DE3017422A1

DE3017422A1 - Intermolecular energy release system - uses coherent pulse modulated electromagnetic radiation impinging on surface producing total internal reflection

Info

Publication number: DE3017422A1
Application number: DE19803017422
Authority: DE
Inventors: Antrag Auf Nichtnennung
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1980-05-07
Filing date: 1980-05-07
Publication date: 1981-11-12

Abstract

The system increases the energy level of atomic electrons forming the intermolecular binding of the material by using coherent pulse modulated electromagnetic radiation. The radiation is incident on the inside of a layer (i.e. sheath) enclosing the material and at an angle ensuring total internal reflection. The curvature of the reflecting inside surface (14) of the thermally-conducting sheath (6) is such that the angle with the surface normal (N) at continuous reflection at each point of reflection of the inside surface remains greater than the limiting angle for total reflection. The sheath forms a spherical volume with radius vectors shortening exponentially. The reflecting inside surface is an ellipsoid of revolution.

Description

Vorrichtung zur Verfügbarmachung von Device for making available

innerer Energie einer Stoffmenge Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Verfügbarmachung von innerer Energie einer Stoffmenge nach dem Oberbegriff des Anspruches 1. internal energy of an amount of substance The invention relates to a Device for making available the internal energy of an amount of substance according to the generic term of claim 1.

Insbesondere betrifft die Erfindung eine solche Vorrichtung, mit der mindestens ein Teil der inneren Energie in der Form von Wärme eines Gases oder Gasgemisches, einer Flüssigkeit oder eines Festko..rper-Atomgitters dadurch verfügbar gemacht werden kann, daß eine kohärente, gepulste Strahlung in diese Stoffmenge eingeleitet wird.In particular, the invention relates to such a device with which at least part of the internal energy in the form of heat from a gas or gas mixture, a liquid or a solid-state atomic lattice thereby made available can be that a coherent, pulsed radiation is introduced into this amount of substance will.

Es sind Vorrichtungen bekannt, mit denen man bei exothermen, chemischen Reaktionen freiwerdende Wärmemengen nutzbar machen kann, z.B. Feuerwaffen, Verbrennungskraftmaschinen; es sind weiter Vorrichtungen bekannt, sogenannte Atomkernreaktoren, mit denen man die Energie aus bestimmten Atomkernen freimachen kann.There are devices known with which one in exothermic, chemical Reactions can use released amounts of heat, e.g. firearms, Internal combustion engines; there are also devices known, so-called atomic nuclear reactors, with which one can release the energy from certain atomic nuclei.

Die Aufgabe der Erfindung soll demgegenüber darin bestehen, eine Vorrichtung gemEB den Oberbegriff zu schaffen, mit der diejenige Energie verfügbar gemacht werden kann, die zwischen den Molekeulen wirkt.In contrast, the object of the invention is to provide a device to create the generic term with which that energy is made available that acts between the lobes of molecules.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung der eingang genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved by a device of the type mentioned at the beginning Kind with the characterizing features of claim 1.

Der Grundgedanke der Erfindung wird hierbei darin gesehen, daß eine in eine Stoffmenge, z.B. eine Gasmischung, eingeleitete, beispielsweise durch eine Laser-Einrichtung erzeugte, kohärente, gepulste Strahlung mit den am schwächsten gebundenen Atom-Elektronen in dieser Stoffmenge in Wechselwirkung treten kann. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung einer die Stoffmenge umhüllenden und einschließenden inneren Oberfläche der Hüllschicht wird die eingeleitete Strahlung durch Reflexion an der inneren Oberfläche am Verlassen des die Stoffmenge aufnehmenden Volumens gehindert und löst auf ihrem Weg durch die stoffmenge in der besagten Wechselwirkung weitere Strahlungsvorgänge aus, die, da keine Ausstrahlung aus dem Volumen erfolgt, die Wirkung der ursprünglich eingeleiteten Strahlung verstärken und schließlich zu einer Erhöhung der Rotations-, Transiations und/oder Schwingun#energie der Atome bzw. Moleküle führen können, was sich als Temperaturerhöhung des Systems bemerkbar und eine Kühlung, d.h.The basic idea of the invention is seen here in the fact that a introduced into a quantity of substance, e.g. a gas mixture, for example by a Laser device produced, coherent, pulsed radiation with the weakest bound atom-electrons can interact in this amount of substance. By the inventive design of an enveloping and enclosing the amount of substance inner surface of the cladding layer is the radiation introduced by reflection on the inner surface at the exit of the volume taking up the amount of substance hindered and dissolves on its way through the amount of substance in said interaction further radiation processes which, since there is no radiation from the volume, reinforce the effect of the radiation originally introduced and finally to an increase in the rotational, translational and / or vibrational energy of the atoms or molecules can lead to what turns out to be an increase in temperature of the System noticeable and a cooling, i.

