KR20230008925A - 에너지 변환 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
중수소 또는 삼중수소 핵들의 융합에 의한 에너지를 변환하는 방법으로, 제1 중수소 또는 삼중수소 핵들과 제1 전자를 포함하는 제1 수소 원자와 제2 중수소 또는 삼중수소 핵들과 제2 전자를 포함하는 제2 수소 원자들을 제공하는 초기 단계를 포함하고, 다음 단계들:
a) 제1 핵들과 제2 핵들을 최대 7 Å의 거리로 서로 근접시키는 단계와;
b) 상기 제1 및 제2 핵들의 스핀들을 정렬하여 스핀 축들이 반평행이 되어 서로를 향하거나 서로에서 멀어지고 제1 및 제2 핵들 간의 공통선 상에 투사되며, 이 공통선은 자계 (B)에 평행해지도록 구성된 자계 (B)를 인가하는 단계와;
c) 공간적 분포가, 제1 및 제2 핵들 간에 공통선을 따라 위치하지 않는 영역으로부터 이탈하도록 제1 및 제2 전자의 전자 궤도를 수정하거나 위 원자들을 이온화시키는 단계들을 더 포함하고,
위 스핀 방향과 이온화 또는 전자 궤도 수정 상태에서 제1 및 제2 핵들이 동시에 위 거리에 제공된다.
본 발명은 또한 시스템에도 관련된다.
a) 제1 핵들과 제2 핵들을 최대 7 Å의 거리로 서로 근접시키는 단계와;
b) 상기 제1 및 제2 핵들의 스핀들을 정렬하여 스핀 축들이 반평행이 되어 서로를 향하거나 서로에서 멀어지고 제1 및 제2 핵들 간의 공통선 상에 투사되며, 이 공통선은 자계 (B)에 평행해지도록 구성된 자계 (B)를 인가하는 단계와;
c) 공간적 분포가, 제1 및 제2 핵들 간에 공통선을 따라 위치하지 않는 영역으로부터 이탈하도록 제1 및 제2 전자의 전자 궤도를 수정하거나 위 원자들을 이온화시키는 단계들을 더 포함하고,
위 스핀 방향과 이온화 또는 전자 궤도 수정 상태에서 제1 및 제2 핵들이 동시에 위 거리에 제공된다.
본 발명은 또한 시스템에도 관련된다.
Description
본 발명은 에너지 변환 방법 및 장치에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 핵융합 프로세스를 통해 핵에너지가 다른 에너지 종류들로 변환되는 이러한 에너지 변환에 관련된다.
일반적으로, 화학 원소들의 핵융합은 질량수 A i 와 원자번호 Z i 를 갖는 이러한 입력 화학 원소 n 개가 융합될 때, 결과적인 A f = A 1 + A 2 +...+ A n 이고 융합 산물의 Z f 가 Z f ≤ 26을 충족하는 한 과잉 에너지(excess energy)를 산출할 것이다. 양성자의 N p 수와 중성자의 N n 의 전체 수 A f ≡ N p + N n 은 적어도 이 명세서에 사용된 에너지들에 대해서는 융합 프로세스에서 변화되지 않는다. 융합 물질의 2개의 핵들(nuclei) 간의 전자기 반발(electromagnetic repulsion)을 극복하여, 이 핵들을 견인(attractive)하지만 전자기 반발을 극복할 단거리 강력한 핵 상호작용에 충분할 정도로 근접시키는 것이 핵융합의 핵심적 문제임은 잘 알려져 있다.
종래, 하나의 접근 방법은 고온을 갖는 플라즈마를 이용하여 이 고온에 기인하는 핵들 간의 고속 충돌을 통해 전자기 반발을 극복하고자 시도해왔다. 이 접근 방법 배경의 근거는 전형적으로 106 K를 초과하는 고온에서 랜덤(random)한 고속 충돌을 달성하는 것이다. 그러나 랜덤 충돌의 특성은 바로 저효율로 이어진다. 고온 역시 과도한 에너지 생산 및 안전 문제들로 이어진다.
이에 따라 저온에서 핵융합을 달성하면 바람직할 것이다. 특히 이러한 상온 핵융합을 효율적인 프로세스에서 달성하면 바람직할 것이다. 그러면 이러한 효율적 상온 핵융합은 핵융합로(fusion reactor), 배터리, 또는 연료전지(fuel cell)를 제공하는 데 사용할 수 있을 것이다. 본 발명은 전술한 문제들을 해결한다.
이에 따라, 본 발명은 중수소(deuterium) 또는 삼중수소(tritium) 핵을 융합함으로써 핵에너지를 변환하는 방법에 관련되는데, 이 방법은 제1 수소 원자를 제공하는 초기 단계를 포함하고, 이어서 제1 중수소 또는 삼중수소 핵과, 제1 전자 및 제2 수소 원자를 제공하는 단계를 포함하며, 이어서 제2 중수소 또는 삼중수소 핵과 제2 전자를 제공하는 단계를 포함하는데, 방법은 다음 단계들: a) 제1 핵과 제2 핵을 함께 제1 핵과 제2 핵 간의 거리가 최대 7 Å이 되도록 하는 단계와; b) 결과적인 전체 자계(B)가 위 제2 핵의 제2 스핀(spin)에 대해 위 제1 핵의 제1 스핀으로 정렬되도록 제1 자계를 인가함으로써 위 제1 및 제2 스핀들의 각 스핀축이 역평행(anti-parallel)이 되어 서로를 향하거나 서로에게서 멀어지도록 하고, 위 제1 및 제2 스핀들이 위 제1 및 제2 핵 사이의 공통선(common line) 상에 투사되도록 하는데, 이 공통선은 전체 자계(B)에 대해 평행 또는 역평행한 단계와; c) 위 제1 수소 원자를 이온화(ionize)하거나 위 제1 전자의 전자 궤도(electron orbit)를 수정하여 제1 전자의 공간적 분포가, 제1 전자가 공통선을 따라 제1 및 제2 핵 사이의 영역에 존재할 확률이 구면 대칭(spherically symmetric) 공간 분포에서보다 더 작아지도록 하는 단계와; d) 위 제2 수소 원자를 이온화하거나 위 제2 전자의 전자 궤도를 수정하여 제2 전자의 공간적 분포가, 제2 전자가 공통선을 따라 제1 및 제2 핵 사이의 영역에 존재할 확률이 구면 대칭 공간 분포에서보다 더 작아지도록 하는 단계를 구비하고, 여기서 단계 a)-d)들은 임의 순서지만 위 스핀 방향과 위 이온화 또는 전자 궤도 수정 상태에서 제1 및 제1 핵들이 동시에(at one and the same time) 위 거리로 제공되도록 수행될 수 있다.
단계 a)-d)들의 각각은 또한 병렬 및/또는 순차적으로 임의 회수 수행될 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 중수소 및/또는 삼중수소의 융합에 관련된다. 바람직한 경우들에, (오염 한도 내에서) 중수소 또는 삼중수소만이 사용된다. 달리 말해, 제1 및 제2 행은 바람직하기로 모두 중수소 핵이거나 모두 삼중수소 핵이고, 바람직하기로 본 발명에 따라 용융되는 복수의 이러한 핵 쌍(nuclei pair)들 중 (오염 한도 내에서) 모든 참여 핵 쌍들이 모두 중수소 또는 삼중수소이다. 그러나 일부 경우들에, 중수소-중수소 및 삼중수소-삼중수소 쌍들이 하나의 동일한 프로세스 내에서 융함되는 것도 예상할 수 있다.
핵들이 서로 근접된다는(bring together) 것은 이들이 서로에 대해 위 작은 거리에 제공되는 공통 배열(common arrangement)로 기하학적 변위(geometrically displace)된다는 것을 의미한다. 상당한 양의 융합 에너지를 방출하기 위해 충분히 큰 확률로 융합을 일으키려면 위 스핀 방향과 위 이온화된/전자 궤도 수정 상태가 주도적(prevail)인 동시에 바로 이 핵들의 상대적 기하학적 배열이 주도적이어야 한다.
동시에 서로 이러한 근방(close proximity)으로 근접하면서 제1 및 제2 핵에 이러한 스핀 정렬을 달성하도록 선택 및 맞춰진(adapted) 자계를 사용하면 각 전자분포가 이에 따라 수정(또는 관심(in question) 원자가 심지어 완전히 이온화)되어, 중수소 또는 삼중수소 핵의 융합이 저온에서도 달성됨으로써, 헬륨 핵을 형성할 수 있다.
"전체 자계(total magnetic field)"는 "제1 자계(first magnetic field)"를 포함한다. 전체 자계는 또한 하부 성분(subcomponent)으로 지자계(earth magnetic field) 및/또는 어떤 다른 외부 및 내부 자계를 포함할 수 있다. 중요한 것은 제1 자계가 능동적으로 인가되는 자계이고, 스핀 정렬 관점에서 위 효과를 달성한다는 것이다.
관심 원자가 공통선을 따른 위 핵들 간의 영역에 존재할 확률이 구면 대칭 분포에서보다 더 작도록 제1/제2 전자에 대한 공간적 분포가 수정된다는 것은 이 공간적 분포가 위 영역으로부터 이탈(skew away)한다는 것을 의미한다. 실제에 있어, 이는 관심 전자의 공간적 분포가 제1 핵을 둘러싸는(encircling) 전자와 제2 핵을 둘러싸는 전자 간의 반발 전기력(repelling electric force)에 기인하여 제1 및 제2 핵들의 근접을 현저히 방지하지 않도록 영향을 미침을 의미한다. 이는 예를 들어 이 명세서에 기재한 바와 같이 인가되는 자계를 사용하여 달성될 수 있다.
스핀 정렬을 달성하는 동일한 자계가 전자 분포를 수정하는 데도 사용될 수 있지만, 후자는 다른 방법으로 달성될 수도 있다.
융합은 하나 또는 복수의 수소 핵 쌍들에 대해 수행될 수 있는데, 주의 깊게 선택된 전자기장(electromagnetic field)들을 사용하여 각각 주의 깊게 정렬 및 근접되거나, 또는 이러한 정렬된 스핀 내에서 이러한 원자가 쌍으로 종료(pairwise end up)하고 전자 분포가 수정될 유의 확률(significant probability)이 존재하는 조건 하에서 다수의(large plurality of) 수소 핵들이 근접하고 이러한 조건들 하에서 이러한 핵들의 랜덤 운동에 의해 근접 조건들이 달성된다. 이는 아래에 예시될 것이다.
이 명세서에 사용된 수소/중수소/삼중수소 "핵들(nuclei)"이라는 용어는 양성자와 0개 이상의 중성자들로만 구성된 핵, 또는 전자도 포함하는 수소/중수소/삼중수소 원자를 지칭할 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
일반적으로, 이 명세서에 기재된 원리들은 중수소에 적용 가능하고 대체적으로 삼중수소에도 적용 가능하다. 그러나 프로튬(protium; 1H)은 본 발명에 따른 융합 물질(Fusion Material)로는 유용하지 않은데 이 명세서에 그 설명이 제공된다. 대기와 토양(Earth)에는 일반적으로, 프로튬이 수소 자원의 대부분이다(dominate). 이에 따라, 본 발명을 수행하기 위해서는 이러한 융합 물질을 제공하기 위해 먼저 중수소 및/또는 삼중수소를 선택하여 제공해야 한다. 이에 따라 모든 실시예들에서, 이러한 중수소 및/또는 삼중수소 제공 단계가 초기 단계를 구성할 수 있고, 본 발명에 따른 시스템은 이러한 소스(source)로부터 이러한 융합 물질을 수용하도록 맞춰질 것인데, 이 소스는 관심 시스템의 일부를 구성할 수 있다. 어쨌건, 본 발명에 따라 사용되는 융합 물질은 중수소 및/또는 삼중수소 이외의 원소들을 함유할 수 있지만, 바람직하기로 적어도 80%, 적어도 90%, 심지어 적어도 95% 등 (용적으로) 적어도 50%의 중수소, 삼중수소. 또는 중수소 및 삼중수소의 혼합물을 함유한다. 구체적으로, 본 발명 융합 물질은 최대 50%, 최대 20%, 최대 10%, 심지어 최대 5% 등 (용적으로) 최대 50%의 프로튬을 포함할 수 있다.
일반적으로, 본 발명은 예를 들어 수확하여 다른 목적들로 사용할 준비가 된 열 및/또는 전기 에너지를 일으킴으로써 에너지의 변환에 사용될 수 있다. 거시적 수준(macroscopic level)에서 이러한 에너지 변환을 달성하기 위해, 본 발명은 전형적으로 한 쌍의 수소 핵들을 융합시키는 데 사용될 뿐 아니라 쌍으로 융합되는 복수의 수소핵들 상에도 본 발명을 수행시킬 것이다. 달리 말해, 이는 전형적으로 수소/핵들의 개체수(population)의 문제이다. 이러한 개체수 중의 어떤 2개의 수소 핵들에 대해 융합이 어떤 확률로, 특히 위 쌍의 핵들 간의 거리에 따라 발생될 것이다. 본 발명은 최대 7 Å의 거리가 거시적 수준에서 상당한 에너지 생산을 달성하기에 충분히 가능한 융합으로 결과될 것임을 발견하였다. 이에 따라, 본 발명에 따른 융합될 특정한 수소 핵 쌍이 거시적 수준에서 최대 7 Å의 상대 거리에 위치하는 한편, (실시예에 따라 이와 동시에 또는 다른 시간에) 융합에 사용될 수소 핵들의 충분한 부분(share)이 최대 7 Å의 상대 거리로 쌍으로 배열된다. 이는 프로세스 동안의 적어도 어느 시점에서 예를 들어 수소 핵들의 이런 쌍들의 핵들의 적어도 1%, 적어도 10%, 적어도 50%, 적어도 80%, 또는 심지어 전부 또는 거의 전부 등 적어도 0.1%가 서로 최대 7 Å에 배열된다. 이 수는 실시예에 따라 좌우된다.
