CN110651334A - 发电机以及用于发电的方法 - Google Patents

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CN110651334A CN201880028517.8A CN201880028517A CN110651334A CN 110651334 A CN110651334 A CN 110651334A CN 201880028517 A CN201880028517 A CN 201880028517A CN 110651334 A CN110651334 A CN 110651334A
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Abstract

披露了一种用于发电的方法。该方法包括：使包含第一燃料成分和第二燃料成分的燃料经受输入电磁辐射从而产生以下各项：该第一燃料成分中的核质量减少同位素移位、该第二燃料成分中的核质量增加同位素移位、以及由该核质量增加同位素移位引起的输出电磁辐射；以及由该输出电磁辐射通过以下方式发电：通过在第一电极(52)处将该输出电磁辐射光电地转换成电子并在第二电极(22)处收集这些电子从而将该输出电磁辐射转换成电力；或者通过在光伏电池单元(70)处将该输出电磁辐射光电地转换成电力。还披露了一种用于根据以上方法发电的发电机。

Description

发电机以及用于发电的方法
技术领域
本发明涉及一种发电机。本发明还涉及一种用于发电的方法。
背景技术
能量产生是人类最优先考虑的问题之一。在寻找新的能量产生技术方面投入了很多努力。EP 3 086 323 A1中披露了新的能量产生技术中的第一步。
发明内容
鉴于以上内容，本发明的一个目标是提供用于能量产生的新型手段。
根据第一方面，提供了一种用于发电的方法。该方法包括：使燃料(该燃料包含第一燃料成分和第二燃料成分)经受输入电磁辐射从而产生以下各项：该第一燃料成分中的核质量减少同位素移位、该第二燃料成分中的核质量增加同位素移位、以及由该核质量增加同位素移位引起的输出电磁辐射；以及由该输出电磁辐射通过以下方式发电：通过在第一电极处将该输出电磁辐射光电地转换成电子并在第二电极处收集这些电子从而将该输出电磁辐射转换成电力；或者通过在光伏电池单元处将该输出电磁辐射光电地转换成电力。
此处，使暴露于输入电磁(EM)辐射意指输入EM辐射对第一燃料成分的至少一部分进行照射。输入EM辐射可以包括具有至少一个频率或频率模式的光子。在第一示例中，输入EM辐射包括具有多种频率模式的光子。在第二示例中，输入EM辐射实质上是单色的，包括具有固定频率的光子。而且，输入EM辐射可以具有优选的强度水平和/或功率水平。优选的强度水平和/或功率水平可以与特定频率相关联。可选地，输入EM辐射可以被极化。
输入EM辐射可能影响第一燃料成分和第二燃料成分，使得燃料将进入等离子体相。
进一步地，输入EM辐射可以向第一燃料成分传递能量。可以借助于波粒加速过程来提供能量传递。在向第一燃料成分传递能量时，该第一燃料成分将呈现高能状态，其中，第一燃料成分中的中子将受到影响，并且将发生核质量减少同位素移位。第一燃料成分的至少一部分可以呈现高能状态。通常，核质量减少同位素移位将在通过输入EM辐射传递的能量高于或等于阈值能量时发生。然而，另外，量子机械隧穿效应可以允许核质量减少同位素移位低于阈值能量。
可以基于第一燃料成分的物理特性来选择波粒加速过程。举例来说，第一燃料成分的物理特性可以涉及以下各项：第一燃料成分的材料类型、材料的晶格结构类型、材料的物理量(比如原子质量、原子数、原子分离距离、声速、等离子体特征速度、局部温度、平均温度等)、材料的晶格结构的长度尺寸、材料的晶粒结构的长度尺寸、以及材料的晶格结构的几何形状。物理特性还可以是第一燃料成分的等离子体共振频率。
可以以优选的强度向第一燃料成分传递通过波粒加速过程接收的能量。等离子体共振频率具有相关联的频率ω和相关联的共振波长λ。
在第一燃料成分中产生核质量减少同位素移位。在第一燃料成分中的核质量减少同位素移位处从第一燃料成分中释放的中子将诱导第二燃料成分中的核质量增加同位素移位。由第二燃料成分中的质量增加同位素移位产生的多余能量可以作为电磁辐射进行输出。
通过使第二燃料成分经历核质量增加同位素移位，将产生多余的能量。更具体地，第二燃料成分中的核质量增加同位素移位的过程可以释放比第一燃料成分中的核质量减少同位素移位所需的能量更多的能量。
此处，经受输出EM辐射意指的是在第二燃料成分中的核质量增加同位素移位的过程中释放的能量。能量将以电磁波/光子的形式释放。
