CN1321422C - 利用快速温度变化产生核反应 - Google Patents

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Abstract

一种从含水气流产生核反应的方法，包括足够快速的加热气流使水分解为氢和氧，并将氢原子转换成产生核反应包括核聚变的质子。一旦达到反应状态，该反应系统就不需要额外输入热能。核反应最终可以对建筑物输出热能，热能可以用于发电，并且热可以用于其他目的。

Description

利用快速温度变化产生核反应
技术领域
本发明涉及根据新通量理论设计的核反应装置。尤其是，本发明针对气流中的水蒸汽快速加热过程，在某种意义上它引起核反应。
背景技术
根据林氏通量理论(参见美国专利第5084258号)，当一个化学反应系统受到高的温度变化速率的影响时，它将从平衡态转变到不平衡态。事实已经确定无疑的证明，当气态系统受到高的温度升高速率的影响时，粒子(分子、原子或核子和电子)活性将增加：粒子加速运动；分子内电子的频率和振幅、原子的振动增加；粒子的平均动能增加；原子键断裂；以及使电子离开其运行轨道。
根据本发明，发明人发现他的通量理论可以应用到含有核反应的系统。
发明内容
通过说明书的描述，根据本发明所述的各种特征、特性和实施例将变得显而易见的，本发明提出一种利用含有氢原子的气流产生核反应的方法，包括步骤：
a)提供含水气流，该气流流经反应器；
b)以足够快的速率加热流动的气流，使水分解成氢和氧并将氢原子转变成质子以引起核反应；
c)气流停止加热；和
d)使气流的活性核素继续核反应，这是通过气流在设置在反应器内的蓄热器中的快速升温而自动进行。
本发明进一步提出一种由核反应产生热能的方法，包括步骤：
a)提供流动的含水气流，该气流流经反应器；
b)以足够快的速率加热流动的气流使水分解成氢和氧并将氢原子转变成质子以引起核反应；
c)气流停止加热；和
d)使气流的活性核素发生核反应，这是通过气流在设置在反应器内的蓄热器中的快速升温而自动进行；和
e)回收核反应产生的热能。
此外，本发明还提出一种核反应堆，包括：
一具有上游侧和下游侧的燃烧室；
一在上游侧的气体进口；
一在下游侧的气体出口；
使含氢气流从上游侧流过燃烧室到下游侧的装置；
用于以足够的温度变化速率加热流过所述燃烧室的含氢气流，使所述含氢气流的成分经历核反应的第一和第二装置，其中该第一加热气流装置在该第二加热气流装置的上游。
另外，本发明还提出一种用来加热建筑物的炉子，该炉子包括上述核反应堆。
来自含有空气的反应器的产物气流和由核反应释放出来的热能可以用于快速加热、发电和其它应用。
附图说明
本发明将通过参照附图来描述，这些仅仅作为非限制性例子，其中：
图1是不同类型化学反应的反应率和温度关系曲线图。
图2是立式燃烧器的侧视示意图。
图3是根据本发明一个实施例的原型核聚变装置的侧视示意图。
图4是用于小型加热器的核聚变系统的常规布置示意框图。
图5是用于新电站或对现有电站作翻新改进的核聚变炉的示意图。
具体实施方式
作为林氏通量理论的延伸，在本发明中确定了当化学反应系统受到高的温度变化率的影响时，各种化学核素的全部或大部分电子离开它们的运行轨道形成极具化学活性的等离子体。当发生这种变化时，动态粒子(电子、中子和原子核)的加速和碰撞能够引起核反应。
本发明的中试研究是在美国通用公司(NC.USA)三角研究所(ResearchTriangle)进行的，它利用快速加热将SO2转变成SO3。在研究中使用了一个10英尺高的立式燃烧炉(VFC)。含有0.5％SO2的空气持续输入VFC，并被燃烧器加热，使SO2转变成SO3。
在操作无效期间燃烧器关闭，因此没有外热输入系统。可以发现，只要在16小时长的操作无效期间空气继续输入到VFC，流动空气的温度从VFC进口处的周围温度(32℃(90))持续快速升高到VFC一个截面高达306℃(582)  (在449℃(840)-235℃(455)范围内)的平均温度，升高了大约260℃(500)。
在燃烧器开始输入热以后，空气流温度如此大量的和长时间持续的升高，无疑表明在VFC中发生了核反应。还可以从VFC内空气流中的水蒸气完全消失的现象中见到核反应的存在，因为没有检测到作为水和SO3反应结果的硫酸形成。
可以确定，空气中的水蒸气开头就被快速加热分解成氢和氧，并进一步引起核反应，包括氢离子转换成质子。在动态条件下，电子偏离运动轨道，由氢离子产生质子以及由电子、中子和质子中产生氢的其它同位素。
空气的元素间的互相碰撞和定向撞击产生各种各样核反应，包括核聚变，它们在燃烧器关闭以后继续发生。
下面公开的内容解释了在本发明中发现的现象和提出本发明非限制性的实施例。
在动态条件下获得的许多科学现象和试验与根据现代化学反应理论预测的结果相矛盾。为了找到解释这种矛盾的理由，本发明的发明人发展了通量理论。
林氏通量理论精确的表明，当一个流体系统受到高的温度变化率的影响时，气体变得极具化学活性。这个理论表明高的温度变化率创造出不仅使化学反应率而且使反应产物的浓度都增长的一个短暂动态。这个理论的正确性可以被许多公布的科学现象和结论以及下面将要讨论的最近进行的中试研究证实。
根据平衡理论在常温下进行的传统化学反应过程既低效又费时。如果工业上根据林氏通量理论改进反应过程，可以大量节约时间和能源。
