CN1251199A - 由核聚变反应产生能量的方法与设备 - Google Patents

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Abstract

一种产生低温核聚变反应的实验设备(1),其中由离子源(3)将正氘离子流供给反应室(2),室内安装有由活性元件(30、31)和含重水的金属盐的集合体所构成的靶子(5),保持反应室内真空的泵装置(4),反应室(2)有一个用于加速正氘离子的加速器(10),它在反应室内产生电场以输送和加速氘离子到靶子(5)的活性元件,由此开始射入的氘离子与活性元件的一些原子间的核聚变反应。

Description

由核聚变反应产生能量的方法与设备
技术领域
本发明涉及一种由核聚变反应产生能量的方法。
背景技术
科学领域的一般共识是，自身的中子发射是两个氘原子或一个氘原子与一个氚原子间的核聚变反应的无可争议的证据。
发明的内容
本发明的一个目的是为了驳倒这样一个假设，表明中子与γ射线的预备和/或同时发射是氘原子与氚原子之间发生核聚变反应的必要条件。换言之，本发明的目的是为了表明氘/氚核聚变现象常常是优先的，和/或伴随着氘/氘核聚变现象。
根据本发明，可以提供一种由核聚变反应产生能量的方法，其步骤如下：
——向反应室提供正氘离子流，反应室内包含有在其晶格点阵中有氘原子的靶子与活性金属原子。
——接着，在反应室内，所述正氘离子流射向靶子，所以正氘离子流就会轰击靶子而产生所带正氘离子与靶子自身成分中一些原子之间的核聚变反应。
本发明还涉及一种由核聚变反应产生能量的设备。
根据本发明，提供一种由核聚变反应产生能量的设备，其特征为，它包括：一个反应室；一个装在所述反应室内的靶子；一个与所述反应室相连通的正氘离子源；一组与反应室相连通的泵装置以保持所述室内的真空状态；在所述靶子的晶格点阵中有氘原子；所述正氘离子源可以向反应室提供正氘离子流，所以所述正氘离子流就会轰击靶子中的所有原子而发生入射的正氘离子与靶子自身原子之间的低温核聚变反应。
附图的简单说明
下面结合附图对本发明的实施例进行说明，但实施例仅限于举例说明。附图中：
图1是本发明的由核聚变反应产生能量的设备简图。
图2是图1所示设备的部分详图。
图3是产生中子的曲线图。
实施本发明的最佳模式
如图1所示，标号1是由低温核聚变反应产生能量的设备的整体，与假设的“热核反应”不同。
设备1包括反应室2；向反应室2内提供正氘离子流的正氘离子源3；为保持反应室内相对低压的泵装置4；安装在反应室2内的靶子5，靶子被由离子源3所提供给反应室2内的正氘离子所轰击。
反应室最好是圆筒状，但并非必须，反应室与参考轴6同轴，借助于导管7、8分别与正离子源3及泵装置4相连，两导管分别连在反应室2的两端2a和2b处。具体说来，连接反应室2与离子源3的导管7连在反应室2的一端2a上，使得能够向反应室2提供正氘离子。
参照图1，反应室2与离子加速器10相连，加速器10是为了在反应室内产生电场以加速射向靶子5的正离子流。加速器10包括一对固定在反应室两端2a和2b的电极以及为保持两电极间给定电位差的电源11。其中标号为12的电极位于反应室2的一端并穿过反应室，另一电极则是靶子5，固定在反应室内靠近端2b。
在所示例子中，反应室2由Pirex玻璃制成，内部有一个靠近靶子5的聚焦装置13。聚焦装置13由金属材料制成，与电极12及靶子5绝缘，可以把正氘离子流聚集到靶子5上。更详细地讲，加速装置13可分为13a和13b两部分，第一部分为面向电极12的圆筒管状体，与参考轴6同轴延伸，第二部分为与轴6同轴的尖顶拱体，内部有一通孔，其直径远小于定义为13a的圆筒管状体的内径。
