平面电磁波场中的带电粒子沿轴线x移动的相对论性方程：

$\frac{d}{\mathrm{dt}}\frac{\mathrm{\υ}}{\sqrt{1-{\mathrm{\υ}}^2/c^2}}=\mathrm{\η}{E}_x---\left(2\right)$

其中ρ为电荷密度，

为电流密度，η＝e/m为电子电荷与其质量之比，其可作为增加，作为降低。我们通过假定预置电流的近似值的迭代法求解体系(1)、(2)的答案。

作为初始零值的近似值，让我们在给定的不考虑空间电荷的静电场中接受电流I。让我们同样忽略与电流脉冲边界的存在有关的不均匀性效应，并且我们假设该电流直接进入每个横截面(x＝常数)。在这些命题中，我们具有

$I=2I_0\underset{n=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}\frac{\sin (2n+1)\mathrm{\π\τ}/T}{(2n+1)\mathrm{\π}}\exp \{-2\mathrm{i\π}\frac{2n+1}{T}[t\left(x\right)-t+\frac{\mathrm{\τ}}{2}\left]\right\}\≡\underset{n=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{I}_n\left(x\right)\exp \left(2\mathrm{i\π}\frac{2n+1}{T}t\right),---\left(3\right)$

其中T＝4t(B)+2t_BC； $t\left(x\right)={[{\left(\frac{x}{c}\right)}^2+\frac{x}{2\mathrm{\η}{E}_0}]}^{1/2};$ $t_{\mathrm{BC}}=\frac{C-B}{\mathrm{\υ}\left(B\right)};$

对于下一个近似值，首先我们发现通过该电流诱导的场。我们通过t寻求傅里叶级数形式的诱导场：

$E_x=\underset{n=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{E}_{x_n}\left(x\right)\exp [2\mathrm{i\π}(2n+1)t/T]---\left(5\right)$

且对于E_y和H_z分量是类似的。

对于谐波

我们具有静止的麦克斯韦方程，根据其通过常规方法，我们得到分量E_x的亥姆霍兹方程：

${\mathrm{\ΔE}}_{x_n}=k^2{E}_{x_n}=\mathrm{i\ω}{I}_n\left(x\right)-\frac{1}{{\mathrm{i\ω}}_n}\frac{{\∂}^2{I}_n\left(x\right)}{{\∂x}^2},---\left(6\right)$

其中， ${\mathrm{\ω}}_n=2\mathrm{\π}\frac{2n+1}{T}..$

为了确定

或我们可使用广义投影法(JPM)[29，30]。

算出

我们根据(5)确定全磁场E_x(x，y，t)，并将它们代入如下的运动方程中：

$\frac{d}{\mathrm{dt}}\frac{\mathrm{\υ}}{\sqrt{1-{\mathrm{\υ}}^2/c^2}}=\mathrm{\η}(E_0+E_x)---\left(7\right)$

方程式(7)需要根据数字例如通过离散化法求解。方程式(7)是reo-非线性的(reo-nonlinear)，其可描述涡漩场中夹住的簇的非线性参数共振。

求解方程式(7)后，我们算出新的电流周期T₁和新的全电流I₁(x，t)，其根据电荷守恒方程式I₀dt₀＝I₁dt₁或者连续方程式

确定，允许在已知的υ算出ρ₁。然后将所确定的全电流表示为类时类型(3)的傅里叶级数形式，但具有周期T₁，然后将其谐波代入方程式(6)中，等等。必须注意，由于用于亥姆霍兹方程的格林函数的修匀性质，每次迭代方程(6)的解将修匀(smooth)所述正确部分，降低高谐波的作用和增加基础谐波的作用。

实验结果表明在方程式求解中使用JPM[29，30]，可有效地证明在每次迭代中几十个场谐波，即发现具有高精度的场。从第一次迭代开始，因为加速场取决于坐标y，所以电流总是取决于坐标y，但是运动方程式仍然是一维的。电流增加可通过电子在AB间隙中的加速和CD间隙中的减速来解释，其中电流转变成电子约束的磁场。因此我们得出结论：在涡漩振荡电子簇中，观察到电流增加和具有积累的磁抽运，以及转换成本领域中声称的磁-电-惯性约束。“磁”表示电流和磁场，“电”表示在4π容积中施加静电场，惯性旋转表示粒子围绕质心的旋转，这是类似物中没有的。

7.电流产生器的设计、实验研究

从设计的观点看，产生器RO-2(相对论性的正交场管-2(orthotron-2))呈现由管剖面形状不锈无磁钢2h18N10T制成的真空容积。从右侧和左侧安装爆炸式阴极。组装后，所述容积中获得2×10^-5托的真空度。产生器的视图显示在图5中(照片)。所述产生器框架的主要部件是直径为150mm和长度为270mm的喷嘴。长度为110mm的相同直径的两个喷嘴通过“konflat”型凸缘真空密封连接至其端部。RO-2的长度约为490mm≈λ。

RO-2的参数测量的电路图显示在图6中。RO-2漂移管上的高电压通过两个通透式绝缘体之一从具有参数U₀＝300kV、I≥1kA、t_脉冲＝20ns、f＝1Hz的纳秒脉冲PVG-300产生器提供。PVG-300的电路图和PVG的脉冲参数的测量显示在图7中。

根据传统的Arkadiev-Marx方案制造脉冲电压(PVG-300)产生器。其包含基于电容器(U₀＝10kV；C＝3300pF)的15级。每级含有2个连贯连接的电容器。所以，一级电容为C＝1650pF。PVG的“崩溃电容”C_崩溃＝110pF。一个脉冲的累积能量为P＝5J。脉冲长度t_脉冲＝20ns下的计算电流I＝1.6kA。为了在PVG以频率模式运转时降低充电和放电电阻器中的热量损耗，将它们制成电感器。

PVG在由不锈钢制成的直径

为约550mm和高度h为400mm的圆柱形箱中组装(图5)。在箱中，产生约5atm的冗余压力。使用工业氮气作为绝缘气体。第一控制放电器PVG-R的充电电压和触发脉冲的高压引线位于下凸缘上(图7)。此外，存在具有输出电压分压器的接插件输出端。在相对的凸缘上，存在调节的切割放电器Rx(图7)，在PVG容积以及气体进入和释放体系中存在压力测量用压力计(照片图5)。位于PVG框架侧上的通过通透绝缘体的PVG高压提供至RO-2体系的漂移管。所述PVG设计参见图5照片。从脉冲变压器(PT)向RO-2体系供给高压微秒脉冲。脉冲变压器产生具有下述参数的电压脉冲：U＝120kV；t_脉冲＝10mcs；f＝50Hz。

将PT放置在具有通透绝缘体的铁箱中，使用变压器油作为绝缘体。PT的核心由宽度为0.08mm的电工钢制成，其本身呈现为340×260mm²尺寸的长方形，其中内部窗口为260×180mm²。所述核心横截面是8×8cm²。PT的初级线圈由16匝组成，次级线圈由160匝组成。将PT固定在介电支承体上的箱内部，所述介电支承体悬挂至PT箱的介电盖。

PVG-300和PT的定时启动的控制通过触发脉冲产生器(IPG)来进行。PVG-300和PT的定时启动可相对彼此移动。在我们的实验中，在PT的高压脉冲前沿启动PVG-300。

由低感应电阻器制成的分压器(VD)用于高电压脉冲测量。使用分配系数n＝1333的VD(图7)来测量来自PVG的脉冲。n＝10 000的VD用于测量PT脉冲。

使用特别设计的磁-感应传感器(罗戈夫斯基线圈)来测量所述系统中电子束流。在截面S＝1cm²和半径R＝5cm的介电环上，从导体卷绕罗戈夫斯基线圈(图6)。根据下述条件限定线圈的匝数：L/R≥10t_脉冲，其中L为罗戈夫斯基线圈的电感器；R为罗戈夫斯基线圈的有效电阻(通过电阻器和电容电桥测量)，t_脉冲为测量脉冲的持续时间。通过在罗戈夫斯基线圈轴线上的导体中的特殊产生器的放电，用实验方法测定罗戈夫斯基线圈的灵敏度，其为约0.025V/A。此外，由低电感器电阻器制成并插入RO-2体系的阴极电路中的分流器用于电子束流。

8.测量结果、讨论

在第一级测量时，必须确定PVG-300的参数。为了该目的，将PVG的输出端与PVG的接地框架连接，即形成短路模式，且将来自VD的电压脉冲供应给示波器入口。将示波图拍摄在感光胶片上(考虑到胶片分辨率高于数码相机的分辨率)。根据这些示波图，确定下述PVG参数：

其中T为脉冲振动周期；C_冲击为“冲击”电容。固有PVG电容为L≈9×10^-8Hn，而PVG波阻Z_w＝30欧姆。来自PVG出口的脉冲是单极的，其中持续时间为约40ns，假定20ns。