通过在第一电极处将输出电磁辐射光电地转换成电子并在第二电极处收集这些电子，可以以低廉且高效的方式发电。
通过在光伏电池单元处将输出电磁辐射转换成电力，可以以低廉且高效的方式发电。
借助于本发明构思，通常不存在元素嬗变。相反，第一燃料成分和第二燃料成分中存在同位素移位。同位素是指一组具有相同原子序数Z但具有不同中子数N＝A-Z的核素，其中，A为质量数。在同位素移位的过程中，同位素的质量数A移位至少一个整数步。质量减少同位素移位可以是从具有质量数A的同位素AP到具有质量数A-1的同位素A-1P的同位素移位。质量增加同位素移位可以是从具有质量数A的同位素AP到具有质量数A+1的同位素A+1P的同位素移位。
第一燃料成分可以是氘。因此，第一燃料元素中的质量减少同位素移位可能源自反应通道D+WS→n+1H，其中，D是氘(2H)，并且其中，1H是氕，即核中没有中子的氢。进一步地，Ws是用于发生质量减少同位素移位的阈值能量。用于诱导D中的质量减少同位素移位的阈值能量为2.25MeV。注意的是，1H以及2H本身是稳定的同位素，但是上述反应可以由高于阈值能量的照射来诱导。
燃料可以是固体，优选地为TiDx。通过将固体用作燃料，输入电磁辐射可以处于红外光谱范围内。因此，输入电磁辐射可以处于红外光谱范围内及其以下的范围。因此，输入电磁辐射的频率可以为430THz至300GHz。特别地，输入电磁辐射可以被认为是热辐射。因此，源单元可以配置为使燃料暴露于红外光谱范围内的电磁辐射输入能量。
TiDx是优选的燃料，因为氘是第一燃料成分的一种良好候选项，而钛是第二燃料成分的一种良好候选项。这是由于氘中的核质量减少同位素移位要求比钛中的核质量减少同位素移位更少的能量。在钛中的核质量增加同位素移位后释放的能量将比氘中的核质量减少同位素移位所要求的能量大约多5倍。进一步地，TiDx是可商购的，尤其是呈粉末形式。由于TiDx粉末易于容纳在燃料容器中，因此其可能是燃料的一种良好候选项。
根据第二方面，提供了一种发电机。该发电机包括：用于容纳燃料的燃料容器，该燃料包含第一燃料成分和第二燃料成分；源单元，该源单元配置为使该燃料暴露于输入电磁辐射从而产生以下各项：该第一燃料成分中的核质量减少同位素移位、该第二燃料成分中的核质量增加同位素移位、以及由该核质量增加同位素移位引起的输出电磁辐射；第一电极，该第一电极配置为将输出电磁辐射光电地转换成电子；以及第二电极，该第二电极配置为收集这些电子，从而提供发电。
根据第三方面，提供了一种替代性发电机。该替代性发电机包括：燃料容器，该燃料容器用于容纳包含第一燃料成分和第二燃料成分的燃料；源单元，该源单元配置为使该燃料暴露于输入电磁辐射从而产生以下各项：该第一燃料成分中的核质量减少同位素移位、该第二燃料成分中的核质量增加同位素移位、以及由该核质量增加同位素移位引起的输出电磁辐射；以及光伏电池单元，该光伏电池单元配置为将输出电磁辐射转换成电力。
该源单元可以包括感应线圈装置。使用感应线圈装置产生红外辐射是红外辐射的高效源。
该发电机可以进一步包括发电机壳体。发电机壳体可以包围燃料容器。燃料容器可以包括燃料容器壳体。燃料容器壳体可以支撑第二电极。发电机壳体的内层可以构成第一电极。
发电机壳体与燃料容器壳体可以界定隔室。第一电极和第二电极可以布置在隔室的相对边界处。
可以排空隔室。可以增强收集电子的效率。进一步地，被排空的隔室可以用作燃料容器的绝缘体，该燃料容器包含在其中(燃料容器中)累积的热量。
该隔室可以包括用于流体流入的入口以及用于流体流出的出口。流体优选地是惰性气体，优选地为氖气。通过允许流体在隔室中流动，可以对发电机进行控制。例如，可以控制燃料容器的温度，可以使发电机停止，并且可以从隔室中排空泄漏的气体(例如，氘或氢)。
该发电机壳体可以进一步包括配置为对该发电机的温度进行的次级冷却单元。
该方法的上述特征(在适用时)也适用于第二方面和第三方面。为了避免过度重复，参考上文。
进一步地，输出电磁辐射可以处于紫外光谱范围内。
在下文中，将讨论与第一燃料成分和第二燃料成分有关的梯度力的概念。如将在下文详细说明的，梯度力可能是由于EM波以任何聚集状态穿透到物质中而产生的。
在等离子体物理学中，众所周知，有质动力是对时间平均非线性力的有效描述，该时间平均非线性力在存在非均匀振荡的EM场的情况下作用于包括带电粒子的介质上。时间平均有质动力的基础是EM波向物质传递能量和动量。
在五种潜在的有质动力效应中，米勒(Miller)力和亚伯拉罕(Abraham)力被认为在弱磁化环境或无磁梯度环境中是最强大的。然而，取决于输入电磁辐射的方法，可能无法排除磁梯度力的影响。
此处考虑的总使能有质加速力是米勒力或等同地是梯度力。
