KR102597887B1 - 발전 방법 및 그와 관련된 장치 - Google Patents
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Abstract
본 창의적인 개념에 따르면, 발전에 사용하기 위한 방법이 제공된다. 이러한 방법은,
제1 타겟 물질에서 제1 동위원소 시프트를 생성하고 상기 제1 동위원소 시프트로부터 중성자를 얻기 위해, 상기 제1 타겟 물질을 전자기 복사 입력 에너지에 노출시킴으로써 파장 공명을 통해 상기 제1 타겟 물질을 고에너지 상태로 하는 단계와, 제2 타겟 물질에서의 제2 동위원소 시프트와 전자기 복사 출력 에너지를 생성하기 위해 상기 제2 타겟 물질에 의해 상기 중성자를 포획하는 단계를 포함한다. 또한, 본 창의적인 개념은 연관된 장치과도 관련된다.
제1 타겟 물질에서 제1 동위원소 시프트를 생성하고 상기 제1 동위원소 시프트로부터 중성자를 얻기 위해, 상기 제1 타겟 물질을 전자기 복사 입력 에너지에 노출시킴으로써 파장 공명을 통해 상기 제1 타겟 물질을 고에너지 상태로 하는 단계와, 제2 타겟 물질에서의 제2 동위원소 시프트와 전자기 복사 출력 에너지를 생성하기 위해 상기 제2 타겟 물질에 의해 상기 중성자를 포획하는 단계를 포함한다. 또한, 본 창의적인 개념은 연관된 장치과도 관련된다.
Description
본 발명은 발전에 사용하는 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로는, 본 발명은 타겟 물질에 의한 중성자 포획을 이용하여, 전자기 복사 출력 에너지가 생성되는 발전에 사용하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 관련 장치에 관한 것이다.
핵 분쇄(nuclear spallation) 및 중성자 포획은 핵물리학에서 사실에 입각한 개념이다. 핵 분쇄는 에너지 중성자의 빔을 생성하기 위해 사용되는 입자 가속기에서의 에너지 입자 빔에 의한 핵자(nucleon)의 분열을 나타낸다. 다른 한편, 중성자 포획은 융합 반응이어서 핵자는 중성자를 포함하고, 이에 따라 그 질량이 증가한다.
전자의 경우, 분쇄는 상당히 높은 에너지 입력을 요구한다. 후자의 경우, 핵종표의 아래 부분의 동위원소에 의한 중성자 포획은 에너지의 출력을 부여한다. 중성자 포획에 의해 수용된 포텐셜 에너지에 비해 에너지 입자선에 의한 분쇄가 보다 높은 에너지 입력을 요구하기 때문에, 통상적으로 에너지 생성을 위한 유용한 수단으로서 고려되지 않았다.
전술한 관점에서, 상기와 같은 문제점을 극복하는 에너지 제조를 이루기 위해서는 기술적인 진보가 필요하다.
따라서, 본 발명의 목적은 보다 제어 가능하게 발전에 사용하기 위한 개선된 방법을 제공하는 것이다.
추가로, 이와 관련된 장치를 제공하는 것 또한 본 발명의 목적이다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 발전에 사용하기 위한 방법이 제공된다. 이러한 방법은,
제1 타겟 물질에서 제1 동위원소 시프트를 생성하고 상기 제1 동위원소 시프트로부터 중성자를 얻기 위해, 상기 제1 타겟 물질을 전자기 복사 입력 에너지에 노출시킴으로써 파장 공명을 통해 상기 제1 타겟 물질을 고에너지 상태로 하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 또한 제2 타겟 물질에서의 제2 동위원소 시프트와 전자기 복사 출력 에너지를 생성하기 위해 상기 제2 타겟 물질에 의해 상기 중성자를 포획하는 단계를 포함한다.
제1 타겟 물질과 제2 타겟 물질이 존재하며, 이하에서 연료 또는 원자로 연료로서 집합적으로 지칭된다.
전자기 복사 EM 복사 입력 에너지에 노출시킨다는 것은 본원에서 제1 타겟 물질의 적어도 일부를 EM 복사를 조사하는 것을 의미한다. 복사는 적어도 하나의 주파수 또는 주파수 모드를 갖는 광자를 포함할 수 있다. 제1 예에서, 복사는 복수의 주파수 모드를 갖는 광자를 포함한다. 제2 예에서, 복사는 고정 주파수를 갖는 광자를 포함하는 실질적으로 단색이다. 또한, 복사는 바람직한 수준의 강도 및/또는 전력을 가질 수 있다. 강도 및/또는 전력의 바람직한 수준은 특정 주파수와 연관될 수 있다.
EM 복사 입력 에너지는 입력 에너지와 입력 모멘텀을 제1 타겟 물질로 전달할 수 있다. 에너지 전달은 파장-입자 가속 프로세스에 의해 제공될 수 있다. 선택적으로, EM 복사는 양극화(polarize)될 수 있다.
제1 타겟 물질의 적어도 일부는 고에너지 상태로 추정할 수 있다. 제1 타겟 물질이 파장 공명을 통해 고에너지 상태로 되면, 중성자가 해제 또는 방출될 수 있다. 달리 말하면, 공명 파장 에너지는 제1 타겟 물질을 에너지화하여 융합 에너지를 생성하고 중성자를 생성할 수 있다. 이러한 프로세스는 분쇄(spallation)라고 지칭될 수 있다. 입력 에너지가 임계 에너지보다 높거나 같으면 해제가 일어날 수 있다. 그러나, 추가로, 양자 역학적 터널링(quantum mechanical tunnelling) 효과가 임계 에너지 미만에서 해제를 허용할 수 있다.
제1 타겟 물질은 고에너지 상태인 것으로 추정될 수 있어서 파장 에너지가 제1 타겟 물질의 적어도 일부로 전달된다. 파장-입자 가속 프로세스 또는 등가적으로 파장 공명 프로세스가 원자로의 기하학적 형상 및 이에 포함된 연료의 특정한 물리적 특성에 기초하여 선택될 수 있다. 물리적 특성은 제1 타겟 물질의 물리적 특성과 연관될 수 있다. 예로서, 이들 물리적인 특성은 제1 타겟 물질에 포함된 재료의 종류, 재료의 격자 구조의 종류, 그의 원자량, 원자수, 원자 이격 거리, 음속, 특징적인 플라즈마 속도, 국부 온도, 평균 온도 등과 같은 재료의 물리적인 양, 재료의 격자 구조의 길이 치수, 재료의 그레인 구조의 길이 치수, 재료의 격자 구조의 기하학적 형상에 연관될 수 있다. 물리적 특성은 또한 제1 타겟 물질의 국부적인 공명 주파수일 수 있다. 파장 공명 에너지, 즉 공명 파장 가속(펌핑) 프로세스에 의해 수신된 에너지는 바람직한 강도로 제1 타겟 물질에 전달될 수 있다. 파장 공명 에너지 W는 관련된 주파수 ω와, 관련된 공명 파장 길이 λ를 갖는다. 제1 타겟 물질 내의 이온은 EM 복사 입력 에너지에 의해 가속될 수 있다.
본 창의적인 방법에 따르면, 중성자가 생성되거나 해제된다. 비제한적인 예에서, 중성자는 냉중성자일 수 있다. 본 출원에서의 냉중성자라는 것은 중성자의 운동 에너지가 0eV 내지 0.025eV의 범위로 특정되는 것을 의미하고, eV는 전자볼브(electronvolt)를 나타낸다. 특히, 냉중성자는 열중성자일 수 있다. 다른 비제한적인 예에서, 중성자는 0.025eV 내지 1eV 사이의 운동 에너지를 가질 수 있다. 또 다른 비제한적인 예에서, 중성자는 1eV 내지 10eV 사이의 운동 에너지를 갖는 느린 중성자일 수 있다. 10eV 내지 50eV 사이의 운동 에너지 또한 가능하다.
EM 복사 입력 전력을 일정하게 공급하면, 제1 타겟 물질에 의해 생성되는 중성자의 수는 시간에 따라 증가할 수 있다. 비제한적인 예에서, 분쇄 개시 시간 이후에 생성되는 중성자의 수는 1010 내지 1020 개의 중성자/초/cm2 일 수 있다.
중성자가 해제될 때, 제1 타겟 물질은 이온화된 상태 또는 플라즈마 상태일 수 있다. 중성자를 포획할 때, 제2 타겟 물질은 고체 상태 또는 액체 상태일 수 있다.
제1 타겟 물질은 중수소(deuterium) D 및 7Li 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. D를 이용하는 하나의 장점은 저렴하다는 점이다. 다른 장점은 D의 사용으로 높은 순(net) 게인을 야기한다는 점이다.
게다가, 제2 타겟 물질은 40Ca, 46Ti, 52Cr, 64Zn, 58Ni, 70Ge 및 74Se 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이들 재료 중 임의의 하나는 중성자 포획에 의해 초과 에너지를 발생시킬 수 있다. 특히, 중성자 포획의 프로세스는 중성자 분쇄에 필요한 에너지보다 더 많은 에너지를 해제할 수 있다.
제2 타겟 물질은 또한 위에서 제공된 요소들의 중동위 동위원소(heavier isotope)를 포함할 수 있다. 요소들은 짧은 수명 또는 안정적일 수 있다. 이들 동위원소들은 임의의 이들 요소의 중성자 포획에 의해 생성될 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 제2 타겟 물질은 58Ni에 의한 중성자 포획으로부터 얻어질 수 있는 60Ni 또는 62Ni를 포함할 수 있다.
본 창의적인 개념에 의해, 일반적으로 변성(transmutation)되는 요소는 없다, 대신에, 제1 및 제2 타겟 물질의 동위원소 시프트가 있다. 동위원소는 동일한 원자수 Z를 갖지만 상이한 중성자 번호 N=A-Z를 갖는 핵종의 세트를 의미하고, 여기서 A는 질량수이다. 동위원소 시프트의 프로세스에서, 동위원소의 질량수 A는 적어도 하나의 정수 차이만큼 시프트된다. 제1 동위원소 시프트는 질량수 A를 갖는 동위원소 AP로부터 질량수 A-1를 갖는 동위원소 A-1P로의 동위원소 시프트일 수 있다.
동위원소 AP로부터의 동위원소 시프트는 하기 반응 채널로부터 기인할 수 있다.
AP + WS -> n + A-1P (g.s.)
여기서 WS는 분쇄 에너지를 나타내고, "n"은 중성자이고, "g.s."는 A-1P의 기저상태를 나타낸다. 이러한 반응은 통상 eV로 나타내어지는 특정 임계 에너지와 연관된다. 이러한 종류의 반응은 또한 특정 임계 에너지와 연관된다.
