CN1798697A - 用于产生低能氢物种的等离子体反应器和处理 - Google Patents

Abstract

提供了一种等离子体反应器，其通过原子氢的催化反应来产生能量和新的氢物种以及包括新形式的氢的物质的化合物，以及通过原子氢的催化反应产生等离子体和诸如高能光、极紫外光和紫外光的光源。该反应器包括：等离子体形成能量电池，用于对原子氢进行催化，以形成新的氢物种以及下述物质的化合物，该物质包括新形式的氢；用于对原子氢的反应进行催化以形成低能氢并释放能量的催化剂源；原子氢源；和用于至少部分地保持等离子体的间歇或脉冲功率源。通过控制用于初始化或至少部分地保持等离子体的输入功率的参数，例如为功率密度、脉冲频率、占空周期、峰值和偏移电场，使来自氢催化反应的输出功率最大，同时使输入功率最小，来对功率平衡进行优化。

Description

用于产生低能氢物种的等离子体反应器和处理

1.技术领域

本发明涉及一种通过原子氢的催化反应来产生能量、等离子体、光，以及新的氢化合物的反应器。通过控制用于产生或至少部分地保持等离子体的输入功率的参数(例如功率密度、脉冲频率、占空系数，以及峰值和偏置电场)，使来自氢催化反应的输出功率最大，同时使输入功率最小，来优化功率平衡。

2.背景技术

2.1 hydrino

下列文献中公开了具有通过下式给出的结合能的氢原子：

其中p是大于1的整数，优选地为2到137，这些文献为：R.Mills，The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics，January2000 Edition，BlackLight Power，Inc.，Cranbury，New Jersey，(″’00Mills GUT″)，由BlackLight Power，Inc.，493 Old Trenton Road，Cranbury，NJ，08512提供；R.Mills，The Grand Unified Theory ofClassical Quantum Mechanics，2001年9月版，BlackLight Power，Inc.，Cranbury，New Jersey，由Amazon.Com发布(″’01 Mills GUT″)，由BlackLight Power，Inc.，493 Old Trenton Road，Cranbury，NJ，08512提供；R.Mills，The Grand Unified Theory of Classical QuantumMechanics，2004年1月版，BlackLight Power，Inc.，Cranbury，NewJersey，(″’04 Mills GUT″)，由BlackLight Power，Inc.，493 OldTrenton Road，Cranbury，NJ，08512提供(www.blacklightpower.com上发布)；R.L.Mills，Y.Lu，M.Nansteel，J.He，A.Voigt，B.Dhandapani，″Energetic Catalyst-Hydrogen Plasma Reaction as aPotential New Energy Source″，Division of Fuel Chemistry，Session：Chemistry of Solid，Liquid，and Gaseous Fuels，227th AmericanChemical Society National Meeting，2004年3月28日-4月1日，Anaheim，CA；R.Mills，B.Dhandapani，J.He，″Highly Stable Amorphous SiliconHydride from a Helium Plasma Reaction″，Materials Science andEngineering：B，已投稿；R.L.Mills，Y.Lu，B.Dhandapani，″SpectralIdentification of H₂(1/2)″，已投稿；R.L.Mills，Y.Lu，J.He，M.Nansteel，P.Ray，X.Chen，A.Voigt，B.Dhandapani，″SpectralIdentification of New States of Hydrogen″，Applied Spectroscopy，已投稿；R.Mills，P.Ray，B.Dhandapani，″Evidence of an EnergyTransfer Reaction Between Atomic Hydrogen and Argon II or HeliumII as the Source of Excessively Hot H Atoms in RF Plasmas″，Contributions to Plasma Physics，已投稿；J.Phillips，C.K.Chen，R.Mills，″Evidence of the Production of Hot Hydrogen Atoms in RFPlasmas by Catalytic Reactions Between Hydrogen and Oxygen Species″，Spectrochimica Acta Part B：Atomic Spectroscopy，已投稿；R.L.Mills，P.Ray，B.Dhandapani，″Excessive Balmer a Line Broadening ofWater-Vapor Capacitively-Coupled RF Discharge Plasmas″IEEETransactions on Plasma Science，已投稿；R.L.Mills，″The Natureof the Chemical Bond Revisited and an Alternative MaxwellianApproach″，Physics Essays，已投稿；R.L.Mills，P.Ray，M.Nansteel，J.He，X.Chen，A.Voigt，B.Dhandapani，″EnergeticCatalyst-Hydrogen Plasma Reaction Forms a New State of Hydrogen″，Doklady Chemistry，已投稿；R.L.Mills，P.Ray，M.Nansteel，J.He，X.Chen，A.Voigt，B.Dhandapani，Luca Gamberale，″EnergeticCatalyst-Hydrogen Plasma Reaction as a Potential New Energy Source″，Central European Journal of Physics，已投稿；R.Mills，P.Ray，″NewH I Laser Medium Based on Novel Energetic Plasma of Atomic Hydrogenand Certain Group I Catalysts″，J.Plasma Physics，已投稿；R.L.Mills，P.Ray，M.Nansteel，J.He，X.Chen，A.Voigt，B.Dhandapani，″Characterization of an Energetic Catalyst-Hydrogen PlasmaReaction as a Potential New Energy Source″，Am.Chem.Soc.Div.FuelChem.Prepr.，Vol.48，No.2，(2003)；R.Mills，P.C.Ray，M.Nansteel，W.Good，P.Jansson，B.Dhandapani，J.He，″Hydrogen PlasmasGenerated Using Certain Group I Catalysts Show Stationary InvertedLyman Populations and Free-Free and Bound-Free Emission ofLower-Energy State Hydride″，Fizika A，已投稿；R.Mills，J.Sankar，A.Voigt，J.He，P.Ray，B.Dhandapani，″Role of Atomic HydrogenDensity and Energy in Low Power CVD Synthesis of Diamond Films″，Thin Solid Films，已投稿；R.Mills，B.Dhandapani，M.Nansteel，J.He，P.Ray，″Liquid-Nitrogen-Condensable Molecular Hydrogen GasIsolated from a Catalytic Plasma Reaction″，J.Phys.Chem.B，已投稿；R.L.Mills，P.Ray，J.He，B.Dhandapani，M.Nansteel，″NovelSpectral Series from Helium-Hydrogen Evenson Microwave CavityPlasmas that Matched Fractional-Principal-Quantum-Energy-LevelAtomic and Molecular Hydrogen″，European Journal of Physics，已投稿；R.L.Mills，P.Ray，R.M.Mayo，Highly Pumped Inverted Balmerand Lyman Populations，New Journal of Physics，已投稿；R.L.Mills，P.Ray，J.Dong，M.Nansteel，R.M.Mayo，B.Dhandapani，X.Chen，″Comparison of Balmer a Line Broadening and Power Balances ofHelium-Hydrogen Plasma Sources″，Braz.J.Phys.，已投稿；R.Mills，P.Ray，M.Nansteel，R.M.Mayo，″Comparison of Water-Plasma Sourcesof Stationary Inverted Balmer and Lyman Populations for a CW HILaser″，J.Appl.Spectroscopy，准备投稿；R.Mills，J.Sankar，A.Voigt，J.He，P.Ray，B.Dhandapani，″Synthesis and Characterizationof Diamond Films from MPCVD of an Energetic Argon-Hydrogen Plasmaand Methane″，J.of Materials Research，已投稿；R.Mills，P.Ray，B.Dhandapani，W.Good，P.Jansson，M.Nansteel，J.He，A.Voigt，″Spectroscopic and NMR Identification of Novel Hydride Ions inFractional Quantum Energy States Formed by an Exothermic Reactionof Atomic Hydrogen with Certain Catalysts″，European PhysicalJournal-Applied Physics，已接收；R.L.Mills，The Fallacy ofFeynman’s Argument on the Stability of the Hydrogen Atom Accordingto Quantum Mechanics，Fondation Louis de Broglie，已投稿；R.Mills，J.He，B.Dhandapani，P.Ray，″Comparison of Catalysts and MicrowavePlasma Sources of Vibrational Spectral Emission ofFractional-Rydberg-State Hydrogen Molecular Ion″，Canadian Journalof Physics，已投稿；R.L.Mills，P.Ray，X.Chen，B.Dhandapani，″Vibrational Spectral Emission ofFractional-Principal-Quantum-Energy-Level Molecular Hydrogen″，J.of the Physical Society of Japan，已投稿；J.Phillips，R.L.Mills，X.Chen，″Water Bath Calorimetric Study of Excess Heat in’ResonanceTransfer’Plasmas″，Journal 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.09/009,837，1998年1月20日提交；No.08/822,170，1997年3月27日提交；No.08/592,712，1996年1月26日提交；No.08/467,051，1995年6月6日提交；No.08/416,040，1995年4月3日提交；No.08/467,911，1995年6月6日提交；No.08/107,357，1993年8月16日提交；No.08/075,102，1993年6月11日提交；No.07/626,496，1990年12月12日提交；No.07/345,628，1989年4月28日提交；No.07/341,733，1989年4月21日提交；以及美国专利No.6,024,935；在此通过引用并入这些文献的全部公开内容(以下称作“Mills在先出版物”)。

原子、离子或分子的结合能(也称为电离能)是从原子、离子或分子去除一个电子所需的能量。下面将具有方程(1)中给出的结合能的氢原子称为 hydrino原子或hydrino。半径为

(其中，α_H为普通氢原子的半径，p为整数)的hydrino的命名(designation)为

在下文中，将半径为α_H的氢原子称为“普通氢原子”或“正常氢原子”。普通氢原子的特征在于其结合能为13.6eV。

2.2  催化剂

在“Mills在先出版物”中公开了本发明的用于通过原子氢的催化反应来产生能量、等离子体、光(例如高能光、极紫外光、紫外光)，以及新的氢物种和包括新形式的氢的物质的化合物的催化剂。hydrino是通过使普通氢原子和净反应焓大约为下式所示的催化剂进行反应而形成的。

                        m·27.2eV                    (2a)

其中m是整数。该催化剂在Mills较早提交的专利申请中也称为能量洞或能量洞源。相信随着净反应焓更接近于m·27.2eV，催化反应的速率增大。已经发现，净反应焓在m·27.2eV的±10％，优选地在±5％以内的催化剂适合于大多数应用。

在另一实施例中，用来形成hydrino的催化剂的净反应焓大约为

                        m/2·27.2eV                  (2b)

其中m是大于1的整数。相信随着净反应焓更接近于m/2·27.2eV，催化反应的速率增大。已经发现，净反应焓在m/2·27.2eV的±10％，优选地在±5％以内的催化剂适合于大多数应用。该催化剂可以包括选自以下组中的至少一种分子：C₂、N₂、O₂、CO₂、NO₂和NO₃；以及/或者选自以下组中的至少一种原子或离子：Li、Be、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Kr、Rb、Sr、Nb、Mo、Pd、Sn、Te、Cs、Ce、Pr、Sm、Gd、Dy、Pb、Pt、Kr、2K⁺、He⁺、Na⁺、Rb⁺、Sr⁺、Fe³⁺、Mo²⁺、Mo⁴⁺、In³⁺、He⁺、Ar⁺、Xe⁺、Ar²⁺以及H⁺、Ne⁺和H⁺、Ne₂*、He₂*、2H和H(l/p)。

2.3  hydrino

“Mills在先出版物”中公开了通过原子氢的催化反应形成的新的氢物种以及包含新形式的氢的物质的化合物。该新的氢化合物的物质包括：

(a)具有下述结合能的至少一种中性的、正的或负的氢物种(以下称为“增强结合能氢物种”)

(i)该结合能大于对应的普通氢物种的结合能，或者

(ii)该结合能大于下述的任意氢物种的结合能，该氢物种的对应的普通氢物种不稳定或观察不到，因为这些普通氢物种的结合能小于环境条件(标准温度和压力，STP)的热能或者为负；以及

(b)至少一种其他元素。下文中将本发明的化合物称为“增强结合能氢化合物”。

文中的“其他元素”表示增强结合能氢物种以外的元素。因此，其他元素可以是普通氢物种，或者氢以外的任意元素。在一组化合物中，其他元素和增强结合能氢物种是中性的。在另一组化合物中，其他元素和增强结合能氢物种带有电荷，以使该其他元素提供平衡电荷以形成中性化合物。前一组化合物的特征在于分子和配位键；后一组的特征在于离子键合。

还提供了包括以下物质的新化合物以及分子离子：

(a)具有下述总能量的至少一种中性的、正的或负的氢物种(以下称为“增强结合能氢物种”)

(i)该总能量大于对应的普通氢物种的总能量，或者

(ii)该总能量大于下述的任意氢物种的总能量，该氢物种的对应的普通氢物种不稳定或观察不到，因为这些普通氢物种的总能量小于环境条件的热能或者为负；以及

(b)至少一种其他元素。

氢物种的总能量是用于从氢物种去除所有电子的能量的总和。根据本发明的氢物种的总能量大于对应的普通氢物种的总能量。即使具有增强总能量的氢物种的某些实施例的第一电子结合能可以小于对应的普通氢物种的第一电子结合能，根据本发明的具有增强总能量的氢物种也被称为“增强结合能氢物种”。例如，p＝24时，方程(3)的氢阴离子的第一结合能低于普通氢阴离子的第一结合能，而p＝24时，方程(3)的氢阴离子的总能量比对应的普通氢阴离子的总能量大得多。

还提供了新的化合物和分子离子，包括：

(a)具有下述结合能的多个中性的、正的或负的氢物种(以下称为“增强结合能氢物种”)

(i)该结合能大于对应的普通氢物种的结合能，或者

(ii)该结合能大于下述的任意氢物种的结合能，该氢物种的对应的普通氢物种不稳定或观察不到，因为这些普通氢物种的结合能小于环境条件的热能或者为负；以及

(b)任意一种其他元素。下文中将本发明的化合物称为“增强结合能氢化合物”。

可以通过下述的操作来形成该增强结合能氢物种：使一个或更多个hydrino原子与一个或更多个电子、hydrino原子、包含所述增强结合能氢物种中的至少一种以及增强结合能氢物种以外的至少一种其他原子、分子、或者离子的化合物进行反应。

还提供了新的化合物和分子离子，包括：

(a)具有下述总能量的多个中性的、正的或负的氢物种(以下称为“增强结合能氢物种”)

(i)该总能量大于对应的普通氢物种的总能量，或者

(ii)该总能量大于下述的任意氢物种的总能量，该氢物种的对应的普通氢物种不稳定或观察不到，因为这些普通氢物种的总能量小于环境条件的热能或者为负；以及

(b)任意一种其他元素。下文中将本发明的化合物称为“增强结合能氢化合物”。

在一个实施例中，提供了一种化合物，包括从由以下物质构成的组中选择的至少一种增强结合能氢物种：(a)具有根据方程(3)的结合能的氢阴离子，该结合能大于p＝2到23的普通氢阴离子的结合能(大约0.8eV)，并小于p＝24的结合能(“增强结合能氢阴离子”或者“hydrino氢阴离子”)；(b)结合能大于普通氢原子(大约13.6eV)的氢原子(“增强结合能氢原子”或者“hydrino”)；(c)第一结合能大于大约15.3eV的氢分子(“增强结合能氢分子”或者“dihydrino”)；以及(d)结合能大于大约16.3eV的分子氢离子(“增强结合能分子氢离子”或者“dihydrino分子离子”)。