假设燃料在经受输入EM辐射之后可以被视为等离子体，可以应用梯度加压的概念。出于两个原因，在推导等离子体中的梯度力时将选择阿尔芬(Alfvén)波类比。首先是因为已经在所有状态下(即在等离子体态、气态、液态和固态下)的等离子体中观察到阿尔芬波。其次是因为阿尔芬波在低于共振时具有几乎与频率无关的响应。
然而，注意的是，通常在等离子体中可能存在阿尔芬波和其他波(比如声波)的混合。
可以将等离子体描述为包括离子和电子，从而产生总中性电荷。由于离子质量通常比电子质量大1800倍以上，因此可以忽略电子质量。因此，质量密度和作用于等离子体的相应加压由离子质量m決定。频率为ω的阿尔芬波沿着笛卡尔坐标系中的磁场线k＝(0,0，k)传播，并具有圆极化。以下表达式适用于由流体中的阿尔芬波管控的纵向梯度力(以cgs为单位)：
其中，e为元电荷，并且其中，Ω为回旋共振频率。波电场的平方E2在z方向上的空间梯度决定了力的大小。注意的是，表达式(1)在ω2＝Ω2时具有奇点。而且，对于ω2<Ω2，梯度力是吸引力，对于ω2>Ω2，梯度力是排斥力。由此，ω2<Ω2的低频阿尔芬波朝向波源吸引粒子，而ω2>Ω2的高频阿尔芬波排斥这些粒子。低频下的吸引力可能被设想为是直觉上的错误。然而，低频下的吸引力显然适用于等离子体，并且在实验和理论上也已被证实用于中性固态物质。除了在波共振时具有这种双极方向力移位之外，由于因子e2，梯度力与粒子的电荷符号无关。这意味着正离子和电子的力指向同一方向。
注意的是，中性物质可以处于流体状态、气体状态、等离子体状态或固体状态。由于原子能级和核能级上的中性物质构成电荷，因此可以将原子振荡(例如，布朗运动)和原子间振动认为是“基本频率”。因此，EM波的电场项会以与影响受到强磁场束缚的等离子体的方式类似的方式影响受到例如范德华力束缚的原子“介质”。
对于未磁化的中性物质，类比意味着波能可以穿透，因为梯度力共同作用于原子的质子、电子和中子。
对于低频波(比如ω2<<Ω2)，因为可以忽略ω，因此方程(1)中的表达得到简化。在这种情况下，无论原子结构或质量如何，力都变成吸引力。
然而，在接近共振频率ω2＝Ω2时，梯度力非线性地增加。等离子体物理学中的共振频率与流体固有特性(比如等离子体密度、粒子质量、粒子惯性和磁场)有关。
假设照射等离子体的EM波在许多平面中被线性极化的情况下，由具有辐射电场E的EM波对质量为ma的单个粒子/原子施加的梯度力变为
Figure BDA0002253121440000051
具体地，该表达式对于第一燃料成分可能有效。理论梯度力与表达式(2)中的频率类似于相对于表达式(1)中的频率，不同之处在于现在已经引入了共振频率Ωa。共振频率Ωa可以是针对任何聚集状态(即，固态、液态、气态或等离子体态)下的物质的共振频率。梯度力在低于共振(即，对于ω2<(Ωa)2)的整个频率范围内再次是吸引力。高于共振ω2>(Ωa)2时，该力是排斥力。在远低于共振的频率ω2<<(Ωa)2下，梯度力与波频率无关，并且以下表达式适用于：
Figure BDA0002253121440000052
图1中展示了梯度力的吸引力和排斥力，将梯度力展示为ω/Ωa的函数。在图1中，展示了针对单位材料常数(e2/4m1＝1)和表达式(2)中的
Figure BDA0002253121440000053
的阿尔芬波梯度力与归一化频率。左侧曲线标记吸引力，而右侧曲线标记排斥力。
如果物质处于固体聚集状态，则可以将共振频率写为ΩA＝c/a，其中，a为原子间距离，并且c为光在介质中的局部速度。在这种情况下，得到ω2<<(Ωa)2的近似表达式
Figure BDA0002253121440000054
此处，力取决于材料常数ξ(a,ma)以及传播到物质中的波电场的平方E2的空间梯度。波能可以变为热能和/或动能和/或势能。波的吸引力由E2的空间梯度决定，该空间梯度可以写为商式δΕ2/δz，其中，δE2为在差分相互作用长度δz上E2的差。材料常数ξ(a,ma)、梯度δΕ2/δz和横向波电场E现在决定了对本体中的各个原子施加的梯度力。注意的是，与控制等离子体运动的磁场类似，原子间距离a定义了键合力或张力。a因子可以是定义共振的参数。可能存在用于定义共振的附加参数。
更一般地，表达式Ωa＝u/a中的u与EM波(例如，声波、离子声波)在介质中的局部速度有关。
已经证明，从表达式(4)得出的分析结果与来自卡文迪真空实验的实验发现十分吻合。
对于第一燃料成分或燃料成分，可以从以上等式(4)获得梯度力的以下表达式：
Figure BDA0002253121440000061
