CN112262441A - 启动和维持核反应的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
基于电子介导的核反应(EMNR)的燃料，生产方法，热和/或能量生产方法和生产设备，以及所述燃料用于产生热，辐射，功率和/或能量的用途。
Description
技术领域
本发明涉及能量生产。更具体地说，本发明公开了一种从核反应中产生能量的方法和装置。核反应可以是电子介导的和/或来自单元素燃料。
背景技术
目前，各国政府和社会正在紧急推进未来替代化石燃料能源的新能源技术，并且正在进行紧锣密鼓的研究。对“超越化石”的能源研究可以大致分为两种技术：a)依赖直接或间接利用来自太阳的能量，b)核技术。本发明被认为属于核技术的范畴。虽然本发明提供了类似于核裂变技术的能量和功率密度，但是它可以实现基本无放射性的反应堆设计，我们可以以此来对其进行区分。
其他先前的无放射性核发明主要涉及基于镍氢和钯氘燃料对的能源产生。这些发明的工业化并不简单，迄今为止妨碍了对这些发明的商业利用。截至目前，仅有重核的中子介导链式反应在工业上得到了发展。它是目前所有核能生产的基础。
在燃料中产生的能量产生反应具有巨大的潜在效用。本发明具有启动可靠、可控性好、功率密度足够高等优点，有利于其工业应用。从某些燃料生产能源和从这种能源生产过程获得最佳电转换的技术是本发明的补充方面。
发明内容
本发明公开了一种在反应核燃料反应堆中进行“电子介导核反应”(EMNR)的方法和装置。EMNR可能是净放热的。公开了脉冲反应过程和连续反应过程的不同反应动力学。这些不同动力学可能对应于不同的核反应过程。连续反应动力学具有高度可控性。这种可控特性、较高的(例如～30w/g)反应功率比以及可靠的反应启动为未来的能源生产提供了巨大的潜力。本方法和装置可包含能够使燃料中的核周围存在亚稳态电子轨道、高度局域化电子轨道和/或近电子核邻近轨道(EMNRPO)的材料。所述轨道可具有带有“电子介导核反应促进轨道电子总能量”(EMNRPOETE)的“电子介导核反应促进轨道电子”(EMNRPOE)。所述轨道可以是颤振(Ziterbeweng)轨道。所述颤振轨道可具有带有“颤振轨道电子总能量”(ZOETE)的“颤振轨道电子”(缩写为ZOE)。本方法和装置的燃料可包括“电子介导核反应促进轨道能力材料”(EMNRPOCM)，如“颤振轨道能力材料”(ZOCM)，如可催化或以其他方式促进EMNRs的1H核或2H核。电子向EMNRPO的跃迁可通过具有“跃迁启动动能”(TIKE)与燃料中一种或多种EMNRPOCM 的一个或多个EMNRPOTE相近的电子的“跃迁启动动能电子轨道”(TIKEEO)的存在来促进或以其他方式推进。如果EMNRPOCM是ZOCM，所述EMNRPOETE为ZOETE，当ZOCM 是ZOETE为～80-81eV的氢(1H)时，一个或多个TIKE可能接近～80-81ev，当ZOCM为ZOETE为～35ev的氘(2H或D)时，一个或多个TIKE可能接近～35ev。本专利公开了一种根据本发明预测反应核和燃料的方法。
本发明的目的之一是公开一种用于核反应的燃料。公开了一种用于核反应的单一或多元素燃料。燃料可包含一个或多个反应核(反应核燃料)。燃料可包含一种或多种核双电子俘获同位素(NDECCI)。燃料可包含一种或多种EMNRPOCM，如ZOCM。燃料还可以包括一种或多种“跃迁启动动能电子轨道材料”(TIKEEOM)和/或它们的前体。一种或多种EMNRPOCM可以是轻核材料。轻核EMNRPOCM可以是氢(1H)和/或氘(2H)。燃料可包含“跃迁启动动能电子轨道可调节材料”(TIKEEOMM)。一种或多种TIKEEOM可以是金属。其中一种或多种金属可以是碱金属、碱土金属、过渡金属、后过渡金属、镧系和/或锕系。一种或多种TIKEEOM可以是“轨道改性复合材料”(OMCM)的组成部分。例如，OMCM可以是至少部分地包含一种或多种TIKEEOM的分子、合金或盐。OMCM可能是“跃迁启动动能电子轨道复合材料”TIKEEOCM。TIKEOCM可以是TIKEEOM。分子可以是硼酸盐、硼化物、氧化物、氮化物、硝酸盐、氧化物、氟化物、硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐、氯化物、硒化物、溴化物、碘化物、硝酸盐、氮化物、磷酸盐、磷化氢、磷化物、硫酸盐、硫化物或任何其他分子组合。燃料结构的高能电子倍增因子可以大于1。燃料可用于EMNR的方法或装置中，例如“电子介导核链式反应”(EMNCR)。
根据本发明的一个实施例，放热核反应(如EMNR)可以通过强磁场来实现。根据本发明的一个实施例，放热核反应可包含燃料内一个或多个核键的放热重排、燃料中一个或多个核键的放热裂解和/或燃料中一个或多个核子的放热裂解。磁场可以由EMNRPO (如颤振轨道)中的电子、磁单极子和/或足够强的电流脉冲产生。
根据本发明的一个实施例，本发明公开了一种进行EMNR的方法和装置，其中一种或多种EMNRPOCM和一个或多个具有动能接近一种或多种EMNRPOCM的EMNRPOETE的“跃迁启动动能电子”(TIKEE)跃迁在一种或多种EMNRPOCM的原子核周围形成一个或多个EMNRPO。一个或多个TIKEE可以是束缚电子或非束缚电子。在束缚电子的情况下，所述电子可能被束缚在TIKEEOM的一个轨道上。在EMNRPOCM包含1H的情况下，TIKE 可能接近～80-81eV，在EMNRPOCM包含2H的情况下，TIKE可能接近～35eV。EMNRPOCM 可以是ZOCM。EMNRPO可以是颤振轨道。EMNRPO可催化、增强或以其他方式促进一个或多个核反应。1H相容性TIKEEOM的示例包括但不限于包含Ni、Br、V和/或Co的材料。 2H相容性TIKEEOM的示例包括但不限于包含Ca的材料。TIKEE可通过任何方式提供给 EMNRPOCM。TIKEE可由束缚电子和/或非束缚电子提供。由束缚电子提供TIKEE的方法示例包括但不限于，扩散一种或多种EMNRPOCM通过包含TIKEEOM的材料，加速一种或多种EMNRPOCM至包含TIKEEOM的材料(例如通过表面等离子激元、电解过程中的表面电压或通过表面界面上的费米能级差加速)(如在非平衡扩散过程中)，例如，通过熔融相变，即将含有一种或多种TIKEEOM的合金熔融成另一种费米能级较低的材料，和/或加速TIKEEOM至包含EMNRPOCM的材料。通过非束缚电子提供TIKEE的方法包括但不限于，提供包含一种或多种EMNRPOCM的等离子体，其中等离子体温度接近EMNRPOETE和/ 或用能量接近EMNRPOETE的电子轰击包含EMNRPOCM的材料。电子可以通过用离子轰击包含EMNRPOCM的材料跃迁至ENMRPO，优选地能量高于EMNRPOETE的EMNRPOCM离子，优选地能量接近EMNRPOETE的3倍(3x)。
本发明的目的之一是公开通过燃料产生能量的方法和装置。本发明公开了一种通过电子介导核反应产生能量的方法和装置，包括电子介导核链式反应。作为优选实施例，本发明公开了含锂和/或镍的燃料。作为一种更优选的实施例，本发明公开了含有58Ni 的燃料和6Li-7Li燃料混合物。根据本发明，还可以使用其他燃料或燃料成分。本发明公开了一种电子介导和/或单元素燃料核反应。公开了一种电子介导和/或单元素燃料与58Ni的核反应。公开了一种电子介导和/或单元素燃料与6Li-7Li混合物的核反应。单元素燃料核反应可以是电子介导核链式反应。电子介导反应可以是单元素反应。单元素核反应可以是电子介导核反应。电子介导和/或单元素核反应在其初始阶段可以是电子介导核链式反应。电子介导核反应可以是连续的或半连续的核反应。电子介导和/或单元素核链式反应在其初始阶段可以是电子介导或单元素核反应。电子介导或单元素核反应可以是连续的或半连续的核反应。电子介导的核链式反应或链式反应可以由初始和 /或周期核链式反应或核反应转变为连续或半连续的核反应或核链式反应。电子介导和/ 或单元素核反应或链式反应可以是净放热反应。本发明公开了一种使电子介导或单元素燃料反应序列成为可能的机制。
本发明公开了多种反应，包括但不限于：镍燃料和锂燃料反应。反应可以是链式反应。公开了58Ni燃料和6Li-7Li燃料混合物作为电子介导核链式反应和/或单元素燃料的核链式反应的示范性燃料，但是，根据本发明，也可以使用其他燃料。一个或多个核反应链可由高能电子的核俘获或本发明所述的其它方式启动，并且所述反应可产生更多的高能电子作为输入，即高能电子的核俘获可导致高能电子的倍增。燃料可以放在反应堆里。燃料可用于通过一种或多种NDECCI或锂中产生过量的高能电子。燃料可至少包含一种NDECCI和/或锂同位素，并可进一步包含可能包括例如一种或多种改性材料的其他成分。燃料可以是单元素或多元素燃料。燃料可包含改性材料。燃料可以只含有一种元素。单元素燃料可含有所述单元素的多种同位素。根据本发明，这种仅由单元素的多个同位素组成的燃料被视为单元素燃料。利用单元素燃料的核反应被称为“单元素燃料反应”。
根据本发明的一个实施例，链式反应序列可涉及一个或多个电子俘获步骤和一个或多个高能电子发射步骤。与电子俘获相比，高能电子发射可以成倍增加。由一个或一组电子俘获发射的电子数可能大于一个。根据本发明的一个方面，所述反应可以是自调节的。根据本发明的一个方面，可以实现可持续能源生产。根据本发明，金属镍和/或锂可用作燃料。此外，根据本发明的一个实施例，任何含有NDECCI的材料均可单独或组合用作燃料。
电子跃迁事件可以启动或先于EMNR。电子跃迁事件的例子包括但不限于电子到EMNRPO的跃迁，如颤振轨道。束缚电子或非束缚电子都可以跃迁至EMNRPO。EMNR可以是一个单个步骤或多个步骤的过程。EMNRPO(如颤振轨道)可以催化、增强或以其他方式促进一个或多个EMNR和/或一个或多个EMNCR。
“束缚电子”系指被束缚在原子核轨道上的电子。TIKEEO上的TIKEE就是束缚电子的一个示例。
“电子俘获”系指含有质子的原子核吸收电子，从而使一个或多个核质子变成一个或多个核中子的任何过程。EMNR可包含一个或多个电子俘获事件。例如，电子俘获可以是单电子俘获和/或双电子俘获。双电子俘获可以作为一系列单电子俘获事件或单个事件发生。双电子俘获是EMNR的一个示例。根据本发明，还可以进行其他EMNR。
在不受理论限制的情况下，我们认为燃料的固态-熔融相变化可引发产生能量的反应。相变可以是完全的，也可以是部分的。完全或部分的相变可以通过温度循环来保持，例如，温度在相变温度区域循环。温度循环或其他触发机制可以是连续的或间歇的。
除所述优选实施例外，本发明还公开了一系列可以根据本发明公开的反应机理或工作原理产生能量的材料。
此外，本发明还公开了一种包含用于容纳燃料的反应堆的能源生产装置。装置可进一步采用方法来维持燃料周围基本上呈化学惰性的环境。装置还可进一步采用使合金温度在目标温度范围内循环的方法。
“电子介导核反应”在此处被定义为以在近电子核邻近的地方存在一个或多个电子为特征的核反应过程。作为反应的一部分、在反应过程中或在反应中，通过在近电子核邻近的地方产生电子，电子介导核反应可以持续、间歇或连续地进行。
“电子介导核链式反应”在此处被定义为以高能电子的发射和核俘获为特征的核反应过程。作为反应的一部分、在反应过程中或在反应中，通过高能电子的倍增，电子介导核链式反应可以持续、间歇或连续地进行。
电子介导核链式反应(EMNCR)可包含两个或多个连续的电子介导核反应(EMNR)。EMNR可以是EMNCR。EMNCR是EMNR的一种类型。
“高能”电子在此处被理解为，例如，在燃料材料的反应核中，动能高于单电子俘获的吸热势垒的电子。EMNR可包含单个电子俘获步骤。单电子俘获可以是EMNR中的一个步骤。
“跃迁启动动能电子轨道材料”(Transition-Initiating Kinetic EnergyElectron Orbital Material，简称“TIKEEOM”)系指具有至少一个s、p、d或f电子轨道或其一个或多个其混合轨道的材料，其动能接近燃料中使用的一种或多种 EMNRPOCM(例如ZOCM)的EMNRPOETE(例如ZOETE)。例如，TIKEEOM可以通过TIKEEOMM (包括TIKEOMCM)生成。
“跃迁启动动能电子轨道可调节材料”(Transition-Initiating Kinetic EnergyElectron Orbital Modulatable Material，简称“TIKEEOMM”)系指具有或可通过 OMM等调节或以其他方式改性为具有至少一个s、p、d或f电子轨道和/或其一个或多个混合轨道的材料，其动能接近EMNRPOCM的EMNRPOETE，例如燃料中使用的一种或多种ZOCM的ZOETE。因此，如果TIKEEOMM还不是TIKEEOM，那么可以通过例如与OMM结合来将TIKEEOMM变成TIKEEOM。TIKEEOMM也可以是TIKEEOM、TIKEEOMCM和/或TIKEEOCM。 TIKEEOMM也可以是NDECCI和/或改性材料。例如，TIKEEOM可以通过OMM改性为更有效或更高效的TIKEEOM。因此，TIKEEOM可以是TIKEEOMM。
“跃迁启动动能电子轨道复合材料”(Transition-Initiating Kinetic EnergyElectron Orbital Compound Material，简称“TIKEEOCM”)系指通过诸如OMM改性为具有至少一个s、p、d或f电子轨道和/或其一个或多个混合轨道的材料或材料组合，其动能接近燃料中使用的一种或多种EMNRPOCM(如ZOCM)的EMNRPOETE(如ZOETE)。例如，可以通过TIKEEOM、TIKEEOMM或TIKEEOMCM和OMM产生TIKEEOCM。TIKEEOCM是 TIKEEOM的一种类型。TIKEEOM可以是TIKEEOCM。
“跃迁启动动能电子”(Transition-Initiating Kinetic Energy Electron，简称“TIKEE”)系指具有TIKE的电子。电子可以是非束缚电子，也可以是包括TIKEEOCM 在内的TIKEEOM轨道上的束缚电子，其动能接近燃料中使用的一种或多种EMNRPOCM(如 ZOCM)的EMNRPOETE(如ZOETE)。
“跃迁启动动能”(Transition-Initiating Kinetic Energy，简称“TIKE”)系指动能接近燃料中使用的一种或多种EMNRPOCM(如ZOCM)的EMNRPOETE(如ZOETE)的电子。
“电子介导核反应促进轨道电子总能量”(Electron Mediated Nuclear ReactionPromoting Orbital Electron Total Energy，简称“EMNRPOETE”)系指EMNRPO上一个电子的总能量(即EMNRPOE的总能量)。在1H的情况下，EMNRPOETE可以是ZOETE，可能是～80–81ev。在2H的情况下，EMNRPOETE可以是ZOETE，可能是～35ev。对于其他 EMNRPOCM，EMNRPOETE和/或ZOETE可能会有所不同。
“颤振轨道电子总能量”(Zitterbewegung Orbital Electron Total Energy,简称“ZOETE”)系指颤振轨道上一个电子的总能量(即一个ZOE的总能量)。在1H的情况下，ZOETE为～80–81eV。在2H的情况下，ZOETE为～35eV。对于其他ZOCM，ZOETE 可能会有所不同。