根据本发明，提供了具有根据方程(3)的结合能的hydrino氢阴离子(H^-)，该结合能大于p＝2到23的普通氢阴离子的结合能(大约0.8eV)，并小于p＝24(H^-)的结合能。对于p＝2到p＝24的方程(3)，氢阴离子结合能分别为3、6.6、11.2、16.7、22.8、29.3、36.1、42.8、49.4、55.5、61.0、65.6、69.2、71.6、72.4、71.6、68.8、64.0、56.8、47.1、34.7、19.3和0.69eV。还提供了包含该新的氢阴离子的化合物。

新的hydrino氢阴离子的结合能可以由以下方程来表示：

其中p是大于1的整数，s＝1/2，π是圆周率，h是普朗克常数，μ₀是真空的磁导率，m_e是电子的质量，μ_e是由 ${\mathrm{\μ}}_e=\frac{m_e{m}_p}{\frac{m_e}{\sqrt{\frac{3}{4}}}+m_p}$ 给出的减小的电子质量，其中m_p是质子的质量，α_H是氢原子的半径，α₀是波尔半径，而e是基本电荷。半径由以下方程给出

$r_2=r_1=a_0(1+\sqrt{s+(s+1)})s=\frac{1}{2}...\left(4\right)$

可以通过电子源与hydrino(即，具有大约

的结合能的氢原子，其中 $n=\frac{1}{p},$ p是大于1的整数)的反应来形成本发明的hydrino氢阴离子。hydrino氢阴离子可以表示为H^-(n＝1/p)或者H^-(1/p)：

$H\left[\frac{a_H}{p}\right]+e^{-}\→H^{-}(n=1/p)...\left(5a\right)$

$H\left[\frac{a_H}{p}\right]+e^{-}\→H^{-}(1/p)...\left(5b\right)$

该hydrino氢阴离子与包括普通氢原子核以及结合能为大约0.8eV的两个电子在内的普通氢阴离子不同。下文中将后者称为“普通氢阴离子”或者“正常氢阴离子”。hydrino氢阴离子包含包括氕(proteum)、氘、氚在内的氢原子核以及处于根据方程(3)的结合能的两个不可区分的电子。

提供了包括一个或更多个hydrino氢阴离子和一个或更多个其他元素的新的化合物。将这种化合物称为hydrino氢化合物。

普通氢物种的特征在于以下的结合能：(a)氢阴离子，0.754eV(“普通氢阴离子”)；(b)氢原子(“普通氢原子”)，13.6eV；(c)双原子氢分子，15.3eV(“普通氢分子”)；(d)氢分子离子，16.3eV(“普通氢分子离子”)；和(e)H₃ ⁺，22.6eV(“普通三氢分子离子”)。这里，对于氢的形式，“正常”和“普通”是同义的。

根据本发明的另一实施例，提供了一种化合物，其包括至少一种增强结合能氢物种，例如：(a)结合能为大约

的氢原子，优选地在±10％以内，更优选地在±5％以内，其中p是整数，优选地为2到137的整数；(b)具有大约由下式表示的结合能的氢阴离子(H^-)

优选地在±10％以内，更优选地在±5％以内，其中p是整数，优选地是2到24的整数；(c)H₄ ⁺(1/p)；(d)三氢分子离子，H₃ ⁺(1/p)，具有大约 的结合能，优选地在±10％以内，更优选地在±5％以内，其中p是整数，优选地为2到137的整数；(e)具有大约 的结合能的dihydrino，优选地在±10％以内，更优选地在±5％以内，其中p是整数，优选地为2到137的整数；(f)具有大约

的结合能的dihydrino分子离子，优选地在±10％以内，更优选地在±5％以内，其中p是整数，优选地为2到137的整数。

根据本发明的另一优选实施例，提供了一种化合物，其包括至少一种增强结合能氢物种，例如(a)具有下述总能量的dihydrino分子离子

$E_T=-p^2\left\{\frac{e^2}{8{\mathrm{\π\ϵ}}_0{a}_H}(4\ln 3-1-2\ln 3)\right[1+p\sqrt{\frac{2h\sqrt{\frac{2e^2}{\frac{{4\mathrm{\π\ϵ}}_0{\left({2a}_H\right)}^3}{m_e}}}}{m_e{c}^2}}]-\frac{1}{2}h\sqrt{\frac{k}{\mathrm{\μ}}}\}...\left(6\right)$

$=-p^{2}16.13392\mathrm{eV}-p^{3}0.118755\mathrm{eV}$

优选地在±10％以内，更优选地在±5％以内，其中p是整数，h是普朗克常数，m_e是电子的质量，c是真空中的光速，μ是减小的原子核质量，而k是以前解出的谐力常数[R.L.Mills，″The Nature of theChemical Bond Revisited and an Alternative Maxwellian Approach″，已投稿。张贴在http://www.blacklightpower.com/pdf/technical/H2PaperTableFiguresCaptions111303.pdf，通过引用将其并入]；以及(b)具有下述总能量的dihydrino分子

$E_T=-p^2\left\{\frac{e^2}{{8\mathrm{\π\ϵ}}_0{a}_0}\right[(2\sqrt{2}-\sqrt{2}+\frac{\sqrt{2}}{2})\ln \frac{\sqrt{2}+1}{\sqrt{2}-1}-\sqrt{2}]1+p\sqrt{\frac{2h\sqrt{\frac{e^2}{\frac{{4\mathrm{\π\ϵ}}_0{a_0}^3}{m_e}}}}{m_e{c}^2}}-\frac{1}{2}h\sqrt{\frac{k}{\mathrm{\μ}}}\}$

$=-p^{2}31.351V-p^{3}0.326469\mathrm{eV}$

优选地在±10％以内，更优选地在±5％以内，其中p是整数，而α₀是波尔半径。

根据本发明的一个实施例，其中该化合物包括带负电荷的增强结合能氢物种，该化合物还包括一个或更多个阳离子，例如质子、普通H₂ ⁺或者普通H₃ ⁺。

提供了一种方法，用于制备包含至少一个增强结合能氢阴离子的化合物。以下将这种化合物称为“hydrino氢化合物”。该方法包括使原子氢与净反应焓大约为

的催化剂进行反应，其中m是大于1的整数，优选地是小于400的整数，以产生结合能为大约 的增强结合能氢原子，其中p是整数，优选地是2到137的整数。催化反应的另一产品是能量。增强结合能氢原子可以与电子源进行反应，以产生增强结合能氢阴离子。增强结合能氢阴离子可以与一个或更多个阳离子进行反应，以产生包含至少一个增强结合能氢阴离子的化合物。

发明内容

本发明的一个目的是通过原子氢的催化反应来产生能量和新的氢物种以及包含新形式的氢的物质的化合物。

本发明的另一目的是通过原子氢的催化反应来产生等离子体和诸如高能光、极紫外光和紫外光的光源。

本发明的另一目的是通过控制用于产生或至少部分保持等离子体的输入功率的参数(例如功率密度、脉冲频率、占空系数、以及峰值和偏置电场)，使来自氢催化反应的输出功率最大，同时使脉冲或间歇输入功率最小，来对功率平衡进行优化。

通过包括等离子体反应器的本发明来实现以上目的和其他目的，所述等离子体反应器用于通过原子氢的催化反应来产生能量和新的氢物种以及包含新形式的氢的物质的化合物，以及通过原子氢的催化反应来产生等离子体和诸如高能光、极紫外光和紫外光的光源。该反应器包括：等离子体生成能量电池(energy cell)，用于对原子氢进行催化，以生成新的氢物种以及包含新形式的氢的物质的化合物；催化剂源，用于催化原子氢的反应以形成低能氢并释放能量；原子氢源；以及间歇或脉冲功率源，用于至少部分地保持该等离子体。该电池包括以下组中的至少一个：微波电池、等离子体焰炬电池、射频(RF)电池、辉光放电电池、隔离物(barrier)电极电池、等离子体电解电池、高压气体电池、灯丝电池(filament cell)或者rt等离子体电池、以及辉光放电电池、微波电池以及RF等离子体电池中的至少一个的组合，“Mills在先出版物”中对它们进行了公开。通过控制用于产生或至少部分保持等离子体的输入功率的参数(例如功率密度、脉冲频率、占空系数、以及峰值和偏置电场)，使来自氢催化反应的输出功率最大，同时使输入功率最小，来对功率平衡进行优化。

间歇或脉冲功率源可以提供下式的时间周期，其中通过偏置DC、音频、RF，或者微波电压或电场和磁场将场设定为所需的强度。可以通过比维持放电所需更低的偏置DC、音频、RF，或者微波电压或电场和磁场在一时间周期内将所述场设定为所需强度。在低场或非放电周期期间的所需场强可以对催化剂和原子氢之间的能量匹配进行优化。间歇或脉冲功率源可以进一步包括用于调整脉冲频率和占空系数，以通过优化对于输入功率的反应速率来优化功率平衡的装置。可以对脉冲频率和占空系数进行调整，以通过控制催化剂和由低场或非放电周期期间的放电衰减产生的原子氢的量，优化对于输入功率的反应速率来优化功率平衡，其中浓度取决于脉冲频率、占空系数以及等离子体衰减的速率。

附图说明

图1是根据本发明的等离子体电解电池反应器的示意图；

图2是根据本发明的气体电池反应器的示意图；

图3是根据本发明的气体放电电池反应器的示意图；

图4是根据本发明的RF隔离物电极气体放电电池反应器的示意图；

图5是根据本发明的等离子体焰炬电池反应器的示意图；

图6是根据本发明的另一等离子体焰炬电池反应器的示意图；以及

图7是根据本发明的微波气体电池反应器的示意图。

具体实施方式

1.等离子体反应器

“Mills在先出版物”中所述的用于通过原子氢的催化反应来产生能量和新的氢物种以及包含新形式的氢的物质的化合物，以及通过原子氢的催化反应来产生等离子体和诸如高能光、极紫外光和紫外光的光源的等离子体电池可以是以下组中的至少一种：微波电池、等离子体焰炬电池、射频(RF)电池、辉光放电电池、隔离物电极电池、等离子体电解电池、高压气体电池、灯丝电池或者rt等离子体电池、以及辉光放电电池、微波电池和RF等离子体电池中的至少一个的组合。这些电池中的每一个都包括：等离子体形成能量电池，用于对原子氢进行催化，以生成新的氢物种以及包含新形式的氢的物质的化合物；源催化剂，用于形成固态、熔融、液态或气态催化剂；原子氢源；以及间歇或脉冲功率源，用于至少部分地保持等离子体。如果没有指明，则本发明在此使用和预期的“氢”一词不仅包括氕(¹H)，而且包括氘(²H)和氚(³H)。

本发明的以下优选实施例公开了多个特性范围，包括但不限于压力、流速、气体混合、电压、电流、脉冲频率、功率密度、峰值功率、占空系数等，其仅旨在作为说明性的示例。根据该详细的说明，本领域的技术人员能够容易地在其他特性范围内实施本发明，以产生所需的结果而无需过度的实验。

1.1  等离子体电解电池氢化物反应器

本发明的等离子体电解反应器包括电解电池，其包括熔融电解电池在内。图1概括地示出了电解电池100。通过由电源110提供电能的功率控制器108向阳极104和阴极106施加电压，使电流流过含有催化剂的电解液102。也可以通过振动装置112向阴极106和电解液102施加超声波或机械能。可以通过加热器114向电解液102提供热量。在该电解电池100可以密闭的情况下，可以通过压力调节器装置116来控制电解电池100的压力。该反应器还包括用于去除(分子)低能氢的装置，例如选择性排气阀(venting valve)。

在一个实施例中，在可以通过压力控制装置122和116来控制过压的情况下，还从氢源121向该电解电池提供氢。除了与反应容器100顶部的冷凝器140的连接以外，该反应容器可以封闭。该电池可以在沸点进行工作，以使得从沸腾的电解液102释放的蒸汽可以在冷凝器140中冷凝，并且可以将冷凝水返回到容器100。低能状态的氢可以通过冷凝器140的顶部排出。在一个实施例中，该冷凝器包括与所释放的电解气体相接触的氢/氧复合器145。对氢和氧进行复合，并且可以将所得到的水返回到容器100。

本发明的等离子体形成电解能量电池和氢化物反应器用于对原子氢进行催化，以形成增强结合能氢物种和增强结合能氢化合物，其包括容器、阴极、阳极、电解液、高压电解电源，以及能够提供m/2·27.2±0.5eV的净反应焓的催化剂，其中m是整数。优选地，m是小于400的整数。在一个实施例中，电压在大约10V到50kV的范围内，而且电流密度可以较高，例如在大约1到100A/cm²或更高的范围内。在一个实施例中，K⁺被还原为钾原子，该钾原子用作催化剂。该电池的阴极可以是钨，例如钨棒，而电池的阳极可以是铂。该电池的催化剂可以包含从以下组中选择的至少一种：Li、Be、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Kr、Rb、Sr、Nb、Mo、Pd、Sn、Te、Cs、Ce、Pr、Sm、Gd、Dy、Pb、Pt、He⁺、Na⁺、Rb⁺、Fe³⁺、Mo²⁺、Mo⁴⁺，以及In³⁺。可以通过催化剂源来形成该电池的催化剂。可以添加还原剂或与该电池的操作无关的其他元素160，以形成增强结合能氢化合物。

1.2  气体电池反应器

图2中示出了本发明的气体电池反应器，其包括反应容器207，该反应容器207具有能够容纳真空或大于大气压的压力的腔200。与腔200连通的氢源221通过氢供应通道242向该腔传送氢。设置控制器222，以控制压力以及通过氢供应通道242流到该容器中的氢的流量。压力传感器223对容器内的压力进行监测。真空泵256用于通过真空管道257来排空该腔。

用于产生hydrino原子的催化剂250可以放置在催化剂贮存器295中。反应容器207具有催化剂供应通道241，用于将气态催化剂从催化剂贮存器295传送到反应腔200中。另选地，催化剂可以放置在反应容器内部的抗化学的开放容器中，例如船形器皿(boat)中。

反应器容器207中的分子和原子氢分压，以及催化剂分压优选地保持在大约10毫托至大约100托的范围内。更优选地，反应容器207中的氢分压保持在大约200毫托。

可以在容器中通过分离材料将分子氢分离为原子氢。该分离材料例如可以包括：诸如铂或钯的贵金属；诸如镍和钛的过渡金属；诸如铌和锆的内过渡金属；或者诸如钨或钼的难熔金属。还可以通过温度控制装置230将该分离材料保持为高温，该温度控制装置230可以采用如图2中的截面图所示的加热线圈的形式。该加热线圈由电源225供电。可以通过施加电磁辐射将分子氢分离为原子氢，例如由光子源205提供的UV光。可以通过由电源285供电的热灯丝或栅格280将分子氢分离为原子氢。