通过对气流实施高的温度升高变化率，引起流体核反应，并实现冷核聚变。大量持续产生的热能作为流动气体(气流)核反应的结果可用于供热、发电、海水淡化和其它实际应用。
当前用非常高的温度和静态条件来实现核反应和核聚变，不仅不经济而且还不切实际。通过利用林氏通量理论来产生创造动态条件可以消除这些缺陷。
一种新的、用之不竭的自然能源包括空气、水或者是氢，等待着开发出来以支持人类社会不断增长的巨大需求。
现代化学反应理论
根据文森迪Vincenti和克鲁格Kruger(气态动力学物理，威利Wiley，纽约，1965)，现代化学反应理论是基于热力学平衡，其中包括热功当量、热和化学平衡。古典热力学仅可以预示有关的热力学平衡状态。气态系统的状态由它的温度、压力和浓度表示。在古典热力学影响下的过程，必定被看作由连续的热力学平衡状态组成。状态的变化被假设成非常缓慢或平缓。通常，现代化学反应器的设计就根据固定的反应器温度。
下面的化学平衡反应作为一个例子用于解释：
A+BC    (1)
在这里，A和B是反应物，C是产物。
反应率的关系式如下所示：
d [ C ] dt = K 1 [ A ] [ B ] - K 2 [ C ] - - - ( 2 )
在这里，K1和K2是反应率的常数，[C]是产物浓度，而[A]和[B]是化学反应物的浓度。
在平衡化学反应中，同时存在着正反应和逆反应。逆反应抵消了化学反应和产物浓度[C]的效果。这是作无用功(消极的)从而浪费时间和能量。一旦产物浓度达到平衡浓度，正反应率等于逆反应率，产物浓度[C]不可能超过平衡浓度。因此，产物的产量低。
前面提到的缺点可以消除，利用受到快速的流体能量变化率影响，以便使反应从平衡态变为非平衡态。在非平衡态下，只存在正反应。这种转变基于下面要描述的林氏通量理论。
林氏通量理论
波形能量传递在此称为通量。依据波形频率，存在着几种不同类型的通量，比如热通量、电磁通量等等。在林氏通量理论的改进中，发明人采用热通量来解释发明目的。
当气态系统受到快速的温度变化率的影响时，系统进入短暂动态。分子、原子和电子速率也将持续变化。其结果是分子碰撞的频率和振幅发生变化，原子间结合键的破裂或建立，使电子离开其运动轨道或被俘获。因此，对于所要求的反应，流体变得极具化学活性。
1.数学证明
在电子、原子和分子水平，由于净热能被输入到气态系统，净热能立即转化成焓即其组成部分的内能和气体压力的总和。精确地，它可以如下式表示：
Q＝F(U，P)*    (3)
在这里：Q＝输入气态系统的全部净热能
F(U，P)＝函数方程
U＝气态系统的全部内能，即系统组成部分的动能和势能总和[这里的组成部分指分子、原子和电子]
P＝气体压力
*使F（P）和F（U）分开的其它设计
函数方程式(3)还可以表示为：
Q＝F{KEm，PEm，KEa，PEa，KEe，PEe，P}    (4)
在这里：KEm＝气态系统中气体分子的全部动能＝∑1/2mmvm 2
PEm＝气态系统中气体分子的全部势能。对于象固定体积的反应器这样一类系统，它是一个常数K。
KEa＝气态系统中所有原子或原子核(在等离子体流体中)的全部动能＝∑1/2mava 2
PEa＝气态系统中所有原子或原子核(在等离子体流体中)的全部势能＝∑mara
KEe＝气态系统中所有电子的全部动能＝∑1/2meve 2
PEe＝气态系统中所有电子的全部势能＝∑mere
mm，me，ma分别是单个分子、电子、原子或等离子体流体中单个原子核的质量
vm，ve，va分别是单个分子、电子、原子或等离子体流体中单个原子核的速率向量
ra＝原子的原子间距离或相对位置矢量
re＝在一个原子内，单个电子与原子核的间距或电子相对原子核的位置矢量
函数方程式(4)关于时间t的微分表示为以下表达式：
dQ dt = ∂ Q ∂ KE m ( Σ m m v m a m ) + ∂ Q ∂ KE a ( Σ m a v a a a ) + ∂ Q ∂ PE a { Σ m a ( dr a / dt ) } + ∂ Q ∂ KE e ( Σ m e v e a e ) + ∂ Q ∂ PE e { Σ m e ( dr e / dt ) } + ∂ Q ∂ P dP dt - - - ( 5 )
方程式(5)表示输入气态系统的净热能变化率
Figure C0282411700102
是由am，aa，dra/dt，ae，dre/dt和dP/dt因数决定的，在这里：
am＝单个分子在vm方向的加速度矢量
aa＝在一个分子内部的单个原子相对另一个原子的加速度矢量或者在等离子流体中单个原子核相对另一个原子核的加速度矢量，aa方向与va方向一致。
dra/dt＝在一个分子中原子相对位置矢量变化率
ae＝单个轨道电子在ve方向上加速度矢量
dre/dt＝在单个电子和原子核之间相对位置矢量变化率
dP/dt＝压力变化率
从方程式(5)显然可知：输入到系统或者从系统中输出的净热能变化率越高，aa，am，ae，dra/dt，dre/dt和dP/dt的量值就越高。根据热是输入还是输出系统来确定上述量值是正还是负。
2. 净热能变化率(dQ/dt)对流体系统的影响
上面提到的加速度am，aa和ae，原子和电子相对位置变化率dra/dt和dre/dt，以及压力变化率dP/dt，它们对化学反应率的影响解释如下：