图8中显示了来自PVG出口VD₁的电压脉冲示波图(上图)以及PVG电路和来自罗戈夫斯基线圈的RO-2体系(中图)中的电流脉冲。所述较低的一个-高频产生器的标志f＝50MHz，整个扫描是500ns。在RO-2体系中，在漂移管-正弦曲线中，形成电压脉冲。正弦曲线的一半周期的持续时间t_脉冲＝40ns。电压示波图上的先驱负脉冲通过PT经由共轴线路(所述电缆参见图5)连接到RO-2漂移管的事实来解释，并且该脉冲(surge)表明最初发生线路充电。第一正相半波的振幅U₀≈120kV。测量罗戈夫斯基线圈的电流脉冲(图8中间的示波图)，并且在所述第一半波中，它的值I₀＝250/0.025A＝10kA。所以，可以看见，在所述处理的初始阶段，RO-2体系中的电流未超过PVG提供的极限电流值，并且测定为I_lim＝U₀/Z_B＝3·10⁵/3·10¹A＝10⁴A。在这里，U₀为PVG的输出电压。但是，必须考虑，计算的PVG电流I₀为1.6kA，其中持续时间为20ns。持续时间和脉冲振幅增加，这可通过在AB中的加速和电子在CD中的减速来解释。

在第二半波电流中，振幅持续增加到20kA，并且通过PT贡献测定，且归因于与PVG连接在一起的RO-2体系中谐振的积聚。观察到的电压和电流脉冲包线上的振荡具有更加高的频率，并且显示由RO-2体系本身产生的它们自己的频率。

PVG出口和探头的脉冲持续时间是计算出的脉冲持续时间(PVG-20ns)的两倍。所述谐振线由PVG和RO-2单元形成(图9)，谐振频率为6-10MHz。较低频率振动通过较高频率振动来调节。总的来说，所述电路图可如图10中所示的方式显示。PVG是能量源ε，其可以是脉冲、频率或直流电和电压之一。

在谐振电路图中，激发较低频率和较高频率的谐振。在RO-2中激发较高的频率。在较低和较高的频率下的振荡激发在电流回路中闭合，其在RO-2中沿OX轴在赤道平面(振荡器振动)方向(图3)。在电流回路中，包括电子和磁波。可假定交叉场中的粒子和波本身呈现能量转换的集成电磁机制。所述转换可具有相位角

根据坡印廷矢量的能量移动改变方向。在我们的情况下，

坡印廷矢量方向没有改变。如果PVG电流振幅为I_m＝2kA，U_m＝300kV，τ＝40nc(图10)，则根据欧姆定律

$U_m=I_m\sqrt{R_{\mathrm{eff}}^2+{({\mathrm{\ωL}}_{\mathrm{eff}}-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_{\mathrm{eff}}})}^2}.---\left(8\right)$

让我们考虑，R_eff→0，则

$U_m=I_m({\mathrm{\ωL}}_{\mathrm{eff}}-\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_{\mathrm{eff}}});---\left(9\right)$

$L_{\mathrm{eff}}=\frac{1}{\mathrm{\ω}}(\frac{U_m}{I_m}+\frac{1}{{\mathrm{\ωC}}_{\mathrm{eff}}}),,$ 其中 $\mathrm{\ω}=\frac{2\mathrm{\π}}{T},T=2\mathrm{\τ}---\left(10\right)$

$C_{\mathrm{eff}}=\frac{q}{U}=\frac{I_m\mathrm{\τ}}{U_m}=2.6\left(6\right)\×{10}^{-10}F---\left(11\right)$

将(11)代入(10)，我们得到L_eff＝2.5×10⁶Hn。电流回路的谐振频率

其接近于示波图上的测量值(图8)。在RO-2体系的谐振频率上的高频振荡的激发引起在接近于计算值6.14×10⁶Hz的低频上的谐振主谐波的振幅和持续时间的增加。与PVG的计算值-1.6kA(20ns)相比，主谐波的振幅增加：I_pe3≥20kA(40ns)。来自在间隙AB和CD中的探头7(图6)的电压脉冲的主谐波的振幅和持续时间接近于示波图(图8，中图)(PVG电路和RO-2体系中的电流)的振幅和持续时间。来自探头的脉冲记录电流循环回路中RO-2容积中的电动力学和主谐波的脉冲。探头脉冲的形状可解释为在RO-2振荡闭合体系中能量移动方向的准持久状态。RO-2体系中的磁场和电流是闭合的，可显示为具有圆偏振的磁波，其中坡印廷矢量未改变能量移动方向。在CD间隙中的电子移动瞬间的负半波中，所述电流转变成磁场。这与理论模型和之前出版的作品[26-28]是一致的，其中我们根据理论观点显示直接能量转换的参数回路中的电磁场中粒子的移动。因此，电流振幅增加，并且围绕束的磁场强度H增加。类似地在AB中，在反方向上相对移动过程中，电子束开始移动。然后所述移动方向将信号转变成相反的，但所述能量移动没有改变方向。因此，电流和磁场泵浦的状态保持从RO-2中的1.6kA(PVG)到20kA的电流振幅增长。如果假定阳极上的电子引起离子的出现，由于正离子在相同方向上维持电流回路中的电流，电流的物理图像没有变化。

在这里，我们研究在真空中电子的振子移动中电流振幅积累的方案(图3)。为了进一步增加电流增长，让我们研究磁波中的电子-离子电流。与第一选择相反，让我们研究以振子-旋转模式沿圆周旋转的电流回路(图4)。其允许以2π增加角频率下的功率。让我们在空气中用电子和离子形成电流回路，从而实质上允许功率以连续形式增加，这是类似物中没有的。

9.MVD的实验和测量

让我们描述在交叉场中空气气氛中赤道平面内MVD的形成。根据电路图(图11)制造实验测量装置。与Ro-2设备比较，MVD设备中的电流回路I₁在运行磁场和永磁铁8的场中旋转。在电压为8kV的阳极和阴极之间的静电场中形成电流回路I₁。电流回路的轨道由电子、离子和圆偏振的磁波形成。在约200Hz的角频率下，主要在行进磁场中调制的空气粒子的谐振频率下产生磁波与空气粒子之间的电磁振荡。RLC电路的计算频率可处于6-10MHz的范围内。由于没有脉冲电源，图11显示的谐振RLC电路的电路图与Ro-2电路图(图10)不同。在图11中存在8kV、2kW的直流电源1，而不是300kV的PVG。RLC电路的L_eff-3是在绝缘水冷线圈上缠绕的螺管式磁铁绕组。将RLC电路绕组放在非磁性的器室上，并且放入用无磁钢制造的容积中。在实验中使用具有不同直径

的可移动室。

绕组中的磁场由来自电流回路的电流I₁(与电流回路串联(successive connection))和来自自给电源8的直流电I₂产生(图11)。两个绕组：一个是RLC电路的L_eff-3，另一个是在反应器中心的用于MVD约束的静止场的绕组。示波图由示波器7上的数码相机读出。

在反应器4中制造所有与电流回路的电子和离子的电磁转换。静磁场、静电场和电磁场在反应器容积内的阳极和阴极之间传播。在工作过程中，组合覆盖在容积内的空气的受热的阳极和阴极是电子和离子的来源。在阳极-阴极空间的短时间连接中，根据理论模型，类似于RO-2，诱导谐振的电磁自振。在RO-2中，沿OX轴在AB、BC、CD间隙中设置电流回路。在所述电路图中，相互作用区域是阳极-阴极空间。在准时和尽快旋转中，相应于2π容积中的电流回路旋转的角频率增加带隙的数量。从阴极到阳极的电子移动，从阳极到阴极的离子移动是电流、波的轨道以及粒子的相互作用。在静电场和波场中的阴极与阳极之间加速的电子和电离粒子形成高频电流回路。在8kV的电压下0.8特斯拉的磁场中的直径为22mm的反应器中的电流回路的照片显示在图12上(通过数码相机拍摄的照片)，其中我们观察到五个“电流增长”的并联谐振轨道。电流回路中的电流和RLC电路的磁绕组产生200Hz频率的行进磁波。转动频率随着磁场强度H的增加而增加。

在图13照片上显示多模式的磁波包(magnetic wave package)，并且在离子化轨道中，我们可以看见六个平行的旋转磁场波。这可以说明它们处于谐振中。我们可以在电流回路的照片(图12)上看见平行旋转波的类似特性，其中如图13照片上在高频下观察到平行的共振激发。在RO-2设备中，在高频下观察的具有低振幅的共振激发，且在低频6-10MHz下观察到具有更高振幅的共振激发。共振激发的相同差异可通过取决于300kV的RO-2中馈电电压和8kV的MVD设备中馈电电压的