Wärmeabfuhr möglich bzw. erforderlich macht.Makes heat dissipation possible or necessary.

Eine erfindungsgemäße Vorrichtung, die die zwischenmolekularen Energien eines Stoffes auf diese Weise nutzbar macht, während die bekannten, eingangs erwähnten Vorrichtungen die innermolekularen bzw. inneratomaren Energien freisetzen, läßt sich schnell in Gang setzen, steuern bzw. regeln und auf einfache Weise schnell wieder abstellen, indem man die einzuleitende kohärente, gepulste Strahlung in Gang setzt, steuert oder abstellt.A device according to the invention, which the intermolecular energies makes a substance usable in this way, while the known ones mentioned at the beginning Devices that release intra-molecular or intra-atomic energies, can get started, control or regulate quickly and quickly and easily turn it off again by starting the coherent, pulsed radiation to be introduced sets, controls or switches off.

Schädliche Stoffe treten dabei nicht auf.There are no harmful substances.

Das Volumen mit den sich exponentiell verkürzenden Radien bietet durch besonders günstige Strahlungsverhältnisse, daß sich in seinem Innern ein Zentrum erhöhter Energiedichte und vermehrter stimulierter Emission bildet. Ein Rotationsellipsoid als HUllschicht des durchstrahlten Raumes bringt demgegenüber zwar eine geringere Ausbeute an stimulierter Emission, hat jedoch den Vorteil, daß es verhältnismäßig einfach herstellbar ist.The volume with the exponentially shortening radii offers through particularly favorable radiation conditions that there is a center in its interior increased energy density and increased stimulated emission. An ellipsoid of revolution as a covering layer of the irradiated room, in contrast, brings a lesser one Stimulated emission yield, however, has the advantage that it is proportionate is easy to manufacture.

Bei dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zwar als Stoff, in den die kohärente gepulste Strahlung eingeleitet wird, ein Gemisch aus Helium-und Neon bevorzugt; es können jedoch auch Vorrichtungen mit anderen Stoffen, mit Flüssigkeiten, wie Ölen oder Wasser, oder bestimmten Festkörpern, vorzugsweise in der Form von Einkristallen, erfindungsgemäß und vorteilhaft sein.In the embodiment described below, although as Substance into which the coherent pulsed radiation is introduced, a mixture of Helium and neon preferred; However, devices with other substances can also be used, with liquids, such as oils or water, or certain solids, preferably in the form of single crystals, according to the invention and advantageous.

Ebenso ist als Quelle für die kohärente, gepulste Strahlung zwar eine Laser-Einrichtung vorgesehen, wie sie z.B. unter der Bezeichnung."Dye" der Firma Oriel/Darmstadt handelsUblich ist; es kommt jedoch nur darauf an, eine gepulste kohärente elektromagnetische Strahlung zur Anregung der in der Stoffmenge aufzulösenden Vorgänge zu haben, gleichgültig wie diese erzeugt werden sollte.Likewise, the source for the coherent, pulsed radiation is a Laser device is provided, for example under the designation "Dye" by the company Oriel / Darmstadt is customary in trade; however, it just depends on a pulsed one coherent electromagnetic radiation to excite the substance to be dissolved in the amount of substance To have processes, no matter how they should be generated.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorzüge der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungsfiguren, in denen die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel ausführlich erläutert und schematisch dargestellt ist. Es zeigen: Fig. 1 eine Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, Fig. 2 eine Schemadarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, insbesondere ihrer Wärmetauscher-Einrichtung und Fig. 3 eine Ansicht einer Einstrahlungs-Optik, die in Fig. 2 mit A gekennzeichnet ist.Further details, features and advantages of the invention result from the claims as well as from the following description and the drawing figures, in which the invention is explained in detail and schematically using an exemplary embodiment is shown. There are shown: FIG. 1 a block diagram of a device according to the invention Device, FIG. 2 a schematic representation of a device according to the invention, in particular its heat exchanger device and FIG. 3 shows a view of an irradiation optics, which is marked with A in FIG.

In der Fig. 1, der Blockdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, ist mit 1 ein Netz- und Steuergerät für eine Laser-Einrichtung 2 bezeichnet, wie sie z.B. unter der Bezeichnung "Dye" der Firma Oriel/ Darmstadt im Handel erhältlich ist. Die Laser-Einrichtung 2 erzeugt erfindungsgemäß eine kohärente, gepulste Strahlung.In Fig. 1, the block diagram of a device according to the invention, 1 denotes a power supply and control unit for a laser device 2, such as they are commercially available, for example, under the name "Dye" from Oriel / Darmstadt is. According to the invention, the laser device 2 generates coherent, pulsed radiation.