AP로부터 시작하는 유사한 반응 채널이 있을 수 있고, 이는 동위원소 A- KP를 얻을 수 있고, 여기서 K=1,2,3...일 수 있다. 예를 들어, 전술한 프로세스에서, 하나씩 시프트되는 원자 번호가 반복된 K 횟수일 수 있거나 또는 K 단계로 천이되는 것을 나타낼 수 있다.
분쇄 에너지 WS는 적어도 하나의 중성자의 해제를 허용하기 위해 조사 노출에 의해 제1 타겟 물질의 일부에 공급되는 에너지이다. 조사 전의 제1 타겟 물질의 에너지 상태는 고에너지 상태로 여기될 수 있다. 고에너지 상태는 제1 타겟 물질에 의한 에너지 흡수에 의해 도달할 수 있다. 예를 들어, 흡수된 에너지는 제1 타겟 물질의 운동 에너지로 변환될 수 있거나, 그리고/또는 진동 에너지로 변환될 수 있다.
제1 비제한적인 예에서, 리튬의 동위원소 시프트는 이하의 반응 채널에 기인할 수 있고,
7Li + Ws -> n + 6Li (g.s.),
WS는 분쇄 에너지이고, 여기서 "g.s."는 6Li의 기저 상태를 나타낸다. 이러한 반응을 위한 임계 에너지는 7.25MeV이다. 7Li뿐만 아니라 6Li는 그 자체로 안정적인 동위원소이지만, 전술한 반응이 임계 에너지를 초과하는 조사에 의해 도입될 수 있다.
제2 비제한적인 예에서, 동위원소 시프트는 반응 채널 D + Ws -> n + 1H로부터 유래되고, 여기서 D는 중수소 2H이고, H는 프로튬, 즉, 수소이다. 이러한 반응을 위한 임계 에너지는 2.25MeV이다.
요소 시프트 또한 베타 디코이를 통해 생성될 수 있다. 예를 들어, 불안정적인 동위원소 63Ni 및 65Ni까지의 니켈의 중성자 포획은 각각 베타(β-) 디코이를 통해 63Cu 및 65Cu를 야기하고, 즉, 중성자들은 양성자로 변환된다. 역으로, 59Ni의 중성자 포획은 β+ 디코이를 통해 58Co로 되고, 즉, 양성자는 중성자로 변환된다. 그런데, 전술한 불안정한 동위원소는 높은 중성자 포획 단면적을 갖는다. 따라서, 에너지 변환 프로세스는 중성자 포획 동위원소 시프트와 β± 디코이 요소 시프트의 복합적인 멘더링(meandering)을 수반하고, 결국 안정적인 요소들을 얻는다.
제1 타겟 물질은 적어도 하나의 동위원소 AP를 포함할 수 있다. 제1 예에서, 제1 타겟 물질은 단독으로 하나의 동위원소를 포함한다. 제2 예에서, 제1 타겟 물질은 2개의 동위원소를 포함한다. 제3 예에서, 제1 타겟 물질은 복수의 동위원소를 포함한다. 제1 타겟 물질 내의 동위원소 AP는 바람직하게는 중성자의 해제를 허용하기 위한 낮은 핵 바인딩 에너지를 갖는다. 또한, 제1 타겟 물질 내의 동위원소 AP는 바람직하게는 동위원소 A-1P의 핵 바인딩 에너지보다 큰 핵 바인딩 에너지를 갖는다.
핵 바인딩 에너지는 핵 내의 전체 핵 바인딩 에너지로서 측정될 수 있다. 대안적으로, 핵 바인딩 에너지는 핵 내의 핵자 당 핵 바인딩 에너지로서 측정될 수 있다. 특히, 핵 바인딩 에너지는 핵 내의 핵자 당 평균 바인딩 에너지로서 측정될 수 있다.
제2 타겟 물질은 적어도 하나의 동위원소 BQ를 포함할 수 있고, 여기서 B는 질량수이다. 제1 예에서, 제2 타겟 물질은 단독으로 하나의 동위원소를 포함한다. 제2 예에서, 제2 타겟 물질은 복수의 동위원소를 포함한다. 제2 타겟 물질 내의 동위원소 BQ는 바람직하게는 중성자 포획 프로세스 후에 시프트될 수 있는 동위원소 또는 동위원소들의 핵 바인딩 에너지보다 작은 핵 바인딩 에너지를 갖는다.
EM 복사 출력 에너지는 본원에서는 중성자 포획 프로세스에서 해제되는 에너지를 의미한다. 에너지는 넓은 범위의 주파수(1차, 2차 등)를 커버하는 전자기파/양성자 형태로 해제될 수 있다.
중성자는 안정적인 동위원소에 의해 또는 불안정한 동위원소에 의해 포획될 수 있다. 일 예에서, 중성자 포획은 안정적인 동위원소를 야기한다. 다른 예에서, 중성자 포획은 불안정한 동위원소를 야기한다. 동위원소 BQ를 수반하는 중성자 포획을 위한 하나의 반응 채널은 아래와 같이 쓰여질 수 있다.
BQ + n -> B+1Q + Wc ,
여기서 WC는 중성자 포획으로부터 해제된 에너지이다. 이러한 반응은 두개 이상의 중성자가 포획되어 동위원소 B+2Q, B+3Q, B+4Q 등을 얻도록 반복될 수 있다. 이들 종류의 동위원소들은 집합적으로 B+ KQ, 여기서 K=1,2,3...으로서 쓰여질 수 있다. 실제로, 일 예에서, 하나의 중성자만이 제2 타겟 물질에 의해 포획된다. 다른 예에서, 2개, 3개 또는 4개의 중성자들이 제2 타겟 물질에 의해 포획된다. 또 다른 예에서, 복수의 중성자들이 제2 타겟 물질에 의해 포획된다. 포획된 중성자들의 수는 제1 타겟 물질에 의해 생성된 중성자 플럭스와 상관관계를 가질 수 있다. 특히, 중성자의 포획은 임계 중성자 플럭스에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 임계 플럭스는 1014 내지 1020 중성자/cm2/초일 것이다.
중성자의 생성 및 중성자 포획의 조합된 프로세스를 효율적으로 하기 위해, 중성자 생성 비율은, 통합을 초과하기 위해 입력 전력으로 출력 전력을 나눔으로써 한정되는 에너지 게인 비율에 대해 충분히 높게 하는 것이 바람직하다.
본 창의적인 개념에 따라, 발전에 사용하기 위한 방법이 제공된다. 제1 타겟 물질은 공명 상태로 함으로써 중성자를 생성할 수 있다. 제1 타겟 물질에 의한 중성자의 생성과 제2 타겟 물질에 의한 중성자의 포획은 출력 에너지를 생성하기 위해 함께 동작한다. 제2 타겟 물질의 재료는 저에너지 상태로 전달될 수 있어서 에너지가 생성된다. 예를 들어, 58Ni는 두개의 중성자를 포획함으로써 60Ni로 시프트될 수 있다.
게다가, 제1 타겟 물질은 가열될 수 있다. 열은 가열 디바이스에 의해 제공될 수 있다. 바람직하게 설계된 가열 디바이스는 제1 타겟 물질을 공명 상태로 하는 파장을 생성할 수 있다. 중성자 분쇄 및 중성자 포획의 조합된 방법은 연료 내의 임계 온도를 유지하고 공명 기준을 충족함으로써 실시될 수 있다. 공명 기준은 추가적으로 이하에서 기술할 것이다.
중성자 생성의 프로세스는 중성자 포획에 의해 제공된 에너지 출력보다 낮은 에너지 입력을 요구한다. 특히, 복사 형태의 에너지가 해제될 수 있다. 예를 들어, 모멘트 P를 갖거나, 에너지 W=|p|·c로 특징지워지는 광자가 해제될 수 있다. 그렇게 함으로써, 본 창의적인 방법은 발전에서 특정 단계로서 활용될 수 있다. 예를 들어, 제공되는 초과 에너지는 전기 생성을 위해 증기 터빈을 동작시키는데 이용될 수 있다.
중성자 포획을 이용하는 다른 장점은, 중성자는 극성이 없기 때문에 중성자가 핵에 보다 용이하게 진입할 수 있다는 것이다. 실제로, 양성자와 같은 하전 입자를 수반하는 프로세스는, 핵의 쿨롱(coloumb) 배리어를 관통하여야 하기 때문에, 핵융합을 제공하기 위해 상당히 높은 에너지를 요구한다.
또한, 본 창의적인 방법에 의해, 발전에 사용하기 위한 보다 잘 제어된 방법이 제공된다. 실제로, 중성자 생성 비율은 외부 전력을 조절함으로써 용이하게 제어될 수 있지만, EM 입력 복사의 파장 주파수 내용 및 강도를 조절함으로써 보다 더 용이하게 제어할 수 있다. 중성자 생성 비율은 EM 입력 복사의 전력 및/또는 파장 주파수 및 강도와 직접적으로 상관된다.
이하에서, 제1 및 제2 타겟 물질에 대한 그래디언트 힘(gradient foece)의 개념에 대해 설명할 것이다. 이하에서 상세히 설명하는 바와 같이, 그래디언트 힘은 임의의 전체 상태(aggregate atate)에서 물질 내로의 EM 파장의 관통에서 발생한다.
플라즈마 물리학에서, 판드로모티브 힘(ponderomotive force)은 불균일하게 진동하는 EM 필드의 존재 하에서의 하전 입자를 포함하는 매체에 작용하는 시간 평균 비선형적 힘의 유효한 설명인 것으로 잘 알려져 있다. 시간 평균 판드로모티브 힘의 기초는 EM 파장이 물질에 에너지와 모멘트를 전달한다는 점이다.
5개의 포텐셜 판드로모티브 효과에서, 밀러 힘(Miller force)과 아브라함 힘(Abraham force)은 약하게 자화되거나 또는 자성 그래디언트가 없는 환경에서 가장 강력한 것으로 고려된다. 그러나, 가열 방법에 따라, 자성 그래디언트 힘은 배제될 수 없다. 게다가, 기체 입자 충돌에 의해 야기되는 바로우 힘(Barlow force)은 또한 시스템의 동역학에 영향을 미칠 수 있다.
본원에서 고려되는 가능한 전체의 판드로모티브 가속력은 밀러 힘 또는 등가적으로 그래디언트 힘이다.