角度的不同数值来解释。通过init-2操作(调整)角度(图11)。

在示波图图14上显示电流回路的RLC电路中降低的正弦波，所述电流回路看起来像RO-2的RLC电路的正弦波。水平扫描是0.1ms/sm，垂直扫描是0.5V/sm。用R_sh＝0.3Ω进行电流振幅的测量(参见图11的电路图)。在振荡周期的正部分中，电流振幅达到1.7kA。脉冲第一前沿的斜率大约为2mcs，在振荡周期基线上的持续时间为T＝0.14ms，相应地振荡频率f_r＝7kHz。RLC电路的L_eff和C_eff相应地为18,5×10^-6Hn和26,8×10^-6F。在振荡全部持续时间下的正弦波缩小以0.5mcs重复。演变功率(Evolved power)P_ev与装载R₁的消耗功率之比为390倍(谐振能量压缩)。

正弦波脉冲的计算参数几乎与测量过程中获得的数据一致。示波图图14通过虚线描绘了在工作阶段中8kV初始静电电压的尺寸和4kV的尺寸。在约7kHz的频率下的1.75kA的电流的连续强化和约束下，用200Hz角频率下的脉冲调制连续保持G_eff 4kV。电流回路容积中的演变功率P_ev＝0.9。用损耗计算任意长时间约束MW。

所以，在理论模型中，在RO-2和MVD装置中，我们证实谐振产生，电流增强390倍和在来自约2kW电源的消耗下用0.9MW的功率任意长时间的磁-电-惯性约束。力电流(force current)和磁场可用于能量学、冶金学、矿业生产中生产和分离有用的元素、纳米粉末和其它应用[1]。

(注意：警告-如果你想要重复MVD实验，必须提供电力电路的保护！高度爆炸性！)

10.MVD的磁涡旋场的实例

主要装置-广谱的超高频率电磁场的产生器是磁性V型偶极子(MVD)，其中形成来自离子化原料和磁波的电子-离子电流回路。电磁场与物质的相互作用频率(10⁵-10¹²Hz)通过原料的谐振频率来定义。磁偶极子的旋转发生在RLC电路和原料的角频率上。磁偶极子的旋转通过运行磁场在10¹-10⁶Hz的角频率下进行。通过原料粒子和行进磁波的联合磁矩的相互感应发生向原料粒子的能量转移。

通过本发明方法的矿物晶体结构的破坏工艺基于电磁场与物质的相互作用。所述工艺是复合工艺，并包括几个现象。让我们研究它们在所述工艺中的顺序。

将原料(预先清洗并干燥)装入不锈钢制成的空管形式中的工作腔室。在所述腔室内产生二电极之间的静电场。电极(阴极)之一是同时用作腔室壁的管；另一个(阳极)是长管轴。静电场具有场强度E分布的中心对称或轴对称的配置。

静电场E与腔室容积内的材料相互作用，导致其极化和电离。因为所述材料SiO₂是介电的，所以首先在材料上用场极化并加热。第一操作是在1-100kV的高压电场中极化并加热到50-500℃。在等于电介质的击穿电压的足够电位差下发生击穿—在物质中、在类似于弧状的气体中放电。当径向场的能量最大值靠近腔室中心时，在该中心形成电子-离子电流回路作为物质电离状态的放电通道。在该环路中，存在两种类型的带电粒子：轻的是带负电荷的电子，而更重的是离子，所述离子根据它们的轨道(图12、13)可以是正的和负的。

电子和离子辐射的温度以及辐射频率相差很大：电子的温度和辐射频率高于离子的温度和辐射频率。在静电场中视觉上观察到两种相反的波腹，其中形成具有不同颜色的带相反电荷的粒子的定向通量：向阳极或正极的通量吸引带负电的粒子，具有绿-蓝-紫辉光；向阴极或负极的通量吸引带正电荷的粒子，具有橙-红辉光。所述颜色通过带电荷的电子和离子的特征谐振频率来解释：作为轻得多的粒子，电子具有包括EM光谱可见部分的更高特征频率。所述点是表示电流回路的电子-离子电流的统一的点(图12)。

电流回路可由固体粒子(电子和离子)和波组成。必须注意，在形成可见辐射之前，形成音频的辐射。

在所述方法中，形成两个相反方向的电流—电子和离子电流或带电粒子和所组成的磁波，并且它们的值可达到几个kA。在MVD区域内建立磁和电场的矢量取向状态过程中激发电流回路产生的过程。离子和电子的通量形成具有固有频率的光谱的分布参数的振荡电路，和由具有多模式调制磁波的原料粒子的频率所引起的谐振电路。在类似物中没有多模式调制和磁抽运。作为将磁能压缩在质心中的状态的从阴极到阳极的电子的定向归一化电流方向也是类似物中没有的。正离子和负电子形成不同频率范围的闭合电流回路的两个支路。由电子和原料粒子形成的电流回路的高频支路从质量中心(实验室体系)的阳极指向边界-阴极，并具有蓝-紫辉光。由正离子和原料粒子形成的电流回路的低频支路从边界指向质量中心，并具有橙-红辉光。这些观察证实了正确的调谐和MVD偶极子的形成。可在质量中心放置阴极或阳极。并且通过这种方式，相应地预期能量以角度

压缩进入质量中心或能量以角度

从质量中心膨胀(图1)，这是类似物中没有的。

围绕移动的带电粒子，用磁片包裹移动的带电粒子形成磁场。在整个过程中似乎如此，但其分别是粒子和运行场(running field)。电流回路中的磁场在一个方向中与频率调制和能量移动交替。所述行进磁场和电流回路处于EM相互作用中。

由于电磁线圈磁场和电流回路磁场的相互作用，所述电流回路以角频率旋转。由于其是由直流电供给，因而电磁线圈场是准静态的。

MVD偶极子的形成通过围绕辐射材料的粒子旋转的磁场来调节。电流形式的磁能由电力电源供给(图15)。取决于材料粒子的性质、它们的磁性和导电性，选择与材料相互作用的方案。如果其是电介质，如使用SiO₂的情况，辐射装置由两个级联组成。在第一级联中进行极化和加热；在第二级联中进行加热和使用氢气还原硅或使用固体还原剂还原钛。在第一级联中选择电源电压为1-100kV的范围内，在氢气气氛中将SiO₂加热至50-500℃，极化并送往第二级联。在第二级联中，在50-300V下，用高达几千安培的电流，在氢气气氛中(干粉)，在MVD区域共振加热至700-1200℃，直到硅或其它元素全部还原。FeTiO₃还原的方案是相同的：两个级联，其中在第一级联中极化和预热，在第二级联中加热和使用固体碳化合物作为还原剂。进行所述还原，直到生成金属铁α-Fe和TiO₂。也可以使用气体还原剂(氢气和CO)。类似的体系在类似物中是没有的。

旋转磁场显示在图16、17、18中。其是通过合并三个正弦场产生的，所述三个正弦场相对彼此成120°的角度，并移动三分之一周期的相位(120°)：在图16中，设置线圈XA、YB、ZC，产生旋转磁场；在图17中显示H_A、H_B、H_C的时间相关性；在图18中显示当场H_A、H_B、H_C等于零时，在t＝0、t＝T/3、t＝2T/3瞬间的场的矢量总和。所形成的矢量H是常数，并且用1/3的周期旋转表示1/3的圆周。在这里具有三个线圈XA、YB、ZC，相对彼此以120°的角度设置。构成三相电流的电流体系之一穿过这些线圈中的每一个。在这些线圈中形成磁场，它们的方向在图16中用箭头H_A、H_B、H_C表示。场强度具有随构成电流的正弦时间相关性。因此，线圈之间空间中的磁场是三个交替磁场的叠加，其一方面彼此成120°的角度，另一方面移动120°的相位。所形成的电场强度是在给定时间瞬间的三个构成场的矢量(几何)总和H，H＝H_A+H_B+H_C。所形成的强度H匀速地旋转，沿电子-离子电流回路输送，在交替正弦电流的一个周期内做一次旋转。如果通过电子-离子电流回路的感应足够强有力地约束行进磁场，则实现电流回路的控制和循环。电流回路由阳极和阴极之间的环轨道闭合的磁旋转波能量形成。磁波表示行进磁场，如果处于垂直于电流方向的电磁线圈的闭合磁场和电流回路的磁场中，则所述磁波使电流回路旋转。可以使用在电子-离子电流回路的电流之间形成的行进磁场，由直流电供给的电磁线圈的磁场和电流，MVD产生的这种选择显示在图19中。

电磁线圈2的绕组产生场强度为0.1-1T的永磁场。电流和磁场的方向是MVD体系形成的操作。这些体系是类似物中没有的。电子通量的方向是从电极1到电极6，离子通量的方向与电子通量的相反：从电极6到电极1。所述通量闭合在具有近似椭圆体、球体或圆盘形状的电流回路中。这里：I_离子—离子电流，I_e—电子电流，I_n—电流回路的电流，I_s—电磁线圈的电流，H_n—电流回路的磁场，H_s—电磁线圈的磁场，H_ns—电流回路的行进磁场。所形成的场H_ns与电流回路一起匀速地旋转。由于电流回路和电磁线圈的磁场之间的相互感应产生电流回路的行进磁场，根据电磁线圈绕组的供电电压的极性，所述行进磁场产生逆时针方向旋转的电流回路或顺时针方向旋转的电流回路。旋转速度与电磁线圈的磁场强度成正比。