通过使用由电源272供电的催化剂贮存器加热器298对催化剂贮存器295的温度进行控制，将催化剂蒸蒸汽压力力保持为所需压力。当催化剂容纳在反应器内部的船形器皿中时，通过调节该催化剂船形器皿的电源对该催化剂船形器皿的温度进行控制，将催化剂蒸蒸汽压力力保持为所需值。

气体电池氢化物反应器还包括电子源260，该电子源与所产生的hydrino相接触，以形成hydrino氢负离子。该电池还可以包括收气器或低温冷阱255，用于选择性地收集低能氢物种和/或增强结合能氢化合物。

1.3  气体放电电池反应器

图3所示的本发明的气体放电反应器包括气体放电电池307，其包括具有腔300的氢同位素气体填充辉光放电真空容器313。氢源322通过控制阀325经由氢供应通道342向腔300提供氢。催化剂容纳在催化剂贮存器395中。电压和电流源330使电流在阴极305和阳极320之间流过。电流可以是可逆的。在另一实施例中，使用诸如微波产生器的微波源来产生等离子体。

放电电压可以在大约1000到大约5000伏特的范围内。电流可以在大约1μA到1A的范围内，优选地大约为1mA。放电电流可以是间歇或脉冲的。在一个实施例中，提供了大约0.5到大约500V之间的偏置电压。在另一实施例中，设置了偏置电压，以提供大约0.1V/cm到大约50V/cm的场。优选地，设置偏置电压以提供大约1V/cm到大约10V/cm之间的场。峰值电压可以在大约1V到10MV的范围内。最优选地，峰值电压在大约100V到500V的范围内。在一个实施例中，脉冲频率为大约0.1Hz到大约100MHz。在另一实施例中，脉冲频率比原子氢复合为分子氢的实际时间更快。优选地，该频率在大约1到大约200Hz的范围内。在一个实施例中，占空系数为大约0.1％到大约95％。优选地，占空系数为大约1％到大约50％。

在另一实施例中，电源可以采用交流电(AC)。频率可以在大约0.001Hz到1GHz的范围内。更优选地，频率在大约60Hz到100MHz的范围内。最优选地，频率在大约10到100MHz的范围内。该系统可以包括两个电极，其中一个或更多个电极与等离子体直接接触；另外，这些电极可以通过电介质隔离物与等离子体分离。峰值电压可以在大约1V到10MV的范围内。更优选地，峰值电压在大约10V到100kV的范围内。最优选地，峰值电压在大约100V到500V的范围内。

在气体放电电池氢化物反应器的一个实施例中，容器313的壁导电并用作阳极。在另一实施例中，阴极305是中空的，例如中空的镍、铝、铜，或不锈钢中空阴极。在一个实施例中，阴极材料可以是诸如铁或钐的催化剂源。

其中催化剂以气相产生的气体放电电池反应器的实施例利用了可控制的气态催化剂。通过分子氢气体的放电来提供用于转换为hydrino的气态氢原子。气体放电电池307具有催化剂供应通道341，用于从催化剂贮存器395向反应腔300输送气态催化剂350。通过具有电源372的催化剂贮存器加热器392来加热催化剂贮存器395，以将气态催化剂提供给反应腔300。通过利用其电源372来调节加热器392，对催化剂贮存器395的温度进行控制，来控制催化剂蒸蒸汽压力力。该反应器还包括选择性排气阀301。

在另一实施例中，设置在气体放电电池内部的抗化学开放容器(例如，钨或陶瓷船形器皿)容纳催化剂。利用船形器皿加热器通过相关电源对催化剂船形器皿中的催化剂进行加热，以将气态催化剂提供给反应腔。另选地，辉光气体放电电池在高温下工作，以使船形器皿中的催化剂升华、沸腾，或者挥发为气相。通过利用其电源来调节加热器以控制船形器皿或放电电池的温度，来控制催化剂蒸蒸汽压力力。

气体放电电池氢化物反应器还可以包括电子源360，该电子源360与所产生的hydrino相接触，以形成hydrino氢阴离子。

1.4  射频(RF)隔离物电极放电电池反应器

在气体放电电池反应器的实施例中，至少一个放电电极由电介质隔离物(例如玻璃、石英、氧化铝、或者陶瓷)来屏蔽，以提供具有最小能量耗散的电场。图4示出了本发明的射频(RF)隔离物电极放电电池系统1000。RF功率可以电容耦合。在一个实施例中，电极1004可以位于电池1001的外部。电介质层1005将电极与电池壁1006分离。高驱动电压可以是AC并且可以是高频的。驱动电路包括能够提供RF的高压电源1002以及阻抗匹配电路1003。该频率优选地在大约100Hz到大约10GHz的范围内，更优选地，为大约1kHz到大约1MHz，最优选地为大约5-10kHz。该电压优选地在大约100V到大约1MV的范围内，更优选地为大约1kV到大约100kV，最优选地为大约5到大约10kV。

1.5  等离子体焰炬电池反应器

图5示出了本发明的等离子体焰炬电池反应器。等离子体焰炬702提供由歧管706封闭并且容纳在等离子体腔760中的氢同位素等离子体704。向焰炬702提供来自氢源738的氢和来自等离子体气体源712的等离子体气体，以及用于形成hydrino和能量的催化剂714。例如，等离子体可以包括氩。催化剂可以容纳在催化剂贮存器716中。该贮存器配备有机械搅拌器，例如由磁性搅拌棒电机720驱动的磁性搅拌棒718。通过通道728将催化剂提供给等离子体焰炬702。可以通过微波放电来生成催化剂。优选的催化剂是来自诸如氦、氖，或氩气的源的He⁺、Ne⁺、或Ar⁺。催化剂源可以是氦、氦、氖、氖氢混合物，或者氩，以分别形成He^*、He₂ ^*、Ne₂ ^*、Ne⁺/H⁺或Ar⁺。

通过氢通道726将氢提供给焰炬702。另选地，可以通过通道728提供氢和催化剂。通过等离子体气体通道726将等离子体气体提供给焰炬。另选地，可以通过通道728提供等离子体气体和催化剂。

氢经由通道742从氢源738流到催化剂贮存器716。通过氢流控制器744和阀746来控制氢的流量。等离子体气体经由通道732从等离子体气体源流出。通过等离子体气体流控制器734和阀736来控制等离子体气体的流量。经由通道726将等离子体气体和氢的混合物提供给焰炬，并经由通道725提供给催化剂贮存器716。通过氢-等离子体气体混合器和混合流量调节器721来控制该混合物。氢和等离子体气体混合物用作承载气体，用于承载通过机械搅拌以微小颗粒分散在气流中的催化剂颗粒。烟雾状催化剂和氢气的混合物流入等离子体焰炬702，并变为等离子体704中的气态氢原子和蒸发态的催化剂离子(例如来自铷盐的Rb⁺离子)。通过微波发生器724为等离子体提供能量，其中通过可调微波腔722对微波进行调谐。催化剂可以出现为气相。

在等离子体704中产生hydrino原子和hydrino氢阴离子。将hydrino氢化合物低温泵抽吸到歧管706上，或者使它们经由通道748流入hydrino氢化合物阱708中。阱708通过真空管路750和阀752与真空泵710连通。到阱708的流量受到压力梯度的影响，该压力梯度由真空泵710、真空管路750，以及真空阀752控制。

在图6所示的等离子体焰炬电池氢化物反应器的另一实施例中，等离子体焰炬802或者歧管806中的至少一个具有催化剂供应通道856，用于从催化剂贮存器858向等离子体804提供气态催化剂。通过具有电源868的催化剂贮存器加热器866对催化剂贮存器858中的催化剂814进行加热，以向等离子体804提供气态催化剂。通过利用其电源868调节加热器866，对催化剂贮存器858的温度进行控制，来控制催化剂蒸汽压力。图6中的其他元件具有与图5的对应元件相同的结构和功能。换句话说，图6的元件812是与图5的等离子体气体源712相对应的等离子体气体源，图6的元件838是与图5的氢源738相对应的氢源，等等。

在等离子体焰炬电池氢化物反应器的另一实施例中，诸如位于歧管内部的陶瓷船形器皿的抗化学开口容器容纳有催化剂。等离子体焰炬歧管形成可以在高温下工作的电池，以使得船形器皿中的催化剂升华、沸腾，或挥发为气相。另选地，可以利用带有电源的船形器皿加热器来加热催化剂船形器皿中的催化剂，以向等离子体提供气态催化剂。可以通过利用电池加热器来控制电池的温度，或者通过使用相关电源对船形器皿加热器进行调节，来控制船形器皿的温度，从而控制催化剂蒸汽压力。

1.6  微波气体电池氢化物和功率反应器

图7示出了本发明的微波电池反应器。图7的反应器系统包括反应容器601，该反应容器601具有能够容纳真空或大于大气压的压力的腔660。氢源638向供应管642传送氢，并且氢通过氢供应通道626流到该腔。可以通过氢流量控制器644和阀646来控制氢的流量。等离子体气体经由通道632从等离子体气体源612流出。可以通过等离子体气体流量控制器634和阀636来控制等离子体气体的流量。可以经由通道626向电池提供等离子体气体和氢的混合物。通过氢-等离子体气体混合器和混合物流量调节器621来控制该混合物。诸如氦的等离子体气体可以是诸如He⁺或He₂ ^*的催化剂的源，氩可以是诸如Ar⁺的催化剂的源，氖可以用作诸如Ne₂ ^*的催化剂的源，而氖氢混合物可以用作诸如Ne⁺/H⁺以及Ne⁺的催化剂的源。混合物的催化剂和氢的源流入等离子体，并成为腔660中的催化剂和原子氢。

等离子体由微波生成器624来提供能量，其中微波由可调谐微波腔622来进行调谐，由波导619承载，并且可以通过RF透明窗口613或天线615传送到腔660。本领域中公知的微波源是行波管、速调管、磁电管、回旋加速器谐振微波激射器、振动陀螺仪，以及自由电子激光器。波导或天线可以在电池的内部或外部。在后一种情况下，微波可以通过电池613的窗口从该源穿透电池。微波窗口可以由氧化铝或石英构成。

在另一实施例中，电池601是微波谐振器腔。在一个实施例中，该腔是以下组中的至少一个：Evenson、Beenakker、McCarrol，以及圆柱形腔。在一实施例中，该腔提供强电磁场，该强电磁场可以形成非热能等离子体。通常，非热能等离子体的温度在5,000到5,000,000℃的范围内。可以同时使用多个微波功率源。在另一实施例中，诸如平面天线的多槽天线用作诸如双极天线等效源的多个微波源的等效物。Y.Yasaka，D.Nozaki，M.Ando，T.Yamamoto，N.Goto，N.Ishii，T.Morimoto，“Production of large-diameter plasma using multi-slotted planarantenna，”Plasma Sources Sci.Technol.，Vol.8，(1999)，pp.530-533中给出了一个这样的实施例，在此通过引用并入其全部内容。

该电池还可以包括用于提供轴向磁场的诸如螺线管电磁铁607的磁体，其中磁场可以用于提供磁约束。微波频率优选地在大约1MHz到大约100GHz的范围内，更优选地在大约50MHz到大约10GHz的范围内，最优选地在大约75MHz±50MHz或大约2.4GHz±1GHz的范围内。

可以使用真空泵610通过真空管路648和650来排空腔660。该电池可以在下述的流动条件下工作：从催化剂源612和氢源638连续提供氢和催化剂。

将hydrino氢化合物低温泵抽吸到壁606上，或者它们可以通过通道648流入到hydrino氢化合物阱608中。另选地，可以将dihydrino分子收集到阱608中，阱608通过真空管路650和阀652与真空泵610连通。到阱608的流量受到压力梯度的影响，该压力梯度由真空泵610、真空管路650，以及真空阀652控制。在一实施例中，微波电池反应器还包括选择性阀618，用于去除诸如dihydrino分子的低能氢产物。

在图7所示的微波电池反应器的另一实施例中，壁606具有催化剂供应通道656，用于从催化剂贮存器658向等离子体604传送气态催化剂614。可以通过带有电源668的催化剂贮存器加热器666来加热催化剂贮存器658中的催化剂，以将气态催化剂提供给等离子体604。可以通过利用其电源668来调节加热器666，对催化剂贮存器658的温度进行控制，从而控制催化剂蒸汽压力。

在微波电池反应器的另一实施例中，诸如位于腔660内部的陶瓷船形器皿的抗化学开口容器容纳有催化剂。该反应器还包括可以保持高温的加热器。该电池可以在高温下工作，以使船形器皿中的催化剂升华、沸腾，或挥发为气相。另选地，可以利用带有电源的船形器皿加热器来加热催化剂船形器皿中的催化剂，以向等离子体提供气态催化剂。可以通过利用电池加热器来控制电池的温度，或者通过使用相关电源调节船形器皿加热器，来控制船形器皿的温度，从而控制催化剂蒸汽压力。

腔660中的分子和原子氢分压，以及催化剂分压优选地保持在大约1毫托至大约100个大气压的范围内。优选地，该压力在大约100毫托到大约1个大气压的范围内，更优选地，该压力为大约100毫托到大约20托。

用于微波电池反应器的示例性等离子体气体为氩。示例性流速为大约0.1标准公升(slm)每分钟的氢和大约1slm的氩。示例性前向微波输入功率为大约1000W。等离子体气体或氢-等离子体气体混合物(例如从以下组选择的至少一种气体：氢、氩、氦、氩氢混合物、氦氢混合物)的流速优选地为大约0.000001至1标准公升每分钟每cm³容器体积，并且更优选地，为大约0.001至10sccm每cm³容器体积。在氩氢或氦氢混合的情况下，优选地氦或氩在大约99％到大约1％的范围内，更优选地，大约99％到95％。等离子体功率源的功率密度优选地在大约0.01W到大约100W/cm³容器体积的范围内。

