KR20200006986A - 발전기 및 전기를 발전하는 방법 - Google Patents

발전기 및 전기를 발전하는 방법 Download PDF

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Abstract

전기를 발전하는 방법이 개시된다. 본 방법은, 제1 연료 성분 및 제2 연료 성분을 포함하는 연료를, 제1 연료 성분에서의 핵질량 감소 동위원소 이동, 제2 연료 성분에서의 핵질량 증가 동위원소 이동, 및 핵질량 증가 동위원소 이동으로부터 야기되는 출력 전자기 복사를 발생시키기 위하여, 입력 전자기 복사에 노출시키는 단계; 및 제1 전극(52)에서 출력 전자기 복사를 전자로 광전 변환하고 제2 전극(22)에서 전자를 포집함으로써, 또는 광전지 셀(70)에서 출력 전자기 복사를 전기로 광발전 변환함으로써, 출력 전자기 복사를 전기로 변환하여 출력 전자기 복사로부터 전기를 발전하는 단계를 포함한다. 또한, 상기에 따라 전기를 발전하는 발전기가 개시된다.

Description

발전기 및 전기를 발전하는 방법
본 발명은 발전기에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 전기를 발전하는 방법에 관한 것이다.
에너지의 생산은 인류의 최우선 과제 중의 하나이다. 에너지 생산을 위한 신기술을 찾기 위해 수많은 노력이 있었다. 에너지 생산의 신기술에 있어서 첫 발걸음이 EP 3086323 A1이 공개되어 있다.
이를 감안하여, 본 발명의 목적은 에너지 생산을 위한 신규의 수단을 제공하는 것이다.
제1 양태에 따르면, 전기를 발전하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 제1 연료 성분 및 제2 연료 성분을 포함하는 연료를, 제1 연료 성분에서의 핵질량 감소 동위원소 이동, 제2 연료 성분에서의 핵질량 증가 동위원소 이동, 및 핵질량 증가 동위원소 이동으로부터 야기되는 출력 전자기 복사를 발생시키기 위하여, 입력 전자기 복사에 노출시키는 단계; 및 제1 전극(52)에서 출력 전자기 복사를 전자로 광전(photoelectrically) 변환하여 제2 전극(22)에서 전자를 포집함으로써, 또는 광전지 셀(70)에서 출력 전자기 복사를 전기로 광발전(photovoltaically) 변환함으로써, 출력 전자기 복사를 전기로 변환하여 출력 전자기 복사로부터 전기를 발전하는 단계를 포함한다.
입력 전자기(electromagnetic: EM) 복사에 노출시키는 것은, 여기서, 입력 전자기 복사가 제1 연료 성분의 적어도 일부분을 조사(irradiate)한다는 것을 의미한다. 입력 전자기 복사는 적어도 하나의 주파수 또는 주파수 모드를 갖는 광자를 포함할 수 있다. 제1 예에 있어서, 입력 전자기 복사는 복수의 주파수 모드를 갖는 광자를 포함한다. 제2 예에 있어서, 입력 전자기 복사는 고정 주파수의 광자를 포함하여, 실질적으로 단색(monochromatic)이다. 또한, 입력 전자기 복사는 바람직한 레벨의 강도 및/또는 전력을 가질 수 있다. 바람직한 레벨의 강도 및/또는 전력은 특정 주파수에 관계될 수 있다. 선택적으로, 입력 전자기 복사는 편파(polarized)될 수 있다.
입력 전자기 복사는 연료가 플라즈마 상(phase)에 들어가도록 제1 연료 성분 및 제2 연료 성분에 영향을 미칠 수 있다.
또한, 입력 전자기 복사는 제1 연료 성분에 에너지를 전달할 수 있다. 에너지 전달은 파동-입자 가속 공정을 통해 제공될 수 있다. 에너지를 제1 연료 성분에 전달하게 되면, 이는 높은 에너지 상태를 상정하게 되며, 제1 연료 성분의 중성자들이 영향을 받아, 핵질량 감소 동위원소 이동이 발생하게 된다. 제1 연료 성분의 적어도 일부는 높은 에너지 상태를 상정할 수 있다. 통상적으로, 핵질량 감소 동위원소 이동은 입력 전자기 복사에 의해 전달되는 에너지가 문턱 에너지보다 높거나 같은 때에 발생하게 된다. 하지만, 양자 역학적 터널 효과(quantum mechanical tunneling effect)는 문턱 에너지보다 아래에서 핵질량 감소 동위원소 이동을 허용할 수도 있다.
제1 연료 성분의 물리적 성질에 기초하여 파동-입자 가속 공정이 선택될 수 있다. 예를 들어, 제1 연료 성분의 물리적 성질은 제1 연료 성분의 재료의 유형, 재료의 격자구조의 유형, 그 원자 질량, 원자수, 원자 분리 거리, 음속, 특징적 플라즈마 속도, 국지 온도, 평균 온도, 등의 재료의 물리적 성질, 재료의 격자 구조의 길이 차원, 재료의 입자 구조의 길이 치수, 및 재료의 격자 구조의 기하형태에 관계할 수 있다. 물리적 성질은 또한 제1 연료 성분의 플라즈마 공진 주파수일 수도 있다.
파동-입자 가속 공정에 의해 받아들여진 에너지는 선호되는 세기로 제1 연료 성분에 전달될 수 있다. 플라즈마 공진 주파수는 관계 주파수(ω) 및 관계 공진 파장(λ)을 갖는다.
제1 연료 성분에서는 핵질량 감소 동위원소 이동이 발생된다. 제1 연료 성분의 핵질량 감소 동위원소 이동에서 제1 연료 성분으로부터 방출되는 중성자들은 제2 연료 성분에서 핵질량 증가 동위원소 이동을 유발하게 된다. 제2 연료 성분에서의 질량 증가 동위원소 이동으로 비롯되는 과잉 에너지는 전자기 복사로서 출력될 수 있다.
핵질량 증가 동위원소 이동을 거친 제2 연료 성분에 의해 과잉 에너지가 발생되게 된다. 더 구체적으로, 제2 연료 성분에서의 핵질량 증가 동위원소 이동은 제1 연료 성분에서의 핵질량 감소 동위원소 이동에서 필요로 되는 에너지보다 더 많은 에너지를 방출할 수 있다.
출력 전자기 복사는, 여기서, 제2 연료 성분에서의 핵질량 증가 동위원소 이동의 공정에서 방출되는 에너지를 의미한다. 에너지는 전자기 파동/광자의 형태로 방출되게 된다.
제1 전극에서 출력 전자기 복사를 전자로 광전 변환하고, 제2 전극에서 전자를 포집함으로써, 저렴하고 효과적인 방법으로 전기가 발전될 수 있다.
광전지 셀에서 출력 전자기 복사를 전기로 변환함으로써, 저렴하고 효과적인 방법으로 전기가 발전될 수 있다.
본 발명의 개념에 의하면, 일반적으로 구성요소 변이(transmutation)가 없다. 그 대신, 제1 연료 성분과 제2 연료 성분의 동위원소 이동이 있다. 동위윈소는 동일한 원자수(Z)를 갖지만 상이한 중성자수(N=A-Z, 여기서 "A"는 질량수)를 갖는 핵종(nuclide)들의 집합을 의미한다. 동위원소 이동의 공정에 있어서, 동위원소의 질량수(A)는 적어도 하나의 정수 과정(integer step)에 의해 천이된다. 질량 감소 동위원소 이동은 질량수 "A"를 갖는 동위원소 "AP"로부터 질량수 "A-1"를 갖는 동위원소 "A-1P"로의 동위원소 이동일 수 있다. 질량 증가 동위원소 이동은 질량수 "A"를 갖는 동위원소 "AP"로부터 질량수 "A+1"를 갖는 동위원소 "A+1P"로의 동위원소 이동일 수 있다.