Der Laser 2 ist vorzugsweise ein sogenannter Halbleiter-Farbstoff-Laser, der im nahen UV-Bereich von 0,2 bis 0,3.10#6m, vorzugsweise bei 0,225.10#6m arbeitet, damit man in den Bereich der Fowler-Serie hineinkommt. Die Impulsfrequenz und Impulsdauer hängt von der Energieaufnahme bei der Anregung der äußeren Elektronen des erfindungsgemäß anzuregenden Stoffes ab. Für das gewählte Beispiel liegt die Impulsfrequenz zwischen 5 MHz und 20 MHz, vorzugsweise bei 10 MHz, entsprechend insbesondere dem für das im Ausführungsbeispiel gewählte He/Ne-Gemisch günstigen Resonanzwellenbereich um 3,4.10#6m.The laser 2 is preferably a so-called semiconductor dye laser, which works in the near UV range of 0.2 to 0.3.10 # 6m, preferably at 0.225.10 # 6m, so that you get into the area of the Fowler series. The pulse frequency and pulse duration depends on the energy consumption during the excitation of the external electrons of the invention to be stimulated. For the selected example, the pulse frequency is between 5 MHz and 20 MHz, preferably at 10 MHz, corresponding in particular to that for the In the exemplary embodiment selected He / Ne mixture around favorable resonance wave range 3,4.10 # 6m.

Die Impulsdauer liegt zwischen 1 und 10 Mikrosek, vorzugsweise bei 2,5 Mikrosek, um die Schwingungsabstände benachbarter Atome bzw. Moleküle optimal auszunutzen. Durch eine entsprechende Blendenanordnung wird dafür gesorgt, daß von dem Laser-Licht vorzugsweise ein möglichst scharf gebündelter Strahl, der TEMOO-Mode, der Strahl mit der kleinsten Divergenz und der höchsten Ausgangsleitung, verwendet wird.The pulse duration is between 1 and 10 microseconds, preferably at 2.5 microseconds to optimize the oscillation distance between neighboring atoms or molecules to take advantage of. An appropriate aperture arrangement ensures that from the laser light preferably a beam that is as sharply focused as possible, the TEMOO mode, the beam with the smallest divergence and the highest output conduction is used will.

Am Laser 2 ist ein Entladungsrohr 3A für den gepulsten Laser-Strahl vorgesehen, das an seinem vorderen Ende durch ein sogenanntes "Brewster-Fenster" abgeschlossen wird. Außerdem ist an dem Laser 2 noch eine Winkelsteuerungseinrichtung 4 für den Laserstrahl vorgesehen.On the laser 2 is a discharge tube 3A for the pulsed laser beam provided, which at its front end through a so-called "Brewster window" is completed. In addition, there is an angle control device on the laser 2 4 intended for the laser beam.

Ein Führungsrohr 3 leitet den scharf gebündelten gepulsten Laserstrahl durch eine Wärmetauschereinrichtung 5 hindurch in einen kammerähnlichen Teil 6 in ihrem Innern, in dem sich erfindungsgemäß eine Menge eines anzuregenden Stoffes, insbesondere in gasförmiger Form, befindet, dessen innere Energie dadurch teilweise in verfügbare Wärme umgewandelt werden soll, daß die Energie-Niveaus der Atom-Elektronen durch Resonanz mit der Strahlung des Lasers angehoben und weitere Strahlungsvorgänge angeregt werden, was die Wirkung des eingestrahlten Laser-Lichtes, das nur als Auslöser wirkt, lawinenartig vergrößert.A guide tube 3 guides the sharply focused pulsed laser beam through a heat exchanger device 5 into a chamber-like part 6 in their interior, in which according to the invention a Amount of one to be stimulated Substance, especially in gaseous form, is its internal energy as a result to be partially converted into available heat that the energy levels of the Atom-electrons are raised by resonance with the radiation of the laser and further Radiation processes are excited, which affects the effect of the incident laser light, that only acts as a trigger, enlarged like an avalanche.

