DE4009604A1

DE4009604A1 - Cold fusion energy generating source for nuclear reaction control - with deuterium stored in laminate with layers of different material, e.g. gp. 8 metal to prevent contamination in condensed materials

Info

Publication number: DE4009604A1
Application number: DE4009604A
Authority: DE
Inventors: Des Erfinders Beantragt Teilnichtnennung
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-03-20
Filing date: 1990-03-20
Publication date: 1992-02-20

Abstract

Source uses host materials for storing high concns. of deuterium (D2) in layers, in the form of a laminate of chemically different materials. Pref. materials are Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Ti, Zr, Hf or the elements immediately adjacent to these. Xe135 is included in concn. of up to 10%. The materials are in thin films or plates and D2 is introduced between them in gas form or electrolytically opt. with applied electric field. The supply of D2 and/or abstraction of the thermal energy generated is controlled. USE/ADVANTAGE - D2 between layers of material minimises deterioration of the surfaces, esp. contamination, in cold fusion reactors. The generator can give an energy of 100 kW/cc. Its size can be varied widely, from large generators to small sources in houses or cars. For a car used for a few hrs. a day, ca. 10-100 g D2/year are needed.

Description

Energieerzeugung durch exotherme Kernreaktionen sind besonders interessant, weil dabei etwa eine millionmal mehr Energie pro reagierendem Atom frei wird als bei chemischen Reaktionen. Es ist bekannt, daß das in Palladium oder Titan nach Elektrolyse oder nach einfacher Absorption eventuell mit elektrischer Entladung aus der Gasphase oder nach Klusterimplantation aufgelöste Deuterium Kernreaktionen mit Neutronenerzeugung von fünf bis zehntausendfachem Wert weder den Hintergrundpegel liefert mit einer Rate von 10-21 Reaktionen pro Deuteron und Sekunde.Energy generation through exothermic nuclear reactions are particularly interesting because of it around a million times more energy is released per reactive atom than with chemical ones Reactions. It is known that in palladium or titanium after electrolysis or after simple absorption, possibly with electrical discharge from the gas phase or after Cluster implantation resolved deuterium nuclear reactions with neutron generation from five to ten thousand times neither provides the background level at a rate of 10-21 reactions per deuteron and second.

Hinzu kommt, daß auf jede dieser Fusionsreaktionen d+d = n+(3) He nicht nur eine Reaktion d+d = p+t zur Erzeugung von Tritium t wie im Fall der Hochtemperaturfusion kommt, sondern bis zu einer Milliarde mal mehr solcher Tritiumreaktionen (Storm, Los Alamos). Ferner wurde bekannt, daß die erhaltenen Ergebnisse stark darauf hinweisen, daß es sich um eine Oberflächenreaktion handelt, da das entstandene Tritium nicht nur durch die höchst leistungsfähigen silberhaltigen Palladiumelektroden bei der Elektrolyse von Schwerwasser (kommerzielle Milton-Roy Zellen) in durchdiffundierter Weise gemessen wurden sondern auch als Gasabscheidung auf der Seite der Berührungsfläche zwischen Elektrode und Elektrolyt (siehe P. K. Iyengar, in "Emerging Nuclear Energy Systems 1989" U. von Moellendorf et al Hgg., Word Scientific, Singapore 1989, S. 291). Viele andere Erscheinungen - nicht zuletzt die notorische Irreproduzibilität vieler Experimente - deuten auf den Charakter der Oberflächenprozesse hin. In addition, each of these fusion reactions d + d = n + (3) He is not just a reaction d + d = p + t to generate tritium t as in the case of high temperature fusion, but up to a billion times more such tritium reactions (Storm, Los Alamos). Further it was known that the results obtained strongly indicate that they are is a surface reaction, since the tritium formed is not only the highest powerful silver-containing palladium electrodes for the electrolysis of Heavy water (commercial Milton-Roy cells) measured in a diffused manner were also used as gas separation on the side of the interface between Electrode and electrolyte (see P.K. Iyengar, in "Emerging Nuclear Energy Systems 1989" U. von Moellendorf et al Hgg., Word Scientific, Singapore 1989, p. 291). Many other Apparitions - not least the notoriously irreproducible nature of many experiments - indicate the character of the surface processes.