일부 실시예들에서, 위 전체 전계는 수소 핵 간에 분할되는(splitting) 에너지를 생성하도록 배열되는데, 이는 이어서 특정한 소정의 에너지 상태들을 갖지 않는 핵들을 여과해내도록 배열된 전자기장을 사용하여 원치 않는(unwanted) 스핀들로부터 원하는(wanted) 스핀을 분리하는 데 사용된다. 이는 융합된 핵들의 비율의 관점에서 수율(yield)을 증가시킨다. 전술한 바와 같이, 전체 자계는 적절한 제1 자계의 선택 및 인가에 의해 제어될 수 있다.
일부 실시예들에서, 위 전체 자계는 적어도 100 μT의 강도이거나, 적어도 지구의 천연 자계보다 현저히 세다.
일부 실시예들에서, 제1 및 제2 핵들 간의 위 융합은 헬륨 핵과 함께 전자기 방사(electromagnetic radiation)를 산출하는데, 이 전자기 방사는 에너지 흡수 수단에 의해 흡수된다. 이러한 흡수 수단은 위 전자기 방사의 방사 방향으로 연결된 물의 적어도 0.1 미터의 수체(water body)를 구비하고, 그러면 흡수된 에너지는 열에너지로 나타난다. 이는 융합 반응을 통해 방출된 에너지를 수확하는 간단하고 실패 없는 방법을 제공한다.
일부 실시예들에서, 위 흡수 수단은 광전지(photovoltaic cell)를 구비하는데, 그러면 흡수된 에너지는 전기 에너지로 나타난다. 이는 이러한 간단하고 실패 없는 수확을 제공하는 대체적 또는 추가적 방법이다.
일부 실시예들에서, 위 수소 원자와 중수소 또는 삼중수소 핵들은 프로세스 내내 최대 1,000 K, 바람직하기로 최대 500 K, 더욱 바람직하기로 최대 350 K의 평균 온도로 유지된다. 뿐만 아니라, 수소 원자와 중수소 또는 삼중수소 핵들은 프로세스 내내 적어도 0 °C의 평균 온도로 유지될 수 있다. 본 발명은 일반적으로 매우 상승된 온도를 요구하지 않으며 심지어 이러한 저온 조건에서 현저히 더 양호하게 수행될 수 있음을 주목해야 한다. 이는 종래의 (여전히 실험적인) 전통적인 (수천만 도 또는 그 이상의) 초고온 융합 프로세스들에 비해 수확 요건들을 현저히 저감시키므로 유용하다. 이 기구들은 이하에 상세히 설명될 것이다.
일부 실시예들에서, 본 발명 방법은 2산화 중수소 또는 삼중수소 등의 2산화수소를 전기 분해 등을 사용하여 분리함으로써 수소 가스 및 산소 가스를 국부적으로 산출하는 초기 단계를 더 포함한다. 이는 융합 물질을 얻는 간단한 방법을 제공하는데, 이는 경우에 따라 융합 프로세스 자체에 물리적으로 직접 관련하여 수행될 수 있다. 이러한 분리 단계는 중수소 및/또는 삼중수소 함유 물질을 먼저 중수소 및/또는 삼중수소 비함유 물질로부터 분리하는 분리 단계가 선행될 수 있는데. 이와 같이 분리된 물질은 융합 물질의 위 국부적 산출에 사용된다.
일부 실시예들에서, 위 단계 c) 및 d)들은 위 제1 및 제2 수소 원자들의 이온화 단계를 포함한다. 이러한 이온화는 수소 원자를 전자기 방사에 노출시킴(subjecting)으로써 수행될 수 있다. 이온화는 용융의 촉진을 위해 융합될 2개의 중수소 또는 삼중수소 핵들 사이의 공간(volume)으로부터 전자를 제거하는 효율적인 방법을 제공한다.
일부 다른 실시예들에서, 본 발명 방법은 제1 수소 핵들의 중성자를 제1 수소 핵들의 양성자에 대해 소정의 제1 정렬 방향을 따라 정렬시키도록 배열된 제1 정렬 전계(aligning electric field)를 제1 수소 핵들에 인가하는 단계와, 또한 제2 수소 핵들의 중성자를 제2 수소 핵들의 양성자에 대해 소정의 제2 정렬 방향을 따라 정렬시키도록 배열된 제2 정렬 전계를 제2 수소 핵들에 인가하는 단계를 더 포함한다. 이러한 실시예들에서, 위 제1 및 제2 정렬 방향은 제1 수소 핵들의 위 중성자가 제2 수소 핵들의 위 중성자 또는 제2 수소 핵들의 위 양성자의 어느 것을 대향(face)하도록, 바람직하기로 제1 수소 핵들의 위 중성자가 제2 수소 핵들의 위 중성자를 대향하도록 추가적으로 정렬될 수 있다. 2개의 이와 같이 정렬된 전계를 사용하면 융합될 2개의 핵들 간의 원하는 상대적 정렬을 달성할 효율적 방법이 제공된다. 특히 2개의 이러한 핵들이 2개의 다른 방향들로부터 서로에 대해 주입(inject)되는 설정에서, 이와 같이 주입되는 각 핵들은 그 자체의 분리 전계의 영향을 받을 수 있다. 이 실시예 및 다른 실시예들에서, 2개의 정렬 전계들은 상호 다른 방향들을 가질 수 있어 달리 영향을 주거나 심지어 공간 내의 용적이 완전히 분리될 수 있는데, 여기서 위 정렬 전계들 중의 어느 것의 용적이 지배적이다. 그러면 위 핵들 간의 융합점(point of fusion)이 그 사이의 경계(border) 등 위 용적들 간에 배열된다.
이에 따라 본 발명은 단계 a)에 규정된 위 근접시킴(bringing together)이 이에 따라 달성되도록 적어도 위 제1 핵들을 반응 챔버(reaction chamber) 내에 압자 빔(particle beam)의 일부로 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 특히 위 제1 및 제2 핵들 모두 각 수소 입자 빔의 일부로서 위 반응 챔버에 주입될 수 있는데, 여기서 제1 핵들은 제1 빔의 일부이고 제2 핵들은 제2 빔의 일부이며, 이 제1 및 제2 빔들은 평행 및 반대측 부호(sign)인 적어도 하나의 흐름 방향 컴포넌트를 가짐으로써 교차된다. 위 입자 빔들은 평행 및 반대 방향을 향할 수 있다. 이 명세서에 기재된 원리들을 사용하면, 예를 들어 이와 같이 주입된 핵들의 스핀과 양성자/중성자 정렬이 융합점에서의 상대적 핵 속도와 함께 융합을 달성하기 위한 충분한 정도까지 제어될 수 있다. 그러면 주입은 융합점에 융합 물질을 제공하는 극히 간단하고 효율적인 방법을 달성한다.
뿐만 아니라, 각 관심 빔은 각 가속 전계를 사용하여 관심 핵들을 가속시킴으로써 간단히 달성될 수 있다. 이 실시예들의 일부에서, 위 빔들의 각각에 대해 가속 전계는 위 제1 정렬 전계와 비교해 반대 전계 방향을 가질 수 있다. 그러면, 정렬 필드는 주입된 핵들의 정렬과 융합점에서의 원하는 최종 속도로의 감속 양자 모두에 사용될 수 있다.
일부 실시예들에서, 위 가속 전계는 수직 전계 방향을 갖는다. 이는 중력의 효과를 고려해야 할 필요 없이 매우 잘 제어된 주입 경로를 달성할 방법을 제공한다.
위 제1 및 제2 정렬 전계들은 관심 핵들의 속도를 감속시키도록 인가되어, 다른 관심 핵들에 대한 그 속도가 이들이 단계 a)에서 근접되었을 때 ± 1·107 m/s 미만이 되거나, 또는 이와 달리 제1 및 제2 핵들의 전체 운동 에너지가 이들이 단계 a)에서 근접되었을 때 1 keV 미만이 될 수 있다. 이는 예를 들어 이 명세서에 기재된 원리들을 사용하여 달성되고, 적절한 에너지 생산을 위한 통계적 수준에서 충분한 융합을 산출할 충분한 확률로 융합에 적절한 조건을 제공한다.
일부 실시예들에서, (본 발명) 방법은 제3 중수소 또는 삼중수소 핵을 달성하기 위해 중수소 또는 삼중수소 원자 형태의 제3 수소 원자를 이온화시키는 단계와; 위 제1 또는 제2 정렬 전계들을 제3 핵들에 인가하여 제3 핵들의 중성자를 제3 핵의 양자에 대해 정렬되도록 구성하는 단계와; 제3 핵들을 제4 중수소 또는 삼중수소 핵들의 물리적 근방(physical proximity)에 근접시키는데, 이 제3 및 제4 핵들은 융합되지 않는 단계와; 및 수집 전계(collecting electric field)의 사용 등으로 제3 핵들을 수집하여 이 제3 핵들을 단계 a) - c)에서의 제1 핵으로 재사용하는 단계를 더 포함한다. 이러한 방법으로, 기회 불일치(chance misalignment) 등에 기인하는 핵들의 통계적(으로 유의미한) 부분(statistical share)의 비융합은 단순히 비융합 물질을 재사용함으로써 처리된다.
일부 실시예들에서, (본 발명) 방법은 전체 스핀 S = K를 갖는 관심 수소 핵이 스핀 투사 상태 
를 갖는 경우에만 다른 스핀 에너지 상태들에 대한 핵 산란 진폭(nucleus scattering amplitude)을 증가시키는 등, 위 제1 및/또는 제2 핵들이 단계 a)에서 근접될 수 있게 허용하는 적어도 하나의 양자 상태 필터(quantum state filter)를 적용하는 단계를 더 포함한다. 특히 방법은 제1 및 제2 핵들의 적어도 하나에 각 절곡 전계(bending electric field)를 인가하여 관심 핵의 공간을 통한 경로를 정곡시키도록 구성하는 단계를 더 포함하는데, 여기서 관심 핵들은 위 절곡에 의해 위 스핀이 소정 조건을 충족하는 경우에만 단계 c)에서 접촉하게 될 것이다. 이는 융합점(대응 핵들과 융합을 위해 근접)에 도달하기 전에 개별 핵들을 걸러내는(filtering away) 효율적인 방법을 제공하는데, 이 개별 핵들은 핵융합에 실제 참여할 전망이 낮고 결과적으로 핵들의 다른 쌍들 간의 융합을 방해할 우려가 있다.
일부 실시예들에서, 단계 a)의 거리는 최대 1000 페르미(fermi)이다. 이는 융합을 위한 적절한 전제조건들을 제공한다.
일부 실시예들에서, 단계 c) 및 d)의 위 전자 궤도의 수정과 단계 a)의 서로 근접은 금속 결정으로의 중수소 또는 삼중수소 핵의 확산(diffusion) 또는 폭격(bombardment)을 통해, 또는 금속 결정을 양극으로 연결하고 대응 음극을 선택된 수소 동위원소로 구성된 물 안에 위치시킨 다음 전기분해를 통해 수소로 금속 결정을 담지(loading)시키는 등 복수의 이온화 또는 이온화되지 않은 중수소 또는 삼중수소 원자를 금속 결정에 담지시킴으로써 수행된다. 이 금속 결정은 결정격자 위치들을 최대 하나의 결정상수로 이격되도록 위 핵들의 2개의 인접한 것들 간의 거리로 점유시키기 위해 위 중수소 또는 삼중수소 핵이 위 금속 결정에 담지되었을 때 위 결정 구조의 기하학적 구조의 결과로 단계 c) 및 d)의 위 전자 궤도의 수정을 달성하는 결정 구조를 갖는 단결정 또는 다결정 물질이 될 수 있다. 금속 결정격자로의 이러한 담지는 융합을 위한 적절한 핵간 거리(intra-nuclei distance)와 융합의 결과로서 핵들의 인접 쌍들의 고정, 양자 모두를 달성하는 간단한 방법을 제공한다. 달리 말해, 외부적으로 제공된 자계의 영향 하에서 요구되는 정렬이 통계적(으로 유의미한) 수준에서 이뤄져 다수의 이러한 핵 쌍들을 제공하는 것을 고려하면, 이와 같은 격자로의 담지는 핵들이 융합할 적절한 시간을 제공한다.