2A. 在电子级
在热通量快速改变时，轨道电子受到切向加速度ae的影响。
切向加速度使轨道电子的速度或者全部能量(势能和动能)改变。其结果是，如果气态系统dQ/dt或ae足够高，轨道电子的速度能够加速到逃逸速度vesp。在经典理论中可以找到计算vesp的公式。
由于电子迁移，原子或分子就被离子化，而离子化粒子极具化学活性。如果大部分或全部电子离开其运动轨道，气流就变成极具化学活性的等离子体。
ae和dre/dt会影响从键合轨道向非键合轨道的改变，而反之亦然。根据化学反应的要求，它们可使得从原子或分子中俘获或释放电子并有助于建立或打破化合键。
dre/dt项表示电子势能变化率。在没有热能输入气态系统时，电子势能是它的动能的函数-如动能增加，它的势能减少。
然而，在动态系统中热能快速升高，dre/dt是从原子核中心到电子的位置向量变化率，因此，它也等于正切于电子轨道的瞬时速度。这些可变化的速度有助于从一个轨道向另一个轨道移动电子和提高电子能级。显然，dQ/dt可以起到提升电子全部能量的作用。当dQ/dt足够高时，它能使粒子(原子或分子)离子化，或者将气流变成等离子体状态。
2B. 在原子级
在原子级，原子加速度aa的符号受dQ/dt影响。在分子中aa升高或降低影响某一原子关于其它原子的相对原子速度va的量值，但是不影响它的方向。既然aa能够改变va，它就能依次扩大分子中原子的振动、旋转效果。因此，分子将膨胀并在更高的频率下收缩而它的原子在更快转率下旋转。当原子的动能升至超出分子内原子结合能时，分子分裂。
如果粒子是等离子流体中的原子核，它不受约束的自由运动。流体高的温度增加率使得原子核的加速度aa持续改变va的量值，但不改变其方向。高速原子核的碰撞可以引起核聚变和其它核反应。
原子势能变化率可以表示为dra/dt。dra/dt影响建立或破坏原子键。dra/dt表明利用突然加热到系统使两个原子之间的平衡距离增加，从而原子的势能也增加。原子内间距的增加削弱了原子键。原子键削弱的原子化学活性更强容易与其它原子结合。
2C. 在分子级
在分子级，在净热能输入气态系统时，如果dQ/dt是正的，气体分子被am加速，根据矢量理论它的方向与加速前气体分子速度相同。气体分子速度的增加将使得气体分子在一个单位时间的碰撞次数增加，碰撞前分子的动量增加，碰撞期间的碰撞力增加。因此，am能够提高气体分子的化学反应率。
在闭式气态系统中，如果温度变化率dT/dt是正值，那么(Q/P)和dP/dt也是正值。因此，如果温度变化率dT/dt是正值，方程式(5)的最后一项(Q/P)×(dP/dt)也是正值。我们知道在一定量气体中，气体压力越高，分子之间的分子间距就越近，结果是活性更高。
从上面提到的解释中可以发现，当气态系统受到高的温度增加率影响时它的分子、原子和电子活性增加：分子、电子、原子或原子核的速度改变；分子中电子的频率和振幅、原子的振动增加；电子、原子、分子的平均动能增加；电子被迫离开其运动轨道，原子键破裂，气体变得极具化学活性。动态中原子核的加速度可引起核反应。
3. 不平衡反应的常规理论
以热力学平衡为基础的现代化学反应理论可应用在温度增加率较小时。然而，忽视了高的能量增长率对系统反应率的影响。换句话说，dT/dt这一项没有进行考虑。当dT/dt较大时，它对化学反应的影响不容忽视。
化学反应从平衡态变到不平衡态以使反应率和产物浓度增加。当气态系统受到高的能量增长率影响时，所有的平衡被打破。不平衡态迅速形成。在此短暂动态期期间，新产生的动力迫使最终产物浓度超过平衡态浓度。在动态中化学反应只有一个方向，即向着最终产物的生产方向。
已经精确地证实，对于化学反应率随着温度升高而升高的这种反应类型，可以利用高的温度增长率来升高反应率。对于化学反应率随着温度降低而升高的这种反应类型，可以利用高的温度降低率来升高反应率。
在静态(绝热)中，化学反应率一般由温度决定。通常，存在着三类有影响的温度决定化学反应的理论，即：
1类型化学反应，其中化学反应率随温度的升高而升高；
2类型化学反应，其中化学反应率在一个温度范围内随温度的升高而升高；在另一个温度范围内随温度的降低而升高；和
3类型化学反应，其中化学反应率随温度的降低而升高。
这些反应类型的每一种在图1中都描述了。
下列反应式就是表示在图1中的几个例证反应：
N2+O2→2NO    在高温区    (1类型)
2NO+O2→2NO2    在低温区(3类型)
聚乙烯的生产是类型2A反应的例子。
SO2到SO3的氧化反应是类型2B反应的例子。对于SO2到SO3氧化的曲线形状取决于SO2浓度。一般，在482℃(900)以下反应率随温度升高而升高。
林氏通量理论和核反应中试研究得到的实验证据
为了验证核反应可以出自林氏通量理论，中试实验外包给ArcadisGeraghity&Miller(AGM)进行。在与发明人密切合作下，AGM利用立式燃烧炉(VFC)实施了一系列试验。该试验是在NC研究园的EPA实验研究中心实施的。试验目的是打算显示气流通过没有任何外加热能的系统以后气流温度急剧升高，以及验证利用高的温度增加率SO2可以被氧化成SO3。
VFC具有耐火材料衬里，内径为6英寸。它装有大量的用于插入测量探针的通道部分。图2表示了VFC的断面图。