1.7  电容和电感耦合的RF等离子体气体电池氢化物和功率反应器

图7中也示出了本发明的电容或电感耦合的射频(RF)等离子体电池反应器。除了微波源可以由RF源624取代以外，电池结构、系统、催化剂以及方法可以与微波等离子体电池反应器的相同，其中RF源624具有可以驱动至少一个电极和/或线圈的阻抗匹配网络622。该RF等离子体电池还可以包括两个电极669和670。同轴电缆619可以通过同轴中心导体615与电极669相连。另选地，同轴中心导体615可以与外部源线圈相连，外部源线圈缠绕在电池601周围，该外部源线圈可以在不接地或者在接地的情况下终止。在平行板或外部线圈实施例的情况下，电极670可以接地。如以下文献所述，平行电极电池可以符合工业标准(气态电子研讨会(GEC)基准电池或本领域技术人员对其的修改)：G A.Hebner，K.E.Greenberg，″Optical diagnostics in the Gaseous electronicsConference Reference Cell，J.Res.Natl.Inst.Stand.Technol.，Vol.100，(1995)，pp.373-383；V.S.Gathen，J.Ropcke，T.Gans，M.Kaning，C.Lukas，H.F.Dobele，″Diagnostic studies of speciesconcentrations in a capacitively coupled RF plasma containingCH₄-H₂-Ar，″Plasma Sources Sci.Technol.，Vol.10，(2001)，pp.530-539；P.J.Hargis，et al.，Rev.Sci.Instrum.，Vol.65，(1994)，p.140；Ph.Belenguer，L.C.Pitchford，J.C.Hubinois，″Electricalcharacteristics of a RF-GD-OES cell，″J.Anal.At.Spectrom.，Vol.16，(2001)，pp.1-3，在此通过引用并入其全部内容。在以下文献中给出了包括诸如13.56MHz外部源线圈微波等离子体源的外部源线圈的电池：D.Barton，J.W.Bradley，D.A.Steele，and R.D.Short，″inyestigating radio frequency plasmas used for the modificationof polymer surfaces，″J.Phys.Chem.B，Vol.103，(1999)，pp.4423-4430；D.T.Clark，A.J.Dilks，J.Polym.Sci.Polym.Chem.Ed.，Vol.15，(1977)，p.2321；B.D.Beake，J.S.G.Ling，G.J.Leggett，J.Mater.Chem.，Vol.8，(1998)，p.1735；R.M.France，R.D.Short，Faraday Trans.Vol.93，No.3，(1997)，p.3173，以及R.M.France，R.D.Short，Langmuir，Vol.14，No.17，(1998)，p.4827，在此通过引用并入其全部内容。缠绕有外部线圈的电池601的至少一个壁对于RF激励是至少部分透明的。RF频率优选地在大约100Hz到大约100GHz的范围内，更优选地在大约1kHz到大约100MHz的范围内，最优选地，在大约13.56MHz±50MHz或大约2.4GHz±1GHz的范围内。

在另一实施例中，电感耦合等离子体源是螺旋管形等离子体系统，例如美国专利No.6,150,628中所述的Astex公司的Astron系统，在此通过引用并入其全部内容。螺旋管形等离子体系统可以包括变压器电路的初级。该初级可以通过射频电源来驱动。该等离子体可以是闭合回路，该闭合回路用作变压器电路的次级。RF频率优选地在大约100Hz到大约100GHz的范围内，更优选地在大约1kHz到大约100MHz的范围内，最优选地，在大约13.56MHz±50MHz或大约2.4GHz±1GHz的范围内。

2.间歇或脉冲输入功率

本发明包括功率源，用于至少部分地保持电池中的等离子体。用于保持等离子体的功率可以是间歇的或脉冲的。可以使用脉冲来降低输入功率，并且还可以提供下述的时间周期，在该时间周期中，通过比维持放电所需更低的偏置DC、音频、RF，或者微波电压或电场和磁场，将场设定为所需的强度。在低场或非放电时间周期内对该场进行控制的一个应用是对催化剂和原子氢之间的能量匹配进行优化。可以调整脉冲频率和占空因数。控制脉冲频率和占空因数的一个应用是对功率平衡进行优化。在一实施例中，通过优化对于输入功率的反应速率来实现该操作。在低场或非放电时间周期内通过放电衰减来产生催化剂和原子氢的量。可以通过对诸如Ar⁺的通过放电而产生的催化剂的量以及原子氢的量进行控制来控制反应速率，其中浓度取决于脉冲频率、占空因数以及衰减速率。在一实施例中，脉冲频率为大约0.1Hz到大约100MHz。在另一实施例中，脉冲频率比实际的原子氢复合为分子氢的时间快。根据异常等离子体余辉持续时间研究[R.Mills，T.Onuma，and Y.Lu，″Formation ofa Hydrogen Plasma from an Incandescently Heated Hydrogen-CatalystGas Mixture with an Anomalous Afterglow Duration″，Int.J.HydrogenEnergy，已接收；R.Mills，″Temporal Behavior of Light-Emission inthe Visible Spectral Range from a Ti-K2C03-H-Cell″，Int.J.HydrogenEnergy，Vol.26，No.4，(2001)，pp.327-332]，优选地，该频率在大约1到大约1000Hz的范围内。在一实施例中，占空因数为大约0.001％到大约95％。优选地，占空因数为大约0.1％到大约50％。

交变功率的频率可以在大约0.001Hz到100GHz的范围内。更优选地，该频率在大约60Hz到10GHz的范围内。最优选地，该频率在大约10MHz到10GHz的范围内。该系统可以包括两个电极，其中一个或更多个电极与等离子体直接接触；另外，这些电极可以通过电介质隔离物与等离子体分离。峰值电压可以在大约1V到10MV的范围内。更优选地，该峰值电压在大约10V到100kV的范围内。最优选地，该电压在大约100V到500V的范围内。另选地，该系统包括用于向等离子体传送功率的至少一个天线。

在等离子体电池的一个实施例中，催化剂包括从He⁺、Ne⁺、和Ar⁺的组中选择的至少一种，其中通过由诸如辉光、电感或电容耦合RF，或者微波放电的方法产生的等离子体，从相应的原子产生电离的催化剂离子。优选地，等离子体电池的氢压力在1毫托到10,000托的范围内，更优选地，氢微波等离子体的氢压力在10毫托到100托的范围内；最优选地，氢微波等离子体的氢压力在10毫托至10托的范围内。

本发明的微波等离子体电池用于对原子氢进行催化，以生成增强结合能氢物种和增强结合能氢化合物，该电池包括：具有腔的容器，该腔能够容纳真空或高于大气压的压力；原子氢源；用于形成等离子体的微波功率源；以及能够提供m/2·27.2±0.5eV的净反应焓的催化剂，其中m是整数，优选地，m是小于400的整数。本领域公知的微波源是行波管、速调管、磁电管、回旋加速器谐振微波激射器、振动陀螺仪，以及自由电子激光器。可以使用放大器对功率进行放大。可以通过波导、同轴电缆和天线中的至少一种来传送功率。脉冲微波的优选实施例包括磁电管，对该磁电管施加脉冲高压，或者施加可以通过来自诸如电子枪的电子源的电子脉冲提供的脉冲磁电管电流。

交变功率的频率可以在大约100MHzHz到100GHz的范围内。更优选地，该频率在大约100MHz到10GHz的范围内。最优选地，该频率在大约1GHz到10GHz或者大约2.4GHz±1GHz的范围内。在一实施例中，脉冲频率为大约0.1Hz到大约100MHz，优选地，该频率在大约10到大约10,000Hz的范围内，最优选地，该频率在大约100到大约1000Hz的范围内。在一实施例中，占空因数为大约0.001％到大约95％。优选地，占空因数为大约0.1％到大约10％。进入等离子体的脉冲的峰值功率密度可以在大约1W/cm³到1GW/cm³的范围内。更优选地，峰值功率密度在大约10W/cm³到10MW/cm³的范围内。最优选地，峰值功率密度在大约100W/cm³到10kW/cm³的范围内。进入等离子体的平均功率密度可以在大约0.001W/cm³到1kW/cm³的范围内。更优选地，平均功率密度在大约0.1W/cm³到100W/cm³的范围内。最优选地，平均功率密度在大约1W/cm³到10W/cm³的范围内。

本发明的电容和/或电感耦合射频(RF)等离子体电池用于对原子氢进行催化，以形成增强结合能氢物种和增强结合能氢化合物，该电池包括：具有腔的容器，该腔能够容纳真空或高于大气压的压力；原子氢源；用于形成等离子体的RF功率源；以及能够提供m/2·27.2±0.5eV的净反应焓的催化剂，其中m是整数，优选地，m是小于400的整数。该电池还可以包括至少两个电极以及RF生成器，其中RF功率源可以包括由该RF生成器驱动的电极。另选地，该电池还可以包括：源线圈，其可以在电池壁的外部，该电池壁允许RF功率与耦合到形成在该电池中的等离子体；导电电池壁，其可以接地；以及用于驱动该线圈的RF生成器，该线圈可以将RF功率电感和/或电容地耦合到电池等离子体。该RF频率优选地在大约100Hz到大约100MHz的范围内，更优选地在大约1kHz到大约50MHz的范围内，最优选地，在大约13.56MHz±50MHz的范围内。在一实施例中，该脉冲频率为大约0.1Hz到大约100MHz，优选地，该频率在大约10Hz到大约10MHz的范围内，最优选地，该频率在大约100Hz到大约1MHz的范围内。在一实施例中，占空因数为大约0.001％到大约95％。优选地，占空因数为大约0.1％到大约10％。进入等离子体的脉冲的峰值功率密度可以在大约1W/cm³到1GW/cm³的范围内。更优选地，该峰值功率密度在大约10W/cm³到10MW/cm³的范围内。最优选地，该峰值功率密度在大约100W/cm³到10kW/cm³的范围内。进入等离子体的平均功率密度可以在大约0.001W/cm³到1kW/cm³的范围内。更优选地，该平均功率密度在大约0.1W/cm³到100W/cm³的范围内。最优选地，平均功率密度在大约1W/cm³到10W/cm³的范围内。

在另一实施例中，电感耦合等离子体源是螺旋管形等离子体系统，例如美国专利No.6,150,628中公开的Astex公司的Astron系统，在此通过引用并入其全部内容。螺旋管形等离子体系统可以包括变压器电路的初级。该初级可以通过射频电源来驱动。该等离子体可以是闭合回路，该闭合回路用作变压器电路的次级。RF频率优选地在大约100Hz到大约100GHz的范围内，更优选地在大约1kHz到大约100MHz的范围内，最优选地，在大约13.56MHz±50MHz或大约2.4GHz±1GHz的范围内。在一实施例中，脉冲频率为大约0.1Hz到大约100MHz，优选地，该频率在大约10Hz到大约10MHz的范围内，最优选地，该频率在大约100Hz到大约1MHz的范围内。在一实施例中，占空因数为大约0.001％到大约95％。优选地，占空因数为大约0.1％到大约10％。进入等离子体的脉冲的峰值功率密度可以在大约1W/cm³到1GW/cm³的范围内。更优选地，该峰值功率密度在大约10W/cm³到10MW/cm³的范围内。最优选地，该峰值功率密度在大约100W/cm³到10kW/cm³的范围内。进入等离子体的平均功率密度可以在大约0.001W/cm³到1kW/cm³的范围内。更优选地，平均功率密度在大约0.1W/cm³到100W/cm³的范围内。最优选地，平均功率密度在大约1W/cm³到10W/cm³的范围内。

在放电电池的情况下，放电电压可以在大约1000到大约5000伏特的范围内。电流可以在大约1μA到大约1A的范围内，优选地大约为1mA。放电电流可以是间歇或脉冲的。可以使用脉冲来降低输入功率，并且还可以提供以下时间周期，在该时间周期中，通过比放电电压低的偏置电压将场设定为所需的强度。在非放电周期内对该场进行控制的一个应用是对催化剂和原子氢之间的能量匹配进行优化。在一实施例中，偏置电压在大约0.5到大约500V之间。在另一实施例中，偏置电压被设置用来提供大约0.1V/cm到大约50V/cm的场。优选地，偏置电压被设置用来提供大约1V/cm到大约10V/cm之间的场。峰值电压可以在大约1V到10MV的范围内。更优选地，峰值电压在大约10V到100kV的范围内。最优选地，该电压在大约100V到大约500V的范围内。也可以调整脉冲频率和占空因数。控制脉冲频率和占空因数的一个应用是对功率平衡进行优化。在一实施例中，通过优化对于输入功率的反应速率来实现该操作。在非放电周期内通过放电衰减来产生催化剂和原子氢的量。可以通过对通过放电而产生的诸如Ar⁺的催化剂的量以及原子氢的量进行控制，来控制反应速率，其中浓度取决于脉冲频率、占空因数，以及等衰减速率。在一实施例中，脉冲频率为大约0.1Hz到大约100MHz。在另一实施例中，脉冲频率比实际的原子氢复合为分子氢的时间快。根据异常等离子体余辉持续时间研究[R.Mills，T.Onuma，and Y.Lu，″Formation of a HydrogenPlasma from an Incandescently Heated Hydrogen-Catalyst Gas Mixturewith an Anomalous Afterglow Duration″，Int.J.Hydrogen Energy，已接收R.Mills，″Temporal Behavior of Light-Emission in the VisibleSpectral Range from a Ti-K2C03-H-Cell″，Int.J.Hydrogen Energy，Vol.26，No.4，(2001)，pp.327-332]，优选地，频率在大约1到大约200Hz的范围内。在一实施例中，占空因数为大约0.1％到大约95％。优选地，占空因数为大约1％到大约50％。

在另一实施例中，功率可以采用交流电(AC)。频率可以在大约0.001Hz到1GHz的范围内。更优选地，频率在大约60Hz到100MHz的范围内。最优选地，频率在大约10到100MHz的范围内。该系统可以包括两个电极，其中一个或更多个电极与等离子体直接接触；另外，这些电极可以通过电介质隔离物与等离子体分离。峰值电压可以在大约1V到10MV的范围内。更优选地，峰值电压在大约10V到大约100kV的范围内。最优选地，该电压在大约100V到500V的范围内。

在隔离物电极等离子体电池的情况下，该频率优选地在大约100Hz到大约10GHz的范围内，更优选地，大约1kHz到大约1MHz，最优选地大约5-10kHz。电压优选地在大约100V到大约1MV的范围内，更优选地大约1kV到大约100kV，而最优选地，大约5到大约10kV。

在等离子体电解电池的情况下，放电电压可以在大约1000到大约50,000伏特的范围内。流入电解液的电流可以在大约1μA/cm³到大约1A/cm³的范围内，优选地大约1mA/cm³。在一实施例中，偏置电压低于产生电解的偏置电压，例如在大约0.001到大约1.4V的范围内。峰值电压可以在大约1V到大约10MV的范围内。更优选地，电压在大约2V到100kV的范围内。最优选地，该电压在大约2V到1kV的范围内。在一实施例中，脉冲频率在大约0.1Hz到大约100MHz的范围内。优选地，该频率在大约1到大约200Hz的范围内。在一实施例中，占空因数为大约0.1％到大约95％。优选地，占空因数为大约1％到大约50％。

在灯丝电池的情况下，来自灯丝的场会在脉冲期间从较高值到较低值交变。峰值场可以在大约0.1V/cm到1000V/cm的范围内。优选地，峰值场可以在大约1V/cm到10V/cm的范围内。非峰值场可以在大约0.1V/cm到100V/cm的范围内。优选地，非峰值场可以在大约0.1V/cm到1V/cm的范围内。在一实施例中，脉冲频率在大约0.1Hz到大约100MHz的范围内。优选地，该频率在大约1到大约200Hz的范围内。在一实施例中，占空因数为大约0.1％到大约95％。优选地，占空因数为大约1％到大约50％。

