KR102067582B1 - 국부적인 에너지 집중 - Google Patents

Abstract

국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법은 비 기체 매질(4)을 기체 매질(6)과 분리하는 격막(2)의 적어도 하나의 홀(8)에 의해서 형성되는 비 기체 매질(4)과 기체 매질(6) 사이의 바운더리(10)에 입사하도록 비 기체 매질(4)을 통하여 전파되는 충격파(16)를 생성하는 단계를 포함한다. 이는 기체 매질에서 격막으로부터 이격되는 요지를 포함하는 타겟 표면으로 입사하는 횡단 제트를 홀의 반대측에 형성한다.
또한 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 장치가 제공된다.

Description

국부적인 에너지 집중{Localised Energy Concentration}

본 발명은 매우 고도로 국부적인 에너지를 생산하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 특히, 핵 융합을 일으킬 정도로 충분한 국부적인 에너지를 생성하는 것에 관한 것이나, 이에 한정되지는 않는다.

융합 에너지에 대한 개발은 오랫동안 방대한 양의 시간과 비용이 투자되는 영역이다. 이러한 투자는 매우 높은 비용으로 대규모의 핵융합로를 개발하는 것에 집중되어 왔다. 그러나, 융합을 생성하는 훨씬 간단하고 저렴한 메커니즘을 예견하는 다른 이론이 있다. 여기서 관심의 대상이 되는 것은 포괄적인 개념인 "관성봉입핵융합(inertial confinement fusion)"이며, 여기서는 매우 작은 볼륨에 에너지를 집중시키기 위하여 기계적 힘(충격파와 같은)을 사용한다.

관성봉입핵융합의 대안이 되는 방법에 있어서 가능성에 대한 확신의 대부분은 소위 음루미네선스(sonoluminescenc)라는 현상의 관찰로부터 생겨난다. 이는 적당한 크기의 버블을 포함하는 액체에 특정 주파수의 초음파를 가했을 때 발생한다. 압력파로 인해 버블이 팽창되고 매우 격렬하게 붕괴되며, 이러한 과정을 통상적으로 관성 공동화(inertial cavitation)라고 부른다. 버블의 급격한 붕괴는 그 내용물이 빛을 발산할 정도까지 가열되는 비평형 압축(non-equilibrium compression)의 원인이 된다[게이튼(Gaitan, D. F.), 크룸(Crum, L. A.), 처치(Church, C. C.), 및 로이(Roy, R. A.), 미국음향학회지( Journal of the Acoustical Society of America], 91(6), 3166-3183 6월호 (1992)]. 이러한 과정을 보다 격렬하게 만드는 다양한 노력이 있었고 어느 그룹은 융합의 관찰을 주장하였다[테일야칸(Taleyarkhan, R. P.), 웨스트(West, C. D.), 조(Cho, J. S.), 레이(Lahey, R. T.), 니그마툴린(Nigmatulin, R. I.), 및 블록(Block, R. C.), 사이언스지 (Science), 295(5561), 1868-1873 3월호 (2002)]. 하지만, 이러한 관찰 결과는 상당한 노력에도 불구하고 아직 확인되거나 재현되고 있지 않다[사리파(Shapira, D.) 및 솔트마쉬(Saltmarsh, M.), 미국물리학회지( Physical Review Letters ), 89(10), 104302 9월호 (2002)]. 이것이 붕괴하는 버블에서 루미네선스에 이르게 하는 유일하게 제안된 메커니즘은 아니지만, 가장 많이 기록되어 있다. 루미네선스는 강한 충격파에 의해 붕괴되는 버블에서 관찰되기도 한다[보네(Bourne, N. K.) 및 필드(Field, J. E.), 런던왕립학회 철학회보 시르즈 A( Philosophical Transactions of the Royal Society of London Series A)-수리 물리 및 공학( Mathematical Physical and Engineering Sciences ), 357(1751), 295-311 2월호 (1999)]. 충격파를 사용하여 버블을 붕괴시키는 것이 두 번째 메커니즘이며, 본 발명은 이와 관련있다.

강한 충격파를 생성하도록 매우 고속(~1 km/s)으로 이동하는 구형의 물방울을 단단한 타켓으로 발사하는 것이 US7445319에 제안되어 있다. 이러한 충격파는 응집된 후 물방울 내부에서 확장되는 버블을 붕괴시키는데 사용될 수 있다. 앞서 언급된 특허는 융합이 발생할 것이라고 예상하는 곳은 붕괴된 버블의 안이다. 표면에 충돌하는 고속의 물방울에 의해서 생성되는 충격파의 메커니즘은 이전에 실험적으로 수치적으로 연구되어 왔고, 잘 기록되어 있다(본 특허 발명자 중 한명에 의한 업적을 포함, [핼러(Haller, K. K.), 벤티코스(Ventikos, Y.), 폴리카코스(Poulikakos, D.), 및 몬케위츠(Monkewitz, P.), 응용물리학회지(Journal of Applied Physics ), 92(5), 2821-2828 9월호 (2002)]). 본 발명은 기본적인 물리적 메커니즘이 유사할지라도 고속의 물방울 충돌을 활용하지 않으므로 US7445319와 상이하다.

본 발명은 전술한 기술에 대한 대안을 제공하는 것을 목적으로 하고, 다른 응용을 가질 수도 있다. 제1 측면에 따르면, 본 발명은 비 기체 매질과 기체 매질을 분리하는 격막의 적어도 하나의 홀에 의해서 형성되는 비 기체 매질과 기체 매질 사이의 바운더리에 입사하여 그에 따라 요지를 포함하고 기체 매질에서 격막으로부터 이격되는 타겟 표면으로 입사하는 횡단 제트를 홀의 반대쪽에 형성하도록 비 기체 매질을 통하여 전파되는 충격파를 생성하는 단계를 포함하는 국부적인 에너지의 집중을 생성하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은

기체 매질;

적어도 하나의 홀을 포함하는 격막에 의해서 기체 매질로부터 분리되는 비 기체 매질;

기체 매질에서 격막으로부터 이격되는 요지를 포함하는 타겟 표면; 및

상기 홀에 의해서 형성되는 바운더리로 입사하고 그에 따라 홀의 반대측에 횡단 제트를 형성하도록 상기 비 기체 매질을 통하여 전파되는 적어도 하나의 충격파를 생성하는 수단을 포함하는 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 장치로 확장된다.

비 기체 매질 내의 충격파와 기체 매질 내의 충격파 예를 들면, 액체 내의 기체 버블을 타격하는 충격파 사이의 상호작용은 기체 매질을 통하여 이동하는 비 기체 매질의 고속 횡단 제트를 생성할 수 있고, 그 결과 상기 제트는 버블의 리워드 측에 충돌하는 것이 WO2011/138622에 나타나 있다. 본 발명에 따르면 이는 추가적으로 발전되었다. 바운더리에 입사하는 충격파에 의해서 생성된 횡단 제트는 타켓에 대하여 기체 매질의 볼륨 또는 "버블"을 가둔다. 이는 두 개의 메커니즘에 의해서 기체 내에 강한 에너지의 집중을 일으킨다. 첫 번째 메커니즘은 버블이 제트의 모션을 저지하는 동안 압축되면서, 제트의 운동에너지가 포텐셜 에너지로 그리고 그 뒤 열 에너지로 단순히 이동하는 것이다. 이는 제트의 앞에서 이동하는 보우 쇼크(bow shock)에 의한 열 및, 상기 보우 쇼크의 리바운딩(rebounding)과 그에 따른 버블 내에 갇힌 추가적인 쇼크의 상호 작용에 의해서 발생하는 열을 포함한다.

