DE4203094A1 - Verfahren zur fusion von wasserstoff-kernen fuer friedliche anwendungen oder zur chemischen synthese - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich u. a. auf ein Verfahren zur Fusion von je zwei Wasserstoff-Kernen, deren jeder mindestens ein Neutron enthält, wobei zur Fusion solche Kerne in Kontakt mit Mikroclustern gebracht werden, die mindestens drei Atome bis höchstens hunderttausend Atome enthalten und diese Atome im wesentlichen mindestens einer der Nebengruppen des Perioden­ systems angehören, und wobei diese Mikrocluster aus mit hoher Temperatur feinst verteilten Partikeln durch Abkühlung mit Hilfe eines Trägermediums gewonnen sind, nach Patentanmeldung P 40 24 515.2.

Die Erfindung ist am Beispiel der genannten Fusion aufge­ zeigt. Sie bezieht sich analog auch auf die chemische Synthe­ se von Gasen und gegebenenfalls Flüssigkeiten.

Dieses aufgezeigte Verfahren ist erfolgversprechend. Es lei­ det jedoch an zwei Schwierigkeiten, die seinen Erfolg in Fra­ ge stellen könnten. Die erste Schwierigkeit ist die unzurei­ chende Reproduzierbarkeit, die zweite Schwierigkeit ist die Vielparametrigkeit. Beides sei nachfolgend erklärt.

Das eben genannte Verfahren gehört zu einer Gruppe von Ver­ fahren, die seit wenigen Jahren unter dem Namen "kalte Fusion an atomaren Gittern" bekannt geworden ist. Auf diesem Gebiet sind viele Versuche durchgeführt worden; vor allem Elektro­ lyse von schwerem Wasser an Palladium- oder Titan-Elektroden oder Kontakt von gasförmigem schwerem Wasserstoff mit Körpern aus Palladium oder Titan. Solche Versuche sind in zahlreichen Laboratorien verschiedener Kontinente durchgeführt worden.

Die Berichte über die dabei erzielten Ergebnisse sind extrem widersprüchlich. Das geht beispielsweise aus dem Review- Aufsatz von M. Srinvivasan "Nuclear fusion in an atomic lattice: An update on the international status of cold fusion research" hervor, der auf den Seiten 417-439 von CURRENT SCIENCE, Vol. 60, No. 7, 10. April 1991 veröffentlicht ist.

Diese immer wiederkehrende Widersprüchlichkeit mag sich teilweise aus der unzuverlässigen Arbeitsweise und unseriösen Berichterstattung einiger Forscher erklären. Aber der Haupt­ grund ist ein anderer, nämlich die nach dem bisherigen Stand der Technik gegebene äußerst schlechte Reproduzierbarkeit: Bei mehrmaliger Wiederholung eines Versuchs unter tatsächlich oder vermeintlich gleichen Bedingungen zeigt sich manchmal eine erstaunlich hohe Zahl von Fusionsereignissen und manch­ mal eine völlige Ergebnislosigkeit. Oft kann man geradezu von einer Nichtreproduzierbarkeit sprechen. Denn es kommt immer wieder vor, daß bei einem über lange Zeit unter tatsächlich oder vermeintlich konstanten Bedingungen durchgeführten Versuch in kurzen Zeitabschnitten viele Fusionsereignisse auftreten und in der übrigen Zeit überhaupt keine nachweisbar sind.

Über die Gründe der schlechten Reproduzierbarkeit oder sogar Nichtreproduzierbarkeit ist in der Literatur viel diskutiert worden. Es kann sich beispielsweise um unerkennbare Verschie­ denheiten oder Veränderungen der Oberflächenbeschaffenheit des Palladiums oder Titans handeln, oder es können zeitlich variable Aktivierungs- oder Desensibilisierungs-Vorgänge auf­ treten. Daneben sind aber auch lokalisierte mikrophysikali­ sche Strukturstörungen an der Oberfläche oder im Kristall­ gefüge des Palladiums beziehungsweise Titans in Betracht zu ziehen. Angesichts der schlechten oder sogar fehlenden Re­ produzierbarkeit sind weder die positiven noch die negativen Berichte von solchen Fusions-Experimenten überzeugend. Entmu­ tigend ist die Tatsache, daß bisher noch keine Verfahren der genannten Art aufgezeigt werden konnten, die ausreichende Re­ produzierbarkeit erwarten lassen. Daher haben viele Forscher resigniert und sich anderen Arbeitsgebieten zugewandt. Somit besteht die Gefahr, daß dieses Forschungsgebiet vernachläs­ sigt wird und damit eine möglicherweise wichtige Energiequel­ le der Menschheit ungenutzt bleibt.