主要的电区段-MVD电源的电路图显示在图15中。在偶极子电路外面(外部惯性坐标系)，其可相对地分为几个加速等级：1级—R₁L₁C₁，…，第n级—R_nL_nC_n。在每级中，存在负载有效电阻R、作为磁能存贮器的电感器L、和电能存贮器的电容器C。MVD是用粒子簇(材料)电感耦合的内部振荡电路(内部惯性坐标系)。在具有其RLC参数的MVD电路中产生MW振荡，所述MW振荡与产生电磁线圈恒定场的电磁线圈(图15)的感应电感L_S耦合。加速等级增加磁或电能，并设置电磁波中电和磁场之间的关系。该关系通过加速等级中的电压来设置，其中是闭合的单向电流I方向。RLC等级因而是连接的，以用大电流和其在不中断的等级中的连续积累提供MW能量形成，没有能量积累的中断。存在通过MVD从外部惯性坐标系向内部惯性坐标系的能量转移。通过改变角度

的能量移动允许磁或电能积累，并且这是发明的特征。

图8显示闭合的电流和磁场的示波图。如所见，在MVD的外电路中电流和磁场的时间增长是～1mcsec。该过程激发MVD形成。在下游时间轴上反向电流I′的衰减振荡在角频率下的每个循环中重复。在阴极表面升温时，因为在MVD容积中的电子发射增加，电路图的运转稳定了。电流I和磁场H的增加是快速的过程(能量泵浦)，而磁场约束是缓慢的过程-80微秒。泵浦能的衰减与下一个循环的开始并行发生。这些体系是类似物中没有的。MVD的存在通过在电源单元中和每个不中断积累等级的电容器中积累的静电能周期性地恢复。时间轴t和t′、电能、磁能闭合在圆周上，没有在惯性坐标系中从-∞到+∞的时序(temporal time)，并且其是新的和本发明的特征。其通过在振荡电路E＝CU2/2和波能E＝nhν的能量比下的工作体系而实现。

根据关系式E＜＜H或H＜＜E，在几个RLC振荡电路中形成MVD(图15)。所述关系式H＜＜E在MVD的自给级联中在电源高压下实现。根据已处理原料的磁和电的传导性选择这些关系式。如果其是电介质SiO₂，则所述电压高达1-100kV。在一个等级以及MVD的普通电源电压中选择电压。在电路图中优选存在两个或更多个等级(图15)。RLC振荡电路的等级提供在10⁶-10¹²Hz频率下的MVD运转。在电流回路中，电子部分的频率可达到10¹²Hz和以上，而离子部分可达到10^6-7Hz。等级中的电源的电流脉冲通过11部分中描述的方法产生。在这里表示的所有电路中的频率、|E|和|H|场的关系式是新颖的，是本发明的特征并通过场矢量的方向和电压和电流的参数来设置。

11.在其缩减至MVD电路形成的二极管的过程中，在振荡电路电感应时，给定形状的电流脉冲的产生

让我们研究电路图(图21)中的过程，并描述通过在具有计算相位角

的缩减电感应的电路中依次连接带电荷的电容器形成任意形状的电流脉冲的方法。在这里描述用于RLC选择的计算。

在电容器C的相应充电极性下，电感器L和电容器C是常规振荡电路的元件，直到所述电流I_L达到最大值(图21)。从达到最大放电电流I_C的瞬间，在电路运转中参与的二极管具有内部直流电阻R(通过二极管I_R的电流)。电路中的过程通过Kirchhoff方程式来描述(我们描述电流，同时考虑其相应的电压)。

$\left.\begin{array}{c}{I}_L=I_R+I_C\\ L\frac{d^2{I}_L}{{\mathrm{dt}}^2}+\frac{I_C}{C}=0\\ L\frac{{\mathrm{dI}}_L}{\mathrm{dt}}+{\mathrm{RI}}_R=0\end{array}\right\}---\left(12\right)$

t＝0瞬间的初始状态如下：

I_R＝0，I_C＝I_L＝I_max＝I₀  (13)

体系(12)的求解将是非周期性的(双曲函数形式)，如果

$D=\frac{1}{4R^2{C}^2}-\frac{1}{\mathrm{LC}}>0$

和(具有衰减的正弦曲线)如果D＜0。

此外，研究非周期性的求解情况。 $\frac{L}{C}>{4R}^2,$ 或 $\frac{1}{2}\frac{{\mathrm{\ρ}}_0}{R}>1,---\left(14\right)$

其中，

为电路的波阻，和所述电流是

其中，

为振荡电路的固有频率，

为衰减常数；

$\mathrm{\ω}=\left|\sqrt{\frac{1}{4R^2{C}^2}-\frac{1}{\mathrm{LC}}}\right|=\left|\sqrt{{\mathrm{\δ}}^2-{\mathrm{\ω}}_0^2}\right|,$

在大的非周期性的情况下

$\frac{{\mathrm{\ρ}}_0}{R}>>1;$ $\frac{\mathrm{\δ}}{{\mathrm{\ω}}_0}>>1.---\left(16\right)$

解法(15)近似写成

对于小的ωt(小ωt表示进行近似相等

我们具有

$\left.\begin{array}{c}{I}_R=-2I_0\exp (-\mathrm{\δt})\mathrm{sh\ωt}\\ I_C=I_0\exp [-(\mathrm{\δ}+\mathrm{\ω})t]\\ I_L=I_0\exp (\mathrm{\ω}-\mathrm{\δ})t\≈I_0\exp (-\frac{R}{L}t)\end{array}\right\}.---\left(18\right)$

其中考虑了 $\mathrm{\ω}-\mathrm{\δ}\≈\frac{{\mathrm{\ω}}^2-{\mathrm{\δ}}^2}{2\mathrm{\δ}}=-\frac{R}{L}.$

对于大的ωt

$\left.\begin{array}{c}{I}_R=I_0\exp (\mathrm{\&omega;}-\mathrm{\&delta;})t\\ \left|I_C\right|=I_0{\left(\frac{R}{{\mathrm{\&rho;}}_0}\right)}^2\exp (\mathrm{\&omega;}-\mathrm{\&delta;})t<<I_R\\ I_L=I_R=I_0\exp (-\frac{R}{L}t)\end{array}\right\}---\left(19\right)$

根据表达式(18)和(19)，所述电容几乎没有再充电(根据I₀ exp[-(ω+δ)t)]，电流I_C快速降低)；在整个转变过程中，近似值可以为

$I_L=I_0\exp (-\frac{R}{L}t).---\left(20\right)$

该近似值越正确，不等式(16)越好。在实验上通过用100kA电流和10⁴J的积累电池能缩减电磁线圈证实电流I_R、I_C、I_L的时间变化，这显示在图23中。

为了通过依次放电和断开C_k-1，同时连接至带电荷的电容C_k(图22)来得到dE/dt、di/dt(对于电介质的辐射)的高位值，可以形成具有任意形状Φ(t)的前沿的电流脉冲(图24)。

在t_k的电容器C_k的完全放电过程中的电流最大值必须正好等于Φ(t_k)。在具有初始状态(t＝0，I_L＝I₁₀，q₀＝CU₀，q₀、U₀为电容器的初始电荷和电压)的振荡电路中，由电流振荡引起的该问题具有下述解法

在完全断开放电的电容器后电容器C_k上的电流和电压表达式描述为周期性关系式的形式

通过t_k(函数Φ(t)的交叉点的时间坐标)和I_k-1，0/cosω0(t-t_k-1)图解测定角

这也是新颖的并且是本发明的特征(所述曲线通过虚线表示)。交叉点上的纵坐标是I_k0。二极管D在电容器断开和连接中的延迟期间提供电路运转的可靠性(图21)。

类似地可以提出形成脉冲的平坦顶部。为此，在达到下一个最大放电电流后，必须暂时减小由给定电流降低限定的二极管的电感应，然后连接带电荷的电容器(此刻未连接放电的电容器)。下述电流最大值应该等于之前的电流最大值(图25)。

如果全部连接的电容器是相同的，根据(20)，用于电流增长积分的(21)是正确的

$\left.\begin{array}{c}{I}_k=I_0\cos [{\mathrm{\&omega;}}_0(t-t_{k-1})-\mathrm{\&epsiv;}]\\ U_{k0}=U_{20}={\mathrm{\&rho;}}_0{I}_0\sqrt{1-\exp (-2\frac{R}{L}{t}_0),}\mathrm{tg\&epsiv;}=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_0{q}_{20}}{{\stackrel{\&OverBar;}{I}}_0}\end{array}\right\},---\left(23\right)$

其中U₂₀为连接的电容器上的电压。

下降范围(t_k-t_k-1)＝t₀容易通过电流与其最大值的偏差的给定值确定

$\mathrm{\&gamma;}=\frac{I_0-{\stackrel{\&OverBar;}{I}}_0}{I_0}=1-\exp (-\frac{R}{L}{t}_0),$

其中， $t_0=-\frac{L}{R}\ln (1-\mathrm{\&gamma;}).---\left(24\right)$

“平台”的持续时间T通过连接元件的数量n来确定：

T＝n(Δt+t₀)  (25)

Δt＝t_k0-t_k-1.