행해지는 고체 본체는 플라즈마 또는 고체 상태 플라즈마로서 처리될 수 있다는 가정 하에서, 그래디언트 힘의 개념이 적용될 수 있다. 두 가지 이유로, 고체에서 그래디언트 힘을 유도하는데 알벤파(alfven wave) 유추법이 선택될 수 있다. 우선, 알벤파가 모든 상태에서의 플라즈마, 즉, 플라즈마 상태, 기체 상태, 액체 상태, 고체 상태에서 관찰되기 때문이다. 두번째로, 알벤파는 공명 하에서 주파수 독립적 반응을 갖기 때문이다.
그러나, 일반적으로 고체 본체에서 알벤파와, 음향파와 같은 다른 파장이 혼재되어 있다는 점에 유의한다.
따라서, 그래디언트 힘 및 관련된 그래디언트 압력은 본체에서의 통상적인 EM 복사 압력에 의해 생성된 힘에 추가하여 발생하고, 본체는 임의의 모든 상태에 있을 수 있다.
고체 본체는 전체 중성으로 대전되도록 하는 이온 및 전자를 포함하는 것으로 설명될 수 있다. 이온 질량이 통상적으로 전자 질량의 1800배를 초과하기 때문에, 전자 질량은 무시될 수 있다. 따라서, 질량 밀도와 플라즈마 상에서 상응하는 힘은 이온 질량 m에 의해 결정된다. 알벤파는 데카르트 좌표계에서 자기장 선 k=(0,0,k)를 따라 관통하는 주파수 ω를 갖고, 선형 편광을 갖는다. 이하의 식은 액체에서의 알벤 파에 의해 지배되는 (cgs 단위에서의) 종방향 그래디언트 힘에 적용된다:
[식 1]
여기서, e는 전기소량(elementary charge)이고, Ω은 사이클로트론 공명 주파수이다. z 방향에서의 구형파 전기장 E2의 공간 그래디언트는 힘의 크기를 결정한다. 식 1은 ω2=Ω2에서 특이점을 갖는다. 또한, 그래디언트 힘은 ω2<Ω2에서 인력을 갖고 ω2>Ω2에서 반력을 갖는다. 따라서, ω2<Ω2를 갖는 저주파 알벤파는 파장 공급원을 향해 하전된 입자를 끌어당기며, ω2>Ω2를 갖는 고주파 알벤파는 입자를 밀어낸다. 저주파에서의 인력은 직관적으로 틀린것으로서 생각될 수 있다. 그러나, 이는 플라즈마에 대해 명확하게 적용되며, 또한 중성 고체 상태 물질에 대해 실험적으로 및 이론적으로 확인되었다. 파장 공명에서 이러한 양극 방향성 힘 시프트를 갖는 것에 추가하여, 그래디언트 힘은 e2의 인자에 기인하여, 입자의 전하의 부호에 독립적이다. 이는 양이온과 전자에 대한 힘이 동일한 방향을 향한다는 것을 시사한다.
중성 물질은 액체 상태, 기체 상태, 플라즈마 상태 또는 고체 상태일 수 있다는 점에 유의한다. 원자 및 핵 수준에서 존재하는 중성 물질이 전하를 구성하기 때문에, 따라서 원자 진동(예를 들어 브라운 운동) 및 "기본 주파수(fundamental frequency)"로서 원자간 진동을 고려할 수 있다. EM 파장의 전기장 기간(term)은 강한 자기장에 의해 경계를 갖는 플라즈마와 유사한 방식으로 예를 들어, 반 데르 발스 힘에 의해 경계를 갖는 원자 "매체"에 영향을 미친다.
자화되지 않은 중성에 대해, 그래디언트 힘이 원자 양성자와 전자에 집합적으로 힘을 작용하기 때문에 파장 에너지가 관통할 수 있다는 것을 유추법에서는 시사한다.
ω2≪Ω2와 같은 저주파 파장에서, ω가 무시될 수 있기 때문에 식 1에서의 표현식은 단순화된다. 이러한 경우, 원자 구조 또는 질량에 관계없이 힘은 약한 인력이 된다.
그러나, 공명 주파수 ω2=Ω2를 탐구하면, 그래디언트 힘은 비선형적으로 증가한다. 플라즈마 물리학에서의 공명 주파수는 플라즈마 밀도, 입자 질량, 입자 가속도 및 자기장과 같은 고유한 액체 특성과 연관된다. 이는 기계적 및 원자간 반 데르 발스 바인딩 힘 또한 수반한다는 것을 제외하고, 고체 상태 물질에 대해 동일하게 적용된다는 것을 입증한다.
유추법에 의해, 중성 액체/고체 본체에 조사하는 EM 파장이 선형 편광된다는 가정 하에서, 복사 전기장 E를 갖는 선형 편광화된 EM 파장에 의해 질량 ma의 개별 입자/원자에 가해지는 그래디언트 힘은,
[식 2]
가 된다.
특히, 이러한 표현은 제1 타겟 물질에 대해 유효하다. 식 2의 주파수에 대한 이론적인 그래디언트 힘은, 공명 주파수 Ωa가 도입되었다는 점을 제외하고는 식 1과 유사하다. 공명 주파수 Ωa는 임의의 모든 상태, 즉, 고체, 액체, 기체 또는 플라즈마 상태에서의 물질에 대한 공명 주파수일 수 있다. 그래디언트 힘은 예를 들어 ω2 < (Ωa)2에 대한 공명보다 낮은 전체 주파수 범위에 걸쳐 다시 인력을 갖는다. 공명 ω2 > (Ωa)2을 초과하면, 힘은 반발력을 갖는다. 공명보다 훨씬 아래의 주파수, ω2 ≪ (Ωa)2에서, 그래디언트 힘은 파장 주파수에 대해 독립적이고, 이하의 식이 적용된다.
[식 3]
물질이 전체가 고체 상태이면, 공명 주파수는 Ωa=c/a로 쓰여질 것이고, 여기서 a는 원자간 거리고, c는 매체에서의 빛의 국지적인 속도이다. ω2≪(Ωa)2에 대해 적용할 경우, 아래 근사식이 된다.
[식 4]
여기서, 힘은 재료 상수 ξ(a, ma)에 종속되고, 구형파 전기장의 구형 그래디언트 E2는 물질 내를 관통한다. 파장 에너지는 가열 및/또는 운동 에너지로 진행할 것이다. 파장의 인력은 E2의 구형 그래디언트에 의해 결정되며, 이는 δE2/δz의 몫으로 나타내어질 수 있고, 여기서 δE2는 차동 상호작용(differential interaction) 길이 δz에 걸친 E2의 차이이다. 재료 상수 ξ(a, ma), 그래디언트 δE2/δz 및 횡단파 전기장 E은 이제 본체 내의 개별 원자에 가해지는 그래디언트 힘을 결정한다. 원자간 거리 a는, 플라즈마 운동을 제어하는 자기장에 대한 유추법에서 바인딩 힘 또는 장력을 한정한다는 점에 유의한다. a 인자는 공명을 한정하는 파라미터일 수 있다. 공명을 한정하기 위한 추가적인 파라미터가 있을 수 있다.
보다 일반적으로, 식 Ωa=u/a에서의 u는 매체에서의 EM 파장(예를 들어, 음향, 이온 음향)의 국부 속도와 관련된다.
식 4로부터 유도된 분석 결과는 카벤디쉬(Cavendish) 진공 실험으로부터의 실혐 결과에 대해 매우 유효하다는 것을 나타낸다.
제1 또는 제2 타겟 물질에 대해, 그래디언트 힘에 대한 이하의 식이 전술한 식 4로부터 얻어질 수 있다.
[식 5]
여기서, k(a, ma)는 제1 및/또는 제2 타겟 물질의 특징적인 특성이다. 특징적인 특성은 대응하는 원자 질량, 원자번호 및 원자 이격 거리 등일 수 있다.
입력 EM 복사의 입력 전력이 강해질 때 그래디언트 힘은 강해질 것이다. 예를 들어, 저주파 범위 ω2≪(Ωa)2에서의 그래디언트 힘은 입력 EM 복사의 입력 전력에 직접 비례한다.
전술한 바와 같이, 고체 본체에서는 아브라함 힘이 또한 발생할 수 있다. 플라즈마에 대한 유추법에 의해, 종방향 아브라함 힘은 이러한 경우, 
로 기술될 수 있고, 구형 전기장의 일시적인 변화에 비례한다. cA는 알벤 속도이고, B는 자기장이다. 양 또는 음의 부호는 각각 자기장 B의 방향에 평행 또는 역평행한 파장 투과에 대응한다. 아브라함 힘은 E의 빠른 전하 및/또는 약한 자기장에 있어서 의미가 있을 수 있다. 후자는 낮은 사이클로트론 공명 주파수와 연관될 수 있고, 이는 낮은 중성자 생성 비율을 야기할 수 있다. 아브라함 힘의 장점은 고속 방향성 EM 장의 변화에 의해 가열을 촉진하는 것을 대신할 수 있다는 점이다. 추가적으로, 아브라함 힘은 원자로 내에서 종방향 포커싱을 유지할 수 있다.
플라즈마 내의 EM 파장이 인력을 야기한다는 사실은 명확하진 않다. 자기액체역학 파장, MHD 파장은 플라즈마와 자기장이 상호 진동을 표시하는 액체 내의 파장의 클래스이고, 플라즈마는 자기장 내에서 "냉동(frozen)"된 것으로 고려된다. 공간적으로 단방향성인 자기장에서, 플라즈마 공명 주파수는 파장 투과 방향(+z 방향) 이외의 힘의 방향을 결정한다. Ω=eB/mc로부터, 본 발명자는 ω2≪Ω2인 저주파 파장에 대해 
을 얻었다. 이는 힘이 일정하고, 매우 낮은 주파수에서 상수 B를 갖는 균질 매체에서 파장 주파수에 대해 독립적이고, 힘은 EM 파장 강도의 그래디언트에 비례한다는 것을 시사한다. (물질에 힘을 가하는) 상호작용 동안 파장 강도가 감소되기 때문에, 힘은 파장 투과 방향의 반대 방향을 향한다.