두 번째 메커니즘은 제트와 타켓의 표면 사이의 충돌에 의해서 생성되고 제트에서 인접한 버블로 전파되는 수렴 충격파(converging shockwave)의 에너지의 이동이다. 충격파의 끝은 갇힌 볼륨을 향하여 전파됨에 따라 수축성 서클을 형성하면서 한 곳으로 집중된다. 상기 충격파가 결국 거의 점으로 아래에 집중되면, 압축된 버블에 극도로 높은 압력과 온도를 야기한다. 제트에서 버블로 이동하면서 충격파가 이동하는 매질의 밀도가 크게 감소하는 것은 충격파가 특히, 점으로 수렴함에 따라 버블 내에 매우 높은 온도를 생성한다는 것을 의미한다.

비 기체 매질 내의 충격파가 기체 매질로 입사할 때 생성되는 횡단 제트는 비 기체 매질과 기체 매질 사이의 바운더리에서부터 타겟 표면에서의 높은 속도로까지 가속되고, 타겟 표면에서 횡단 제트는 기체의 볼륨을 가두고 압축시킨다. 제트는 기체 매질을 지나면서 충격파가 수렴할 때까지 계속하여 가속된다. 그러므로, 횡단 제트가 바운더리에서 처음 형성되는 격막의 홀로부터 타겟 표면 사이의 이격 공간을 제공함으로써, 제트는 상기와 같은 이격 공간이 없는 경우보다 타겟 표면에 충돌하는 더 높은 속도에 도달하도록 더욱 가속화될 공간을 가질 수 있다. 바운더리의 홀로부터 타겟 표면 사이의 최대 이격 공간은 횡단 제트가 불안정해지기 시작하고 이에 따라 분무 입자(a spray of droplets)로 붕괴되는 지점에 의해서 결정된다. 따라서, 격막의 홀로부터 타겟 표면 사이의 이격 공간은 홀 직경의 20배 미만일 수 있으며 예를 들면, 직경의 10배 미만, 예를 들면 직경의 5배 미만, 예를 들면 홀의 직경의 두 배 미만일 수 있다. 바운더리 표면(비 기체 매질과 기체 매질 사이의 경계)이 만곡진 아래 설명될 일련의 실시예에서, 상기 이격 공간은 바운더리 표면의 곡률 반경의 10배 미만일 수 있으며, 예를 들어 바운더리 표면의 곡률 반경의 5배 미만, 예를 들어 바운더리 표면의 곡률 반경의 두 배 미만일 수 있다. 이론상으로는 최소 이격 공간은 없으며, 단지 격막과 타켓 표면이 접촉하지 않을 것이 요구된다. 그러나 실제로 아래 설명될 일련의 실시예에 있어서, 상기 이격 공간은 기체 매질의 공급을 제공하고 새로운 타켓 표면이 들어갈 수 있을 정도로 충분해야 한다. 상기 공간은 더욱 많은 충격파의 에너지가 제트와 그에 따른 타겟 표면에 대한 충돌에 이용될 수 있도록 허용하므로, 갇힌 버블의 압축과 열 에너지가 증가한다. 예를 들면, 이는 WO2011/138622에 개시된 바와 같이 타겟 표면으로부터 이격된 격막의 존재 없이 기체 매질이 타겟 표면에 버블로써 직접 부착된 장치와 비교될 수 있다.

그러므로, 격막과 타켓 표면 사이의 이격 공간과 같은 다양한 인자(factor)에 따라, 본 발명의 제트에 의해서 도달되는 속도를 향상시키는 것이 가능할 수 있다. 또한, 아래에서 설명될 바와 같이, 타겟 표면으로부터 격막의 이격 공간은 그 외 많은 이점을 준다.

본 발명의 실시예들은 타겟 표면에 대하여 기체 매질의 볼륨을 압축시키는 비 기체 매질의 제트의 생성을 통하여 매우 높은 에너지의 집중을 생성하는데 사용될 수도 있다. 갇힌 버블과 인접한 타겟 표면에서 매우 높은 에너지의 집중 때문에, 타겟 표면의 손상은 불가피하게 발생할 것이다. 예를 들면, 타겟 표면이 핵 융합을 위한 연료 또는 화학 반응을 위한 반응물을 포함하는 본 발명의 일부 실시예에서는, 타겟 표면의 손상이 예상된다. 지속 가능한 반응을 얻기 위하여, 본 발명이 상기와 같은 목적을 위하여 사용되는 경우, 매우 높은 반복률로 반복되는 충돌이 요구된다. 그러나, 타겟 표면에 제트의 충돌이 반복되는 동안 특히, 타겟 표면이 충돌에 의하여 손상될 때, 타겟 표면은 재빨리 교체될 필요가 있다. 격막과 타겟 표면의 분리는 이를 가능하게 하고, 특히 타겟 표면은 충격파가 전파되는 때를 제외하고는 어떠한 비 기체 매질과도 접촉하지 않으므로 이를 가능하게 한다. 예를 들면, 타겟 표면은 완전히 교체될 수 있으며, 예를 들어 손상된 표면이 나오고 새로운 표면이 들어가거나 또는 비 기체 매질에서 충격파의 각 반복으로 또는 다수의 반복으로 타겟 표면 상의 새로운 타겟 지점이 생성된 횡단 제트와 충돌하도록 다수의 서로 다른 충돌 지점을 가지는 타겟 표면이 격막의 홀에 대한 충돌 지점의 각 포지션을 따라 연속적으로 이동할 수도 있다.

타겟 표면과 격막의 분리는 타겟 표면과 격막이 목적에 각각 부합하는 서로 다른 물질로부터 제조될 수 있도록 한다. 충격파, 아마도 다수의 충격파에 의해서 생성된 압력을 견디기 위하여, 실시예들의 일부 세트에서 격막은 고 강도 스틸과 같이 강한 물질로부터 제조될 수 있다. 격막은 홀의 둘레 주위에서 보강될 수 있으며, 이는 압력과 에너지가 최대화되기 쉬운 곳이기 때문이다. 반대로, 타겟 표면은 제트를 통하는 경우 외에 충격파와 직접적으로 접촉하지 않으므로, 임의의 특정 구조적 강도를 가질 필요가 없다. 전술한 바와 같이, 타겟 표면은 핵 융합을 위한 연료 또는 화학 반응을 위한 반응물로부터 제조되거나 적어도 이를 포함할 수 있다.

비 기체 매질과 타겟 표면의 분리 즉, 격막에 의한 분리는 기체 매질의 조성물에 대한 비 기체 매질의 조성물의 독립성을 가능하게 하고, 예를 들어, 이는 비 기체 매질이 비 기체 매질 안에서 기체 매질의 응집을 허용하는 조성물일 필요가 없기 때문이며, 또한 두 개의 물질에 대한 서로 다른 공급이 격막의 양쪽에서 쉽게 제공될 수 있기 때문이다. 기체 물질과 비 기체 물질의 상기 독립성은 특히 본 발명의 화학적 응용에 있어 예를 들면 음향 화학(sonochemistry)과 이그조틱 화학(exotic chemistry)에 있어 이점이 있고, 여기서 물질의 조성물은 연구될 특정 반응에 적절하게 선택될 수 있다.

격막과 타겟 표면의 분리로부터 기인한 이들의 독립성으로, 격막의 홀의 형상뿐만 아니라 격막과 타겟 표면의 구조적 형상은 개별적으로 만들어질 수 있다. 이롭게도 타겟 표면은 요지(depression)를 포함한다. 이는 기체 매질의 적어도 일부가 충돌하는 제트와 표면 요지 사이에 가둬지도록 예를 들면, 기체 버블이 제트에 의해서 요지의 내부 표면에 대하여 가둬지고 압축되도록, 횡단 제트의 충돌을 수용하게 설계될 수 있다. 예를 들면, 핵 융합 또는 화학 반응과 같이 장치가 적용될 응용 분야에 따라, 타겟 표면은 표면에서 어떠한 반응으로부터 생성되는 생성물을 수집하도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 타겟 표면은 반응의 생성물이 표면으로부터 수집 용기로 흐르도록 수평에 대하여 일정 각도로 기울어지게 구성될 수 있다.