제1 연료 성분은 중수소(deuterium)일 수 있다. 따라서, 제1 연료 성분에서의 질량 감소 동위원소 이동은 반응 채널 "D+Ws → n+1H, 여기서 D는 중수소(2H), "1H"는 단수소(protium), 즉, 핵 내에 중성자를 갖지 않는 수소"로부터 유래할 수 있다. 또한, "Ws"는 질량 감소 동위원소 이동이 발생하기 위한 문턱 에너지이다. "D"에서 질량 감소 동위원소 이동을 유발하기 위한 문턱 에너지는 "2.25 MeV"이다. 여기서, "2H"뿐만 아니라 "1H"는 동위원소 그 자체로서 안정하지만, 상기 반응은 문턱 에너지를 초과하는 조사(irradiation)에 의해 유발될 수 있다.
연료는 고체, 바람직하게는, TiDx 일 수 있다. 연료로서 고체를 사용함으로써, 입력 전자기 복사는 적외선 스펙트럼 범위일 수 있다. 따라서, 입력 전자기 복사는 적외선 스펙트럼 범위 이하일 수 있다. 따라서, 입력 전자기 복사는 430 THz 내지 300 GHz의 주파수를 가질 수 있다. 특히, 입력 전자기 복사는 열복사로서 간주될 수 있다. 따라서, 소오스부는 연료를 적외선 스펙트럼 범위 내의 전자기 복사 입력 에너지에 대하여 노출시키도록 구성될 수 있다.
중수소는 제1 연료 성분의 좋은 후보이며, 티타늄은 제2 연료 성분의 좋은 후보이므로, "TiDx"는 선호되는 원료이다. 이는 중수소에서의 핵질량 감소 동위원소 이동이 티타늄에서의 핵질량 감소 동위원소 이동보다 더 적은 에너지를 필요로 하기 때문이다. 티타늄에서의 핵질량 증가 동위원소 이동 후에 방출되는 에너지는, 중성자에서의 핵질량 감소 동위원소 이동보다 대략 5배 이상이 필요로 되게 된다. 또한, "TiDx"는 상업적으로 이용가능하며, 특히, 파우더 형태이다. "TiDx" 파우더는 연료 용기 내에 담기 쉽기 때문에 연료의 좋은 후보가 될 수 있다.
제2 양태에 따르면, 발전기가 제공된다. 발전기는, 제1 연료 성분 및 제2 연료 성분을 포함하는 연료를 담는 연료 용기; 제1 연료 성분에 있어서 핵질량 감소 동위원소 이동, 제2 연료 성분에 있어서 핵질량 증가 동위원소 이동, 및 핵질량 증가 동위원소 이동으로부터 야기되는 출력 전자기 복사를 발생시키기 위하여 연료를 입력 전자기 복사에 노출시키도록 구성되는 소오스부; 출력 전자기 복사를 전자로 광전 변환하도록 구성되는 제1 전극; 및 전자를 포집하여 전기의 발전을 제공하도록 구성되는 제2 전극을 구비한다.
제3 양태에 따르면, 대안의 발전기가 제공된다. 대안의 발전기는, 제1 연료 성분 및 제2 연료 성분을 포함하는 연료를 담는 연료 용기; 제1 연료 성분에 있어서 핵질량 감소 동위원소 이동, 제2 연료 성분에 있어서 핵질량 증가 동위원소 이동, 및 핵질량 증가 동위원소 이동으로부터 야기되는 출력 전자기 복사를 발생시키기 위하여 연료를 입력 전자기 복사에 노출시키도록 구성되는 소오스부; 및 출력 전자기 복사를 전기로 변환하도록 구성되는 광전지 셀(photovoltaic cell)을 구비한다.
소오스부는 유도 코일 배열을 구비할 수 있다. 적외선 복사를 발생시키기 위하여 유도 코일 배열을 사용하는 것은, 적외선 복사의 효율적인 원천이다.
발전기는 발전기 하우징을 더 구비할 수 있다. 발전기 하우징은 연료 용기를 둘러쌀 수 있다. 연료 용기는 연료 용기 하우징을 구비할 수 있다. 연료 용기 하우징은 제2 전극을 지지할 수 있다. 발전기 하우징의 내부층은 제1 전극을 구성할 수 있다.
발전기 하우징 및 연료 용기 하우징은 격실을 정의할 수 있다. 제1 전극 및 제2 전극은 격실의 대향하는 경계선에 배치될 수 있다.
격실은 비워질 수 있다. 전자를 포집하는 효율이 향상될 수 있다. 또한, 비워진 격실은 연료 용기내에 축적된 열을 담는 연료 용기를 위한 절연체로서 기능할 수 있다.
격실은 연료의 유입 흐름을 위한 입구 및 연료의 유출 흐름을 위한 출구를 구비할 수 있다. 연료는 바람직하게는 불활성 기체이며, 바람직하게는 네온이다. 연료가 격실을 흐르도록 함으로써 발전기가 제어될 수 있다. 예를 들어, 연료 용기의 온도가 제어될 수 있으며, 발전기가 정지될 수 있으며, 누출 가스, 예컨대, 중수소 또는 수소가 격실로부터 배기될 수 있다.
발전기 하우징은 발전기의 온도를 조절하도록 구성되는 제2 냉각부를 더 구비할 수 있다.
상기 방법의 특징은, 적용 가능시, 제2 양태 및 제3 양태에도 적용한다. 부적절한 반복을 피하기 위해, 상기 사항을 참조하기 바란다.
또한, 출력 전자기 복사는 자외선 스펙트럼 범위 내일 수 있다.
이하, 제1 연료 성분 및 제2 연료 성분에 관계하는 경도력(gradient force)의 개념을 설명한다. 이하에 기술하는 바와 같이, 경도력은 어떠한 집합체 상태에서 물질에 전자기(EM)파를 침투(penetration)시킴으로써 일어날 수 있다.
플라즈마 물리학에 있어서, 이질 진동 전자기장의 존재하에서 하전 입자들을 포함하는 매질에 작용하는 시간평균 비선형력의 효과적인 설명으로서, 폰더모티브력(ponderomotive force)이 잘 알려져 있다. 시간평균 폰더모티브력의 기초는 전자기파가 에너지와 모멘텀을 물질에 전달한다는 것이다.
5개의 잠재적인 폰더모티브 효과중에서, 밀러력(Miller force)과 아브라함력(Abraham force)이 약하게 자화되거나 또는 자기적인 구배가 없는 환경에서 가장 강력한 것으로 간주된다. 하지만, 전자기 복사를 입력하는 방법에 따라서, 자기 경도력의 효과가 배제될 수는 없다.
여기서 논의되는 전체의 유효화하는 폰더모티브 가속력은 밀러력이거나, 동등하게는 경도력이다.
입력 전자기 복사에 노출한 후의 연료가 플라즈마로서 취급될 수 있다는 가정하에서, 경도력 발생의 개념이 적용될 수 있다. 2가지 이유로서, 플라즈마에서 경도력을 일으킴에 있어 알벤파(Alfven waves) 유추가 선택되게 된다. 첫번째로, 알벤파는 모든 상태, 즉, 플라즈마 상태, 기체 상태, 액체 상태, 및 고체 상태에서 플라즈마에서 관찰되었기 때문이다. 두번째로, 알벤파는 대부분 공진점 아래에서 주파수에 독립적인 반응을 갖기 때문이다.
하지만, 일반적으로 플라즈마에는 알벤파와 음향파와 같은 다른 파동과의 혼합이 있을 수 있다는 점에 유의한다.