시간에 걸쳐 이러한 금속 결정에서 합리적으로 빈번한 융합을 달성하기 위해, 담지 후 이온화 또는 이온화되지 않은 중수소 또는 삼중수소 원자 당 금속 원자의 수의 비는 적어도 0.8, 바람직하기로 1.5이다.
금속 결정은 거시적 특성을 가져 배터리 또는 연료 전지 방식 배치를 구성할 수 있다. 더 구체적으로 위 금속 결정의 질량은 적어도 1.2 · 10-14 그램이 될 수 있다.
본 발명의 여러 실시예들에서 향상된 통계적 조건들로 더욱 촉진시키기 위해, 제3 정렬 전계가 인가되어 블로흐 진동(Bloch oscillation)을 유발함으로써 위 금속 결정에서 서로 인접한 상황의 핵들 간의 상대거리를 일시적으로 단축시키도록 구성된다.
일부 실시예들에서, 생산된 에너지를 효율적으로 수확하기 위해, (본 발명) 방법은 위 금속 결정을 광자와 가능하기로 중성자를 흡수하도록 구성된 소재로 밀봉(encapsulate)하여 열에너지를 생성하거나, 및/또는 그 형태로 직접 열에너지를 흡수하거나, 및/또는 광자를 흡수하여 전류를 생성하여 이러한 열에너지를 전송하거나 및/또는 생성된 전류를 금속 결정으로부터 배출하는(away) 단계를 더 포함한다.
금속 결정은 팔라듐, 티타늄, 마그네슘, 알루미늄, 리튬, 나트륨(sodium), 란타늄 또는 니켈, 또는 이 원소들의 어느 것을 하나의 성분으로 하는 (가능하기로 복합) 혼합물이 될 수 있다. 이에 따라, 2개 이상의 다른 금속들의 금속 합금 결정도 고려 가능하다.
통계적 수준으로 융합을 더 촉진하기 위해, 금속 결정 내의 도입 자계의 자계 강도가, 금속 결정의 내부 또는 이에 연계하여 코발트, 철, 니켈, 네오디뮴 및/또는 사마륨을 포함하는 강자성(ferromagnetic) 소재를 사용하여 증가될 수 있다.
융합을 더욱 촉진하기 위하여, 제2 자계 역시 인가될 수 있는데, 이 자계는 이온화 또는 이온화되지 않은 중수소 또는 삼중수소의 해당 핵 스핀 투사 전이 공명 에너지(nuclear spin projection transition resonance energy)의 25% 이내의 주파수를 갖고 시간에 걸쳐 변화된다.
위 제2 자계는 이에 따라 위 전체 자계에 기여하는 다른 하위 컴포넌트(subcomponent)가 될 수 있는데, 일반적으로 제1 자계와 다르다, 위 제1 및 제3 자계 양자는 바람직하기로 사용시 외부에서 적극적으로 인가된다.
뿐만 아니라, 위 제2 자계는 위 제1 자계에 거의 직교(orthogonal), ± 10% 공차(margin) 등으로 적어도 거의 직교하도록 인가된다.
또한 위 제1 자계는 특히(furthermore) 정적(static) 자계일 수 있다. 그러면 이는 가변(variable) 제2 자계와 대조된다.
일반적으로, 제1 및 가능하기로 제2 부분자계(subfield)들을 포함하는 전술한 전체 자계는 적어도 10 ms 동안 인가될 수 있다.
일부 실시예들에서, 위 단계 a)의 서로 근접은 (관심 핵이 이온화된 수소 원자일 때) 제1 및 제2 핵 형성, 또는 (관심 핵이 이온화되지 않은 수소 원자의 핵일 때) 중수소 또는 삼중수소 분자의 일부를 형성함으로써 달성될 수 있다. 중수소 또는 삼중수소 분자의 형성은 핵들의 충분한 기하학적 근접을 달성하여 이 명세서에 기재된 원리들을 따라 동일한 분자의 2개의 핵들이 정렬되고 나면 융합을 달성하는 간단한 방법이다. 이 경우에도 전자 궤도가 수정되거나 이온화의 결과 전자가 제거되는 것에 주목해야 한다.
특히, (본 발명) 방법은 갇힌 용적(confined volume)의 복수의 이러한 중수소 및/또는 삼중수소 분자들을 단계 b)의 전체 자계로 적어도 1시간 등, 적어도 1분 동안 전체 갇힌 용적으로 유지하는 단계를 더 포함한다. 그러면 이와 같이 유지되는 용적은 기체(gaseous)일 수 있다.
일부 실시예들에서, (본 발명) 방법은 형성된 헬륨이 비워지고 갇힌 용적이 새로운 복수의 중수소 및/또는 삼중수소 분자들로 재충전되는 후속 비움 단계(emptying step)를 더 포함함으로써 반복 가능하게 설계될 수 있다.
일부 실시예들에서, 단계 c) 및 d)는 위 중수소 또는 삼중수소분자를 형성하는 위 제1 및 제2 수소 원자들을 이온화시키는 단계를 포함할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 중수소 또는 삼중수소 핵들을 융합함으로써 핵에너지를 변환하는 시스템에도 관련되는데, 이 시스템은 초기 단계에서 제1 중수소 또는 삼중수소 핵 및 제1 전자를 포함하는 제1 수소 원자와 제2 중수소 또는 삼중수소 핵 및 제2 전자를 포함하는 제2 수소 원자를 제공하도록 구성된 수소 원자 제공 장치(hydrogen atom provision arrangement)를 구비하고, 이 시스템은 제1 핵 및 제2 핵을 함께 최대 7 Å의 제1 및 제2 핵 간의 거리로 근접시키도록 구성된 핵 이동 부과 장치(nucleus movement-imparting arrangement)를 더 구비하며, 이 시스템은 결과적인 전체 자계가, 위 제2 핵의 제2 스핀에 대한 위 제1 핵의 제1 스핀이 정렬되어 위 제1 및 제2 스핀들의 각 스핀 축이 역평행하여 서로를 향하거나 서로에서 멀어지는 방향을 향하고, 위 제1 및 제2 스핀들이 제1 및 제2 핵들 간의 공통선 상에 투사되며, 이 공통선은 전체 전계에 평행 또는 역평행하게 되게 제1 자계를 인가하도록 구성된 자계 제공 장치(magnetic field provision arrangement)를 더 구비하며, 이 시스템은 위 제1 수소 원자를 이온화하거나 위 제1 전자의 전자 궤도를 수정하여 제1 전자가 공통선을 따른 제1 및 제2 핵들 간의 영역에 존재할 확률이 구면 대칭 공간 분포보다 더 작아지게 하도록 구성된 수소 원자 전자 궤도 수정 장치(hydrogen atom electron orbit modifying arrangement)를 더 구비하는데, 이 수소 원자 전자 궤도 수정 장치는 위 제2 수소 원자를 이온화하거나 위 제2 전자의 전자 궤도를 수정하여 제2 전자가 공통선을 따른 제1 및 제2 핵들 간의 영역에 존재할 확률이 구면 대칭 공간 분포보다 더 작아지게 하도록 구성되고, 그리고 여기서 시스템은 위 핵들의 서로 근접과, 위 자계의 위 인가와, 위 전자 궤도 수정을 임의 순서이지만, 위 스핀 방향과 위 이온화 또는 전자 궤도 수정 상태를 가지고 제1 및 제2 핵들이 동시에 위 거리에 제공되도록 수행된다.
위 핵 이동 부과 장치는 수소 이온의 전계 가속 또는 개별 수소 원자가 수소 분자들을 형성하도록 허용하는 등 그 자체로 알려진 다른 원리들을 사용하여 작용할 수 있다. 이는 이 명세서의 다양한 상세한 예들에 설명된다.
위 자계 제공 장치는 어떤 적절한 형상 및 강도의 자계를 제공하는, 그 자체로 전통적인 자계 유도 기구가 될 수 있을 것이다.
위 수소 원자 궤도 수정 장치 역시 이 명세서의 다양한 상세한 예들에 설명된 바와 같이, 전자 및/또는 자계를 인가하거나 수소 원자를 이온화하거나, 및/또는 수소 원자를 금속격자에 담지(loading)시키는 등 그 자체로 알려진 다른 원리들을 사용하여 작용할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 예시적 실시예들과 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명이 상세히 설명될 것인데, 도면에서:
도 1은 중수소 원자 핵 내의 글루온의 경계와 다른 상호작용 보손 전파로서의 중성자(n)와 양성자(p)의 콤팩트 공간형 2면 표현을 도시하고;
도 2는 그 Q = 0 튜브들이 정렬된 2개의 중수소들을 도시하며;
도 3은 도 1에 도시된 간단한 커 뉴먼 모델의 연속적 동형 변형을 도시하고;
도 4는 양자 상태들을 S = S z 로 정확히 준비할 불가능성으로부터의 평균에서 0이 아닌 전기 반발의 유발을 도시하며;
도 5는 본 발명의 제1 예시적 실시예를 도시하고;
도 6은 본 발명에 따른 핵융합로 실시예의 개관을 도시하며;
도 7은 본 발명에 따른 방법에 사용되도록 수정에 적합한 전통적인 핵분열 발전소를 도시하고;
도 8은 본 발명에 따른 융합 물질 용기의 핵융합로 실시예를 도시하며;
도 9는 본 발명에 사용되는 가스 챔버 원리를 설명하는 개요도를 도시하고;
도 10은 본 발명에 따른 배터리의 개략도를 도시하며;
도 11은 핵들의 특정한 아이소스핀 정돈된 2개의 중수소 원자들을 도시하고;
도 12는 도 11에 보인 중수소 원자들의 전자 궤도의 수정을 도시하는데, 이 수정은 자계의 인가로 얻어지며;
도 13은 이온화 이후의 도 11의 중수소 원자들을 도시하고;
도 14는 수소 흡수 물질에 담지된 도 11의 중수소 원자들을 도시하고;
도 15는 중수소 분자를 형성하도록 서로 근접된 도 11의 중수소 원자들을 도시하고;
도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 방법을 보이는 흐름도이며;
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 방법을 보이는 흐름도이고;
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 방법을 보이는 흐름도이다.
도 1은 중수소 원자 핵 내의 글루온의 경계와 다른 상호작용 보손 전파로서의 중성자(n)와 양성자(p)의 콤팩트 공간형 2면 표현을 도시하고;
도 2는 그 Q = 0 튜브들이 정렬된 2개의 중수소들을 도시하며;
도 3은 도 1에 도시된 간단한 커 뉴먼 모델의 연속적 동형 변형을 도시하고;
도 4는 양자 상태들을 S = S z 로 정확히 준비할 불가능성으로부터의 평균에서 0이 아닌 전기 반발의 유발을 도시하며;
도 5는 본 발명의 제1 예시적 실시예를 도시하고;
도 6은 본 발명에 따른 핵융합로 실시예의 개관을 도시하며;
도 7은 본 발명에 따른 방법에 사용되도록 수정에 적합한 전통적인 핵분열 발전소를 도시하고;
도 8은 본 발명에 따른 융합 물질 용기의 핵융합로 실시예를 도시하며;
도 9는 본 발명에 사용되는 가스 챔버 원리를 설명하는 개요도를 도시하고;
도 10은 본 발명에 따른 배터리의 개략도를 도시하며;
도 11은 핵들의 특정한 아이소스핀 정돈된 2개의 중수소 원자들을 도시하고;
도 12는 도 11에 보인 중수소 원자들의 전자 궤도의 수정을 도시하는데, 이 수정은 자계의 인가로 얻어지며;
도 13은 이온화 이후의 도 11의 중수소 원자들을 도시하고;
도 14는 수소 흡수 물질에 담지된 도 11의 중수소 원자들을 도시하고;
도 15는 중수소 분자를 형성하도록 서로 근접된 도 11의 중수소 원자들을 도시하고;
도 16은 본 발명의 제1 실시예에 따른 방법을 보이는 흐름도이며;
도 17은 본 발명의 제2 실시예에 따른 방법을 보이는 흐름도이고;
도 18은 본 발명의 제3 실시예에 따른 방법을 보이는 흐름도이다.
일반적으로 말해, 본 발명은 융합 프로세스를 더 정밀하게 제어함으로써 핵융합의 효율 문제를 해결한다. 본 발명 방법이 비교적 저온에서 수행될 수 있으므로 이는 보통, 전통적인 융합 프로세스보다 현저히 더 낮은 원가를 수반할 것이다. 더 구체적으로, 본 발명 방법에 사용되는 작동 온도는 STP(Standard Temperature and Pressure: 표준온도압력, 이하 STP로 표기)를 포함하여 0-104 K의 범위가 될 수 있다.
이 명세서에 사용된 용어 "상온 핵융합(cold fusion)"은 경우에 따라 위 비교적 저온 범위(interval) 내에서 핵융합이 수행될 수 있는 핵융합로, 배터리, 및/또는 연료전지 내의 핵융합을 지칭할 수 있다.