충격파가 입사하는 지점과 대향하는 요지의 표면 형상은 제트가 상기 표면과 점으로 접촉하기 위해서 평평할 수 있다. 그러나 실시예들의 일 세트에서, 요지의 표면은 초기 접촉 영역이 폐루프를 형성하는 커브 예를 들면, 고리 모양이 되도록 구성될 수 있다. 이는 제트의 선단(tip)과 요지의 끝(edge) 사이에 기체 매질의 볼륨을 가두는 데 있어 용이성을 증가시킨다. 이를 구현하기 위해서, 타겟 표면의 일 부분은 제트의 선단 곡률보다 더 큰 곡률을 가지고, 표면의 상기 일 부분은 제트가 일 부분으로 충돌하도록 배치된다. 충돌 시, 환상 충격파(troidal shockwave)가 생성되고, 환상 충격파의 내부 끝은 요지의 기저(base)를 향해서 그리고 가둬진 기체의 부분을 향하여 전파된다. 이와 충돌 제트의 모션이 정지되는 기체의 '피스톤'효과의 조합은 갇힌 기체에 매우 강한 열을 생산한다. 예를 들면, 충격파의 특정 강도에 대한 최고 온도는 평평한 표면과 접촉하는 기체의 볼륨에 비하여 상기 장치에 의해서 10배 이상 증가될 수 있다.

요지는 복수의 형상을 취할 수 있다. 일련의 실시예들에서, 요지는 단면 상에서, 입구에서 멀어질수록 경사질 수 있다. 요지는 예를 들면, 연속적으로 만곡된 접시와 유사할 수 있다. 그러나, 상기 표면은 연속적으로 만곡될 필요는 없다. 일련의 실시예에서, 상기 표면은 접시 형상보다는 크랙(crack)과 더욱 유사하다. 이는 깊이를 폭보다 크게 함으로써 또는 크랙의 끝에서의 곡률을 버블이 갇히는 부분의 곡률(또는 최대 곡률)보다 크게 형성함으로써 형성될 수 있다. 일련의 실시예들에서, 상기 표면은 예를 들어 서로 불연속적인 구배를 가지는 복수의 별개 부분을 포함할 수 있다. 상기 부분은 자체적으로 부분 타원, 포물선 기타 등등의 형상일 수 있지만, 동등하게 평평할 수 있다. 별개의 부분으로 만들어지는 특정 일부 실시예에서의 표면은 구간별 다항식으로 설명될 수 있다.

타겟 표면은 (예를 들면, 상술한 제트 형상을 활용하기 위한) 단일의 요지를 가지도록 제한될 필요가 없고, 따라서 일련의 실시예들에서, 타겟 표면은 복수의 요지를 포함할 수 있다.

일부 특정 실시예들에서, 기체 매질의 매우 작은 부분이 제트와 타겟 표면 사이에 갇히도록, 횡단 제트는 특정 거칠기(roughness), 미시적 또는 거시적 형상을 구비하는 표면의 영역을 강타하도록 구성되고, 즉, 다수의 작은 요지는 횡단 제트 선단의 크기에 비하여 작다.

또 다른 일련의 실시예에서는 복수의 별개 요지가 제공된다. 각각의 개별적인 요지는 격막에서 생성된 횡단 제트가 하나 또는 다수의 기체 볼륨을 가둠으로써 에너지 집중을 향상시키도록 형성될 수 있다. 즉, 상기 표면은 횡단 제트가 기체 매질의 볼륨이 가둬질 표면의 형상과 상호 작용할 하나 이상의 지점을 구비할 수 있고, 따라서 확장성(scalability)이 제공된다. 복수의 요지를 구비함으로써의 이점은 횡단 제트의 에너지 중 더욱 높은 비율의 에너지를 이용할 수 있다는 것이다. 또한, 타겟 표면과 격막의 분리로 인하여, 기체 매질은 복수의 요지의 전역에 퍼질 것이므로 기체 매질의 공급 방식 또는 기체 매질의 특성을 변화시킬 필요가 없다.

복수의 별개 요지는 격막에 하나 이상의 홀이 설치되는 일련의 실시예에 특히 적절하다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 바람직하게 각각의 요지는 격막의 홀과 대응되고, 생성된 횡단 제트 각각은 이에 대응하는 타겟 표면 상의 요지에 충돌한다.

이는 격막으로 입사하는 초기 충격파의 상당 부분이 이용될 수 있도록 허용한다. 복수의 홀은 격막의 제조를 단순화시키도록 모두 동일한 형상을 포함할 수 있고, 또는 격막 상의 위치 등에 따라 서로 다른 형상일 수 있다. 이는 격막의 형상이 횡단 제트의 형성을 제어하도록 최적화된 실시예에서 유용할 수 있고, 예를 들어 홀의 형상은 격막의 국소 형상에 의존할 수 있다. 또한, 상기 홀은 격막의 형상에 의해서 및/또는 홀의 형상에 의해서 갇힌 버블의 압축을 강화하기 위해서 예를 들면 요지가 배치된 타겟 표면 상의 단일 지점으로 횡단 제트가 향하도록 구성될 수 있다. 이는 타겟 표면 상에 오직 하나의 요지만이 설치되는 일련의 실시예에도 적용될 수 있다.

타겟 표면의 복수의 요지는 다수의 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 고체 표면은 요지 또는 피트(pits)를 만들기 위하여 드릴링되거나 그외 기계적 가공될 수 있다. 그러나 일련의 실시예에서, 요지는 표면의 구조로써 생성된다. 예를 들어, 상기 표면은 미세 관점에서 복수의 피트 또는 요지를 제공하는 표면의 특정 거칠기를 제공하도록 연마 재료로 블라스트(blast)되거나 에칭 또는 그 외 다른 표면처리 될 수 있다.

타겟 표면은 상술한 다수의 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 고체로 구성될 수 있지만, 적절한 액체일 수도 있다. 고체인 경우, US 744319에서 제안된 임의의 재료가 적절할 수 있다. 액체인 경우, 필요한 표면 형상(예를 들어 요지를 포함하는 실시예에서 필요하다면)은 복수의 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들면, 액체 볼륨의 표면은 요구되는 형상을 가지는 웨이브를 생산하도록 적절한 진동(초음파 또는 다른 방법을 사용)으로 활성화될 수 있다. 또는, 요구되는 형상은 적절하게 일치하는 습윤 특성(wetting properties)을 가지는 고체 표면과 액체 사이의 접촉 각을 통하여 구현될 수 있다. 물론 후자의 예는 상기 표면이 고체와 액체의 조합을 포함할 수 있음을 보여준다. 타겟 표면이 액체를 포함하는 경우, 타겟 표면은 일반적으로 비 기체 매질보다 밀도가 높을 것이다.