플라즈마는, 이온과 전자를 포함하여, 총체적으로 중성인 전하(total neutral charge)를 일으키는 것으로 설명될 수 있다. 이온 질량은 통상적으로 전자 질량보다 1800배 이상이기 때문에, 전자 질량은 무시될 수 있다. 따라서, 질량 밀도 및 플라즈마 상의 대응하는 힘은 이온 질량(
Figure pct00001
)에 의해 결정된다. 주파수(
Figure pct00002
)를 갖는 알벤파는 직교 좌표계에 있어서 자기장선(
Figure pct00003
)을 따라서 전파하며, 원형 편파를 갖는다. 이하의 수식은 유체 내에서 알벤파에 의해 지배되는 횡방향(longitudinal) 경도력(cgs 단위)에 적용한다.
Figure pct00004
여기서, "
Figure pct00005
"는 기본 전하이며, "
Figure pct00006
"는 사이클로트론 공진 주파수이다.
Figure pct00007
방향에 있어서 구형파 전계(
Figure pct00008
)의 공간 구배(spatial gradient)가 힘의 크기를 결정한다. 여기서, 수식 (1)은 "
Figure pct00009
"에서 특이점(singularity)을 갖는다. 또한, 경도력은 "
Figure pct00010
"에 대하여 인력이며, "
Figure pct00011
"에 대하여 척력이다. 이에 의해, "
Figure pct00012
"를 갖는 저주파 알벤파는 입자들을 파동 소오스를 향하여 끌어당기는 반면, "
Figure pct00013
"를 갖는 고주파 알벤파는 입자들을 밀어낸다. 저주파수에서의 인력은 직관적으로는 나쁜 것으로 이해될 수 있다. 하지만, 이는 플라즈마에서는 명백하게 적용되는 것이며, 중성의 고상 물질에 대하여는 실험적으로 또한 이론적으로 확증되어 왔다. 이러한 파동 공진에서의 쌍극방향 힘의 이동에 더하여, 경도력은 "
Figure pct00014
"의 인수로 인해 입자의 전하의 부호와는 무관하다. 이는 정극성의 이온과 전자에 대한 힘이 동일 방향으로 향한다는 것을 의미한다.
여기서, 중성의 물질은 유체 상태, 기체 상태, 플라즈마 상태, 또는 고체 상태에 있을 수 있다. 원자 레벨 및 핵 레벨에 있어서 중성 물질은 전하를 구성하기 때문에, 브라운 운동과 같은 원자 진동(atomic oscillation) 및 원자간 진동은 "기본 주파수(fundamental frequencies)"로서 간주할 수도 있다. 따라서, 전자기파의 전계의 항은, 강한 자계에 의해 포박된 플라즈마와 동일한 방식으로, 예컨대, 반데르발스 힘에 의해 포박된 원자 "매질(media)"에 영향을 미치게 된다.
자화되지 않은 중성자들에 대하여, 유추하면, 경도력이 원자 양성자, 전자, 및 중성자들에 대하여 집합적으로 작용하기 때문에, 파동 에너지가 침투할 수 있다는 것을 의미한다.
"
Figure pct00015
"와 같은 저주파 파동에 있어서, "
Figure pct00016
"는 무시될 수 있으므로, 수식 (1)의 표현이 단순화된다. 이 경우, 원자 구조 또는 질량과는 무관하게, 힘은 인력이 된다.
반면, 공진 주파수(
Figure pct00017
)에 접근함에 따라, 경도력은 비선형적으로 증가한다. 플라즈마 물리학에서 공진 주파수는, 플라즈마 밀도, 입자 질량, 입자 관성, 자계와 같은 본질적인 유체 성질에 관계된다.
플라즈마를 조사하는 전자기파는 다수의 평면에서 선형적으로 편파된다고 가정하면, 복사 전계(E)를 갖는 전자기파에 의해 질량 "
Figure pct00018
"의 개별 입자/원자에 작용하는 경도력은 이하와 같이 된다.
Figure pct00019
특히, 이 수식은 제1 연료 성분에 대하여 유효할 수 있다. 수식 (2)에서 이론상의 경도력에 대한 주파수의 관계는, 이하 공진 주파수 "
Figure pct00020
a"를 도입한다는 것을 제외하고는 수식 (1)과 유사하다. 공진 주파수 "
Figure pct00021
a"는 임의의 집합체 상태, 즉, 고체, 액체, 기체, 또는 플라즈마에 있어서 물질에 대한 공진 주파수일 수 있다. 경도력은 공진점보다 낮은 전 주파수 범위, 즉, "
Figure pct00022
"에 걸쳐서 또한 인력이다. 공진점 위에서는(
Figure pct00023
), 힘이 반발력이다. 공진점보다 훨씬 아래의 주파수에서는(
Figure pct00024
), 경도력이 파동 주파수와는 무관하며, 이하의 수식을 적용한다.
Figure pct00025
경도력의 인력성 및 척력성이 도 1에 도시되어 있으며, 경도력을 "
Figure pct00026
"의 함수로서 도시하고 있다. 도 1에서, 단위 재료 상수에 있어서 정규화된 주파수에 대한 알벤파 경도력, 수식 (2)의 (
Figure pct00027
) 및
Figure pct00028
가 도시되어 있다. 좌측 곡선은 인력을 나타내며, 우측 곡선은 척력을 나타낸다.
물질이 고체 집합체 상태에 있다면, 공진 주파수는 "
Figure pct00029
"로 표현될 수 있으며, 여기서, "
Figure pct00030
"는 원자간 거리, "
Figure pct00031
"는 매질 내에서의 국소적인 광속이다. 이 경우, "
Figure pct00032
"를 취하면, 이하의 근사식을 얻는다.
Figure pct00033
여기서, 힘은 재료 상수 (
Figure pct00034
)와 물질을 전파하는 구형파 전계(E2)의 공간 구배에 의존한다. 파동 에너지는 가열 및/또는 운동 에너지 및/또는 위치 에너지로 갈 수도 있다. 파동 인력(wave attraction)은 "
Figure pct00035
"의 공간 구배에 의해 결정되며, 이는 몫 "
Figure pct00036
"로 표현될 수 있으며, 여기서, "
Figure pct00037
"은 미분 반응 길이(
Figure pct00038
)에 대한 "
Figure pct00039
"의 차분이다. 이제 재료 상수(
Figure pct00040
), 구배(
Figure pct00041
), 및 횡파 전계(
Figure pct00042
)는 몸체(body) 내의 개별 원자에 작용하는 경도력을 결정한다. 여기서, 원자간 거리 "
Figure pct00043
"는 플라즈마 운동을 제어하는 자계를 유추하여, 구속력(binding force) 또는 인장력(tension)을 정의한다는 점에 유의한다. "
Figure pct00044
-인자"는 공진을 정의하는 파라미터일 수 있다. 공진을 정의하는 추가의 파라미터가 있을 수 있다.
더 일반적으로, 수식 "
Figure pct00045
" 에서의 "
Figure pct00046
"는 매질 내의 전자기파(예컨대, 음향파, 이온 음향파)의 국소적인 속도에 관계된다.
수식 (4)로부터 도출한 유추의 결과는, 캐빈디시(Cavendish) 진공 실험으로부터의 실험적 결과와 양호하게 일치하는 것을 시현하였다.
제1 연료 성분 및 제2 연료 성분에 있어서, 경도력에 대한 이하의 수식이 수식 (4)로부터 얻어질 수 있다.
Figure pct00047
여기서, "
Figure pct00048
"는 제1 연료 성분 및/또는 제2 연료 성분의 특징적 성질이다. 특징적 성질은 대응하는 원자 질량, 원자수, 및 원자 분리 거리 등일 수 있다.