MHD 파장의 개념은 플라즈마의 액체 기술에 기인한다. MHD 파장은 자화된 플라즈마에서 자기성 장력에 의해 지배된다. 자기성 장력이 강해지면, 파장 그룹 속도 및 그래디언트 힘은 약해진다. 유사한 방식으로, 고체 상태 플라즈마 내의 MHD 파장은 그의 유전율 특성 및 원자간 장력에 의해 지배된다. 기체상 자화 플라즈마에서 국부적인 공명 주파수는 이온 자이로 주파수에 의해 결정되며, 원자를 포함하는 중성 고체 및 중성 기체에서의 국부적인 공명 주파수는 거의 나타나지 않는다. 그러나, 전술한 바와 같이, 그래디언트 힘은 중성 대전이며, 양(양성자) 및 음(전자) 대전된 입자 상의 힘이 동일한 방향으로 진행한다는 것을 시사한다. 이상적인 MHD는 물질에서 그 자체로는 입자를 운반하지 않는다는 것을 시사하기 때문에, 플라즈마에서의 MHD 파장의 유추법은 유용하다. 물질이 파장 에너지의 국부적인 해제에 의해 힘을 가하는 대신에, 파장 전기장의 공간 그래디언트에 의해 특징지워진다. 본 창의적인 방법에 따른 중성자 포획을 달성하기 위해, 7Li 또는 D와 같은 "분쇄 핵자"와 58Ni 또는 40Ca와 같은 고수율 중성자 포획 핵자의 소정의 혼합이 요구된다. 이러한 핵 프로세스의 과정에서, 그리고 환경에 따라, 예를 들어 전자 포획인 다른 상태로의 전달이 발생할 수 있다. 그러나, 적절한 시스템 설계로, 이들 프로세스는 출력 에너지 예산에 대해 적은 영향을 가질 것이다.
연료 온도 및 파장 공명에 따라, 혼합된 7Li-58Ni 또는 7Li-40Ca 타겟에서의 중성자 생성 비율이, 중성자 포획에 의해 야기된 출력 전력이 입력 전력을 실질적으로 초과하는 상태에서 달성될 수 있다.
원자로를 가열하는 것 외에, 중성자 포획으로부터의 초과 전력은 또한 분쇄 속도를 향상시킬 수 있다. 후자는 원자로에 EM 복사의 입력 출력을 향상시킴으로써 달성될 수 있다. 추가적으로, 공명 부근의 파장 전력은 또한 분쇄 비율을 보다 더 개선할 수 있다. 58Ni->60Ni의 중성자 분쇄와 중성자 포획 프로세스 사이의 이론적인 비율이 7Li에 대해서는 1.4이고 중수소에 대해서는 3.6의 사이에서 변할 수 있고, 외부적으로 구동되는 중성자 분쇄 단독으로 전술한 게인에만 도달할 수 있다. 그러나, 중성자 포획과 결부된 초과 전력은 중성자 생성 프로세스로 피드백될 수 있고, 추가의 개선된 분쇄 속도를 얻을 수 있다. 분쇄 프로세스를 구동하는 이러한 내재적 중성자 포획은 전력 게인을 추가적으로 상승시킬 수 있다. 예를 들어, 전력 게인은 직접 구동되는 프로세스에 비해 크기의 차수만큼 상승할 수 있다. 그래디언트 힘의 양극 방향성 힘 시프트를 고려하면, 전술한 바와 같이, 과도한 가열 또는 파장 주파수가 공명을 초과하는 달성되는 것이 방지될 수 있다. 그렇지 않다면, 그래디언트 힘의 반발에 의해 시스템은 붕괴될 수 있다.
다음에 본 창의적인 개념의 다양한 실시예가 설명될 것이다.
일 실시예에 따라, EM 복사 입력 에너지는 주파수 간격에 포함되는 적어도 하나의 공명 주파수 모드를 포함하는 EM 복사에 의해 공급된다. EM 복사 입력 에너지는 또한, 적어도 하나의 공명 주파수 모드에 접근하는 배음(harmonics)를 갖는 복수의 주파수를 포함하는 EM 복사로 넓은 스펙트럼의 배음을 포함할 수 있다. 제1 타겟 물질을 공명 주파수 모드를 갖는 EM 복사에 노출시키는 작용은, 제1 타겟 물질을 공명에 근접하지만 그보다 낮은 상태로 되도록 할 수 있다.
공명 주파수는 기계적 공명 주파수일 수 있다. 대안적으로, 공명 주파수는 EM 파장 공명 주파수일 수 있다.
공명 주파수는 제1 타겟 물질의 전체 상태와 연관될 수 있다. 특히, 고체 상태에서의 제1 타겟 물질의 하나의 공명 주파수, 기체 상태에서의 제1 타겟 물질의 하나의 공명 주파수, 및 플라즈마 상태에서의 제1 타겟 물질의 다른 공명 주파수가 있을 수 있다.
바람직하게는, 공명 주파수 모드는 임계 공명 주파수에 근접한 주파수이다. 이는 공명 기준일 수 있다. 임계 공명 주파수는, 그래디언트 힘이 확산되는, 그리고/또는 그래디언트 힘이 방향을 바꾸는 주파수일 수 있다.
예로서, 공명 주파수와 임계 공명 주파수 사이의 비율이 0.8 내지 0.999 사이이면, 또는 보다 바람직하게는 0.9 내지 0.99 사이이면 공명 주파수는 임계 공명 주파수에 근접한 것으로 고려될 수 있다.
또한, 공명 주파수 모드는 바람직하게는 전술한 임계 공명 주파수보다 작은 주파수이다. 이는 공명 기준일 수 있다. 임계 공명 주파수보다 작은 공명 주파수는 상기에서 나타낸 바와 같이, 그리고 이하에서 설명하는 바와 같이 연료의 수축을 야기할 수 있다.
중요하게는, 공명 주파수 모드는 주파수 간격에서 임의의 주파수일 수 있다. 그러나, 생성된 중성자의 양은 사용되는 공명 주파수 모드에 종속될 수 있다.
주파수 간격은 낮은 주파수로부터 임계 공명 주파수까지 확장될 수 있다. 예를 들어, 외부 파장 발생기는 제1 공명 주파수 모드 및 제2 공명 주파수 모드를 제공할 수 있고, 제1 공명 주파수 모드는 제2 공명 주파수 모드보다 임계 공명 주파수에 근접하다. 제1 공명 주파수 모드에서 EM 복사 입력 에너지에 제1 타겟 물질을 노출시킴으로써, 제2 공명 주파수 모드에서 EM 복사 입력 에너지에 제1 타겟 물질을 노출시키는 것보다 보다 많은 중성자를 생성할 수 있다. 추가적으로, 증가된 입력 전력은 또한 중성자 생성 비율을 증가시킬 수 있다.
따라서, 파장 에너지 전달은 바람직하게는 공명 에너지 전달이다. 그러나, 이는 또한 비공명 에너지 전달일 수 있다. 공명 에너지 전달은, EM 복사의 주파수가 임계 공명 주파수에 근접한 주파수 간격에 포함되는 것을 의미한다.
적어도 하나의 공명 주파수 모드는 다수의 단일 공명 주파수를 포함할 수 있다. 이는 공명 기준일 수 있다. 예를 들어, 공명 주파수 ω는 공명 주파수의 배수 2·ω, 2·ω, 4·ω, 5·ω 등을 야기할 수 있다.
공명 주파수 모드는, 연관된 에너지가 제1 타겟 물질에 중성자의 분쇄를 야기하는 임계 에너지와 같거나 높도록 선택될 수 있다.
예로서, 공명 주파수 모드가 임계 공명 주파수에 근접하면, 그래디언트 힘은 10-5N 내지 1N 사이의 강도를 가질 수 있다. 다른 예에서, 그래디언트 힘은 0.01N 내지 0.1N 사이의 강도를 가질 수 있다. 그러나, 다른 강도도 동일하게 가능하다는 것은 명백하다.
중성자 생성 비율은 그래디언트 힘의 강도, 연료의 온도 및 공명 주파수 중 적어도 하나에 종속될 수 있다.
제1 예에서, 7Li용으로 기체/플라즈마와 연관된 임계 공명 주파수는 Ωa=1.3· 1016Hz이다. Ωa는 파장 원자간 거리 a=1.1·10-8m에 기초하고, 파장은 광속(c)으로 투과한다.
제2 예에서, 7Li+용으로 대응하는 기체/플라즈마의 이온 음향파장 공명인 임계 공명 주파수는 Ωa=7.9· 1013Hz이다. 기체/플라즈마에서 평균 원자간 거리는 a=1.1·10-9m이다.
제3 예에서, 대응하는 중수소 기체/플라즈마의 이온 음향파에 대한 D+용의 임계 주파수 및 평균 원자간 거리는 각각 Ωa=1.3· 1013Hz이고, a=6.1·10-9m이다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 공명 주파수 모드는 제1 타겟 물질의 원자간 거리와 연관된다. 제1 타겟 물질의 주어진 부분에 대해, 원자는 3차원 격자로 배열될 수 있다. 제1 타겟 물질이 몇몇 동위원소를 포함하면, 이러한 부분은 고정된 격자 구조를 갖는 하나의 특정 동위원소에 관련될 수 있다. 격자의 x, y, z 방향에서의 원자간 거리는 각각 ax, ay, az로 기재된다. 명백하게, 원자간 거리 ax, ay, az는 일반적으로 상이하고, 특정 종류의 격자에 종속된다.
공명 주파수 모드 ωi는 관계 ωi=ui/ai에 의해 원자간 거리 ai에 연관될 수 있고, 여기서 ui는 상수이고, i=x, y 또는 z이다. 상수 ui는 속력 또는 속도의 차원이고, 즉 [ui]=L·T-1이고, 여기서 L과 T는 각각 길이 파라미터와 시간 파라미터이다. 상수 ui는 특정 방향에서의 속도의 성분 또는 속도의 크기일 수 있다. 제1 비제한적인 예에서, 상수 ui는 제1 타겟 물질의 일부의 음속이다. 음속은 이온 음속일 수 있다. 제2 및 제3 비제한적인 예에서, 상수 ui는 제1 타겟 물질의 일부의 플라즈마 파장 속도 uw이다.
일 실시예에 따르면, 적어도 하나의 공명 주파수 모드는 제1 타겟 물질의 기체 또는 플라즈마 공명 주파수 모드이고, 플라즈마 공명은 제1 타겟 물질의 자화 및/또는 비자화된 플라즈마 또는 상기 제2 타겟 물질의 고체/액체/기체/플라즈마 공명 주파수 모드를 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 본 방법은 또한 제1 타겟 물질을 플라즈마 상태로 하는 단계를 포함한다. 사실상, 그래디언트 힘은 제1 타겟 물질의 플라즈마 상태에서 우세하게 된다.