此处，K(a,ma)是第一燃料成分和/或第二燃料成分的特征特性。特征特性可以是相应的原子质量、原子数和原子分离距离等。
当输入EM辐射的输入功率变得更强时，梯度力可能变得更强。例如，处于低频范围ω2<<(Ωa)2内的梯度力与输入EM辐射的输入功率成正比。
如上文指出的，等离子体中也可能产生亚伯拉罕力。在这种情况下，纵向亚伯拉罕力可以由来描述，该纵向亚伯拉罕力与电场平方的时间变化成正比。cA为阿尔芬速度，并且B为磁场。正号或负号分别对应于与磁场B的方向平行或反平行的波传播。亚伯拉罕力对于E和/或弱磁场的快速变化可能是重要的。E和/或弱磁场的快速变化可能与可以给出低中子产生率的低回旋共振频率相关联。相反，亚伯拉罕力的优点可能是通过快速定向EM场的变化来促进加热。
等离子体中的EM波可能导致吸引力的事实并不明显。磁流体动力波(MHD波)是等离子体和磁场显示相互振荡的流体中的一类波，等离子体被认为“冻结”到磁场中。在空间单向磁场中，等离子体共振频率而不是波传播方向(+z方向)决定力的方向。通过Ω＝eB/mc，对于低频波ω2<<Ω2，具有
Figure BDA0002253121440000063
这意味着在低频下具有常数B的均匀介质中，力是恒定的并且与波频率无关，该力与EM波强度的梯度成比例。因为在相互作用(对物质施加力)期间波强度在降低，因此力的指向与波传播方向相反。
MHD波的概念源于对等离子体的流体描述。MHD波受磁化等离子体中磁张力的管控。磁张力越强，波群速度和梯度力越弱。以类似的方式，固态等离子体中的MHD波受其介电特性和原子间张力的管控。当气态磁化等离子体中的局部共振频率由离子回旋频率决定时，中性固体和中性气体(包括原子)中的局部共振频率不太明显。然而，如已经指出的，梯度力是电荷中性的，这意味着作用于所有粒子的力在同一方向上前进。物质经受局部释放的由波电场的空间梯度表征的波能的加压。为了根据本发明的方法确立中子从第一燃料成分到第二燃料成分的转移，需要第一燃料成分与第二燃料成分的一定混合。在该核过程期间并取决于环境，可能发生其他状态转移，例如电子捕获。然而，在适当的系统设计的情况下，这些过程可能会对输出能量预算具有较小的影响。
取决于燃料温度和波共振，燃料中的中子转移速率可以达到输出电磁辐射的输出功率实质上超过输入电磁辐射的输入功率的状态。
除了加热燃料之外，来自核质量增加同位素移位的多余功率还可以提高中子从第一燃料成分到第二燃料成分的转移速率。该转移速率可以通过增强EM辐射到燃料的输入功率来实现。
根据以下给出的详细说明，本发明的进一步适用范围将变得清楚。然而，应理解的是，虽然指示了本发明的优选实施例，但详细描述和具体实例仅以说明性的方式给出，因为本领域普通技术人员根据该详细描述将清楚本发明的范围内的各种变化和修改。
因此，应当理解的是，本发明不限于所描述的设备的特定零部件或者所描述的方法的步骤，因为此类设备和方法可以改变。还应当理解的是，本文所使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，并不旨在是限制性的。必须注意的是，除非上下文另有明确规定，在说明书和所附权利要求中使用的冠词“一个(a)”、“一个(an)”、“该”以及“所述”旨在意味着存在一个或多个元件。因而，例如，提及“单元”或“该单元”可以包括若干设备等等。此外，词语“包括(comprising)”、“包括(including)”、“包含(containing)”和类似用语不排除其他元件或步骤。
附图说明
现在将参考示出了本发明的实施例的附图来更详细地描述本发明的上述和其他方面。图不应被认为将本发明限制于具体实施例；而是用于说明和理解本发明。
如图所示，层和区域的大小出于说明性目的被放大，并且因此被提供用于展示本发明的实施例的总体结构。相同的附图标记始终指代相同的元件。
图1展示了作为ω/Ωa的函数的梯度力。
图2示意性地展示了发电机。
图3是用于发电的方法的方框图。
图4示意性地展示了替代性发电机。
图5示意性地展示了又一替代性发电机。
具体实施方式
现在将参考附图在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明的当前优选实施例。然而，本发明可以通过许多不同的形式来实施而不应被解释为局限于本文所阐述的实施例；而是，这些实施例被提供用于获得彻底性和完整性、并且向技术人员充分地传达本发明的范围。
图2示意性地展示了发电机10。发电机10包括燃料容器20、用于输入电磁辐射的源单元30、第一电极42和第二电极22。发电机10可以具有带有环形截面的圆柱形形状。然而，认识到的是，也可以使用其他形状。