경도력은 입력 전자기 복사의 입력 전력(input power)이 더 강하면 더 강해질 수 있다. 예를 들어, 저주파수 범위(
Figure pct00049
)의 경도력은 입력 전자기 복사의 입력 전력에 비례한다.
전술한 바와 같이, 플라즈마에서는 아브라함력 또한 일어날 수 있다. 이 경우, 종방향 아브라함력은 자승 전계의 시간적 변화에 비례하여
Figure pct00050
으로서 기재될 수 있다. "
Figure pct00051
"는 알벤 속도이며, "
Figure pct00052
"는 자계이다. 플러스 또는 마이너스의 부호는 각각 자계(
Figure pct00053
)의 방향에 평행하거나 역평행한 파동 전파에 해당한다. 아브라함력은 "
Figure pct00054
"의 빠른 변화 및/또는 약한 자기장에 있어서 중대할 수 있다. 후자는 낮은 중성자 생성율을 일으킬 수 있는 낮은 사이클로트론 공진 주파수와 관련될 수 있다. 아브라함력의 장점은 그 대신 빠른 지향성 전자기장 변화에 의해 가열을 촉진하는 것이다.
플라즈마 내의 전자기(EM) 파동이 인력을 가져올 수 있다는 사실은 명백한 것은 아니다. 자기유체역학(magnetohydrodynamic: MHD) 파동은 플라즈마와 자기장이 상호 진동을 나타내는 유체 내의 파동의 일종이며, 자기장에 "동결(frozen)"된 것으로 간주되는 플라즈마이다. 공간적으로 일방향인 자기장에 있어서, 파동 전파의 방향(+
Figure pct00055
방향)이 아니라 플라즈마 공진 주파수가 힘의 방향을 결정한다. "
Figure pct00056
"로부터, 저주파 파동(
Figure pct00057
)에 대하여,
Figure pct00058
를 가져온다. 이는 힘은 일정하며, 저주파수에서 상수 "B"를 갖는 균질의 매질에서 파동 주파수와는 독립적이고, 전자기파 강도의 구배에 비례한다는 것을 의미한다. 파동 강도는 (물질에 힘을 작용하는) 상호작용 중에는 감소하고 있기 때문에, 힘은 파동 전파 방향과는 반대의 방향이다.
MHD 파동의 개념은 플라즈마의 유체 설명에 기초한다. MHD 파동은 자화된 플라즈마의 자기 인장력(magnetic tension)에 의해 지배된다. 자기 인장력이 강할 수록 파동 군속도 및 경도력이 약해진다. 마찬가지의 방식으로, 고상 플라즈마의 MHD 파동은 유전성질(dielectric property) 및 원자간 인장력(interatomic tension)에 의해 지배된다. 기체 상태의 자화된 플라즈마 내의 국소적인 공진 주파수는 이온 자이로주파수에 의해 결정되는 반면, 원자를 포함하는 중성의 고체 및 중성의 기체 내의 국소적인 공진 주파수는 덜 명확하다. 하지만, 전술한 바와 같이, 경도력은 중성의 전하이며, 이는 모든 입자상의 힘이 동일한 방향임을 의미한다. 물질은, 파동 전계의 공간 구배에 의해 특징지어지는, 파동 에너지의 국소적인 방출에 의해 힘을 받게 된다. 본 발명의 방법에 따라서 제1 연료 성분으로부터 제2 연료 성분에 중성자의 전달을 설정하기 위하여, 제1 연료 성분과 제2 연료 성분과의 특정의 혼합이 요구된다. 이러한 핵공정 중에는, 환경에 따라서, 예컨대, 전자 포획과 같은 다른 상태의 천이가 발생할 수 있다. 그러나, 적절한 시스템 설계로 이러한 공정들이 출력 에너지 산정에 그다지 영향을 갖지 않도록 할 수 있다.
연료 온도 및 파동 공진에 따라서, 연료 내의 중성자 천이율은 출력 전자기 복사의 출력 전력이 입력 전자기 복사의 입력 전력을 실질적으로 초과하는 상태를 달성할 수도 있다.
연료를 가열하는 것 외에도, 핵질량 증가 동위원소 이동으로부터의 잉여 전력은 제1 연료 성분으로부터 제2 연료 성분으로의 중성자 천이율을 향상시킬 수도 있다. 후자는 연료로의 전자기 복사의 입력 전력을 강화함으로써 달성될 수 있다.
본 발명의 활용성의 또 다른 범주는 이하의 상세한 설명으로부터 명확해 질 것이다. 하지만, 상세한 설명과 구체적인 예들은 본 발명의 바람직한 실시형태를 나타내는 것이지만, 본 발명의 범주 내에서 다양한 변형예와 개조예가 가능하다는 것이 상세한 설명부로부터 당업자라면 명확할 것이기 때문에, 오직 예시를 위한 것이라는 것을 이해하기 바란다.
따라서, 본 발명은 전술한 장치의 특정 구성 부분 또는 전술한 방법의 단계들에 한하는 것이 아니라, 이러한 장치와 방법은 변화할 수 있다는 것들 이해하기 바란다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 특정 실시형태만을 기술하기 위한 목적이며, 한정적인 의미는 아니라는 것을 이해하기 바란다. 여기서, 본 명세서와 첨부된 청구범위에서 사용되는 바와 같이, 관사 "a", "an", "the", 및 "said"는 달리 문맥상 명확하게 기재하지 않는 이상 하나 이상의 구성요소가 존재하는 것을 의미하는 것이다. 따라서, 예를 들어, "a unit" 또는 "the unit"이라고 하면, 몇개의 기기 등을 포함할 수도 있는 것이다. 또한, "구비한다(comprising)", "포함한다(including)", "포함한다(containing)"라고 하는 단어 및 유사한 단어 기술은, 다른 구성요소 또는 단계를 배제하는 것이 아니다.
이하, 본 발명의 실시형태를 나타내는 첨부도면을 참조하여, 본 발명의 상기한 양태들 및 기타의 양태들을 더 자세하게 설명한다. 도면들은 특정 실시형태에 국한하여 본 발명을 한정하도록 해석할 것이 아니라, 본 발명을 기술하고 이해하는데 사용되어야 한다.
도면에 도시한 바와 같이, 계층 및 구역들의 크기는 도시의 편의를 위해 과장하여, 본 발명의 실시형태의 일반적 구조를 나타내도록 제공된다. 도면들에 걸쳐서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭한다.
도 1은
Figure pct00059
의 함수로서 경도력을 나타낸다.
도 2는 발전기를 개략적으로 나타낸다.
도 3은 전기를 발전하는 방법의 블록도이다.
도 4는 대안의 발전기를 개략적으로 나타낸다.
도 5는 또 다른 대안의 발전기를 개략적으로 나타낸다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시형태를 나타낸 첨부도면을 참조하여 더 구체적으로 본 발명을 설명한다. 한편, 본 발명은 많은 다른 형태로서 구체화될 수도 있으며, 본 명세서에 명시한 실시형태들에 한정하여 해석할 것이 아니라, 이러한 실시형태들은 철저하고 완전하게 제공되어, 당업자에게 본 발명의 범주를 충분히 전달하도록 하기 위함이다.
도 2는 발전기(10)를 개략적으로 도시한다. 발전기(10)는 연료 용기(20), 입력 전자기 복사를 위한 소오스부(20), 제1 전극(42), 및 제2 전극(22)을 구비한다. 발전기(10)는 환형 단면을 갖는 실린더 형상을 가질 수 있다. 하지만, 다른 형상도 사용될 수 있다는 것으로 이해된다.