用于等离子体反应器示例性等离子体气体通过对原子氢进行催化来产生功率和新的氢物种以及包括新形式的氢的物质的合成物，该示例性等离子体气体是分别与催化剂He⁺、Ne⁺、Ar⁺的源相对应的氦、氖，和氩中的至少一种。在多个实施例中，氢独立地或者作为和其他等离子体气体(例如用作催化剂源的等离子体气体)的混合物流入等离子体电池中。催化剂气体或氢-催化剂气体混合物(例如从以下组中选择的至少一种：氢、氩、氦、氩氢混合物、氦氢混合物)的流速优选地为大约0.00000001-1标准公升每分钟每cm³容器体积，更优选地为大约0.001-10sccm每cm³容器体积。在氦氢、氖氢，以及氩氢混合物的情况下，氦、氖或氩在大约99.99到大约.01％的范围内，优选地在大约99到大约1％，并且最优选地，在大约99到95％。在一实施例中，其余气体是氢。

在以上反应器中的任何一个中，可以使用吸气器、雾化器或者喷雾器来形成催化剂源的汽雾剂。如果需要，可以使用吸气器、雾化器或者喷雾器来将催化剂源或催化剂直接注入到等离子体中。

如果使用钼作为电池材料，则工作中的电池的温度优选地保持在0-1800℃的范围内。如果使用钨作为电池材料，则工作中的电池的温度优选地保持在0-3000℃的范围内。如果使用不锈钢作为电池材料，则工作中的电池的温度优选地保持在0-1200℃的范围内。

本申请要求2004年4月15日提交的美国申请No.60/462,705的优先权，在此通过引用并入其全部公开内容。

Claims (316)

1、一种等离子体反应器，用于通过原子氢的催化反应来产生能量和新的氢物种以及包括新形式的氢的物质的化合物，以及通过原子氢的催化反应来产生等离子体和诸如高能光、极紫外光和紫外光的光源，该反应器包括：

等离子体形成能量电池，用于对原子氢进行催化，以形成新的氢物种以及下述物质的化合物，该物质包括新形式的氢；

用于对原子氢的反应进行催化以形成低能氢并释放能量的催化剂源；

原子氢源；以及

用于至少部分地保持等离子体的间歇或脉冲功率源。

2、根据权利要求1所述的反应器，其中所述电池包括以下组中的至少一种：微波电池、等离子体焰炬电池、射频(RF)电池、辉光放电电池、隔离物电极电池、等离子体电解电池、高压气体电池、灯丝电池或者rt等离子体电池、以及辉光放电电池、微波电池和RF等离子体电池中的至少一个的组合。

3、根据权利要求1所述的反应器，其中所述间歇或脉冲功率源降低了输入功率。

4、根据权利要求1所述的反应器，其中所述间歇或脉冲功率源提供下述的时间周期，在该时间周期中，通过偏置DC、音频、RF，或者微波电压或者电场和磁场将场设定为所需的强度。

5、根据权利要求4所述的反应器，其中通过比维持放电所需更低的偏置DC、音频、RF，或者微波电压或者电场和磁场在一时间周期内将所述场设定为所需强度。

6、根据权利要求4所述的反应器，其中在低场或非放电周期内的所需场强对催化剂和原子氢之间的能量匹配进行优化。

7、根据权利要求1所述的反应器，其中所述间歇或脉冲功率源还包括用于调整脉冲频率和占空因数以优化功率平衡的装置。

8、根据权利要求7所述的反应器，其中通过优化对于所述输入功率的反应速率来调整所述脉冲频率和占空因数，以优化所述功率平衡。

9、根据权利要求9所述的反应器，其中通过控制在低场或非放电周期内通过放电衰减而产生的催化剂和原子氢的量，来优化对于输入功率的反应速率，从而调整脉冲频率和占空因数，以优化功率平衡，其中浓度取决于脉冲频率、占空因数，以及等离子体衰减的速率。

10、根据权利要求107所述的反应器，其中从He⁺、Ne⁺，和Ar⁺的组中选择所述催化剂。

11、根据权利要求1所述的反应器，其中所述间歇或脉冲频率为大约0.1Hz到大约100MHz。

12、根据权利要求1所述的反应器，其中所述间歇或脉冲频率比实际的原子氢复合为分子氢的时间更快。

13、根据权利要求1所述的反应器，其中所述间歇或脉冲频率在大约1到大约1000Hz的范围内，而所述占空因数为大约0.001％到大约95％。

14、根据权利要求1所述的反应器，其中所述间歇或脉冲占空因数为大约0.1％到大约50％。

15、根据权利要求1所述的反应器，其中所述功率是交变的，并且该交变功率的频率可以在大约0.001Hz到100GHz的范围内。

16、根据权利要求1所述的反应器，其中所述间歇或脉冲频率在大约60Hz到10GHz的范围内。

17、根据权利要求1所述的反应器，其中所述间歇或脉冲频率在大约10MHz到10GHz的范围内。

18、根据权利要求1所述的反应器，包括两个电极，其中一个或更多个电极处于与等离子体直接接触以及通过电介质隔离物与等离子体分离的状态中的至少一种。

19、根据权利要求18所述的反应器，其中峰值电压在以下至少一个范围之内：大约1V到10MV；大约10V到100kV；以及大约100V到500V。

20、根据权利要求1所述的反应器，还包括至少一个天线，用于向等离子体传送能量。

21、根据权利要求1所述的反应器，其中所述催化剂包括从He⁺、Ne⁺、和Ar⁺的组中选择的至少一种，其中通过由诸如辉光、电感或电容耦合RF，或者微波放电的方法产生的等离子体，从对应的原子产生电离的催化剂离子。

22、根据权利要求1所述的反应器，其中所述等离子体电池的氢压力在以下范围中的至少一个中：大约1毫托到10,000托；大约10毫托到100托；以及大约10毫托到10托。

23、根据权利要求1所述的反应器，包括微波等离子体电池，用于对原子氢进行催化，以形成增强结合能氢物种和增强结合能氢化合物，该电池包括：具有腔的容器，该腔能够容纳真空或高于大气压的压力；原子氢源；用于形成等离子体的脉冲或间歇微波功率源；以及能够提供m/2·27.2±0.5eV的净反应焓的催化剂，其中m是整数，优选地，m是小于400的整数。

24、根据权利要求1所述的反应器，其中所述脉冲或间歇微波功率源包括以下组中的至少一种：行波管、速调管、磁电管、回旋加速器谐振微波激射器、振动陀螺仪，以及自由电子激光器。

25、根据权利要求1所述的反应器，其中所述脉冲或间歇微波功率源包括用于对微波功率进行放大的放大器。

26、根据权利要求1所述的反应器，其中通过波导、同轴电缆、以及天线中的至少一种来传送所述脉冲或间歇微波功率源。

27、根据权利要求1所述的反应器，其中所述脉冲或间歇微波功率源包括至少一个磁电管，对该磁电管施加脉冲高电压以及脉冲磁电管电流。

28、根据权利要求27所述的反应器，其中通过来自电子源的电子脉冲来提供所述脉冲磁电管电流。

29、根据权利要求28所述的反应器，其中来自电子源的电子脉冲源是电子枪。

30、根据权利要求1所述的反应器，其中所述脉冲或间歇微波功率源包括可以在以下范围中的至少一个内的功率频率：大约100MHz到100GHz；大约100MHz到10GHz；大约1GHz到10GHz；以及大约2.4GHz±1GHz。

31、根据权利要求1所述的反应器，其中所述脉冲频率在以下范围中的至少一个中：大约0.1Hz到大约100MHz；大约10到大约10,000Hz；以及大约100到大约1000Hz。

32、根据权利要求1所述的反应器，其中所述占空因数在以下范围的至少一个中：大约0.001％到大约95％；以及大约0.1％到大约10％。

33、根据权利要求1所述的反应器，其中进入等离子体的脉冲的峰值功率密度在以下范围中的至少一个中：大约1W/cm³到1GW/cm³；大约10W/cm³到10MW/cm³；以及大约100W/cm³到10kW/cm³。

34、根据权利要求1所述的反应器，其中进入等离子体的脉冲的平均功率密度在以下范围中的至少一个中：大约0.001W/cm³到1kW/cm³；大约0.1W/cm³到100W/cm³；以及大约1W/cm³到10W/cm³的范围内。

35、根据权利要求1所述的反应器，包括电容和电感耦合射频(RF)等离子体电池中的至少一种，用于对原子氢进行催化以形成增强结合能氢物种和增强结合能氢化合物，该电池包括：具有腔的容器，该腔能够容纳真空或高于大气压的压力；原子氢源；用于形成等离子体的脉冲或间歇RF功率源；以及能够提供m/2·27.2±0.5eV的净反应焓的催化剂，其中m是整数，优选地，m是小于400的整数。

36、根据权利要求35所述的反应器，包括至少两个电极和脉冲或间歇RF生成器，其中所述RF功率源包括由该RF生成器驱动的这些电极。

37、根据权利要求35所述的反应器，包括：源线圈，位于电池壁的内部或外部，该电池壁允许RF功率耦合到形成在该电池中的等离子体；导电电池壁，其接地或浮动；以及n RF生成器，用于通过将RF功率电感地和电容地耦合到电池等离子体中的至少一种方式来驱动该线圈。

38、根据权利要求35所述的反应器，其中所述RF频率在以下范围中的至少一个中：大约100Hz到大约100MHz；大约1kHz到大约50MHz；以及大约13.56MHz±50MHz。

39、根据权利要求35所述的反应器，其中所述脉冲频率在以下范围中的至少一个中：大约0.1Hz到大约100MHz；大约10Hz到大约10MHz；以及大约100Hz到大约1MHz。

40、根据权利要求35所述的反应器，其中所述占空因数在以下范围中的至少一个中：大约0.001％到大约95％；以及大约0.1％到大约10％。

41、根据权利要求35所述的反应器，其中进入等离子体的脉冲的峰值功率密度在以下范围中的至少一个中：大约1W/cm³到1GW/cm³；大约10W/cm³到10MW/cm³；以及大约100W/cm³到10kW/cm³。

42、根据权利要求35所述的反应器，其中进入等离子体的脉冲的平均功率密度在以下范围中的至少一个中：大约0.001W/cm³到1kW/cm³；大约0.1W/cm³到100W/cm³；以及大约1W/cm³到10W/cm³。

43、根据权利要求1所述的反应器，包括电感耦合的等离子体源，其包括螺旋管形等离子体系统，例如美国专利No.6,150,628中公开的Astex公司的Astron系统。

44、根据权利要求43所述的反应器，包括螺旋管形等离子体系统，该螺旋管形等离子体系统包括变压器电路的初级。

45、根据权利要求44所述的反应器，还包括对所述变压器电路的初级进行驱动的射频电源。

46、根据权利要求44所述的反应器，其中所述等离子体是闭合回路，该闭合回路用作所述变压器电路的次级。

47、根据权利要求44所述的反应器，其中所述RF频率在以下范围中的至少一个中：大约100Hz到大约100GHz；大约100MHz；大约13.56MHz±50MHz；以及大约2.4GHz±1GHz。

48、根据权利要求44所述的反应器，其中所述脉冲频率在以下范围中的至少一个中：大约0.1Hz到大约100MHz；大约10Hz到大约10MHz；以及大约100Hz到大约1MHz。

49、根据权利要求44所述的反应器，其中所述占空因数在以下范围中的至少一个中：大约0.001％到大约95％；以及大约0.1％到大约10％。

50、根据权利要求44所述的反应器，其中进入等离子体的脉冲的峰值功率密度在以下范围中的至少一个中：大约1W/cm³到1GW/cm³；大约10W/cm³到10MW/cm³；以及大约100W/cm³到10kW/cm³。

51、根据权利要求44所述的反应器，其中进入等离子体的脉冲的平均功率密度在以下范围中的至少一个中：大约0.001W/cm³到1kW/cm³；大约0.1W/cm³到100W/cm³；以及大约1W/cm³到10W/cm³。

52、根据权利要求1所述的反应器，包括放电电池，其中放电电压在大约1000到大约50,000伏的范围内，并且间歇或脉冲放电电流在大约1μA到大约1A的范围内。

53、根据权利要求52所述的反应器，其中所述反应器在所述间歇或脉冲功率的非峰值功率相位期间具有偏置电压，该偏置电压在大约0.5到大约500V的范围内。

54、根据权利要求53所述的反应器，其中所述偏置电压被设置用来提供在以下范围中的至少一个中的场：大约0.1V/cm到大约50V/cm；以及大约1V/cm到大约10V/cm。

55、根据权利要求52所述的反应器，其中所述反应器具有在以下范围中的至少一个中的峰值电压：大约1V到10MV；大约10V到100kV；以及大约100V到500V。

56、根据权利要求52所述的反应器，其中在低场或非放电周期内的所需场强对催化剂和原子氢之间的能量匹配进行优化。

57、根据权利要求52所述的反应器，其中所述间歇或脉冲功率源还包括用于调整所述脉冲频率和占空因数以优化功率平衡的装置。

58、根据权利要求57所述的反应器，其中通过优化对于所述输入功率的反应速率来调整所述脉冲频率和占空因数，以优化所述功率平衡。

59、根据权利要求58所述的反应器，其中通过控制在低场或非放电周期内通过放电衰减而产生的催化剂和原子氢的量，优化对于输入功率的反应速率，来调整所述脉冲频率和占空因数，以优化功率平衡，其中浓度取决于所述脉冲频率、占空因数，以及等离子体衰减的速率。

60、根据权利要求59所述的反应器，其中从He⁺、Ne⁺和Ar⁺的组中选择所述催化剂。

61、根据权利要求52所述的反应器，其中所述间歇或脉冲频率为大约0.1Hz到大约100MHz。

62、根据权利要求52所述的反应器，其中所述间歇或脉冲频率比实际的原子氢复合为分子氢的时间更快。

63、根据权利要求52所述的反应器，其中所述间歇或脉冲频率在大约1到大约200Hz的范围内，所述占空因数在大约0.1％到大约95％的范围内。

64、根据权利要求52所述的反应器，其中所述间歇或脉冲占空因数为大约1％到大约50％。

65、根据权利要求52所述的反应器，其中所述功率可以采用交流电(AC)。

66、根据权利要求65所述的反应器，其中所述频率在以下范围中的至少一个中：大约0.001Hz到1GHz；大约60Hz到100MHz；以及大约10到100MHz。

67、根据权利要求66所述的反应器，包括两个电极，其中一个或更多个电极处于与等离子体直接接触以及通过电介质隔离物与等离子体分离的状态中的至少一种。

68、根据权利要求67所述的反应器，其中峰值电压在以下范围中的至少一个中：大约1V到10MV；大约10V到100kV；以及大约100V到500V。

69、根据权利要求67所述的隔离物电极等离子体电池，其中所述频率在以下范围中的至少一个中：大约100Hz到大约10GHz；大约1kHz到大约1MHz；以及大约5-10kHz。