能量方面的“接近”系指TIKEE的平均动能与对应的EMNRPOCM(如对应的ZOCM) 的EMNRPOETE(例如ZOETE)之间存在平均能量差，其优选地小于+/-10eV，更优选地小于+/-5eV，更优选地小于+/-2eV，更优选地小于+/-1eV，更优选地小于+/-0.5eV，更优选地小于+/-0.2eV、更优选地小于+/-0.1eV，更优选地小于+/-0.05eV，最优选地小于+/-0.04eV。
磁场强度方面的“强”系指优选地大于1MTesla，更优选地大于9MTesla，更优选地大于16MTesla，更优选地大于22MTesla，更优选地大于27MTesla，更优选地大于31MTesla，最优选地大约32.8MTesla。
“电子介导核反应促进轨道”(Electron Mediated Nuclear Reaction PromotingOrbital，简称“EMNRPO”))系指电子-核相互作用比任何普通原子轨道(如s、p、d 和f轨道及其杂化轨道)之间的相互作用更强的电子轨道。EMNRPO的示例有高度局域化、亚稳态和近电子-核电子轨道。颤振轨道为EMNRPO的示例。EPCO和/或EPCOE可以催化、增强或以其他方式促进EMNR中的一个或多个步骤，包括单电子俘获和/或双电子俘获。
“电子介导核反应促进轨道能力材料”(Electron Mediated Nuclear ReactionPromoting Orbital Capable Material，简称“EMNRPOCM”)系指任何能够形成和/或维持EMNRPO一段时间的材料。EMNRPOCM的例子包括但不限于轻核材料。优选地， EMNRPOCM具有带电荷Z＝1(即1H,2H,3H)的原子核，为此，产生的具有EMNRPO的原子是电中性的，因此，与带正电荷的原子相比，该原子可以更容易接近其他原子核。ZOCM 是EMNRPOCM的一种类型。反应性核材料也可作为EMNRPOCM。
“电子介导核反应促进轨道电子”(Electron Mediated Nuclear ReactionPromoting Orbital Electron，简称“EMNRPOE”)系指围绕着EMNRPOCM的EMNRPO 上的EMNRPO电子。EMNRPOE是一种束缚电子。
“颤振轨道能力材料”(Zitterbewegung Orbit Capable Material，简称“ZOCM”)系指任何能够形成和/或维持颤振轨道一段时间的材料。ZOCM的例子包括但不限于轻核材料。优选地，ZOCM具有带电荷Z＝1(即1H、2H、3H)的原子核，因此，产生的具有颤振轨道的原子是电中性的，因此，与带正电荷的原子相比，可以更容易接近其他原子核。根据本发明，还可以使用其他ZOCM。
“颤振轨道电子”(zitterbewegung orbit electron，简称“ZOE”)系指围绕原子核或原子离子的颤振轨道轨道上的电子。电子可以是高度局域化的。电子可能在近电子-核邻近。电子可处于亚稳轨道。ZOE是一种高度局域化、亚稳态和/或近电子核邻近电子。
“轻核”在此处被定义为原子序数Z优选地为11或更少，更优选地为5或更少，更优选地为4或更少，最优选地为3或更少的原子核。
“轻核材料”系指至少部分包含轻核的材料。示例包括但不限于1H、2H(D)或3H。轻核材料包括包含轻核材料的任何分子、合金或盐。值得注意的是，对于ZOCM型 EMNRPOCM，如1H和2H,1H和2H本身也可以作为反应核材料，因此可能会和颤振轨道或 ZOE的贡献融合在一起。
“轨道改性材料”(Orbit Modifying Material，简称“OMM”)系指一种在例如在分子、合金、盐中结合或以其他方式与一种或多种TIKEEOMM(包括TIKEEOMCM)接触时(例如作为涂层或接触表面)，可以改变、调制或以其他方式改变一个或多个电子轨道，使得该材料组合包含一个或多个TIKEE和/或TIKEEO的材料。TIKEEOM、TIKEEOMM、 TIKEEOCM、TIKEEOMCM可至少部分包含一种或多种OMM。
“轨道改性复合材料”(Orbital Modified Compound Material，简称“OMCM”) 可以是一种或多种TIKEEOMM和/或一种或多种TIKEEOMCM和/或一种或多种TIKEEOCM 和/或一种或多种TIKEEOM与一种或多种OMM的组合。例如，所述OMCM可以是分子、合金、盐或任何其他复合材料和/或与一种或多种TTIKEEOMM和/或一种或多种TIKEEOMCM 和/或一种或多种TIKEEOCM和/或一种或多种TIKEEOM接触的表面、涂层或沉积物。根据本发明，还可以使用其他组合产生OMCM。OMCM可以是TIKEEOCM。TIKEEOCM是OMCM 的一种类型。
电子轨道的“高度局域化”在此处系指电子轨道可能比任何“普通”原子轨道(如s、p、d和f轨道及其杂化轨道)更窄。颤振轨道上的电子可以被认为是和/或处于高度局域化状态(高度局域化电子)。这种高度局域化的ZOE可能有一个距离核心的平均轨道距离R，优选地为0.383pm+/-0.2pm，更优选地为0.383pm+/-0.1pm，更优选地为0.383pm+/-0.05pm，更优选地为0.383pm+/-0.02pm，更优选地为0.383 pm+/-0.01pm，更优选地为0.383pm+/-0.005pm，更优选地为0.383pm+/-0.002pm，更优选地为0.383pm+/-0.001pm，最优选地为在核周围接近0.383pm。
“激发”或“激发态”系指任何比基态能量更高的量子态。
“反应核”在此处被定义为参与电子介导核反应或电子介导核链式反应的核。反应核可在整个反应过程中释放能量。
反应核可包含至少一个中子和/或一个质子。反应核可以是轻核。反应核的示例包括但不限于1H、2H、3H、He、Li、Be、B、C、N、O、F、Ne和Na的核。镍核可以作为反应核。
“高能量电子的倍增”(“倍增”)在此处被定义为过程输出处的平均高能电子数大于过程输入处的平均高能电子数(差异为“过剩电子”)。倍增因子在此处被定义为过程输出处的平均高能电子数除以过程输入处的平均高能电子数。
“反应核燃料”或“燃料”在此处被定义为至少部分包含反应核的任何材料和/或材料混合物。
反应核燃料可包含一种或多种反应核材料，例如NDECCI。反应核燃料可包含一种或多种EMNRPOCM，例如ZOMC。反应核燃料可进一步包括一种或多种TIKEEOM、TIKEEOCM 和/或一种或多种TIKEEOMM、TIKEEOMCM和/或一种或多种OMM。反应核燃料可以是多元素燃料，其中一种或多种成分具有电子轨道，其动能接近燃料中EMNRPOCM的EMNRPO。反应核燃料可包含多元素燃料，其中一种或多种成分具有电子轨道，其动能接近至少一个其他成分(可以是EMNRPOCM)的颤振轨道总轨道能量。所述EMNRPOCM可以是ZOCM。所述ZOCM可以是1H、2H和/或3H。
“反应核材料”系指至少部分包含一个或多个反应核的任何材料。反应核燃料至少部分包括反应核材料。NDECCI是一种反应核材料。反应核材料可以是轻核材料。反应核材料的示例包括但不限于1H、2H、3H、He、Li、Be、B、C、N、O、F、Ne和Na。Ni可以作为反应核材料。EMNRPOCM也可以作为反应核材料。
“近电子核邻近”在此处被定义为电子在与原子核的平均距离小于100皮米处围绕原子核绕轨道运行，该平均距离更优选地小于10皮米，最优选地小于5皮米。绕轨道运行的电子可以是激发态电子。
近电子核邻近电子包括“极为邻近”的电子轨道。这种电子也被称为极为邻近电子、近电子核邻近电子或处于极为邻近电子核状态的电子。电子轨道平均距离小于1 皮米的电子和位于颤振轨道上的电子可以被认为是近电子核邻近电子。
“极为邻近原子核”在此处被定义为间隔小于100皮米的两个原子核，更优选地为小于10皮米，最优选地为小于5皮米。
“激发态电子”在此处被定义为处于非动力激发态的电子。激发态电子可以保持至少85eV的激发能，更优选地为至少10eV，最优选地为至少1eV。这种激发可至少持续1微秒，更优选地为至少持续10微秒。
“核双电子俘获能力同位素”(Nuclear Double Electron Capture CapableIsotope，简称为“NDECCI”)在此处被定义为原子核中至少有一个能够或原子核能够进行核双电子俘获原子或原子系统的原子或原子系统。NDECCI核可包含至少一个质子或中子或同位素，其原子核在连续或同时的两个或多个电子的核俘获后释放能量。两个或两个以上电子的核俘获既可以由单个原子核完成，也可以由两个或两个以上的极为邻近原子核在所述极为邻近原子核聚变之前或过程中完成。根据本发明，NDECCI的示例是镍(Ni)。所述NiNDECCI能在双电子俘获下嬗变为Fe。所述双电子俘获的放热能量约为2mev。根据本发明，还可以使用其他NDECCI和其他放热能量。NDECCI的其他示例包括但不限于58Ni、64Zn和40Ca及其任何混合物。NDECCI的示例还包括但不限于两个极为邻近质子。
“连续核反应”在此处被定义为产生至少1秒、更优选为至少10秒、更优选为至少1分钟、更优选为至少10分钟和最优选为至少1小时的几乎恒定的放热功率输出的反应过程。半连续核反应在此处被定义为由连续核反应和无反应交替相组成的反应，或由在两个不同的功率输出水平下的连续核反应交替相组成的反应。
连续核反应可以是核链式反应。
“净放热反应”在此处被定义为反应中各个步骤的总和产生净过剩能量的反应。因此，反应的任何一个步骤都可能是吸热的，但整个反应可以是放热的。净放热反应可以是核反应。核反应可以是核嬗变反应。核嬗变反应可以是一种化学元素或同位素转化成另一种。因为任何元素(或一种元素的同位素)都是由其原子中质子(和中子)的数量来定义的，即原子核中的质子或中子数发生变化的任何过程都会发生核嬗变。嬗变可以通过核反应来实现(即外部粒子与原子核发生反应)。净放热反应可以是双电子俘获反应。净放热双电子俘获反应可以是净放热双电子俘获核反应。所描述的任何反应或其任何组合可称为反应。
净放热反应可以是EMNR。单电子和/或双电子俘获反应可以是EMNR中的一个步骤。
核的“双电子俘获反应”或“双电子俘获”可以是原子核的衰变模式。对于核子数为A、原子序数为Z的核素(A,Z)，如果核素(A,Z-2)的质量较低，则有可能发生双电子俘获。在这种衰变模式下，两个轨道电子可能被原子核中的两个质子俘获，形成两个中子。在这个过程中可能会发射出两个中微子，或者在同时俘获两个电子的情况下，这个过程可能是无中微子的。由于质子变成了中子，中子的数量增加了2，质子的数量 Z减少了2，而原子质量数A保持不变。通过改变质子数，双电子俘获将核素转变为一种新的元素。双电子俘获反应可以是核反应、净放热双电子俘获反应、净放热双电子俘获核反应和/或嬗变或嬗变反应。
“高能”粒子可以是高能电子、高能核或任何其他粒子。电子可以通过离子轰击或电子轰击等方式引入。根据本发明，还可以使用其他产生或引入高能粒子的方法。
高能粒子可由电场加速产生。任何施加电场的方法都可以，例如，直接施加电压或在具有电压差的界面上扩散/熔融，例如，当穿过具有显著费米能量差的界面时，或在电分解过程中通过电压加速。高能粒子可通过燃料内的相变或断裂而引入。高能粒子可通过反应(如核反应)引入燃料中。高能粒子可通过本领域已知的任何方式在反应堆和/或燃料外部产生。
“反应”可以是电子俘获反应(包括单电子或双电子俘获反应)、核反应和/或电子介导核反应。
“反应”可以是任何可以将一个或多个原子核从一种元素嬗变成另一种元素的双电子俘获反应。在这种反应中，第一次电子俘获可能是吸热的，而第二次电子俘获可能是放热的。第二个电子俘获放热反应可能比第一个放热反应更大。特别地，第二次电子俘获可能比第一次电子俘获的吸热性更强，因此，整个反应可能是放热的，并且可能产生多余的能量。
“反应”可以是一系列可以使锂同位素的原子核从一种元素嬗变成另一种元素的电子俘获和中子俘获反应。在这种反应中，电子俘获可能是吸热的，其特征是随后释放中子。随后的中子俘获可能是放热的。特别是，中子俘获的放热性可能比第一次电子俘获的吸热性更强，因此，整个反应可能是放热的，并可能产生多余的能量。
反应可以是EMNR。锂可以是反应核材料、单元素燃料和/或NDECCI。
“二次核反应”在此处被定义为包含至少一种被双电子俘获反应动力激发的高能反应产物的核反应。
“链式反应”在此处被定义为任何自我持续的反应。电子介导核链式反应是链式反应的一个示例。一系列放热的双电子俘获反应(核嬗变反应)是典型的链式反应，其中一个或多个NDECCI核被一个或多个电子俘获而激发，从而产生过量的高能电子。
“反应堆”在此处被定义为容纳燃料和发生反应的腔室或容器。反应堆可以是封闭的，也可以是开放的，例如，可以对周围的大气封闭或开放。
全部或部分高能电子可由燃料外部提供。例如，外部供应的高能电子可由燃料的一个或多个高能粒子、电磁辐射、电流、冲击、断裂和/或高频振动来提供。电磁辐射系指电磁场中的波(或其量子、光子)，通过时空传播(辐射)，携带电磁辐射能量。它包括无线电波、微波、红外线、(可见)光、紫外线、X射线和伽马射线。
全部或部分高能电子可由燃料内部提供。反应可以通过周期性或连续地产生高能电子来维持。链式反应至少在一定程度上可以通过内部提供的高能电子来维持。内部提供的全部或部分高能电子可来自于燃料内部的净放热反应和/或燃料的全部或部分熔融、固化和/或断裂所释放的能量。反应可以是双电子俘获反应。双电子俘获反应能量可以维持燃料中的链式反应。
双电子俘获反应可以产生至少一种高能反应产物。一种或多种高能反应产物可以通过生成多个高能电子在燃料中维持链式反应。一个或多个链式反应可以由高能原子或亚原子粒子引发。高能反应产物的产生可以通过启动双电子俘获反应、高能离子轰击、高能电子轰击、高能光子辐射、中子轰击或本底中子来实现。
电子和高能粒子和/或其他高能反应产物的碰撞或其他相互作用可直接或间接产生高能电子。根据本发明，还可以采用其他产生高能反应产物的方法。
燃料还可进一步包含一种或多种改性材料。“改性材料”在此处系指改变燃料性质的任何材料。改性材料可以是熔点改性材料、致裂材料、能够维持激发电子的材料、导致熔融/固相具有不同费米能级的材料和/或饱和材料。在反应过程中，部分或全部燃料可能熔融。例如，NDECCI可以是58Ni和/或40Ca。例如，熔点改性材料可以是Cu和/ 或Al。例如，其他改性材料可以是石墨或无定形碳。燃料温度可在目标温度范围内循环。目标温度范围可以是燃料或其任何成分的相变温度范围。根据本发明，包含改性材料的单元素燃料被视为单元素燃料。
改性材料可以包括，例如，改变熔融温度(如在给定压力下)的材料，此处称为“熔融温度改性材料”，改变熔融压力(如在给定温度下)的材料，此处称为“熔融压力改性材料”。改性材料可提高或降低熔融温度和/或压力。例如，熔点改性材料的示例包括但不限于可以与NDECCI形成合金的金属。铜是金属温度改性材料的一个示例。根据本发明，还可以采用其他的温度改性材料。改性材料可包括改变燃料中成分分布的材料。所述材料在此处被称为“均匀性改性材料”。例如，在不包括所述均匀性改性材料的情况下，燃料的各种成分基本上可以充分混合，但在添加所述均匀性改性材料后，燃料的各种成分分离或趋向于分离。例如，均匀性改性材料可能对温度或压力敏感，这意味着它可能在高于或低于某个温度时发生分离或倾向于分离。例如，均匀性改性材料可以是饱和材料。例如，当温度升高或降低时，饱和材料可能在燃料中饱和，因此不再可溶解或混合均匀，然后可能从燃料的其他成分中析出或倾向于析出。饱和改性材料的一个示例是锂。根据本发明，可以使用其它饱和改性材料。温度改性材料也可以是均匀性改性材料。改性材料可以是致裂材料。致裂材料可在材料内部诱发断裂。致裂材料也可能与燃料接触或极为邻近，因此从技术上讲，致裂材料可能不是改性材料，因为它可以在燃料外部。致裂材料可通过任何方式诱发断裂。例如，在材料内部产生高应力。这种应力可以通过断裂迅速释放。应力可能由凝固产生，例如在冷却过程中。例如，材料(例如燃料、成分)之间的晶格不匹配可能会放大应力。饱和改性材料或均匀性改性材料也可能导致燃料内的电压差。在锂镍合金中，由于富镍相和富锂相的费米能级不同，它们之间可能存在电压差异。改性材料可维持燃料中的激发态电子。这种改性材料的示例有熔融锂、石墨和无定形碳。