在所示例子中，正氘离子源3——下文中称为“氘核”——包括一个已知的罐用来储藏气态的氘，该源通过导管7与反应室2相连；一个已知的离子化部件16，使从罐15流出的氘能够离子化以形成正氘离子流，并提供给反应室2。
正氘离子源3按顺序由以下部分组成：一个安装在导管7上的开关阀17以提供和切断来自罐15的氘源；一个已知的减压装置18；一个已知的小型开关和调节阀19。减压装置18的作用是维持来自罐15的气态氘以给定的压力。
更详细地讲，离子化部件16大体上包括一个沿着导管7的圆筒状离子化室20；一个产生高频振动的装置21，它包括一个围绕离子化室20的导电材料的线圈22，和电源23，用来在线圈22中感应高频电流以在离子化室20内产生电磁场，使得来自罐15的气态氘离子化。
离子化部件16还包括一个离子加速器，以在离子化室20内产生电场，传递离子化室20内产生的正离子流到与反应室2相连的导管7。加速器包括安装在与导管7相连的离子化室相反两端的一对电极25；和一个用来维持两电极25间给定可调电位差的中压电源26。
在所示例子中，电极12与电极25相连，电极25位于连接离子化室20与反应室2的导管7的入口部分。
泵装置4由一对真空泵组成(一个回转泵，一个扩散泵)，由导管8与反应室2相连，中间设有已知开关阀29，以选择性地将反应室2与泵装置4相隔离。
参照图1和2，靶子5最好是圆筒状的外壳30，但并非必须，大体上是一个杯状物并与轴6同轴，其空腔30a面向聚焦装置13；大体上杯状的活性元件31装在壳30内，其空腔31a与轴6同轴，并面向聚焦装置13。
在所示例子中，壳30自身也是活性元素，由不同金属(例如铜、钛、铁、镍和/或物理化学性能相似的其它金属)的交互垫圈堆砌而成，靠诸如纵向螺纹那样的紧固件所固定。
活性元件31由金属盐的紧密集合体所组成，由数种金属硫酸盐(例如硫酸铜、硫酸锂、硫酸钛、硫酸钾等)的粉末与添加的触媒元素和/或粘结剂相混合，以改善集合体的紧密性。硫酸铜和硫酸锂含重水(D2O)。
每一种含重水结晶的金属盐都可以从对应的含水结晶(H2O)金属盐所得到，例如CuSO4·5H2O，首先放入250℃以上的灶中，直至所有的水(H2O)分子消失，然后放入硅凝胶干燥剂(已知型号)中，盐就会在有重水(D2O)存在的情况下再结晶而生成含重水结晶(D2O)的金属盐，例如CuSO4·4D2O。
用硫酸钛作为催化剂较好，但并非必须，在重水(D2O)中溶解的硅酮树脂或碱性烃基硅树脂作为粘结剂较好，但并非必须。
活性元件31的第一个可能的成分包括：
0.278摩尔的CuSO4·4D2O；
1.853摩尔的LiSO4·0.8D2O；
0.0625摩尔的TiOSO4；和
5％的烃基多硅氧烷树脂的稀薄溶液，烃基与硅的比例(R/Si)约为1.5，以得到浓稠的均匀的混合物，然后在给定温度(约40℃)下放模中干燥。
活性元件31的第二个可能的成分包括：
0.125摩尔的NiSO4·5.6D2O；
0.278摩尔的CuSO4·4D2O；
1.853摩尔的Li2SO4·0.8D2O；
0.172摩尔的K2SO4；和
5％的烃基多硅氧烷树脂的稀薄溶液，烃基与硅的比例(R/Si)约为1.5，以得到浓稠均匀的混合物，然后在给定温度(约40℃)下放模中干燥。
活性元件31的第三个可能的成分包括：
0.278摩尔的CuSO4·4D2O；
1.853摩尔的Li2SO4·0.8D2O；
0.172摩尔的K2SO4；
0.125摩尔的TiOSO4；和
5％的烃基多硅氧烷树脂的稀薄溶液，烃基与硅的比例(R/Si)约为1.5，以得到浓稠均匀的混合物，然后在给定温度(约40℃)下放模中干燥。