또한, 격막의 형상은 횡단 제트의 형성을 제어하도록 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 입사 충격파와 기체 매질의 상호 작용에 의해서 형성되는 고속의 제트를 분명하게 수용하도록 격막을 설계함으로써, 입사 충격파가 기체 매질의 표면과 상호 작용하여 투과파(transmitted shock)와 반사 소파(reflected rarefaction)를 형성한다. 접촉이 정확한 형상 즉, 입사 충격파로부터 멀어지면서 만곡진다면, 상기 반사 소파는 흐름을 점으로 집중시키는 작용을 할 것이다. 그 후 이는 단지 일 예로써, 1GPa의 충격파에 대하여 2000ms^-1 이상에 도달할 수 있는 고속의 횡단 제트를 형성시킨다. 상기 제트가 타겟 표면을 타격할 때, US 7445319에 개시된 고속 액적(droplet)의 충돌 상황과 유사한 방식으로 충격력에 의하여 내부에 강한 충격파가 생성된다. 상기 격막은 충격파가 홀을 향하여 집중시키기 위한 전반적인 형상을 포함할 수 있고, 격막에 복수의 홀이 설치되는 일련의 실시예에서, 격막은 생성된 각각의 제트의 형성을 제어하도록 각 홀의 부근에 국부적으로 형성될 수 있다.

타겟 표면의 형상 및/또는 격막의 형상이 횡단 제트의 형성과 갇힌 버블의 압축을 최적화하도록 선택될 뿐만 아니라, 격막의 홀의 형상 또한 횡단 제트의 형성을 보조하도록 선택될 수 있다. 홀은 일정한 단면으로 격막을 관통하는 원형 등과 같은 서로 다른 복수의 형상 중 하나를 포함할 수 있다. 그러나 상기 단면은 횡단 제트의 형성을 제어하고 이를 타겟 표면 예를 들면 요지로 집중시키거나 향하게 하기 위해서 기체 매질의 방향으로 격막을 관통하여 평평하거나 경사질 수 있다. 이러한 관점에서, 요지 등과 같이 횡단 제트가 충돌할 타겟 표면 상의 영역은 횡단 제트가 생성되기 시작하는 홀과 직접적으로 대향하게 배치될 필요는 없으며, 격막의 형상 및/또는 홀의 형상이 이를 제어하도록 구성될 수 있다.

각 홀의 형상은 홀에서 기체 매질과 비 기체 매질 사이의 바운더리(boundary)의 형상을 제어하는데 사용될 수도 있다. 또한 바운더리 형상은 비 기체 매질에 대한 기체 매질의 상대적인 압력에 의해서 제어될 수도 있다. 이해될 수 있는 바와 같이, 이는 격막과 타겟 표면 사이의 분리로 인하여 본 발명의 장치로 제어하는 것이 특히 간단하다. 일련의 실시예에서, 상기 장치는 기체 매질의 압력을 조절하는 수단을 포함한다. 예를 들면 기체 매질과 연통되는 기체 공급과 같은 이러한 수단 또는 대체 수단은 충격파가 비 기체 매질에 가해진 후에 기체 매질을 보충하는데 사용될 수도 있다. 이러한 일련의 실시예들은 비 기체 매질 내의 응집된 버블과 비교하여 기체 매질이 빠르게 보충되도록 하고, 충격파가 높은 반복률로 인가되는 것을 가능하게 하며, 격막과 타겟 표면의 분리로 인한 또 다른 이점을 제공할 뿐만 아니라 생성되는 기체 매질의 함량과 사이즈에 대한 제어 상의 이점을 가진다.

비 기체 매질과 기체 매질 사이의 바운더리 형상은 평평할 수 있다. 그러나 일련의 실시예에서, 앞서 언급한 바와 같이, 상기 바운더리는 평평하지 않고 즉, 만곡질 수 있다. 바람직하게는, 기체 매질은 홀을 지나 비 기체 매질로 돌출되며 즉, 바운더리는 볼록한 형상일 수 있다. 이러한 볼록한 형상은 충격파가 바운더리로 입사할 때 형성되는 희박팬(rarefaction fan)이 비 기체 매질의 흐름을 점으로 집중시키는 작용으로 횡단 제트를 형성할 때, 이에 따라 바운더리의 표면을 지나는 에너지를 이용하는 좁은 제트를 형성할 때, 특히 유리하다. 이는 본질적으로 신규하고 진보적으로 간주되며, 추가적인 측면에 따르면 본 발명은 비 기체 매질을 기체 매질로부터 분리하는 격막의 적어도 하나의 홀에 의해서 형성되는 비 기체 매질과 기체 매질 사이의 볼록한 바운더리로 입사하여 이에 따라 기체 매질에서 격막으로부터 이격되는 타겟 표면으로 입사하는 횡단 제트를 홀의 반대 측에 형성하도록 비 기체 매질을 통하여 전파되는 충격파를 생성하는 단계를 포함하는 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은

기체 매질;

비 기체 매질에서 볼록한 바운더리를 형성하는 적어도 하나의 홀을 포함하는 격막에 의해서 기체 매질로부터 분리되는 비 기체 매질;

기체 매질에서 격막으로부터 이격된 타겟 표면; 및

상기 홀에 의해서 형성되는 바운더리로 입사하여 이에 따라 홀의 반대측에 횡단 제트를 형성하도록 상기 비 기체 매질을 통하여 전파되는 적어도 하나의 충격파를 생성하는 수단을 포함하는 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 장치로 확장될 수 있다.

일련의 실시예에서 비 기체 매질에 인가되는 초기 충격파는 생성된 횡단 제트의 강도가 증가되는 것을 향상시킬 수 있는 비 기체 매질과 기체 매질 사이의 바운더리의 형상에 일치하도록 구성될 수 있다.

일련의 실시예에서 격막 및/또는 홀의 가장자리의 미세 구조 또는 습윤 특성은 바운더리 형상을 조절하기 위해 최적화될 수 있다. 예를 들면, 격막 및/또는 홀은 소수성 및/또는 친수성 표면이나 코팅(또는 물 이외의 유체 타입에 친화력과 반발력을 가지는 물질)을 포함할 수 있다. 기체 매질을 보충하는 수단과 함께 격막 및/또는 홀의 특정한 미세 구조 또는 습윤 특성을 제공하는 것은 충격파에 대하여 높은 반복률을 가능하게 하도록 바운더리에서 기체 매질의 신속한 형성을 도울 수 있다. 예를 들면 홀의 둘레는 소수성 물질을 포함할 수 있고, 외측은 격막에 대한 바운더리의 접촉각뿐만 아니라 기체 매질과 비 기체 매질의 바운더리의 위치를 조절하도록 친수성 물질일 수 있다.

추가적인 일련의 실시예에서 비 기체 매질의 표면 장력은 바운더리의 형상을 조절하기 위하여 사용될 수 있다. 또 다른 일련의 실시예에서 정상 압력파(standing pressure wave) 예를 들어 정상 초음파는 바운더리의 형상을 조절하기 위해서 비 기체 매질로 인가될 수 있다. 이러한 기술은 충격파에 대한 높은 반복률을 가능하게 하면서, 충격파 후에 바운더리에서 기체 매질의 재형성을 조장하는데 사용될 수도 있다.

그러나 바운더리 형상을 제어하고 충격파에 대한 높은 반복률을 가능하게 하는 추가적인 기술이 발명자에 의해서 예상된다. 일련의 실시예에서 장치는 기체 매질과 비 기체 매질의 바운더리를 형성하는 멤브레인(membrane), 예를 들면 미리 제작된 멤브레인을 포함할 수 있고, 이는 바운더리의 형상을 형성한다. 상기 방식에서 얇은 멤브레인의 사용은 제조될 구성 요소 조합의 임의적 선택을 허용하면서 비 기체 물질과 기체 물질을 분리시킬 수 있다. 또한, 다른 방법에 의하여 가능하지 않은 정밀도로 바운더리의 형상을 제어할 수 있다. 상기 멤브레인은 예를 들어 유리, 플라스틱, 고무 등과 같은 임의의 적절한 물질로 형성될 수 있다.