Die ausgelösten Strahlungsvorgänge führen schließlich zu einer Erhöhung der kinetischen Energie der Atome bzw. Moleküle der die ursprüngliche Laserstrahlung aufnehmenden Stoffmenge und die Energiedichte des Systems erhöht sich derartig, daß um den Prozeß in Gang zu halten durch einen Wärmeaustauscher 7 gekühlt werden muß, was letzten Endes Sinn der Sache ist, um auf diese Weise thermische Energie zu erhalten. Dieser Prozeß wird dadurch gesteuert, daß über das Netz- und Steuergerät 1 die optimale Laserfrequenz, die Impulsfrequenz sowie der Winkel, unter dem der Laserstrahl in den Raum 6 eintritt in Abhängigkeit von einer vorgewählten Temperatur an der Wärmeaustauschereinrichtung 5 und der Energie-Aufnahme am Laser 2 gesteuert werden können.The radiation processes triggered ultimately lead to an increase the kinetic energy of the atoms or molecules of the original laser radiation absorbing amount of substance and the energy density of the system increases in such a way that that in order to keep the process going by a heat exchanger 7 are cooled must, what ultimately makes sense of the matter, in order to generate thermal energy in this way to obtain. This process is controlled by the power supply and control unit 1 the optimal laser frequency, the pulse frequency and the angle at which the The laser beam enters the room 6 as a function of a preselected temperature controlled on the heat exchanger device 5 and the energy absorption on the laser 2 can be.

In Fig. 2 ist die Wärmeaustauscher-Einrichtung 5 mehr im einzelnen dargestellt. Das Fühuungsrohr 3 für den Laserstrahl, das in seinem Innendurchmesser so dimensioniert ist, daß eine bestimmte Verstellung des Strahlwinkels, beispielsweise um 10, ermöglicht wird führt durch einen Außenmantel 8 und einen mit Kühlrippen 10 versehenen Innenmantel 9, zwischen denen eine dem zu betreibenden Verfahren angepaßten KühlflUssigkeit 11, z.B. Wasser, Öl usw., zirkuliert, und einem inneren Wärmeübertrager 12 hindurch zu dem Innenteil 6, in dem sich eine bestimmte Menge eines erfindungsgemäß durch das Laserlicht anzuregenden Stoffes befindet. Die Verbindung zwischen der Rohrführung 3 und dem Innenteil 6 wird durch eine in Fig. 3 dargestellte Einstrahlungs-Optik 13 hergestellt. Der innere Wärmeübertrager 12 zwischen dem Innenteil 6 und dem Innenmantel 9 wird durch ein sich bei dem Anregungsprozeß verflüssigendes Metall, z.B. Pb oder über 6000 C vorzugsweise Na, gebildet je nach Temperaturbereich, bei dem sich der Anregungsprozeß abspielt.In Fig. 2, the heat exchanger device 5 is in more detail shown. The guide tube 3 for the laser beam, which in its inner diameter is dimensioned so that a certain adjustment of the beam angle, for example around 10, is made possible by an outer jacket 8 and one with cooling fins 10 provided inner jacket 9, between which one adapted to the process to be operated Cooling liquid 11, e.g., water, oil, etc., circulates, and an internal heat exchanger 12 therethrough to the inner part 6, in which a certain amount of an inventively through the laser light to be excited is located. The connection between the pipe guide 3 and the inner part 6 is represented by an irradiation optics shown in FIG. 3 13 manufactured. The inner heat exchanger 12 between the inner part 6 and the inner jacket 9 is caused by a metal that liquefies during the excitation process, e.g. Pb or above 6000 C, preferably Na, formed depending on the temperature range at which the Stimulation process takes place.

Fig. 3 zeigt die Anflanschung des Führungsrohres 3 an das Innenteil 6 und die Führung des vom Laser 2 kommenden Strahles in das Innere des Innenteils 6.Fig. 3 shows the flange connection of the guide tube 3 to the inner part 6 and the guidance of the beam coming from laser 2 into the interior of the inner part 6th

Der Winkel des einfallenden Laser-Strahles zur Flächen-Normalen N bleibt dabei größer als der Grenzwinkel der Totalreflexion. Der reflektierte Laser-Strahl wird an der dementsprechend gekrümmten inneren Oberfläche 14 fortlaufend wiederholt reflektiert. Auf seinem Wege löst er in den durchstrahlten Stoff stimulierte Emissionen aus. Um eine derartige Strahlführung zu ermöglichen, ist die den durchstrahlten Raum umgebende Hüllfläche vorzugsweise als Rotationsellipsoid ausgebildet, das zwar eine geringere Strahlausbeute bringt als die Idealfläche, aber leichter herzustellen ist. Hierbei ist die große Achse a die Rotationsachse und das Achsenverhältnis bevorzugterweise a = 2,8 b.The angle of the incident laser beam to the surface normal N remains greater than the critical angle of total reflection. The reflected laser beam is continuously repeated on the correspondingly curved inner surface 14 reflected. On its way it releases stimulated emissions into the irradiated material the end. In order to enable such a beam guidance, the irradiated The envelope surface surrounding the space is preferably designed as an ellipsoid of revolution, although the brings a lower beam yield than the ideal surface, but easier to manufacture is. Here, the major axis a is the axis of rotation and the axis ratio is preferably a = 2.8 b.