提供高能电子的手段可以是熔炉、粒子加速器、电磁辐射源、电流源和/或高频振动源。燃料还可进一步包含一种或多种改性材料。改性材料可以是熔点改性材料、能够维持激发电子的材料、致裂材料、导致熔融/固相具有不同费米能级的材料和/或饱和材料。例如，NDECCI可以是58Ni和/或40Ca。熔点改性材料可以是Cu和/或Al。例如，其他改性材料可以是石墨或无定形碳。装置还可进一步包含用于使燃料温度在目标温度范围内循环的装置。
根据本发明的一个实施例，此处描述了一种能量产生方法，所述方法包括提供材料的步骤，其中至少一个原子组分包括核双电子俘获同位素(NDECCI)或锂，其中电子介导核链式反应产生了过量的高能电子。所述材料在此处被称为“燃料”。在这种反应中，可能会产生过量的高能电子。
通过所述电子俘获过程使NDECCI或锂发生连续的嬗变，可以维持链式反应，从而产生有用的能量。为了避免燃料降解，例如因化学反应而降解，燃料可保持在对反应物或燃料成分基本上不起化学作用的大气中。
链式反应的启动可以直接或间接完成。以下段落中公开了各种典型的启动方式。根据本发明，还可能采用其他方法。间接启动可由高能离子完成，而高能离子又可产生一系列高能电子。因此，高能离子、中子或电子撞击燃料可能引发链式反应。为此，可使用加速装置。例如，粒子加速器就是这种加速装置的一个示例。例如，粒子加速器可以是静电粒子加速器或电动(电磁)粒子加速器。例如，电动(电磁)粒子加速器可以是磁感应加速器、直线加速器或圆形或循环射频加速器。中子或加速的原子或亚原子粒子可以直接撞击燃料或在燃料中引起或触发链式反应。
我们惊讶地发现，至少有三种不同的方法可以有效地产生能引发链式反应的高能电子:
·通过在燃料的固相时产生裂缝。在断裂过程中，燃料远离热力学平衡。在不受理论约束的情况下，断裂被认为能够在裂缝附近产生高能离子和/或高能电子。在燃料的某些成分中，温度循环是产生裂缝的有效方法。据了解，温度循环可能会产生机械应力，当应力释放时，可能会产生断裂。这些机械应力可能是由固液两相之间的温度梯度引起的，也可能引起某些合金成分的空间浓度梯度。
·通过燃料的固液相变化。在部分熔融过程中，如果固相和熔融相具有不同的费米能级，发生相变的燃料可能远离热力学平衡。相区间的费米能级的差异可能会产生电压。这种电压在相变过程中会加速离子和电子。在不受理论约束的情况下，部分熔融事件被认为能够在固液界面产生高能离子和/或高能电子。在某些燃料成分中，温度循环是引发这些固液相变化的有效方法。
·通过高频(即THz范围)振动，增加量子隧穿的可能性。
例如，从TIKEEOM产生TIKEE和/或从具有TIKE的自由电子产生能电子。TIKEEOM 中的TIKE可能只需要很小的额外能量就可以跃迁到EMNRPOCM(如ZOCM)中的EMNRPO。在这种情况下，提供高于本底热能水平的反应核动能。因此，只需少量的TIKEEO激发就可能足以启动向EMNRPO的跃迁，从而可以催化、促进或增强反应核材料中的EMNR。优选地，这种额外的激发能可以低于10eV，更优选地，在1eV到10eV动能范围之间。在自由电子的情况下，例如，等离子体的温度可以产生TIKE。在一个实施例中，可以冷却高于TIKE温度的等离子体，或者以其他方式将电子加速到高于TIKE的能量并允许其放松。根据本发明，可以采用其他方法来启动产生过量高能粒子，例如高能电子。
激活核链式反应过程向连续或半连续核反应过程的转变可以直接或间接地完成。以下段落中公开了各种典型的启动方法。根据本发明，还可能采用其他方法。我们惊讶地发现，温度循环是激活这种转变和保持所需的外热反应功率比的有效方法。温度循环装置可包括控制系列，如电子和/或物理控制系统，例如可控制提供给熔炉的功率和/或来自或进入熔炉或反应堆的热量和/或辐射的提取、控制和/或反射的控制系统。根据上述发现，温度循环是产生过量高能电子和激活核链式反应过程转变成连续或半连续核反应过程的一种特别有效的方法。
附图说明
图1.当燃料包含NDECCI核时，电子介导核链式反应过程的过程流程。星星表示激发态。
图2.当燃料包含锂时，电子介导核链式反应过程的过程流程。星星表示激发态。
图3.高能电子倍增的过程流程。
图4.加热2g康铜合金与0.06g锂的温度与时间(秒)的测量。快速放热事件用圆圈表示。期间可以观察到，以噪音形式出现的非放热过程产生的电磁辐射。
图5.在连续核反应开始之前，燃料样品在温度循环的加热阶段的温度演变。横轴表示从加热阶段开始经过的秒数，纵轴表示测量的温度。图中显示了过渡到连续核反应之前的六个循环的叠加情况。
图6.在持续核反应开始之后，燃料样品在温度循环的加热阶段的温度演变。横轴表示从加热阶段开始经过的秒数，纵轴表示测量的温度。图中显示了从过渡点开始过渡到持续核反应之后六个周期的叠加情况。
图7.图6(虚线)和图7(实线)温度演变图的叠加。横轴表示从加热阶段开始经过的秒数，纵轴表示测量的温度。叠加图显示了燃料样品产生的持续放热功率。外部加热功率为1.2kW。
图7a.镍-铜-锂(Ni-Cu-Li)混合燃料从脉冲过渡到连续过程的温度(℃)与时间(s)图，显示了冷却阶段(零加热功率)。标签显示了与连续反应开始相关的循环编号。
图8.根据本发明的装置实施例的原理图
图9.颤振轨道环形电子结构的可视化。R为折合康普顿波长，r为电荷半径。
图10.镍-铜-锂(Ni-Cu-Li)混合燃料在连续反应过程中的自相关频谱。顶部：连续反应前的光谱。底部：连续反应过程中的光谱。
图11.含锂-镍-铝(Li-Ni-Al)燃料成分的反应堆的温度和热功率演变。顶部曲线表示燃料容器的温度(℃)，中间曲线表示反应堆边缘的温度(℃)，底部曲线表示应用的加热功率(W)。横轴表示经过的时间(秒)。
图12.纯类波状颤振旋转情况下的瞬时电子速度矢量(Vwave)和类粒子运动加上类波颤振旋转的瞬时电子速度矢量(Cem)之间的等效关系图示。
图13.实验中固体/熔融相之间的费米能级差(左)和熔融过程中进入加速区域的离子通量(右)图示
图14：稳定电子轨道的图示。灰色环代表电子的颤振轨道，箭头代表磁场线，中心环代表质子的进动颤振运动。
图15：考虑洛伦兹力效应之前得到的Etotal和ΔE值。
图16：考虑洛伦兹力效应之后得到的Etotal和ΔE值。
图17：根据本发明某些实施例的燃料示例。
图18：通过添加或去除OMM来调节EMNRPOCM(如ZOCM)的电子轨道的各种示例性装置的示意图。
图19：根据本发明的反应核燃料中可能存在的一些不同材料之间关系的维恩图。
图20：根据本发明的一个实施例的产生EMNR的方法。
具体实施方式
本发明公开了一种产生EMNR的新燃料、方法和装置。公开了一种利用激发态电子和/或高度局域化状态(如极为邻近电子和/或电子轨道)来产生核反应的方法和装置。电子轨道可以是亚稳态、高度局域于原子核周围和/或近原子核邻近电子核(即 EMNRPO)。核可以是轻核，例如1H、2H、或3H核。该过程可用于产生核反应，包括核链式反应和/或包括ENMCR在内的ENMR。反应可包括脉冲反应相和/或基本上连续的反应相。脉冲反应相和/或连续相阶段可能涉及链式反应。这一过程可以在脉冲相到连续相之间过渡。这些反应相可能表现为两个不同的相。一个或多个反应相可产生热量和/或能量。本发明公开了一种电子跃迁至一个或多个EMNRPO的过程。在应用方面，所发现的方法和装置提供了通过包含轻核材料(例如1H或2H)和反应核材料(如金属，例如1H、2H、3H、He、Li、Be、B、C、N、O、F、Ne-Ni和Na)的燃料实现可持续生产能源的可能性。根据本发明，还可以采用其他轻核材料和反应核材料。
参考附图公开了本发明的详细实施例。描述了一种由电子介导和/或单元素核反应产生能量的方法。该方法可包括以下步骤：
a)将反应核燃料装入反应堆；
b)在燃料中启动和/或周期性地重新启动一个或多个链式反应和/或连续或半连续地向燃料提供电磁辐射。
该方法还可包括以下步骤：c)激活从初始或周期性重新启动的核链式反应到连续或半连续的核反应的转变。燃料可具有高能电子倍增因子大于1的燃料结构和/或燃料被热激活。所提供的电磁辐射可能有足够的能量来催化近电子核邻近的形成。例如，所提供的电磁辐射可由熔融相变产生。
反应核燃料可包含一种或多种核双电子俘获同位素。至少有一种核双电子俘获同位素可以是58Ni。其中两个反应核可以由6Li和7Li同位素核的混合物组成。6Li和7Li 同位素的比可能介于0.001:0.999和0.999:0.001之间。电子介导核链式反应和/或熔融相变的启动和/或周期性重新启动可通过在目标温度范围内的温度循环和/或通过向燃料供应高能粒子和/或中子来完成。高能粒子可以是高能电子和/或中子。燃料可包含在熔融碱或非碱环境中加热时能够开裂或破裂的燃料成分。熔融碱环境可包含熔融锂。
根据本发明实施例的一个方面，可以利用电子-核相互作用比一个或多个内壳电子与原子的核之间的普通相互作用更强的电子轨道。这些轨道可以是EMNRPO。此类轨道的示例有近电子核邻近、亚稳电子和/或高度局域化电子。利用EMNRPO可以提高电子俘获的概率和/或催化、促进或以其他方式增强聚变反应，如EMNR，包括EMNCR。根据本发明的一个实施例，所述EMNRPO可以允许此类准中子和一些其他核之间有很小的核间距离，从而能够催化聚变反应，如EMNR，包括EMNCR。所述EMNRPO可以催化、增强或以其他方式促进EMNR，包括单电子或双电子俘获或其他核反应过程。反应可以产生高能粒子，如高能离子和/或高能电子或其他高能带电粒子。产生的高能粒子可直接或间接促进链式反应，直接方式为作为参与EMNR的高能电子，包括电子俘获，间接方式有：例如通过与电子碰撞，或产生可产生、催化、增强或以其他方式促进可能参与EMNR的高能电子的电子轨道(例如EMNRPO)，包括电子俘获。
燃料可以是至少包含反应核材料的反应核燃料。燃料可以是多元素燃料。燃料可包含一种或多种附加成分，例如一种或多种TIKEEOM、TIKEEOMM、TIKEOCM和/或TIKEEOMCM，其电子轨道的动能接近或可修改为接近燃料中一种或多种EMNRPOCM的一个或多个 EMNRPO总轨道能量。一个或多个EMNRPO可以是颤振轨道。一种或多种EMNRPOCM可以是ZOCM。反应核燃料可包括，例如氢和/或氘核作为典型的EMNRPOCM或ZOCM。根据本发明，也可以采用其他反应核燃料。
根据本发明的一个实施例，可以通过磁场引发放热核反应。磁场可以是强磁场。磁场可以高度局域化在反应核周围，或极为邻近反应核。例如，磁场可以由EMNRPO中的电子产生。EMNRPO可以是颤振轨道。EMNRPO中的电子可能在反应核周围或靠近核(即极为邻近核)的轨道上。磁场可以由磁单极子产生。例如，磁单极子可以通过用光照射铁磁纳米颗粒产生。磁场可以由电流脉冲产生。例如，电流脉冲可由电容器组放电产生。电流脉冲可足够强，以便在靠近反应核的地方产生强磁场。根据本发明的一个实施例，反应可包含燃料内一个或多个核键的放热重排。根据本发明的一个实施例，反应可包括燃料中一个或多个核键的放热重排。根据本发明的一个实施例，反应可包括燃料内一个或多个核键的放热裂解。根据本发明的一个实施例，反应可包括燃料内一个或多个核子的放热裂解。根据本发明的一个实施例，强磁场可以破坏核子的稳定。磁场可以是 EMNRPO中心的磁场。EMNRPO可以是颤振轨道。EMNROE(如ZOE)可产生磁偶极子。磁场在其中心(核所在的位置)的强度优选地大于1MTesla，更优选地大于9MTesla，更优选地大于16MTesla，更优选地大于22MTesla，更优选地大于27MTesla，更优选地大于31MTesla，最优选地约为32.8MTesla。颤振轨道中心的磁场强度约为32.3 Mega Tesla。核子可以是质子。这种磁质子失稳作用可释放～938mev。
全部或部分高能电子可从燃料和/或反应堆的外部供应。外部提供的高能电子可以由一个或多个高能粒子、电磁辐射、电流、冲击和/或燃料的高频振动提供。全部或部分高能电子可从燃料和/或反应堆内部提供。反应可以通过周期性地或连续地产生高能电子来维持。全部或部分内部提供的高能电子可以从燃料内的一个或多个反应和/或全部或部分燃料的熔化、固化和/或断裂中释放出来。反应可以维持燃料中的链式反应。双电子俘获反应可产生至少一种高能反应产物。高能反应产物的产生可通过启动双电子俘获反应、高能离子轰击、高能电子轰击、高能光子辐射、中子轰击和/或本底中子来实现。燃料还可进一步包含一种或多种改性材料。改性材料可以是熔点改性材料、致裂材料、导致熔融/固相具有不同费米能级的材料和/或饱和材料。在反应过程中，部分或全部燃料可能熔融。目标温度范围可以是燃料或其任何成分的相变温度范围。反应和/ 或链式反应可以自发或有意地启动和/或持续。
本发明描述了一种从电子介导和/或单元素核链式反应产生能量的装置。该装置可包括:
a)装有反应核燃料的反应堆；
b)启动和/或周期性地重新启动燃料中的链式反应和/或连续或半连续地向燃料提供电磁辐射的装置。
该装置还可进一步包含以下装置：c)激活从初始或周期性重新启动的核链式反应到连续或半连续的核反应的转变。燃料可具有高能电子倍增因子大于1的燃料结构和/ 或由热激活的燃料。所提供的电磁辐射可能有足够的能量来催化极为邻近电子核的形成。例如，所提供的电磁辐射可由熔融相变产生。
反应核燃料可包含一种或多种核双电子俘获同位素。至少有一种核双电子俘获同位素可能是58Ni。其中两个反应核可以由6Li和7Li同位素核的混合物组成。6Li和7Li同位素的比值可能介于0.001:0.999和0.999:0.001之间。电子介导核链式反应和/或熔融相变的启动和/或周期性重新启动可通过在目标温度范围内的温度循环和/或通过向燃料供应高能粒子和/或中子来完成。高能粒子可以是高能电子和/或中子。燃料可包含在熔融碱或非碱环境中加热时能够开裂或破裂的燃料成分。熔融碱环境可包含熔融锂。反应和/或链式反应的启动或维持可以依赖于自发的启动和/或持续的活动，也可以依赖于刻意的启动或维持源，例如热能和/或高能粒子。