일 실시예에 따르면, 본 방법은 또한, 제1 타겟 물질을 고체 상태로부터 액체 상태로 하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 제1 타겟 물질을 액체 상태로부터 기체 상태로 하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 또한, 이러한 방법은 제1 타겟 물질을 기체 상태로부터 플라즈마 상태로 하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제2 타겟 물질은 미세 입자 파우더(저온 요법)으로서 고체 상태로 유지된다. 일 실시예에 따르면, 본 방법은 또한 제2 타겟 물질을 액체 또는 기체 상태로 하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 방법은 또한 제1 타겟 물질 및 제2 타겟 물질 중 적어도 하나를 가열하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예에 의해, 보다 많은 중성자가 생성될 수 있다. 실제로, 보다 고온의 연료는 그래디언트 힘에 의해 압축될 수 있고, 이는 중성자 생성 및 중성자 포획 상호간에 이익이 있다.
일 실시예에 따르면, 가열은 인덕션 가열에 의해 제공된다. 인덕션 가열은 2상 또는 3상 인덕션 가열일 수 있다. 이러한 실시예의 장점은, 연료의 가열이 연료와 물리적으로 접촉하지 않는 가열 디바이스에 의해 수행될 수 있다는 점이다. 대신, 가열은 유도 와전류에 의해 달성될 수 있고, 이는 연료의 저항 가열을 시사한다. 또한, 가열은 연료의 자기 히스테리시스 손실(hysteresis losses)에 의해 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 그래디언트 힘의 다른 영향은 고온 물질이 저온 물질을 끌어당길 수 있다는 점이다. 예를 들어, 제1 타겟 물질은 중성자가 해제 또는 방출될 때 냉각될 수 있다. 이에 의해, 제1 타겟 물질은 제2 타겟 물질을 끌어당길 수 있다. 특히, 제1 타겟 물질은 제2 타겟 물질의 코어를 향해 끌어당겨질 수 있다.
연료의 가열은, 제1 타겟 물질이 임계 공명 훨씬 아래의 주파수를 갖는 EM 복사로 조사될 때에도 연료의 코어에 대해 중요할 것이다. 연료의 높은 온도는 그래디언트 힘 코어 수축과 주위 입자의 끌어당김을 야기한다. 물질의 모든 상태에 관계없이, 공명 부근의 파장 가열은 실질적인 힘을 야기한다. 축적된 공명 힘은 결과적으로 제1 타겟 물질에 대해 분열/분쇄 에너지에 도달할 수 있다.
제1 타겟 물질의 가열, 증발 및 이온화는 높은 코어 온도만의 힘으로 원자로 내의 중성자 분쇄를 야기할 수 있지만, 이러한 경우, 생성 비율은 낮게 될 것이다. 힘은 공명 주파수 부근의 보다 높은 크기의 차수일 것이다.
공명의 수는 각각 그 대응하는 전체 상태에 관련된 것으로 고려될 수 있다. EM 힘의 전력을 고려하면, EM 힘은 중성 기체도 우세할 것이다. 특히, 이는 이온화 비율이 0.01%를 초과하는 환경에서 유효하다. 이러한 이유로, 분쇄 프로세스는 플라즈마 공명의 지배를 받는 프로세스로서 처리될 수 있다. 제1 타겟(리튬 및 중수소 이온)용의 이온화 비율은 이온화와 재조합 사이에서 균형을 갖는다. 재조합은 이온이 중성자로 복귀하는 것을 의미한다. 밀집 기체 환경에서 높은 이온화 비율을 유지하기 위해 초과 EM 힘이 요구된다.
일 실시예에 따르면, EM 복사 입력 에너지는 구형파 신호 또는 정현파(sinus wave) 신호의 형태로 제공된다. 구형파 신호는 복수의 배음 즉 주파수 모드를 포함한다. 특히, 구형파 신호는 적어도 하나의 공명 주파수 모드를 포함할 수 있다. 다른 종류의 신호는 균등하게 고려될 수 있다. 특히, 비정현파 신호가 바람직할 수 있다. 예를 들어, 톱니형 신호가 제공될 수 있다. 추가적으로, 불규칙 신호가 제공될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본 방법은 또한 EM 복사 출력 전력이 전력 임계값을 초과하여 생성되는 조건에서, EM 복사 유지보수 에너지에 제1 타겟 물질을 노출시킴으로써 EM 복사 출력 에너지의 생성을 유지하는 단계를 포함한다. 이러한 실시예의 장점은 EM 복사 출력 에너지가 전력 임계값보다 높게 생성되면, 제1 타겟 물질에 유지보수 에너지를 입력함으로써 추가의 EM 복사 출력 에너지가 생성될 수 있다는 점이다. 특히, 이는 가열이 점진적으로 오프되면서 달성될 수 있다. 추가로, 가열이 완전히 오프될 때 유지보수 에너지가 존재할 것이다. 유지보수 에너지는 전술한 가열 디바이스와는 별개로 공급원으로부터 공급될 수 있다.
일 예에서, 제1 타겟 물질은 단독으로 EM 유지보수 에너지에 노출된다. 특히, 제1 타겟 물질의 외부 가열과 같은 가열이 없다. 다른 예에서, 제1 타겟 물질은 EM 유지보수 에너지뿐만 아니라 가열에 노출된다.
대안적인 실시예에 따르면, 본 방법은 또한, 임계값보다 높게 중성자가 생성되는 조건에서, 제1 타겟 물질을 EM 복사 유지보수 에너지에 노출시킴으로써 EM 복사 출력 에너지의 생성을 유지하는 단계를 더 포함한다.
반복하기 위해, 낮은 전력 입력에서 중성자 포획 프로세스를 구동하기 위해 보수적이고 에너지 절약적인 접근법이 있을 수 있다. 높은 전력에서 제1 중성자 포획 유사 안정(quasi steady) 상태에 도달하면, 저전력 고주파 EM 파장 공급원(상기 저전력 고주파 EM 파장 공급원은 공명 주파수에 근접하지만 그보다 낮게 작동함)으로 대체될 것이고, 제2 유사 안정 상태로 이어진다. 본원에서 제2 유사 안정 상태는 중성자 포획 프로세스, 즉 발전을 유지하는데 필요한 입력 전력이 낮은 것을 의미한다. 임계 공명에 근접한 저전력 고주파 파장은 내부 가열에 의해 주로 유지되는 온도 베이스라인으로부터 중성자 파쇄 비율을 상승시키는데 충분하다.
원하는 출력 전력에 도달한 후, 원자로는 일정하게, 파장 공급원으로부터 마이너 보정 입력에 의해 규제되는, 거의 자가 유지 전력 출력으로 동작할 수 있다. 파장 공급원은 저전력 고주파 공급원일 수 있다. 중성자 포획 프로세스의 보다 우수한 제어 외에도, 전술한 프로세스는 고전력 게인을 제어할 수 있고, 원자로의 지속 가능한 동작을 제공한다.
일 실시예에 따르면, EM 복사 유지보수 에너지는 주파수 간격에 포함되는 적어도 하나의 공명 주파수 모드를 포함하는 EM 복사에 의해 공급된다.
일 실시예에 따르면, EM 복사 유지보수 에너지는 파장 공급원에 의해 제공된다. 파장 공급원 또는 파장 발생기가 EM 파장 공급원일 수 있다. 비제한적인 예에서, 파장 공급원은 방전 전극이다. 파장 공급원에 의해, 유지보수 에너지가 보다 잘 제어되는 방식으로 제공될 수 있다. 추가적으로, 중성자의 생성을 유지하기 위해 저전력이 요구될 수 있다. 실제로, 파장 공급원에 의해, 감소된 전력으로 안정적인 동작이 유지될 수 있다. 감소된 전력은 가열과 EM 복사 입력 에너지의 조합에 의해 제공되는 전력에 비해 상당할 것이다.
일 실시예에 따르면, 본 방법은 심우주 탐사기(deep space probe)용의 경량 열전자 발생기의 작용을 포함할 수 있다. 저전력 유지 모드에서 동작하는 공급원 유닛은 장기간(>30년) 동작 가능하고, 극소량의 타겟 물질을 필요로 한다. 다른 해결책에 비해 장점은 발전을 제공하는데 방사성 원소가 필요하지 않다는 점이다.
대체 실시예에 따르면, 본 방법은 또한 생성된 EM 복사 에너지 출력을 이용함으로써 터빈을 동작시키고, 터빈에 의해 전기를 생산하는 작용을 포함할 수 있다. 터빈은 증기 터빈일 수 있다.
본 방법의 단계 또는 그의 임의의 실시예들은 전술한 정확한 순서로 행해지지 않는다는 점에 유의한다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 발전 장치가 제공되며, 이는: EM 복사 입력 에너지, 제1 타겟 물질 및 제2 타겟 물질을 생성하기 위한 공급원 유닛을 포함한다. 공급원 유닛은 제1 타겟 물질을 EM 복사 입력 에너지에 노출시키도록 배열되어, 제1 타겟 물질을 파장 공명을 통해 고에너지 상태로 되도록 하여, 제1 타겟 물질에서 제1 동위원소 시프트를 생성하여 제1 동위원소 시프트로부터 중성자를 얻고, 제2 타겟 물질에서의 제2 동위원소 시프트와 전자기 복사 출력 에너지를 생성하기 위해 제2 타겟 물질에 의해 중성자를 포획한다.
본 발명의 제2 양태의 상세 사항과 장점은 본 발명의 제1 양태와 대략적으로 유사하며, 전술한 내용을 참조한다.
일 실시예에 따르면, 장치는 자기 및/또는 전기장을 생성하기 위한 EM 공급원 유닛을 또한 포함한다. 비제한적인 예에서, EM 공급원 유닛과 EM 복사 입력 에너지를 생성하기 위한 공급원 유닛은 동일하다.
일 실시예에 따르면, 제1 타겟 물질과 제2 타겟 물질을 함유하는 연료 컨테이너를 또한 포함한다. 연료 컨테이너는 복사선을 흡수하거나 그리고/또는 중성자를 흡수하는 재료를 포함할 수 있다. 특히, 연료 컨테이너는 소프트 복사선을 흡수하거나, 그리고/또는 열 중성자를 흡수하는 재료를 포함할 수 있다. 연료 컨테이너는 세라믹 재료를 포함할 수 있다. 세라믹 재료는 산화 알루미늄을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 연료 컨테이너는 압력 챔버일 수 있다. 압력 챔버에 의해, 연료 컨테이너 내의 원자료 연료 압력은 개선된 방식으로 조절되고 제어될 수 있다. 예를 들어, 제1 타겟 물질이 고체 상태로부터 기체 상태되 될 때, 제1 타겟 물질의 체적은 크게 증가할 수 있고, 따라서, 연료 컨테이너 내의 압력이 증가한다. 압력은 압력 챔버에 연결된 통기 시스템에 의해 제어될 수 있다. 통기 시스템은 또한 기체 형태 및/또는 액체 형태로 원자로에 제1 타겟 물질를 공급하는데 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제1 타겟 물질 및 제2 타겟 물질은 혼합된다. 제1 및 제2 타겟 물질은 비례하여 혼합될 수 있어서, 제1 타겟 물질의 양과 제2 타겟 물질의 양은 증가된 중성자의 양을 생성하는데 적합하다. 혼합된 타겟 물질에 의해, 장치의 장기간 동작이 안정적인 방식으로 유지될 수 있다. 소정의 게인 수준에서 안정성이 제공될 수 있다.