采用两个喷管燃烧器，即在炉子顶部的燃烧器#1和在第5部分的燃烧器#2。通过对空气与燃料比率的控制，顶部燃烧器#1产生温度大约260℃(500)的混合气体。二氧化硫气体被输入到第2部分以产生要求的SO2浓度。燃烧器#2在不同时间根据设计的顺序和程序输入天然气到炉子。
用一组监测O2、CO2、CO和SO2的连续发射探测器(CEM)测量烟道气体成分。还利用一些热电偶来测量沿着炉子长度方向的不同温度。整个试验过程中CEM和热电偶的测量值在大约5秒间隔内采用计算机数据采集系统记录下来。
来自VFC的气体通过一个小型热交换器来降低烟道气体温度，然后到中试喷雾干燥器以调节酸性气体，接下来由织物过滤器去除微粒。
表1、2、3、4是为上面提到的目的所作试验的结果制成表格
1.用快速温度升高将SO2变成SO3的证据
参见图2，纯SO2持续输入部分2并且与在炉子里向下流的气体相混合。混合气体中原始的SO2浓度是5030ppm。流向燃烧器#1的天然气13∶21切断。在不同部分记录温度是由于13∶21以后热保留在炉壁上和热能从放热反应中释放出来。
表1显示利用SO2温度快速升高SO2可以被氧化成SO3。在受限的测试结果中，在部分6的测样点测得SO2转变成SO3的最大效率为85.1％。二氧化硫浓度从5030ppm减至750ppm。
人们知道在没有催化剂情况下，SO2与O2在常温下不起化学反应。在混合反应的合成物平衡中催化剂是无效的；它仅仅催促达到平衡。
表1
由于动态化学反应使气体温度升高的试验结果
时间8.7，1999  Q*tacfh(实际立方英尺/小时) 部分T3(℃)  部分T4(℃)  部分T5(℃)  部分T6(℃)  在部分5中的温升(℃)+  SO2转化率％**
 14:00  928  226  201  322  234  290  81.3
 14:05  927  226  200  316  237  284  85.1
 14:30  903  223  199  290  226  258  48.3
 14:35  902  222  199  289  226  257  48.3
 14:45  896  222  198  283  222  251  47.9
 14:50  890  223  199  296  229  264  49.1
 14:55  888  221  197  274  218  242  49.9
 17:25  844  208  187  237  191  205  24.1
*第4和第6部分之间的平均流速
+炉子进口处的环境空气温度是32℃(90)
**基于在第2部分注入点处SO2初始浓度5020ppm
2.在动态中由于核反应使高的气态温度升高的证据
在1998年8月26日16:40操作无效期(VFC的下列操作使SO2氧化成SO3)，燃烧器#1和#2关闭以致没有外热注入系统。可以发现当气体在如表2所示16小时操作无效期间通过VFC，流动空气的温度从VFC进口处的周围温度(32℃(90))持续快速升高到VFC一个截面高达306℃(582)(在449℃(840)-235℃(455)范围内)的平均温度，升高了大约260℃(500)。气流温度如此大量的和长时间持续的升高无疑表明在VFC中发生了核反应。
1998年8月27日在完成了SO2转换成SO3试验以后，在炉子的燃烧器于13:21关闭时将510scfh(标准立方英尺/小时)空气持续通过VFC。14:00以后测量流动空气在VFC不同截面的温度并记录在表3中。在3个多小时的观察中，空气温度从环境温度32℃(90)升高到在322℃(612)至237℃(459)范围内的平均温度274℃(525)，或者温度升高的范围从272℃(521)至187℃(369)。如此高量值的温度升高证明核反应起到了关键作用。
表2
由于动态化学反应使气体温度升高的试验结果***
时间1998年8月26     Q* tacfh     部分T3(℃)     部分T4(℃)     部分T5(℃)     部分T6(℃)     在部分5中温升(℃)+
16:40     2295     376     319     449     413     417
17:00     2134     371     313     416     388     383
18:00     2027     358     301     369     350     337
19:00     1969     348     292     347     326     315
20:00     1922     339     284     333     308     301
21:00     1884     331     278     321     293     288
 22:00     1853     323     271     310     280     278
 23:00     1827     316     265     301     268     268
 24:00     1794     308     259     292     258     259
 98.8.270:30     1783 306 257 288 253 256