이론적 배경(Theoretical background)
상온 핵융합의 존재는 논쟁이 되어 왔다. 그러나 이 명세서에 설명할 바와 같이, 상온 핵융합은 잘 알려진 이론에 의해 실제 허용된다. 이하에서는 물리학의 다른 독립적인 분야들로부터 동일한 결론을 제공함으로써 이를 입증할 것이다. 일반 상대성 이론(General Relativity), 특히 블랙홀 열역학(Robert M. Wald, 일반 상대성 이론(General Relativity)(The University of Chicago Press 1984), 섹션 12.5, p. 330-337 참조)에서, 사상의 지평선(event horizon)의 면적은 블랙홀의 엔트로피에 직접 관련된다. 열역학 제1 법칙(First Law of Thermodynamics)은 에너지의 변화를 엔트로피의 변화로 관련짓는다. 2개의 블랙홀들은 새로이 병합된 블랙홀의 면적의 변화를 갖는 저온 환경으로 합쳐질 수 있다. 이 면적의 변화는 엔트로피의 변화, 및 이에 따른 에너지의 변화를 의미한다.
사상의 지평선의 면적은 증가만 할 수 있고, 이에 따라 병합된 사상의 지평선은 원칙적으로 상당한 에너지를 방출할 수 없다고 초기에 믿어졌다. 그러나 Hawking(Hawking, S. W., Comm. Math. Phys. 43, 199-220; 1975)은 상당한 방사 또는 에너지의 방출로 블랙홀이 축소(decrease)될 수 있다는 것을 발견했다. 이 사고는 천제 물리학적 객체들뿐 아니라 저온의 성간(interstellar) 환경에도 타당하다. 천체물리학적 블랙홀의 물리적 크기는 그 질량과 별도로, 뉴튼 중력상수(Newton Gravitational Constant; G)의 값에 정비례한다. G가 다른 값을 가지면, 사상의 지평선들을 다른 질량, 다른 질량 밀도, 및 다른 크기들로 발생될 수 있다. G의 최근의 측정(see Gillies, George T., 물리학 발전 보고서 60(Reports on Progress in Physics 60)(2), 151-255; 1997 참조)은 G의 상호 배타적인 값들을 갖는 결과를 산출했다. 이 측정치들은 G가 보편상수(universal constant)가 아니고 대신 명확히 변수임을 나타낸다. 페르미(Fermi)는 아인슈타인(Einstein)에 의해 제공된 원래 형태의 일반 상대성이론이 마하 원리(Mach principle)를 완전히 구현하지 않으며, 이런 이유로 브랜스(Brans) 및 디키(Dicke)(Brans, C. and Dicke, R.H., Phys. Rev. 124, 925-935; 1961)는 G를 스칼라장(scalar field)으로 처리함으로써 일반 상대성이론을 수정했다.
양자 객체(quantum object) 크기의 사상의 지평선들은 브랜스 및 디키 스칼라장의 극한값, 특이값, 폴(pole) 또는 한도값으로 얻어질 수 있다. 사상의 지평선은 공간형(space-like) 투사부가 콤팩트한 수학적으로 빈(null) 초곡면(hypersurface)이다. 커 뉴먼(Kerr-Newman) 사상의 지평선의 공간형 투사부는 2-구(sphere) S2.에 대해 (위상)동형(homeomorphic)이다.
무질량 장(massless field)들의 전파로 정의되는 유계 안정 영역(Bounded stable region)들이 이와 같은 빈 표면을 정의한다. 이 경우 콤팩트성(compactness)는 무질량 장이 공간형 무한으로 전파되지 않음을 의미한다. 이에 따라 콤팩트한 빈 초곡면 공간형 투사부는 안정된, 또는 거의 정지된(equivalently stationary), 및 에너지를 방사하지 않는 계(system)의 시공간 곡률(space-time curvatures)을 정의한다. 이는 양성자와 중성자 내에 쿼크(quark)들을 함께 보유(hold)하는 무질량 글루온 장과 함께 핵들의 전약 및 전강(electroweak and strong) 상호작용의 반송(carry)에 연계된 무질량 벡터 보손(boson) 장, 게이지 보손(gauge boson) 장에 적용된다. 무질량 장의 전파면(propagation surface)은 기하학적 구조와 시공간 곡률의 정의에 사용될 수 있다. 이 질량은 힉스 스칼라장(Higgs scalar field)에 연계된다.
질량(massive) 라그랑주 항들(Lagrangian terms)의 즉석(ad-hoc) 자발적 대칭 파괴 또는 즉석 폭력(brute force) 추가는 이 모델에서 무시되지만, 원칙적으로 확률 진폭파 함수(probability amplitude wave function)들의 전파의 공간형 투사에 대한 콤팩트성의 동일한 관측이 질량장(massive field)에 적용될 수 있다, 글루온과 상호작용 보손 빈 장, 즉 공간형 무한으로 탈출하지 않는 무질량 장은 핵들의 안정된 계들을 생성하고 공간형 투사부에 대한 콤팩트한 빈 초곡면을 정의함으로써 사상의 지평선을 정의한다.
이에 따라 사상의 지평선들의 합병으로 간주되는 핵융합은 높은 주변 온도나 고속 충돌에 좌우되지 않고 대신 시공간 곡률과 핵들의 국부적 이웃에서의 전자기장 텐서(tensor)(F ab )의 적절한 조작(engineering)에 의해 빈 초곡면들의 콤팩트한 공간형 투사부들의 산출에 좌우된다. 핵들의 주변 온도는 블랙홀 빈 초곡면 경우에서의 저온의 성간 온도와 동일할 수 있다. 에너지-모멘텀(-응력) 텐서(T ab )는 아인슈타인 방정식(Einstein field equation)을 통해 시공간 곡률에 직접 연결된다.
양자강역학(Quantum Hadrodynamics; QHD), 양자색역학(Quantum Chromodynamics; QCD), 및 특히 격자 게이지 이론(Lattice Gauge Theory; LGT)에서, QHD와 QCD를 조합하면 충분히 높은 바리온(baryon) 밀도에서 핵물질(nuclear matter)에 대해 저온 한도 T → 0으로서 쿼크-글루온 플라즈마 위상전이(quark-gluon plasma phase transition)(John Dirk Walecka, 이론 핵 및 소립자 물리학(Theoretical Nuclear and Subnuclear Physics)(Imperial Collage Press 2013), Chapter 19, p. 160-168 참조)가 얻어진다. QHD 단계(phase), 즉 핵물질을 상호작용하는 중성자 및 양성자들로 기술하는 것은 동일한 바리온 밀도 조건 하에서 한도 T → 0에서의 위상전이이다. QHD는 핵융합, 특히 핵융합의 개념을 상호작용하는 중성자 및 양성자들이 충분한 에너지-모멘텀 밀도에서 저온 한도 T → 0 내에서만 실제 의미를 갖는 것으로 기술하고 있다. 핵융합의 개념은 한도 T → ∞ 내에서는 의미를 갖지 않는다. 이에 따라 융합을 포함하여 QHD 핵 형성 및 전이는 고온 환경에 의존하지 않고 전자기 반발을 극복하기 위해 핵력(nuclear force)을 적절히 조작(engineering)하는 데 좌우된다.
핵력을 상대론적 양자장 이론(relativistic quantum field theory) 또는 상대론적 평균장 이론(relativistic mean field theory; RMFT)으로 간주하면, 다시 핵력이 고려중인 영역 내에서의 시공간 곡률과 전자기장 텐서를 조작함으로써 저온에서 조작될 수 있다. 실제 이 조작은 저온에서 더 간단해진다. 핵력의 조작은 핵력이 빈 장(null field) 또는 대칭파괴 질량 장(symmetry broken massive field)에 반송되는 것으로 간주되는지 여부와 독립적으로 달성될 수 있다. 예를 들어, 핵력이 주어진(given) 시공간 상의 유카와 전위(Yukawa potential)로 기술된다면, 시공간 곡률 조작의 하나의 국면(aspect)은 이 시공간을 인장, 압축, 절곡, 및 비틀거나, 또는 이 시공간의 위상(topology)의 비동형 변환(non-homeomorphic transformation)을 실행함으로써 유카와 전위를 조작하는 것을 의미한다. 이 조작에서 에너지 모멘텀 밀도(T ab)를 변경시킬 수 있으므로 시공간 곡률 조작은 뉴튼 중력 상수(G)의 특정한 값으로 제한되지 않는다. 시공간 곡률 조작은 아인슈타인 방정식의 조작으로 간주될 수 있지만, 여기서 뉴튼 중력상수가 어떤 값을 가질 수 있다. 예를 들어 위 RMFT 등의 평균장 이론이, 양자장 이론에서 알려진 기법들을 굴곡된 시공간에 사용하고 재조정(re-scaling)에 의해 뉴튼 중력상수가 변화되는 T ab로 간주되도록 변경함으로써 아인슈타인 방정식의 우변(R.H.S.)의 소스(source)(T ab)로 사용될 수 있다.
시공간 곡률 조작의 기반(The Basis of the space-time curvature engineering)
전자기장 텐서 부분(F ab)의 조작이 이미 잘 알려져 있으므로 이 섹션은 시공간 곡률 조작 부분에 집중한다. 이 섹션은 T ab의 원하는 설계가 어떤 융합 물질 및 도핑 물질(Doping Material)를 사용할 수 있는가에 따라 이로부터 추론될 수 있는 이론적 모델을 구축하거나, T ab를 어떻게 설계할지에 대한 실험적 모델을 사용하여T ab를 조작함으로써 시공간 곡률 조작을 실제 어떻게 적용할 수 있는지 보인다. 이론적 모델 및 실험적 모델 양자 모두에 대해, 본 발명은 다음 물리적 및 수학적 기반을 갖는다. 축소된 2 스피너(2-spinor) 형태로도 모델이 동등하지만 더 콤팩트하게 기술될 수 있음에도, 기본적 물리 및 수학은 4 텐서들로 제공된다(R.Penrose & W.Rindler, Volume 1, 2 스피너 미적분학 및 상대론적 장(Two-Spinor Calculus and Relativistic Fields)(Cambridge University Press 1990), 섹션 4.6, p. 231-237 참조).
계에 대한 모든 에너지-모멘텀 밀도가 공간형 점에 집중되지 않는다는 의미에서 바리온과 다른 하드론(hadron)들은 시공간에 할당된 공간형 확장(extension)들이다. 평균 제곱 반경(mean square radius)은 중성자에 대해 대략(order) 0.8×10-15 m(0.8 fm)이고 양성자의 전하 밀도 반경(charge density radius)은 대략 0.85×10-15 m이다. 반면, 전자와 다른 렙톤(lepton)들은 이 에너지-모멘텀 밀도 관점(sense)에서 점입자(point particle)들로 1차 근사 처리된다.
이 모델에서 시공간은 연속체(continuum)로 취급되고 일반적으로 메트릭(metric; g ab )를 갖는 매니폴드(manifold; M)로 취급된다. 연속체 서술이 실패하는 경우, 이러한 실패는 대략 플랑크 길이(Planck length), 즉 약 10-35 m에서의 거리 스케일(distance scale)에서 야기될 것이고, 어느 경우에건 연속체 근사(continuum approximation)는 여기서 주된 관심인 10-15 m 스케일에서 타당할 것이다. 이 조건들 하에서, 빈 초곡면 구축은 잘 정의된다. 역으로, 예를 들어 글루온 또는 어떤 다른 빈 벡터 보손 빈 초곡면과 에너지-모멘텀 밀도들을 사용하여 시공간 구조(geometry)와 곡률을 정의할 수 있다. 빈 장(null field)의 전파는 효율적인 구조 및 곡률을 입증하고, 이 전파 흐름선(flow-line)들이 곡률을 정의한다.
표준 합 규약(standard summation convention) R ≡ Ra a를 사용하여 리치 텐서(Ricci tensor; Rab)와 스칼라 곡률(R)로 표현된 시공간 곡률은 메트릭 부호(metric signature; - + + +)를 갖는 아인슈타인 방정식, 뉴튼 중력 상수(G)에 의해 (Robert M. Wald, 일반 상대성이론(General Relativity)(The University of Chicago Press 1984), 섹션 4.3, 식 (4.3.21) 참조)와 같은 추상 인덱스(abstract index)들의 형태로 에너지-모멘텀 밀도 텐서(T ab)와 관련된다.
여기서 우주상수(cosmological constant)는 0으로 설정된다. 예를 들어 이 맥락의 브랜스-디키 이론(Brans and Dicke theory)에서 G를 스칼라장으로 간주하는 유의성(significance)은 G가 증가하면, 동일한 곡률을 생성하고 융합 프로세스를 조종(manipulate)하는 데 더 작은 에너지-모멘텀 밀도를 취한다는 것이다. 그럼에도 불구하고, 본 발명 방법은 G의 어떤 특정한 값과 독립적이다.
시공간 곡률 조작은 이제 아인슈타인 방정식 (1)을 통해 T ab를 조작함으로써 달성된다. 전자기장 부분을 설계하기 위해, 대부분의 실시예들에서 전계 강도(field intensity)로 사용될 수 있는 고전적 장 근사법들은 제2 양자화 벡터 포텐셜 점유 수(occupation number) N 한도 N → ∞에 대응할 것이다. 이 경우, 전자기장 텐서(F ab)를 위한 기하학적 단위(geometrized unit)들에서의 반발하는 양성자-양성자 상호작용을 포함하는 전자기 기여(electromagnetic contribution)를 기대한다(Robert M. Wald, 일반 상대성 이론(General Relativity)(The University of Chicago Press 1984), 섹션 4.3, 식 (4.3.14) 참조):
전자기장이 고전적으로 취급되지 않고 양자장으로 취급된다면, 로렌츠 게이지의 벡터 포텐셜(A b )이 표준 양자 조건들 하에 사용된다.