제1 비제한적인 예에서, 제1 타겟 물질 및 제2 타겟 물질 중 적어도 하나는 그레인의 형태로 제공된다. 제2 비제한적인 예에서, 제2 타겟 물질은 네트(net)의 형태로 제공된다. 제3 비제한적인 에에서, 제2 타겟 물질은 스트링 또는 섬유의 형태로 제공된다.
일반적으로 청구범위에서 사용되는 모든 용어는 본원에서 달리 명확하게 한정하지 않는 한, 기술 분야에서 그의 일반적인 의미에 따라 해석되어야 한다. "a/an/the [요소, 디바이스, 컴포넌트, 수단, 단계 등]"에 대한 모든 참조는 본원에서 달리 명확하게 언급하지 않는 한, 상기 요소, 장치, 컴포넌트, 수단, 단계 등의 적어도 하나의 예를 지칭하는 것으로 개방적으로 해석되어야 한다.
본 발명의 전술한 것 뿐만 아니라 추가적인 목적, 특징 및 장점은, 첨부 도면을 참조하여 이하의 도식적이고 비제한적인 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명을 통해 보다 잘 이해될 것이며, 동일한 도면부호는 유사한 요소에 대해 사용될 것이다.
도 1은 본 창의적인 개념의 실시예에 따른 장치의 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 장치의 개략 측면도이다.
도 3은 본 창의적인 방법의 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 4는 도 3의 흐름도에 따른 발전을 유지하는 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 7Li 및 58Ni 디바이스의 전력 대 시간 시뮬레이션이다.
도 6은 D 및 58Ni 디바이스의 전력 대 시간 시뮬레이션이다.
도 1은 본 창의적인 개념의 실시예에 따른 장치의 개략 단면도이다.
도 2는 도 1의 장치의 개략 측면도이다.
도 3은 본 창의적인 방법의 실시예를 도시하는 흐름도이다.
도 4는 도 3의 흐름도에 따른 발전을 유지하는 단계를 도시하는 흐름도이다.
도 5는 7Li 및 58Ni 디바이스의 전력 대 시간 시뮬레이션이다.
도 6은 D 및 58Ni 디바이스의 전력 대 시간 시뮬레이션이다.
다음에, 본 창의적인 개념은 본 창의적인 개념의 실시예에 따른 장치(100)를 개략적으로 도시하는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명될 것이다. 도 1은 장치(100)의 단면도이고, 도 2는 도 1의 선 A-A를 따른 측면도이다.
장치(100)는 원자로 실린더, 또는 간단하게는 원자로로서 지칭될 수 있고, 챔버(110), 유도 코일 구조체(120), 연료 컨테이너(130) 및 측부 구조(140)를 포함한다.
챔버(110)는 장치(100)의 외부 배리어를 형성하고 유도 코일 구조체(120)와 연료 컨테이너(130)를 덮는 세라믹 실린더이다. 챔버(110)는 환형 단면을 갖는다. 또한, 챔버(110)는 측부 구조체(140)와 밀착하여 끼워맞춤된다.
유도 코일 구조체(120)는 연료 컨테이너(130) 둘레에 꼬임 구성으로 대칭으로 배치된다. 이에 따라, 장치(100)의 원자로 중심 상에 기하학적 포커싱이 제공된다. 유도 코일 구조체(120)는 적어도 한 개의 유도 코일을 포함한다. 제1 와이어(122)는 유도 코일 구조체(120)의 좌측 단부에 접속되고, 제2 와이어(124)는 유도 코일 구조체(120)의 우측 단부에 접속된다. 장치(100)의 동작시, 제1 및 제2 와이어(122, 124)는 전력 공급원(도시 안함)에 접속되며, 이는 유도 코일 구조체(120)에 전력을 공급한다. 전력 공급원은 유도 코일 구조체(120) 내의 전자석을 통해 교류를 통과시키도록 구성된다.
본 실시예에 따르면, 전력 공급원은 유도 코일 구조체(120)에 구형파 신호를 공급하도록 구성된다. 구형파 신호는 고정 진폭 및 폭을 갖고, 적어도 하나의 공명 주파수 모드를 포함하도록 선택된다. 전력 공급원으로부터의 신호의 전력은 고정된다.
연료 컨테이너(130)는 도 1에서 알 수 있는 바와 같이 환형 단면을 갖는다. 또한, 연료 컨테이너(130)는 스틸로 제조된다. 연료 컨테이너(130)의 길이 방향 부분을 따라 연장하는 연료 컨테이너(130)의 중심부에 연료(200)가 제공된다. 연료(200)는 제1 타겟 물질(210)과 제2 타겟 물질(220)을 포함한다. 처음에는, 즉, 장치(100)의 임의의 동작 전에는, 제1 타겟 물질(210)은 리튬 7, 7Li를 포함하고, 제2 타겟 물질(220)은 니켈-58, 58Ni를 포함한다. 본 실시예에 따르면, 제1 및 제2 타겟 물질(210, 220)은 그레인의 형태로 혼합되어 제공된다.
선택적으로, 연료 컨테이너(130)는 중성자를 차단하기 위해 중성자 흡수 실드(도시 안함)를 포함할 수 있다. 또한, 연료 컨테이너(130)는 복사를 차단하기 위해 복사 흡수 실드(도시 안함)를 포함할 수 있다. 중성자 및/또는 복사 흡수 실드는 연료 컨테이너(130)의 적어도 일부에 배열될 수 있다. 예를 들어, 하나의 실드가 중성자 및 복사 흡수 실드를 형성할 수 있다.
상기 예는 비제한적이며, 중수소와 같은 다른 재료가 제1 타겟 물질(210)에 포함될 수 있다는 점이 이해된다. 게다가, 40Ca, 46Ti, 52Cr, 64Zn, 70Ge 및 74Se와 같은 다른 재료가 제2 타겟 물질(220)에 포함될 수 있다는 점이 이해된다.
측부 구조(140)는 제1 측부(142)와 제2 측부(144)를 포함한다. 측부(140)는 제1 및 제2 측부(142, 144)에 배치된 방전 전극(150)을 포함한다. 제3 와이어(126)는 방전 전극(150)의 좌측 방전 전극에 접속되고 제4 와이어(128)는 방전 전극(150)의 우측 방전 전극에 접속된다. 장치(100)의 동작시에, 제3 및 제4 와이어(126, 128)는 전력 공급원(도시 안함)에 접속되어 방전 전극 유닛(150)에 전력을 공급한다.
본 실시예에 따르면, 방전 전극 유닛(150)은 연료 컨테이너(130)로부터 공간적으로 분리된다. 방전 전극은 고전압의, 제어된 간격으로 나노 단위로 확장된 펄스를 격발시킬 수 있다. 펄스의 전압은 킬로볼트(kV) 차수일 수 있다. 대체 실시예에 따르면, 방전 전극 유닛(150)은 연료 컨테이너(130)에 공간적으로 접속될 수 있다는 점이 명백하다.
다음에, 발전에 사용하기 위한 본 창의적인 방법(박스 300)의 실시예가 도 3 및 도 4의 흐름도를 참조하여 설명될 것이다. 본 방법은 전술한 장치 또는 반응 실린더(100)에서 실행된다.
우선, 연료(200)가 연료 컨테이너(130)에 제공된다(박스 310). 연료(200)는 7Li 및 58Ni를 각각 포함하는, 제1 타겟 물질(210)과 제2 타겟 물질(220)을 포함한다. 보다 구체적으로, 연료(200)는 58Ni가 혼합된 7Li를 포함한다. 7Li 및 58Ni는 고체 형태로 제공된다.
다음에, 연료(200)는 전술한 바와 같이 유도 코일 구조체(120)에 의해 EM 복사(박스 320)에 의해 조사된다. 이에 따라, 제1 타겟 물질(210)이 우선 기체로 되고, 부분적으로 이온화 상태가 되고, 이어서 파장 공명으로 고에너지 상태가 된다. 보다 구체적으로는, EM 복사는 임계 공명 주파수에 근접하지만 그보다 낮은 주파수를 갖는 적어도 하나의 공명 주파수를 포함한다. 임계 공명 주파수는 EM 복사에 의해 유도된 그래디언트 힘이 하나가 되는 주파수이다. 그래디언트 힘의 특징은 전술한 요약 단락에서 상세히 설명하였다. 특히, 그래디언트 힘이 임계 공명 주파수의 위와 아래에서 상이한 방향으로 작용한다는 점이 설명되었다. 방향은 서로 대향될 수 있다. 특히, 그래디언트 힘은 임계 공명 주파수보다 아래에서 연료(200) 내의 물질을 접촉시키도록 작용한다.
EM 복사의 조사는 고정된 입력 전력을 점진적으로 증가시킨다.
유도 코일 구조체(120)는 연료(200)의 추가 가열을 야기한다(박스 330). 중심 방전 채널과 유도 가열의 기하학적 포커스의 조합은 연료(200)에 증가된 복사 에너지의 퇴적을 야기한다는 점에 유의한다.
기하학적인 포커싱은 장치(100)의 크기에 맞는 축척을 가질 수 있다. 비제한적인 예에서, 장치(100)의 기하학적인 포커싱은 포커싱의 기하학적 형상에 따라, 2 내지 6의 인자에 의해 초점에서 복사를 증폭시킬 수 있다. 이에 따라, 제1 및 제2 타겟 물질용의 입력 전력에 대한 그래디언트 힘은 증폭될 수 있다. 이러한 경우, 힘의 값은 공명보다 많이 적은 파장에 대한 것임을 유의한다.
연료(200)가 가열됨에 따라, 제1 타겟 물질(210)은 기체 상태로 되고, 이어서 이온화되어 플라즈마 상태에 도달한다. 게다가, 제2 타겟 물질(220)은 고체 또는 액체 형태로 남아있을 것이다. 실제로, 1342℃의 비교적 낮은 비점에 의해, 리튬이 플라즈마 상태로 보다 쉽게 천이될 수 있다. 이는 중수소에 대해서도 유효할 것이다. 다른 한편, 2913℃의 니켈의 비교적 높은 비점은, 보다 긴 기간 동안 이것이 고체 또는 액체 형태로 남아있을 수 있다는 것을 시사한다.