 1:00     1768     302     253     283     248     251
 2:00     1743     295     248     276     240     244
 3:00     1722     288     243     269     232     237
 4:00     1702     281     238     263     224     231
 5:00     1680     274     232     256     217     224
 6:00     1660     267     227     249     211     217
 7:00     1642     261     222     243     204     211
 8:00     1623     254     217     238     198     206
 8:30     1612     251     214     235     195     203
 差**     683     108     87     196     200     214
 平均     1830     312     263     306     274     273
*第4和第6部分之间的平均流速
**范围内两端值之间的差
+炉子进口处的环境空气温度是32℃(90)
***1998年8月26日，燃烧器#2在16:09关闭，燃烧器#1在16:30关闭。总气流为955scfh。
表3
由于动态化学反应使气体温度升高的试验结果***
时间1998年8月27 Q* tacfh 部分T3(℃) 部分T4(℃) 部分T5(℃) 部分T6(℃) 在部分5温升(℃)+   SO2转换率％**
14:00 928 226 201 322 234 290   81.3
 14:05     927     226     200     316     237     284   85.1
 14:30     903     223     199     290     226     258   48.3
 14:35     902     222     199     289     226     257   48.3
 14:45     896     222     198     283     222     251   47.9
 14:50     890     221     197     277     219     245   49.1
 14:55     888     221     197     274     218     242   49.9
 15:00     220     196     272     217     240
 15:30     218     194     260     209     228
 16:00     216     192     252     204     220   31.3
 16:30     213     190     246     198     213
 17:00     211     188     241     194     208
 17:25     844     208     187     237     191     205   24.1
 平均     219     195     274     215     242
*第4和第6部分之间的平均流速
+炉子进口处的环境空气温度是32℃(90)
**基于在第2部分注入点处SO2初始浓度5020ppm
***燃烧器#2的天然气流在13:21关闭。燃烧器#1没有天然气流。总气流为510scfh。
2A. VFC中快速温度升高不是由于二氧化硫氧化放热
高的气体温度增加很明显不只是由于SO2转变成SO3，因为温度升高远超过低浓度的SO2转变成SO3释放的热。因此断定高的气体温度增加主要是由于其它反应。
2B. VFC中快速温度升高主要是由于核反应
化学反应中的放热包括化学键改变、电子位置改变，都不是值得注意的。根据爱因斯坦理论，质能方程式为：
E＝mc2
碳在氧气中燃烧时能量一般损失-393.5千焦每摩尔(kJ/mole)，等价于-4.37×10-12千克每摩尔(kg/mole)，它不能被精确的分析仪器测出。
另一方面，核反应放热是非常有意义的。核反应中的质量变化大约是化学反应的百万倍每摩尔。气流温度的持续的快速升高显然是由于核反应。
2C. 从水中通过快速加热生产氢
在周围环境的空气中氢浓度是非常低的，只有0.5ppm。如此低的浓度在核反应装置中没有任何实际应用价值。通过下面的实验可以证明利用快速加热可以从水汽中生产出氢：
参照图2的VFC，实验过程简要描述如下：
(1)燃烧器#1打开。这为燃烧器#2建立了基本条件。1998年8月26日11:10，从通过大约40英尺长的4英寸管连接到炉子部分6的热交换器的出口用连续探测器(CEMs，监测O2，CO2，CO和SO2)测得气体样本。