图20描述了根据本发明一个实施例产生EMNR(33)的方法。在该方法中，将一个或多个TIKEE(30)供应给包含一种或多种反应核材料(25)和一种或多种EMNRPOCM(23) 的燃料(28)。燃料(28)可在反应堆(1)中。一个或多个TIKEE(30)可以是束缚在TIKEEOM (16)的TIKEEO(29)中的束缚电子(30a)，也可以是非束缚电子(30b)。一个或多个TIKEE (30)可跃迁(32)至燃料(28)中一种或多种EMNRPOCM(23)的一个或多个EMNRPO(24)，从而变成EMNRPOE(31)，然后可以催化、增强或以其他方式促进燃料(28)中的一种或多种反应核材料(25)的一个或多个反应核(34)中的一个或多个EMNR(33)。值得注意的是，对于非束缚TIKEE(30b)，EMNRPOCM(23)和非束缚电子之间的相关运动定义了有效动能。因此，相对于运动的EMNRPOCM(23)来说，非束缚TIKEE(30b)可能是静止的。例如，一个或多个束缚TIKEE(30a)可跃迁至一种或多种EMNRPOCM(23)的一个或多个 EMNRPO(24)，将一种或多种EMNRPOCM(23)扩散通过包含TIKEEOM(16)的材料，将一种或多种EMNRPOCM(23)加速至包含EMNRPOCM(16)的的材料，和/或将一种或多种 EMNRPOCM(16)加速到包含EMNRPOCM(23)的材料。例如，一种或多种EMNRPOCM(23)和/ 或TIKEEOM(16)可以通过表面等离子体、电解过程中的表面电压、断裂过程中的表面电压和/或表面界面上的费米能级差来加速。例如，费米能级差可由熔融相变和/或断裂产生。例如，在目标温度范围内的温度循环可以产生熔融相变和/或断裂。目标温度范围可限定在全部或部分燃料的各自全固态和全熔融状态的100℃以内。电子可以通过一个或多个非束缚TIKEE跃迁至EMNRPO。例如，一个或多个非束缚TIKEE(30b)可通过提供包含一种或多种EMNRPOCM(23)的等离子体来提供，其中，等离子体温度在燃料中一个或多个EMNRPO(24)的一个或多个EMNRPOETE的+/-10ev范围内，和/或通过用燃料中一个或多个EMNRPO(24)的一个或多个EMNRPOETE的动能在+/-10ev内的电子轰击包含 EMNRPOCM(23)的燃料来提供。电子可通过用动能为燃料(28)中一个或多个EMNRPO(24) 的EMNRPOETE的三倍(3x)的+/-10ev范围内的离子轰击包含EMNRPOCM(23)的燃料(28) 跃迁至EMNRPO，优选地为EMNRPOCM(23)离子。一种或多种EMNRPOCM(23)可以是ZOCM，和/或一个或多个EMNRPO(24)可以是颤振轨道。一个或多个EMNRPOE(31)(如ZOE)可通过将动能在80-81eV的10eV以内的一个或多个TIKEEs(30)跃迁至一种或多种包含1H的EMNRPOCM(如ZOCM)的EMNRPO(24)，和/或将动能在35eV的+/-10eV 以内的一个或多个TIKEE(30)跃迁至一种或多种包含2H的EMNRPOCM(如ZOCM)的EMNRPO (24)(如颤振轨道)来提供。在2H ZOCM的情况下，EMNR可自行发生(33a)。
图8描述了装置的一个实施例，该装置包括含有燃料(2)的反应堆(1)和向反应堆(1) 提供能量(4)的装置(3)，然后向燃料供应能量(11)，或包括直接向燃料(2)供应能量(6) 的装置(5)。能量可以是热能、高能粒子、高能辐射等。能量和/或高能粒子和/或辐射可通过本领域已知的任何方式提供，例如通过电阻加热、微波加热、化学反应、粒子发生器和/或加速器等。高能粒子可以是高能电子。能量和/或高能粒子和/或辐射可连续、间歇和/或周期性地提供。能量和/或高能粒子和/或辐射可用于启动、重新启动和/或维持燃料中的反应。燃料中的反应可产生可在燃料内俘获的能量和/或高能粒子和/或辐射 (9)，它们可启动、重新启动和/或维持燃料中的反应。燃料中的反应可产生在燃料内不可俘获的能量和/或高能粒子和/或辐射(10)，它们不可启动、重新启动和/或维持燃料中的反应，可能脱离反应堆，用于反应堆外有用的工作或能源或发电(1)。所提供的能量(4,6)或所提供的能量(4,6)的变化可能会在燃料内产生液体区域(7)或在燃料内产生断裂(8)。这些断裂和/或熔融和/或凝固的液体区域可能在燃料内产生和/或释放能量和 /或高能粒子和/或辐射。
装置可包含提供起始能量的装置。所述装置可以是但不限于熔炉、粒子加速器、电磁辐射源、电流源和/或高频振动源。燃料还可进一步包含一种或多种改性材料。改性材料可以是熔点改性材料、致裂材料、导致熔融/固相具有不同费米能级的材料和/或饱和材料。目标温度范围可以是燃料的相变温度范围。装置可进一步包含用于装载燃料的容器。装置还可进一步包含用于维持燃料周围化学惰性环境的装置。装置还可进一步包含用于在目标温度范围内循环燃料温度的装置。
用于循环温度的装置可包括温度或辐射传感器、用于向反应堆燃料供热或以其他方式供应能量的电源以及用于改变向反应堆(例如熔炉)和/或燃料或含能粒子源或任何其他使用的热量、辐射或能量来源提供的功率的控制器，或用于改变从反应堆和/或燃料释放和/或反射回的热量、辐射和/或能量的速率或数量的控制器。根据本发明，也可以使用其他循环方式。
举例来说，改性材料可以是EMNRPOCM(如ZOCM)，和/或TIKEEOM、TIKEEOMM、TIKEOCM和/或TIKEEOMCM和/或OMM。
所述方法和/或装置可用于产生热量、辐射、功率和/或能量。所产生的热量、辐射、功率和/或能量可用于电动车辆、电气或电子装置、电力或能源单位或工厂、备用电源或能源装置或电网储存或稳定单位。根据本发明，还可以将热、辐射、动力和/或能量用于其他用途。
该方法和/或装置产生的热、能量、辐射和/或压力可通过本领域已知的任何方式转换为有用的功率或能量。热量或能量可以直接使用或转换成另一种形式的能量。可对燃料进行安排使倍增系数大于1。
对燃料进行安排以使高能电子的倍增因子变得大于1的这种配置，即意味着燃料的至少某些部分具有链式反应能力，其特征是在所述链式反应过程中高能电子的数量不断增加。
本发明公开了用于核反应的某些燃料。核反应可以是EMNR。燃料可适用于启动和/或维持核反应。燃料可以包含一个或多个反应核。燃料可包含金属。金属可以是纯金属、合金和/或含有分子的金属。金属可包含一个或多个反应核。燃料可包含一种或多种含有EMNRPO和/或TIKEEO的材料。燃料中的金属可以是镍或含镍材料。
对于镍基燃料，这些配置可包含低密度材料，如镍氢化物、由镍和锂组成的富锂熔融合金等。对于锂，这些配置可包含较大的熔融区域，即相对于自由中子的平均扩散距离较大，最大限度地减少中子的外漏。优选地，熔融区域的最小尺寸大于自由中子的平均扩散距离，更优选地大于扩散距离的两倍。
根据本发明的一个实施例，燃料可包含或进一步包含EMNROCM，例如轻核材料，例如氢和/或氘。我们惊讶地发现，电子轨道可以实现EMNR，使电子-核之间的相互作用比普通内壳电子与核之间的相互作用强得多。EMNRPO就是这种强电子-核相互作用轨道的示例。我们惊讶地发现，EMNRPO可催化、增强或以其他方式促进EMNR的发生，包括电子俘获。最重要的是，我们还惊讶地发现，像颤振轨道这样的EMNRPO允许这种准中子和另一个核之间有很小的核间距离，这可能导致催化聚变反应，包括EMNR。
燃料可包含一种或多种EMNRPOCM。燃料、装有燃料的反应堆和/或利用燃料的过程可促进电子向燃料内EMNRPOCM周围的EMNRPO的跃迁。示例包括但不限于：
a)在燃料中包括具有或可被改性为具有与所采用的EMNRPOCM的 EMNRPOETE动能相近的电子轨道的一种或多种材料(即TIKEEOM、TIKEEOMM、 TIKEOCM和/或TIKEEOMCM)；以及
b)使反应堆中的燃料至少在反应堆运行时间的部分时间内，维持 TIKEEOMM或TIKEEOM的至少一个电子轨道的平均动能接近所采用的一种或多种 EMNRPOCM的一个或多个EMNRPOETE的温度。
在某些实施例中，可以通过以下方式进一步促进向EMNRPO的跃迁：
c)在燃料中包括一种或多种可以调节或以其他方式修改高能电子反应产物跃迁至所使用的一种或多种EMNRPOCM周围的EMNRPO的概率的OMM。
EMNRPOCM可以是ZOCM。EMNRPO可以是颤振轨道。促进向EMNRPO(如颤振轨道)跃迁的目的是启用高能电子的倍增因子，最好是大于1的因子。然后，EMNRPO的产物(如颤振轨道)可以直接或间接地释放一个或多个电子，带走核反应能。所述电子可能是高能电子。所述电子可产生一个或多个新的EMNRPO，如颤振轨道。如果电子数与所述释放电子的概率乘积大于1，则倍增因子可大于1。
EMNRPOCM(如ZOCM)可具有轻核或者可以是轻核材料。轻核可以是Z＝1的原子核，其中原子序数Z是原子核中的质子数。Z＝1核材料示例包括但不限于1H(以p为其核)、 2H(D)和/或3H。燃料可包含一种或多种具有动能接近所采用的EMNRPOCM的EMNRPOTE 的电子轨道的材料，例如所采用的ZOCM的颤振轨道。所述材料为TIKEEOM。EMNRPOCM 可以是TIKEOM和/或TIKEOMM。
在其中一个或多个成分的电子轨道动能接近颤振总轨道能量的燃料中，可以生成反应粒子，如反应核或反应核材料。即燃料可以包含EMNRPOCM(如ZOCM)和相应的和/ 或匹配的TIKEEOM。
TIKEEOM可以提供给燃料或在燃料中生成。我们可以对在TIKEEO中已经包含电子的TIKEEOM进行进一步的改性来优化一个或多个轨道，例如通过一种或多种OMM来进行改性。此类TIKEEOM可以被认为是TIKEEOMM。TIKEEO中不包含电子的TIKEEOMM可以与一种或多种OMM结合以产生OMCM，然后该OMCM可以是TIKEEOCM，也可以是TIKEEOM。这种结合可以在将燃料装入反应堆之前完成，也可以在反应堆内进行。结合可采用任何方式，包括但不限于化学反应、合金化(例如两种或多种金属)、接触沉积(例如，杂原子的表面沉积或杂分子的表面沉积)或任何其他方式。结合可以是分子、盐或合金的形式，或者与表面、涂层或沉积物接触。根据本发明，还可以采用其他结合和结合方法。举例来说，分子结合可以是硼酸盐、硼化物、氧化物、氮化物、硝酸盐、氧化物、氟化物、硅酸盐、磷酸盐、硫酸盐、氯化物、硒化物、溴化物、碘化物、硝酸盐、氮化物、磷酸盐、磷化氢、磷化物、硫酸盐或硫化物。根据本发明，还可以是其他分子结合。燃料可包含多种TIKEEOM、TIKEEOM、OMCM和/或OMM，或其任何混合物。
图17显示了根据本发明的某些实施例的燃料示例。根据本发明的一个实施例，用于核反应的燃料(28)可以包含一种或多种EMNRPOCM(23)，其中所述一种或多种 EMNRPOCM(23)是能够在一段时间内形成和/或维持一个或多个EMNRPO(24)的材料，其中，所述一个或多个EMNRPO的电子-核相互作用(23)比EMNRPOCM(23)的任何s、p、d和f轨道及其杂化轨道之间的电子-核相互作用更强。原子核(26)可包含中子，也可不包含中子，并且可以包含普通轨道电子，也可以不包含(未示出)。尽管根据定义， EMNRPOCM(23)能够具有EMNRPO(24)，但是在反应开始之前，EMNRPOCM(23)可以不包含任何EMNRPO(24)。用于核反应的燃料可包含一种或多种反应核材料(25)，其中所述反应核材料包括具有至少一个中子(27)和/或质子(35)的核(26)，即EMNRPO的形成可引发反应。燃料可进一步包含至少一个具有至少一个TIKE在燃料中(28)的一种或多种 EMNRPOCM(23)的一个或多个EMNRPO(24)的一个或多个EMNRPOE(未示出)的EMNRPOETE 的+/-10eV范围内的TIKEE(30)的TIKEEO(29)的一种或多种TIKEEOM(16)。一种或多种TIKEEOM(16)可以是包含一种或多种TIKEEOM(16)、和/或一种或多种TIKEEOMM(未示出)和/或一种或多种TIKEEOMM(未示出)的TIKEEOCM。燃料还可以进一步包括改性材料(未示出)。改性材料可以是OMM、熔点改性材料、致裂材料、能够维持激发态电子的材料、在熔融相和固相中具有不同费米能级的材料和/或饱和材料。一种或多种EMNRPOCM(23)的可包含原子序数Z小于10的轻核材料。一种或多轻核EMNRPOCM(23) 可包含原子序数Z等于1的材料。一种或多种原子序数Z等于1的材料或包含1H、2H 和/或3H及其任意组合组成。一种或多种反应核材料(25)、TIKEEOM(16)、TIKEEOMM、 TIKEEOCM和/或TIKEEOMCMs可包含金属。一种或多种TIKEEOM(16)、TIKEEOMM、TIKEEOCM 和/或TIKEEOMCM是OMM的一部分，以化学结合方式、合金化方式与OMM结合或以其他方式接触或接近OMM，从而形成TIKEEOCM。一种或多种TIKEEOCM可以是包含一种或多种TIKEEOMM和/或TIKEEOMCM与一种或多种OMM和/或与一种或多种TIKEEOMM和/或 TIKEEOMCM接触的OMM的表面或涂层的分子、合金或盐。一种或多种EMNRPOCM(23)可以是ZOCM。一种或多种TIKEEOM(16)可以由Cr、Cu、Ca、O、Ni、Co、Br或V组成，和/或一种或多种ZOCM可包含1H、2H和/或3H。一种或多种ZOCM可包含1H，一种或多种 TIKEEOM可包含TIKE动能在80-81eV的1H ZOETE的+/-10ev范围内的TIKEEO(29) 的至少一个TIKEE(30)。一种或多种TIKEEOM(16)可包含Ni、Br、Ca、O、Co、Cu、Cr和/或V。一种或多种ZOCM可包含2H，一种或多种TIKEEOM(16)可包含TIKEEO(29) 中的至少一个TIKEE(30)，TIKE的动能在35eV的2H ZOETE的+/-10eV范围内。一种或多种TIKEEOM(16)和/或TIKEOCM中可包含Ca和/或O。例如，至少有一种反应核材料可以是1H、2H、3H、He、Li、Be、V、C、N、O、F、Ne和/或Na和/或至少一种NDECCI 可包含6Li和7Li、58Ni、64Zn或40Ca或其任何组合。一种或多种改性材料可包含Cu和/ 或Al。
材料(例如TIKEEOM、TIKEEOMM、OMCM、TIKEEOMCM和/或TIKEEOCM)中轨道的能量可以通过移除和/或添加外部电子来改变。移除或添加可以是部分移除和/或添加，也就是说，在化学键中，一个电子可能没有完全移除，只是它围绕一个或多个原子核的概率分布发生变化。移除外层电子可提高剩余电子轨道的动能。添加一个或多个外层电子可降低剩余电子轨道的动能。根据图18a示出的本发明的一个实施例，对应于过程方向18a，具有一个或多个原子核(12)和一个或多个电子轨道(14a)的TIKEEOMM(17)，这些轨道可以是内电子轨道，并且燃料中可能没有相应的EMNRPOCM(例如ZOCM)的TIKE，它可以被认为是一种TIKEEOM，与一种或多种OMM(15)结合形成OMCM(19)。例如， TIKEEOMM(17)和OMM(15)的组合可引起所述一个或多个内电子轨道的改变(14a移至 14b)，使得其动能TIKE在至少一段时间内接近燃料中相应EMNRPOCM(例如ZOCM)的 EMNRPOETE，使得OMCM(19)可以变成为TIKEEOCM(21)。因此，这种组合可以成为TIKEEOM (16)的一种类型。在该示例实施例中，一个或多个外电子(13)被移除，并且所述内电子 (14a转向14b)的平均位置移动到更靠近原子核的位置，从而降低势能和增加动能。相反地，图18b的示例实施例与图18a的示例类似，只是可以使用一种或多种OMM(15) 来添加一个或多个外层电子轨道(13)，使所述内电子的平均位置离原子核更远(14a转向14b)，从而增加势能和降低动能。
同样地，如图18c所示，可以根据过程方向18b使用分离过程，其中TIKEEOMM(17)是具有一个或多个原子核(12)、一个或多个可能没有燃料中相应EMNRPOCM(如ZOCM) 的TIKE的电子轨道(14a)的TIKEEOMCM(20)，这样它可以被视为TIKEEOM(16)，由一种或多种TIKEEOMCM子成分(22)分离制得。在本示例实施例中，添加一个外电子轨道 (13)以使内电子轨道更加远离原子核(14a转向14b)，从而产生TIKEEOMCM子成分(22) 和来自本例中是TIKEEEMCM(20)的TIKEEOMM(17)的TIKEEOM(16)。相反地，图18d的示例实施例与图18c的示例类似，只是移除一个外电子轨道(13)，以使内部电子轨道距离原子核更远(14a转向14b)，显示了由本示例中是TIKEEEMCM(20)的TIKEEOMM(17) 产生的TIKEEOM(16)。