70、根据权利要求67所述的隔离物电极等离子体电池，其中所述电压在以下范围中的至少一个中：大约100V到大约1MV；大约1kV到大约100kV；以及大约5到大约10kV。

71、根据权利要求1所述的反应器，包括脉冲等离子体电解电池，其中放电电压在大约1000到大约50,000伏特的范围内，并且流入电解液的放电电流在大约1μA/cm³到大约1A/cm³的范围内。

72、根据权利要求71所述的反应器，具有低于产生电解的偏置电压的偏置电压。

73、根据权利要求72所述的反应器，其中所述偏置电压在大约0.001到大约1.4V的范围内。

74、根据权利要求71所述的反应器，其中所述峰值电压在以下范围中的至少一个中：大约1V到大约10MV；大约2V到100kV；以及大约2V到1kV。

75、根据权利要求71所述的反应器，其中所述脉冲频率在以下范围中的至少一个中：大约0.1Hz到大约100MHz；以及大约1到大约200Hz。

76、根据权利要求71所述的反应器，其中所述占空因数在以下范围中的至少一个中：大约0.1％到大约95％；以及大约1％到大约50％。

77、根据权利要求1所述的反应器，包括灯丝电池，其中来自灯丝的场在脉冲期间从较高值到较低值交变。

78、根据权利要求77所述的反应器，其中峰值场在以下范围中的至少一个中：大约0.1V/cm到1000V/cm；以及大约1V/cm到10V/cm。

79、根据权利要求77所述的反应器，其中非峰值场在以下范围中的至少一个中：大约0.1V/cm到100V/cm；以及大约0.1V/cm到1V/cm。

80、根据权利要求77所述的反应器，其中所述脉冲频率在以下范围中的至少一个中：大约0.1Hz到大约100MHz；以及大约1到大约200Hz。

81、根据权利要求77所述的反应器，其中所述占空因数在以下范围中的至少一个中：大约0.1％到大约95％；以及大约1％到大约50％。

82、根据权利要求1所述的反应器中产生的化合物，包括：

(a)至少一种中性的、正的或负的增强结合能氢物种，其具有下述的结合能

(i)该结合能大于对应的普通氢物种的结合能，或者

(ii)该结合能大于下述的任意氢物种的结合能，该氢物种的对应普通氢物种不稳定或观察不到，因为这些普通氢物种的结合能小于环境条件的热能或者为负；以及

(b)至少一种其他元素。

83、根据权利要求82所述的化合物，其特征在于，所述增强结合能氢物种是从由H_n、H_n ^-以及H_n ⁺构成的组中选择的，其中n是正整数，并且当附带条件是H具有正电荷时n大于1。

84、根据权利要求82所述的化合物，其特征在于，所述增强结合能氢物种是从以下组中选择的：(a)具有下述结合能的氢阴离子，该结合能大于p＝2至23的普通氢阴离子的结合能(大约0.8eV)，该结合能表示为

其中p是大于1的整数，s＝1/2，π是圆周率，

是普朗克常数，μ₀是真空的磁导率，m_e是电子的质量，μ_e是由 ${\mathrm{\μ}}_e=\frac{m_e{m}_p}{\frac{m_e}{\sqrt{\frac{3}{4}}}+m_p}$ 给出的减小的电子质量，其中m_p是质子的质量，a_H是氢原子的半径，a₀是波尔半径，而e是基本电荷；(b)结合能高于大约13.6eV的氢原子；(c)第一结合能高于大约15.3eV的氢分子；以及(d)结合能高于大约16.3eV的分子氢离子。

85、根据权利要求84所述的化合物，其特征在于，所述增强结合能氢物种是结合能为大约3、6.6、11.2、16.7、22.8、29.3、36.1、42.8、49.4、55.5、61.0、65.6、69.2、71.6、72.4、71.6、68.8、64.0、56.8、47.1、34.7、19.3和0.69eV的氢阴离子。

86、根据权利要求82所述的化合物，其特征在于，所述增强结合能氢物种是具有以下结合能的氢阴离子：

其中p是大于1的整数，s＝1/2，π是圆周率， 是普朗克常数，μ₀是真空的磁导率，m_e是电子的质量，μ_e是由 ${\mathrm{\μ}}_e=\frac{m_e{m}_p}{\frac{m_e}{\sqrt{\frac{3}{4}}}+m_p}$ 给出的减小的电子质量，其中m_p是质子的质量，a_H是氢原子的半径，a₀是波尔半径，而e是基本电荷。

87、根据权利要求82所述的化合物，其特征在于，所述增强结合能氢物种是从以下组中选择的：

(a)具有大约

的结合能的氢原子，其中p是整数；

(b)具有大约下述结合能的增强结合能氢阴离子(H^-)

其中p是大于1的整数，s＝1/2，π是圆周率， 是普朗克常数，μ₀是真空的磁导率，m_e是电子的质量，μ_e是由 ${\mathrm{\μ}}_e=\frac{m_e{m}_p}{\frac{m_e}{\sqrt{\frac{3}{4}}}+m_p}$ 给出的减小的电子质量，其中m_p是质子的质量，a_H是氢原子的半径，a₀是波尔半径，而e是基本电荷；

(c)增强结合能氢物种H₄ ⁺(1/p)；

(d)增强结合能氢物种三氢分子离子，H₃ ⁺(1/p)，具有大约 的结合能，其中p是整数；

(e)具有大约 的结合能的增强结合能氢分子；

(f)具有大约

的结合能的增强结合能氢分子离子；

(g)H₂ ⁺(1/p)；以及

(h)H₂(1/p)。

88、根据权利要求1所述的反应器，其中所述催化剂包括提供下述净焓的化学或物理处理：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数。

89、根据权利要求1所述的反应器，其中所述催化剂与该催化剂的谐振状态能级相对应地提供下述的净焓：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数，其中激发该催化剂以提供该焓。

90、根据权利要求89所述的反应器，其中优选地，m是小于400的整数。

91、根据权利要求1所述的反应器，其中通过从诸如原子、离子、分子，以及离子或分子化合物的参与物种将t个电子电离到连续能级，以使得该t个电子的电离能的总和近似为下述的值，来提供催化剂系统：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数，并且t是整数。

92、根据权利要求91所述的反应器，其中优选地，m是小于400的整数。

93、根据权利要求1所述的反应器，其中通过在参与离子之间迁移t个电子来提供所述催化剂；t个电子从一个离子到另一个离子的迁移提供了净反应焓，从而提供电子的离子的电离能与接收电子的离子的电离能之差的总和近似等于下述的值：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数，并且t是整数。

94、根据权利要求93所述的反应器，其中优选地，m是小于400的整数。

95、根据权利要求1所述的反应器，其中所述催化剂包括He⁺，其在从n＝1能级跃迁到n＝2能级的过程中吸收了40.8eV，这与3/2·27.2eV(m＝3)相对应，并用作用于使原子氢从n＝1(p＝1)状态跃迁到n＝1/2(p＝2)状态的催化剂。

96、根据权利要求1所述的反应器，其中所述催化剂包括Ar²⁺，其在原子氢从n＝1(p＝1)能级跃迁到n＝1/2(p＝2)能级的过程中吸收40.8eV，并被电离为Ar³⁺，这与3/2·27.2eV(m＝3)相对应。

97、根据权利要求1所述的反应器，其中所述催化剂是从以下组中选择的：Li、Be、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Kr、Rb、Sr、Nb、Mo、Pd、Sn、Te、Cs、Ce、Pr、Sm、Gd、Dy、Pb、Pt、2K⁺、He⁺、Na⁺、Rb⁺、Sr⁺、Fe³⁺、Mo²⁺、Mo⁴⁺以及In³⁺。

98、根据权利要求1所述的反应器，其中所述原子氢的催化剂能够提供下述的净焓：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数，并且能够形成具有大约 的结合能的氢原子，其中p是整数，其中通过断开催化剂的分子键以及将来自所断开分子的原子的t个电子分别电离到连续能级，以使结合能与t个电子的电离能的总和近似为下述的值，来提供该净焓：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数。

99、根据权利要求1所述的反应器，其中所述催化剂包括C₂、N₂、O₂、CO₂、NO₂和NO₃中的至少一种。

100、根据权利要求1所述的反应器，其中所述催化剂包括与离子或原子催化剂组合的分子。

101、根据权利要求100所述的反应器，其中所述催化剂包括从C₂、N₂、O₂、CO₂、NO₂和NO₃的组中选择的至少一种分子，该分子与从以下组中选择的至少一种原子或离子组合：Li、Be、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Kr、Rb、Sr、Nb、Mo、Pd、Sn、Te、Cs、Ce、Pr、Sm、Gd、Dy、Pb、Pt、Kr、2K⁺、He⁺、Na⁺、Rb⁺、Sr⁺、Fe³⁺、Mo²⁺、Mo⁴⁺、In³⁺、He⁺、Ar⁺、Xe⁺、Ar²⁺和H⁺，以及Ne⁺和H⁺。

102、根据权利要求1所述的反应器，其中所述催化剂包括氖激态分子，Ne₂ ^*，其吸收27.21eV并被电离为2N_e ⁺，以对原子氢从(p)能级到(p+1)能级的跃迁进行催化，该跃迁由下式给出

并且，总反应为

103、根据权利要求1所述的反应器，其中所述催化剂包括氦激态分子，He₂ ^*，其吸收27.21eV并被电离为2H_e ⁺，以对原子氢从(p)能级到(p+1)能级的跃迁进行催化，该跃迁由下式给出

并且，总反应为

104、根据权利要求1所述的反应器，其中所述催化剂包括两个氢原子，其吸收27.21eV并被电离为2H⁺，以对原子氢从(p)能级到(p+1)能级的跃迁进行催化，该跃迁由下式给出

并且，总反应为

105、根据权利要求1所述的反应器，其中在所述原子氢的催化剂歧化反应中，可以将低能氢原子、hydrino用作催化剂，因为hydrino原子的亚稳激发、谐振激发，以及电离能中的每一个都是m×27.2eV。

106、根据权利要求105所述的反应器，其中受到第二hydrino原子影响的第一hydrino原子的到低能状态的催化反应涉及m个退化多极的原子之间的谐振耦合，该m个退化多极分别具有27.21eV的势能。

107、根据权利要求105所述的反应器，其中从所述第一hydrino原子到所述第二hydrino原子的m×27.2eV的能量迁移使得所述第一原子的中心场增大了m倍，并且其电子从半径 到半径

降低了m级。

108、根据权利要求105所述的反应器，其中第二相互作用低能氢被激发至亚稳态、被激发至谐振态，或者通过谐振能量迁移而电离。

109、根据权利要求105所述的反应器，其中所述谐振迁移可以多级的方式产生。

110、根据权利要求109所述的反应器，其中可以产生通过多级耦合进行的非辐射迁移，其中第一原子的中心场增大了m倍，然后通过进一步的谐振能量迁移，该第一原子的电子从半径 到半径

降低了m级。

111、根据权利要求105所述的反应器，其中可以通过类似于涉及激发到虚拟能级的光子吸收的机制来产生通过多级耦合迁移的能量。

112、根据权利要求105所述的反应器，其中可以通过类似于涉及到虚拟能级的第一激发和到谐振或连续能级的第二激发的两个光子吸收的机制产生第一hydrino原子的电子跃迁过程中的通过多级耦合迁移的能量。

113、根据权利要求1所述的反应器，其中利用hydrino催化剂，通过m·27.21eV的多级谐振迁移以及具有在 中激发的 谐振态的[(p′)²-(p′-m′)²]×13.6eV-m·27.2eV的迁移引起的 到

的跃迁的催化剂反应表示如下

其中p、p′、m、m′是整数。

114、根据权利要求1所述的反应器，其中，在利用hydrino催化剂的催化剂反应中，具有初始低能态量子数p和半径

的hydrino原子可以通过与下述的hydrino原子的反应而跃迁到具有低能态量子数(p+m)和半径

的状态，该hydrino原子具有初始低能态量子数m′、初始半径

以及最终半径a_H，该最终半径a_H提供下述的净焓：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数。

115、根据权利要求114所述的反应器，其中氢类原子

与氢类原子

的催化剂反应可以下式表示，其中

是通过谐振能量迁移导致跃迁反应而电离的，

并且，总反应为

116、根据权利要求1所述的反应器，其中所述催化剂包括第一催化剂和第二催化剂源的混合物。

117、根据权利要求116所述的反应器，其中所述第一催化剂通过第二催化剂源产生第二催化剂。

118、根据权利要求117所述的反应器，其中通过由第一催化剂进行的氢催化反应释放的能量在能量电池中产生等离子体。

119、根据权利要求117所述的反应器，其中通过由第一催化剂进行的氢催化反应释放的能量对第二催化剂源进行电离，以产生第二催化剂。

120、根据权利要求116所述的反应器，其中所述第一催化剂与该催化剂的谐振状态能级相对应地提供下述的净焓：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数，其中该催化剂被激发而提供该焓。

121、根据权利要求116所述的反应器，其中所述第二催化剂是从氦、氖或氩的组中选择的，并且所述第二催化剂是从He⁺、Ne⁺和Ar⁺的组中选择的，其中该催化剂离子是通过由所述第一催化剂进行的氢催化反应而产生的等离子体从对应的原子产生的。

122、根据权利要求1所述的反应器，其中所述电池包括以下组中的至少一种：微波电池、等离子体焰炬电池、射频(RF)电池、辉光放电电池、隔离物电极电池、等离子体电解电池、高压气体电池、灯丝电池或者rt等离子体电池、以及辉光放电电池、微波电池和/或RF等离子体电池的组合。

123、根据权利要求1所述的反应器，包括：具有腔的容器，该腔能够容纳真空或大于大气压的压力；原子氢源，包括用于将分子氢分离为原子氢的装置；以及用于对催化剂源进行加热的装置，该催化剂能够提供下述的净焓：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数。

124、根据权利要求1所述的反应器，其中所述原子氢源包括氢分离器。

125、根据权利要求124所述的反应器，其中所述氢分离器包括灯丝。

126、根据权利要求125所述的反应器，其中所述灯丝包括钨灯丝。

127、根据权利要求124所述的反应器，还包括用于加热催化剂以形成气态催化剂的加热器。

128、根据权利要求127所述的反应器，其中所述催化剂包括钾、铷、铯以及锶金属、硝酸盐，或者碳酸盐中的至少一种。

129、根据权利要求1所述的反应器，还包括氢供应管和氢供应通道，用于向所述容器供应氢气。

130、根据权利要求1所述的反应器，还包括氢流量控制器和阀，用于控制氢到所述腔的流量。

131、根据权利要求1所述的反应器，包括等离子体气体、等离子体气体源，以及等离子体气体通道。

132、根据权利要求1所述的反应器，包括管路、阀，以及流量调节器，以使等离子体气体经由等离子体气体通道从等离子体气体源流入所述容器。

133、根据权利要求1所述的反应器，其中等离子体气体流量控制器和控制阀控制等离子体气体到所述容器的流量。

134、根据权利要求1所述的反应器，还包括氢-等离子体-气体混合器以及混合物流量调节器。

135、根据权利要求1所述的反应器，还包括氢-等离子体-气体混合物、氢-等离子体-气体混合器，以及混合物流量调节器，用于对混合物的组成及其到所述容器的流量进行控制。