显然，可以在不断开放电的电容器的情况下获得脉冲的平台顶部。假定在其它电容器之间立即再分配连接的电容器的电荷，易于写出用于电容器的电流和初始电压的表达式：

$\left.\begin{array}{c}{U}_{k0}={\mathrm{\&rho;}}_0\sqrt{k}{I}_0\sqrt{1-\exp (-2\frac{R}{L}{t}_0)}\\ I_k=I_0\cos [{\mathrm{\&omega;}}_k(t-t_{k-1})-\mathrm{\&epsiv;}]\\ \mathrm{tg\&epsiv;}=\frac{\sqrt{1-\exp (-2\frac{R}{L}{t}_0)}}{\exp (-\frac{R}{L}{t}_0)},{\mathrm{\&omega;}}_k=\frac{{\mathrm{\&omega;}}_0}{\sqrt{k}}\end{array}\right\},---\left(26\right)$

“平台”的持续时间和连接元件的数量n受下式约束：

$T={\mathrm{nt}}_0+\frac{\mathrm{\&epsiv;}}{{\mathrm{\&omega;}}_0}\underset{k=1}{\overset{n-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}\sqrt{k}.---\left(27\right)$

图解选择角的变化用于关系式dE/dt、di/dt，其允许建立电和磁能的相互关系。其允许在MVD自给级联中使用电介质(负荷)或磁传导或电传导负荷。RLC电路中的电感应可达到＞＞100mHn的值。在第二级联中，MVD与由关系式E＜＜H表示的磁能一起工作。用高di/dt诱导由该关系式表示的电磁波。在电流回路中，在材料粒子和电子和离子的谐振频率下用光速进行该相互作用。该效应允许获得消耗功率的dP/dt和di/dt的高速。这导致总消耗能量的降低和氧化还原反应动力学的增加。该特征是现有技术中没有的，并且其是本发明的新特征。第一次实现了通过这种方法的电磁波的电和磁分量的分开运转。这是在闭合的磁和电的电磁波电流回路中实现的。闭合的磁场和电流以及它们与电流回路中材料的相互感应是新的，本身实质上呈现产生MW场的新方法。

在图19中，所述MVD偶极子形成的方框图用材料粒子的磁惯性约束来显示，其中可以看到在电流回路4中闭合状态下磁波的矢量方向。电子电流I_e和离子电流I_离子也闭合在电流回路中，并以椭圆体型的圆周在电极3和5之间旋转，因而是新的和本发明的特征。所述电极的直径限定反应器的尺寸(直径)。

电磁线圈的磁场与电流回路的磁和电场之间的相互感应产生行进磁场，其沿闭合的圆周以10¹-10⁶Hz的角频率使该回路旋转。在方向

中形成MVD中的电流和行进磁场(图19和图15)，其中，

为在第n级的RLC电路中的闭合电流和磁场，

为电磁线圈的闭合电流和磁场。根据关系式f₁(R₁L₁C₁)＜＜f_n(R_nL_nC_n)选择等级中的RLC电路的频率。根据下述关系式进行从垂直到平行范围内的场和电流的方向(角

参见“Model of rotating energy oscillator”)：

W_E＝W_M； $\left|\stackrel{\&RightArrow;}{E}\right|>>\left|\stackrel{\&RightArrow;}{H}\right|;$ $\frac{d{W}_E}{\mathrm{dt}}>>\frac{{\mathrm{dW}}_M}{\mathrm{dt}}---\left(28\right)$

W_M＝W_E； $\left|\stackrel{\&RightArrow;}{H}\right|>>\left|\stackrel{\&RightArrow;}{E}\right|;$ $\frac{{\mathrm{dW}}_M}{\mathrm{dt}}>>\frac{{\mathrm{dW}}_E}{\mathrm{dt}},---\left(29\right)$

其中W_E为电场能，W_M为磁场能，

为电场强度，

为磁场强度。通过场和电流的垂直和平行方向，可以改变电磁场的电和磁分量之比，因而是新的并且是本发明的主要特征。多级联结构，实施极化运转的顺序和自主、加热、增加温度使得有可能有目的地进行与电介质和超导体的电磁相互作用，因而是体系，新的和本发明的特征。这些体系通过几个在本发明实践中证明和获得的新特征联合。

12.形成电流回路的物理机制的实例

让我们研究在运行磁场中配置电流回路的两个案例。

1)在空气或辐射材料中形成电流回路形式的赤道行进磁场，其由于电磁线圈的磁场和电流回路的磁场的相互作用而以角频率旋转。所述电磁线圈的场是永久的，因为其馈电电流是直流电流(图26)。

在电流回路中E＜＜H。

I₁—在本身呈现为由电磁波形成的螺绕环的电流回路中一个方向的闭合电流。

I₂—安培缠绕或永久闭合磁场形式的闭合电流。

I₁—通过来自材料和空气粒子的电子和离子的谐振频率调制的电流回路的谐振角频率下的电子和离子电流。I₁本身呈现为在并联连接的阳极(A)和阴极(C)的相对点中具有电源的振荡RLC电路，其中根据调制改变频率。阳极有条件地位于实验室坐标系中的质量中心。阴极也可以位于质量中心(根据辐射材料的类型选择)。在这种情况下，电子温度将在中央或者在外面，即温度梯度从质量中心定向。如果选择温度梯度方向指向质量中心，(取决于角

)发生能量积累和相应地晶体结构破坏和相变。

由于闭合电流I₁和I₂的电感相互作用，磁场H_i1和H_i2的强度在行进磁场F_tf的角频率上叠加。根据图26中显示的矢量，磁场能的移动指向质量中心。在电流I₂的角频率的每个循环中，磁场强度H_i1增加。在粒子和电流回路I₁的磁场之间建立闭合电磁相互作用，其中磁场能根据坡印廷矢量P移动。电流回路中的磁能的移动闭合在电流I₁的圆周中，并且平行于电流I₂。电流I₂在阴极传导性的边界上移动。在传导性边界上存在具有电磁线圈电流的匝，其场总计为电磁线圈磁场H_i2和电流回路磁场H_i1的F_i1、F_i2的几何平均总和。H_i2和H_i1是平行的，并且闭合在阳极-阴极空间的容积中。

2)赤道行进磁场也可通过在交替三相电流处的具有铁芯的线圈获得(图16)。也可以如之前案例1所描述的在电磁线圈的磁场中获得行进磁场。

在电流回路中E＜＜H。

I是闭合的并且在角频率下增大。

由在120°内围绕假想圆柱体设置的频率为50Hz的交替三相电流供给的三个电磁线圈，产生使电流回路沿圆柱体壁围绕阳极和阴极旋转的行进磁场(图27)。圆柱体的外表面由离子的垂直轨道集形成，内表面由电子的垂直轨道集形成。这些轨道在阳极和阴极上接合。离子和电子分量的接合也发生在阴极上。如图26中所显示的情况，能量围绕质量中心旋转，坡印廷矢量围绕它而闭合。如此发生通过材料粒子的谐振频率的调制。磁和电场、坡印廷矢量是闭合的，并且围绕磁-电-惯性约束的质量中心旋转。闭合的磁和电场、坡印廷矢量以及它们围绕质量中心旋转的体系是新的体系，并且其本身作为发明的主要区别特征。

13.用于含硅和钛的原材料的结构转变的方法和装置MVD的实际实施的实例。

在这里我们提供一些数据，所述数据是关于在实验性设备上获得的方法和装置的实施以及所得产物的计算、测量体系和分析。

对于硅生产，在通过电磁相互作用的激发方法的装置中，可以根据下述反应通过获得细分散体硅粉(晶粒大小小于1mcm)来使用硅还原的几个选择：

辐射加热

SiO₂+H₂↑＝SiO+H₂O↑-Q

           Ar↑

第一操作是：在NaOH催化剂存在下，用石英岩SiO₂制备细分散体(约1-100mcm)粉末。在MVD场中，加热SiO₂和NaOH的混合物直到温度为600-1200℃。获得团块，然后将其溶解、分离、洗涤、去除杂质、干燥，获得粉末-细分散体二氧化硅。

第二操作是：在氢气介质中将获得的粉末二氧化硅放置到电流回路中，所述电流回路是在装置的第一级联中产生的。在高压体系中的第一级联中的MVD场中辐射加入氩气的氢气介质中的工作混合物，使其极化，并将原料加热至50-500℃。