미리 제조된 멤브레인을 구비함으로써 기체 매질이 격막의 근처에 갇히고 이에 따라 홀을 통하여 부유하거나 방해 받지 않을 수 있으므로, 액체와 같은 비 기체 매질이 더욱 용이하게 사용될 수 있다. 일련의 특정 실시예에서, 멤브레인은 깨지기 쉽고, 동적 결과에 어떠한 영향도 미치지 않도록 충격파의 충돌에 따라 부서지도록 구성될 수 있다. 일련의 실시예에서 미리 제작된 멤브레인은 취약 라인 또는 영역을 포함할 수 있고, 충격파의 충돌에 따라 취약 라인 또는 영역을 따라 부서질 수 있다. 상기 취약 라인 또는 영역은 틈(breach)의 위치가 다음에 뒤따르는 흐름 패턴에 영향을 미치도록 예를 들어, 횡단 제트의 형성과 역학을 조절할 수 있도록, 구성될 수 있다. 또 다른 일련의 실시예에서 멤브레인은 붕괴 바운더리를 가지도록 변형 설계될 수 있다.

격막에 복수의 홀이 설치되는 일련의 실시예에서, 독립된 멤브레인이 각각의 홀을 커버하도록 설치될 수 있다. 그러나 일련의 실시예에서, 멤브레인은 격막의 홀 중 두 개 또는 그 이상을 커버하도록 구성될 수 있다. 이는 특히 비 기체 매질에 인가되는 다수의 충격파에 대하여 높은 반복률이 요구되는 경우에 구성이 용이할 수 있다. 예를 들면, 새로운 멤브레인은 앞서 설명한 타겟 표면에 대한 구성과 유사하게 충격파의 개별적인 인가에 앞서 장치로 조심스럽게 들어갈 수 있다. 실제로 타겟 표면과 멤브레인은 동시에 위치로 예를 들어 미리 제작된 가스 매체를 사이에 둔 위치로 들어갈 수 있다.

일련의 실시예에서 상기 장치는 복수의 격막을 포함할 수 있고, 각각의 격막은 적어도 하나의 홀을 포함하고 기체 매질을 비 기체 매질로부터 분리시킨다. 이러한 방식으로, 초기 충격파의 에너지는 격막과 비 기체 매질로 각각의 연속적인 입사로 강화될 수 있고 이에 따라 초기 충격파의 에너지 중 더욱 많은 양을 타겟 표면에 이용할 수 있다. 격막의 양쪽의 비 기체 매질과 기체 매질의 각 볼륨은 동일한 성분을 포함할 필요가 없다. 예를 들면 두 개의 격막을 구비하는 일련의 실시예에서, 충격파는 제1 격막의 홀에서 제1 기체 매질의 바운더리로 입사하도록 제1 비 기체 매질에 인가될 수 있고, 그 후 타겟 표면으로 입사하기 전에 제1 기체 매질로 그리고 제2 격막의 홀에서 제2 기체 매질의 제2 바운더리로 입사한다.

격막의 전반적인 배향이 수평적인 실시예들에서, 기체 매질의 중간층은 비 기체 매질 의 각 층 상에서 단순히 부유할 수 있다. 그러나 일련의 실시예에서 상기 장치는 비 기체 매질과 기체 매질 사이의 바운더리를 바운더리로부터 분리하는 멤브레인을 포함하고, 이는 비 기체 매질과 기체 매질의 각각의 위치를 유지하기 위하여 격막의 전반적인 배향이 수평에서 벗어나는 실시예에서 특히 유리할 수 있다.

인접한 격막의 홀들은 하나의 격막에서 생성된 횡단 제트가 다음 격막의 대응하는 홀에서 비 기체 매질로 향하도록 서로 똑바로 정렬될 수 있다. 또는 홀들은 하나의 격막으로부터의 다수 횡단 제트가 다음 격막의 하나의 홀에서 비 기체 매질로 향하도록 또는 반대로 하나의 제트가 다수의 홀로 향하도록 구성될 수 있다. 이러한 이전의 대안은 다수의 수렴제트가 다음 비 기체 층으로 입사하는 충격파를 강화시키므로 특히 유리하다고 볼 수 있다. 그러므로 비 기체 물질과 기체 물질의 연속적인 층이 이와 같이 배치된다면, 초기 충격파의 더욱 많은 양의 에너지를 이용할 수 있고 타겟 표면에 대하여 가둬지고 압축되는 최종 기체 물질로 집중될 수 있다. 또한 횡단 제트와 그에 따른 합성 충격파의 생성을 제어하기 위해서, 임의의 상기 배치는 상술한 실시예들 예를 들면, 홀의 형상, 격막의 형상 기타 등등과 관련된 실시예들과 조합될 수 있다. 특히, 격막은 초기 및/또는 그에 따른 합성 충격파를 하나 또는 그 이상의 홀 및/또는 타겟 표면에 집중시키는 형상일 수 있으며, 예를 들면 다음 격막의 하나 또는 그 이상의 홀에서 기체 매질과 비 기체 매질 사이의 바운더리의 형상에 일치하는 형상일 수 있다.

물론, 이미 언급해온 바와 같이, 일부 실시예들은 기체 매질의 다수의 볼륨을 포함할 수 있다. 그러나 추가로 또는 각각의 격막과 각각 접촉하는 다수의 볼륨 대신에, 발명자는 초기 충격파가 최종 타겟 표면에 집중될 수 있는 추가적인 배열을 연구해왔다. 일련의 실시예에서, 장치는 제1 유체 포켓으로의 충격파의 입사가 그 후 기체 매질로 입사하는 충격파의 강도를 집중시키도록 격막의 하나 또는 그 이상의 홀에 대하여 상대적으로 배치되는 비 기체 매질 내의 하나 또는 그 이상의 유체 포켓을 포함한다. 바람직하게는 상기 유체는 기체를 포함하고, 예를 들면 기체 매질과 동일한 성분의 기체를 포함한다.

비 기체 매질과 기체 매질의 다중 층에서와 같이, 비 기체 매질(및 임의의 층) 내의 하나 또는 그 이상의 유체 포켓은 격막의 단일의 홀로 입사하는 경우보다 초기 충격파의 더욱 많은 부분을 이용할 수 있도록 작용한다. 유체 포켓으로 충격파의 입사는 횡단 제트가 포켓의 볼륨을 지나면서 가속되고 포켓의 리워드(leeward) 측에 충돌하도록 형성시킬 수 있다. 이러한 충돌은 입사 충격파 압력의 10배 이상인 외측으로 이동하는 충격파를 야기한다. 유체 포켓은 충격파를 강화시키고 이후 초기 충격파가 입사하는 경우 보다 더 큰 압력으로 기체 매질과 상호 작용하도록 격막의 하나 또는 그 이상의 홀에 대하여 배치된다. 다수의 층에 대하여 격막의 다수의 홀의 경우와 같이, 다수의 유체 포켓은 격막의 하나 또는 그 이상의 홀에서 기체 매질에 충돌하는 횡단 제트를 생성하도록 비 기체 매질 내에 배치될 수 있다.

하나 또는 그 이상의 타겟 표면, 격막, 격막의 홀 및 바운더리에 대하여 특정 형상을 생성하는 것뿐만 아니라, 일련의 실시예에서 타겟 표면, 격막 및 홀의 미세 구조 또는 습윤 특성은 타겟 표면 근처의 충격파의 속도를 제어하기 위하여 최적화될 수 있고 예를 들면, 그에 따라 충격파 및 충격파와 갇힌 버블 사이의 상호 작용의 특성을 변화시키면서 타겟 표면 근처의 속도를 증가시키기 위하여 최적화될 수 있다. 앞서 논의한 바와 같이, 비 기체 매질과 기체 매질 사이의 바운더리의 적절한 형상은 상기 일련의 실시예에서 충격파의 형상을 바운더리의 형상에 일치시키는데 사용될 수 있고, 이에 따라 횡단 제트 형성의 동적 역학이 가둬진 버블의 압축에서 획득되는 온도와 밀도를 최대화하기 위해서 제어되는 것을 허용한다.