전자기장 텐서는 무흔적(trace-free)이고 이에 따라 스카라 곡률 부분(R)의 조작에 기여하지 않는다. T ab 조작의 이 부분은 대신 질량 밀도 장(mass density field)들의 조작으로 얻어진다. 이 경우 T ab의 흔적 부분으로부터의 스칼라 곡률은 라그랑주 식(Lagrangian formulation)들로부터 표준적인 방법으로 쉽게 얻을 수 있는 전약, QHD 및 QCD 에너지-모멘텀 밀도들로부터 생성된다. 에너지-모멘텀 밀도의 관점에서의 질량 부분(massive part)은 클라인 고든(Klein-Gordon) 방정식이 적용되는 힉스 스칼라(Higgs scalar; σ)로부터 생성되는 것으로 간주할 수 있다(F. Mandl & G. Shaw, 양자장 이론(Quantum Feld Theory)(John Wiley and Sons Ltd. 1986), 챕터 3, 식 (3.3)) 참조):
그러나 QHD의 표준 절차는 바리온들이 디랙 방정식(Dirac equation)들을 만족한다고 가정하고, 이것이 표준 QHD 디랙 인자들이 해당 파인먼 도표(Feynman diagram)들에 대입됨으로써 반영되므로, 이론적 모델의 적용에는 주의를 요한다(John Dirk Walecka, 이론 핵 및 소립자 물리학(Theoretical Nuclear and Subnuclear Physics)(Imperial Collage Press 2013), 섹션 16.2, p. 136-142 참조).
그러나 디랙 방정식은 점입자 근사인데, 융합 프로세스를 위해서는 일반적으로 어떤 하드론이 점입자가 아니라 공간형 확장을 갖는 에너지-모멘텀 밀도로 취급되어야 한다. 점입자 근사는 검출자(detector)들이 큰 공간형 거리에 위치하는 S 행렬 분산 문제(S-matrix scattering problem)들에는 잘 적용될 수 있으나 일반적으로 이 핵융합 조작 프로세스에는 그렇지 않다. 제1 근사로서, 개별 쿼크들은 QHD 도메인의 점입자들로 간주될 수 있지만, 일반 상대성 이론이 주로 연속 에너지-모멘텀 밀도들에 적용되므로 처리 원칙은 일반적으로 밀도 함수들을 사용하는 것이다.
이에 따라, 질량을 기술하기 위해 점입자 디랙 δ분포 대신 힉스 장 밀도(Higgs field density)들이 일반적으로 사용된다. 여기서 분포(distribution)라는 용어는 함수 해석(Functional Analysis)에서 정의된 바와 같은 분포의 수학적 정의로 지칭된다. 접 입자 대신 밀도들을 사용하는 것은 위 (3)에서 m 2 → σ 2 치환에 대응한다. 일반적으로, 파인먼 규칙들 역시 파인먼 전파자(Feynman propagator)들 등의 다른 분포들을 포함한다. 일반 상대성 이론의 밀도들과 조합될 때, 어떤 분포도 예를 들어 발산의 형태 등의 수학적 어려움들을 유발할 것이다. 일반 상대성 이론에 강체(rigid body)들이 존재하지 않으므로 핵물질을 모델링하고 QHD를 일반 상대성 이론과 조합할 때 유사한 주의가 요구된다.
T ab 를 설계하기 위해 표준적 방법들과 위 관측을 사용하여 이론적 및 수학적 모델을 구축하는 것은 이제 간단(straightforward)한데, 여기서 목적은 핵융합 후 안정된 핵 형성에 해당하는 콤팩트하고 정지된(stationary) 시공간 빈 초곡면 형성 공간형 투사부를 달성하는 것이다. 이 빈 곡면들은 글루온 장들과 다른 빈 상호작용 벡터 보손들이 확장될 수 있고 모든 질량장들이 이 안정된 계들에 대해 이 경계들의 내부로 갇히는 공간형 경계를 정의할 것이다. T ab 의 조작에 의한 시공간 곡률의 조작은 대부분의 실시예들에서 실제 전자기장의 인가로 달성되고, 0이 아닌 질량 밀도들에 의해, 동적 변수들의 세트에 대한 양자 상태들을 적절히 설계함으로써. 그리고 융합 물질 및 도핑 물질을 설계함으로써 스칼라 곡률을 설계한다.
(본 발명) 방법의 특정한 실시예를 구축할 때 T ab 를 이론적으로 설계하는 대신 실험적 접근법을 취하는 것도 가능하다. 적절히 설계된 시공간 곡률 조작은 동적 변수들의 세트에 대한 공명 상태들로 그 자체로 나타날 것이다. 이 공명 상태에서, 융합 물질 또는 조합된 융합 물질 및 도핑 물질 내의 핵융합의 속도(rate)가 증가할 것이고, 이 증가는 동적 변수들의 특정한 값들에서 발생할 것이지만, 여기서 융합을 달성하기 위한 충격 에너지는 플라즈마 융합에 요구되는 에너지에 비해 작다. 이 공명 상태는 양자 상태들의 함수로서, 또는 동등하게 도핑 물질 전파의 융합 물질의 함수로서 핵융합에 대한 유효한 단면의 증가의 관점에서 정의될 수 있다. 이는 실험을 통한 T ab 의 적절한 설계를 가능하게 한다.
이상으로부터, (본 발명) 방법의 특정한 실시예는 특정한 이론적 모델, 또는 공명 상태들을 결정하는 실험적 모델, 또는 양자의 조합으로부터 구축될 수 있다.
본 발명 방법의 실시예들에서의 일반 물리학(The General Physics in Embodiments of the Present Method)
이 섹션은 간단한 이론적 모델을 적용함으로써 (본 발명) 방법의 하나의 실시예를 제공한다. 이 예는 중수소 융합 물질을 사용하며 도핑 물질을 사용하지 않는다. 지시된 상온 핵융합 프로세스에서의 결과적인 융합 산물(Fusion Product)은 에너지 방출 산물과 함께인 
핵이다. 인쇄상의 이유로, 이 명세서에서 
의 윗 지수는 질량수 4를 나타내는 한편, 아래 지수는 전자 점유수 2를 나타내며, 
의 0은 완전한 이온화를 나타낸다. 원자 번호(Z)는 심볼 He 자체로 표현된다.
핵 및 소립자 물리학의 QHD, QCD 및 다른 모델들은 흔히 입자들과 상호작용들을 가능한 한 아주 상세히 기술함으로써 라그랑지안(lagrangian)을 구축함으로써 계를 모델링하고, 이로부터 예를 들어 계의 동역학, 대칭, 보존량, 에너지-모멘텀 텐서(T ab ), 및 반대칭(anti-symmetric) 텐서(F ab )들이 이어진다. 이 계 구축은 기저의 물리학의 가능한 한 정확한 근사를 얻기 위해 전형적으로 모델 내의 여러 파라미터들을 실험 결과들에 맞춤(matching)으로써 완료된다. 그러나 시공간 곡률 조작 부분을 위해 현재 사용되는 방법은 이러한 내부적 계 구축에 의존하는 대신, (1)의 좌변(L.H.S)인 유효 T ab 로 생성된 식 (1)의 시공간 곡률 우변(R.H.S.)을 고려한다. 이는 예를 들어 중성자 또는 양성자에 적용될 수 있다. 이 특별한 핵자(nucleon) 경우에 이 접근법은, 뉴튼 중력 상수 등의 작용(running) 결합 상수(coupling constant)와 함께 작용 또는 유효 플랑크 상수(h), 또는 동등한 상수 h ≡ h/2π를 포함하여 QCD에 대한 강한 중력 접근법(strong gravity approach)과 살람과 시바람(Salam and Sivaram)에 의한 감금(confinement)(Salam, A. and Sivaram, C., Mod. Phys. Lett. Vol. 8, 4, 321-326; 1993)과 유사하지만, 본 발명 방법의 주된 관심은 이 유효 에 의해 생성되는 콤팩트한 빈 초곡면 형성이다.
이 섹션의 실시예의 예는 핵융합로 응용과 배터리 & 연료 전지 응용 모두를 포괄하는 한편, 이 구현예들의 어떤 것은 거시적 크기, 나노 크기, 또는 양자 크기가 될 수 있다. (본 발명) 방법의 이 개요에서는, 고전적인 전자기장과 핵자들의 질량-에너지 밀도가 유효 시공간 곡률 설계에 사용될 것이다. 맥스웰 방정식(Maxwell equation)이 전자기장 텐서부(F ab )에 적용된다.
우리는 콤팩트한 빈 초곡면 공간형 투사부를 다음과 같이 설계했다. 우리는 상호작용을 무질량 장으로서 반송하는 모든 스칼라, 의사 스칼라, 벡터, 및 텐서 보손 장들을 취했다. 우리는 콤팩트한 빈 초곡면 공간형 투사을. 그 위에서 무질량 장이 전파되는 경계 콤팩트 공간형 2면(2-surface)으로 간주했다. 빈 보손 장이 이 경계면의 내부로 전파되면, 내부 빈 전파 장은 폐쇄된 경계 2면으로 갇힌(trapped) 것으로 간주, 즉 이는 감금(confinement)의 모델이다. 이에 따라 이 모델은 QFT에 정의된 빈 장들만 사용하는 반면, 일부 경우들에는 표준 QFT 역시 필요하여 즉석의(ad-hoc) 자발적 대칭 파괴 기구를 통해 질량을 도입한다. 이 방법에서 질량의 성질은 이 에너지-모멘텀 밀도들의 대역적 성질(global property)로 간주된다. 함수 해석의 수학적 용어들에 있어서, 에너지-모멘텀 밀도의 대역적 특성 또는 밀도 진폭(density amplitude; 〈η|ψ〉)은 적분 연산자(integral operator; 〈η| )로 |ψ〉에 연산함으로써 함수 |ψ〉로서의 |ψ〉로부터 얻어진다. 그럼에도 불구하고, 라그랑지안 질량 항에 해당하는 질량 장을 도입하는 것이 원칙상 가능하고, 이 경우 상호작용을 반송하는 질량 장은 이 제한적인 2 면의 내부로 전파된다. 정지 시공간 콤팩트 빈 곡면들은 일반 상대성 이론에서의 사상의 지평선들로 정의된다.
이 시공간 곡률 모델을 가장 기본적인 핵물리학 각 모델(nuclear physics shell model)과 비교하여 계와의 광자 양자 상호작용을 말하면, 축 시공간 대칭에서의 계 에너지 및 각 모멘텀의 주입(injection) 또는 추출(extraction)은 유효 커 뉴먼(Kerr-Newman) 사상의 지평선 및 작용권(ergosphere)을 팽창 또는 축소시키는 것으로 간주되는 시공간 곡률 모델 내에 있다.
우리는 이제 위 방법을 2개의 중수소들의 상온 핵융합에 적용한다. 중성자를 근사하는 커 메트릭(Kerr metric)과 양성자를 근사하는 커 메트릭으로 주어지지만 작용 결합 상수(Q)를 갖는 시공간 곡률 모델의 구축으로 시작한다. 커 메트릭은 계의 전하로 흔히 해석되는 적분상수(Q)를 Q = 0으로 설정함으로써 커 뉴먼 메트릭으로부터 얻어진다. 기하학적 단위(geometrized unit)의 커 뉴먼 메트릭과 전자기 벡터 포텐셜(A b )은 다음에서 얻어진다(Robert M. Wald, 일반 상대성 이론(General Relativity)(The University of Chicago Press 1984), 섹션 12.3, 식 (12.3.1) 참조):
식 (4)의 세트에서, 다음 정의가 적용된다:
우리는 간단한 중수소 근사를 도입하는데, 이는 도 1에 보인 바와 같이 스핀 S = 1 중수소에 대한 사상의 지평선에 해당하는 커 뉴먼 메트릭에 의한 콤팩트 빈 표면 형성을 설명함으로써 아래에 일반화될 것이다.
이 도 1에서, 바리온 S = ½ 스핀들은 S = 1 상태에 정렬되고 중수소는 보손이다. 양성자 경계 타원체의 하반부는 동형으로(homeomorphically) 근사(approximate) z = 0 평면으로 변형되고, 이에 따라 중성자 타원체의 상반부에 대해 변형된다. z > 0인 영역에서의 시공간 구조(space-time geometry)는 커 뉴먼 메트릭에서 Q = +e로 설정함으로써 정의되고 z < 0인 영역에서는 Q = 0으로 설정된다. 커 뉴먼 구조에서의 좌표 r은 유클리드 기하학에서의 r과 같지 않다. 이 구조에서, 상부 및 하부 반구(hemisphere)의 빈 표면 공간형 투사부(surface space-like projection part)는 한도 z → 0에서 z = 0 평면에 접선이 된다. 이 단계에서, 메트릭과 시공간 구조는 z = 0 평면 자체 상에서 미전인데, 이하에서 논의할 것이다.