根据本发明，所述结合与分离可以通过任何方式实现，包括但不限于与化学反应、表面沉积或粒子或光子轰击。所述结合或分离通常被称为“改性相互作用”。“改性相互作用”可以修改一种或多种TIKEEOMM(如TIKEEOMCM)，使其变成TIKEEOM(如 TIKEEOCM)。
图19显示了根据本发明可存在于反应核燃料中的一些不同材料之间的关系的维恩图。一般来说，有些TIKEEOM(16)也可能是TIKEEOMM。一般来说，有些TIKEEOMM(17) 也可能是TIKEEOM(16)。一般来说，有些OMCM(19)可能是TIKEEOM(16)。一般来说，有些TIKEEOMM(17)可能是OMCM(19)。一般来说，有些OMCM(19)可能是TIKEEOMM(17)。一般来说，有些TIKEEOM(16)也可能是TIKEEOMCM(20)。一般来说，有些TIKEEOMCM(20) 也可能是TIKEEOM(16)。一般来说，有些TIKEEOMCM(20)可能是OMCM(19)。一般来说，有些OMCM(19)可能是TIKEEOMCM(20)。一般来说，所有的TIKEEOMCM(20)都是 TIKEEOM(16)。一般来说，有些TIKEEOM(16)可能是TIKEEOCM(21)。一般来说，所有的TIKEEOCM(21)都是TIKEEOM(16)。一般来说，有些TIKEEOM是OMCM(19)。一般来说，所有的TIKEEOCM(21)都是OMCM(19)。TIKEEOCM(21)可能是TIKEEOM(16)。例如， TIKEEOMM(17)、TIKEEOM(16)和/或OMM(15)可以是原子、分子、涂层、沉积物、合金、盐或任何其他形式的物质或物质形式的组合。例如，TIKEEOCM(21)或TIKEEOMCM(20)可以是分子、盐、合金、涂层和/或沉积物。组合可以是化学键、物理接触或包含OMM(15) 的其他组合。含有一个或多个TIKEEO(29)的化合物可被称为TIKEEOM(16)。
本发明公开了一种用于能量生产的方法和装置，其包含加热燃料以启动和/或维持燃料中的放热反应。根据本发明的一个实施例，燃料的一种或多种元素可以是碱金属、碱土金属、过渡金属、过渡后金属、镧系物和/或锕系物。
本发明公开了一种用于产生高能电子的高概率核到电子能量转移的机制。根据本发明的一个实施例，电子可以在某些、大多数或所有核反应中带走聚变能。所述能量转移可能是某些极为邻近电子-核的轨道的结果。根据本发明，EMNRPO电子可导致足够强的电子-核相互作用，使电子带走部分或全部核激发能。根据本发明的一个方面，涉及例如EMNRPO的激发电子态可以为电子提供足够的电子-核相互作用，以带走部分或全部核激发能量。通常，电子的激发态会导致更加离域化，因为电子被推到了更高能量的轨道上。对于处于EMNRPO中的电子，我们发现激发的性质与普通的轨道激发不同。根据本发明，电子可从“普通”原子轨道(如s、p、d和f轨道及其杂化轨道)跃迁至EMNRPO (如颤振轨道)。所述将电子从普通轨道跃迁到EMNRPO的过程在此处称为“电子跃迁过程”或“电子跃迁”，伴随的跃迁被称为“电子跃迁事件”。
根据本发明的优选实施例，我们惊讶地发现，放热反应可以在燃料中启动。而且，我们还惊讶地发现，当燃料处于部分熔融状态，即既包含液态(熔融)又包含固态时，反应会自发地发生。此外，我们还惊讶地发现，这种放热反应可通过温度循环程序反复重新启动和/或持续，在燃料完全固态化的附近设置较低的温度阈值，在燃料完全熔融的附近设置较高的温度阈值，在此处称为燃料的相变温度范围。温度循环的周期最好足够短，以使放热反应能够持续大部分时间。
在一个优选实施例中，58Ni被用作全部或部分燃料。58Ni是镍的主要同位素。它是具有双电子俘获能力的原子核。58Ni原子核连续俘获两个电子可能导致放热过程。58Ni 的稳定性被认为是由于单个电子俘获所需的400keV能量，这是一个吸热过程(启动反应需要400keV能量)。在普通的金属环境中，如天然镍，58Co同位素可通过电子俘获以1.2％的概率嬗变，以及以98.8％的概率通过正电子发射嬗变[1]。
在一个优选实施例中，镍、氢和/或氘被用作燃料的全部或部分。在一个优选实施例中，燃料中的镍是镍的分子、合金或盐的元素，与纯镍相比，这种镍元素可以改变一个或多个电子的轨道动能。
根据本发明的一个实施例，可发生电子介导链式反应过程。根据一个实施例，58Co的衰变可主要通过电子俘获来实现。根据一个实施例，58Co和58Fe的去激发可从伽马光子发射途径转移到主要为电子发射和加速途径。根据一个实施例，58Co的衰变可向电子俘获途径移动。根据一个实施例，58Co的衰变可通过将58Fe去激发从伽马光子发射转移到电子加速来实现。上述电子辅助去激发过程的最终结果是电子介导链式反应过程循环中高能电子数量的倍增。
根据本发明的一个实施例，核去激发途径中的这种转移可能需要具有较强电子-核相互作用的环境。据观察，石墨环境在一定程度上可以改变熔融3He核的去激发途径，使其从伽马发射向电子加速方向转变[2]。具体地说，某些原子核的所有核激发能可能被高能电子加速器带走。
在序列的第一步，电子俘获产物可能是58Co。由此产生的58Co可能处于基态或激发态。与进入的电子能量相比，58Co可能处于低能量激发态。同位素激发可能是长期存在的。此处的“长寿命”系指激发态的半衰期与极为邻近电子-原子核状态的半衰期具有相同数量级。相反，“短寿命”激发的半衰期比极为邻近电子-原子核状态的半衰期至少小一个数量级。此处，相同数量级意味着优选小于10倍大于0.1倍半衰期，更优选地小于5倍大于0.2倍半衰期。同样，至少小一个数量级意味着优选小于0.1倍半衰期。
表1：根据本发明一个实施例的58Ni中的反应序列
本发明一个实施例的整体反应途径如表1所示。相应的过程流程如图1所示。电子介导核链式反应实施例的过程流程如图3所示。根据该实施例，反应序列可由高能电子在含有核素(A,Z)的燃料中启动。在58Ni的情况下，高能电子可至少有382keV能量。对于其他燃料，高能量电子的最低能量有所不同。链式反应的先决条件可能是平均反应序列的输出产生了过多的这种高能电子。在含有58Ni燃料的情况下，电子俘获产物可能是58Co，其可能处于25、53、112、366或374keV的激发态，这些状态中的任何一种都可能来自步骤IV中产生的电子的能量平衡。对于其他燃料，电子俘获产物可能是另一种元素，激发态电子能量可能不同。链式反应的先决条件可能是平均再作用序列的输出产生>1个这样的高能电子。
在本发明中，我们确定了一种将随后的反应转向电子-原子核相互作用的燃料结构。在此处，燃料结构系指燃料的数量、状态和成分，可包括但不限于材料质量、物理排列(例如密集或分散的球体、杆、立方体、堆或几何排列，或如粉末、固体或含有连续结构的空隙)、材料组成、液态、固态、气态或其它状态、电荷或电离状态、同位素、化学键或化学成分等。根据本发明，在这种燃料结构中，电子-核相互作用可能比内层电子与原子核之间的普通相互作用更强。根据本发明，可通过所述燃料结构中核聚变反应概率的增强来表征和/或评估可获得足够强的电子-核相互作用的合适燃料结构。典型的燃料结构为熔融锂，其中2H-6Li聚变反应概率增强的特征是700eV屏蔽能量参数[3]，这与基于Thomas-Fermi电子屏蔽理论的理论上预期的50eV屏蔽能量参数形成强烈对比。另一个典型的燃料结构是石墨，其中1H-7Li聚变反应概率增强的特征是高的惊人的10.3keV的屏蔽能量参数[4]。根据本发明，可通过观察一些新熔合的原子核的电子辅助核去激发，产生可观察到的高能电子来进一步表征和评估可获得足够强的电子-核相互作用的合适燃料结构。一个典型的燃料结构是石墨，其中在1H-2H聚变反应的输出中观察到了高能电子[2]。根据本发明，可通过观察在1-20keV粒子轰击时源自于所述燃料结构的此类x射线峰(而非源自任何化学元素的电子轨道)来进一步表征和评估可获得足够强的电子-核相互作用的合适燃料结构。典型的燃料结构有无定形碳(也称为类金刚石碳)，在10-20keV能量范围内的离子轰击下，观察到x射线在不同能级的电子壳层去激发过程中出现峰值[5]。在不受理论约束的情况下，核反应过程中的聚变概率增强和电子-核相互作用增强被认为是所述环境中激发态电子存在的结果。这种激发态电子最终可以通过发射x射线而去激发。其能量峰值可能不同于轨道电子壳层去激发过程。我们提出，核磁场诱导石墨中的电子-空穴对在氦的s电子轨道半径内循环，从而使石墨嵌入的3He实现电子去激发。
根据本发明的一个实施例，58Co-至-58Fe的嬗变途径可强烈转移至电子-核相互作用。58Co原子核的电子俘获可产生58Fe(例如在大约811keV的激发水平下)。根据本发明的一个实施例，所述58Co-至-58Fe的嬗变途径可强烈地转移至电子-核相互作用。这可以创造允许自我维持链式反应的条件。
我们惊讶地发现，电子介导核反应过程序列可以转变为连续或半连续的核反应过程。根据本发明的一个实施例，这种转变可在温度循环期间发生。
关于启动反应的问题，这些可以由罕见的电子俘获事件引发，例如，58Ni中偶尔会发生这种情况。根据本发明的一个实施例，启动反应可由自然或自发的电子俘获事件启动。这些事件可能在58Ni中以缓慢的速度发生。这些电子俘获事件可能是自然发生的和 /或可能是罕见的。
表II：根据本发明一个实施例的锂中的反应序列
本发明的另一实施例的整体反应途径如表II所示。相应的流程流如图2所示。其中一个电子介导核链式反应示例的过程流程如图3所示。根据本发明的这一实施例，电子介导链式反应可以是基于锂的。6Li可以俘获至少具有3.5MeV能量的高能电子，并产生6He。在俘获这样的高能电子时，6He原子核可能处于1.8MeV的激发态，这一水平实际上高于6He的原子核结合能。然而，6He的一个特殊特性是它可以发射两个中子。因此，6Li可能能够俘获至少具有5.3MeV能量的高能电子，然后由此产生的激发态6He 可以释放两个中子。反过来，这些放射出的中子又可被其他的锂原子核俘获。
6Li和7Li的中子俘获截面大小相似，而且相当小。为了启动链式反应，大多数中子必须被7Li俘获。因此，根据本发明的一个实施例，具有链式反应能力的燃料组分可主要由7Li组成，即天然锂也可适用。在俘获两个中子后，7Li中可产生接近两个8Li 的同位素。确切的8Li量可能取决于6Li:7Li的比例，可能为>1才能进行链式反应。8Li 同位素的半衰期为0.84s，并发射出高能16MeV电子。然后，这些被发射的电子可能进行链式反应。
锂还可以与非常高能量的电子(从11.2MeV起)起反应。然而，7Li的磁偶极矩比6Li强得多，这将大大降低其俘获高能电子的能力。除了靠近磁偶极轴的地方，接近高能的电子可能会被原子核周围的强磁场偏转。因此，考虑到核磁场强度的不同和所需电子能阈值的不同，即使6Li在混合物中的浓度低于7Li，大多数高能电子也有望被6Li 俘获。
由于锂的中子俘获截面较低，限制参数可能是保持大多数中子进入所需的锂储层大小，即对于小型锂储层，反应倍增系数可能小于1。由于锂的局部蒸发，反应也可能是自限的。
根据本发明的一个实施例，可以通过使用熔融锂来提高反应速率。根据一个实施例，熔融/固相差异的存在可增加中子逸出的概率，即产生的中子从固态比从无序的液相更容易逸出。在本发明的一个实施例中，部分或全部原子核的所有核激发能基本上都被高能电子带走了。根据本发明的一个实施例，非常接近的电子-核邻近配置，可以导致足够强的电子-核相互作用，以使电子带走核激发能。
我们引入了激发态的概念。在这种状态下，电子可能非常邻近原子核。在不受理论约束的情况下，这些激发态可以是电子内部结构的激发态，也可以是以相对能量绕核旋转的电子。这些激发态可能是激发态电子，可通过以下特性来表征：(i)允许在一个原子核周围存在多个近距离电子，其中典型的电子-核的距离可能在10皮米以内；(ii) 激发能级可能在1-10keV能范围内；(iii)激发寿命可能在0.1-1ms范围内；(iv)它们的产率可能取决于反应环境的化学成分和结构(燃料结构)。
接近电子核的邻近电子可能处于高度激发态和/或高度局域化状态。激发的性质可能不同于普通的轨道激发，普通的轨道激发会导致更多的离域，因为电子被推入更高能量的轨道。在这种情况下，电子与原子核的近距离接近(电子与原子核的近距离电子) 可以是处于高度局域化状态的电子(高定域电子)，反之亦然。接近电子-核的邻近电子被认为是处于接近电子-核的邻近电子状态。高定域电子被认为是处于高定域电子状态。
在不受理论约束的情况下，我们一般认为循环电子轨道结构是环状的。这种环形电流结构可以由电子对极矩(又称环磁极矩)和电荷半径参数来表征。基于相对论量子力学的电子环向环流半径和电荷半径的计算通常称为电子的“颤振”。圆环内外半径之差是电子电荷半径的两倍，电子电流在环向和极向循环，电子以光速局部运动。在此，我们提出，我们的发明可以通过共振的电子-核相互作用机制来理解；当电子循环频率与磁吸引的条件相匹配时，电子开始在极为邻近的“颤振轨道”中绕着原子核运行。当某些电子态需要～85ev才能电离时，似乎就满足了这种共振条件。
根据本发明，EMNRPO可以采取多种配置。根据本发明的一个实施例，接近电子-核的极为邻近电子-核配置(近电子-核邻近电子)可以是高度局部化的电子配置(高度定域电子)。如图7所示的为EMNRPO结构的一个实施例，为电子颤振的环形电子结构，该结构可能同时处于近电子-核邻近、高度局域化和亚稳态。在这种颤振轨道上的电子可以是近电子-核邻近电子、亚稳态电子和/或高定域电子。电磁场绕环流轴的这种光速运动可以解释为电子的波状运动，可以用电磁波方程来描述。电磁场向这个环面正交方向的位移可以解释为电子的类粒子态，可以用相对论性粒子动力学方程(即狄拉克方程) 来描述。电磁波方程可以描述电子在环形颤振平面内的振荡。狄拉克方程可以描述垂直于颤振平面的较慢量子力学振荡。这些垂直的量子力学振荡可能比平面内的振荡慢许多数量级。
在热能尺度上，颤振轨道的存在可由磁场引起的波状环流的进动所揭示。随着电子能量水平的提高，它的动力学最终可以用相对论来描述，既考虑粒子的机械运动，又考虑波状电流环运动。
在折合康普顿波长尺度下，电子有可能在质子(1H原子核)周围一定距离处处于稳定状态。“颤振轨道”就是一个示例，在这种情况下，“轨道”一词可以指电子电荷的粒子状运动和波状运动。当电子环位于质子周围，折合康普顿波长半径为R0≈0.38616 pm时，其静电势为Up0≈-3.728keV。在落入质子的静电势阱之前，电子的总能量可以用Etotal表示。对应于电子的波状运动的电磁场的初始能量为Wem0≈510.999 keV。在质子周围的轨道半径R处，势能为Up＝Up0 R/R0，纯波运动的电磁场能量为 Wem＝Wem0 R/R0。对于磁场来说，这种波关系直接由Wmagnetic＝v2R得到。由于电子的波状运动的磁场能量和电场能量相等，所以电场能量也有相同的关系。从这个方程可以看出，将电子压缩到比R0更近的轨道可能需要较大的能量。当电子在轨道半径R 处处于纯波状循环状态时，以下能量平衡方程成立：
Wem-Wem0＝Etotal-Up (1)