방전 전극 유닛(150)은 이온화되고 원자로 실린더(100) 내의 기체를 가열한다. 원자로 실린더(100)의 양단부에서 방전 전극(150)은 전하 채널을 형성하여, 연료 컨테이너(130) 내의 연료(200)는 소정의 이온화된 상태로 유지될 수 있다.
따라서, 연료 혼합물 내의 7Li는 그의 비점을 초과하는 것이 예상되며, 따라서, 방전 튜브에서 7Li 기초/이온 풍부(abundance)를 개선시킨다. 역으로, 58Ni는 초과 온도에서 고체 또는 용융 상태로 남아있을 것이며, 원자로 내의 주 그래디언트 힘 어트랙터(attractor)가 되도록 한다. 이러한 하나의 이유는 본 실시예에서 제1 타겟 물질(210)이 7Li를 포함하고, 기화되고 이온화되고, 그 내부의 고온으로 인해 연료 컨테이너(130)에 신속하게 분배되기 때문이다. 다른 한편, 본 실시예에서 제2 타겟 물질(220)은 니켈을 포함하고, 중성자 포획의 프로세스로 인해 점진적으로 연료 컨테이너(130) 내에서 가장 고온의 물체가 된다. 이에 따라, 제2 타겟 물질(220)은 장치(100)에서 가장 강력한 어트랙터일 수 있다. 제2 타겟 물질(220)의 높은 용융점은 제2 타겟 물질(220)의 증발을 상쇄한다. 그 결과, 제2 타겟 물질(220)은 장기간 남아있을 수 있고, 따라서 주변의 기체 및/또는 플라즈마를 끌어당길 수 있다.
가열 외에도, 유도 및 방전 복사의 조합은 넓은 스펙트럼의 배음을 포함하며, 후자는 임계 공명 주파수에 근접하지만 그보다 낮다.
임계 공명 주파수는 모든 리튬이 증발 및/또는 이온화되는 평형 상태까지 연료(200)의 가열 프로세스 하에서 점진적으로 변화한다. 평형 상태는 이온화 및 재결합이 균형을 이루는 상태일 것이다. 평형 상태는 재조합 주기에 의해 결정될 것이다.
연료(200)의 온도가 높아짐에 따라, 연료(200)의 그래디언트 힘 코어 집중과 주변 입자의 끌어당김은 높아질 것이다. 연료(200)가 제1 타겟 물질(210)에 대해 분열/분쇄 에너지에 도달하면, 제1 타겟 물질(210)은 중성자를 해제하고 7Li로부터 6Li로 동위원소 시프트된다.
해제된 중성자는 제2 타겟 물질(220)에 의해 포획되고, 적어도 하나의 동위원소 시프트된다. 추가적으로, EM 복사 출력 에너지는 중성자가 포획될 때 해제된다. 예를 들어, 제2 타겟 물질(220) 내의 58Ni는, 2개의 중성자를 포획함으로써 동위원소 60Ni로 시프트되거나, 또는 4개의 중성자를 포획함으로써 동위원소 62Ni로 시프트될 수 있다.
장치(100)에 의해 생성된 출력 전력이 전력 임계값보다 크면(박스 340), 장치(100)는 유지보수 모드로 진입할 수 있다(박스 350). 유지보수 모드는 도 4를 참조하여 이하에서 설명한다.
장치(100)에 의해 생성된 출력 전력이 전력 임계값보다 작으면(박스 340), 연료(200)는 EM 복사에 의해 추가적으로 조사되고(박스 320), 추가의 열이 제공된다(박스 330). 유도 코일 구조체(120) 및 방전 전극 유닛(150)에 의한 조사 및 가열은 중성자 포획에 의해 생성된 EM 복사 출력 전력이 전력 임계값보다 클 때까지 계속된다.
본 실시예에 따르면, 장치(100)에 의해 생성된 EM 복사 출력 전력이 전력 임계값보다 높을 때 장치(100)는 유지보수 모드로 진입한다(박스 400).
우선, 유도 코일 구조체(120)의 동작이 오프된다(박스 410). 이러한 오프는 점진적으로 실행된다. 이에 따라, 유도 코일 구조체(120)로부터 연료(200), 특히 제1 타겟 물질(210)에 제공된 조사 및 가열이 중단된다.
이어서, 제2 타겟 물질(210)은 EM 복사 유지보수 에너지에 노출된다(박스 420). 본 실시예에 따르면, EM 복사 유지보수 에너지가 방전 전극 유닛(150)으로부터 단독으로 제공된다. 이에 따라, 제1 타겟 물질(210)의 분쇄 프로세스, 즉 중성자 해제가 적은 입력 전력을 이용하여 유지될 수 있다. EM 복사 유지보수 에너지는 바람직하게는 임계 공명 주파수에 근접하지만 그보다 낮은 주파수를 갖는 공명 주파수 모드를 포함한다. 추가적으로, 방전 전극 유닛(150)은 유도 코일 구조체(120)에 비해 보다 우수하게 제어될 수 있기 때문에 분쇄 프로세스는 보다 우수하게 제어될 수 있다. 실제로, 방전 전극 유닛(150)은 보다 정밀한 주파수용으로 제공될 수 있다. 특히, 방전 전극 유닛(150)의 개선된 제어는 전력 출력이 보다 우수하게 제어될 수 있다는 것을 시사한다.
장치(100)의 이러한 상태는, 중성자 포획 프로세스, 따라서 발전을 유지하는데 보다 적은 입력 전력이 요구되기 때문에, 유사 안정 상태(quasi-steady state; QSS)로서 지칭된다. 실제로, 적은 입력 출력이 큰 전력 게인을 얻는다.
장치(100) 또는 등가적으로 원자로의 동작 동안, 특히, 유사 안정 상태 동안, 장치(100)의 내측에서 생성된 순(net) 전력은 장치(100)의 복사 손실, 즉, 챔버(110)와 같은 장치(100)의 표면으로부터 방출되는 전력과 균형을 이룬다. 표면으로부터 방출된 전력은 후술하는 바와 같이 디바이스를 동작시키기 위해 사용될 수 있다.
7Li 및 58Ni의 외부 가열은 단지 제1 타겟 물질(210)에서의 중성자 분쇄와 이론적인 QSS 수준까지의 제2 타겟 물질(220)의 중성자 포획을 성립할 것이다. 도시의 목적으로, 그리고 열교환의 고전적인 문제점에 기초하여, 아래의 함수가 조합된 장치(100)에 의해 생성되는 전력 성장을 기술하기 위해 사용될 수 있다.
여기서, P0는 QSS 전력, 즉 Preactor=Pemitted=P0이다. 이는 이상적인 QSS라는 점에 유의한다. 사실은, 프로세스는 시간에 따라 변화할 수 있고, 예를 들어, 다른 요소들에 의해 중성자 포획을 수반하거나 또는 시간에 따라 예를 들어, 58Ni에서 60Ni로 그리고 62Ni로의 주된 동위원소의 점진적인 "저하(degradation)"를 수반한다. 후자(즉, 동위원소의 점진적인 저하)에서는 내부 프로세스가 QSS 구동의 대부분을 차지한다는 것을 보인다. 중성자 포획에 의한 내부 가열은 제1 타겟 물질(210)의 분쇄 비율과 제2 타겟 물질(220)의 중성자 포획 비율을 개선할 수 있고, 이는 외부 가열에 의해 가능한 것을 초과하는 전력 게인 비율을 얻을 수 있다. 결국, 내부 가열은 장치(100) 내의 프로세스에서 주 게인 구동기가 될 것이다. 따라서, 입력 전력으로 출력 전력을 나눔으로써 한정되는 게인 비율은 큰 인자에 의해 확대될 수 있다. 비제한적인 예에서, 이러한 인자는 3 내지 20 사이 또는 5 내지 10 사이일 수 있다. 전술한 결과로서, 새로운 QSS가 얻어질 수 있다.
전술한 견지에서, 중요한 이슈는 적절한 원자로 설계와, 보수적으로 사용되고, 그리고/또는 원자로 벽 온도를 견디는 연료를 제공하는 것이다.
따라서, 분쇄 프로세스는 결과적으로, 중성자 포획에 의한 내부 가열, 또한 방전 전극 유닛(150)으로부터의 공명 파장 전력의 미소 입력에 의해 거의 자가 유지되게 될 수 있다. 이는 미소 전력 입력만을 요구하는 효율적인 반응 프로세스를 얻을 수 있다.
선택적으로, 장치(100)는 또한, 장치(100)가 유사 안정 상태에 도달하면, 중성자의 생성을 종료하기 위해 배열된 차단 디바이스(도시 안함)를 포함한다. 차단 디바이스에 의해, 중성자의 생성 비율을 낮춤으로써 발전이 종료될 수 있거나 또는 완화될 수 있다. 전력 출력이 원하는 것보다 클때 발전이 완화될 수 있다. 차단 디바이스는 연료 컨테이너(130)의 중심 부근에 배열될 수 있다. 차단 디바이스는 제1 타겟 물질(210)로부터 해제된 중성자를 차단하기 위해 연료 용기(130) 내로 삽입될 수 있는 중성자 흡수 재료를 포함할 수 있다. 비제한적인 예에서, 중성자 흡수 재료는 제논-135 또는 사마리움-149일 수 있다.
연료(200)의 정해진 부분이 사용된 연료로 될 때까지 또는 출력 전력이 하한 출력 전력 아래로 감소할 때까지 전술한 발전이 계속될 수 있다. 사용된 연료는 본원에서 초기에 7Li를 포함하는 제1 타겟 물질이 동위원소 6Li로 되는 것 및/또는 초기에 58Ni를 포함하는 제2 타겟 물질이 58Ni 또는 62Ni와 같은 다른 니켈 동위원소로 되는 것을 의미한다.
초기 연료(200)가 사용된 연료로 되면, 장치(100)는 새로운 연료(200)를 로딩할 수 있다. 선택적으로, 새로운 연료의 로딩은 초기 연료(200)가 사용되버리기 전에, 정규 시간 간격으로 제공될 수 있다. 대체 실시예에 따르면, 액체 형태 또는 기체 형태의 중수소가 연속적으로 주입될 수 있다.
전술한 바와 같은 장치(100)는 발전을 위한 전력 플랜트(도시 안함)에 포함될 수 있다. 전력 플랜트는 장치(100), 증기 터빈 및 해당 기술 분야의 종사자들에게 공지된 발전을 위한 추가의 설비를 포함한다. 전기는 장치(100)로부터의 출력 전력을 활용함으로써 생성될 수 있다.