Eine Erklärung kann durch zweierlei Modelle gegeben werden (H. Hora et al, Il Nuovo Cimento 12D, 393 (1990)). (1): Die Deuteronen befinden sich in einem Zustand wie ein sehr kaltes aber sehr dichtes Plasma und können sich daher zwischen den Elektronenwolken der Wirtskristalle frei (ähnlich dem Ramsauereffekt) bewegen (siehe H. Hora et al, in "Emerging Nuclear Systems 1989", U. von Moellendorf et al Hgg., World Scientific, Singapore 1989, S. 322) wobei die thermische Kinetik dieses exotischen Deuteronenplasmas trotz der niedrigen Temperatur außergewöhnlich kleine Abstände zwischen den Deuteronen untereinander oder gegenüber den Kernen des Wirtskristalles ermöglichen, die für die Kernreaktionen erforderlich sind. (2) Eine weitere starke Erhöhung der Wahrscheinlichkeit für die Reaktion ergibt sich durch die Erniedrigung der Deuteronenabstände gerade an der Oberfläche, durch die sich dort ausbildende entartete Debyeschicht für die Elektronen, wie z. B. zur einfachen Herleitung der Oberflächenspannung von Metallen bewiesen wurde (H. Hora et al, IEEE Trans. Plasma Sc. PS 17 284 (1989)).An explanation can be given by two models (H. Hora et al, Il Nuovo Cimento 12D, 393 (1990)). (1): The deuterons are in a state like a very cold but very dense plasma and can therefore between the electron clouds of the Moving host crystals freely (similar to the Ramsauer effect) (see H. Hora et al, in "Emerging Nuclear Systems 1989", U. von Moellendorf et al Ed., World Scientific, Singapore 1989, p. 322) where the thermal kinetics of this exotic deuteron plasma despite the low temperature exceptionally small distances between the Enable deuterons with each other or with respect to the nuclei of the host crystal, which are necessary for the nuclear reactions. (2) Another sharp increase in Probability for the reaction results from the lowering of the Deuteron distances just on the surface, through which degenerating forms there Deby layer for the electrons, such as. B. for easy derivation of Surface tension of metals has been proven (H. Hora et al, IEEE Trans. Plasma Sc. PS 17 284 (1989)).

Dieses Ergebnis führte zu der Erkenntnis, daß jedes Metall eine 1 bis 1,5 Angstrom dicke Elektronenschicht auf der Oberfläche besitzt, auf der dann Oxyde oder adsorbierte Atome "schwimmen". Die positive Ladungsschicht der das Austrittspotential bildenden Doppelschicht kommt in den Metallen durch Kontraktion des Gitterabstandes der Oberflächenatome zustande, was in verwirrender Weise mit freien Bindungen etc. erklärt wurde aber jetzt unmittelbar verständlich ist, oder aber in den Fällen der deuteriumgeladenen Kristalle durch das exotische Deuteronenplasma, das dann unmittelbar in der Atomlage unter der schwimmenden Elektronenschicht die positive Schicht bildet mit dem dann wesentlich verringerten Deuteronenabstand. Für die Reaktionen an der Oberfläche kommt dann noch hinzu, daß die Elektronenschicht eine weitere abschirmende Wirkung für die Coulombbarrieren bei den Kernreaktionen hat.This result led to the realization that each metal was 1 to 1.5 angstroms has a thick electron layer on the surface, on which then oxides or adsorbed Atoms "swim". The positive charge layer that forms the exit potential Double layer comes in the metals by contraction of the lattice spacing Surface atoms arise, which explains in a confusing way with free bonds etc. but was immediately understandable, or in the cases of deuterium-charged crystals through the exotic deuteron plasma, which then immediately in the atomic layer under the floating electron layer the positive layer also forms the then significantly reduced deuteron spacing. For the reactions at the Then there is the surface that the electron layer shields another Has an effect on the Coulomb barriers in the nuclear reactions.