위 간단한 모델에서, 우리는 z = 0 평면에서의 메트릭의 불연속성(discontinuity)을 잠시 무시하는데, 이는 중성자 및 양성자 콤팩트 공간형 빈 장 경계면들이 z = 0 평면 내에 정렬된 것으로 도시되었다. 여기서 이 구조의 핵심은 z < 0 영역에서 Q = 0 튜브(tube)에 도달할 수 있는 경계면으로부터 기원하는 z > 0 영역으로부터의 공간형 측지선(space-like geodesic)들이 존재하지 않는다는 것이다. 이는 양성자로부터의 전계선(electric field line)들이 Q = 0 튜브에 도달할 수 없어, 우리는 원칙적으로 전자기 반발을 얻지 않고 다른 양성자를 그 튜브에 위치시킬 수 있을 것이다. 이는 (4)의 유효한 시공간 구조에 기인한다. 시공간 측지선을 추종하는 질량 입자도 빈 측지선(null geodesic)들을 추종하는 무질량 입자도 중성자의 콤팩트 2 면에 진입하여 중성자의 다른 방향으로 다시 재방출되지 않는다. 이는 입자들과 함께 양자역학적 확률 진폭의 전파에도 적용된다. 이에 따라 상호작용이 중성자를 통해 전파되지 않으므로 정전 반발(electrostatic repulsion)이 중성자에 의해 차단된다(disabled). 일반 상대성 이론 항들에서, 사상의 지평선에 진입한 상호작용 에너지가 다른 쪽으로 다시 방출되지 않는다. 이에 따라 이 모델에서, 중성자를 Q = 0 튜브에 대해 완전한 전계 절연체(electric field insulator)로 만드는 것은 유효 시공간 구조 및 곡률이다. (4)의 관련한 이 사실의 수학적 표현은, 중성자 상의 명확한 지름길(short-cut)을 취할 때,
...로 표현되는 어떤 장은 중성자 경계 2면의 다른 쪽으로 나오려 시도하면 시공간 곡률에 기인하여 R → ∞로 소실(vanish)될 것이다. 우리는 중수소 쌍 중성자 및 양성자의 위상(topology)을 N#P로 표기하고 Q = 0 튜브에 다른 양성자를 위치시켜, 이 빈 경계면을 중성자에 적어도 하나의 공통의 점에서 위상적으로 연결한 것을 이 모델에서 P#N#P로 표기한다.
우리는 이제 제2 중수소를 취하여 2개의 Q = 0 튜브들을 도 2에 도시된 바와 같이 정렬시킨다.
이 도 2에서, 2개의 중수소들의 스핀들은 
의 S = 0 상태를 산출하기 위해 반평행(antiparallel)인데, 여기서 쌍별(pairwise) 반평행 헬리시티(antiparallel helicity)를 갖는 γ-양자들(quanta) 등 적어도 2개의 추가적 융합 산물들이 산출되는 것으로 가정된다. 빈 표면들을 제한하는 2개의 중수소들은 아래의 논의를 예상하여 약간 다른 방법으로 인출된다. 이 특정한 핵자 구성은 왼쪽에서 오른쪽으로 P#N+N#P 빈 표면 위상으로 표기된다. 도 2에서, 중수소 수핀 벡터들은 반대 방향들로 도시되어 서로에서 멀어진다. 동일한 위상 P#N+N#P를 갖는 대체적인 S = 0 융합은 스핀 벡터들이 반대 방향이지만 서로를 향해 지향된다. 서로에서 멀어지게 지향하고 서로를 향해 지향하는 반평행 스핀들을 갖는 양 경우들은 S = 0 → S = 0 전이(transition)로 지칭된다. 일반 상대성 이론의 의미에서 정확히 정지한 시공간에 대해, 이는 이 명세서에서 온도 한도 T → 0으로 해석되어, 상태 전이가 일어날 수 없다. 이는 양성자와 중성자들 간에 역할을 변경하는 아이소스핀(iso-spin) 전이도, 스핀들의 방향을 변경하는 스핀 전이도 발생할 수 없음을 의미한다. 이는 나아가 충분히 낮은 온도에 대해 중수소 구성들이 서로를 향하거나 서로에서 멀어지는 반평행을 갖는 P#N+N#P 구성 내로 동결(freeze into)되는 것을 의미한다. 본 발명 설명에서, 서로에서 멀어지게 지향하는 스핀들의 구성이 설명의 목적상 사용될 것이지만, 특히 시간 반전 대칭(time reversal symmetry) 하에서 이 원리들은 향해 지향 또는 멀리 지향 간에 흔히 호환 가능하다.
S = 1 중수소는 보손이다. 이에 따라 우리는 임의로 정렬된 Q = 0 튜브들을 갖는 2개의 중수소들을 전자기장 반발이 없고, 각 중수소의 각 페르미온(fermion)이 반평행이므로 2개의 중수소들을 떨어지게 당기는 경향이 있는 근거리에서 발생되는 파울리의 배타원리(Pauli Exclusion Principle) 힘이 없이 서로 밀접하게 근접시킬 수 있다. 실제, 유일한 교환 상호작용은 견인(attractive) 보손 교환 상호작용이다. 우리는 이제 중수소들을 단거리 견인 핵력(attractive nuclear force)이 발생되기에 충분히 근접시키는데, 이는 적어도 어느 정도의 0이 아닌 확률을 갖고 핵융합으로 결과될 것이다. 이 간단한 모델에서, 충격 에너지 E k = 0의 한도 내에서의 융합에 의해 스핀 S = 0 상태들의 
산출을 얻는데, 볼츠만 상수(Boltzmann constant; k b )에 대한 이상 기체 근사와 조합하면, 
이고 온도 T = 0에 해당한다.
위 간단한 근사 모델이 얼마나 실제적이고 어떻게 실제 적용될지 의문을 가질 수 있다. 우리는 도 3에 도시된 바와 같이 z = 0 평면의 공간형 2 면을 연속적으로 변형시켜 도 1의 경계 빈 면 구성의 동형 변환을 수행함으로써 위 모델을 일반화할 수 있다.
도 3은 도 1에 보인 간단한 커 뉴먼 모델의 연속적 변형을 도시한다. 이 계는 위상적으로 N#P로 표기된다. 이러한 변형은 도 1의 타원체를 적도(equator) z = 0에서 부드럽게 압축함으로써 이뤄진다. 연신된(stretched out) 중간 영역의 장거리 거동은 일부 α 및 m s 에 대해 견인 유카와 전위 장(attractive Yukawa potential field) 
로 근사될 수 있다. 안정된 계를 생성하기 위해 견인 포텐셜을 보완하는 단거리 반발 항은 아래 텍스트에 주어진다(
). ψ n 가 r = r 0 을 갖는 지평선 빈 공간(horizon null surface)에서 중성자 전파의 에너지 분포가 어떻게 전파되는지 기술하는 동역학 방정식의 해(solution)라면, 또는 동등하게 
가 이 에너지-모멘텀 밀도 장을 반송하는 질량 m π = m s 를 갖는 입자의 위치확인(locating) 확률을 기술한다면, 
가 이 신속하게 저하되는 밀도가 r > r 0 를 갖는 수평선 외부까지 어떻게 전파되는지 기술한다. 양성자에 대한 대응 해는 ψ ρ 인데, 여기서 우리가 에너지-모멘텀 밀도 전파 장이 질량 m π 를 갖는 입자에 의해 반송된다고 가정하는 경우, 우리는 동일한 입자 m π 이 양성자 장을 전파한다고 가정한다. 선형 근사에서, 중성자와 양성자 간의 중간의 점 이웃의 장(field)은 밀도 ψ*ψ를 갖는 중첩 진폭(overlap amplitude) 
에 의해 반송된다. 중성자 및 양성자 빈 표면 지평선 형성 자체는 QCD 관점에서 보면, 감금된 쿼크 상호작용 글루온 빈 장 전파에 의해 생성되는 폐쇄되어 갇힌 면(closed trapped surface)들을 나타낸다. 강한 중력의 관점에서 지평선 형성은 강한 브랜스 디키(Brans-Dicke) 스칼라 장에 의해 생성되는 것으로 간주되거나, 또는 뉴튼 중력 상수(G)에 대해 c,g,s 단위의 한도 
을 형식적으로 취하여 얻어진 강한 중력으로 간주된다. 강한 중력 관점에서, 빈 표면들은 양성자 전하(proton charge; Q)에 대해 중수소 질량 M D 및 a 2 + Q 2 = M D 2 에 대한 파라미터 
를 갖는 기하학적 단위의 커 뉴먼 사상의 지평선을 나타낸다. 이 경우, 내측 및 외측 지평선들은 작용권(ergosphere)을 갖는 단일한 지평선으로 퇴화된다(degenerate). 이 작용권은 도 3에는 지시되지 않았다.
위 모델과 T = 0에서의 
융합의 결론은 이 동형 변형 하에서 변화되지 않는다.
그러나 위 모델에 요구되는 하나의 일반적 조정이 존재하는데, 우리가 일반적인 경우에 2개의 중수소 융합 물질 양자 상태들을 도 2에 보인 바와 같이 정확히 준비할 수 없으므로 이는 융합 효율 또는 속도가 저하시킨다. 이 모델에서 이 조정의 중요성은 더 무거운 핵들을 사용하는 다른 모델에서 증가된다. 우리는 기껏해야 2개의 스핀 투사들을 스핀 투사 원추(cone)의 z축을 따라 정렬시킬 수 있는데, 이에 따라 일부 정전 반발이 평균적으로 유발될 것이다.
이 효과는 도 4에 도시되어 있는데, 어떻게 작은 0이 아닌 전기 반발이 양자 상태를 S = S z 로 정확히 준비할 불가능성으로부터 평균적으로 유발되는지 보인다. 작은 잔차(residue)는 Q = 0 튜브가 근거리에 잔류함을 의미한다.
이 효과의 크기의 정도(order)를 추산하기 위해, 우리는 단일한 중수소를 실험실 계(laboratory system) 관성 기준틀(reference frame)에 정지한(at rest) 고립된 동적 계(isolated dynamical system)로 고려하는데, S = 1을 이 계의 기저 상태(ground state)로 고려한다. 이에 의해 중수소가 평균으로 정지하는 취소 모멘텀을 갖는 2개의 빔(beam)들로부터의 γ 양자들을 추가함으로써 이제 고유(intrinsic) 에너지와 고유 각 모멘텀을 추가한다. 기본적인 양자 원리들을 따라, 여기 상태(excitation state) K에서, S z 상태들은 정수 시퀀스(sequence) K, K - 1, K - 2, ..., 0. -1. -2, ..., - K + 1, - K 로 표기될 수 있고,여기서 S를 다른 S z 에 투사할 때 S 2는 고정 값에 유지된다. 이 시퀀스에서, 플랭크 상수 h에 대해 상수 h ≡ h/2π는 h = 1로 설정된다. 이는 이 간단한 모델에서 양성자들 간의 전자기 반발이 S z = K로부터 감소하는 노름(norm) |S z |으로 증가할 것임을 의미한다. 각 양성자 i의 기하학적 부분(geometric fraction; r i )은 공간형, 시간형, 또는 빈 측지선들을 통해 서로에게 도달할 수 있고, 터널링(tunnelling) 등 양자 효과를 무시하고 결합상수 α를 위한 고전적 포텐셜 에너지는 대략:
이 에너지를 도 4 등에서와 같이 대칭 기하학적 구성(symmetric geometric configuration) r ≡ r 1 = r2에서 거리 R = 4 페르미에서의 이상기체 근사 
와 등치시켜, 우리는 대략 T = r 25×109 K를 얻고, r 2∼10-4 이하가 아닌 한 우리는 다시 플라즈마 융합 온도로 복귀한다. 이에 따라 상온 핵융합은 양자 상태 S z = - K와 함께 융합되는 양자 상태 S z = K에 대한 S = 0 상태 
에 대해서만 달성될 것이다. 달리 말해, 비상대론적 항들의 하나의 목적은 중첩(superposition) J ?? L + S의 소실 궤도 각 모멘텀(vanishing orbital angular momentum) L = 0을 얻는 것이다. 커와 커-뉴먼 구조의 조합을 갖는 시공간 구조는 도 3에 도시된 동형 변형과 함께, 역시 다소 복잡한데 도 1의 상반구로부터의 전자기장 선들이 중성자 부근의 시공간 곡률에 의해 Q = 0 튜브로 다시 절곡(bent back)될 수 있도록 하기 위해 0이 아닌 차폐 계수(screening factor) r = r(x)가 (5)에 포함될 수 있다. 아래의 핵융합로 실시예는 r = 0에 의해 근사될 것인 한편, 0이 아닌 r(x)가 유전 함수(dielectric function) 심볼을 사용하여 배터리 및 연료전지 실시예들(아래 참조)에 추가될 것이다. 잔류(residual) 전자기 반발의 추가는 이에 따른 설명된 실시예들의 맞춤(adaption)을 요구한다.