根据粒子波的二象性原理，在平衡态下，在纯类波颤振运动与自发的类波颤振加上相对论类粒子运动之间可能是等价的。这种等价性意味着，在这两种情况下，电子的轨道相同，并且颤振保持在原子核的中心。在第一种情况下，类波运动有一个瞬时速度矢量cem，而在第二种情况下，有两个正交的瞬时速度矢量：类波vwave和类粒子vkinetic，其中c2＝v2wave+v2kinetic。当c2＝v2wave+v2kinetic动能时，这两种情况会产生相同的轨迹。另一种表述这种等价性的方法是，当电子到达轨道半径R时，电子的类粒子旋转加上颤振旋转必须等于纯类波颤振旋转，也就是说，两个轨道可能变得无法区分。图12说明了电子的这两种情况之间的等价性。由于电子与质子(1H原子核)的稳定距离为R，运动速度为γ＝1/(1-v2/c2)1/2，维里定理的相对论公式适用于其类粒子运动：
Ekinetic＝-Upγ/(γ+1) (2)
公式(2)由维里术语的相对论性表达式1/2pv＝1/2βγm0c·βc推导而出。考虑到Ekinetic＝(γ-1)m0c2，我们得到1/2pv＝(γ+1)/2γEkinetic，并由此推导出上述公式。公式(2)适用于直线运动。互补类波颤振电流环的电场能量为：
Wwave＝Wem vwave/c (3)
纯类波态与类波态加上相对论类粒子态的总能量差为：
ΔE＝Wwave+Ekinetic-Wem (4)
等式(2)还不能精确，因为它只适用于直线运动，而类粒子电子运动是沿着圆形轨道进行的。因此，我们还考虑了托马斯进动效应，使圆轨道的角速度在电子框架内发生ω→γω的变化，对等式(2)进行了改进。如果质子突然被移除，电子将继续沿着直线运动，而其动量或动能相对于实验室框架不会发生任何瞬时变化。然而，由于托马斯进动的消除，它的实验帧速度会瞬间改变。我们用γ和β来描述由等式(2)得到的电子的洛伦兹因子和光速分形。如上所述，托马斯进动效应不会改变电子的动量或动能，因此p＝βγm0c，Ekinetic＝(γ-1)m0c2。然而，由于电子在其自身的框架中的进动速度是在实验室框架中的两倍，因此它的实验室帧速度变为v＝βc/γ。利用p、v和Ekinetic的这些公式，从维里定理的相对论性公式中得到了以下精确的动能公式：
Ekinetic＝-Upγ2/(γ+1) (5)
图15为由等式(3)、(4)、(5)计算得出的Etotal和ΔE作为R的函数。根据上述波粒等效性，我们需要ΔE＝0。平衡态的意思是指平衡周围的小扰动不会改变系统的能量，例如山顶或山谷底部的重力能量平衡。电子的类粒子运动方向为垂直于颤振平面。 (ΔE＝0)条件意味着颤振轨道状态的小扰动并不会改变系统的能量。
当结合能为负时，即Etotal>0时，可满足ΔE＝0的条件。我们注意到一个有趣的巧合，即颤振半径从其自然折合康普顿波长值缩小了恰好一个电子电荷半径，即～2.82fm。到目前为止，我们在分析中忽略了磁-电子-核相互作用。下面的精确计算考虑了电子由于质子磁场而受到的洛伦兹力。
为了使磁势最小化，电子和质子的磁矩可以对齐方向。因此，质子的磁矩可能垂直于颤振平面。因此，电子所经历的质子源磁场也可能垂直于颤振平面，其大小如下：B＝μ0/4π×μp/R3≈2.5×104 T。上述平衡态的静电估算结果为β≈0.08558。电子经历的洛伦兹力是径向的，其大小FL＝ecβB≈1.028×10-7N。电子经历的径向库仑力FC＝-eUp/R≈1.57×10-3N，比磁力大四个数量级。虽然维里定理不适用于磁势，但由于磁力比静电力小得多，而且两种力是平行的，所以磁效应可以看作是电势的线性扰动电子感受到的有效力F＝FC+FL≈(1+6.55×10-5)×FC。将径向力与势的径向导数相等，得到FC＝-1/R Up和FL＝-2/R UM。因此，在给定半径下，FL/FC＝2UM/Up。换句话说，库仑势必须是磁势的两倍才能产生相同的力效应。利用线性扰动，通过Up→～(1+2×6.55×10-5)×Up代换，可将该附加力并入等式(5)。考虑到在上述估算中，Up≈-3.756keV，该附加力效应相对应为ΔUp≈0.49 eV。
图16显示了在考虑了洛伦兹力效应后获得的Etotal和ΔE值，该值根据方程(3)、(4)和根据Up→Up+～0.49eV调整后的方程(5)计算得出。当Etotal≈81eV 时，满足ΔE＝0条件。该能量值是我们对1H原子核所需跃迁启动动能的最终理论估算。
结果表明，所需的TIKE与核磁矩有关。我们惊讶地发现，在1H核的情况下，当Etotal ≈80-81eV时满足ΔE＝0的条件。我们发现，在1H核的情况下，该能量是必需的TIKE。所需的TIKEEOMM可能取决于核磁矩。2H核的磁矩为～0.857核磁子，明显弱于1H 原子核的磁场。利用这个磁矩值计算平衡态，我们得到了2H核周围颤振轨道的总能量ΔUp≈0.15eV，Etotal≈35eV。我们发现，该能量是2H核所需要的TIKE。
我们进一步发现，电子的磁场可能会影响中心的质子(1H核)。电子轨道中心的强感应磁场可能与质子的颤振运动相互作用，导致质子绕磁场线进动。质子的颤振运动的诱导进动可能导致质子能级的塞曼分裂，质子可能会承担较低的能级。这种降低的质子能级产生了一种维持平衡状态的恢复力，也就是说，电子的颤振轨道可能处于磁稳定的亚稳态。图13显示了在这样一个颤振轨道上紧密结合的电子-质子(1H核)系统。
因此，我们惊讶地发现，在折合康普顿波长距离尺度上，1H原子核周围存在一个亚稳平衡电子轨道。这个亚稳态轨道可能是一个靠近电子核的邻近和/或高度局域化的电子轨道。该电子轨道的总能量可能是正值。我们强调，颤振轨道的正总能量意味着，在常温下，电子占据1H原子核周围能量较低的玻尔轨道状态，其中Etotal≈-13.6eV。
因此，我们惊讶地发现了一个EMNRPO的具体例子。它可以是颤振轨道。轨道可能存在于1H核或其他轻核周围。最优选地是轻核的原子序数为Z＝1，如在氢(1H)或氘(2H) 中，尽管根据本发明也可是其它轻核。一个电子的EMNRPO，比如它的颤振轨道，围绕着1H核或其他轻核，可以被理解为一个基本的相对论状态。在一定的电子动能水平下，电子的颤振运动可能会将其自身局域化为围绕轻核的相对论轨道。在1H核的情况下，我们发现TIKE的动能为～80-～81eV，而在2H核的情况下，我们发现该动能为～35eV。该命题使我们能够正确预测使用镍燃料或其他材料作为燃料的反应堆的反应动力学。在接下来的章节中，通过使用相关的实验数据，我们将精确地确定这一所需的TIKE。
对于Z>11的核，我们注意到，对于4He来说，这种状态是不稳定的，因为它没有核磁矩。以锂为例，TIKE的值惊人地达到～150eV。然而，锂原子核周围的ZOE可能不会对其聚变概率产生重大影响。
| <u>核</u> | <u>势能</u> | <u>动能</u> | <u>总电子能量</u> |
| <sup>1</sup>H | ～-3.756keV | ～3.837keV | ～80-81eV |
| <sup>2</sup>H | ～-3.756keV | ～3.791keV | ～35eV |
| <sup>7</sup>Li | ～-11.44keV | ～11.59keV | ～150eV |
表III.不同原子核周围颤振轨道总电子能级的比较
根据本发明的一个实施例，电子动能可引发向EMNRPO(如颤振轨道)的跃迁。根据本发明的一个实施例，动能电子不必是自由电子，相反，它可以是束缚在原子轨道上的电子。具体地说，根据本发明的一个实施例，TIKEEOM的束缚电子可以跃迁至EMNRPOCM (如ZOCM)的EMNRPO(如颤振轨道)。例如，EMNRPO(如颤振轨道)可以是1H或2H 核的EMNRPO(如颤振轨道)。当反应核材料的波函数与具有EMNRPO电子的接近EMNRPOCM 重叠时，就可能发生这种情况。例如，反应核物质可以是具有至少一个中子的任何物质，也可以是另一种EMNRPOCM、NDECCI、TIKEEOM和/或TIKEEOMM，包括但不限于TIKEEOCM 或TIKEEOMCM。维里定理指出，在单电子氢原子中，电子的动能等于其电离能。在多电子原子中，这种关系可能并不精确，但是我们可以用电子电离能来估计它的动能。根据本发明，镍是用于1H-ZOCM的TIKEEOM和/或TIKEEOMM的一个示例。表IV列出了镍外层电子的估计电子电离能。对于最外层的N1电子轨道，我们使用了可用的电离能数据。对于其他电子，我们计算了N1轨道和其他轨道之间的相对x射线跃迁能，并加上N1 轨道的电离能。
表IV.镍外层轨道的电子电离能表
1H的TIKEEOMM或者TIKEEOM的另一个示例是溴。溴化有机化合物中溴电子的电离能可以估计为与溴原子中的相似。比较表IV和表V的数据，共同的能量级别为～79至～80eV。
表V.溴外层轨道的电子电离能表
用同样的方法，我们计算了镍周围其他元素的电子动能。有几种元素的动能级别接近～80-～81eV，可以作为1H ZOCM的TIKEEOM和/或TIKEEOMM。此外，我们还发现 Cr、Cu、Co和V也具有合适的电子能级，可以作为1H ZOCM的TIKEEOMM和/或TIKEEOM。根据本发明，其他元素也可以具有接近～80-81eV的动能级别，可以作为1H ZOCM的 TIKEEOM和/或TIKEEOMM。
如表VI所示，钙含有～35eV的电子动能轨道，可作为2H ZOCM的TIKEEOM和/或TIKEEOMM。CaO中M1轨道的电子结合能比在金属Ca中高出0.6eV。假设其他M轨道的能量转移也类似，我们估计，在CaO中，M2和M3轨道的动能级别分别为～35.6和～35.1 eV。这些能量与我们的理论预测很一致。因此，CaO可以作为2H ZOCM的TIKEEOCM和/ 或TIKEEOM。根据本发明，其他元素也可以具有接近～35eV的动能级别，可以作为2H ZOCM 的TIKEEOMM、TIKEEOCM和/或TIKEEOM。
表VI.钙外层轨道的电子电离能表
至围绕1H核的颤振轨道的跃迁发生在～80-81eV的电子动能级别，在2H核的情况下为～35eV。根据本发明，也可以使用电子动能接近氢和/或氘原子核周围轨道总能量的其他材料。例如，根据本发明，其他电子动能接近于～80-～81和/或～35ev的材料也可以作为1H和2H ZOCM的TIKEEOM。
令人意外的是，我们发现具有TIKE的电子可能是那些接近所需能级的电子，即对于给定的TIKEEOMM，其动能可能接近相应的EMNRPOETE，例如ZOETE对应的EMNRPOCM (如ZOCM)。例如，这些可能是化学性质稳定的内部电子。我们进一步发现，当电子的动能接近于相应的EMNRPOCM(如ZOCM)的TIKE时，来自于例如原子间碰撞的较小能量输入可以能激发具有TIKE的此类内部电子，使其达到电子跃迁能量级别(即TIKEEO)。这里的较能量扰动可能在～1-10ev的范围内。所述的～1-10ev碰撞能量可能高于通常由热激发提供的能量。然而，这种碰撞能量可以由界面间的费米能级差、外加电场(例如在电解装置中)和/或通过高能等离子体振荡来提供。例如，费米能级差可由熔融相变提供。根据本发明，还可以使用碰撞能量的其他来源或供应。
与燃料接触的某些表面层材料可促进H+(1H+)或D+(2H+)离子在费米能级差的界面上扩散的条件。因此，放热反应功率可与H+或D+的扩散速率成正比，其与温度通过因子exp(-Ea/(kBT))相关，其中Ea是扩散的活化能。而H+或D+的扩散速率与温度有关，exp(-Ea/(kBT)，其中Ea为扩散的活化能。
我们惊讶地发现，当聚变反应涉及到EMNRPOCM时，如ZOCM，如1H核或2H核时，所述核周围的任何EMNRPO电子都可能增加这些被屏蔽的1H核或2H核与其他核(如反应核)之间的融合概率。因此，测量聚变增强速率也可以是测量诸如ZOE之类的EMNRPO 电子的产生速率的合适代理。1H原子核周围产生EMNRPO电子可通过直接激发离域、自由和/或非束缚电子来实现。在1H ZOE的情况下，直接激发可能是～80-81eV动能，或是通过那些已经接近～80-81eVTIKE的束缚电子的小激发。在2H核的情况下，TIKE 接近于～35eV。
OMCM的一个示例是PdO，其中氧的L1轨道在某些位置可能接近于～35eV。这里，氧可以是TIKEEOMM。这里Pd可以是OMM。因此，在这里，举例来说，OMCM PdO可以是 TIKEEOCM和/或TIKEEOM。类似地，对于锆和钯、氧化钯和氧化锆，氧轨道动能在某些氧化水平上可能接近于～35eV。在这里，锆和钯是OMM，氧化钯和氧化锆是OMCM，因为这些OMCM具有一个或多个动能接近ZOETE的轨道，它们也可以是TIKEEOCM和/或 TIKEEOM。氧在这里可能是一种TIKEEOMM。氧化态可以是完全氧化或部分氧化。某些相关的氧化态可能是不常见的氧化态，例如，氧的L1轨道能量可能接近TIKE(H为～35eV, D为～80-～81eV)。这种不常见的氧态可能存在于“核活动环境”位置。碳酸盐、硝酸盐、硫化物、氟化物、氯化物、溴化物、碘化物和/或氢化物也可能存在类似的状态。其他分子可能产生具有TIKEE的轨道。
EMNRPO电子(如ZOE)可由高能粒子(如高能电子)产生。这种亚稳态启动的动能可以来自于被激发成TIKE的离域电子，或者来自束缚电子轨道的类似动能。具有TIKE 的电子可来自任何来源，包括但不限于自由电子、非束缚电子和/或离域电子。例如，电子源包括但不限于电子枪、电子束或电子发射体、等离子体。电子源可以为其一个或多个电子提供一个或多个TIKEE。根据本发明，还可能有其他电子源。具有TIKE的电子可以由含有此类能量的轨道的自由原子或非束缚原子产生或以其他方式提供，或者由与分子结合时，包含具有此类能量的轨道和/或改性轨道的原子提供。具有TIKE的电子可由燃料中的反应产生。
由核反应产生的高能电子与在这些高能电子制动过程中产生更多EMNRPO之间可能存在正反馈回路，这种可能性可以解释我们在实验中已观测到的脉冲反应动力学。这种反馈回路可能会产生链反应。
在本发明的一个实施例中，我们在燃料中启动热激活的电子介导核反应，即电子介导核反应可以是由热激活的。这里的热激活系指由热能和/或辐射的爆发激活或启动。
对于连续反应过程，所公开的过程可能涉及各种材料和材料混合物相之间的相界，并利用这些相之间的费米能级差。混合物中的材料可在金属环境中带电。在熔融过程中，越过熔体-固相边界的离子可以获得能量。当与熔融相中的离子碰撞时，产生的制动辐射谱可能会越过临界阈值，使附近的材料离子中的一些电子跃迁进入邻近“颤振轨道”，制动辐射光子提供丢失的能量。在加热阶段，离子的持续加速可以使反应功率在加热阶段保持恒定。在冷却阶段可能没有类似的离子加速过程。
减速的高能离子或电子可能会在其轨道上产生激发电子，也就是说，这种>1keV的能量与热电子的碰撞可能会产生激发电子，这些电子可能会在某些原子核周围高度局域化。金属断裂可能产生高能电子(如[6]所述)或高能中子(如[7]所述)。根据本发明，两种类型的粒子发射都可以引发电子介导链式反应。参考文献[6]引用了一些对断裂产生的>100keV高能电子发射的观察结果，这些加速电子的某些部分可能具有所需的>400keV能量。文献[7]采用多种测量技术，报告了富铁和富镍金属断裂产生的中子发射。随后，中子的衰变过程产生能量>400keV的电子。虽然要精确了解金属破裂过程中这些高能电子和中子的产生还需要进一步的研究，但对这些现象的观察已经得到了很好的证实。文献[6]和[8]提出了一些有关断裂物理的理论。在任何情况下，链式反应的发生都可以由断裂引起。在接近熔点的热梯度条件下，镍的水化过程或康铜的锂化过程可能存在较强的机械应力。这些机械应力预计会产生大量断裂。