연료 용기(20)는 환형 단면을 갖는 실린더 형상을 가질 수 있다. 하지만, 다른 형상도 사용될 수 있다는 것으로 이해된다. 연료 용기(20)는 연료를 포함한다. 연료는 제1 연료 성분 및 제2 연료 성분을 포함한다. 제1 연료 성분 및 제2 연료 성분은 혼합되는 것이 바람직하다. 연료는 입력 전자기 복사에 노출되기 전에는 고체일 수 있다. 따라서, 입력 전자기 복사에 노출되기 전의 초기에, 연료는 고체인 것이 바람직하다. 연료는 TiDx 일 수 있으며, 여기서 중수소(deuterium: D)는 제1 연료 성분이며, 티타늄(titanium: Ti)은 제2 연료 성분이다. 중수소가 낮은 중성자 방출 에너지를 가지며, 동위원소 이동후 최종 생성물이 안정되고, 공진 주파수가 출력 전압이 많은 응용예에서 실용적으로 되는 범위에 있게 되므로, TiDx 는 연료의 좋은 후보이다. 하지만, 기타의 연료 혼합물이 사용될 수도 있다는 것으로 이해된다. 예를 들어, 다른 금속 수산화물(H는 D로 치환됨)이 사용될 수도 있다.
제1 연료 성분은, 통상적으로, 입력 전자기 복사에 노출되면, 핵질량 감소 동위원소 이동을 가져올 수 있다. 제1 연료 성분을 입력 전자기 복사에 노출시킴 으로써, 발명의 요약에서 더 자세히 설명한 바와 같이, 파동-입자 가속 공정을 통해 에너지 전달이 제공될 수 있다. 에너지를 제1 연료 성분에 전달함에 따라, 고에너지 상태를 가정할 수 있으며, 여기서 제1 연료 성분의 중성자들이 영향을 받게 되어, 핵질량 감소 동위원소 이동이 발생할 수도 있다.
제2 연료 성분은, 통상적으로, 제1 연료 성분이 핵질량 감소 동위원소 이동을 거침에 따라, 제1 연료 성분으로부터 중성자를 흡수하게 되어, 핵질량 증가 동위원소 이동을 가져오도록 선택된다. 또한, 제2 연료 성분은, 핵질량 증가 동위원소 이동에 의해 얻어진 가용 에너지가, 제1 연료 성분에서 질량 감소 동위원소 이동을 유발하기 위한 문턱 에너지보다 더 크도록 선택된다. 또한, 그 결과로서 제2 연료 성분의 핵질량 증가 동위원소 이동의 동위원소는 안정한 동위원소인 것이 바람직하다.
따라서, 제1 연료 성분은 중수소일 수 있다. 중수소는 입력 전자기 복사를 거치게 됨에 따라 핵질량 감소 동위원소 이동을 가져올 수도 있기 때문에 선택된다. 중수소를 입력 전자기 복사에 노출시킴으로써, 발명의 요약에서 더 자세하게 전술한 바와 같이, 파동-입자 가속 공정을 통해 에너지 전달이 제공될 수 있다. 에너지를 중수소에 전달함에 따라, 중수소의 중성자들이 영향을 받게 되어, 핵질량 감소 동위원소 이동이 발생할 수 있는, 고에너지 상태를 상정할 수도 있다. 중소수의 질량 감소 동위원소 이동은 반응 채널 "D + Ws → n + 1H"로부터 유래하며, 여기서 "D"는 중수소(deuterium: 2H)이며, "1H"는 경수소(protium), 즉, 핵에 중성자를 갖지 않는 수소이다. 또한, "Ws"는 질량 감소 동위원소 이동이 발생하도록 하기 위한 문턱 에너지이다. "D"에 있어서 질량 감소 동위원소 이동을 유발하기 위한 문턱 에너지는 2.25 MeV이다. 덧붙여, 2H(즉, "D") 뿐만 아니라 1H 또한 그 자체로서 안정한 동위원소이다. 또한, 상기 반응은 문턱 에너지를 상위하는 복사에너지에 의해 유발될 수 있다는 점에 유의한다.
중수소에서 질량 감소 동위원소 이동을 유발하기 위하여, 연료 용기(20)가 입력 전자기 복사에 노출되도록 구성된다. 또한, 연료를 입력 전자기 복사에 노출시킴으로써, 연료의 플라즈마가 형성될 수 있다. 입력 전자기 복사는 제1 연료 성분의 플라즈마 공진 주파수보다 낮도록 선택되는 것이 유리하다. 예를 들어, TiDx의 예에 있어서, TiDx의 격자 구조에서 중소수의 플라즈마 공진 주파수가 있다. TiDx의 격자 구조에서 중소수의 플라즈마 공진 주파수는 이하와 같이 표현될 수 있다.
Figure pct00060
(6)
여기서, "c"는 광속이며, "a"는 격자의 원자간 거리이다. 격자의 원자간 거리가 "45 nm"이면, TiDx의 격자 구조에서 중소수의 플라즈마 공진 주파수는 6.7×1017 rad/s (즉, 1.1×1017 Hz)이다. 이는 연엑스선(soft X-ray) 스펙트럼 내인 "2.8 nm"의 파장을 의미한다. 연료의 격자 구조를 변경함으로써, 제1 연료 성분의 플라즈마 공진 주파수가 변경될 수 있다. 따라서, 입력 전자기 복사는 430 THz 내지 300 GHz의 열 범위내에서 선택될 수 있다. 입력 전자기 복사의 충분한 효과를 이용하여, 연료가 플라즈마로 변환될 수 있다. 또한, 입력 전자기 복사의 충분한 효과는 제1 연료 성분에서 질량 감소 동위원소 이동이 일어나도록 발명의 요약에서 전술한 파동-입자 가속 공정을 유발할 수 있다.
소오스부(30)는 연료를 입력 전자기 복사에 노출시키도록 구성된다. 소오스부(30)는 유도 코일 배열(32)과 유도 코일 배열(32)에 전력을 공급하기 위한 전기 전원(도시 생략)을 구비할 수 있다. 유도 코일 배열(32)은, 예컨대, 트위스티드(twisted) 구성으로 연료 용기(20) 주위에 대칭적으로 배치될 수 있다. 이에 의해, 발전기(10)의 중심 상에 기하학적 포커싱이 제공된다. 유도 코일 배열(32)은 적어도 하나의 유도 코일을 구비한다. 발전기(10)의 동작에 있어서, 유도 코일 배열(32)에 전력을 공급하는 전기 전원(도시 생략)에 연결된다. 전기 전원은 유도 코일 배열(32)을 통해 교류 전류를 통과시키도록 배치될 수 있다. 유도 코일 배열(32)은, 예컨대, 세라믹으로 덮인 열선일 수 있다. 유도 코일 배열(32)에 전력을 공급함으로써, 전자기 스펙트럼의 열 범위 내에서 전자기 복사의 발전기로서 역할한다.
전술한 바와 같이, 제2 연료 성분은 "Ti"일 수 있다. "Ti"는 복수의 안정한 동위원소들을 구비한다 (즉, 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti, 및 50Ti). 이들중에서 "48Ti"가 가장 일반적인 것이다. 질량 증가 동위원소 이동이 이하의 에너지들을 가용토록 하기 때문에 "Ti"는 제2 연료 성분의 좋은 후보이다.
46Ti ~ 47Ti = 8.87 MeV
47Ti ~ 48Ti = 11.6 MeV
48Ti ~ 49Ti = 8.13 MeV
49Ti ~ 50Ti = 10.9 MeV
따라서, 티타늄의 동위원소에 따라서 티타늄에 있어서 질량 증가 동위원소 이동량이 다르게 된다.