여기서 설명된 본 발명은 자체 이점을 가지는 US 7445319에 개시된 기술의 대안을 제공한다. 본 발명자는 US 7445319에 제시된, 타겟에 고속으로 발사된 액적(droplet)에서 버블의 핵 생성에 상당한 어려움이 있다는 것은 인식하여 왔다. 충격파가 가해졌을 때 버블이 자신의 확장 붕괴에 대한 최적의 순간에 있도록 하는 시기 선택은 매우 정밀하여야 한다. US 7445319에 의해 요구되고 US 7380918에 설명된 고속의 액적을 생성하는 방법은 복잡하고 비싸다. 반면 이러한 복잡성과 관련 비용은 적어도 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 피할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 다양한 측면은 충격파가 단순히 비 기체 매질 내에서 생성될 필요가 있는 것처럼, 비 기체 매질로부터 제트에 의해 갇히는 버블을 압축하는 보다 단순한 기술을 제공한다. 나아가 본 발명자에 의해 수행되는 양 기술의 이론 및 컴퓨터 모델링은 본 발명에 따른 방법이 US 7445319에서 설명하는 방법보다 10배 이상의 압력 및 온도 강도를 제공할 수 있음을 제시한다.

본 발명에 따라 충격파를 사용하여 기체 버블을 압축시키는데 이용될 수 있는 더욱 정적인 체계는 충격파가 기체 매질을 타격하고 갇힌 버블과 상호 작용하는 방식에 대한 제어성(자유 버블에 비하여)을 높일 수 있다.

초기 충격파는 요구되는 압력에 좌우되는 다른 다수의 장치에 의해 다른 다수의 방법으로 생성될 수 있다. 예를 들어, 충격파 쇄석술 장치는 저강도 충격파를 발생시키기 위해 사용될 수 있거나, 폭발성 평면파 발생기는 고강도 충격파를 발생시키기 위해 사용될 수 있다. 또는 충격파를 발생시키기 위해 비 기체 매질과 접촉하는 격벽 또는 피스톤에서 발사체를 타격하는 데 가스총이 사용될 수 있다. 바람직한 실시예로, 이러한 폭발 장치는 0.1GPa에서 50GPa 사이 압력의 충격파를 생성할 수 있고, 다른 바람직한 실시예로, 쇄석술 장치는 100MPa 에서 1GPa 까지 압력의 충격파를 생산하는데 사용될 수 있다. 만약 충격파가 반복적으로 비 기체 매질에 가해진다면, 반복률은 0.1Hz보다 클 것이며, 예를 들어 1Hz 이상, 예를 들어 10Hz 이상, 예를 들어 100Hz 이상, 예를 들어 1kHz 이상, 예를 들어 20kHz 일 수 있다.

여기서 사용된 "기체 매질"과 "기체"라는 용어는 일반적으로 이해되어야 하고 따라서 순수 원자 또는 분자 상태의 기체에 제한될 것이 아니라 증기, 기체 내의 액체 또는 고체의 현탁액 또는 미세 현탁액 또는 이들의 임의의 혼합물이 포함될 수 있다. "비 기체 매질"은 일반적으로 이해되어야 하며, 따라서 액체, 비 뉴턴 액체, 반 고체 겔, 충격파의 통로가 특성을 변화시킬 때까지 표면상으로 고체인 물질, 현탁액 또는 미세 현탁액 및 콜로이드를 포함할 수 있다. 예로는 물, 오일, 아세톤과 같은 용매, 하이드로겔 및 오가노겔을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다. 비 기체 매질은 기체 매질보다 더 큰 밀도를 가질 것이라는 것이 이해될 수 있다.

비 기체 매질은 액체 또는 반 고체 겔과 같이 충격파를 생성하기에 적절한 임의의 물질일 수 있다. 기체 매질은 상술한 바와 같이 격막과 타겟 표면 사이에 제공될 수 있다. 겔 또는 점성 유체를 사용하는 것은 비 기체 매질의 부력이 액체의 점성을 극복할 수 있는 점성이 낮은 액체에 비하여, 격막의 홀에서 기체 매질과 비 기체 매질 사이의 바운더리의 구체적인 형상을 더욱 용이하게 제어할 수 있는 이점을 가진다. 또한, 비 기체 매질 및/또는 기체 매질은 예를 들면 기체 매질과 비 기체 매질 사이의 바운더리의 표면 장력 및 이에 따른 형상을 제어하도록 계면 활성제와 같은 첨가제를 포함할 수 있다.

바람직한 일련의 실시예에서, 여기에서 설명된 방법은 핵 융합 반응을 생성하는데 이용될 수 있다. 반응을 위한 연료를 기체 매질에 의해서 제공될 수 있고, 비 기체 매질 또는 연료는 타겟 표면 자체에 의해서 제공될 수 있다. US 7445319에서 언급된 어떠한 연료도 본 발명에 사용되기에 적합하다.

본 발명의 특정 실시예에 따라 획득될 수 있는 융합 반응은 순 에너지 생산(이 분야에서 오랜 기간의 연구 목적)에 사용될 수 있으나, 본 발명자는 융합의 효율이 순 에너지 생산에 필요한 효율보다 낮을 지라도, 핵분열로와 같은 다른 융합 프로젝트에서 연료로 사용될 수 있고 현존하는 기술을 사용하여 생산하기에 매우 비싼 삼중 수소와 같은 분야에는 본 발명의 실시예들에 따라 얻어질 신뢰할만한 융합이 유익하다고 생각한다. 상기 융합은 기존의 대안보다 저렴하고 더 압축적인 중성자원을 빠르고 안전하게 제공하는데 도움이 될 수 있다. 이는 예를 들면 화물 컨테이너 검색 등과 같이 여러 분야에서 응용될 수 있음이 당연하다.

또한, 본 발명에 따라 융합을 생산하는 것은 전혀 필수적이지 않다. 예를 들어, 일부 실시예에서 본 발명의 기술 및 장치는 극단적이고 평범하지 않은 상황에 이용하거나 또는 단순히 집중에서 국부적인 실질적인 열을 생산하는데 이용될 수 있는 음향 화학(sonochemistry) 또는 이그조틱 화학(exotic chemistry)의 반응기로써 유리하게 이용될 수 있다.

본 발명의 특정 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 단지 일 예로서 설명될 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 실시예를 도시한다;
도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 기체 매질과 충격파의 상호 작용에 관한 세 개의 연속적인 단계를 도시한다;
도 3은 멤브레인을 포함하는 도 1의 변형 실시예를 도시한다;
도 4는 친수성 및 소수성 영역을 포함하는 도 1의 변형 실시예를 도시한다;
도 5는 포커싱 버블을 포함하는 도 1의 변형 실시예를 도시한다;
도 6은 두 개의 레이어를 포함하는 도 1의 변형 실시예를 도시한다;
도 7은 상부 레이어에 형성된 두 개의 홀을 포함하는 도 6의 변형 실시예를 도시한다.