(2)燃烧器#2在部分5开始平稳燃烧(没用辅助燃烧空气是由于附加的辅助燃烧空气压制燃烧器#2的火焰)。燃烧器#2起到火焰撞击器的作用。在1998年8月26日15:35记录数据前，炉子准许有超过3小时的平衡。在部分7的热交换器出口取得CEMs样本。
(3)1998年8月26日15:52，从热交换器的出口到在炉子底部的部分6出口接通CEMs取样探针，自动记录其中的气体成分。
试验结果
从上面实验中获得的数据出示在下面的表4中。这些数据清楚地表明林氏通量理论和不平衡反应转变原理是正确的。从表4中，可以断定导管内的烟气处于动态。气体的化学成分不一致；部分与部分之间的变化是由于快速温度改变。就单一类型的反应而言，温度变化率的符号变化可以使正反应变为逆反应。
表4的数据表明当部分4和6之间的烟气温度快速升高时，SO2浓度减少了1570ppm，或者说SO3浓度增加了1570ppm。
另一方面，当部分6和7之间的烟气温度快速减少时，SO2浓度从部分6的3450ppm升到部分7的5120ppm，增加了1570ppm。
从表4的数据可以看出从部分4到部分6共有1570ppm SO2转变成SO3。如果气体中有水，SO3将立即与水发生反应形成硫酸，硫酸不会通过冷却就变回SO2。SO2浓度从部分6的3450ppm增加到部分7的5120ppm的事实表明，该增加就是由于在部分6中只有1570ppm的SO3存在。
在另一方面，如果炉内环境的空气中存在水分，1570ppmSO3在部分6将转变为硫酸：
SO3+H2O→H2SO4
一形成硫酸从空气中移走的SO3就再也回复不到SO2。上面提到的从部分6到7之间SO2浓度增加的事实是炉内空气不存在水分指示。因为环境空气总有水分，显然在气体进入炉子时，快速加热使得其中的水分解为H2和O2，如下式所示：
2H2O→2H2+O2
从H2O分解的H2是用于如下面所述核反应的质子源。
表4
表明导管中由于高的温度变化率使气体成分变化的试验结果
  部分  部分4(1)     部分5(2)   部分6(3)   部分7(2)
  取样时间  98.8.2611:10     98.8.2615:35   98.8.2615:52   98.8.2615:35
  温度  384℃     761℃   714℃   177℃
  O2  176,600ppm     -   62,000ppm   61,700ppm
  CO2  17,400ppm     -   101,700ppm   84,600ppm
  CO  646ppm     -   956ppm   416ppm
  SO2  5,020ppm     -   3,450ppm   5,120ppm
2D.反应器内的核反应
2D1. 利用快速加热破坏分子键方式从水蒸气中生产氢
利用快速加热将水分解成H2和O2方式从水蒸气中生产氢，表示如下：
H2O→H2+1/2O2
2D2. 利用快速加热从氢中生产氘
利用快速加热从氢中生产氘是根据下列步骤发生的：
a)气体中的电子离开其环绕原子的轨道形成含有从环绕氢原子的轨道失去电子后变成质子的等离子流体，如下所示：
H2→21 1H+2e
b)正电荷质子和负电荷电子加速碰撞形成中子，如下所示
21 1H+2e→20 1n
c)质子和中子加速碰撞形成氘，如下所示：
21 1H+20 1n→21 2H
2D3. 核聚变等离子体
核聚变是一种轻原子核聚合成更稳固、较重原子核的核反应，或许加上几个中子，同时释放出一定能量。大多数聚变反应象在反应器中所获得的一样包括氢同位素，如下所示：
1 2H+1 2H→1 3H+1 1H                               (4.0MeV)
1 2H+1 2H→2 3He+0 1n                              (3.3MeV)
1 2H+1 3H→2 4He+0 1n                              (17.6MeV)
1 3H+1 3H→2 4He+20 1n                             (11.3MeV)
2D4. 用加速质子、氦和中子轰击空气中类似氮的靶
在空气中有较大几率发生核反应的是在氮气和其它类似氦气的轻气体之间。空气中有丰富的氮气，而空气中氦气浓度约为5.24ppm。氦气可以从如上所示的质子聚变中产生。氮气和氦气之间的核反应用下述核反应表示：
7 14N+2 4He→8 17O+1 1H
高能粒子如质子的发射将进一步引起轻气体如Li的核轰击，诱发更多的核反应和释放出更多的热能。
卢瑟福发现用α粒子(He)轰击氧气或较重气体如二氧化碳没有核反应发生。
2D5. 伽马射线
α、β粒子的发射往往伴随着伽马射线。键的破裂和气体温度降低比如表示在图1，2和3中的炉子的部分4就伴随着伽马射线被气体中的粒子吸收。
2D6. 产生能量的永恒链式反应
核反应释放的热可以保持动态气流的温度，使得发生永恒核反应并持续释放热能。这个系统就变成一个生产能量的源，远离各种形式的污染。
2D7. 从属核反应
在表1，2，3中反应器温度总是，从部分3到4降低，从部分4到5升高，接着从部分5到6降低，空气流在部分5中急剧升高是由于2号燃烧器引发了核反应，其中火焰流逆流向空气流体。