Der Eintrittsbereich des Innenteil 6 wird durch ein Eintrittsfenster 13 für den Laserstrahl abgeschlossen.The entry area of the inner part 6 is through an entry window 13 completed for the laser beam.

Die Normale des Eintrittsfensters 13 ist zur Strahlrichtung im Brewster'schen Winkel aB geneigt, um eine Richtungsverschiebung des Strahles zu vermeiden.The normal of the entry window 13 is in Brewster's direction to the beam direction Angle aB inclined to avoid shifting the direction of the beam.

Vorteilhafterweise ist das Fenster 13 gleichzeitig als Sicherheitseinrichtung, z.B. nach Art der Berstscheiben, ausgebildet.The window 13 is advantageously at the same time as a safety device, e.g. designed in the manner of rupture discs.

Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nimmt das Innenteil 6 eine vorzugsweise aus 1 Mol, je nachdem auch n-fach vergrößert oder verkleinert, Helium/Neon bestehende Gasmischung, im Verhältnis 1 : 3, auf, wie sie von den He/Ne-Gaslasern bekannt ist, um die Auslösung von stimulierter Strahlung im Innenteil 6 zu begünstigen. Die Innenwand 14 des Innenteil 6 ist poliert und durch Bedampfung im Vakuum mit Ag oder vorteilhafter Pt hochglanzverspiegelt,damit sich für die Laserstrahlung die bestmöglichen Reflexionsverhältnisse ergeben.In the present embodiment, the inner part 6 takes one preferably from 1 mol, depending on the case also enlarged or reduced n times, helium / neon existing gas mixture, in the ratio 1: 3, as it is from the He / Ne gas lasers is known to promote the release of stimulated radiation in the inner part 6. The inner wall 14 of the inner part 6 is polished and with vapor deposition in a vacuum Ag or more advantageous Pt mirror-coated, so that it is suitable for the laser radiation result in the best possible reflection conditions.

Als Material für das Innenteil 6 ist eine Stahl-oder eine Legierung aus Fe-Metallen bevorzugt, die im günstigen Arbeitsbereich der Vorrichtung von 10000 - 1500°C noch eine befriedigende Festigkeit neben der erwünschten guten Wärmeleitfähigkeit aufweist.A steel or an alloy is used as the material for the inner part 6 of Fe metals preferred, those in the favorable working range of the device of 10,000 - 1500 ° C still a satisfactory strength in addition to the desired good thermal conductivity having.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

P a t e n t a n s.p r U c h e Device for making available at least part of the internal energy of an amount of substance in an enveloping layer by raising the energy levels of the intermolecular bonds of the substance mediating atomic electrodes by means of a coherent, pulse-modulated, electromagnetic Radiation at the angle of total reflection against the inside of the cladding layer is introduced into the amount of substance, characterized by such a curvature the reflective inner surface (14) of the thermally conductive sheath layer (6). that the angle to the surface normal with continuous reflection at each reflection point the inner surface remains larger than the critical angle of total reflection.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the HUlischicht (6) a hollow spherical volume with exponentially shortening radius vectors forms.

3. Apparatus according to claim 1, characterized in that the reflective Inner surface (14) corresponds in shape to an ellipsoid of revolution.

4. Device according to claims 1, 2 or 3, characterized in that that a He / Ne mixture is provided as the substance.

5. Apparatus according to claim 1, characterized in that the amount of substance an externally vapor-deposited single crystal of Si, preferably with Ag or Pt, is provided is.

6. Device according to claims 1, 2, 3 or 4, characterized in that that a radiation entrance window (13), which can also serve as a burst protection, is provided in the form of a plane-parallel plate, which is at Brewster's angle to the inner surface at the point of entry.

7. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that the volume (6) filled by the amount of substance in Na or Pb is embedded.

8. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that a source for the coherent, pulsed radiation Radiator (2) is provided according to the laser principle, which is in the radiation range of 200-300 nm, preferably at 225 nm, with a pulse frequency range of 5-20 MHz, preferably at 10 MHz, works.

9. Device according to one or more of the preceding claims, characterized in that it is characterized by frequency and angle of incidence variation of the radiator (2) depending on a characteristic of the energy made available Temperature and the power consumption of the heater can be regulated.