第三操作是：将来自第一级联的经加热材料供应至装置的第二级联。在第二级联中，在电压为50-300V的强电流体系中，谐振加热至600-1200℃是连续的，并发生硅的最终还原。用含钛材料类似地进行操作，并且在阶段上(在常规质量中)进行测定。

第四操作是：分离细分散体形式的还原硅，并通过批量生产的熔融法，关闭(gun off)清洗阶段。对于批量生产，使用结晶器，其中在氢气介质中的硅熔融成要求直径和长度的块。

根据下述反应进行硅的还原：

I.SiO₂+H₂↑＝SiO+H₂O↑

SiO+H₂↑＝Si+H₂O↑

或辐射加热

SiO₂+2H₂↑＝Si+2H₂O↑

     Ar↑H₂↑

II.辐射加热

SiO₂+2Cl₂↑+2H₂↑＝SiCl₄+2H₂O↑

辐射加热

SiCl₄+2H₂↑＝Si+4HCl↑

III.辐射加热

SiH₄→Si+2H₂↑

    H₂↑Ar↑

根据下述反应，加入或不加入NaOH催化剂和氩气，用固体还原剂如煤炭、焦炭或气体H₂、CO，进行钛铁矿FeTiO₃至金属α-Fe和二氧化钛TiO₂至金属钛的还原：

辐射加热

4FeTiO₃+2C+O₂↑＝Fe+Fe₃O₄+4TiO₂+2CO↑

         辐射加热

4FeTiO₃+4C＝Fe+Fe₃O₄+4Ti+4CO₂↑

            辐射加热

4FeTiO₃+2CO↑+O₂↑＝Fe+Fe₃O₄+4TiO₂+2CO₂↑

          辐射加热

4FeTiO₃+4H₂↑＝Fe+Fe₃O₄+4TiO₂+4H₂↑

           辐射加热

4FeTiO₃+8H₂↑＝Fe+Fe₃O₄+4Ti+8H₂O↑

14.在行进磁场中形成用于FETIO₃工艺的旋转电流回路的实例

在350g加料(装料)的处理过程中参数的实验测量和用于处理1吨FeTiO₃的近似能量计算

1.实验数据

加料量：5份FeTiO₃，1份石墨C

选择的装料(加料)量：350g，体积180mL。

钛铁矿的密度：2.558g/cm³

石墨的密度：0.9426g/cm³

加料的密度：2.04g/cm³

反应FeTiO₃+C＝Fe+TiO₂+CO

根据物理状态的数量，将实验分成三个阶段。每一阶段具有自己的电源。给出所述电压、电流和能源消耗时间。计算来自直流电源的电流消耗。

表2电流的参数

不考虑行进磁场产生的能量消耗。

电荷行程部分的长度L＝22.5mm。

2.能量消耗的计算

根据Q＝U×I×t计算消耗的能量，其中Q为以J计的能量，U为以V计的电压，I为以A计的电流，t为以s计的时间。

对于阶段1，能量为25×80×90＝180 000J

对于阶段2，能量为25×150×180＝675000J

对于阶段3，能量为26×7.5×1500＝292500J

实验过程中总的能量消耗是180000+675000+292500＝1147500J。以W·h计，其为1147500/3600＝318,75W·h＝0,31875kW·h

表3 能量消耗的参数

3.每质量和装料体积单位的能量消耗的计算

装料质量m＝350g，体积V＝180cm³

为了算出每装料质量单位(1g)的能量消耗，我们使用P＝Q/m

P_装料＝Q/m＝318.75W·h/350g＝0.91W·h/g

为了算出每装料体积单位(1cm³)的能量消耗，我们使用P＝Q/V

P_体积＝318.75W·h/180cm³＝1.77W·h/cm³

4.电流回路的能量密度

电流回路(1)中的能量密度(在操作时间内的平均能量密度)

电流回路的形状是椭圆体。

椭圆体的体积V＝136.7cm³(图28，左边)

电流回路中每体积单位的能量密度＝Q/V＝1147500J/136.7cm³＝8394.3J/cm³或2.332W·h/cm³

电流回路(2)中的能量密度

电流回路的形状是接近于球形的椭圆体。

(在操作时间内的平均能量密度)

椭圆体的体积V＝111.712cm³(图28，右边)

电流回路中每体积单位的能量密度＝Q/V＝1 147 500J/111.712cm³＝10271.95J/cm³或2.8533W·h/cm³

电流回路1和2中的平均能量密度：

(2.332+2.8533)/2W·h/cm³＝2.6W·h/cm³

5.每装料体积的能量消耗与电流回路中分配的平均功率的差值

P_装料体积＝1,77W·h/cm³

P_平均＝2,6W·h/cm³

能量密度的差值为Y＝P_平均-P_装料体积＝2.6-1.77＝0.83W·h/cm³

Y确定为在装置元件对流加热期间的能量损耗、来自装置壁的热辐射和未用于反应的能量。可以通过增加工艺的气密性和使壁的热绝缘(反射率)更好来减小该参数。

如果P_装料体积＝1.77W·h/cm³＝100％，Y＝0.83·100/1.77＝46％-损耗，所以，54％消耗的能量用于反应。

6.计算每小时处理1000kg钛铁矿的能量消耗

装料钛铁矿的质量和体积：1000kg；石墨：80kg；总共1080kg。

在实验中，测量P_装料＝Q/m＝318,75W·h/350g＝0,91W·h/g

使0.91W·h/g乘以1080000，得到P_消耗＝0.91*1080000＝982 800W·h/g＝982.8kW·h/kg＝0.982MW·h/吨

三个阶段处理的总时间是1,5+3+25＝29.5min≈0.5h

在0.5h内处理的装料量为540kg

7.生产率为1080kg装料每小时的装置的电流参数

每小时处理1080Kg装料的能量为982.8kw·小时。

足以击穿的电压是U_击穿＝U/L＝25/22.5＝1.11V/mm

通道产生所必需的电压U_ch＝U_击穿×L＝1.11×150＝166.5V

我们大约使用较高的电压用于三个处理阶段U＝250V

在实验的每个阶段中每质量单位消耗的能量：

P_阶段1＝180000J/350g＝514J/g

P_阶段2＝675000J/350g＝1928J/g

P_阶段3＝292500J/350g＝835J/g

给出整数。

每小时处理1080kg装料的装置的每阶段近似能量消耗

阶段1P₁＝1080000g·514J/g＝555 120 000J

阶段2P₂＝1080000g·1928J/g＝2 082 240 000J

阶段3P₃＝1080000g·835J/g＝901 800 000J

根据I_阶段＝P_阶段/U·t_阶段从这里可得到每个阶段的电流I

T_阶段为以s计的时间

阶段1：90s对于阶段1，电流I_阶段1＝555 120 000J/250V·90s＝24672A

阶段2：180s  对于阶段2，电流I_阶段2＝2 082 240 000J/250V·180s＝46 281A

阶段3：1500s  对于阶段3，电流I_阶段3＝901 800 000J/250V·1500s＝2404A

表4.在每小时1080kg的装置中的相对功率、电流和能量消耗

15.在MVD的磁波中处理的钛铁矿(FETIO₃)样品的分析结果的实例

实验1

让我们描述通过使用衍射仪DRON2(soft CoaKline线，

检测器的旋转速度为2°/min)的X射线衍射分析作出的两个改性钛铁矿样品的研究。通过用磁性V偶极子中的石墨辐射钛铁矿来生产样品，并在10％的H₂SO₄酸中进行铁与二氧化钛的分离。

样品1-来自使用石墨的改性钛铁矿的磁性部分。样品1包含约40-45％的金属铁α-Fe(反射积分强度的半定量评估)；约45-50％的石墨(占优势)；大量的无定形成分；总计小于5％的金红石、锐钛矿、板钛矿。从显示的衍射图部分(图29)，可见α-Fe和石墨的反射。手写的固体角值2Θ对应于金红石、钛铁矿、α-Fe和石墨的结晶相的第一、第二等次序的反射。高的无定形背景证实在辐射期间结晶相的大量破坏。

通过将团块在10％的H₂SO₄中浸析生产样品2，提取不溶解的沉淀物，并用水洗涤；除去铁。样品2包含：95％以上的金红石；5％以下的板钛矿；少量石英。

与标准品相比，金红石线(在衍射图(图18)上事实上存在唯一的金红石线)有移位，这可由在电磁辐射期间矿物的晶格中应力形成来解释。

实验2

通过具有分析器的扫描电子显微镜REhMA-10202研究改性钛铁矿样品。

第一张图像(图31(1))是原始的钛铁矿FeTiO₃。

图像2(图32(2))和3(图33(3))是未研磨的钛铁矿和在另一个辐射体系中改性的钛铁矿。

从原始钛铁矿和图32(2)上标记的点3、4获得的分析数据显示在图34(1，2，3)上：

原始样品的光谱图-34(1)

TiO₂聚集体(точка3)的光谱图—图34(2)