使金属盐CuSO4、Li2SO4、NiSO4再结晶的重水(D2O)的量比计算的化学计量少20％，其目的在于减少靶子5的活化时间。
参照图1，设备1还包括一个测量靶子5温度的装置33(例如热电偶)，探测和记发射的中子的装置34，测量γ射线发射的装置35，所有这些装置都置于反应室2的近处；还有用于测量反应室2内压力的装置36，它连在反应室2与阀29之间的导管8的一个支管上；以及为探测反应室2内氚的装置37，设在沿导管8且在阀装置4的下游处。
装置33、34、35、36、37都是已知型号，所以不需详述。
现在描述设备1的工作情况，假定泵装置4的泵28已经使反应室2内的压力达到非常低的值(千分之几毫米汞柱)。
在实际使用中，当阀17打开时，气态的氘流入导管7，并通过减压装置18进入离子化部件16，在此被离子化并以氘流的形式提供给反应室2。更详细一些讲，气态氘被装置21所产生的高频磁场的电磁激励而离子化，并被由两电极25产生的电场输送给反应室2，在两电极之间维持着数千伏特的电位差。
同时，电源11最好能在电极12与靶子5之间维持2到10千伏的电位差，但并非必须，这样，一旦氘进入反应室2，就会被室2内的电场作用而向靶子5传送，并如图3所示那样轰击靶子5，该图表示了每秒产生的中子与施加的加速电压之间的函数关系。
在轰击靶子5之前，由聚焦装置13提供氘流，因此可以使氘集中为一束很窄的氘流束，以适合于撞击活性元件31。
紧接着氘流束冲击活性元件31，装置33探测靶子5的温度下降，装置36探测反应室2内的压力下降，这些现象可以解释如下，射向活性元件31的氘被吸收，接着由于吸热核反应，进入活性元件31晶格点阵的氘因催化作用而分解：
式中“D”指氘原子，“n”指中子，“p”指质子。
接着，装置33探测靶子5的温度急剧增加(达约1000℃)，当装置34、35、37分别探测到中子流(可达每秒105中子)大于自然流量几个(3-5个)数量级时，包括γ射线和x-射线的各种波长的电磁波大量发射，产生氚；这一现象可以解释为由于下列放热反应而引起的低温核聚变反应的开始。
I)
II)
式中“D”是指氘原子，“T”是指氚原子，“3He”是指氦-3原子，“n”是指中子，“p”是指质子，“γ”是指发射γ射线。
更详细一些讲，放热反应(I)可能是下列反应的总和结果：
放热反应(II)可能是下列反应的总和结果：
放热反应(I)涉及氚的生成，进一步的低温核聚变反应可能由于下述放热反应而开始：
III)
式中“D”是指氘原子，“T”是指氚原子，“4He”是指氦-4原子，“n”是指中子。
从产生了大量能量的观点，放热反应(III)可以解释靶子5温度的急剧升高(实验中达到了约1000℃)。
如果给定活性元件31以不同的原始成分，则下列其它类型的低温核聚变反应也会发生：
在工作中，实验表明电极12与靶子5之间电位差的减少会立刻引起温度的急剧增加，同时开始核聚变反应，但并不导致中子流按比例的减少(电位差由5千伏降到3千伏时，单位时间发射的中子数约减少25％)。
因此，本发明所提供的方法包括：向反应室2内提供正氘离子流，反应室内安装有在其晶格点阵中含有氘原子的靶子。接着，使正氘离子流向反应室2内的靶子输送，使正氘离子流轰击靶子5而产生射入的正氘离子与靶子5中一些原子间的核聚变反应。
更详细地讲，向靶子5输送正氘离子的步骤包括：由电场加速正氘离子流，对正氘离子流聚焦使其在轰击靶子5之前成为集中的流束。
在所示例子中，向反应室2提供正氘离子流的步骤包括：从罐15引来气态的氘原子，接着使其离子化以形成可向反应室2提供的正氘离子流。