Nach dieser Theorie kann man sich auch erklären, weshalb an der Oberfläche des deuteriumbeladenen Palladiums Reaktionen der Art (105) Pa (d, p) 106) Pa entstehen, wie von Debra R. Rollison und William O'Grady am Naval Research Laboratory, Washington, gemessen wurde anhand von den massenspektrometrisch festgestellten Isotopenverschiebungen an der Palladiumoberfläche der elektrolytisch beladenen Palladiumelektroden, während in einem Mikrometer Tiefe die Isotopenkonzentration wie im Normalzustand war.According to this theory, one can also explain why on the surface of the Deuterium-laden palladium reactions of the type (105) Pa (d, p) 106) Pa arise as from Debra R. Rollison and William O'Grady at the Naval Research Laboratory, Washington, was measured on the basis of the mass spectrometrically determined Isotope shifts on the palladium surface of the electrolytically charged Palladium electrodes, while at a micrometer depth the isotope concentration as in Was normal.

Die so geschilderten Ergebnisse sind abgedeckt durch die deutsche Patentanmeldung P 34 24 812 vom 4. 4. 1989 u. a. was die Verwendung der Oberflächeneffekte und die elektrolytische und/oder gasentladungsmäßige Einbringung des Deuteriums in die Wirtskristalle betrifft. Eine Schwierigkeit besteht darin, daß sich bei diesen elektrolytischen oder gasentladungsmäßigen Oberflächenvorgängen der Zustand der Oberfläche nur schwer auf sehr lange Zeit unverändert erhalten läßt, insbesondere was die Verschmutzung mit störenden Fremdatomen betrifft.The results described in this way are covered by German patent application P 34 24 812 of April 4, 1989 u. a. what the use of the surface effects and the Electrolytic and / or gas discharge-like introduction of the deuterium into the Host crystals affects. One difficulty is that these electrolytic or gas discharge surface processes the state of the Surface difficult to keep unchanged for a very long time, especially as far as pollution with interfering foreign atoms is concerned.

Dieser Schwierigkeit der Veränderung und Verschmutzung der Oberfläche des Palladiums, des Titans oder anderer Wirtskristalle, wie z. B. genügend reines Eisen, lassen sich erfindungsgemäß in der im folgenden beschriebenen Weise verhindern. Die genannten Elektronen- oder Deuteronenschichten werden nicht mehr nur an der Oberfläche des Wirtskristalles ausgenützt, sondern im Inneren des Wirtskristalles.This difficulty of changing and polluting the surface of the Palladium, titanium or other host crystals, such as. B. enough pure iron, can be prevented according to the invention in the manner described below. The mentioned electron or deuteron layers are no longer only on the surface of the host crystal, but inside the host crystal.

Erfindungsgemäß werden Schichten mit der genügenden Reinheit und Kristallqualität durch Aufdampfen im Vakuum oder dementsprechende Methoden hergestellt, so daß Schichten von mindestens 10 Angstrom (am besten 20 Angstrom) jeweiliger Dicke von abwechselnd Eisen und Titan oder Palladium und Titan oder Eisen und Platin oder Kombinationen davon entstehen. Es kann auch eine Struktur des Kristallüberganges einer "Heterojunction" zwischen den verbundenen verschiedenen Elementen erzeugt werden. Die Potentiale zwischen den Elementen sind dann wohl nicht so groß wie das Austrittspotential gegen das Vakuum oder gegen der Elektrolyten, doch sind immer noch Potentiale aus den Fermienergien von z. B. 1,6 eV zwischen Eisen und Titan, oder 0,81 eV zwischen Palladium und Titan zu erhalten. Die Verringerung der Abstände zwischen den Deuteriumionen durch die genannten Ladungsschichten ist dann wohl schwächer als im Fall der freien Oberfläche, aber der Volumeneffekt dicker Schichtstrukturen erzeugt eine sehr starke Vervielfachung der Kernreaktionen. Es kann abgeschätzt werden, daß in einem Volumen von einem Kubikzentimeter eine Energie von 100 Kilowatt erzeugt werden kann. Eine weitere Erhöhung der Reaktionen wird dadurch erzielt, daß das 135-Isotop von Xenon z. B. durch Ionenimplantation in den Wirtskristall eingebaut wird und dann dessen großer Querschnitt des Neutroneneinfangs ausgenützt wird.According to the invention, layers are of sufficient purity and crystal quality prepared by vacuum deposition or corresponding methods, so that Layers of at least 10 angstroms (preferably 20 angstroms) with a respective thickness of alternating iron and titanium or palladium and titanium or iron and platinum or Combinations of these arise. It can also have a crystal transition structure "Heterojunction" can be created between the connected different elements. The Potentials between the elements are then probably not as great as that Leaving potential against the vacuum or against the electrolyte, however, are still Potentials from the Fermie energies of z. B. 1.6 eV between iron and titanium, or 0.81 eV between palladium and titanium. Reducing the gaps between the Deuterium ions through the charge layers mentioned are then probably weaker than in the case the free surface, but the volume effect of thick layer structures creates a very strong multiplication of the nuclear reactions. It can be estimated that in one Volume of one cubic centimeter an energy of 100 kilowatts can be generated. A further increase in the reactions is achieved in that the 135 isotope of xenon e.g. B. is installed by ion implantation in the host crystal and then its large Cross section of the neutron capture is exploited.