도 1은 본 발명에 따른 구성(arrangement)을 도식적으로 나타낸다. 예를 들어 고강도 강 또는 티타늄 합금으로부터 제조되는 고체 격막(2, solid barrier)은, 예를 들어 물과 젤라틴의 혼합물인 하이드로겔 형태의 비 기체 매질(4)과, 예를 들면 핵 융합 반응에 참여하기 적절한 증기 연료인 기체 매질(6)의 사이에 배치된다. 홀(8)은 격막(2)에 형성되고, 이로써 비 기체 매질(4)과 기체 매질(6) 사이의 접촉 면에서 바운더리(10, boundary)가 형성될 수 있다. 비 기체 매질(4)과 기체 매질(6) 사이의 바운더리(10)는 비 기체 매질(4)로 돌출되는 반구 형상의 표면으로 하이드로겔 내에서 형성된다(is defined). 예를 들어 핵 연료 또는 반응물을 함유하는 임의의 적절한 물질로부터 만들어지는 고체 타겟 표면(12, solid target surface)은 비 기체 매질의 반대 측에 격막(2)과 평행하면서 격막으로부터 이격되게 배치된다. 충격파를 견디는 타켓 표면의 재료에 관한 제약은 없으며, 광범위한 물질이 제공될 수 있음은 당연하다. 타켓 표면(12)은 기체 매질(6)로 채워지고 격막(12)의 홀(8)과 대향하는 오목한 V형상의 요지(14, depression)를 포함한다. 요지(14)는 기계적으로 가공되거나 타겟 표면(12)의 크랙으로부터 형성될 수 있다. 장치의 사이즈는 필수적인 것은 아니지만, 본 도면의 전형적인 치수는 0.1과 1x10^-5 m의 사이일 수 있다.

본 실시예의 작동은 도 2a 내지 도 2c에 도시된 기체 매질(6)과 상호 작용하는 충격파(16)의 세 개의 연속적인 단계를 참조하여 설명될 것이다. 초기에 충격파(16)는 예를 들어 5GPa의 압력을 가지고 비 기체 매질(4)내에서 폭발로부터 생성된다. 이는 격막(2)을 향하는 화살표의 방향으로 전파되는 라인(16)으로 도 1에 도시되어 있다.

도 2a에 도시된 바와 같이, 먼저 충격파(16)는 바운더리(10)의 상부를 타격하고, 비 기체 매질(4)에서 기체 매질(6)에 걸친 큰 밀도의 변화의 결과로 충격파(16)의 일부가 반사된다. 상기 반사된 일부는 기체 매질(6)로부터 멀리 전파되는 희박팬(rarefaction fan)을 형성하고, 이로써 충격파의 반사된 일부와 바운더리(10)에서의 기체 매질(6) 사이에 저압 영역이 생성된다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 기체 매질(6)을 가로지르는 횡단 제트(13, transverse jet)로써 비 기체 매질(4)은 상기 저압 영역으로 유동한다. 타겟 표면(12)으로부터 격막(2)의 이격 공간은 상기 제트(3)가 도 2c에 도시된 바와 같이 제트(13)의 선단과 타겟 표면(12)의 경사진 요지(14) 사이에 기체 매질(6)의 볼륨(15)을 가두면서 타겟 표면(12) 상의 요지(14)에 충돌할 때까지 기체 매질(6)을 지나 가속되는 것을 가능하게 한다. 상기 갇힌 볼륨 내에서 기체 연료의 압축은 핵 융합 반응을 생성하기에 충분한 강력한 국부적 가열을 발생시킨다.

도 3은 도 1에 도시된 실시예의 변형을 도시하고, 여기서 비 기체 매질(104)은 격막(102)의 홀(108) 상에 위치하는 기 가공된 멤브레인(110)에 의해서 기체 매질(106)로부터 분리된다. 기 가공된 멤브레인(110)은 부서지기 쉽고 즉, 충격파(116)의 충돌로 깨지도록 설계된다. 일단 기 가공된 멤브레인(110)이 충격파(116)의 충돌에 의해서 깨지면, 이전 실시예와 동일한 방식으로, 그에 따른 횡단 제트는 기체 매질(106)로 계속하여 전파되고, 요지(114)에서 타켓 표면(112)에 대하여 기체 매질의 작은 볼륨을 가둔다. 또한, 기 가공된 멤브레인(110)은 기체 매질(106)이 홀(108)을 통하여 부유하거나 탈출하는 것을 방지하므로, 비 기체 매질(104)은 액체로부터 제조될 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 실시예의 다른 변형을 도시하고, 여기서 격막(202)의 홀(208)의 주위는 소수성 물질(218)로 코팅되고, 격막(202)의 바깥쪽은 친수성 물질(220)로 코팅된다. 소수성 물질(218)과 친수성 물질(220)의 조합 및 상대적인 배치는 예를 들면, 충격파(216)의 적용 후에 기체 매질(206)이 채워질 때, 비 기체 매질(204)과 기체 매질(206) 사이의 바운더리(210)가 정확하고 반복성을 가지고 배치되는 것을 허용한다. 소수성 물질(218)과 친수성 물질(220)의 코팅은 또한, 바운더리(210)가 형상을 유지하도록 즉, 반구 형상을 유지하도록 할 수 있다.

도 5는 도 1에 도시된 실시예의 추가적인 변형을 도시하고, 여기서, 두 개의 기체 포켓(322)은 비 기체 매질(304) 내에 배치되고, 격막(302)의 홀의 위 및 측면으로부터 대칭적으로 이격된다. 작동 중에, 충격파(316)는 두 개의 기체 포켓(322)의 상부 표면으로 초기 입사하고, 앞선 실시예를 참조하여 설명한 홀(308)에서 기체 매질(306)과 상호 작용하는 충격파와 동일한 방식으로, 각각의 기체 포켓(322)의 리워드 면에 충돌하도록 각각의 기체 포켓(322)의 볼륨을 지나 이동하는 비 기체 매질(304)의 횡단 제트가 형성된다. 이러한 충돌은 합성 충격파(resultant shockwave)를 생성하고, 이는 비 기체 매질(304)에 가해지는 초기 충격파(316)보다 더욱 강화되며, 후에 격막(302)의 홀에서 기체 매질로 입사한다. 합성 충격파는 기체 매질(306)과 상호 작용하고, 후에 앞선 실시예에서 설명된 바와 같이, 요지(314)에서 타켓 표면(312)에 대하여 기체 매질(306)의 볼륨을 가둔다.

도 6은 도 1에 도시된 실시예의 잇따른 변형을 도시하고, 여기서는 하부 격막(424)이 상부 격막(402)의 아래에 이와 평행하게 제공된다. 비 기체 매질의 제1 레이어(404)는 기체 매질의 레이어(406)를 아래에 구비하는 상부 격막(402) 위에 제공되고, 비 기체 매질의 제2 레이어(426)는 기체 매질의 레이어(428)를 아래에 구비하는 하부 격막(424) 위에 제공된다. 작동 시, 충격파는 우선 비 기체 매질의 제1 레이어(404)와 기체 매질의 제1 레이어(406) 사이의 바운더리(410)에 입사하고, 앞선 실시예를 참조하여 설명한 홀(408)에서 기체 매질(406)과 상호 작용하는 충격파와 유사한 방식으로, 비 기체 매질의 제2 레이어(426)에 충돌하도록 기체 매질의 제1 레이어(406)를 통과하는 비 기체 매질(404)의 횡단 제트가 형성된다. 이러한 충돌은 비 기체 매질의 제2 레이어(426)에 합성 충격파를 생성하고, 이는 비 기체 매질의 제1 레이어(404)에 가해지는 초기 충격파(416)보다 강렬하며, 후에 하부 격막(424)의 홀(430)에 의해서 형성되는 기체 매질의 제2 레이어(428)의 바운더리에 입사된다. 이전 실시예에 대하여 상술한 바와 같이, 상기 합성 횡단 제트(resultant transverse jet)는 기체 매질의 제2 레이어(428)를 통과하고, 후에 요지(414)에서 타겟 표면(412)에 대하여 기체 매질(428)의 볼륨을 가둔다.