很明显，可以对这里图示和说明的方法与设备1进行一些改变，而不脱离本发明的范畴。

Claims (16)

1.一种由核聚变反应产生能量的方法，其步骤包括：
——向反应室(2)提供正氘离子流，反应室(2)内包含在其晶格点阵中有氘原子的靶子(5)与活性金属原子；以及
——在反应室(2)内，使所述正氘离子流射向靶子(5)，这样正氘离子流就会轰击靶子(5)而产生射入的正氘离子与靶子(5)自身成分中一些原子之间的核聚变反应。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述向靶子(5)输送正氘离子的步骤包括由电场加速所述正氘离子流。
3.如权利要求1和/或2所述的方法，其中所述向靶子(5)输送正氘离子的步骤包括对所述正氘离子流聚焦使其在轰击靶子(5)之前成为集聚的流束。
4.如上述任一权利要求所述的方法，其中所述向反应室(2)提供正氘离子流的步骤包括从罐(15)引来氘原子，接着使所述氘原子离子化以形成所述正氘离子流。
5.一种由核聚变反应产生能量的设备，其特征为，它包括：一个反应室(2)；一个装入所述反应室(2)的靶子(5)；一个与所述反应室(2)相连的正氘离子源(3)；一个与反应室(2)相连的泵装置(4)，以保持所述室(2)内的真空状态；在所述靶子(5)的晶格点阵中有氘原子；所述正氘离子源(3)向反应室(2)提供正氘离子流，所述正氘离子流轰击靶子(5)中的所有元素而产生射入的正氘离子与靶子(5)自身原子之间的低温核聚变反应。
6.如权利要求5所述的设备，其特征为，所述反应室(2)包括加速器(10)，用以向所述靶子(5)输送正氘离子流和加速正氘离子流。
7.如权利要求6所述的设备，其特征为，所述加速器(10)包括至少两个安装在反应室(2)内的电极(5、12)；和一个用来维持两电极(5、12)间的以任何方式可变的电位差的电源(11)；所述电极(5、12)中的一个由靶子来担任。
8.如5-7中任一权利要求所述的设备，其特征为，反应室(2)包括一个聚焦装置(13)，所述正氘离子流轰击到靶子(5)之前通过该聚焦装置，聚焦装置(13)对正氘离子流聚焦使其成为集聚的正氘离子流束。
9.如5-8中任一权利要求所述的设备，其特征为，靶子(5)包括一个外壳(30)，它大致上是一个带有面向所述聚焦装置(13)的空腔(31a)的杯状物；活性元件(31)置于外壳(30)之内，大体上是一个带有面向所述聚焦装置(13)的空腔(31a)的杯状物；所述活性元件(31)被所述正氘离子的集聚流束所轰击。
10.如权利要求9所述的设备，其特征为，所述外壳(30)由金属材料制成。
11.如权利要求10所述的设备，其特征为，所述外壳(30)由不同金属材料的交互垫圈(32)堆砌而成，并由夹紧装置固定在一起。
12.如权利要求9所述的设备，其特征为，所述活性元件(31)由金属盐的集合体组成。
13.如权利要求12所述的设备，其特征为，一些金属盐属于包括硫酸铁、硫酸镍、硫酸钛和硫酸钾的硫酸盐类。
14.如权利要求12所述的设备，其特征为，金属盐可以从硫酸铜、硫酸锂中选择，所述硫酸盐含重水。
15.如权利要求9所述的设备，其特征为，由于吸热催化剂的分解反应，活性元件(31)吸收入射的正氘离子。
16.如权利要求5所述的设备，其特征为，所述正氘离子源(3)包括一个装有气态氘离子的罐(15)，以供给所述反应室(2)；一个位于所述罐(15)与反应室(2)之间的离子化部件(16)，将氘原子离子化，以正氘离子流的形式供给反应室(2)。
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