Das Vielschichtmaterial wird in einer energieerzeugenden Anordnung in Form von dünnen Blechen etwa von der Dicke von 0,001 bis 0,1 mm in parallelen Lagen gehaltert und in die Zwischenräume Deuteriumgas eingeführt. Entweder durch die einfache Anwesenheit des Gases und dessen Absorption in die Wirtskristalle oder gefördert durch elektrolytische oder Gasentladungsmechanismen wird das Deuterium im Kristallinneren zu den Kernreaktionen gebracht. Die entstehende große Wärmeentwicklung wird durch von außerhalb der Anordnung z. B. in einer großflächigen Geometrie durch ein wärmeaustauschendes Kühlmittel abgeführt. Die Energieerzeugungsrate wird gesteuert durch den Pumpfluß des Kühlmittels zur Einhaltung der gewünschten Temperatur der Reaktion und/oder durch die Dichte und den Zustrom des Deuteriums zwischen den dünnen Blechen. The multilayer material is in an energy generating arrangement in the form of thin sheets of about 0.001 to 0.1 mm thick are held in parallel layers and Deuterium gas introduced into the spaces. Either through the simple Presence of the gas and its absorption into the host crystals or promoted by The deuterium in the crystal interior becomes electrolytic or gas discharge mechanisms brought to the nuclear reactions. The large amount of heat generated is caused by outside the arrangement z. B. in a large-area geometry by a heat exchanging coolant dissipated. The energy generation rate is controlled through the pump flow of the coolant to maintain the desired temperature Reaction and / or by the density and influx of deuterium between the thin ones Sheets.

Derartige Kernfusionsgeneratoren können in sehr variabler Größe hergestellt werden, vom Bereich der großen Energieerzeugung bis zu kleinen Energiequellen in Häusern oder in einem Automobil. Der Verbrauch für ein Automobil bei einer Benutzung von einigen Stunden pro Tag hat einen Bedarf von etwa 10 bis 100 Gramm Deuterium pro Jahr, was dann in etwa jährlichem Abstand nachgefüllt werden muß. Wegen der Handhabung des anfallenden Tritiums wird man vorzugsweise den Generator hermetisch abkapseln und entsprechend austauschen und regenerieren.Such nuclear fusion generators can be manufactured in a very variable size, from the area of large energy generation to small energy sources in houses or in an automobile. Consumption for an automobile with the use of some Hours a day has a need of about 10 to 100 grams of deuterium a year, then what must be refilled approximately every year. Because of the handling of the accruing tritium one will preferably hermetically encapsulate the generator and replace and regenerate accordingly.

Claims

1. Energy generation source by controlled nuclear reactions in condensed materials, characterized in that host materials are used for the incorporation of high concentrations of deuterium in a layered manner, with at least two chemically different materials being stacked on top of one another.

2. Arrangements according to claim 1, characterized in that the elements as materials Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt, Ti, Zr, Hf or immediately next to these in the Periodic system neighboring element is used.

3. Arrangement according to claims 1 and 2, characterized in that in the layered material introduced a concentration of up to 10% of the xenon isotope 135 becomes.

4. Arrangement according to claims 1 to 3, characterized in that the in itself layered materials can be arranged as thin layers or sheets and between these deuterium in gaseous or electrolytic way with or without additional electrical fields is supplied.

5. Arrangement according to claims 1 to 4, characterized in that the supply of Deuterium and / or the dissipation of the generated thermal energy in a controlled manner is going.