Die zweite genannte Schwierigkeit ist die Vielparametrigkeit. Das Verfahren der eingangs genannten Art bietet nämlich eine ganze Reihe von Verfahrens-Parametern, die unabhängig vonein­ ander gewählt werden können. Das gilt allein schon hinsicht­ lich der Mikrocluster. Ein diesbezüglicher Verfahrens-Parame­ ter ist beispielsweise die Größe der Mikrocluster. Jedes Ele­ ment, das in den Mikroclustern enthalten ist, und der Anteil mit dem es enthalten ist, bedeutet einen weiteren solchen Pa­ rameter. Das heißt also, daß allein schon die Zusammensetzung der Mikrocluster eine vielparametrige Schar darstellt. Die Zusammensetzung der Mikrocluster kann aber bei gleicher che­ mischer Zusammensetzung durch verschiedenartige Kristallgefü­ ge und Oberflächenstruktur gekennzeichnet sein - wie das bei­ spielsweise durch die magischen Zahlen der Mikroclustergrößen zum Ausdruck kommt. Ferner kann die Zusammensetzung der Mi­ krocluster auch hinsichtlich ihrer wechselseitigen Anordnung variieren. Zu all diesen obengenannten Verfahrens-Parametern kommen noch die elektrischen Zustände der Mikrocluster, etwa deren Ladung, Oberflächenfeldstärke und gegebenenfalls Ober­ flächenstromdichte.

Diese Vielparametrigkeit ist insofern von Vorteil, als sie eine geradezu unvorstellbare Fülle von Möglichkeiten bietet. Für die technische Nutzung des Verfahrens genügt es durchaus, wenn auch nur eine einzige Möglichkeit erfolgreich ist. Mit dieser Fülle von Möglichkeiten ergibt sich aber zugleich die Schwierigkeit, die vermutlich nur wenigen erfolgreichen Möglichkeiten und darunter die optimale Möglichkeit heraus zu­ finden. Nach dem bisherigen Stand der Erkenntnis ist man aus Zeit- und Kostengründen daraufangewiesen, aus dieser Fülle mehr oder minder willkürlich einige Möglichkeiten heraus zu­ greifen. Dabei besteht die Gefahr, daß man gerade solche Fäl­ le erwischt, in denen keine meßbare Fusion auftritt.

Die Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, Ausgestaltungen des Verfahrens der eingangs genannten Art aufzuzeigen, welche den beiden vorausgehend besprochenen Schwierigkeiten begegnen. Das heißt konkret, die gestellte Aufgabe besteht darin, das eingangs genannte Verfahren so zu gestalten, daß es einerseits ausreichend reproduzierbar arbeitet, und daß es andererseits unter der vielparametrigen Fülle möglicher Ver­ fahrensbedingungen diejenigen erkennen läßt, unter denen das Verfahren möglichst erfolgreich arbeitet.

Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, daß das Verfahren in einer Anlage durchgeführt wird, welche das fortlaufende Auswechseln von Mikroclustern und zugleich das fortlaufende Messen von Fusionsprodukten erlaubt.

Das fortlaufende Auswechseln der Mikrocluster kann stetig oder unstetig erfolgen. Das fortlaufende Messen der Fusions­ produkte kann stetig oder in Intervallen vollzogen werden, jeweils mit sofortiger oder späterer Auswertung.

Stetiges Auswechseln der Mikrocluster läßt sich dann beson­ ders einfach bewerkstelligen, wenn die zur Fusion vorgesehe­ nen Wasserstoff-Kerne Bestandteile eines Gases sind, in dem die Mikrocluster frei schweben. Dem dieses Gas enthaltenden Reaktionsraum können stetig freischwebende Mikrocluster zuge­ führt und abgeführt werden. Unstetige Auswechslung der Mikro­ cluster läßt sich beispielsweise dadurch bewerkstelligen, daß in das gasförmige oder flüssige Medium, das die zur Fusion vorgesehenen Wasserstoff-Kerne enthält, in regelmäßigen Abständen Substratplatten eingebracht werden, auf denen die Mikrocluster oberflächlich niedergeschlagen sind. Derartige Substratplatten können als Elektroden von Elektrolyseanord­ nungen dienen. Mit Hilfe solcher Substratplatten kann aber auch stetiges Auswechseln der Mikrocluster bewerkstelligt werden, nämlich beispielsweise indem auf einer zylinderför­ migen, langsam rotierenden Substratplatte immer neue Mikro­ cluster in den Fusionsraum oder den Elektrolyten gebracht werden.