특히, 전술한 방법은 전력 플랜트에서 발전을 위한 방법의 일부일 수 있다. 후자의 방법은 발전을 위한 추가의 단계를 포함할 수 있다.
장치(100)로부터의 출력 전력은 다양한 종류의 디바이스를 동작하기 위해 사용될 수 있다는 점이 이해된다. 비제한적인 예에서, 디바이스는 스털링 모터(Stirling motor), 증기 모터 등일 수 있다. 장치(100)와 디바이스 사이에 제공된 열교환기가 있을 수 있다.
추가적으로, 보다 높은 출력 전력을 제공하기 위해 두 개 이상의 장치(100)가 직렬 또는 병렬로 제공될 수 있다.
도 5는 상이한 동작 위상 (A) 내지 (D)를 보여주는 7Li와 58Ni디바이스의 전력 대 시간 시뮬레이션이다. (A)는 제1 타겟 물질의 초기 기체화 및 이온화 위상이다. (B)는 제1 유사 안정 위상으로 인도하는 상의 전이이다. (C)는 외부 히터의 점진적인 전력 다운과 공명 부근의 온도 피드백 외부 EM 파장을 조합하는 위상이다. (D)는 10 내지 50의 인자만큼 상승된 전력 게인을 특징으로 하는 제2 수준 유사 안정 상태에서 동작하는 온도 피드백 외부 EM 파장 위상이다. (1)은 기체화/이온화 전력이다. (2)는 유도 코일 입력 전력이다. (3)은 제2 수준 유사 안정 상태를 취득하기 위한 유지보수 파장 전력이다. (4)는 생성된 원자로 전력이다. (5)는 초과 전력(융합 유도 분쇄)이다.
도 6은 도 5의 반응 위상을 나타내는 D 및 58Ni 디바이스의 전력 대 시간 시뮬레이션이다. D-58Ni 디바이스는 일반적으로 7Li-58Ni 디바이스보다 대략 3배 효율적이고, 낮은 외부 전력 및 파장 전력 입력에서 동작 가능하다.
본 발명은 주로 몇몇 실시예들을 참조로 상기에서 설명하였다. 그러나, 해당 기술 분야의 종사자들에게 자명하지만, 상기에서 개시된 것 외의 다른 실시예도 첨부된 특허청구범위에서 한정된 바와 같이 본 발명의 범위 내에서 동등하게 가능하다. 특히, 제1 및 제2 타겟 물질의 특정한 선택은 제한으로써 보아서는 안되며 예시적인 타겟 물질을 나타내는 것이다. 예를 들어, 제1 타겟 물질은 중수소 또는 7Li와 중수소의 혼합물을 포함할 수 있고, 제2 타겟 물질은 40Ca, 46Ti, 52Cr, 64Zn, 58Ni, 70Ge, 74Se 또는 이들 동위원소의 두개 이상의 혼합물을 포함할 수 있다.
Claims (20)
- 발전에 사용하기 위한 방법에 있어서,
제1 타겟 물질에서 제1 동위원소 시프트를 생성하고 상기 제1 동위원소 시프트로부터 중성자를 얻기 위해, 상기 제1 타겟 물질을 전자기 복사 입력 에너지에 노출시킴으로써 파장 공명을 통해 상기 제1 타겟 물질을 고에너지 상태로 하는 단계와,
제2 타겟 물질에서의 제2 동위원소 시프트와 전자기 복사 출력 에너지를 생성하기 위해 상기 제2 타겟 물질에 의해 상기 중성자를 포획하는 단계를 포함하고,
전자기 복사 출력 전력이 전력 임계값보다 높게 생성되는 조건에서, 전자기 복사 유지보수 에너지 - 상기 전자기 복사 유지보수 에너지는 파장 공급원에 의해 제공됨 - 에 상기 제1 타겟 물질을 노출시킴으로써 전자기 복사 출력 에너지의 생성을 유지하는, 방법. - 제1항에 있어서, 상기 전자기 복사 입력 에너지는 주파수 간격에 포함된 적어도 하나의 공명 주파수 모드를 포함하는 전자기 복사에 의해 공급되는, 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공명 주파수 모드는 상기 제1 타겟 물질의 원자간 거리와 연관되는, 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 적어도 하나의 공명 주파수 모드는 상기 제1 타겟 물질의 기체 또는 플라즈마 공명 주파수 모드-상기 플라즈마 공명은 상기 제1 타겟 물질의 자화된 플라즈마 및 비자화된 플라즈마 중 적어도 하나를 특징으로 함-, 또는 상기 제2 타겟 물질의 고체/액체/기체/플라즈마 공명 주파수 모드인, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 타겟 물질 및 상기 제2 타겟 물질 중 적어도 하나를 가열하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전자기 복사 입력 에너지는 구형파 신호 또는 정현파 신호의 형태로 제공되는, 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전자기 복사 유지보수 에너지는, 주파수 간격에 포함되는 적어도 하나의 공명 주파수 모드를 포함하는 전자기 복사에 의해 공급되는, 방법.
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- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 제1 타겟 물질을 플라즈마 상태로 하는 단계를 더 포함하는, 방법.
- 발전용 장치에 있어서,
전자기 복사 입력 에너지를 생성하기 위한 공급원 유닛과,
제1 타겟 물질(210)과,
제2 타겟 물질(220)과,
상기 제1 타겟 물질 및 상기 제2 타겟 물질을 수용하는 연료 컨테이너(130)를 포함하되,
상기 공급원 유닛은, 상기 제1 타겟 물질에서 동위원소 시프트를 생성하고 상기 동위원소 시프트로부터 중성자를 얻기 위해 상기 제1 타겟 물질을 상기 전자기 복사 입력 에너지에 노출시키도록 배열되며,
상기 제2 타겟 물질의 동위원소는, 중성자 포획 프로세스 후에 시프트되는 동위원소 또는 동위원소들의 핵 바인딩 에너지보다 작은 핵 바인딩 에너지를 갖고,
상기 연료 컨테이너는 압력 챔버인, 장치. - 삭제
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- 발전에 사용하기 위한 방법에 있어서,
제1 타겟 물질에서 제1 동위원소 시프트를 생성하고 상기 제1 동위원소 시프트로부터 중성자를 얻기 위해, 상기 제1 타겟 물질을 전자기 복사 입력 에너지 - 상기 전자기 복사 입력 에너지는 파장 공급원에 의해 제공됨 - 에 노출시킴으로써 상기 제1 타겟 물질을 파장 공명을 통해 고에너지 상태로 하는 단계, 및
제2 타겟 물질 - 상기 제2 타겟 물질의 동위원소는, 시프트되는 동위원소 또는 동위원소들의 핵 바인딩 에너지보다 작은 핵 바인딩 에너지를 가짐 - 에서의 제2 동위원소 시프트와 전자기 복사 출력 에너지를 생성하기 위해 상기 제2 타겟 물질에 의해 상기 중성자를 포획하는 단계를 포함하는, 방법. - 발전용 장치에 있어서,
전자기 복사 입력 에너지를 생성하기 위한 공급원 유닛과,
제1 타겟 물질(210)과,
제2 타겟 물질(220)과,
상기 제1 타겟 물질 및 상기 제2 타겟 물질을 수용하는 연료 컨테이너(130)를 포함하되,
상기 공급원 유닛은, 상기 제1 타겟 물질에서 동위원소 시프트를 생성하고 상기 동위원소 시프트로부터 중성자를 얻기 위해 상기 제1 타겟 물질을 상기 전자기 복사 입력 에너지에 노출시키도록 배열되며,
상기 제2 타겟 물질의 동위원소는, 중성자 포획 프로세스 후에 시프트되는 동위원소 또는 동위원소들의 핵 바인딩 에너지보다 작은 핵 바인딩 에너지를 갖고,
상기 제1 타겟 물질과 상기 제2 타겟 물질은 혼합되는, 장치. - 발전용 장치에 있어서,
전자기 복사 입력 에너지를 생성하기 위한 공급원 유닛과,
제1 타겟 물질(210)과,
제2 타겟 물질(220)과,
상기 제1 타겟 물질 및 상기 제2 타겟 물질을 수용하는 연료 컨테이너(130)를 포함하되,
상기 공급원 유닛은, 상기 제1 타겟 물질에서 동위원소 시프트를 생성하고 상기 동위원소 시프트로부터 중성자를 얻기 위해 상기 제1 타겟 물질을 상기 전자기 복사 입력 에너지에 노출시키도록 배열되며,
상기 제2 타겟 물질의 동위원소는, 중성자 포획 프로세스 후에 시프트되는 동위원소 또는 동위원소들의 핵 바인딩 에너지보다 작은 핵 바인딩 에너지를 갖고,
상기 공급원 유닛은 유도 코일 구조체(120)를 포함하는, 장치. - 발전용 장치에 있어서,
전자기 복사 입력 에너지를 생성하기 위한 공급원 유닛과,
제1 타겟 물질(210)과,
제2 타겟 물질(220)과,
상기 제1 타겟 물질 및 상기 제2 타겟 물질을 수용하는 연료 컨테이너(130)를 포함하되,
상기 공급원 유닛은, 상기 제1 타겟 물질에서 동위원소 시프트를 생성하고 상기 동위원소 시프트로부터 중성자를 얻기 위해 상기 제1 타겟 물질을 상기 전자기 복사 입력 에너지에 노출시키도록 배열되며,
상기 제2 타겟 물질의 동위원소는, 중성자 포획 프로세스 후에 시프트되는 동위원소 또는 동위원소들의 핵 바인딩 에너지보다 작은 핵 바인딩 에너지를 갖고,
상기 장치는, 방전 전극 유닛(150)을 더 포함하는, 장치. - 발전용 장치에 있어서,
전자기 복사 입력 에너지를 생성하기 위한 파장 공급원과,
제1 타겟 물질(210)과,
제2 타겟 물질(220)를 포함하고,
상기 파장 공급원은, 상기 제1 타겟 물질에서 동위원소 시프트를 생성하고 상기 동위원소 시프트로부터 중성자를 얻기 위해, 상기 제1 타겟 물질을 상기 전자기 복사 입력 에너지에 노출시키도록 배열되어, 상기 제1 타겟 물질을 파장 공명을 통해 고에너지 상태로 되도록 하며,
상기 제2 타겟 물질은 상기 중성자를 포획하도록 배열되고, 상기 제2 타겟 물질의 동위원소는, 중성자 포획 프로세스 후에 시프트되는 동위원소 또는 동위원소들의 핵 바인딩 에너지보다 작은 핵 바인딩 에너지를 갖는, 장치.
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