출력 전자기 복사는 전자기 복사의 펄스로서 방사되게 된다. 펄스는 총 에너지로서 질량 증가 동위원소 이동 에너지의 에너지를 갖는다. 펄스는 복수의 광자를 구비한다. 출력 전자기 복사의 펄스의 각각의 광자는 제2 연료 성분의 플라즈마 공진 주파수보다 높거나 이에 근접한 주파수를 갖는다. 제1 플라즈마 공진 주파수 및 제2 플라즈마 공진 주파수는 고체에 있어서 대략적으로 동일하다. 따라서, Ti로부터의 각각의 질량 증가 동위원소 이동에 있어서, 예를 들어, 약 10 MeV의 에너지가 방출되게 된다. 에너지는 약 10 MeV를 갖는 단일 광자가 아니라 다수의 광자를 구비하는 전자기 복사의 펄스로서 방출되게 된다.
출력 전자기 복사는 자외선 스펙트럼 범위 및/또는 연엑스선 스펙트럼 범위일 수 있다.
전술한 바와 같이, 연료 용기(20)의 연료는 재료의 고체 혼합물일 수 있다. 연료가 고체인 경우, 제1 연료 성분은 동일하거나 상이한 주파수의 열복사(thermal radiation)에 의해 영향받을 수 있다. 열복사는 가상 파장을 갖는 파동 연속 펄스(wave train pulses)이며, 제1 연료 성분에 있어서 핵질량 감소 동위원소 이동을 지원하기에 충분한 에너지이다. 따라서, 연료의 입력 전자기 복사에 대한 노출로 인해, 제1 연료 성분의 핵질량 감소 동위원소 이동이 발생하게 된다. 그 결과, 제2 연료 성분 내의 핵질량 증가 동위원소 이동을 위하여 중성자들이 활용가능하게 된다. 중성자들은 고체로부터 벗어날 수 없을 수 있다. 하지만, 중성자는 고체 그 자체에 의해 포획될 수 있다. 이는 광전 효과를 위반하지 않도록 하기 위함이다. 따라서, 질량 감소 동위원소 이동에 의해 활용가능하게 되는 중성자들은 연료 내에 남게 된다. 따라서, 제2 연료 성분 내의 핵질량 증가 동위원소 이동을 위한 중성자가 활용가능하게 된다. 제2 연료 성분 내의 핵질량 증가 동위원소 이동의 결과, 출력 전자기 복사가 방출되게 된다. 출력 전자기 복사의 에너지는 출력 파동 연속 펄스(output train wave pulse)로서 방출되게 된다. 출력 파동 연속 펄스의 개별 광자들은 전자기 스펙트럼의 자외선(UV)의 범위 및/또는 연엑스선(soft X-ray)의 범위일 수 있다. 출력 파동 연속 펄스의 광자들은 그 후 광자의 전자로의 광전(photoelectric) 변환을 위해 제1 전극(42)에서 포집된다.
연료 용기(20)는 연료를 담는 밀폐의 격실일 수 있다. 연료 용기(20)는 연료 용기 하우징을 구비할 수 있다. 연료 용기 하우징은 낮은 압력으로 밀봉될 수 있다. 이는 산소의 존재를 감소시키기 위함이다. 연료 용기 하우징은 금속으로 이루어질 수 있다. 금속은, 예컨대, 텅스텐(W) 또는 티타늄(Ti)일 수 있다. 대안으로서, 연료 용기 하우징은 유리로 이루어질 수 있다. 또 다른 대안으로서, 연료 용기 하우징은 세라믹으로 이루어질 수 있다. 연료 용기 하우징은 환형 단면을 가질 수 있다. 연료 용기 하우징은 연료를 격납한다. 연료가 TiDx인 예에 있어서, 연료는 낮은 다공성(porosity)을 갖는 파우더 형태일 수 있다. 따라서, 연료는 고체 혼합물일 수 있다. 파우더는 압축될 수도 있다.
제1 전극(42)은, 출력 전자기 복사의 전자로의 광전 변환을 유발하도록 출력 전자기 복사가 이와 상호작용하도록 배치된다. 따라서, 광전 효과로 인해 제1 전극(42)으로부터 전자들이 배출될 수 있다. 제1 전극(42)은 연료 용기(20) 주위를 감싸는 것이 바람직하다. 제1 전극(42)은 발전기 하우징(40)의 층으로서 배치될 수도 있다. 발전기 하우징(40)은 연료 용기(20) 주위를 감싸는 것일 수 있다. 제1 전극을 구성하는 층은 발전기 하우징(40)의 최내부층일 수 있다. 제1 전극(42)은 금속으로 이루어지는 것이 바람직하다.
제2 전극(22)은 제1 전극(42)으로부터 거리를 두어 위치하는 것이 바람직하다. 제2 전극(22)은 제1 전극(42)으로부터 방출되는 전자들을 포집하도록 구성된다. 바람직하게는, 제1 전극과 제2 전극과의 사이의 공간이 비워진다. 제2 전극(22)은 연료 용기(20), 바람직하게는, 연료 용기 하우징에 의해 지지될 수 있다. 제2 전극(22)은 연료 용기 하우징의 최외층일 수 있다. 대안으로서, 제2 전극(22)은 연료 용기 하우징 주위에 둘러 씌여진 전극일 수 있다.
제1 전극과 제2 전극 사이에 전위차를 인가함으로써 전류가 얻어질 수 있다. 전류는 배터리(도시 생략)를 로딩하거나 전기 기기(도시 생략)에 전력을 공급하기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어, 발전기(10)는 전기 자동차에 전력을 공급하기 위하여 사용될 수 있다.
발전기 하우징(40)과 연료 용기(20)에 의해 정의되는 공간은 격실(50)로서 간주될 수 있다. 격실(50)은 비워지는 것이 바람직하다. 제1 전극(42)과 제2 전극(22)에 의해 격실이 정의될 수도 있으므로, 격실(50)은 광전 셀(photoelectric cell)로서 기능할 수 있다. 따라서, 일부 실시예에 있어서, 발전기 하우징(40) 및 연료 용기(20)가 격실(50)을 정의하고 있다. 격실(50)은 발전기를 위한 열 절연체로서 기능하는 것으로 간주될 수도 있다.
격실(50)은 입구(52)와 출구(54)를 구비할 수 있다. 격실(50)은 입구(52) 및/또는 출구(54)를 통해 배기될 수 있다. 또한, 발전기(10)는 유체 흐름이 격실(50)을 통하도록 함으로써 냉각될 수 있다. 사용되는 유체의 예로서는 불활성 가스, 예컨대, 네온이 있다. 따라서, 유체의 소오스(도시 생략)와 함께 입구(42) 및 출구(54)는 발전기(10)의 1차 냉각부의 일부일 수 있다. 유체 흐름이 격실(50)을 통하도록 함으로써, 연료 용기(20)로부터 누설하는 수소 또는 중수소를 세정할 수 있다. 그렇게 하면, 입구(52) 및 출구(54)는 수소 및/또는 중수소를 물로 중성화하기 위하여 수소 셀(도시 생략)에 연결될 수 있다. 또한, 유체 흐름이 격실(10)을 통하도록 함으로써 발전기(10)의 효과가 제어될 수 있다. 더욱이, 유체 흐름이 격실(10)을 통하도록 함으로써 발전기(10)는 정지될 수 있다. 따라서, 입구(52) 및 출구(54)는 발전기(10)의 제어 시스템의 일부일 수 있다.
발전기 하우징(40)은 유도 코일 배열(32)을 지지하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 유도 코일 배열(42)은 발전기 하우징(40) 주위에 감겨질 수 있다. 대안으로서, 유도 코일 배열(32)은 발전기 하우징(40)의 일부일 수 있다.