燃料容器20可以具有带有环形截面的圆柱形形状。然而，认识到的是，也可以使用其他形状。燃料容器20包含燃料。燃料包含第一燃料成分和第二燃料成分。优选地，将第一燃料成分与第二燃料成分混合。燃料在经受输入电磁辐射之前可以是固体。因此，最初，燃料在经受输入电磁辐射之前优选地是固体。燃料可以是TiDx，其中，氘(D)是第一燃料成分，并且钛(Ti)是第二燃料成分。TiDx是燃料的一种良好候选项，因为氘对于中子具有低释放能量，同位素移位后的最终产物是稳定的，并且共振频率处于给出输出电压适用于许多应用的范围内。然而，认识到的是，可以使用其他燃料混合物。例如，可以使用其他金属氢化物，其中，H已经被更换为D。
第一燃料成分的常见情况是，该第一燃料成分在经受输入电磁辐射时可能经历核质量减少同位素移位。通过使第一燃料成分经受输入电磁辐射，可以借助于波粒加速过程来提供能量传递，如以上在本发明章节的发明内容中更广泛讨论的。在向第一燃料成分传递能量时，该第一燃料成分将呈现高能状态，其中，第一燃料成分中的中子将受到影响，并且可能发生核质量减少同位素移位。
第二燃料成分的常见情况是，应选择该第二燃料成分，使得其可以在第一燃料成分经历核质量减少同位素移位时吸收来自第一燃料成分的中子时经历核质量增加同位素移位。进一步地，应选择该第二燃料成分，使得通过核质量增加同位素移位获得的可用能量大于用于诱导第一燃料成分中的质量减少同位素移位的阈值能量。而且，第二燃料成分中的核质量增加同位素移位的所得同位素优选地是稳定同位素。
因此，第一燃料成分可以是氘。选择氘是由于其可以在经受输入电磁辐射时经历核质量减少同位素移位。通过使氘经受输入电磁辐射，可以借助于波粒加速过程来提供能量传递，如以上在本发明章节的发明内容中更广泛讨论的。在向氘传递能量时，氘可能呈现高能状态，其中，氘中的中子将受到影响，并且可能发生核质量减少同位素移位。氘中的质量减少同位素移位源自反应通道D+W S→n+1H，其中，D是氘(2H)，并且其中，1H是氕，即核中没有中子的氢。进一步地，Ws是用于发生质量减少同位素移位的阈值能量。用于诱导D中的质量减少同位素移位的阈值能量为2.25MeV。注意的是，1H以及2H(即D)本身都是稳定同位素。而且，注意的是，以上反应可以通过高于阈值能量的照射来诱导。
为了诱导氘中的质量减少同位素移位，燃料容器20配置为经受输入电磁辐射。进一步地，通过使燃料经受输入电磁辐射，可以形成燃料的等离子体。有利地选择输入电磁辐射，使得其低于第一燃料成分的等离子体共振频率。例如，在关于TiDx的示例中为TiDx的晶格结构中氘的等离子体共振频率。TiDx的晶格结构中氘的等离子体共振频率可以表示为：
其中，c为光速，并且a为晶格中的原子间距离。在晶格中原子间距离为45nm的情况下，TiDx的晶格结构中氘的等离子体共振频率为6.7·10 17rad/s(弧度/秒)，因此为1.1·1017Hz。这给出了处于软X射线光谱内的2.8nm的波长。通过改变燃料的晶格结构，可以改变第一燃料成分的等离子体共振频率。因此，可以选择处于热范围(430THz至300GHz)内的输入电磁辐射。通过使用充分的输入电磁辐射效应，可以将燃料转换成等离子体。进一步地，输入电磁辐射的充分效应可以诱导以上在本发明章节的发明内容中讨论的波粒加速过程，使得可以发生第一燃料成分中的质量减少同位素移位。
源单元30配置为使燃料暴露于输入电磁辐射。源单元30可以包括感应线圈装置32和用于为感应线圈装置32供电的电源(未示出)。感应线圈装置32可以例如以扭绞配置围绕燃料容器20对称地布置。由此，提供了聚焦到发电机10中心上的几何图形。感应线圈装置32包括至少一个感应线圈。在发电机10的操作中，感应线圈装置32连接到为感应线圈装置32供电的电源(未示出)。电源可以布置为使交流电穿过感应线圈装置32。感应线圈装置32可以例如是覆盖有陶瓷的热导线。通过为感应线圈装置32供电，该交流电用作电磁光谱的热范围内的电磁辐射的发生器。
如上文提及的，第二燃料成分可以是Ti。Ti包括多种稳定同位素，即46Ti、47Ti、48Ti、49Ti和50Ti。其中，48Ti是最常见的一种。Ti是第二燃料成分的一种良好候选项，因为质量增加同位素移位将使以下能量可用：
46Ti至47Ti＝8.87MeV；
47Ti至48Ti＝11.6MeV；
48Ti至49Ti＝8.13MeV；
49Ti至50Ti＝10.9MeV。
因此，取决于钛的同位素，钛可能经历不同量的质量增加同位素移位。