根据本发明的一个实施例，链式反应条件可能要求具有足够能量的电子，例如，高于5.3MeV的电子在减速到该能量阈值以下之前，以高概率被6Li俘获。6Li的电子俘获截面在5.3～16MeV能量范围之间。7Li离子也可以与非常高能量的电子(如11.2MeV 以上)反应。然而，7Li的磁偶极矩比6Li强得多，这将大大降低其俘获高能电子的能力。除了靠近磁偶极子轴的倾角外，靠近的高能电子可能被原子核周围的强磁场偏转。因此，考虑到核磁场强度的不同和所需电子能量阈值的不同，即使6Li在混合物中的浓度比7Li低，大多数高能电子也预计会被6Li俘获。
由于锂具有较低的中子俘获截面，限制参数可能是保持大多数中子进入所需的锂储层大小，即对于小型锂储层，反应倍增因子可能小于1。反应也可能由于锂的局部蒸发而自我限制。
储层大小是促进倍增因子大于1的燃料结构要素的一个示例。
通过对反应机理的详细研究，我们发现放热反应最初可能包含一系列的局部失控放热反应，形成一系列小的“热点”。我们发现，整个反应可能包括两个步骤：
1.在一个或多个原子核中产生初始放热反应的触发步骤。令人惊讶地是，我们发现这种触发可以通过例如保持接近所用合金固相熔点的温度梯度来实现，这会导致固相内晶界的移动或固-液相变。根据本发明，链式反应也可以通过任意数量的装置来启动或触发。装置可直接产生引发双电子俘获事件，或产生高能电子、具有双电子俘获能力的同位素离子或其他材料，以在撞击时触发链式反应。
2.一种快速终止的失控链式反应。这一过程发生在液相(熔融)阶段，并由初始反应触发。当合金中含有一些碱金属或碱土金属成分，优选是锂时，这种链式反应是可行的。根据本发明，可以使用任何其他碱金属或碱土金属成分。
根据本发明的一个实施例，电子介导核反应过程序列可以转变为连续或半连续的核反应过程。
根据本发明的一个实施例，能够产生反应的燃料的一般类别概括如下：
·至少包含部分用于电子介导核链式反应的反应核的适用燃料。
·其他可选燃料成分可以用作改性材料。
根据本发明的另一实施例，能够产生反应的燃料的一般类别概括如下：
·一种或多种EMNR反应核材料。
·另一种可选的燃料组分可以是EMNRPOCM
·另一种可选的燃料组分可以是TIKEEOMM
·另一种可选的燃料组分可以是OMM
·另一种可选的燃料组分可以是改性材料
·另一种可选的燃料组分可以是NDECCI。
EMNRPOCM可以是ZOCM。任何一种可选燃料组分可在燃料中起多个作用，包括上述功能的任何组合。
根据本发明实施例，可以使用符合上述参数的任何燃料或燃料组合物。此外，优选地是燃料在部分熔融的燃料状态下发生放热反应。虽然在本发明的优选实施例中，燃料或燃料组分可以是锂和/或镍(Li,Ni)，但是根据本发明，也可以是其他燃料或燃料组分，而且，根据本发明，在组合中，可以对它们的比例进行调整以达到预期的结果。
根据本发明，可通过本领域已知的任何方法来实现燃料的加热。加热可以是外部的 (即从燃料组分内部和/或之间的反应过程外部供应给全部或部分燃料)，也可以是内部加热或自加热(即通过与燃料组分之间的反应过程提供)。
根据本发明，可通过外部加热将全部或部分加热从外部提供给燃料。根据一个优选实施例，加热源可以是通过电流供应进行电阻式加热的熔炉。根据本发明，还可以使用其他加热源和方法。可结合或单独使用自加热、冷却和/或外部加热来控制燃料的温度和/或温度范围。
根据本发明，全部或部分加热可由自加热(即通过全部或部分燃料本身)提供。在本发明的一个优选实施例中，除初始启动热外，大部分加热均由自加热提供。在本发明的一个优选实施例中，自加热由化学反应和/或核反应提供。在这种情况下，可以通过自加热来启动和/或维持和/或控制至少部分反应。在这种情况下，可以通过冷却来终止和/或维持和/或控制至少部分反应。在一个实施例中，当反应堆温度高于所需的最低温度时，加热组件处于备用模式，当反应堆温度下降到所需的最低温度阈值以下时重新启动。基于自加热运行的主要挑战是如何实现上述温度循环程序。根据本发明，这种温度循环可以通过可变冷却速率的方法来实现。冷却速率在接近上限温度循环阈值时升高，在接近下限温度循环阈值时降低。可变反应堆冷却可以通过本技术领域已知的任何方法来实现，例如控制冷却剂流量或控制热辐射功率。在后一种情况下，温度可以通过平衡辐射的热量和反射和再吸收的热量来控制。
可通过加热和/或冷却使反应保持和/或控制在目标温度范围内。目标温度范围可限制在所使用燃料的各自完全固态和完全熔融态的100℃以内。目标温度范围可在所使用燃料的各自完全固态和/或完全熔融态的50℃范围内。目标温度范围可在所使用燃料的各自完全固态和/或完全熔融态的20℃范围内。目标温度范围可在所使用燃料的各自完全固态和/或完全熔融态的10℃范围内。目标温度范围可在所使用燃料的各自完全固态和/或完全熔融态的5℃范围内。根据本发明，还可以是其他的目标温度范围。
在本发明的一个实施例中，目标温度范围的下端通过外部加热保持。在本发明的一个实施例中，温度范围的上端通过外部冷却来保持。这种冷却可以通过本技术中已知的任何方法来实现。在本发明的一个实施例中，冷却可用于收集、存储、传输或转换能量。
在本发明的一个实施例中，所述目标温度范围的最大值和最小值之间的循环时间在 1秒至7200秒之间。在一个实施例中，循环时间在8秒到900秒之间。在实施例中，循环时间在20秒到300秒之间。循环时间在此处被定义为重新回到初始温度边界的时间，不管是高温边界还是低温边界。根据本发明的其他实施例，还可以是其他的循环时间。
根据本发明，燃料表面的压力可低于1000atm。根据本发明，燃料表面的压力可低于100atm。根据本发明，燃料表面的压力可低于10atm。
在本发明的一个实施例中，燃料被装入反应堆容器(反应堆)中。在本发明的一个实施例中，容器是密封的和/或自包含的，以使容器的内容物(例如燃料和残余物或其他周围气体)不会与容器外部的大气直接接触，或者以其他方式保持在对合金的金属元素基本上不起化学作用的大气中。根据本发明，真空被认为是惰性气体。在本发明的一个实施例中，容器是密封的和/或自包含的。这种密封和/或自包含可通过焊接、加盖、包围和/或其他方式封闭。根据本发明，可以采用任何密封和/或封闭容器的方法。密封的目的是保持内部环境的完整性，使外部材料无法接触容器的内容物。容器可由耐反应 (如氧化)材料和/或耐压材料组成。在本发明的一个实施例中，抗氧化和耐压材料是同一种材料。在本发明的一个实施例中，燃料首先由密封的耐压容器封闭，然后由密封的耐反应容器封闭。这样，组合容器可与氧化或其他反应性环境接触，和/或燃料周围的大气对合金的金属元素基本上不起化学作用。
根据本发明，可以使用任何能保护容器内容物不受环境影响和/或在燃料周围保持基本惰性气氛的耐反应固体材料，包括但不限于各种等级的铁、钢、钼、钛和/或碳基材料，如石墨。根据本发明的一个优选实施例，耐反应容器材料为APM合金。根据本发明，可以使用任何能保护容器内容物不受环境影响和/或保持燃料周围基本惰性气氛的耐压固体材料，包括但不限于各种等级的铁、钢、钼、钛和/或碳基材料，如石墨。根据本发明的一个优选实施例，耐压容器材料为TZM合金。
在本发明的优选实施例中，反应的部分或全部热量/能量被收集。例如，这种热量/能量可以通过热量或能量吸收汇来收集。在本发明的一个实施例中，热量或能量吸收汇为冷却液流。在本发明的另一个实施例中，热量或能量吸收汇为热辐射面。
在本发明的一个实施例中，热量或能量吸收汇的特性是可变的，以保持燃料的全部或部分在目标温度范围内。例如，根据本发明，可变的热量或能量吸收汇的特性可以是冷却剂的热传导率、流速、流型或方向、通道几何形状、湍流水平、压力或压差、温度或温差、粘度、体积、质量、密度、热容、成分、结构、方向、界面性质、材料的辐射或反射特性或连通性。
反应的部分或全部多余的热量或能量可能会离开燃料和/或反应堆。例如，这种多余的热量和/或能量可能以辐射、加热的冷却介质或任何其他形式存在。所述的多余热量和/或能量可以被收集，例如，在热或能量收集介质中(如传热流体或热吸收表面)。
收集的热量或能量可以用来做功，转换成另一种形式的能量(如电势能、势能、动能、相变能或化学能)，储存在能量储存系统中，或用于直接加热。根据本发明，还可以采用其他形式的能量和能量存储系统。
由所述方法、装置和/或本发明燃料产生的压力、热量或能量可用于做功，转换成另一种形式的能量(例如电能、势能、动能、相变或化学键结构能)，储存在储能系统中，用于直接加热和/或发电和/或以本技术中已知的任何方式转化为有用的功、功率和 /或能量。一个常见的例子是将多余的热量转移到水冷却介质中，产生蒸汽，并使所述蒸汽通过蒸汽轮机，将能量转化为机械能，然后再将其转化为电能。根据本发明，还可以使用其他形式的能量产生、转换和/或存储系统。
根据一个实施例，此处所公开的能源产生方法只需要一种金属或金属的组合作为输入，不产生有害的输出废物，容易控制，并且几乎无放射性，因此，是一项经济、清洁和可持续的能源生产技术。
虽然上述示例说明了本发明在一个或多个特定应用中的原理，但是对于本领域的普通技术人员来说，显而易见的是，可以在不使用创造性能力的情况下对形式、用法和实施细节进行大量修改，并且不偏离本发明的原理和概念。因此，技术人员可以在本发明和一般知识的基础上应用所提供的学说，通过必要的修改、删除和添加来实现每个特定用例中所附加的权利要求所定义的本发明的范围。支柱部分将基本保持不变。相应地，除下列权利要求以外，并不用作对本发明的限制。
此外，任何测量的数值或从描述中出现的测量中推导出的值都是近似值，并且它们的值可能会根据更新的信息而发生变化，这对于本领域的普通技术人员来说是显而易见的。符号“～”和“”表示近似值，优选值+/-32％，更优选值+/-16％，更优选值+/-8％，更优选值+/-4％，更优选值+/-2％，最优选值+/-1％。
示例
在以下示例中，如图8所示，根据本发明使用了反应堆，反应堆包含了示例中所述的各种燃料。在这些示例中，Ni可以是NDECCI，它与轻核的聚变是放热的。Li在中子俘获下能发射高能电子，它与其他原子核的聚变是放热的。Cu是一种熔点改性元素，在催化向邻近电子核态转变过程中可能起到有益的作用。
在以下示例中，任何氢的存在(在这些情况下，为1H)可以作为EMNRPOCM，在这种情况下是ZOCM。在例2-6中，Li也可以作为反应核材料，Ni也可以作为TIKEEOM。 Al和/或Cu可以作为改性材料和/或OMM。
示例1：
使用了本发明的一个实施例的实验装置，用于从单元素燃料产生能量。在该示例中，单元素燃料被用来产生电子。0.5g锂被装入反应堆中，并且在镍材料与锂燃料接触的情况下被加热到1370℃。在我们的实验中，观察到的电子介导链式反应爆发的强度和持续时间各不相同，而测得的放热产热量已达数百瓦。在强爆发过程中，我们检测到在 1-10mhz频率范围内产生均匀功率分布的射频信号，这种平坦的射频功率谱是高能电子减速的预期特征。同时，放置在距离燃料箱0.5米处的盖革计数器显示的辐射水平是本底的40倍，盖革计数器读数证实了本发明所公开的电子介导核链式反应使高能电子倍增。
盖革计数器读数可以指示其他带电粒子(例如电子或离子)的倍增。在我们的装置中，氢可以作为颤振能力的材料，以LiOH的形式引入，在环境空气中燃料容器的组装和密封过程中通过锂产生。
示例2：
所用燃料由9.52g康铜合金和0.28g金属锂组成。温度程序包括将反应堆温度升高至其工作范围超过13小时，然后进行温度循环程序：从1240到1300℃使用恒功率加热，在1300℃上限温度阈值时关闭加热，然后在1240℃下限温度阈值时重新启动恒功率加热。图5显示了在连续核反应开始之前，燃料样品在温度循环的六个连续加热阶段的温度演变叠加。电子介导核链式反应的特征可以看作是突然的温度跃升。在某一循环的加热阶段开始时，发生了向连续反应的转变。图6显示了从连续核反应开始，燃料样品在温度循环的六个连续加热阶段的温度演变叠加。连续核反应开始前后的温升斜率对比如图7所示。从图6中的温升曲线的恒定斜率可以看出连续的放热产热。如图6所示，即使在连续核反应开始后的前几个周期，也可以发现电子介导核链式反应的一些温度跃变特征。此外，我们还观察到，在温度循环过程中，连续放热产热在加热阶段明显大于冷却阶段。因此，该核反应过程可以是半连续的。
图7和7a显示了连续反应启动前后六个循环中加热和冷却阶段的温度演变。标签的负数(正数)表示连续反应开始之前(之后)的循环数。
从开始时较陡的斜率可以看出，连续反应在某个加热循环(即“循环1”)开始后立即开始。在加热循环期间相当恒定的斜率，以及正数循环之间非常相似的斜率表明在加热循环期间反应产生了恒定的放热功率。脉冲反应的特征(即突然的温度跃变)可以在前几个负数循环中看到，也可以在一些正数循环中同时看到连续反应。循环1、2和 5显示出非常明显的温度跃变。在冷却阶段，相对于负数循环的温度演变，第一个可观察到的特征是正数循环中的温度超调。这表明在加热停止后的几秒钟内，连续反应保持活跃。随后，正数循环中的冷却速度比负数循环中的冷却速度稍快。这是连续反应过程中局部发热的结果，附近的热电偶捕捉到了这些热量。这意味着，在加热结束时，正数循环中的平均反应堆温度比负数循环中的要低一些，因为电加热的开启时间要短得多。降温相动力学表明降温过程中几乎没有放热反应。因此，反应动力学实际上是半连续的，即连续的放热功率主要存在于加热阶段。
通过构造温度信号自相关函数的频率谱，我们分析了该连续反应的长期动力学。图 10显示了半连续反应开始前20分钟的操作温度初始部分的频谱，以及半连续放热反应持续时间的频谱。即使排除了开始运行时温度状态的瞬变，图10的上半部分的自相关峰值仍然不明显。这可能部分是由初始工作温度状态的剩余瞬变引起的，部分是由初始阶段的温度爆发引起的。
连续反应部分的自相关峰值非常明显，没有高频噪声。由于加热程序是通过温度反馈来控制的，这些数据证明了反应动力学是高度有序的，并且在每个循环中几乎保持不变。我们可以设置一个反应控制参数，将反应速率调节到该恒定值。在不受理论限制的情况下，镍流入熔相的速率可以作为此类控制参数。总之，我们已经证明镍燃料反应堆的放热核反应似乎是电子介导的。在初始阶段，它可能是脉冲过程，随后可能转变为高度可控的连续反应过程。从数据中可以清楚地看出，初始反应爆发与后续半连续反应过程是一个截然不同的过程。
在我们的设置中，氢可以LiOH的形式引入，在组装和密封环境空气中的燃料容器时通过锂产生。
示例3：
在本发明利用Ni的一个实施例中，我们在燃料中启动热激活的电子介导核反应，即电子介导核反应是由热激活的。对于Ni的主要同位素，可能的放热核反应可能是双电子俘获或与另一个原子核的聚变。然而，在普通Ni中，电子与85eV耦合能级的能量差很大。我们制备了镍的高度锂化或水化相，其中锂或氢的原子分数在10％以上，这些相的电子能级接近于85eV的电离能。当反应器工作温度高于1000℃时，如果与85eV 级别的差值在1eV范围内，则可能发生热爆过程。只要有所需的锂化相，这样的爆发然后会随着反应温度的升高局部放大。换句话说，“颤振轨道”共振能级所缺失的电子能量可以由光子提供给以化学方法无法接近的内部电子。在爆发反应过程中，当燃料的某一部分被加热到0.1-0.2eV能级(1000-2000℃温度)时，热辐射谱的很大一部分可能高于缺失的能量差，并可能由热辐射引起向近距离轨道的跃迁。由于某些激活的放热核反应使燃料分子局部升温，这一过程可能会随着热辐射以爆发的形式传播。因此，其结果是爆发状脉冲镍反应。
示例4：