136、根据权利要求1所述的反应器，还包括用于使氢-等离子体-气体混合物流入所述容器的通道。

137、根据权利要求136所述的反应器，其中所述等离子体气体包括氦、氖或氩的组中的至少一种。

138、根据权利要求136所述的反应器，其中所述等离子体气体是从He⁺、Ne⁺和Ar⁺的组中选择的催化剂源。

139、根据权利要求1所述的反应器，其中所述等离子体气体是催化剂源，并且氢-等离子体-气体混合物流入等离子体中，并且在所述容器中变成为催化剂和原子氢。

140、根据权利要求1所述的反应器，还包括真空泵和真空管路。

141、根据权利要求140所述的反应器，其中所述真空泵通过所述真空管路排空容器。

142、根据权利要求1所述的反应器，还包括气流装置，用于使所述反应器在从催化剂源和氢源连续地提供氢和催化剂的流条件下工作。

143、根据权利要求1所述的反应器，还包括：催化剂贮存器；以及催化剂供应通道，用于从该贮存器向所述容器传送气态催化剂。

144、根据权利要求1所述的反应器，还包括催化剂贮存器加热器和电源，用于对催化剂贮存器中的催化剂进行加热以提供气态催化剂。

145、根据权利要求144所述的反应器，其中所述催化剂贮存器加热器包括温度控制装置，其中通过控制所述催化剂贮存器的温度来控制催化剂的蒸汽压力。

146、根据权利要求1所述的反应器，其中所述催化剂是从以下组中选择的一种：Li、Be、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Kr、Rb、Sr、Nb、Mo、Pd、Sn、Te、Cs、Ce、Pr、Sm、Gd、Dy、Pb、Pt、He⁺、Na⁺、Rb⁺、Sr⁺、Fe³⁺、Mo²⁺、Mo⁴⁺、K⁺/K⁺以及In³⁺。

147、根据权利要求1所述的反应器，还包括抗化学开放容器，例如位于容纳有所述催化剂的容器内部的陶瓷船形器皿。

148、根据权利要求1所述的反应器，还包括加热器，用于保持高的电池温度，以使所述船形器皿中的催化剂升华、沸腾，或者挥发为气相。

149、根据权利要求148所述的反应器，其中所述催化剂船形器皿还包括：船形器皿加热器；以及电源，用于对所述催化剂船形器皿中的催化剂进行加热，以向所述容器提供气态催化剂。

150、根据权利要求149所述的反应器，其中所述催化剂船形器皿加热器包括温度控制装置，其中通过控制所述催化剂船形器皿的温度来控制催化剂的蒸汽压力。

151、根据权利要求1所述的反应器，还包括低能氢物种和低能氢化合物阱。

152、根据权利要求1所述的反应器，还包括真空泵，该真空泵与所述阱连通，以产生从所述容器到该阱的压力梯度，从而导致气流以及低能氢物种或低能氢化合物的传送。

153、根据权利要求1所述的反应器，还包括从所述容器到所述阱的通道，以及从该阱到所述泵的真空管路，并且还包括抵达和来自所述阱的阀。

154、根据权利要求1所述的反应器，其中所述容器包括不锈钢合金电池、钼电池、钨电池、玻璃、石英或者陶瓷电池。

155、根据权利要求1所述的反应器，还包括吸气器、雾化器或喷雾器的组中的至少一个，以形成催化剂源的气雾。

156、根据权利要求1所述的反应器，其中所述吸气器、雾化器或喷雾器将催化剂源或者催化剂直接注入到等离子体中。

157、根据权利要求1所述的反应器，还包括：等离子体气体；以及催化剂，该催化剂从源发出并通过流动气流提供到所述容器。

158、根据权利要求157所述的反应器，其中所述流动气流包括氢气或等离子体气体，其可以是催化剂的附加源。

159、根据权利要求158所述的反应器，其中催化剂的所述附加源包括氦、氖或氩。

160、根据权利要求1所述的反应器，其中所述催化剂溶解或悬浮在诸如水的液态介质中，并使溶液或悬浮液雾化。

161、根据权利要求160所述的反应器，其中所述介质容纳在所述催化剂贮存器中。

162、根据权利要求160所述的反应器，其中通过承载气体将包含催化剂的所述溶液和悬浮液传送至所述容器。

163、根据权利要求162所述的反应器，其中所述承载气体包括氢、氦、氖或氩的组中的至少一种。

164、根据权利要求162所述的反应器，其中所述承载气体包括用作催化剂的源并且由等离子体电离以形成催化剂He⁺、Ne⁺和Ar⁺中的至少一种的氦、氖或氩的组中的至少一个。

165、根据权利要求1所述的反应器，其中非热能等离子体温度保持在5,000～5,000,000℃的范围内。

166、根据权利要求1所述的反应器，其中电池温度保持为高于所述催化剂贮存器的温度，该催化剂贮存器用作催化剂的可控制源。

167、根据权利要求1所述的反应器，其中电池温度保持为高于所述催化剂船形器皿的温度，该催化剂船形器皿用作催化剂的可控制源。

168、根据权利要求1所述的反应器，其中不锈钢合金电池优选地保持在0～1200℃的温度范围内。

169、根据权利要求1所述的反应器，其中钼电池优选地保持在0～1800℃的温度范围内。

170、根据权利要求1所述的反应器，其中钨电池优选地保持在0～3000℃的温度范围内。

171、根据权利要求1所述的反应器，其中玻璃、石英或者陶瓷电池优选地保持在0～1800℃的温度范围内。

172、根据权利要求1所述的反应器，其中所述容器中的分子和原子氢分压保持在1毫托到100个大气压的范围内。

173、根据权利要求1所述的反应器，其中所述容器中的分子和原子氢分压保持在100毫托到20托的范围内。

174、根据权利要求1所述的反应器，其中所述容器中的催化剂分压保持在1毫托到100个大气压的范围内。

175、根据权利要求1所述的反应器，其中所述容器中的催化剂分压保持在100毫托到20托的范围内。

176、根据权利要求1所述的反应器，其中等离子体气体的流速为0.00000001至1标准公升每分钟每cm³容器体积。

177、根据权利要求1所述的反应器，其中等离子体气体的流速为0.001至10sccm每cm³容器体积。

178、根据权利要求1所述的反应器，其中氢气的流速为0.00000001至1标准公升每分钟每cm³容器体积。

179、根据权利要求1所述的反应器，其中氢气的流速为0.001至10sccm每cm³容器体积。

180、根据权利要求179所述的反应器，其中所述氢-等离子体-气体混合物包括从氦、氖和氩中选择的一种，包括99到1％范围内的等离子体气体成分。

181、根据权利要求179所述的反应器，其中所述氢-等离子体-气体混合物包括从氦、氖和氩中选择的一种，包括99到95％范围内的等离子体气体成分。

182、根据权利要求179所述的反应器，其中氢-等离子体-气体混合物的流速为0.00000001至1标准公升每分钟每cm³容器体积。

183、根据权利要求179所述的反应器，其中氢-等离子体-气体混合物的流速为0.001至10sccm每cm³容器体积。

184、根据权利要求1所述的反应器，还包括选择性阀，用于去除低能氢产物。

185、根据权利要求1所述的反应器，其中被选择性去除的低能氢产物包括dihydrino分子。

186、根据权利要求1所述的反应器，还包括冷却壁或低温冷阱，增强结合能氢化合物和dihydrino气体中的至少一种被低温泵抽吸到该冷却壁或低温冷阱。

187、根据权利要求1所述的反应器，包括以下组中的至少一种：rt等离子体电池和等离子体电解反应器、隔离物电极反应器、RF等离子体反应器、高压气体能量反应器、气体放电能量反应器、微波电池能量反应器，以及辉光放电电池以及微波和/或RF等离子体反应器的组合，其中提供给所述电池的功率是脉冲的或间歇的。

188、根据权利要求187所述的反应器，其中交变功率的频率可以在以下范围中的至少一个中：大约0.001Hz到100GHz；大约60Hz到10GHz；以及大约10MHz到10GHz。

189、根据权利要求187所述的反应器，还包括两个电极，其中一个或更多个电极处于与等离子体直接接触或者通过电介质隔离物与等离子体分离的状态中的至少一种，其中峰值电压可以在以下范围中的至少一个中：大约1V到10MV；大约10V到100kV；以及大约100V到500V。

190、根据权利要求189所述的反应器，还包括用于向等离子体传送功率的至少一个天线。

191、根据权利要求1所述的反应器，其中所述电池包括辉光放电电池，其包括：具有腔的容器，该腔能够容纳真空或高于大气压的压力；原子氢源；阴极；阳极；用于产生辉光放电等离子体的放电功率源；原子氢源；催化剂源；以及真空泵。

192、根据权利要求191所述的反应器，其中放电电流是间歇的或脉冲的。

193、根据权利要求192所述的反应器，其中偏置电压在0.5到500V之间，或者该偏置电压被设置用来提供1V/cm到10V/cm的场。

194、根据权利要求192所述的反应器，其中所述脉冲频率在0.1Hz到100MHz之间，而占空因数在0.1％到95％之间。

195、根据权利要求191所述的反应器，包括中空阴极，其包括化合物电极，该化合物电极包括串联或并联的多个电极，这些电极可以占据所述反应器的体积的大部分。

196、根据权利要求195所述的反应器，包括并联的多个中空阴极，以在大体积中产生所需电场，以产生足够的功率电平。

197、根据权利要求196所述的反应器，包括阳极和以下组中的至少一个：多个同轴中空阴极，其分别与公共阳极电隔离；以及串联连接的多个平行板电极。

198、根据权利要求191所述的反应器，其中放电电压在以下范围中的至少一个中：大约1000到大约50,000伏特；电流在以下范围中的至少一个中：大约1μA到大约1A；以及大约1mA。

199、根据权利要求191所述的反应器，其中所述功率采取交流电(AC)。

200、根据权利要求199所述的反应器，其中所述频率在以下范围中的至少一个中：大约0.001Hz到1GHz；大约60Hz到100MHz；以及大约10到100MHz。

201、根据权利要求199所述的反应器，包括两个电极，其中一个或更多个电极与所述等离子体直接接触。

202、根据权利要求201所述的反应器，其中峰值电压至少在以下范围中：大约1V到10MV；大约10V到100V；以及大约100V到500V。

203、根据权利要求191所述的反应器，包括间歇或脉冲电流，其中偏置电压为大约0.5到大约500V的范围内的至少一种，设置该偏置电压以提供大约0.1V/cm到大约50V/cm的场，以及提供大约1V/cm到大约10V/cm之间的场；峰值电压在以下范围中的至少一个中：大约1V到10MV；大约10V到100kV；以及大约100V到500V；脉冲频率在大约1到大约200Hz的范围内，而占空因数在以下范围中的至少一个中：大约0.1％到大约95％；以及大约1％到大约50％。

204、根据权利要求1所述的反应器，其中所述电池包括微波等离子体形成气体电池，其包括：具有腔的容器，该腔能够容纳真空或高于大气压的压力；原子氢源，包括分子氢的等离子体离解；微波功率源；以及能够提供下述净焓的催化剂源：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数。

205、根据权利要求204所述的反应器，其中所述微波功率源是微波生成器、可调谐微波腔、波导，以及RF透明窗。

206、根据权利要求204所述的反应器，其中所述微波功率源是微波产生器、可调谐微波腔、波导，以及天线。

207、根据权利要求204所述的反应器，其中微波由可调谐微波腔进行调谐，由波导来承载，并且通过RF透明窗传送到所述容器。

208、根据权利要求204所述的反应器，其中微波由可调谐微波腔进行调谐，由波导来承载，并且通过天线传送到所述容器。

209、根据权利要求208所述的反应器，其中所述波导位于所述电池的内部或者外部。

210、根据权利要求208所述的反应器，其中所述天线位于所述电池的内部或者外部。

211、根据权利要求204所述的反应器，其中所述微波生成器包括以下组中的至少一种：行波管、速调管、磁电管、回旋加速器谐振微波激射器、振动陀螺仪，以及自由电子激光器。

212、根据权利要求205所述的反应器，其中所述微波窗包括氧化铝或石英窗。

213、根据权利要求204所述的反应器，其中所述容器是微波谐振腔。

214、根据权利要求204所述的反应器，其中所述腔是以下组中的至少一种：Evenson、Beenakker、McCarrol，以及圆柱形腔。

215、根据权利要求204所述的反应器，包括容器，该容器包括：腔，该腔是凹角微波腔；以及对该凹角微波腔中的等离子体进行激发的微波功率源。

216、根据权利要求215所述的反应器，其中所述凹角腔是Evenson微波腔。

217、根据权利要求204所述的反应器，其中选择微波功率源的微波频率，以通过分子氢有效地形成原子氢。

218、根据权利要求204所述的反应器，其中选择微波功率源的微波频率，以通过催化剂源有效地形成用作催化剂的离子。

219、根据权利要求218所述的反应器，其中所述催化剂源和催化剂分别包括氦、氖和氩，以及He⁺、Ne⁺和Ar⁺。

220、根据权利要求204所述的反应器，其中所述微波功率源的微波频率在1MHz到100GHz的范围内。

221、根据权利要求204所述的反应器，其中所述微波功率源的微波频率在50MHz到10GHz的范围内。

222、根据权利要求204所述的反应器，其中所述微波功率源的微波频率在75MHz±50MHz的范围内。

223、根据权利要求204所述的反应器，其中所述微波功率源的微波频率在2.4GHz±1GHz的范围内。

224、根据权利要求204所述的反应器，其中所述催化剂是原子氢，其中氢微波等离子体的氢压力在以下范围中的至少一个中：大约1毫托到大约100个大气压；大约100毫托到大约1个大气压；以及大约100毫托到大约10托，微波功率密度为大约0.01W到大约100W/cm³容器体积中的至少一个，而氢流速在以下范围中的至少一个中：大约0至1标准公升每分钟每cm³容器体积；以及大约0.001至10sccm每cm³容器体积。