발전기 하우징(40)은 또한 연료 용기(20)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 연료 용기(20)는 씰(44)에 의해 지지될 수 있다. 씰(44)은 발전기 하우징(40)으로부터 연료 용기(20)를 전기적으로 격리할 수 있다. 씰(44)은 예컨대 세라믹 씰(ceramic seal)일 수 있다. 씰은 연료 용기(20)를 발전기 하우징(40)에 탈착가능하게 장착하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 연료 용기(20)는 발전기(10)에 탈착가능하게 장착될 수 있다. 따라서, 연료 용기(20)의 연료가 소모됨에 따라, 연료 용기(20)는 새로운 연료로 채워진 새로운 것으로 교환될 수 있다.
발전기(10)는 하나 이상의 지지 부재(部材)(60)를 더 구비할 수도 있다. 하나 이상의 지지 부재(60)는 발전기 하우징(40)과 연료 용기(20) 사이를 지지하는 기능을 갖도록 구성된다. 따라서, 하나 이상의 지지 부재(60)가 격실(50) 내부가 되도록 구성될 수 있다. 하나 이상의 지지 부재(60)는 세라믹 재료로 이루어질 수 있다.
발전기 하우징(40)은 2차 냉각부(46)를 더 구비할 수 있다. 2차 냉각부(46)는 발전기(10)의 온도를 조절하도록 구성된다. 2차 냉각부(46)는 액체 흐름이 하나 이상의 발전기 하우징(40) 캐비티를 통하도록 구성되는 액체 냉각부일 수 있다. 액체는 물일 수 있다. 2차 냉각부(46)는 기체의 흐름이 하나 이상의 발전기 캐비티를 통하도록 구성되는 기체 냉각부일 수 있다. 기체는, 예컨대, 공기일 수 있다. 발전기(10)의 온도를 조절함으로써, 전기 발전 공정이 조절될 수 있다.
발전기(10)에서 발생하는 열은 발전기(10)의 전기 생산을 지원하도록 사용된다. 발전기(10)가 밸런스 상태가 됨에 따라, 이에 의해 발전기(10)로부터의 외부 송출 전력에 도달하는 때에는, 점화 엔진에서와 같이, 과도한 열을 제거하기 위하여 냉각부(46)가 사용될 수 있다. 2차 냉각부(46) 및/또는 1차 냉각부는 발전기(10)를 제어하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 2차 냉각부(46) 및/또는 1차 냉각부는 발전기(10)를 폐쇄하도록 사용될 수 있다.
발전기(10)를 제어하도록 소오스부(30)의 제어가 사용될 수도 있다.
발전기(10)의 평형 온도에 따라서 전력 출력이 변하게 된다. 제1 연료 성분과 입력 전자기 복사와의 사이의 상호작용의 공정 및 출력 전자기 복사를 생성하는 공정은, 고체 연료 내의 플라즈마 공진에 의해 지배되는 것이 아니라, 제1 연료 성분 내의 핵질량 감소 동위원소 이동에 기여하여 연료로부터 느린 중성자들을 생성하는 파동 연속 펄스 용량에 의한다. 이는 불확정성 원리의 효과이며, 대략 연료 원자의 원자간 거리에 필적하는 매우 짧은 거리 내에서만 작용한다. 이는 연료 내부에 중성자들이 잔류하는 이유이다. 소오스부(30)는 발전기(10)를 시동하고, 발전기(10)의 작은 조정을 위해서만 사용될 수 있다.
이하, 도 3을 참조하여 전기를 발전하는 방법을 설명한다. 본 방법은 이하의 단계들을 포함한다. 단계들은 반드시 아래에 열거된 순서대로 행해질 필요는 없는 것으로 이해된다. (단계 S300) 제1 연료 성분에서 핵질량 감소 동위원소 이동이 일어나고, 제2 연료 성분에서 핵질량 증가 동위원소 이동이 일어나고, 핵질량 증가 동위원소 이동에 기인한 출력 전자기 복사가 출력되도록, 제1 연료 성분 및 제2 연료 성분을 포함하는 연료를 입력 전자기 복사에 노출시킨다. 바람직하게는, 핵질량 감소 동위원소 이동은 핵질량 증가 동위원소 이동에 비하여 더 적은 에너지를 필요로 한다. (단계 S302) 출력 전자기 복사를 전기로 변환한다. 제1 전극에서 출력 전자기 복사를 전자로 광전(photoelectrically) 변환하고, 제2 전극에서 전자들을 포집함으로써, 출력 전자기 복사가 전기로 변환될 수 있다. 대안으로서, 또는 조합하여, 광전지 셀에서 출력 전자기 복사를 전기로 광발전(photovoltaically) 변환함으로써 출력 전자기 복사가 전기로 변환될 수 있다. 그 결과, 전기가 발전될 수 있다. 본 방법은 제1 전극과 제2 전극과의 사이에 전위차를 인가하거나, 광전지 셀 상에 전위차를 인가하는 것을 더 포함할 수 있다.
제1 연료 성분은 중수소일 수 있다. 제2 연료 성분은 티타늄일 수 있다. 연료는 고체, 바람직하게는, TiDx일 수 있다. 입력 전자기 복사는 열스펙트럼 범위내 일 수 있다. 출력 전자기 복사는 자외선 스펙트럼 범위 또는 연엑스선 범위내일 수 있다.
당업자라면 본 발명은 여하한 경우에서라도 전술한 바람직한 실시형태들에 한하지 않는다는 것을 이해할 것이다. 한편, 첨부된 청구범위의 범주내에서 수많은 개조예와 변형예가 가능하다.
예를 들어, 제1 성분은 이하의 제1 연료 성분의 후보 리스트 중 하나 이상일 수 있다 - 중수소 또는 리튬.
또한, 발전기는 많은 다른 방법으로 물리적으로 설계될 수 있다. 도 2에 물리적 설계의 일례가 개략적으로 도시되어 있다. 하지만, 당업자라면, 동작을 위해 장착되는 바와 같은, 수많은 다른 이유들로 인해 발전기의 설계가 변동될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 4에는 물리적 설계의 또 다른 예가 도시되어 있다. 일반적인 설계로서 도 2의 설계와 유사한 많은 양태들이 있으며, 도 2에 관한 상세한 설명을 참조하기 바란다. 한편, 도 4의 설계에 있어서 하나의 다른 점으로서, 소오스부(30)가 연료 격실(20) 내부에 배치된다는 것이다. 이에 의해, 발전기(10)는 전체적으로 과도한 열을 방지하여 주변에 방열시키는 단열재로서 기능하게 된다. 소오스부(30)는 예컨대 유도 코일 유닛(32')일 수 있다. 도4의 설계의 발전기(10)는 또한 연료 격실(20) 내부에서 소오스부(30)를 따라 연장되는 냉각부(47)를 구비한다. 이에 의해, 소오스부(30)의 온도를 빠르게 조절할 수가 있다. 냉각부(47)는 예컨대 기체 또는 액체 등의 냉매의 배관(tubing)일 수 있다.