输出电磁辐射将作为电磁辐射的脉冲进行辐射。脉冲具有质量增加同位素移位能量中的能量的总能量。脉冲包括多个光子。输出电磁辐射的脉冲中的每个光子的频率高于并接近第二燃料成分的等离子体共振频率。第一等离子体共振频率和第二等离子体共振频率在固体中大致相同。因此，例如，在每次质量增加同位素移位时将从Ti中释放大约10MeV的能量。能量将作为电磁辐射的脉冲被释放，该脉冲包括多个光子，而不是具有大约10MeV的单个光子。
输出电磁辐射可以处于紫外光谱范围内和/或软X射线光谱范围内。
如上文提及的，燃料容器20中的燃料可以是固体的材料混合物。在燃料是固体的情况下，第一燃料成分可能受到相同或不同频率的热辐射的影响。热辐射用作波列脉冲，该波列脉冲具有虚拟波长以及足以支持第一燃料成分中的核质量减少同位素移位的能量。因此，由于将燃料暴露于输入电磁辐射，将发生第一燃料成分中的核质量减少同位素移位。结果是，中子将可用于第二燃料成分中的核质量增加同位素移位。中子可能不会从固体中逸出。然而，中子可能会被固体自身捕获。这是为了不违反光电效应。因此，通过质量减少同位素移位而使得可用的中子将保留在燃料内。因此，中子将可用于第二燃料成分中的核质量增加同位素移位。作为第二燃料成分中的核质量增加同位素移位的结果，输出电磁辐射将被释放。输出电磁辐射的能量将作为输出波列脉冲而被释放。输出波列脉冲中的各个光子可以处于电磁光谱的紫外(UV)范围和/或软X射线范围内。然后，在第一电极42处收集输出波列脉冲中的光子，以便将这些光子光电地转换成电子。
燃料容器20可以是包含燃料的封闭隔室。燃料容器20可以包括燃料容器壳体。燃料容器壳体可以在低压下密封。这是为了减少氧气的存在。燃料容器壳体可以由金属制成。金属可以例如是钨W或钛Ti。可替代地，燃料容器壳体可以由玻璃制成。又可替代地，燃料容器壳体可以由陶瓷制成。燃料容器壳体可以具有环形截面。燃料容器壳体容纳有燃料。在燃料为TiDx的示例中，燃料可以采用具有低孔隙率的粉末形式。因此，燃料可以是固体混合物。可以对粉末进行压缩。
第一电极42布置为使得输出电磁辐射可以与其相互作用，以便诱导输出电磁辐射到电子的光电转换。因此，由于光电效应，电子可以从第一电极42射出。优选地，第一电极42围绕燃料容器20。第一电极42可以布置为发电机壳体40的层。发电机壳体40可以包围燃料容器20。构成第一电极42的层可以是发电机壳体40的最内层。第一电极42优选地由金属制成。
第二电极22优选地位于距第一电极42的一定距离处。第二电极22配置为收集从第一电极42射出的电子。优选地，第一电极与第二电极之间的空间被排空。第二电极22可以受到燃料容器20、优选地为燃料容器壳体的支撑。第二电极22可以是燃料容器壳体的最外层。可替代地，第二电极22可以是缠绕在燃料容器壳体上的电极。
通过在第一电极与第二电极之间施加电势差，可以获得电流。电流可以用于为电池(未示出)提供载荷或为电气器件(未示出)供电。例如，发电机10可以用于为电动汽车供电。
由发电机壳体40与燃料容器20界定的空间可以被认为是隔室50。隔室50优选地被排空。由于隔室可以由第一电极42与第二电极22界定，因此隔室50可以用作光电电池单元。因此，在一些实施例中，发电机壳体40与燃料容器20界定隔室50。隔室50还可以被认为是用作发电机的热绝缘体。
隔室50可以包括入口52和出口54。隔室50可以经由入口52和/或出口54被排空。进一步地，可以通过使流体流过隔室50来冷却发电机10。要使用的流体的示例是惰性气体，例如氖气。因此，入口52和出口54以及流体源(未示出)可以是用于发电机10的初级冷却单元的一部分。使流体流过隔室50还可以清除从燃料容器20中泄漏的氢或氘。如果是这样的话，入口52和出口54可以连接到氢电池单元(未示出)，以便将氢和/或氘中和成水。进一步地，可以通过使流体流过隔室50来控制发电机10的作用。而且，可以通过使流体流过隔室50来停止发电机10。因此，入口52和出口54可以是用于发电机10的控制系统的一部分。
发电机壳体40可以配置为支撑感应线圈装置32。例如，感应线圈装置32可以缠绕在发电机壳体40上。感应线圈装置32可以替代性地形成发电机壳体40的一部分。
发电机壳体40可以进一步支撑燃料容器20。例如，燃料容器20可以被支撑在密封件44处。密封件44可以将燃料容器20与发电机壳体40电隔离。密封件44可以例如是陶瓷密封件。密封件可以用于将燃料容器20可释放地附接到发电机壳体40上。因此，燃料容器20可以可释放地附接到发电机10上。因此，在燃料容器20中的燃料被消耗时，可以以具有新鲜燃料的新容器来更换燃料容器20。
发电机10可以进一步包括一个或多个支撑构件60。该一个或多个支撑构件60配置为在发电机壳体40与燃料容器20之间起支撑作用。因此，该一个或多个支撑构件60可以配置为处于隔室50内部。该一个或多个支撑构件60可以由陶瓷材料制成。