α-Fe聚集体(точка4)的光谱图—图34(3)。

从结果和光谱图分析对比可见，在MVD的磁波中钛铁矿改性期间，发生钛铁矿晶体结构的破坏，并且形成TiO₂和α-Fe的聚集体。

在样品的平均值中：钛铁矿的结晶相不超过6％，粒径为0,2-0,4mcm，在相对未改变的状态(钛与铁原子之间的键保留)下；94％分离成钛和铁化合物。

实验3

在微分析设备中进行两个包含石墨并加入催化剂(NaOH)的钛铁矿样品的研究，所述设备包含分光光度计Jeol JXA-8800R电子探头；微量分析仪(Superprobe-98)；微探头；和能量分散装置LinkISIS(OXFORD)。在能量分散分光计上进行分析；激发条件V＝20kV，I＝10A；标准品-Fe，cφeH CaTi[SiO₄]O。

结果证实，当加入石墨作为还原剂时，钛铁矿的破坏程度较小；当用石墨辐射并加入苏打时，破坏程度较大：

包含石墨的样品1(图35)-细分散体粉末。

包含石墨和苏打的样品2(图36)-含量不同的大小片段。

大的片段(图36)由两种附聚物组成：

-凝固的聚集体α-Fe(图37)，含有85-98％的金属铁、1-1.5％的氧化的铁；在大片段内部，存在TiO₂和C；

-凝固的聚集体TiO₂86-93％(图38)。

颜色不同的凝固相：

铁发出较强的荧光，铁凝固的聚集体在照片(图36)上是白色的。

TiO₂凝固的聚集体是灰色的。

深灰色(2)-TiO₂以及较轻元素Si、Ca、Al、Na、Mg、Mn、V、Cu的混合物。

接近黑色(1)—碳颗粒。

所得样品的分析表明，MVD处理的钛铁矿分解成二氧化钛和铁，其凝固成含有85-95％的金属铁的α-Fe聚集体。还存在部分氧化的铁—约1-1.5％。在二氧化钛聚集体中，TiO₂的含量为85-93％。

可以得出结论，处理的FeTiO₃全部还原成金属铁和TiO₂/Ti，并且可以从辐射样品中提取铁和钛。对于300g钛铁矿，还原时间为几分钟。与通过对流加热(电阻加热)的包含石墨的钛铁矿的分解相比，在1200℃的温度下8-10小时后得到相同的还原。这种比较证明，在工业中使用本发明是高效和经济便利的。总能量消耗降低了两倍，并且所述设备紧凑并具有高生产率。

发明的实质

本发明的实质是一种能量泵浦、获得用于激发电磁振荡的旋转磁波(物质磁波或物质电波)的方法，其通过设置电流参数以及闭合在具有能量移动方向(坡印廷矢量)的空间内的磁和电场的矢量来实现。在本发明中使用的具有角度

的分开的电或磁能是与矿物原材料电磁相互作用的新方法的特征。由具有普通磁矩的固态粒子的磁波产生的共振激发允许在介电性质的材料中高效地产生相变。我们要求保护，根据在(驻波)电流回路中闭合的一个方向中的电能移动的关系式，通过在电场中极化、电离和加热直到热发射，进行具有高含量电介质成分的材料中的结构转变：

W_E＝W_M； $\left|\stackrel{\&RightArrow;}{E}\right|>>\left|\stackrel{\&RightArrow;}{H}\right|;$ $\frac{{\mathrm{dW}}_E}{\mathrm{dt}}>>\frac{{\mathrm{dW}}_M}{\mathrm{dt}}.$

在任何时间在具有磁-电-惯性约束的行波中的电流回路容积的电感相互作用过程中，在材料粒子的谐振频率下，磁波与固态或气态物质粒子的电磁相互作用的产生原理(方法)没有类似物，其允许在具有复杂晶格的固体、干燥和气态材料中获得能量泵浦和相变高温。电磁相互作用发生在具有场方向的受控方向的行进磁波或电波中。第一次在行波中产生用于第二种相变Fe₂O₃→Fe₃O₄的共振相互作用，从而允许破坏钛铁矿FeTiO₃的晶格中的键，直到Fe和Ti全部还原。对于工业中使用的许多其他金属，同样的还原也是可以的。通过矢量方向和力的几何平均参数值(参见振荡-旋转模型)产生行进场。通过大量实验和进行的计算证实了电磁相互作用的不常见类型的激发。实验设备允许获得设计具有大于1t/小时以及更高的钛铁矿生产能力的大型设备的数据。作出的复杂方案的计算显示本发明的盈利性和经济合理性。

要求保护，根据在一个能量移动方向上的电流回路中闭合的行进磁场(波)中的磁波移动的关系式，进行具有低含量电介质成分和高含量磁性成分的材料中的结构转变：W_M＝W_E；

与化学反应相比，本发明的该特征允许高效且更经济节约地通过分解、氧化和还原改变多成分材料的结构。

使用我们的设备，可以进行之前未知的分子水平上的分解、破坏、合成反应。因为可以调节电或磁能的数值以保持每时间单位的反应，第一次利用碳、氢气、氯气从SiO₂还原硅的反应变得可能。以几何形状设置的共振结构、电流回路中的能量值允许在不同的生产阶段中集中生产不同品质的硅。可以在高生产率的情况下用气相用含硅气体操作，反应可以在料流中完成。实施反应所要求的能量供应量受用水冷却的所用材料的温度硬度限制，从而允许装置设计的必要简化。所述设备是紧凑的，并且生产在料流中进行。

我们要求保护一种在矿物材料处理的不同阶段调节角度

的方法，以及一种能量共振积累的方法，从而允许制造用于具有宽范围的介电性和磁性的矿物的结构转变的装置。对于不同的材料，可以用实验方法或通过计算选择角度

在通过磁性惯性约束的物质的结构转变过程中的能量积累方法是新颖的，并且可以广泛用于工业和一系列发明中。例如，在电能的获得和传输中，在产生慢光速速度(subluminal velocities)的机器中等。

本发明的实质在本发明中得到详细证明。在本发明描述中，显示了可能应用在设备设计和方法实施中的许多新东西。显示了从钛铁矿FeTiO₃获得产物的结果。对于含硅和钛的原材料，给出了证实我们的方法和MW装置实施的分析数据、X射线结构分析、扫描电子显微术及其他数据。

由我们证明的本发明所描述的实质和要求保护的权利要求已在实验中多次试验和证实。

附图说明

图1：两个惯性体系中的振荡-旋转模型。

图2：两个惯性体系中的两个事件。

图3：具有相互作用区域AB和CD的两个间隙谐振腔的方框图：漂移管-1；外部谐振腔屏蔽-2；谐振线-3；静电场源或PVG-300-C₁；电子源、阴极-4；测量探头-5。

图4：没有漂移管的谐振腔：阴极-C；阳极-A。

图5：RO-2设备的全视图。

图6：RO-2体系：1-漂移管(阳极)；2-阴极；3-RO-2体系；4-反向电流的支路(SOC)；5-Rogowsky带；6-通透式绝缘体；7-电探头；8-来自PVG-300的脉冲；9-来自脉冲变压器(PT)的脉冲。

图7：电路图PVG-300。

图8：电压脉冲的示波图：上图为来自PVG输出；中图为来自RO-2体系；下图为高频发生器标记f＝50MHz，整体扫描500ns。

图9：实验的电路图。

图10：实验的电有效电路图。

图11：MVD测量的方框图：1-8kV、2.5kW的电源；2-角度

操作单元；3-MVD的RLC电路的谐振电感；4-MVD反应器；5-RLC振荡电路的电容C_eff；6-测量支路；7-测量示波器；8-静磁场的绕组和直流电源。

图12：8kV电压下电流回路形成过程(照片)。

图13：50kV电压下的磁波束。

图14：电流示波图。

图15：MVD的电力供应电路图。

图16：XA、YB、ZC线圈的布置，产生旋转磁场。

图17：旋转磁场。H_A、H_B、H_C的时间相关性。

图18：旋转磁场。当H_A、H_B、H_C场是零时，在t＝0、t＝T/3、t＝2T/3的场的矢量总和。

图19：MVD偶极子形成的方案：1，6-原料供给设备；3，5-电极；2-电磁线圈绕组；4-电子-离子电流回路和旋转磁场的矢量；7-磁通量。

图20：在MVD的外电路中的闭合电流和磁场的示波图。

图21：振荡电路的电路图。

图22：具有交替连接带电电容器的振荡电路的电路图。

图23：I_R、I_C、I_L的时间相关性。

图24：任意形状的电流脉冲的形成。

图25：电流脉冲的平坦顶部的形成。

图26：由电流回路形成的赤道行进磁场。

图27：由电流回路形成的方位行进磁场。

图28：进行没有腔室墙的实验的设备的方案：左边是椭圆体形状的电流回路；右边是类球体的椭圆体形状。

图29：具有来自α-Fe和石墨的反射的改性钛铁矿的部分衍射图。

图30：具有金红石线的改性钛铁矿的部分衍射图。

图31：钛铁矿FeTiO₃的原始样品的照片(来自扫描电子显微镜REhMA-10202)。

图32：未研磨改性的钛铁矿样品的照片。

图33：在其它辐射体系的未研磨改性的钛铁矿样品的照片。

图34：样品的光谱图：上图是原始的钛铁矿；中图是改性钛铁矿中的二氧化钛聚集体(图32中的点3)；下图是铁聚集体(同上的点4)。

图35：用石墨改性的钛铁矿样品的照片(微分析设备JEOL)。

图36：在加入NaOH作为催化剂的情况下，使用石墨改性的钛铁矿样品的照片，大片段。

图37：在加入NaOH的情况下，用石墨样品改性的钛铁矿聚集体的光谱图：凝固的聚集体α-Fe(85-98％)；

图38：在加入NaOH的情况下，用石墨样品改性的钛铁矿聚集体的光谱图：凝固的聚集体TiO₂86-93％。

参考文献

1.《Method of generating nuclear energy》.Kolesnik V.G.，Urusova E.V.，Ulugmuradov C.Eh.i dr.//Patent RUz # IAP 03701 from 12.10.2005.