뿐만 아니라, 온도 T에서 열평형에 있는 계에 대한 깁스 밀도(Gibbs density) ρ는 어떤 C에 대한 해밀토니안(Hamiltonian) H 및 볼츠만 상수(Boltzmann constant) k b 이면:
식 (6)은 폰 노이만(von Neumann) 밀도로서 즉시 양자 이론을 대체할(take over) 수 있는데, 이로부터 한도 T → ∞가 따라 우리는 ρ → C를 갖고 모든 양자 상태들이 동일하게 존재할 수 있다(probable)(P.A.M Dirac, 양자역학의 원리(The Principles of Quantum Mechanics)(Oxford at the Clarendon Press 1947, Third Edition), 섹션 33, p. 130-135 참조). 이는 평균 전자기 반발이 온도 증가와 함께 증가함을 의미한다. 우리는 산출된 시공간 구조가 중성자로 차폐되고 온도를 낮게 유지함으로써 양자 상태 준비를 간략화하기 원한다.
반면, 하나의 시공간 구조 인자가 상황을 개선한다. 양성자의 질량은 대략 938,3 MeV/c 2이고 중성자의 질량은 939.6 MeV/c 2이다. 커 뉴먼 구조를 (4)에 적용할 때, 중성자 유효 경계 빈 표면 공간형 투사는 양성자 경계면보다 약간 더 큼으로써 더 많은 차폐를 제공한다. 위 정수 시퀀스 K, K - 1h, K - 2h, ..., - K + 1h, - K에서 h의 값을 복원하면, 상온 핵융합을 달성하기 위해 정확하게 ± K가 아니라 ± K에 충분히 가까운 값 S z 를 갖는 양자 상태 일반적으로 양자 상태를 준비하기에 충분한 것으로 보인다. 이 특정한 중수소 실시예와 상온 핵융합 온도에서 우리는 일반 모델을 바로 삼중항(triplet) 상태 S z = {± 1h,0}로 축소할 수 있다.
이 중수소 실시예의 예에서, 동적 또는 양자 상태 전파는 예를 들어, 스핀에 평행한 유효 자기 모멘트 μ에 기인하여 중수소 에너지 상태들을 분할할 고전적 자계 B 를 인가함으로써 달성될 수 있는데, 이 에너지 분할은 상온 핵융합에서 작은 속도 ν ≪ c에 대해 해밀토니안 항 H B = μ· B 들로부터 얻어진다. 다른 S z 에 대한 에너지 수준의 차이는 벡터 B 의 크기를 증가시킴으로써 증가될 수 있다. ?? S z ?? ± K와 다른 에너지 상태들을 제거하기 위해 추가적인 고전적 전자기장을 인가함으로써 양자 상태 필터링(filtering)이 이제 달성된다. 이와는 달리, 이 필터링이 양자전기역학(Quantum Electrodynamics; QED), 전약(electro-weak), QHD 또는 QCD 필터들을 S z 
± K 상태에 대한 산란 진폭이 작도록. 즉 S z 
± K가 필터를 통해 지속되는 반면, 다른 상태들은 예를 들어 빔(beam)으로부터 산란되도록 하는 방식으로 적용함으로써 달성될 수 있다.
도 1로 도시된 위 모델에서, 메트릭이 불연속성은 적도 평면 z = 0에서 무시되었다. 수학적 모델은 z > 0의 영역의 한도 z → 0의 전계에 대해 단열 차단(adiabatic cut-off)을 추가하고 z < 0의 영역의 한도 z → 0의 가능한 에너지-모멘텀 밀도 차이를 단열 차단함으로써 개선될 수 있다. 이는 일반 상대성 이론의 커 뉴먼 고리 특이점(Kerr-Newman ring singularity)의 표준 처리와 유사하게 위상 식별과 조합될 수 있다.
본 발명 방법은 이 방법의 기술에 사용된 특정한 수학 모델에 의존하지 않는다. 위 시공간 구조 모델은 아인슈타인 방정식 (1)의 알려진 해석적 해들이 간단성을 위해 사용될 수 있는 방식으로 구축되었다. 또한 몇 가지 다른 수학적과 함께 물리적 단순화가 위에 사용되었다. 상온 핵융합의 이 중수소 실시예의 더 일반적인 수학적 모델은 수치 계산법(numerical method)으로도 구축될 수 있다. 본 발명 방법은 이 방법의 기술에 사용된 어떤 특정한 수학 또는 물리적 모델 및 근사(방법)에 의존하지 않는다.
특히 중수소 실시예가 도 1 내지 도 4에, 중성자 및 양성자가 N#P 빈 면 형성에 주어진(given) 순서를 갖는다는 점에서 고전적으로 도시되어 있다. 도 5에 도시된 것 등 본 발명의 하나의 실시예는 도 1-4에 따른 시퀀스 N#P를 정돈(order)하는 데 전계 E 를 사용할 수 있다. 본 발명 방법은 중성자 및 양성자를 주어진 고정된 고전적 성질을 갖는 각 입자로 간주하는 것에 의존하지 않는다. 입자들은 이러한 고정된 성질들이 할당되는 것으로 간주될 수 있는데, 이 경우 도 5의 전계 E (아래 참조)는 N#P 형성에서 중성자와 양성자를 도시된 방향을 갖도록 정돈하는 경향이 있다. 이와는 달리, 양자장 모델에서 아이소스핀 n-p 회전 또는 진동들은 중성자 및 양성자 상태들을 교환한다. 이 후자의 양자 모델에서, 전계 E 는 아이소스핀을 아이소스핀 기댓값으로 분극한(polarizing) 것 또는 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 천이된(shifted) 아이소스핀 확률로 간주된다.
이상에서, 상태 S = 0의 융합 산물 
는 일반적인 경우에, 다수의 가능한 핵융합 채널들의 집합적 심볼로 간주되어야 한다. 예를 들어, 심볼은 프로튬 
, 중수소
, 트리톤(triton) 
및 중성자 n:애 대한 반응 채널들을 집합적으로 표시할 수 있다.
많은 다른 융합 채널들 역시 발생할 수 있다. 그러나 간결성과 명확성을 위해, 이 명세서에 제공된 실시예들에서 목적은 특정한 채널 
을 정확히 조준(pin-point)하는 것일 것이다. 일반적 심볼 
가 나타내는 실제 채널들은 다른 것들 중에서도 전체 각 모멘텀 J = L + S 및 충격 에너지 E k 또는 등가 에너지(equivalent energy) T에 좌우된다. 본 발명의 특정한 실시예가 산출하고자 목표로 하는 실제 채널들은 다른 것들 중에서도 핵융합로 및 축적기(Accumulator)의 설계 구조, 여러 컴포넌트들의 구축에 사용되는 소재의 선택 등에 영향(impact)을 갖는다. 예를 들어, 융합을 에너지 모멘텀 또는 입자들의 비탄성 산란(inelastic scattering)으로 간주하면, 이 산란 진폭은 각도 의존적이다. 본 발명 방법의 적용 가능성은 어느 특정한 실시예에 사용되는 실제 반응 채널들과 기본적으로 독립적이다.
본 발명의 실시예들(Embodiments of the present invention)
이와 같이, 본 발명 방법은 상온 핵융합을 달성할 동적 상태 준비의 방법인데, 이는 에너지 생성을 요구하는 어느 클라스(class)의 실시예들에 적용될 수 있다.
이 명세서에 기재된 동적 상태 준비는 실제 전자기장을 조작함으로써 달성된다. 2개의 예시적 실시예들, 더 정확히는 2개의 클라스의 실시예들이 이하에 제공될 것이다. 이 실시예 클라스들은:
- 핵융합로 실시예들
- 배터리 및 연료전지 실시예들
핵융합로 실시예들에 관해서는, 이 실시예들은 본 발명 방법이 에너지 공급에 적용되는지, 자율적 시스템인지, 또는 본 발명 방법이 전력망(distribution network)을 통해 에너지의 분배를 위해 적용되는지 여부에 좌우되지 않는다. 분배된 에너지는 물, 전기 등의 어떤 물질의 열 등의 어떤 형태, 또는 어떤 규모(scale)의 전자기 에너지의 어떤 다른 형태가 될 수 있다. 핵융합로 실시예들은 에너지 또는 전력 생산의 어떤 특정한 규모에 좌우되지 않는다. 에너지 또는 전력 생산의 규모는, 본 발명 방법의 기하학적 규모와 전력 제어(Power Control)가 작동하는 규모에 대한 독립성에 부분적으로 관련된다. 자율적 시스템에 대해, 이 방법은 임의 규모의 개별 전자 또는 광학 회로, 현대의(contemporary) 소규모 엔진 및 소위 "나노엔진(nano-engines)"에 전력을 공급(powering)하기 위한 10- n W에서 임의의 양의 정수 n의 임의의 작은 스케일에 적용될 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명 방법은 승용차 엔진 또는 다른 자동차 엔진 등 현대의 수송 엔진, 굴삭기(excavator) 등의 건설 기계, 제조 기계, 통신 및 내비게이션 기지국(station), 기차 또는 현대 설계의 유사한 수송 시스템, 임의 설계의 항공기, 어떤 크기의 보트 및 해양 선박, 우주선, 잠수함 등 임의의 대규모에 적용될 수 있다. 에너지 분배 시스템에 대해, (본 발명) 방법은 어떤 에너지 생산 및 분배 규모에 적용될 수 있다. 발전소는 고립된 건물, 작은 거주지(settlement), 고립된 거주지의 규모와 함께 1GW 및 1TW를 초과하는 크기의 임의의 정도의 발전소, 즉 10 n W에서 임의의 양의 정수 n의 발전소로부터 에너지를 생산할 수 있다. 지금 열거된 가능한 실시예들은 완전한(exhaustive) 목록을 구성하지 않는다.
배터리 및 연료전지 실시예들에 관해서는, 이 실시예들이 원칙적으로 핵융합로 실시예들과 동일 또는 유사한 목적에 사용될 수 있는데, 이는 특히 발전소, 승용차 엔지 또는 다른 차량 엔진 등의 전통적인 수송 엔진, 굴삭기 등 건축 또는 건설 기계, 제조 기계, 통신 및 내비게이션 기지국, 기차 또는 다른 전통적 설계의 유사한 수송 시스템 차량, 어떤 설계의 항공기, 어떤 크기의 보트 및 해양 선박, 우주선, 잠수함 등을 포함한다. 배터리 및 연료전지 실시예들은 또한 전통적인 모바일 및 다른 통신 기기 또는 휴대용 기기와 함께 개별적 전기 또는 광학 회로에도 적합하다.
동적 상태 준비에 의한 상온 핵융합 에너지 생산의 본 발명의 일반적 방법은 어떤 빈도(frequency)의 연료 재보급(refuelling), 즉 융합 물질 또는 도핑 물질의 재충전과 함께 생산된 에너지를 소비하는 주체(entity)의 수명과 비교한 어떤 재충전의 빈도로 수행될 수 있다. 예를 들어, 융합 물질의 지속 기간은 모바일 기기 등의 자율 시스템의 수명을 초과할 수 있다. 융합 물질은 우주선의 수명을 정의하는 데 사용될 수 있다. 자동차 또는 수송 차량은 수년에 한번 재충전될 수 있다. 핵융합 발전소는 정기적으로 융합 물질 또는 도핑 물질이 재충전될 수 있다.
핵융합로 실시예들 - 일반 사양(Fusion Reactor Embodiments - General Specifications)
다음 일반적 사양이 본 발명의 핵융합로 실시예들에 적용된다.
1. (본 발명) 방법은 핵융합로, 축적기, 및 전력 제어를 사용한다. 핵융합로 전력 생산 용량은 1 W로부터 임의의 정수 n에 대해 10 n W까지이다. 하나의 특정한 예로, n = 11이면 핵융합로는 100 GW 반응로이다. 핵융합로는 1 W로부터 임의의 정수 n에 대해 아래로 10- n W까지 생산할 수 있다. 하나의 특정한 예로, n = 11이면 핵융합로는 1 μW 반응로이다. 다른 핵융합로 구현예들은 > 1W, 또는 > 1kW, 또는 >1MW, 또는 >1GW, 또는 >100 GW의 전력 생산으로 예시될 수 있다. 축적기는 생산된 에너지 E p 의 어떤 비율(fraction) E a /E p 의 에너지 E a 또는 생산된 전력의 어떤 비율 P a /P p 를 흡수하는데, 후자는 초당 생산된 에너지로 정의된다. 특정한 예들로, 축적기는 생산된 에너지의 1%, 10%, 50%, 및 99,9999%의 흡수에 해당하는 0.01, 0.1, 0.5, 0.999999 비율을 흡수할 수 있다. 전력 제어는 전력 생산을 0 W로부터 핵융합로의 최대 전력 생산 능력 P max 까지의 어떤 단위(granularity)로 제어할 수 있다. 전력 제어의 해상도(resolution)는 임의의 정수 n에 대해 P max/ n으로 정의된다. 특정한 예들로, n = 10, n = 100, n = 106은 전력 제어에 핵융합로의 최대 전력 생산 능력의 10%, 1%, 0,1% 및 1백만 분의 1의 단계들을 제공한다. 전력 제어는 전력 생산 속도(power production rate)를 결정하는 어떤 파라미터를 변화시킴으로써 달성된다.