Stetiges Messen der Reaktionsprodukte kann zum Beispiel in der gewohnten Weise durch Geigerzähler, Halbleiter-Detektoren oder Szintillations-Anzeiger erfolgen, die sofort jeden Elementarakt registrieren. Stetiges Messen kann aber auch mit Hilfe eines Massenspektrometers geschehen, der kontinuierlich einen aus dem Reaktionsraum herausfließenden Teil des Gasstromes analysiert. Falls im Reaktionsraum Elektrolyse mit flüssigem Elektrolyten stattfindet, kann der zu analysierende Gasstrom aus den bei der Elektrolyse entstehenden Gasen bestehen. Unstetiges Messen kann beispielsweise so realisiert werden, daß alle fünf Minuten eine Probe der auf Fusionspro­ dukte zu analysierenden Substanz entnommen und diese Probe sofort oder nach mehr oder minder langer Zeit ausgewertet wird.

Eine vorteilhafte Weiterführung der Erfindung besteht darin, daß die Mikrocluster stetig und stationär ausgewechselt werden, wobei das fortlaufende Messen der Fusionsprodukte das Maß der Reproduzierbarkeit des Verfahrens aufzeigt.

Das läßt sich besonders einfach und präzis verwirklichen, wenn die zur Fusion vorgesehenen Wasserstoff-Kerne Bestand­ teile eines Gases sind, in dem Mikrocluster frei schweben. In diesem Fall ist es günstig, dem dieses Gas enthaltenden Re­ aktionsraum einem konstanten Gasstrom zuzuführen, in dem Mi­ krocluster in konstanter Konzentration und konstanter Zusam­ mensetzung enthalten sind. Dieser Gasstrom kann unmittelbar derjenige sein, in dem die Mikrocluster gebildet sind. Beson­ ders sauber läßt sich der stationäre Zustand im Reaktionsraum dadurch aufrechterhalten, daß Sedimentation von Mikroclustern im Reaktionsraum vermieden wird und eine der stetig zugeführ­ ten Menge von Mikroclustern entsprechende Menge von Mikroclu­ stern durch einen Gasstrom aus dem Reaktionsraum herausge­ führt wird. Durch Einwirkung von Kathodenstrahlen oder andere Maßnahmen kann den freischwebenden Mikroclustern eine elek­ trische Ladung zugeführt werden.

Eine derartig stetig und stationär arbeitende Anlage erreicht aus zwei Gründen ein hohes Maß an Reproduzierbarkeit: Erstens lassen sich Mikrocluster nach der neuesten Technologie mit präzisen Abmessungen und genau definierter Zusammensetzung und Struktur herstellen und dosieren. Zweitens sind nicht nur die makroskopischen sondern auch die mikroskopischen Arbeitsbedingungen stationär; denn der stationäre Zustand ist auch dann gegeben, wenn beispielsweise die Fusionsaktivität der Mikrocluster infolge einer Aktivierung oder Desensibili­ sierung der Oberfläche eine Funktion der Zeit ist. Bei den bisher zur kalten Fusion benutzten Makrokörpern aus Palladium oder Titan ist das ganz anders: Ihre Oberfläche läßt sich nicht ausreichend reproduzieren und zeitabhängige Veränderun­ gen der Oberfläche sind schwer erfaßbar.

Bei der vorausgehend genannten Form des Fusionsverfahrens mit stetigem und stationärem Auswechseln der Mikrocluster soll die Messung der Fusionsprodukte mit möglichst hoher zeitli­ cher Auflösung erfolgen. Denn dadurch läßt sich die Repro­ duzierbarkeit des Verfahrens auch hinsichtlich kurzzeitiger Schwankungen der Fusionsausbeute überwachen. Sollten signifi­ kante Steigerungen der Fusionsrate über Zeitdauern auftreten, die der mittleren Verweildauer jedes Mikroclusters im Reaktionsraum entsprechen, so wäre das ein Hinweis, daß die Fusion nicht von der Gesamtheit der Mikrocluster, sondern von einzelnen Exemplaren getragen wird.

Eine andere vorteilhafte Weiterführung der Erfindung besteht darin, daß die Mikrocluster nichtstationär ausgewechselt werden, so daß sich die mittlere Größe und/oder die mittlere Zusammensetzung der jeweils in der Anlage befindlichen Mikro­ cluster verändert und das fortlaufende Messen der Fusionspro­ dukte aufzeigt, wie die Fusionsausbeute von der Größe und Zu­ sammensetzung der Mikrocluster abhängt.