3. 核聚变反应的实际应用
3A. 用来产生热能的原型核聚变装置
图3是根据本发明一个实施例的原型核聚变装置的侧视示意图。
参照图3，周围空气首先被迫使通过文丘里管混合器，其中一些诸如水蒸气、甲烷、氢气、氦气等注入化学品随意或选择性地混合。然后使该混合气体通过原型核聚变装置316。
通过使用燃烧器，优选两个燃烧器，第一燃烧器310(燃烧器#1)在该原型核聚变装置316的上游及第二燃烧器312(燃烧器#2)在该原型核聚变装置316的下游，可在该原型核聚变装置316中引起核反应。从该第二燃烧器312的火焰流向与空气流方向相反。该核反应释放的热可使原型核聚变装置316中的温度维持在一个高水平并且进一步在新输进的空气中引起核反应。由此，该燃烧器和加热带用以引起核反应或将反应活性提高到更高的水平。一旦建立起核反应，该燃烧器可退出或关掉。通常，大部分时间都没有使用它们。
图3显示，在聚变装置入口，燃烧器#1，310，在蓄热器315的上游远端的流体方向释出火焰。该热气体通过蓄热器315，其中在流体中保持了大部分热，并且在流动气体中该核聚变反应因快速加热而产生在流动中连续而快速增强下一步核反应的附加热。该蓄热器314和315具有增大的横截面积。从蓄热器315留下的烟道气与该燃烧器#2，312释出的逆流火焰相遇，在此引起了从属核反应。在燃烧器#2所在处该核反应产生了更多的热量。该烟道气然后通过蓄热器314，此处，还维持着一部分热。该蓄热器314和315被电加热带318覆盖，或具有其它的热增补装置，在燃烧器撤回后而在需要时向这些蓄热器提供热量。对于长的原型核聚变装置来说，可使用多于一个的逆流燃烧器。
这两个蓄热器314，315通过连接管313连接在一起。该蓄热器和连接管的横截面积之比优选大于15。
该留在原型核聚变装置316中的气体的温度可通过一些调整方式进行操纵，诸如浓缩注入化学品，调整燃烧器火焰强度、流速、改变逆流燃烧器数量或其它方式，以达到一个理想的水平，由此实现装置316所设计的有用功能。
3B. 通过快速加热或温度高速率升高而引起核反应的实际应用
3B1. 小型加热器
核反应释放出大量的热。按照本发明的通过核聚变装置的空气温度的从周围环境温度到高达316℃(600)或更高已经被示范了出来。这样高温度的气体可被用在集中供热装置如取暖房、小社会群体等等。
当从原型核聚变装置316出来的空气的温度变得太高，在进入散热器或其它热交换器或分配器之前可以用注入冷却剂将温度降到一个合适的水平。
图4是用于小型加热器的核聚变系统的常规布置示意框图。该布置或系统包括一个或多个如图3描述的原型核聚变装置316。一循环空气扇322控制该气体(再循环及增补的周围空气)流进该原型核聚变装置316。从该原型核聚变装置316出来的加热气体通过一个或多个散热器324或其它热交换器，将热量分布到一个空间诸如房子或其它建筑或住处以对其进行供暖。如果需要，从原型核聚变装置316出来的热气体温度可以通过如所示在其中注入冷却气体来调整，即调低些。可选择地，可在散热器324的上游提供一个辅助热交换器以降低到达散热器324的热气体温度。
从原型核聚变装置出来的热气体可再循环并且可被提供到周围空气中或在需要时放掉一部分，如图3所示。也可以注入湿气或其它温控气体到反馈到如此处所讨论的原型核聚变装置的气体中。
4B2. 发电
1. 发电的改进
目前，商业炉产生的最高温度大约是1093℃(2000)。为了使能量产生进程采用有用的、有效的、适用于当前使用的装置的快速加热，目标温度必须是1093℃(2000)。如上所述，同样是每摩尔的主要成分，核反应可产生比普通的化学反应产生多百万倍的能量。为了实现系统的更高能量生产，产生核聚变反应的材料浓度必须提高。可以通过下列四种方法获得：
a.在进入原型核聚变装置之前，空气中注入低热蒸汽以提高该装置的氢产生速率。
b.在其进入原型核聚变装置之前，空气中注入甲烷以提高该原型核聚变装置中由分裂甲烷产生的氢浓度。
c.在进入原型核聚变装置之前，空气中注入氢气以提高该装置出口处的空气温度至1093℃(2000)或更高。
d.在进入原型核聚变装置之前，空气中注入氦气以提高该装置出口处的空气温度至1093℃(2000)或更高。
e.通过从燃烧器来的气流的输入热量的增加及气流速率的增加，来增加原型核聚变装置中气流温度变化速率。
f.采用更多的逆流燃烧器并将其沿着原型核聚变装置顺序排列，以引起更多的核反应，导致在反应器出口处有更高的温度。
2. 核聚变电站
图5是用于新电站或对现有电站作翻新改进的核聚变炉的示意图。该核聚变炉包括一排或一列原型核聚变装置，如上述图3所示。在图5中，为了方便参考，与图3的原型核聚变装置同样的部件用与在图3中标出的附图标记相同的标记来说明该同样的部件。化学品诸如水蒸气、甲烷、氦气可以被加入到进入原型核聚变装置的周围空气中，该原型核聚变装置使用文丘里管混合器(未示出)。该混合的流体被连续分布在该原型核聚变装置316中，在其中聚变反应产生了巨大的热能，导致当该空气通过该装置时温度快速增加。该高温空气被聚积在应用空气收集器(326)内并被连续送到传统的过热器、回热器、及废气预热器(未示出)以用于发电。
在炉子中原型核聚变装置应该被适当的隔开以使工人可进入该炉子以进行维护作业。它们在结构上也应当用合适的支柱进行加固。