도 5에 있어서, 물리적 설계의 또 다른 예가 도시되어 있다. 일반적인 설계로서는, 도 2 및 도 4의 설계와 유사한 많은 양태들이 있으며, 도 2 및 도 4에 관한 상세한 설명을 참조하기 바란다. 한편, 도 5의 설계에 있어서 하나의 다른 점은 제1 전극으로서의 광전 효과와 제2 전극에서 전자를 포집함으로써 전기가 발전되지 않고, 그 대신 출력 전자기 복사를 전기로 변환하기 위하여 광전지 셀(70)이 사용된다는 점이다. 출력 전자기 복사가 전자-정공의 쌍으로 변환되도록 광발전 변환을 유도하기 위하여 광전지 셀(70)은 출력 전자기 복사가 이와 상호작용하도록 배치된다. 바람직하게는, 광전지 셀(70)은 연료 용기(20)를 둘러싸고 있다. 광전지 셀(70)은 발전기 하우징(40)의 층으로서 배치될 수도 있다. 발전기 하우징(40)은 연료 용기(20)를 둘러싸고 있을 수도 있다. 광전지 셀(70)을 구성하는 층은 발전기 하우징(40)의 최내층일 수 있다. 광전지 셀(70)의 두 전극에 걸쳐 전위차를 인가함으로써, 전류가 유도될 수 있다. 전류는 배터리(도시 생략)를 로딩하기 위하여 또는 전기 기기(도시 생략)에 전력공급을 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 발전기는 전기 자동차에 전력 공급을 위해 사용될 수 있다. 도 5에 있어서, 발전기(10)는 발전기 하우징(40)의 일부로서 배치되는 소오스부(30)를 갖도록 도시되어 있다. 하지만, 소오스부(30)는 도 4와 연계하여 개시한 실시예에서와 같이 연료 격실(20) 내부에 배치될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
또한, 청구범위의 발명을 실시하는데 있어서 당업자라면 도면, 개시사항, 및 첨부된 청구범위를 연구함으로써 개시된 실시형태들에 대한 변형예들을 이해하고 유효화할 수 있을 것이다.

Claims (25)

  1. 제1 연료 성분 및 제2 연료 성분을 포함하는 연료를 담는 연료 용기(20);
    상기 제1 연료 성분에 있어서 핵질량 감소 동위원소 이동, 상기 제2 연료 성분에 있어서 핵질량 증가 동위원소 이동, 및 상기 핵질량 증가 동위원소 이동으로부터 야기되는 출력 전자기 복사를 발생시키기 위하여 상기 연료를 입력 전자기 복사에 노출시키도록 구성되는 소오스부(30); 및
    상기 연료 용기(20)를 둘러싸는 발전기 하우징(40) - 상기 발전기 하우징(40)은 상기 출력 전자기 복사를 전자들로 광전(photoelectrically) 변환하도록 구성되는 제1 전극(42)을 지지함 -
    을 구비하는 발전기로서,
    상기 연료 용기(20)는 상기 전자들을 포집하여 전기의 발전을 제공하도록 구성되는 제2 전극(22)을 지지하는 연료 용기 하우징(24)을 구비하는
    발전기.
  2. 제1 연료 성분 및 제2 연료 성분을 포함하는 연료를 담는 연료 용기(20);
    상기 제1 연료 성분에 있어서 핵질량 감소 동위원소 이동, 상기 제2 연료 성분에 있어서 핵질량 증가 동위원소 이동, 및 상기 핵질량 증가 동위원소 이동으로부터 야기되는 출력 전자기 복사를 발생시키기 위하여 상기 연료를 입력 전자기 복사에 노출시키도록 구성되는 소오스부(30);
    상기 연료 용기(20)를 둘러싸는 발전기 하우징(40); 및
    상기 출력 전자기 복사를 전기로 변환하도록 구성되는 광전지 셀(70)을 구비하는 발전기로서,
    상기 광전지 셀(70)은 상기 발전기 하우징(40)의 층으로서 배치되는
    발전기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연료는 고체인
    발전기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연료는 TiDx인
    발전기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 소오스부(20)는 상기 연료를 적외선 스펙트럼 범위내의 전자기 복사 입력 에너지에 노출시키도록 구성되는
    발전기.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 소오스부(30)는 유도 코일 배열(32)을 포함하는
    발전기.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연료 용기(20)는 연료 용기 하우징(24)을 구비하며, 상기 발전기 하우징(40) 및 상기 연료 용기 하우징은 격실(50)을 정의하는
    발전기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 격실은 유체의 유입 흐름을 위한 입구 및 상기 유체의 유출 흐름을 위한 출구를 구비하는
    발전기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유체는 불활성 기체인
    발전기.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 불활성 기체는 네온인
    발전기.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발전기 하우징(40)은 상기 발전기의 온도를 조절하도록 구성되는 제2 냉각부를 구비하는
    발전기.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발전기 하우징(40)은 상기 연료 용기(20)를 지지하도록 구성되는
    발전기.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 발전기 하우징(40)은 씰(44)에서 상기 연료 용기(20)를 지지하고 있는
    발전기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 씰(44)은 상기 발전기 하우징(40)으로부터 상기 연료 용기(20)를 전기적으로 격리하는
    발전기.
  15. 제13항 또는 제14항에 있어서,
    상기 씰(44)은 상기 발전기 하우징(40)에 상기 연료 용기(20)를 탈착가능하게 장착하도록 구성되는
    발전기.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 발전기 하우징(40)과 상기 연료 용기(20)와의 사이의 지지체로서 기능하도록 구성되는 하나 이상의 지지 부재(部材)(60)를 더 구비하는
    발전기.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 연료 용기(20)는 연료 용기 하우징(24)을 구비하며,
    상기 발전기 하우징(40) 및 상기 연료 용기 하우징은 격실(50)을 정의하고 있으며,
    상기 하나 이상의 지지 부재(60)는 상기 격실(50) 내부에 배치되는
    발전기.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 연료 용기(20)는 자외선 스펙트럼 범위 및/또는 연엑스선(soft X-ray) 범위에서 전자기 복사를 투과가능한
    발전기.
  19. 전기를 발전하는 방법으로서,
    제1 연료 성분 및 제2 연료 성분을 포함하는 연료를, 상기 제1 연료 성분에서의 핵질량 감소 동위원소 이동, 상기 제2 연료 성분에서의 핵질량 증가 동위원소 이동, 및 상기 핵질량 증가 동위원소 이동으로부터 야기되는 출력 전자기 복사를 발생시키기 위하여, 입력 전자기 복사에 노출시키는 단계; 및
    제1 전극(52)에서 상기 출력 전자기 복사를 전자로 광전(photoelectrically) 변환하고 제2 전극(22)에서 상기 전자를 포집함으로써, 또는 광전지 셀(70)에서 상기 출력 전자기 복사를 전기로 광발전(photovoltaically) 변환함으로써, 상기 출력 전자기 복사를 전기로 변환하여 상기 출력 전자기 복사로부터 전기를 발전하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 연료 성분은 중수소인
    방법.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서,
    상기 제2 연료 성분은 티타늄인
    방법.
  22. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료는 고체인
    방법.
  23. 제19항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연료는 TiDx인
    방법.
  24. 제19항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입력 전자기 복사는 열스펙트럼 범위 내인
    방법.
  25. 제19항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 출력 전자기 복사는 자외선 스펙트럼 범위 또는 연엑스선(soft X-ray) 범위 내인
    방법.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3106465B1 (fr) * 2020-01-20 2022-03-18 Parlement Global De Lenergie Conversion d’énergie par plasma A1 résonant
CN114388149B (zh) * 2021-12-17 2023-07-14 核工业西南物理研究院 一种脉冲发电机组放电同步信号处理系统

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB931076A (en) * 1957-07-10 1963-07-10 Atomic Energy Commission Thermonuclear reactor and process
FR2777687B1 (fr) * 1998-04-17 2000-07-07 Conservatoire Nat Arts Procede et dispositif pour la production d'energie a partir d'un hydrure a caractere metallique
US20040247522A1 (en) * 2001-11-14 2004-12-09 Mills Randell L Hydrogen power, plasma, and reactor for lasing, and power conversion
US20140140461A1 (en) * 2005-04-25 2014-05-22 Reginald B. Little Magnitites Pycnonuclear Reactions within Electrochemical, Radioactive and Electromagnetic Medias
IT1392217B1 (it) * 2008-11-24 2012-02-22 Ghidini Metodo per produrre energia e generatore che attua tale metodo
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