Auf diese Weise wird die Durchmusterung der vielparametrigen Möglichkeiten der Verfahrensbedingungen in einer Geschwindig­ keit, Einfachheit und Zuverlässigkeit erreicht, an welche bisher überhaupt nicht zu denken war. Wegen der Kleinheit der Mikrocluster stellen sich die zu den jeweils neuen Parametern gehörigen Gleichgewichte rasch ein. Demgegenüber ist beispielsweise die Auswechslung makroskopischer Körper aus Palladium oder Titan nicht nur zeitraubend und aufwendig, sondern wegen der immer wieder neuen imponderablen Änderungen auch unzuverlässig.

Eine zusätzliche Weiterführung der Erfindung besteht darin, daß die Abhängigkeit der Fusionsausbeute von der mittleren Größe und/oder Zusammensetzung der jeweils in der Anlage befindlichen Mikrocluster noch während des laufenden Betriebs der Anlage gemessen und ausgewertet wird und daß aufgrund der Auswertungsergebnisse die Betriebsbedingungen noch während des laufenden Betriebs der Anlage auf das Optimum der Fu­ sionsausbeute hingesteuert werden.

Das bedeutet eine weitere Verbesserung, die zwei wichtige Vorteile mit sich bringt. Man kann hiermit nämlich jeden Zustand genau so lang eingestellt lassen, wie es zu der lau­ fend überwachten Einstellung des Gleichgewichts nötig ist und kann von hier aus durch gezielte und laufend überwachte Ver­ änderungen der Verfahrensbedingungen systematisch in Richtung immer weiter gesteigerter Fusionsausbeute bis hin zum Optimum vordringen. Gerade im jetzigen Frühstadium der Erforschung der kalten Fusion ist aber die Fülle der auf diese Weise aus­ lotbaren Zusammenhänge mindestens ebenso wertvoll wie die Er­ reichung des Optimums als solchem. In einem späteren Zustand der Anwendung kann das Optimum der Prozeßführung mit Hilfe eines Prozeßrechners und der entsprechenden Steuerung des Prozesses bewerkstelligt werden.

Es gibt vielfältige Möglichkeiten, die Entstehung von Fu­ sionsprodukten zu messen. Eine für das erfindungsgemäße Ver­ fahren besonders günstige Möglichkeit besteht darin, daß das fortlaufende Messen von Fusionsprodukten in mit gasförmigem Wasserstoff gefüllten Teilen der Anlage durch mit Hilfe von Elektroden hervorgerufene elektrische Felder geschieht, wel­ che die mit den Fusionsereignissen verbundenen Elementarakte nach dem Prinzip des Geigerzählers durch die Ausbildung von Ladungslawinen erkennen lassen, und daß diese elektrischen Felder ihre Polarität ausreichend rasch wechseln um eine sy­ stematische Wanderung geladener Mikrocluster zu den Elektro­ den zu verhindern.

Nach dieser Methode braucht man also keinen vom Reaktionsraum unabhängigen Geigerzähler, sondern es läßt sich der Reak­ tionsraum selbst, oder ein Teil davon, als Zählrohr eines Geigerzählers benutzen. Der zur Fusion vorgesehene gasförmige Wasserstoff dient hierbei zugleich als Zählrohr-Füllgas, in dem sich unter dem Einfluß der elektrischen Feldstärke aus den durch die Fusions-Elementarakte hervorgerufenen lokalen elektrischen Ladungen eine Ladungslawine bildet, welche sich über die Elektroden als Stromstoß anzeigt. Konstante elektrische Felder würden elektrisch geladene Mikrocluster unerwünschterweise an die eine oder andere Elektrode ziehen und dort möglicherweise festhalten. Darum empfiehlt sich die Verwendung von beispielsweise sinusförmigen oder rechteckför­ migen Wechselfeldern, deren Schwingungsdauer lang genug ist, um die gewünschte Ladungslawine aufzubauen, zugleich aber kurz genug ist um die Abscheidung von geladenen Mikroclustern zu verhindern. Geeignet dürften Schwingungsdauern sein, die Bruchteile von Millisekunden betragen.

Tritium wird häufig mit Hilfe seiner Radioaktivität gemessen. Wegen seiner extrem kleinen Zerfallsenergie und seiner beträchtlichen Halbwertszeit von 12,3 Jahren ist diese Meß­ methode problematisch; besonders für extrem geringe Tritium- Konzentrationen.

Für die zuverlässige Messung extrem geringer Tritium-Konzen­ trationen schlägt eine Weiterführung der Erfindung vor, daß das fortlaufende Messen von als Fusionsprodukt entstandenem oder als anfängliche Kontamination vorhandenem Tritium mit Hilfe mindestens eines Massenspektrometers geschieht, welcher von gasförmigem, aus dem der Fusion dienenden Teil der Anlage stammendem Wasserstoff fortlaufend Tritium als atomares Tritium-Ion T⁺ und/oder als molekulares Tritium-Deuterium-Ion TD⁺ abtrennt, und daß dieser mindestens eine Massenspektro­ meter in der Lage ist, dieses abgetrennte Tritium direkt laufend zu messen und das vom Tritium wenigstens teilweise befreite Gas wieder dem der Fusion dienenden Teil der Anlage zuzuführen.