该使用原型核聚变装置的炉子可水平或竖直放置，新造的或翻新的，以适于当地条件和要求。
3. 盐水转变及废水处理
地球上适合人类使用的水不足总的可利用水的百分之二。在很多地区，因为人口剧增、因地球变暖导致的气流延长及因海平面上升导致强烈的海水侵扰，盐水转变成为一种解决水源的应急途径。
盐水转变可通过直接或间接的热转换进行蒸发而很容易实现，该热转换可按照本发明的核聚变反应中气体产生的热来实现。浓缩水蒸气便可形成适合人类使用的水。与蒸发器相关的问题包括侵蚀及结垢。
该盐水转变的主要问题是能量供给成本问题。随着新式核聚变发电的发展，一种低廉而取之不尽的能源将变成一种现实。很多盐水转换处理诸如电渗析及反渗析，可自由而经济的被采用。
4. 促进化学反应
从本发明的原型核聚变反应装置的聚变反应链中释放出的热可同时被用来促进化学反应诸如将该原型装置中的二氧化硫转变成三氧化硫。为了得到理想的温度增加速率，在空气流中加入化学品诸如二氧化硫优于在进入主装置或注入到预定部分时加入。该原型核聚变反应实际上作为一可用于任何I类反应类型的化学反应，即，随着温度升高其反应速率增加。
本发明是基于核聚变反应的普通动力学和机械力学的发展的，其提供了一种取之不尽的能源，并且完全不用考虑像使用燃油时产生的包括空气、水、固体的污染。本发明不存在困扰原子能发电厂的巨大的辐射体废品处理问题。本发明是一种满足商业高手长期投资需求、无污染的能源产品。
尽管本发明已经结合了几个选定的例子或实施例来阐述和说明，应当理解它们是示意性的并且对其没有任何限制。例如，可直接在边远地区操作机器来实现核聚变反应过程。激光束、电弧或任何合适频率的微波信号可被用于快速提高流体中粒子的能量水平或温度。有理由期望那些本领域技术人员可对本发明作出许多修改和改变，并且相信这样的修改和改变都包含在与本发明等同的下列权利要求的保护范围之中。

Claims (22)

1.一种利用含有氢原子的气流产生核反应的方法，包括步骤：
a)提供含水气流，该气流流经反应器；
b)以足够快的速率给流动的气流供热，使水分解成氢和氧并将氢原子转变成质子以引起核反应；
c)气流停止加热；和
d)使气流的活性核素继续核反应，这是通过气流在设置在反应器内的蓄热器中的快速升温而自动进行。
2.如权利要求1所述产生核反应的方法，其中步骤d)的核反应包含核聚变。
3.如权利要求1所述产生核反应的方法，其中气流由空气组成。
4.如权利要求1所述产生核反应的方法，其中步骤b)的快速加热是利用至少一个火焰发生器、激光束、电弧或微波发生器实现的。
5.如权利要求1所述产生核反应的方法，进一步包括向气流添加化学核素以提高核反应的比率和温度至少之一的步骤。
6.一种由核反应产生热能的方法，包括步骤：
a)提供流动的含水气流，该气流流经反应器；
b)以足够快的速率给流动的气流供热使水分解成氢和氧并将氢原子转变成质子以引起核反应；
c)气流停止加热；
d)使气流的活性核素发生核反应，这是通过气流在设置在反应器内的蓄热器中的快速升温而自动进行；和
e)回收核反应产生的热能。
7.如权利要求6所述由核反应产生热能的方法，其中步骤d)的核反应包含核聚变。
8.如权利要求6所述由核反应产生热能的方法，其中气流由空气组成。
9.如权利要求6所述由核反应产生热能的方法，其中步骤b)的快速加热是利用至少一个火焰发生器、激光束、电弧或微波发生器实现的。
10.如权利要求6所述产生热能的方法，进一步包括向气流添加引起核反应的化学核素以增加核反应的比率和温度至少之一的步骤。
11.如权利要求6所述由核反应产生热能的方法，其中回收热能至少用于实现供暖、发电、海水淡化或在动态条件下促进核反应和化学反应这些目标之一。
12.一种核反应堆，包括：
一具有上游侧和下游侧的燃烧室；
一在上游侧的气体进口；
一在下游侧的气体出口；
使含氢气流从上游侧流过燃烧室到下游侧的装置；
用于以足够的温度变化速率加热流过所述燃烧室的含氢气流，使所述含氢气流的成分经历核反应的第一和第二装置，其中该第一加热气流装置在该第二加热气流装置的上游。
13.如权利要求12所述的核反应堆，其中至少一个用于加热流过燃烧室的气流的第一和第二装置包括至少一个火焰发生器、激光束、电弧或微波发生器。
14.如权利要求13所述的核反应堆，其中这两个用于加热流过燃烧室的气流的第一和第二装置都包括互相直接对着燃烧的火焰发生器。
15.如权利要求12所述的核反应堆，进一步包括用于以足够的温度变化速率加热流过所述燃烧室的气流、使所述气流的成分经历核反应的辅助装置。
16.如权利要求13所述的核反应堆，其中燃烧室包括一至少挨着上游侧或下游侧其中之一的蓄热器。
17.如权利要求16所述的核反应堆，其中在燃烧室的上游侧和下游侧都设置蓄热器。
18.如权利要求16所述的核反应堆，其中每个蓄热器带有辅助加热装置。
19.如权利要求13所述的核反应堆，进一步包括用来将化学核素注入流过燃烧室的气流的装置，以增加核反应活性，以获得高的核反应温度。
20.一种用来加热建筑物的炉子，包括如权利要求13所述的核反应堆。
21.如权利要求20所述的炉子，其中包括许多如权利要求13所述的核反应堆。
22.如权利要求21所述的炉子用于产生电力。
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