所用燃料由9.52g康铜合金和0.28g金属锂组成。温度程序包括将反应堆温度升高至其工作范围超过13小时，然后进行温度循环程序：从1240到1300℃使用恒功率加热，在1300℃上限温度阈值时关闭加热，然后在1240℃下限温度阈值时重新启动恒功率加热。在温度循环过程中，我们发现燃料保留了由熔融富锂相和固态富铜镍相组成的两相组分。对于连续反应过程，我们发现所公开的过程涉及熔融富锂相与所使用燃料的固态富铜、富镍相之间的相界。这两相之间的费米能级差为6-7V。由于Cu和Ni在金属环境中带+2电荷，熔化过程中越过熔融-固相边界的离子平均可获得12-14eV。在与熔融相中的离子碰撞时，所产生的制动辐射谱被认为至少可扩展到10eV。因此，在Ni、 Cu或Li离子附近的一些电子被理解为跃迁到接近的“颤振轨道”，吸收的制动辐射光子提供了缺失的能量，使这种跃迁得以实现。在不受理论约束的情况下，我们认为在光子吸收过程中，某些电子的能级相当于85eV的电离能。由于康铜合金的连续熔化温度范围在1250至1300℃之间，在1250至1300℃的加热阶段，离子的持续加速被认为是加热阶段反应功率明显恒定的原因。据了解，在冷却阶段没有类似的离子加速过程。我们发现这种差异与在1300至1250℃的冷却阶段观察到的大约为零的反应功率有关。
在我们的设置中，氢可以LiOH的形式引入，在组装和密封环境空气中的燃料容器时通过锂产生。
示例5：
在Li-Ni-Cu实验中，我们从1200℃的极限开始观察到反应(如图4所示)，该极限对应于所用康铜合金的最低熔化温度。在Li-Ni-Al实验中，我们从1350℃温度极限开始观察到反应(如图11所示)，这与AlNi3相的熔点温度相对应，是富镍镍铝合金中最低的熔点相。当温度上升时，超过1200℃的燃料会伴有电磁噪声。许多热电偶感应到的电磁干扰被记录下来，但不能归因于实际的反应信号，相反，我们推测是这种噪声产生事件的信号。
减速高能离子或电子被认为是沿着轨道产生激发态电子，即这种>1keV的能量与热电子的碰撞可能产生激发电子，这些电子可能在某些原子核周围高度局部化。金属断裂被认为会产生高能电子，即中子。这两种类型的粒子发射被认为可以启动电子介导链式反应。链式反应的启动被认为是由断裂的发生引起的。图4显示了非放热断裂事件与实际放热反应事件之间的区别，前者的电磁信号在热电偶读数中以噪声的形式出现，而后者则以温度跃变的形式出现。从温度上升的恒定斜率可以看出这些前兆事件的非放热性质。，这些前兆事件是在温度超过1200℃阈值时，有熔融锂的情况下加热康铜合金时产生的。
在我们的设置中，氢可以LiOH的形式引入，在组装和密封环境空气中的燃料容器时通过锂产生。
示例6：
我们还研究了密封在焊接不锈钢容器中的锂镍铝燃料组成。Li:Ni:Al的原子组成近似为1:10:1。图11显示了燃料容器(顶部线)和反应堆边缘(中间曲线)的温度变化，以及热功率变化(底部曲线)。横轴显示所用的实验时间(秒)。在缓慢升高温度之后，图的左边缘对应于1350○C恒定温度程序的开始。燃料容器处的热电偶用于温度反馈控制。首先，随着反应堆从加热到维持目标温度的转变，加热功率逐渐降低。第一条垂直虚线表示第一个反应信号，它在加热功率降低的同时，略微升高反应堆的温度。下一条垂直虚线表示第二个反应信号，它进一步升高反应堆的温度，同时加热功率下降得更快。反应堆边缘温度的下降证实了加热功率的下降。在最右边的虚线之后不久发生了失控反应，不锈钢容器熔化一大部分，并且加热线被毁坏。锂镍铝实验表明，本示例中的活性燃料组分为镍和/或锂。
在下面的示例中，基于上面概述的电子跃迁过程，我们分析了观察到连续能量产生的实验装置中原子之间的碰撞。Ni-Li相图分析表明，含Ni量达10-15％以上的Li合金中存在两种互不相溶的相：富Ni相和富Li相。同样，Cu-Li相图表明Cu与Li的合金化能力很低。同样，Cu-Li相图表明，Cu与Li的合金化能力非常低。因此，在我们的 Li-Ni-Cu燃料实验中，熔融富Li相与固体Cu/Ni富相之间可能存在一个相界。这两个相之间的费米能级差估计为～5-～7V。图13说明了这种电子结构以及熔融过程中阳离子流入加速边界区的情况。由于铜和镍是在金属环境中带+2电荷的，因此在熔融过程中，穿过熔融-固相边界的离子在两相间电场的加速作用下平均可获得～10-～14eV。它们随后与熔融相中的离子的碰撞可能会产生使一些内部电子跃迁为接近“颤振轨道”的近电子核的条件。换句话说，这些加速离子动能的某些部分可以提供缺失的电子能，使电子跃迁到高度局部化和/或近电子核接近轨道。
在不受理论约束的情况下，由于康铜合金的连续熔化温度范围在～1250和～1300℃之间，加热阶段离子的持续加速可以解释加热阶段反应功率明显恒定的原因。在冷却阶段没有发现类似的离子加速过程。这种差异与在冷却阶段观察到的大约为零的反应功率有关。
参考文献
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Claims (38)
1.一种用于核反应的燃料，其特征在于其包含：
a)一种或多种电子介导核反应促进轨道能力材料(EMNRPOCM)，其中所述一种或多种电子介导核反应促进轨道材料(EMNRPOCM)是能够在一段时间内形成和/或维持一个或多个电子介导核反应促进轨道(EMNRPO)的材料，其中，一个或多个EMNRPO电子-核相互作用的比EMNRPOCM的任何s、p、d和f轨道及其杂化轨道之间的电子-核相互作用更强；以及
b)一种或多种反应核材料，其中所述反应核材料包含具有至少一个中子和/或一个质子的原子核。
2.根据权利要求1所述的燃料进一步包含一种或多种包含至少一个跃迁起始动能电子轨道(TIKEEO)的跃迁起始动能电子轨道材料(TIKEEOM)，所述轨道具有至少一个跃迁起始动能电子(TIKEE)，所述电子具有一种或多种EMNRPOCM的一个或多个EMNRPO的一个或多个电子介导核反应促进轨道电子(EMNRPOE)的电子介导核反应促进轨道电子总能量(EMNRPOETE)+/-10eV范围内的跃迁起始动能(TIKE)，和/或一种或多种反应核材料是核双电子俘获同位素(NDECCI)。
3.根据权利要求1-2中任一权利要求所述的燃料，其中一种或多种TIKEEOM是由一种或多种TIKEEOM，和/或一种或多种跃迁启动动能电子轨道可调节材料(TIKEEOMM)和/或一种或多种跃迁启动动能电子轨道可调节化合物(TIKEEOMCM)组成的跃迁起始动能电子轨道复合材料(TIKEEOCM)。
4.根据权利要求1-3中任一权利要求所述的燃料进一步包含改性材料。
5.根据权利要求4所述的燃料，其中改性材料为轨道改性材料(OMM)、熔点改性材料、致裂材料、能够维持激发态电子的材料、在熔融和固相中具有不同费米能级的材料和/或饱和材料。
6.根据权利要求1-5中任一权利要求所述的燃料，其中一种或多种EMNRPOCM和/或反应核材料包含原子序数Z小于或等于11的轻核材料。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的燃料，其中一种或多种轻核EMNRPOCM包含原子序数Z等于1的材料。
8.根据权利要求1-7中任一权利要求所述的燃料，其中一种或多种原子序数Z等于1的材料包含1H、2H和/或3H或其任何组合。
9.根据权利要求1-8中任一权利要求所述的燃料，其中一个或多个反应核材料、TIKEEOM、TIKEEOMM、TIKEEOCM和/或TIKEEOMCM包括金属。
10.根据权利要求1-9中任一权利要求所述的燃料，其中一种或多种TIKEEOM、TIKEEOMM、TIKEEOCM和/或TIKEEOMCM是OMM的一部分，以化学结合方式、合金化方式与OMM结合或以其他方式接触或接近OMM，从而形成TIKEEOCM。
11.根据权利要求1-10中任一权利要求所述的燃料，其中一种或多种TIKEEOCM是包含一种或多种TIKEEOMM和/或TIKEEOMCM与一种或多种OMM和/或与一种或多种TIKEEOMM和/或TIKEEOMCM接触的OMM的表面或涂层的分子、合金或盐。
12.根据权利要求1-11中任一权利要求所述的燃料，其中所述一种或多种EMNRPOCM是一种颤振轨道能力材料(ZOCM)。
13.根据权利要求`-12中任一权利要求所述的燃料，其中一种或多种TIKEEOM包含Cr、Cu、Ca、O、Ni、Co、Br或V和/或一种或多种ZOCM包括1H、2H和/或3H。
14.根据权利要求13所述的燃料，其中一种或多种ZOCM包含1H，一种或多种TIKEEOM包含TIKE动能在80-81eV的1H颤振轨道电子总能量(ZOETE)的+/-10ev范围内的TIKEEO的至少一个TIKEE。
15.根据权利要求2-14中任一权利要求所述的燃料，其中一个或多个燃料包含Ni、Br、Co、Ca、O、Cu、Cr和/或V。
16.根据权利要求12-15中任一权利要求所述的燃料，其中一种或多种ZOCM包含2H，一种或多种TIKEEOM包含跃迁启动动能电子轨道(TIKEEO)中的至少一个跃迁启动动能电子(TIKEE)，其跃迁启动动能(TIKE)在35eV的2H颤振轨道电子总能量(ZOETE)的+/-10eV范围内。
17.根据权利要求2-16中任一权利要求所述的燃料，其中一种或多种TIKEEOCM包含Ca和/或O。
18.根据权利要求1-17中任一权利要求所述的燃料，其中至少一种反应核材料为1H、2H、3H、He、Ne、Li、Be、B、C、N、O、F和/或Na和/或NDECCI包含6Li和7Li、58Ni、64Zn或40Ca或其任意组合。
19.根据权利要求4–18中任一权利要求所述的燃料，其中一种或多种改性材料为Cu和/或Al。
20.一种产生电子介导核反应(EMNR)的方法，其特征在于包含以下步骤：
a)引入一个或多个大于1MTesla的磁场；以及
b)通过一个或多个磁场放热重新排列燃料中的一个或多个核键；和/或
c)通过一个或多个磁场放热分解燃料中的一个或多个核键；和/或
d)通过一个或多个磁场放热分解燃料中的一个或多个核子。
21.根据权利要求20所述的方法，其中一个或多个磁场通过以下方式产生：
a)一个或多个束缚电子，其中一个或多个束缚TIKEE是一种或多种EMNRPOCM的一个或多个一个EMNRPO中的EMNRPOE；
b)通过一个或多个磁单极；和/或
c)通过一个或多个电流脉冲。
22.一种产生EMNR的方法，其特征在于提供根据权利要求1–19中任一权利要求所述的燃料，以及一个或多个跃迁启动动能电子(TIKEE)至反应堆，其中一个或多个TIKEE被束缚在TIKEEOM的TIKEEO，和/或一个或多个TIKEE为非束缚电子。
23.根据权利要求22所述的方法，其中一个或多个TIKEE跃迁至燃料中的一种或多种EMNRPOCM的一个或多个EMNRPO，从而变为EMNRPOE，其随后催化、增强或以其他方式促进燃料中一种或多种反应核材料的一个或多个反应核中的一个或多个EMNR。
24.根据权利要求21-23中任一权利要求所述的方法，其中一个或多个束缚TIKEE通过以下方式跃迁至一种或多种EMNRPOCM的一个EMNRPO：
a)扩散一种或多种EMNRPOCM通过包含TIKEEOM的材料；
b)加速一种或多种EMNRPOCM至包含TIKEEOM的材料；和/或
c)加速一种或多种TIKEEOM至包含EMNRPOCM的材料。
25.根据权利要求24所述的方法，其中一种或多种EMNRPOCM和/或一种或多种TIKEEOM在加速后的动能增益小于10eV。
26.根据权利要求21-25中任一权利要求所述的方法，其中一种或多种EMNRPOCM和/或TIKEEOM通过表面等离子激元、电解时的表面电压、断裂加速，或通过表面界面上的费米能级差加速。
27.根据权利要求26所述的方法，其中费米能级差由熔融相变和/或断裂产生。
28.根据权利要求27所述的方法，其中熔融相变和/或断裂通过在目标温度范围内的温度循环产生，其中目标温度范围限定在所有或部分燃料的各自完全固态和完全熔融态的100℃内。
29.根据权利要求21–28中任一权利要求所述的方法，其中：
a)电子通过由以下方式提供的一个或多个非束缚TIKEE跃迁至EMNRPO：
i)提供包含一种或多种EMNRPOCM的等离子体，其中等离子体温度在燃料中一个或多个EMNRPO的一个或多个EMNRPOETE的+/-10eV范围内；和/或
ii)用动能在燃料中一个或多个EMNRPO的一个或多个EMNRPOETE的+/-10eV范围内的电子轰击包含EMNRPOCM的燃料；和/或
b)电子通过用动能在燃料中一个或多个EMNRPO的EMNRPOETE的三倍(3x)的+/-10eV范围内的离子(优选地EMNRPOCM离子)轰击包含EMNRPOCM的燃料跃迁至EMNRPO。
30.根据权利要求21-29中任一权利要求所述的方法，其中一种或多种EMNRPOCM是ZOCM和/或一个或多个EMNRPO是颤振轨道。
31.根据权利要求21-30中任一权利要求所述的方法，其中一个或多个束缚电子通过以下方式提供：
a)使一个或多个动能在80-81eV的+/-10eV范围内TIKEE跃迁至包含1H的一种或多种EMNRPZOCM的EMNRPO；和/或
b)使一个或多个动能在35eV的+/-10eV范围内TIKEE跃迁至包含2H的一种或多种EMNRPZOCM的EMNRPO。
32.一种从核反应中产生热量和/或能量的方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
a)将权利要求1-19中任一权利要求所述的燃料装入反应堆；
b)通过权利要求20-31中任一权利要求所述的方法产生净放热EMNR；以及
c)收集来自净放热EMNR的部分或全部的多余热量和/或能量。
33.一种用于热量和/或能量生产的装置，其特征在于该装置包含：
a)装有权利要求1-19中任一权利要求所述燃料的反应堆；
b)用于将高能粒子提供到燃料上以启动和/或维持燃料中的一个或多个EMNR的装置，其中一个或多个高能粒子是高能质子、中子、非束缚电子、离子、TIKEEOM、反应核材料和/或EMNRPOCM；以及
c)收集和/或转换EMNR产生的热量和/或能量的装置。
34.根据权利要求33所述的装置，其中燃料具有高能电子倍增因子大于1的燃料结构，其中燃料结构由燃料的量、密度、状态、成分、排列、荷电条件、同位素和/或化学键结构定义。
35.根据权利要求33–34中任一权利要求所述的装置，其中提供高能粒子的装置是：
a)一种粒子加速器；和/或
b)一种用于在目标温度范围内循环所有或部分燃料的熔炉，其中熔炉包含一个或多个温度或辐射传感器、一个或多个用于向反应堆和/或燃料提供电力或能量的电源，以及一个用于改变从反应堆和/或燃料释放和/或反射回的热量、辐射和/或能量的速率或数量的控制器，以使所有或部分燃料保持在目标温度范围内，其中目标温度范围限定在所有或部分燃料的各自完全固态和完全熔融态的100℃内。
36.根据权利要求33–35中任一权利要求所述的装置，其中一个或多个高能粒子是电子和/或一个或多个高能粒子通过碰撞产生高能电子。
37.根据权利要求33–36中任一权利要求所述的装置，其中高能电子是燃料中一种或多种EMNRPOCM的一个或多个EMNRPO中的束缚电子。
38.使用根据权利要求1–19中任一权利要求所述的燃料、权利要求20-32中任一权利要求所述的方法和/或权利要求33-37中任一权利要求所述的装置用于产生热量、辐射、功率和/或能量。
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