Somit ist der mindestens eine Massenspektrometer in der Lage, miteinander oder nacheinander zwei wichtige Aufgaben zu erfüllen: Abtrennung mit Messung von Tritium und Rückführung von an Tritium abgereichertem Gas an die Anlage. Oft arbeitet man mit handelsüblichem schwerem Wasserstoff, der aufgrund seiner elektrolytischen Abtrennung von normalem Wasserstoff einen unerwünscht hohen Gehalt an Tritium mit einer Aktivität von vielen tausend Becquerel/kg hat. In diesem Fall ist es günstig, noch vor Eingabe der Mikrocluster, also noch vor Beginn der möglichen Fusion, den in der Anlage enthaltenen schweren Wasserstoff weitgehend von Tritium zu reinigen, indem man ihn mehrere Kreisläufe durch die Anlage und den Massenspektrometer machen läßt, so daß er bei jedem Durchgang durch den Massenspektrometer Tritium verliert. Damit ist der Störpegel für die nachfolgenden Messungen entscheidend gesenkt und deshalb wesentlich empfindlicherer Nachweis und quantitative Bestimmung von anschließend durch Fusion gebil­ detem Tritium möglich.

Gegebenenfalls ist es günstig oder sogar notwendig, statt ei­ nes einzigen solchen Massenspektrometers deren zwei in Serie zu schalten, wobei der erste die Aufgabe einer Grobsortierung für große Durchsatzmengen übernimmt, während der nachfolgende zweite einen bereits stark an Tritium angereicherten Fluß vollends reinigt und präzis registriert. Dem einen bezie­ hungsweise den zwei Massenspektrometern kann natürlich eine Vortrennanlage üblicher Art vorausgestellt sein.

Die Zeichnung zeigt in stark vereinfachter schematischer Blockdarstellung ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer Anlage, in der nach dem Verfahren der Erfindung die Fusion stattfinden soll und deren Auftreten gemessen wird. Es han­ delt sich um die Fusion von gasförmigem schwerem Wasserstoff im Kontakt mit darin schwebenden Mikroclustern, die im wesentlichen aus Palladium bestehen. Dem schweren Wasserstoff können auch andere Gase beigemengt sein. Unter Umständen ist die Beimengung von leichtem Wasserstoff günstig. Denn mögli­ cherweise fusionieren nicht nur schwere Wasserstoffkerne mit schweren Wasserstoffkernen, sondern auch schwere Wasserstoff­ kerne mit leichten Wasserstoffkernen.

In einem durch das Kennwort FUSION gekennzeichneten Reak­ tionsraum 1 hat der schwere Wasserstoff Gelegenheit zur Fu­ sion. In diesem Reaktionsraum 1 befindet sich im wesentlichen der gasförmige schwere Wasserstoff, das heißt Deuterium D₂. In diesem Gas schweben die Mikrocluster MC. Falls Fusion zustandekommt, die schwersten Wasserstoff, also Tritium, in freier Form bildet, enthält der Reaktionsraum 1 auch gasför­ mige Tritium-Deuterium-Moleküle TD. In der Figur nicht darge­ stellt sind mögliche Vorkehrungen, um den im Reaktionsraum 1 enthaltenen Mikroclustern eine elektrische Ladung zu er­ teilen.

Innerhalb des Reaktionsraumes 1 oder angrenzend an diesen befindet sich mindestens ein DETECTOR 2 zur Messung von Elementarakten. Es kann sich um mindestens einen Detektor für Gammaquanten und/oder Neutronen und/oder Elektronen und/oder Ionen handeln; etwa nach dem bekannten Prinzip des Halblei­ ter-, Szintillations- oder Geigerzählers. Falls innerhalb des Reaktionsraums 1 und mit der Gasfüllung desselben Elementar­ akte nach dem Prinzip des Geigerzählers gemessen werden, emp­ fiehlt es sich aus den weiter oben angegebenen Gründen, die Polarität der angelegten elektrischen Felder rasch und perio­ disch zu wechseln.