2.Siemens AG.Process and apparatus for pyrolytic production of puresemiconductor material，preferably silicon.//美国专利3,286,68511/66.

3.Reifenberg，Gerald H.Process for preparing monohydrocarbyltintrihalides.

//美国专利4,148,814 04/79.

4.Yatsurugi，Yoshifuni et al.Method and apparatus for manufacturinghigh-purity silicon rods.

//美国专利4,150,168 04/79

5.Poong Yoon et al.Method of preparing a high-purity polycrystallinesilicon using a microwave heating system in fluidized bed reactor.//美国专利4,900,411 2/1990.

6.Pridel Marcus et al.Nanometer crystalline powder silicon.//RU专利11/2004

7.Jorg Knipping et al.High Purity Silicon Nanoparticles.

//J.Nanosci.Nanotech.(2004)Vol.4，No 8：1039-1044.

8.Gavrilov P.M.et al.Apparatus for polycrystalline silicon production.

//RU专利2,334,667C1 2/2007.

9.Muravitskij S.A.et al.Method of polycrystalline silicon production.

//RU专利2,342,320C2 2/2007.

10.Weidhaus，Dieter et al.Radiation-heated fluidized-bed reactor.

//美国专利7,029,632B1 4/2006.

11.Stephen，Lord M.et al.Silicon deposition reactor apparatus.

//美国专利5,810,934 9/1998.

12.Iida，Shigehira et al.Microwave plasma CVD apparatus heaving andimproved microwave transmissive window.//美国专利4,930,4425/1990.

13.Takai，Yasuyoshi et al.Process for using microwave plasma CVD.

//美国专利5,597,623 1/1997.

14.Hee Y.Kim et al.Fluidized bed reactor heated by microwaves.//美国专利5,382,412 1/1995.

15.Taguchi，Masani et al.Microwave irradiation apparatus.//美国专利2008/0272114 A1 1/2008.

16.Aklufi Monti E.et al.Plasma generator utilizing dielectric member forcarrying microwave energy.//美国专利5,023,056 11/1991

17.Roy，Rustum et al.Microwave processing in pure H fields and pure Efields.

//美国专利6,365,885B1 4/2002

18.Li，Sang Hun et al.Nuzzle of microwave plasmatron with raised stabilityof torch and efficiency ofheating.//RU专利2007/104587 A 7/2004

19.Rustum Roy et al.Definite experimental evidence for MW Effects.//Mat Res Innovat(2002)6：128-140.

20.Bakanov Yu.al.Proposal for Obtaining silicon polycrystalline in plasmaof the MW discharge.//2/2006，Project.Internet site.

21.Belov，E.P.et al.Method of monosilane and high purity polycrystallinesilicon production.

//RU专利2,329,196C1 10/2006.

22.Murakami，Tsutomu et al.Apparatus for forming functional depositedfilm by microwave plasma CVD process.//美国专利4,998,5033/1991

23.Ueno，Tsuoshi et al.Method of forming amorphous silicon film.

//美国专利4,532,199 07/1985.

24.Ono，Tetsuo et al.Plasma processing method and plasma processingapparatus.

//美国专利6,888,094 5/2005

25.Rosocha，Louis Andrew et al.Plasma-based reduction of titaniumoxides.

//美国专利2009/0107290 4/2009.

26.Verbitskii I.L.，Kovalenko A.D.，Kolesnik V.G.Skhemaparametricheskogo preobrazovanita energii.//JINR Reports R9-90-371，Dubna，1990.

27.Kolesnik V.G.，Verbitskii I.L.，Tsitovich P.A.O printsipe pryamogopreobrazovanita energii.//In book Kolesnik V.G.，Khon Cher Sun et al.Uskoriteli pryamogo dejstvita I SVCh generatory na ikh osnove.Tashkent，FAN，1990，p.247-259.

28.Kolesnik V.G.，Gelfeld A.Yu.，Gelfeld T.M.O dvizhenii chastits velektromagnitnykh polyakh.//ASD UzSSR，1988，#10，p.26-29.

29.Verbitskii I.L.On the method of solving the Helmholtz.

//J.Math.Phys.，1981，V.22，#1，pp.32-38；V.23，#4，pp.510-516.

30.Verbitskii I.L.Obobshennyj proektsionnyj metod.//ASD USSR，1987，v.294，#1，p.72-75.

Claims (4)

1.一种通过产生SiO₂和FeTiO₄粒子与磁波的电磁相互作用来还原硅和钛的方法，其中在具有10⁵-10¹²Hz的谐振频率上的多模式调制的RLC电路中的具有参数谐振的交叉场中，和进一步在电子-离子电流回路或具有定子类型的旋转磁和电波的磁-电-惯性约束的10¹-10⁶Hz转子类型角频率的粒子涡旋的闭合容积中的具有圆形或椭圆形极化的行进磁和电波中的SiO₂或FeTiO₄原料粒子的电感相互作用过程中，实现能量泵浦。

2.根据权利要求1的方法，其中在具有根据下述关系式的正相位角的波中进行具有高含量介电成分和低含量磁性成分的原料中的电磁相互作用：

$W_E=W_M;$ $\left|\stackrel{\&RightArrow;}{E}\right|>>\left|\stackrel{\&RightArrow;}{H}\right|;$ $\frac{d{W}_E}{\mathrm{dt}}>>\frac{d{W}_M}{\mathrm{dt}}$

以及在具有根据下述关系式的负相位角的波中进行在具有低含量介电成分和高含量磁性成分的原料中的电磁相互作用：

$W_M=W_E;$ $\left|\stackrel{\&RightArrow;}{H}\right|>>\left|\stackrel{\&RightArrow;}{E}\right|;$ $\frac{d{W}_M}{\mathrm{dt}}>>\frac{d{W}_E}{\mathrm{dt}}$

其中W_E是电场能；W_M是磁场能；

为电场强度；为磁场强度。

3.根据权利要求1或2的方法，其中在存在或不存在氩气的氢气介质中，在600-1200℃的温度下，根据下述反应或它们的其他选项，通过获得由氢气预饱和的细分散体粉末或硅锭，进行由细分散体吸附剂SiO₂或含硅气体还原硅：

I.SiO₂+H₂↑＝SiO+H₂O↑

  SiO+H₂↑＝Si+H₂O↑

或           辐射加热

SiO₂+2H₂↑＝Si+2H₂O↑

       H₂↑，Ar↑

II.                  辐射加热

SiO₂+2Cl₂↑+2H₂↑＝SiCl₄+2H₂O↑

         辐射加热

SiCl₄+2H₂↑＝Si+4HCl↑

III.辐射加热

    SiH₄→Si+2H₂↑

        H₂↑，Ar↑。

4.根据权利要求1、2或3的方法，其中根据下述反应或它们的其他选项，在氩气介质中或没有氩气介质，用固体还原剂如煤、焦炭、石墨或气态H₂↑、CO↑，利用Fe₂O₃→Fe₃O₄相变，进行在电流回路的容积中从钛铁矿FeTiO₃到金属α-Fe和二氧化钛TiO₂到金属钛的还原：

                       辐射加热

4FeTiO₃+2C+O₂↑＝Fe+Fe₃O₄+4TiO₂+2CO↑

                     辐射加热

4FeTiO₃+4C＝Fe+Fe₃O₄+4Ti+4CO₂↑

                辐射加热

FeTiO₃+CO↑+O₂↑＝Fe+Fe₃O₄+Ti+CO₂↑

                        辐射加热

4FeTiO₃+4H₂↑+2O₂↑＝Fe+Fe₃O₄+4TiO₂+4H₂O↑

                  辐射加热

4FeTiO₃+8H₂↑＝Fe+Fe₃O₄+4Ti+8H₂O↑。

Images