发电机壳体40可以进一步包括次级冷却单元46。次级冷却单元46配置为调节发电机10的温度。次级冷却单元46可以是配置为使液体流过发电机壳体40的一个或多个腔的液体冷却单元。液体可以是水。次级冷却单元46可以是配置为使气体流过发电机壳体40的一个或多个腔的气体冷却单元。气体可以例如是空气。通过调节发电机10的温度，可以调节发电过程。
发电机10中产生的热量用于支持发电机10发电。因此，在发电机10处于平衡状态时，当达到来自发电机10的输出电功率时，冷却单元46可以用于去除多余的热量，就像在内燃发动机中一样。次级冷却单元46和/或初级冷却单元可以用于控制发电机10。例如，次级冷却单元46和/或初级冷却单元可以用于关闭发电机10。
对源单元30的控制也可以用于控制发电机10。
取决于发电机10的均衡温度，所输出的电功率将发生变化。第一燃料成分与输入电磁辐射之间的相互作用过程以及产生输出电磁辐射的过程不受固体燃料中等离子体共振的管控，而是受对在第一燃料成分中的核质量减少同位素移位作出贡献的波列脉冲容量的管控，并且因此从燃料中产生慢中子。这是不确定性原理的作用，并且仅在非常短的距离(近似于燃料中原子的原子间距离)内起作用。这就是中子保留在燃料内部的原因。可以仅使用源单元30来启动发电机10并对发电机10进行较小的调整。
参考图3，现在将讨论用于发电的方法。该方法包括以下动作。认识到，不一定需要以以下列出的顺序来执行这些动作。使包含第一燃料成分和第二燃料成分的燃料经受S300输入电磁辐射，使得在第一燃料成分中发生核质量减少同位素移位，在第二燃料成分中发生核质量增加同位素移位，并且输出由核质量增加同位素移位引起的输出电磁辐射。优选地，核质量减少同位素移位需要比核质量增加同位素移位更少的能量。将输出电磁辐射转换成S302电力。可以通过在第一电极处将输出电磁辐射光电地转换成电子并在第二电极处收集这些电子从而将输出电磁辐射转换成电力。可替代地或组合地，可以通过在光伏电池单元处将输出电磁辐射光伏地转换成电力从而将输出电磁辐射转换成电力。结果是，可以发电。该方法可以进一步包括：在第一电极与第二电极之间施加电势差，或者在光伏电池单元上施加电势差。
第一燃料成分可以是氘。第二燃料成分可以是钛。燃料可以是固体，优选地为TiDx。输入电磁辐射可以处于热光谱范围内。输出电磁辐射可以处于紫外光谱范围内或软X射线范围内。
本领域技术人员认识到，本发明决不限于上文所描述的优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内，许多修改和变化是可能的。
例如，第一成分可以是来自第一燃料成分(氘或锂)的以下候选项列表中的一个或多个。
进一步地，可以以许多不同的方式在物理上设计发电机。在图2中，示意性地展示了物理设计的一个示例。然而，本领域技术人员认识到，发电机的设计可能由于许多不同的原因而发生变化，诸如发电机应当安装在何处进行操作。
在图4中，示出了物理设计的另一示例。总体设计在许多方面类似于图2中的设计，并且参考与图2有关的详细描述。然而，一个区别在于，在图4的设计中，源单元30布置在燃料隔室20内部。由此，发电机10作为整体将用作防止过多热量散发到周围环境中的绝热体。源单元30可以例如是感应线圈单元32’。在图4的设计中，发电机10还设置有冷却单元47，该冷却单元沿着燃料隔室20内部的源单元30而延伸。由此可以快速调节源单元30的温度。冷却单元47可以例如是用于比如气体或液体等冷却介质的管道。
在图5中，示出了物理设计的又另一示例。总体设计在许多方面类似于图2和图4中的设计，并且参考与图2和图4有关的详细描述。然而，一个区别在于，在图5的设计中，电力不是通过第一电极处的光电效应并在第二电极处收集电子来产生的，而是使用光伏电池单元70将输出电磁辐射转换成电力。光伏电池单元70布置为使得输出电磁辐射可以与其相互作用，以便诱导输出电磁辐射到电子-空穴对的光电转换。优选地，光伏电池单元70围绕燃料容器20。光伏电池单元70可以布置为发电机壳体40的层。发电机壳体40可以包围燃料容器20。构成光伏电池单元70的层可以是发电机壳体40的最内层。通过在光伏电池单元70的两个电极上施加电势差，可以诱导电流。电流可以用于为电池(未示出)提供载荷或为电气器件(未示出)供电。例如，发电机可以用于为电动汽车供电。在图5中，发电机10已经被展示为使源单元30布置为发电机壳体40的一部分。然而，应理解，正如在结合图4披露的实施例中那样，源单元30可以布置在燃料隔室20内部。
可替代地，所披露的实施例的变化可以由技术人员在实践所要求保护的发明时通过学习附图、披露内容、以及所附权利要求来理解并实现。