Dem Reaktionsraum 1 werden der gasförmige schwere Wasserstoff und die darin schwebenden Mikrocluster MC durch einen Gas­ strom zugeführt, welcher aus einem MC-PRODUCTOR 3 stammt. Das ist eine Vorrichtung, in welche die Mikrocluster hergestellt werden; vorzugsweise dadurch, das das reine oder andere Substanzen enthaltende Palladium in bekannter Weise durch La­ serstrahlen verdampft und sodann in einem gasförmigen Träger­ medium abgekühlt wird. Nach dem Ausführungsbeispiel wird dem MC-PRODUCTOR 3 das feste Palladium Pd und variable Beimen­ gungen desselben aus dem Magazin 4, und wenigstens ein Teil des Trägermediums in gasförmigem Zustand aus dem Wasserstoff­ vorrat 5 zugeführt. Dieser Wasserstoffvorrat 5 besteht im we­ sentlichen aus Deuterium D₂. Bei der Anordnung nach dem Aus­ führungsbeispiel entstammt das im MC-PRODUCTOR 3 verarbeitete gasförmige Trägermedium nicht nur dem Wasserstoffvorrat 5, sondern auch einem Gasstrom, der über eine Leitung 6 aus ei­ nem Zwischenspeicher 7 fließt. Das diesen Zwischenspeicher 7 durchströmende Gas stammt in später zu besprechender Weise aus dem Reaktionsraum 1.

Üblicherweise benutzt man zur Herstellung von Mikroclustern das Edelgas Helium. Im vorliegenden Fall ist es aber besonders vorteilhaft, wenn in der eben besprochenen Weise schwerer Wasserstoff benutzt wird. Das bietet den doppelten Vorteil, daß einerseits nicht unnötig ein unbeteiligtes Gas mit in den Reaktionsraum 1 gelangt und daß andererseits die Mikrocluster sich schon bei der Entstehung mit dem schweren Wasserstoff sättigen können. Das der Bildung der Mikrocluster dienende Trägermedium trägt die darin schwebend entstandenen Mikrocluster mit sich in den Reaktionsraum 1, wo seine Kerne jederzeit zur Fusion bereit sind. Der MC-PRODUCTOR 3 enthält vorteilhaft eine Massentrennanlage, welche die Mikrocluster nach ihrer Größe aussortiert und es gestattet, dem Reaktions­ raum 1 ein wohldefiniertes Größenspektrum an Mikroclustern zuzuführen. Es ist besonders günstig, wenn das Größenspektrum und die Zusammensetzung der dem Reaktionsraum 1 laufend zuge­ führten Mikrocluster stetig veränderbar sind.

Nach dem Ausführungsbeispiel ist ein aus dem Reaktionsraum 1 heraus und in einen MC-SEPARATOR 8 hineinführender Gasstrom vorgesehen. Durch den vom MC-PRODUCTOR 3 kommenden und in den MC-SEPARATOR 8 fließenden Gasstrom herrscht im Reaktions­ raum 1 ein Gasdurchfluß. Ein beliebig gesteigerter Gasdurch­ fluß wird mit Hilfe einer Umwälzleitung 9 erreicht, über die laufend Mikrocluster enthaltendes Gas auf der einen Seite des Reaktionsraumes 1 entnommen und auf dessen anderer Seite wieder zurückgeführt wird. Ausreichender Gasdurchfluß im Re­ aktionsraum 1 ist erwünscht, um die Einstellung von Gleichge­ wichten im Reaktionsraum 1 zu erleichtern und die Sedimenta­ tion von Mikroclustern zu unterdrücken. Ein in der Umwälzlei­ tung 9 gegebenenfalls enthaltener Umwälzer - etwa eine Pum­ pe - ist in der Figur nicht gezeigt.

Der MC-SEPARATOR 8 hat die Aufgabe, aus dem vom Reaktions­ raum 1 stammenden Gas die darin schwebenden Mikrocluster ab­ zuscheiden, beispielsweise durch Filtrierung. Die abgeschie­ denen Mikrocluster werden gegebenenfalls auf Reaktionsproduk­ te analysiert und sodann in einem Mikrocluster-Sammelbehäl­ ter 10 aufgesammelt. Das von den darin schwebenden Mikroclu­ stern gereinigte Gas gelangt teils in den schon weiter oben erwähnten Zwischenspeicher 7, teils in einen ANALYSATOR 11. Dieses Gas enthält außer dem Deuteriumgas D₂ gegebenenfalls auch durch Fusion gebildete Heliumatome und Tritium-Deute­ rium-Moleküle TD, deren Messen im ANALYSATOR 11 erfolgt.

Der ANALYSATOR 11 enthält beispielsweise Meßgeräte für Radio­ aktivität. Vorzugsweise besteht er aus einem Massenspektro­ meter mit gegebenenfalls vorgeschalteter Vortrennanlage. Ein solcher Massenspektrometer kann etwa spezialisiert sein auf die Analyse und quantitative Messung von leichtem und schwe­ rem Helium. Aufgrund der Messung des Verhältnisses von leich­ tem zu schwerem Helium lassen sich Rückschlüsse ziehen auf die Menge von gebildetem und zerfallenem Tritium.