225、根据权利要求204所述的反应器，其中所述等离子体功率源的功率密度为0.01W到100W/cm³容器体积。

226、根据权利要求204所述的反应器，其中所述电池是微波谐振腔。

227、根据权利要求204所述的反应器，其中所述微波源向所述电池提供足够的微波功率密度，以对催化剂源进行电离从而形成催化剂。

228、根据权利要求227所述的反应器，其中所述催化剂源包括氦、氖或氩中的至少一种，分别用于形成诸如He⁺、Ne⁺和Ar⁺的催化剂。

229、根据权利要求204所述的反应器，其中所述微波功率源形成非热能等离子体。

230、根据权利要求229所述的反应器，其中所述微波功率源或施加器是天线、波导或腔。

231、根据权利要求227所述的反应器，其中所述微波功率源形成非热能等离子体。

232、根据权利要求231所述的反应器，其中所述微波功率源或施加器是天线、波导或腔。

233、根据权利要求232所述的反应器，其中与所述催化剂源相对应的物种具有比热平衡温度更高的温度。

234、根据权利要求233所述的反应器，其中所述催化剂源包括从氦、氖和氩原子的组中选择的至少一种。

235、根据权利要求234所述的反应器，其中与其中氢的激发态占主导地位的对应热能等离子体相比，诸如催化剂源的电离状态的较高能态相对于氢的能态占主导地位。

236、根据权利要求204所述的反应器，包括多个微波功率源。

237、根据权利要求236所述的反应器，其中同时使用所述多个微波源。

238、根据权利要求247所述的反应器，其中所述多个微波源包括Evenson腔。

239、根据权利要求204所述的反应器，其中所述反应器形成由并行工作的多个Evenson腔保持的非热能等离子体。

240、根据权利要求239所述的反应器，其中所述反应器是圆柱形的，并且包括石英电池，该石英电池具有沿纵轴间隔设置的多个Evenson腔。

241、根据权利要求204所述的反应器，其中交变功率的频率在以下范围中的至少一个中：大约100MHz到100GHz；大约100MHz到10GHz；大约1GHz到10GHz；以及大约2.4GHz±1GHz；脉冲频率在以下范围中的至少一个中：大约0.1Hz到大约100MHz；大约10到大约10,000Hz；以及大约100到大约1000Hz；占空因数在以下范围中的至少一个中：大约0.001％到大约95％；以及大约10％；进入等离子体的脉冲的峰值功率密度在以下范围中的至少一个中：大约1W/cm³到1GW/cm³；大约10W/cm³到10MW/cm³；以及大约100W/cm³到10kW/cm³；进入等离子体的平均功率密度在以下范围中的至少一个中：大约0.001W/cm³到1kW/cm³；大约0.1W/cm³到100W/cm³；以及大约1W/cm³到10W/cm³。

242、根据权利要求241所述的反应器，其中所述微波源包括以下组中的至少一个：行波管、速调管、磁电管、回旋加速器谐振微波激射器、振动陀螺仪，以及自由电子激光器。

243、根据权利要求241所述的反应器，其中使用放大器来放大功率。

244、根据权利要求241所述的反应器，其中所述脉冲微波功率源包括施加脉冲高电压的磁电管以及施加脉冲磁电管电流的磁电管中的至少一种，该脉冲磁电管电流可以通过来自诸如电子枪的电子源的电子脉冲来提供。

245、根据权利要求1所述的反应器，包括RF等离子体形成气体电池，其包括：容器；来自分子氢的RF等离子体离解的原子氢源；RF功率源；以及催化剂，其能够提供下述的净焓：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数。

246、根据权利要求245所述的反应器，其中所述RF功率被电容或电感地耦合到所述电池。

247、根据权利要求245所述的反应器，还包括两个电极。

248、根据权利要求245所述的反应器，包括同轴电缆，该同轴电缆通过同轴中心导体连接到带电电极。

249、根据权利要求245所述的反应器，包括同轴中心导体，该同轴中心导体连接到缠绕在所述电池周围的外部源线圈。

250、根据权利要求249所述的反应器，其中连接到缠绕在所述电池周围的外部源线圈的同轴中心导体在没有接地的情况下终止。

251、根据权利要求249所述的反应器，其中与缠绕在所述电池周围的外部源线圈相连的同轴中心导体接地。

252、根据权利要求251所述的反应器，包括两个电极，其中这些电极为平行板。

253、根据权利要求252所述的反应器，其中所述平行板电极之一带电，而另一个接地。

254、根据权利要求247所述的反应器，其中所述电池包括气态电子研讨会(GEC)基准电池或其变型。

255、根据权利要求245所述的反应器，其中RF功率为13.56MHz。

256、根据权利要求249所述的反应器，其中缠绕有外部线圈的电池的至少一个壁对于RF激发至少部分透明。

257、根据权利要求245所述的反应器，其中RF频率优选地在大约100Hz到大约100GHz的范围内。

258、根据权利要求245所述的反应器，其中RF频率优选地在大约1kHz到大约100MHz的范围内。

259、根据权利要求245所述的反应器，其中RF频率优选地在大约13.56MHz±50MHz或大约2.4GHz±1GHz的范围内。

260、根据权利要求1所述的反应器，包括电感耦合的螺旋管形等离子体电池，其包括：容器；包括分子氢的RF等离子体离解的原子氢源；RF功率源；以及催化剂，该催化剂能够提供下述的净焓：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数。

261、根据权利要求260所述的反应器，包括美国专利No.6,150,628中所述的Astex公司的Astron系统。

262、根据权利要求260所述的反应器，包括变压器电路的初级。

263、根据权利要求260所述的反应器，包括由射频电源驱动的变压器电路的初级。

264、根据权利要求260所述的反应器，包括变压器电路的初级，其中所述等离子体是闭合回路，用作所述变压器电路的次级。

265、根据权利要求260所述的反应器，其中RF频率在大约100Hz到大约100GHz的范围内。

266、根据权利要求260所述的反应器，其中RF频率在大约1kHz到大约100MHz的范围内。

267、根据权利要求260所述的反应器，其中RF频率在大约13.56MHz±50MHz或大约2.4GHz±1GHz的范围内。

268、根据权利要求245所述的反应器，其中RF功率的频率在以下范围中的至少一个中：大约100Hz到大约100MHz；大约1kHz到大约50MHz；以及大约13.56MHz±50MHz；脉冲频率在以下范围中的至少一个中：大约0.1Hz到大约100MHz；大约10Hz到大约10MHz；以及大约100Hz到大约1MHz；占空系数在以下范围中的至少一个中：大约0.001％到大约95％；以及大约0.1％到大约10％；进入等离子体的脉冲的峰值功率密度在以下范围中的至少一个中：大约1W/cm³到1GW/cm³；大约10W/cm³到10MW/cm³；以及大约100W/cm³到10kW/cm³；进入等离子体的平均功率密度在以下范围中的至少一个中：大约0.001W/cm³到1kW/cm³；大约0.1W/cm³到100W/cm³；以及大约1W/cm³到10W/cm³。

269、根据权利要求1所述的反应器，其中所述电池包括等离子体形成电解电池，其包括：容器；阴极；阳极；电解液；高压电解电源；以及催化剂，该催化剂能够提供下述的净焓：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数。

270、根据权利要求269所述的反应器，其中所述电压在10～50kV的范围内，而所述电流密度在1到100A/cm²的范围内。

271、根据权利要求269所述的反应器，其中所述阴极包括钨。

272、根据权利要求269所述的反应器，其中所述阳极包括铂。

273、根据权利要求269所述的反应器，其中所述催化剂包括从以下组中选择的至少一种：Li、Be、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Kr、Rb、Sr、Nb、Mo、Pd、Sn、Te、Cs、Ce、Pr、Sm、Gd、Dy、Pb、Pt、He⁺、Na⁺、Rb⁺、Sr⁺、Fe³⁺、Mo²⁺、Mo⁴⁺、K⁺/K⁺以及In³⁺。

274、根据权利要求269所述的反应器，其中所述催化剂由催化剂源形成。

275、根据权利要求274所述的反应器，其中所述催化剂源包括从以下组中选择的至少一种：Li、Be、K、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Kr、Rb、Sr、Nb、Mo、Pd、Sn、Te、Cs、Ce、Pr、Sm、Gd、Dy、Pb、Pt、He⁺、Na⁺、Rb⁺、Sr⁺、Fe³⁺、Mo²⁺、Mo⁴⁺、In³⁺以及K⁺/K⁺。

276、根据权利要求275所述的反应器，其中等离子体电解放电电压在大约1000到大约50,000伏特的范围内，进入电解液的电流在下述范围中的至少一个中：大约1μA/cm³到大约1A/cm³；以及大约1mA/cm³，偏置电压低于下述的电压，该电压产生电解，例如在大约0.001到大约1.4V的范围内，峰值电压在以下范围中的至少一个中：大约1V到大约10MV；大约2V到100kV；以及大约2V到1kV，脉冲频率在以下范围中的至少一个中：大约0.1Hz到大约100MHz；以及大约1到大约200Hz，占空因数在以下范围中的至少一个中：大约0.1％到大约95％；以及大约1％到大约50％。

277、根据权利要求1所述的反应器，其中所述电池包括射频(RF)隔离物电极放电电池，其包括：容器；来自分子氢的RF等离子体离解的原子氢源；RF功率源；阴极；阳极；以及催化剂，该催化剂能够提供下述的净焓：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数。

278、根据权利要求277所述的反应器，其中所述阴极和阳极中的至少一个由电介质隔离物屏蔽。

279、权利要求278的所述电介质隔离物，包括玻璃、石英、氧化铝以及陶瓷的组中的至少一种。

280、根据权利要求277所述的反应器，其中所述RF功率可以电容地耦合到所述电池。

281、根据权利要求277所述的反应器，其中所述电极在电池的外部。

282、根据权利要求277所述的反应器，其中电介质层使所述电极与电池壁分离。

283、根据权利要求277所述的反应器，其中高驱动电压可以是交流的，并且可以是高频的。

284、根据权利要求277所述的反应器，其中所述RF功率源包括驱动电路，该驱动电路包括能够提供RF的高压功率源以及阻抗匹配电路。

285、根据权利要求277所述的反应器，其中所述频率在100Hz到10GHz的范围内。

286、根据权利要求277所述的反应器，其中所述频率在1kHz到1MHz的范围内。

287、根据权利要求277所述的反应器，其中所述频率在5～10kHz的范围内。

288、根据权利要求277所述的反应器，其中所述电压在100V到1MV的范围内。

289、根据权利要求277所述的反应器，其中所述电压在1kV到100kV的范围内。

290、根据权利要求277所述的反应器，其中所述电压在5到10kV的范围内。

291、根据权利要求277所述的反应器，其中所述频率在以下范围中的至少一个中：大约100Hz到大约10GHz；大约1MHz；以及大约5～10kHz，而所述电压在以下范围中的至少一个中：大约100V到大约1MV；大约1kV到大约100kV；以及大约5到大约10kV。

292、根据权利要求1所述的反应器，其中所述等离子体气体是分别与催化剂源He⁺、Ne⁺、Ar⁺相对应的氦、氖，和氩中的至少一种。

293、根据权利要求1所述的反应器，其中氢独立地或者作为与诸如用作催化剂源的其他等离子体气体的混合物流入所述等离子体电池中。

294、根据权利要求293所述的反应器，其中催化剂气体或氢-催化剂气体混合物的流速在以下范围中的至少一个中：大约0.00000001～1标准公升每分钟每cm³容器体积；以及大约0.001～10sccm每cm³容器体积，所述氢-催化剂气体混合物例如是从氢、氩、氦、氩氢混合物、氦氢混合物的组中选择的至少一种气体。

295、根据权利要求294所述的反应器，其中氦氢、氖氢，以及氩氢混合物中的催化剂源气体的百分比在以下范围中的至少一个中：大约99.99到大约.01％；大约99到大约1％；以及大约99到95％。

296、一种用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，包括以下步骤：

提供容器、原子氢源、脉冲或间歇功率源、以及催化剂，该催化剂能够提供下述的净焓：m·27.2±0.5eV，其中m是整数；或者m/2·27.2±0.5eV，其中m是大于1的整数；

利用所述功率源在容器中形成等离子体；

在等离子体中形成原子氢；

使催化剂和原子氢进行反应，以形成低能氢物种和化合物。

297、根据权利要求296所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，还包括以下步骤：使作为催化剂源的等离子体气体流入所述容器。

298、根据权利要求297所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，还包括通过控制气态催化剂的量来控制功率。

299、根据权利要求298所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中通过控制等离子体气体流速来控制气态催化剂的量。

300、根据权利要求297所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中通过控制氢的量来控制功率。

301、根据权利要求300所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中通过控制来自氢源的氢的流量来控制功率。

302、根据权利要求300所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中通过控制氢和等离子体气体的流量以及混合物中氢与等离子体气体的比率，来控制功率。

303、根据权利要求297所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中所述催化剂源是从分别提供催化剂He⁺、Ne⁺、Ar⁺的氦、氖，和氩的组中选择的至少一种。

304、根据权利要求302所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中通过使用流量调节器、氢-等离子体-气体混合器、流速控制器以及阀的组中的至少一个对氢流速、等离子体气体流速，以及氢-等离子体-气体流速进行控制，来控制功率。

305、根据权利要求296所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中通过使用由输入功率源提供的功率对等离子体的温度进行控制，来控制功率。

306、根据权利要求296所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，还包括以下步骤：从催化剂贮存器提供催化剂源。

307、根据权利要求306所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中从所述催化剂贮存器提供催化剂源的步骤还包括以下步骤：控制来自所述催化剂贮存器的催化剂的温度，以控制其蒸汽压力。

308、根据权利要求296所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，还包括以下步骤：从催化剂船形器皿提供催化剂源。

309、根据权利要求308所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，还包括以下步骤：控制来自催化剂船形器皿的催化剂的温度，以控制其蒸汽压力。

310、根据权利要求296所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中通过使用间歇或脉冲功率源来减小输入功率。

311、根据权利要求310所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中所述间歇或脉冲功率源提供了下述的时间周期，在该时间周期中，通过偏置DC、音频、RF，或者微波电压或电场和磁场将场设定为所需的强度。

312、根据权利要求311所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中通过比维持放电所需更低的偏置DC、音频、RF，或者微波电压或电场和磁场，在一时间周期内将所述场设定为所需强度。

313、根据权利要求311所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中在低场或非放电周期内的所需场强对催化剂和原子氢之间的能量匹配进行优化。

314、根据权利要求310所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中所述间歇或脉冲功率源还包括用于调整脉冲频率和占空因数以优化功率平衡的装置。

315、根据权利要求314所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中通过优化对于输入功率的反应速率来调整脉冲频率和占空因数，以优化功率平衡。

316、根据权利要求315所述的用于产生功率和低能氢物种以及化合物的方法，其中通过控制在低场或非放电周期内由放电衰减而产生的催化剂和原子氢的量，来优化对于输入功率的反应速率，来调整脉冲频率和占空因数，以优化功率平衡，其中浓度取决于脉冲频率、占空因数，以及等离子体衰减的速率。

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