Claims (25)

1.一种发电机，包括：
燃料容器(20)，该燃料容器用于容纳包含第一燃料成分和第二燃料成分的燃料；
源单元(30)，该源单元配置为使该燃料暴露于输入电磁辐射从而产生以下各项：
该第一燃料成分中的核质量减少同位素移位，
该第二燃料成分中的核质量增加同位素移位，以及
由该核质量增加同位素移位引起的输出电磁辐射；以及
包围该燃料容器(20)的发电机壳体(40)，该发电机壳体(40)支撑配置为将该输出电磁辐射光电地转换成电子的第一电极(42)；
其中，该燃料容器(20)包括燃料容器壳体(24)，该燃料容器壳体支撑配置为收集这些电子、从而提供发电的第二电极(22)。
2.一种发电机，包括：
燃料容器(20)，该燃料容器用于容纳包含第一燃料成分和第二燃料成分的燃料；
源单元(30)，该源单元配置为使该燃料暴露于输入电磁辐射从而产生以下各项：
该第一燃料成分中的核质量减少同位素移位，
该第二燃料成分中的核质量增加同位素移位，以及
由该核质量增加同位素移位引起的输出电磁辐射；
包围该燃料容器(20)的发电机壳体(40)；以及
光伏电池单元(70)，该光伏电池单元配置为将该输出电磁辐射转换成电力，其中，该光伏电池单元(70)被布置为该发电机壳体(40)的层。
3.根据权利要求1或2所述的发电机，其中，该燃料是固体。
4.根据权利要求1或2所述的发电机，其中，该燃料为TiDx。
5.根据权利要求1或2所述的发电机，其中，该源单元(20)配置为使该燃料暴露于红外光谱范围内的电磁辐射输入能量。
6.根据权利要求1或2所述的发电机，其中，该源单元(30)包括感应线圈装置(32)。
7.根据权利要求1或2所述的发电机，其中，该燃料容器(20)包括燃料容器壳体(24)，其中，该发电机壳体(40)与该燃料容器壳体界定隔室(50)。
8.根据权利要求7所述的发电机，其中，该隔室包括用于流体流入的入口以及用于流体流出的出口。
9.根据权利要求8所述的发电机，其中，该流体是惰性气体。
10.根据权利要求9所述的发电机，其中，该惰性气体是氖气。
11.根据权利要求1或2所述的发电机，其中，该发电机壳体(40)包括配置为对该发电机的温度进行调节的次级冷却单元。
12.根据权利要求1或2所述的发电机，其中，该发电机壳体(40)配置为支撑该燃料容器(20)。
13.根据权利要求12所述的发电机，其中，该发电机壳体(40)在密封件(44)处支撑该燃料容器(20)。
14.根据权利要求13所述的发电机，其中，该密封件(44)将该燃料容器(20)与该发电机壳体(40)电隔离。
15.根据权利要求13或14所述的发电机，其中，该密封件(44)配置为将该燃料容器(20)可释放地附接到该发电机壳体(40)上。
16.根据权利要求1或2所述的发电机，进一步包括：一个或多个支撑构件(60)，该一个或多个支撑构件配置为在该发电机壳体(40)与该燃料容器(20)之间起支撑作用。
17.根据权利要求16所述的发电机，其中，该燃料容器(20)包括燃料容器壳体(24)，其中，该发电机壳体(40)与该燃料容器壳体界定隔室(50)，并且其中，该一个或多个支撑构件(60)布置在该隔室(50)内部。
18.根据权利要求1或2所述的发电机，其中，该燃料容器(20)对于紫外光谱范围和/或软X射线范围内的电磁辐射而言是可透射的。
19.一种用于发电的方法，该方法包括：
使包含第一燃料成分和第二燃料成分的燃料经受输入电磁辐射从而产生以下各项：
该第一燃料成分中的核质量减少同位素移位，
该第二燃料成分中的核质量增加同位素移位，以及
由该核质量增加同位素移位引起的输出电磁辐射；以及
由该输出电磁辐射通过以下方式发电：通过在第一电极(52)处将该输出电磁辐射光电地转换成电子并在第二电极(22)处收集这些电子从而将该输出电磁辐射转换成电力；或者通过在光伏电池单元(70)处将该输出电磁辐射光电地转换成电力。
20.根据权利要求198所述的方法，其中，该第一燃料成分是氘。
21.根据权利要求19或209所述的方法，其中，该第二燃料成分是钛。
22.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其中，该燃料是固体。
23.根据权利要求19至21中任一项所述的方法，其中，该燃料为TiDx。
24.根据权利要求19至23中任一项所述的方法，其中，该输入电磁辐射处于热光谱范围内。
25.根据权利要求19至24中任一项所述的方法，其中，该输出电磁辐射处于紫外光谱范围内或软X射线范围内。
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