Anzustreben ist die direkte, stetige und sofortige massen­ spektrometrische Messung des Tritiums. Vorteilhaft verwendet man hierzu einen Massenspektrometer, der in der weiter oben beschriebenen Weise in der Lage ist, nicht nur das zu mes­ sende Tritium abzutrennen, sondern auch das an Tritium abge­ reicherte Gas wieder der Anlage zuzuführen. Die letztere Mög­ lichkeit ist in der Abbildung durch gestrichelte Linien ange­ deutet: Solches abgereichertes Gas aus dem als Massenspektro­ meter ausgebildeten ANALYSATOR 11 kann über die Rückführungs­ leitung 12 in den Zwischenspeicher 7 und/oder über die Stich­ leitung 13 in die Umwälzleitung 9 eingeleitet werden.

Aus verschiedenen Gründen ist es erstrebenswert, den im Fu­ sionsraum 1 vorhandenen Tritiumgehalt möglichst rasch und mit möglichst hoher zeitlicher Auflösung zu messen. Denn erstens kann man dadurch bei stetiger und stationärer Auswechslung der Mikrocluster möglichst genau kontrollieren, ob und in welchem Maß die Entstehung von Fusionsprodukten kurzfristigen zeitlichen Schwankungen unterliegt. Zweitens kann man dadurch bei stetigem und nichtstationärem Auswechseln der Mikroclu­ ster in vergleichsweise kurzer Zeit die Abhängigkeit der Fu­ sionsbeute von der Größe und Zusammensetzung der Mikrocluster erfassen. Vorteilhaft trifft man Vorkehrungen, um möglichst gut und rasch die etwaige Korrelation der Anzeige durch die Meßgeräte vom DETECTOR 2 und der Anzeige durch die Meßanlage vom ANALYSATOR 11 zu erkennen. Wichtig ist die Überprüfung von in der Literatur enthaltenen Hinweisen auf den Zusammen­ hang zwischen schauerartiger Neutronen-Entstehung und damit einhergehender oder unmittelbar nachfolgender Tritium-Ent­ stehung.

Das von der Erfindung aufgezeigte Verfahren könnte eines Tages zur Gewinnung technisch interessanter thermischer Lei­ stungen dienen. An diese Anwendung ist aber erst an zweiter Stelle gedacht. Der vorrangige und spezifische Zweck dieses Verfahrens besteht darin, der Forschung zu dienen. Als erstes kann damit endlich einmal reproduzierbar geklärt werden, ob und unter welchen Umständen kalte Fusion auftritt; als zweites können damit vergleichsweise rasch und kostengünstig die vielparametrigen Möglichkeiten der Versuchsbedingungen durchgemustert und damit die optimalen Bedingungen gefunden werden.

Das Verfahren der Erfindung läßt sich in ganz analoger Weise zur chemischen Synthese von Gasen oder gegebenenfalls Flüs­ sigkeiten mit Hilfe von Mikroclustern einsetzen. In diesem Fall dienen die Mikrocluster als Katalysatoren und bestehen aus Katalysator-Substanz. Auch für diese Anwendung gibt die Figur ein günstiges Ausführungsbeispiel: der Reaktionsraum 1 enthält die Mikrocluster und die zu katalysierenden Gase, der DETECTOR 2 ist ein chemischer Detektor oder eine Kombination von Detektoren, im MC-PRODUCTOR 3 werden die Mikrocluster aus der Katalysator-Substanz hergestellt, wobei das zu katalysie­ rende Gas als Trägermedium dient, das Magazin 4 enthält die Katalysator-Substanz, der "Wasserstoff-Vorrat" 5 enthält zu katalysierende Gase, der ANALYSATOR 11 enthält einen Massen­ spektrometer, Chromatographen oder andere chemische Analysa­ toren; die übrigen Funktionsteile dienen in einer der obigen Figurenbeschreibung entsprechenden Weise.