도 7은 도 6에 도시된 실시예의 변형을 도시하고, 여기서는 하부 격막(524)의 홀(530)의 상부 및 측부로부터 대칭적으로 이격된 두 개의 홀(508)이 상부 격막(502)에 제공된다. 본 실시예의 작동은 결합되고 결국 기체 매질의 제2 레이어(528)로 입사되는 두 개의 합성 횡단 제트가 기체 매질의 제1 레이어(506)에 생성되는 것을 제외하고는 도 6에 도시된 실시예와 매우 유사하며, 그에 따라 타겟 표면(512)의 요지(514)에 기체 매질(528)의 볼륨을 가두는 최종 횡단 제트로 보내지는 초기 충격파(516)의 에너지의 더욱 많은 비율을 이용할 수 있다.

특정 실시예들이 개시되었지만, 실제로 구현되는 결과에 영향을 미치는 수 많은 변수가 있을 수 있으며, 예를 들어 액체 또는 겔 매체의 밀도, 주변 압력 및 온도, 기체 매질과 비 기체 매질의 성분, 충격파의 충돌각 및 형상, 타겟 표면의 형상과 타겟 표면의 미세 구조, 격막의 형상, 격막의 수 및 비 기체 매질과 기체 매질의 레이어의 수 및 비 기체 매질과 기체 매질 사이의 바운더리의 형상 등의 변수가 있을 수 있다.

상술한 실시예들의 각각에서, 본 도면들은 3차원의 기체 매질의 볼륨과 타겟 표면을 관통하는 수직 단면을 도시하고 있으므로, 회전 대칭을 이루는 실시예들을 도시한다. 그러나 이는 본 발명에 필수적인 것은 아니다. 특히 표면은 도시된 수직 횡단면을 대신하거나 또는 이에 더하여 회전 방향에 분리된 표면 부분을 포함할 수 있다. 후자의 경우, 타겟 표면은 다중면(multi-facetted)으로 이루어질 수 있다. 각각의 면은 분리되지만 수렴하는 충격파를 발생시킬 수 있다.

전술한 모든 실시예에서, 장치는 중수소를 함유한 증기(deuterated water vapour)를 포함하는 버블로 입사하는 충격파를 매질에 생성하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 수치 모델링에서, 여기에 개시된 기술은 붕괴된 기체 볼륨의 내부에 중수소 원자의 핵 융합 반응에 충분할 수 있는 1x10⁶ 켈빈(Kelvin)을 초과하는 온도를 발생시키기 충분한 20GPa에 이르는 피크 압력을 야기할 수 있다. 일부 제한되지 않은 예에서, 그에 따른 중성자는 다른 공정에 사용되거나 중성자의 운동에너지를 열에너지로 변환하여 종래의 열역학적 에너지를 생산하기 위해서 중성자 흡수재에 의해서 흡수될 수 있다.

Claims (78)

1. 비 기체 매질(non-gaseous medium)을 기체 매질(gaseous medium)과 분리하는 격막(barrier)의 적어도 하나의 홀에 의해서 형성되는 상기 비 기체 매질과 상기 기체 매질 사이의 바운더리(boundary)에 입사하고 그에 따라 상기 기체 매질에서 상기 격막으로부터 이격되는 요지(depression)를 포함하는 타겟 표면(target surface)으로 입사하는 횡단 제트(transverse jet)를 상기 홀의 반대쪽에 형성하도록 상기 비 기체 매질을 통하여 전파되는 충격파(shockwave)를 생성하는 단계를 포함하는 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 타겟 표면은 상기 격막의 상기 홀로부터 상기 홀의 직경의 20배 미만으로 이격되는, 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 타겟 표면은 교체 가능한, 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 타겟 표면은 복수의 요지를 포함하는, 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 격막은 복수의 홀을 포함하는, 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 격막은 상기 횡단 제트의 형성을 제어하도록 형성되는, 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 격막의 홀(들)은 상기 횡단 제트의 형성을 제어하도록 형성되는, 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 격막의 홀(들)은 상기 홀에서 상기 기체 매질과 상기 비 기체 매질 사이의 바운더리 형상을 제어하도록 배치되는, 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 홀(들)에서 상기 기체 매질과 상기 비 기체 매질 사이의 상기 바운더리의 형상은 상기 비 기체 매질에 대한 상기 기체 매질의 상대적인 압력에 의해서 제어되는, 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수의 격막을 포함하고, 각각의 상기 격막은 적어도 하나의 홀을 포함하고 기체 매질을 비 기체 매질로부터 분리시키는, 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법.
11. 비 기체 매질(non-gaseous medium)을 기체 매질(gaseous medium)로부터 분리하는 격막(barrier)의 적어도 하나의 홀에 의해서 형성되는 상기 비 기체 매질과 상기 기체 매질 사이의 볼록한 바운더리(convex boundary)로 입사하고 그에 따라 상기 기체 매질에서 상기 격막으로부터 이격되는 타겟 표면(target surface)으로 입사하는 횡단 제트(transverse jet)를 상기 홀의 반대쪽에 형성하도록 상기 비 기체 매질을 통하여 전파되는 충격파(shockwave)를 생성하는 단계를 포함하는 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법.
12. 제11항에 있어서,
    상기 비 기체 매질에 인가되는 상기 충격파를 상기 비 기체 매질과 상기 기체 매질 사이의 바운더리의 형상에 일치시키는 단계를 포함하는 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법.
13. 제11항에 있어서,
    복수의 격막을 포함하고, 각각의 상기 격막은 적어도 하나의 홀을 포함하고 기체 매질을 비 기체 매질로부터 분리시키는, 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 방법.
14. 기체 매질(gaseous medium);
    적어도 하나의 홀을 포함하는 격막(barrier)에 의해서 상기 기체 매질과 분리되는 비 기체 매질(non-gaseous medium);
    상기 기체 매질의 상기 격막으로부터 이격되는 요지(depression)를 포함하는 타겟 표면(target surface); 및
    상기 홀에 의해서 형성되는 바운더리(boundary)에 입사하고 그에 따라 상기 홀의 반대측에 횡단 제트(transverse jet)를 생성하도록 상기 비 기체 매질을 통하여 전파되는 적어도 하나의 충격파를 생성하는 수단을 포함하는 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 장치.
15. 기체 매질(gaseous medium);
    볼록한 바운더리(boundary)를 형성하는 적어도 하나의 홀을 포함하는 격막(barrier)에 의해서 상기 기체 매질로부터 분리되는 비 기체 매질(non-gaseous medium);
    상기 기체 매질의 상기 격막으로부터 이격되는 타겟 표면(target surface); 및
    상기 홀에 의해서 형성되는 상기 바운더리로 입사하고 그에 따라 상기 홀의 반대측에 횡단 제트(transverse jet)를 형성하도록 상기 비 기체 매질을 통하여 전파되는 적어도 하나의 충격파(shockwave)를 생성하는 수단을 포함하는 국부적인 에너지의 집중을 생산하는 장치.
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. 삭제
20. 삭제
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
24. 삭제
25. 삭제
26. 삭제
27. 삭제
28. 삭제
29. 삭제
30. 삭제
31. 삭제
32. 삭제
33. 삭제
34. 삭제
35. 삭제
36. 삭제
37. 삭제
38. 삭제
39. 삭제
40. 삭제
41. 삭제
42. 삭제
43. 삭제
44. 삭제
45. 삭제
46. 삭제
47. 삭제
48. 삭제
49. 삭제
50. 삭제
51. 삭제
52. 삭제
53. 삭제
54. 삭제
55. 삭제
56. 삭제
57. 삭제
58. 삭제
59. 삭제
60. 삭제
61. 삭제
62. 삭제
63. 삭제
64. 삭제
65. 삭제
66. 삭제
67. 삭제
68. 삭제
69. 삭제
70. 삭제
71. 삭제
72. 삭제
73. 삭제
74. 삭제
75. 삭제
76. 삭제
77. 삭제
78. 삭제

Images