Symbolliste zur Figur
Bezeichnung
Aufgabe
1 Reaktionsraum
hier vollzieht sich die Fusion von gasförmigem schwerem Wasserstoff D₂
2 Detector	zur Anzeige von Elementarakten (z. B. Halbleiter-, Szintillations- oder Geiger-Zähler)
3 MC-Productor	hier werden die Mikrocluster durch Laser-Verdampfung und Abkühlung im D₂-Trägergas gewonnen
4 Magazin	hier ist das feste Palladium mit etwaigen Beimengungen gespeichert
5 Wasserstoffvorrat	hier ist der zur Fusion bestimmte gasförmige schwere Wasserstoff D₂ gespeichert
6 Leitung	zur Rückführung von Gas, welches den Reaktionsraum schon durchlaufen hat
7 Zwischenspeicher	zur Zwischenspeicherung von Gas, welches den Reaktionsraum schon durchlaufen hat
8 MC-Separator	hier werden die Mikrocluster z. B. durch Filterung vom Gas abgetrennt
9 Umwälzleitung	mit ihrer Hilfe wird eine ausreichende Umwälz-Durchströmung im Reaktionsraum bewerkstelligt
10 Mikrocluster-	hier werden die abgetrennten Mikrocluster analysiert und abgelagert
Sammelbehälter @	11 Analysator	das ist z. B. ein Massenspektrometer zur Abtrennung von Tritium
12 Rückführungsleitung	sie dient der etwaigen Rückführung von Tritium-abgereichertem Gas zum Zwischenspeicher
13 Stichleitung	sie dient der etwaigen Rückführung von Tritium-abgereichertem Gas in den Fusionskreislauf

Claims (7)

1. Verfahren zur Fusion von je zwei Wasserstoff-Kernen, deren jeder mindestens ein Neutron enthält, wobei zur Fusion solche Kerne in Kontakt mit Mikroclustern gebracht werden, die mindestens drei Atome bis höchstens hunderttausend Atome enthalten und diese Atome im wesentlichen mindestens einer der Nebengruppen des Periodensystems angehören, und wobei diese Mikrocluster aus mit hoher Temperatur feinst verteilten Partikeln durch Abkühlung mit Hilfe eines Trägermediums gewonnen sind, nach Patentanmeldung P 40 24 515.2, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren in einer Anlage durchgeführt wird, welche das fortlaufende Auswechseln von Mikroclustern und zugleich das fortlaufen­ de Messen von Fusionsprodukten erlaubt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrocluster stetig und stationär ausgewechselt werden, wobei das fortlaufende Messen der Fusionsprodukte das Maß der Reproduzierbarkeit des Verfahrens aufzeigt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mikrocluster nichtstationär ausgewechselt werden, so daß sich die mittlere Größe und/oder die mittlere Zusammenset­ zung der jeweils in der Anlage befindlichen Mikrocluster verändert und das fortlaufende Messen der Fusionsprodukte aufzeigt, wie die Fusionsausbeute von der Größe und Zusam­ mensetzung der Mikrocluster abhängt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abhängigkeit der Fusionsausbeute von der mittleren Größe und/oder Zusammensetzung der jeweils in der Anlage befind­ lichen Mikrocluster noch während des laufenden Betriebs der Anlage gemessen und ausgewertet wird und daß aufgrund der Auswertungsergebnisse die Betriebsbedingungen noch während des laufenden Betriebs der Anlage auf das Optimum der Fusionsausbeute hingesteuert werden.

5. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das fortlaufende Messen von Fusionsprodukten in mit gasförmigem Wasserstoff gefüllten Teilen der Anlage durch mit Hilfe von Elektroden hervorgerufene elektrische Felder geschieht, welche die mit den Fusionsereignissen verbundenen Elementarakte nach dem Prinzip des Geigerzählers durch die Ausbildung von Ladungslawinen erkennen lassen, und daß diese elektrischen Felder ihre Polarität ausreichend rasch wechseln um eine systematische Wanderung geladener Mikrocluster zu den Elektroden zu verhindern.

6. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das fortlaufende Messen von als Fusionsprodukt entstandenem oder als anfängliche Kon­ tamination vorhandenem Tritium mit Hilfe mindestens eines Massenspektrometers geschieht, welcher von gasförmigem, aus dem der Fusion dienenden Teil der Anlage stammendem Wasserstoff fortlaufend Tritium als atomares Tritium-Ion T⁺ und/oder als molekulares Tritium-Deuterium-Ion TD⁺ ab­ trennt, und daß dieser mindestens eine Massenspektrometer in der Lage ist, dieses abgetrennte Tritium direkt laufend zu messen und das vom Tritium wenigstens teilweise befrei­ te Gas wieder dem der Fusion dienenden Teil der Anlage zu­ zuführen.

7. Verfahren zur chemischen Synthese von Gasen und gegebenen­ falls Flüssigkeiten mit Hilfe von als Katalysator dienen­ den Mikroclustern, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfah­ ren in einer Anlage durchgeführt wird, welche das fortlau­ tende Auswechseln von Mikroclustern und zugleich das fort­ laufende Messen von Reaktionsprodukten erlaubt.