2. 원칙적으로, 융합 물질을 포함하거나 이로부터 융합 물질이 추출되는 입력 물질(Input Material)은 범위 1 ≤ Z < 26 내의 원자번호 Z를 갖는 임의의 화학 원소의 임의의 동위원소의 고체 물질, 액체 물질, 또는 기체 물질, 또는 그 어떤 조합, 또는 이러한 원소들이 포함된 어떤 조성물로 구성될 수 있다. 본 발명의 하나의 국면(aspect)은 융합 물질로 중수소, 또는 가능하기로 프로튬 또는 삼중수소 등의 수소의 사용에 집중하고 있다. 이와 같은 융합 물질은 중수(heavy water) D 2 O 입력 물질로부터 2 단계로 추출될 수 있다. 먼저 중수소 가스가 형성될 수 있고, 그 다음 D 핵들이 이온화 D 2 O → D 2 + O → 2D + 초과 물질로 추출될 수 있다. 이 명세서의 뒤에 논의할 바와 같이, 수소의 상온 핵융합을 달성하는 데 사용된 본 발명 원리들이 리튬 등의 다른 기본 원소들에도 용이하게 확장될 수 있다.
3. 입력 물질은 가장 바람직하기로는 중립 원자들의 조성이지만, 이온화된 물질 역시 융합 물질로 사용될 수 있다.
4. 핵융합로의 작동 온도는 0-104 K이다. 이 온도는 핵융합로 자체의 온도와, 융합 물질이 입자들의 집합이고 온도가 정의 가능한 경우 융합 물질 양자의 온도를 지칭한다. 융합 물질로서의 입자들의 집합은 융합 물질이 핵융합로 노심(Fusion Reactor Core)에 축적될 수 있게 하거나, 기체 용기 또는 액체 용기를 기계적으로 대입하여 융합 물질을 핵융합로 노심에 직접 대입함으로써 구현된다. 작동 온도는 0-104 K의 어떤 부분 범위(sub-interval)가 될 수 있다. 작동 온도와 상온 핵융합이 개시되는 온도는 < 104 K의 온도(상온 핵융합 범위; Cold Fusion range), 또는 < 1950 K, 또는 < 950 K, 또는 < 500 K, 또는 < 125 C, 또는 < 50 C, 또는 < 5 C, 또는 < - 30 C, 또는 < - 60 C, 또는 < 150 K, 또는 < 77 K(액체 수소), 또는 < 30 K(수소 상들; hydrogen phases)의 온도로 예시될 수 있다. 사용되는 온도 범위들은 고려중인 특정한 응용분야에 좌우된다. 예를 들어, 특정한 배터리 및 연료전지 응용에서는, 이 온도 범위는 다른 것들 중에서도 열전도성, 도전성의 온도 종속성과 함께 사용되는 소재의 용융점에 좌우된다.
5. 핵융합로 구현예로 한정할 때, 본 발명에 따른 방법은 사용되는 충격 에너지들이 비교적 작다는 점에서 열핵융합(thermonuclear fusion)과 다르다. 충격 에너지 E k 는 2개의 융합 입자들의 운동 에너지들의 전체 합 E k = E k1 + E k2 으로 정의되는데, 이 명세서에 사용되는 비상대론적 에너지는 질량 m과 속도 ν에, 그리고 계수 1 및 2의 각 입자 계수 i에 대해 
로 근사된다. 열핵융합을 사용하여 입자들을 융합시키기 위해, 쿨롱 반발(Coulomb repulsion)을 극복하기 위해 요구되는 충격 에너지는 > 80 keV, 더 일반적으로 > 100 keV이다. 본 발명 방법은 2개의 수소 동위원소 핵들을 융합하기 위해 이 명세서에 예시된 구체적인 실시예에 따라 < 1 keV, 또는 < 220 eV, 또는 < 1 eV, 또는 < 100 meV, 또는 < 1 meV, 또는 < 0.01 meV의 전체 충격 에너지로 예시된 바와 같이 충격 에너지를 인가한다. 물론 어떤 이런 충격 에너지는 경우에 따라 대응 온도로 변환된다(translated).
6. 핵융합로 그 자체는 어떤 적당한 소재로 구성되거나 이를 구비하거나 이로부터 구축될 수 있다. 특히 핵융합로는 내부 진공을 유지하는(holding) 고체 챔버(solid chamber)가 될 수 있다. 그러나 핵융합로 챔버의 전부 또는 일부는 어떤 기체, 액체, 또는 고체 소재가 될 수도 있다. 하나의 구체적인 예로, 핵융합로는 실리콘. 희토류금속 등 전통적인 전자 산업 소재를 사용한 고체(solid-state)로 구현될 수 있다. 여러 챔버들을 채우거나 차폐함으로써 핵융합로를 구성하는 소재(들)는 이 명세서에서 감속재 물질(Moderator Material)로 지칭되고, 감속재 물질들이 적용되면 이들은 상온 핵융합을 가능하게 하는 동적 상태 준비에 참여하도록 사용된다. 감속재 물질의 기능은 이 명세서에서 융합 및 도핑 물질들로 표기된 실제 핵융합 반응에 참여하는 물질들의 기능과는 다르다. 그럼에도 불구하고, 감속재 물질은 여전히, 예를 들어 중수소 빔의 밀도가 융합 중수소의 동적 상태의 제어에 사용되는 경우 D, 등의 동일한 물질이 될 수 있다.
7. 핵융합로 소재, 축적기 소재, 및 전력 제어 소재들은 이로부터 핵융합로, 축적기, 및 전력 제어가 구축되는 소재 또는 조성들이다.
8. 핵융합로 및 전력 제어는 아래 설명할 바와 같이 전자기장을 인가함으로써 핵융합로 내의 융합 물질들의 동적 상태 준비를 조작한다.
9. 동적 상태 준비 조작은 융합 물질의 핵 스핀에 대한 조작된 제어(engineered control)를 포함한다. 스핀 상태 준비는 이 명세서에 기재된 바와 같이 자계의 방향에 대해 스핀들을 투사하도록 자계를 사용할 수 있다. 이러한 자계는 자계의 형성에 유도를 사용하는 단일한 정류 루프 형태의 단일한 컴포넌트로 생성되거나 자계를 생성하는 단일한 자성 물질로 구축된 단일한 자계가 될 수 있다. 자계는 결과적인 자계가 상자성 및 반자성 물질들의 자화(magnetization; M )를 포함하는 어떤 수의 다른 전류 루프들 또는 어떤 수의 자성 물질들 또는 전류 루프들과 자성 물질들의 조합으로 구축된 합성 자계가 될 수도 있다. 결과적 자계는 중첩의 원리를 사용한 제1 근사로 연산, 즉 공간 내의 각 점의 다른 컴포넌트들의 기여를 단순히 가산하여 결과적 자계를 얻을 수 있다. 각 점에서의 자계의 방향은 이 명세서에 기재된 바와 같이 특정한 응용으로 결정된다. 인가 자계 H 의 전계 강도 | H |는 범위 0 - 1000 T와 함께 1000 T를 초과하는 범위에서의 어떤 강도가 될 수 있다. 특히 인가된 자계는 예를 들어 다른 실시예들에 대해 지구의 자계의 위 강도의 10-9 T로 표기되는 1n T, 10-6 T로 표기되는 1 μT. 10-2 T로 표기되는 mT, 또는 > 500 μT, 또는 50 mT, 또는 > 1T, 또는 개별 배터리와 연료전지들 등의 소규모 응용에 100 μT ≤ | H | ≤ 50 mT의 범위, 핵융합로 등의 대규모 설치에 1 T ≤ | H | ≤ 1000 T이다.
10. 축적기는 핵융합로에서 생성된 에너지를 흡수한다. 핵융합로는 에너지를 축적기에 질량 또는 무질량 입자로 이송하거나 축적기 소재, 반응로 소재, 전력 제어 소재, 및 흡수기 소재(Absorber Material)을 통한 열수송(heat transport)으로 이송한다.
11. 축적기는 에너지를 열로, 전자기 에너지 또는 전류로, 또는 그 어떤 조합으로 흡수할 수 있다. 이는 방사로부터 전기 에너지로의 광전 변환(photovoltaic translation)을 포함한다.
12. 축적기는 어떤 적절한 밀도와 온도의 어떤 고체, 액체, 및/또는 기체 형태의 어떤 적절한 소재로 제조되거나 이를 포함할 수 있다. 예를 들어 전자기장 등의 어떤 장이 축적기 및 축적기의 내부에 인가될 수 있다. 특히 장자기장들이 소재에 따라 광전 소자(photovoltaic element)와 광전 효과(photo electric effect)가 전류 및 전기 에너지 생성에 사용될 수 있는 방식으로 인가된다.
13. 핵스핀 제어 역시 생산된 에너지를 축적기로 유도하는 데 사용될 수 있다. 이는 이러한 스핀들만이, 스핀 종속 단면이 축적기의 원하는 방향으로 유효한(significant) 스핀 필터(Spin Filter)를 통과하도록 함으로써 달성된다.
14. 전력 제어는 이 명세서에서 갇힌 챔버(confined chamber)로 간주되는 핵융합로의 모든(any or all) 다음 예시적 파라미터들의 어떤 조합을 포함하는 다음 파라미터들을 능동적으로 제어하는 데 사용되는데: 압력; 온도; 3차원 공간적 공간(3-dimensial spatial space)에서의 용적; 감속재 물질의 조성과 밀도; F ab 및 T ab 에서의 전자기장 강도; F ab 및 T ab 에서의 전자기장 주파수 성분들; 입력 융합 물질과 출력 융합 산물들의 분리; 융합 물질 조성; 융합 물질 양; 융합 물질 상 형태(phase form); 융합 물질 밀도; 3차원 공간적 공간에서의 융합 물질 분포; 도핑 물질 조성; 도핑 물질 양; 도핑 물질 상 형태; 도핑 물질 밀도; 융합 물질의 감속 - 에너지 스펙트럼 필터링, 변환(translation) 및 강도(진폭) 재조정(rescaling); 및/또는 융합 산물의 감속 - 에너지 스펙트럼 필터링, 변환 및 강도(진폭) 재조정.
15. 고체, 액체, 또는 기체 형태 또는 그 어떤 적절한 조합의 어떤 적절한 화학원소의 어떤 적절한 동위원소, 어떤 적절한 이온화, 이러한 동위원소, 원소, 이온화들의 어떤 적절한 조성의 선택적인 도핑 물질이 핵융합을 자극(stimulate)하는 데 사용될 수 있다. 가장 간단한 형태에서, 도핑 물질은 어떤 화학원소의 임의의 이온화된 중성자 또는 고 중성자 동위원소로 구성된다. 도핑의 하나의 간단한 형태는 핵융합로 노심 내에서 제공되는 다른 핵융합 또는 핵분열로부터 추출된 저에너지 또는 열중성자화한(thermalized) 중성자의 형태이다.
16. 이 명세서에 기재된 동적 상태 준비 조작은 다른 기하학적 상태에 맞춰질 수 있고 다른 별도의 형태들로 분할될 수 있으므로 (본 발명) 방법은 핵융합로, 축적기의 어떤 특정한 기하학적 형태, 또는 전력 제어의 기계적 부품에 의존하지 않는다.
17. 핵융합로, 축적기 및 전력 제어는 어떤 적절한 물리적 크기를 더 가질 수 있다. 특히 이 크기는 크게 또는 작게 크기가 변경될 수 있다. 실제적 제한 인자는 현대에 가능한 기술이다. 예를 들어 "나노 기술(nano technology)의 물리적 경계는 얼마나 작은 컴포넌트를 구축할 수 있는지를 제한한다. 구축에 사용된 어떤 컴포넌트의 크기(dimension)의 물리적 확장 또는 최대 확장의 방향은 다른 실시예들에 대해 0 - 100 km 범위의 어떤 값이 될 수 있다. 특히 이 범위는 10-10 - 1000 m, 10-10 - 500 m, 10-10 - 100 m, 10-10 - 10 m, 10-10 - 1 m, 10-10 - 10-1 m, 10-10 - 10-2 m, 10-9 - 10-1 m, 10-9 - 1 m, 10-8 - 10-3 m가 될 수 있다. 양자 및 나노 기술 응용은 전형적으로 10-8 m, 승용차는 < 10-1 m, 지역 발전소는 < 10 m, GW 반응로는 < 102 m 내에 포함되고, 100km 구조물(construction)은 장거리 융합 물질 주입을 포함할 수 있다.
18. 핵융합로, 축적기 및 전력 제어의 기하학적 형태, 구성 및 크기는 필수는 아니지만 장시간(in times) 일정할 수 있다. 핵융합을 산란(scattering)으로 간주하면, 융합 산물들의 산란각은 예를 들어 충격 에너지, 융합 물질, 및 도핑 물질에 좌우된다. 이에 따라 예를 들어 축적기의 위치의 이 인자들에 종속되는 조정이 요구될 수 있다. 일반적으로 위 기하학적 형태, 구성 및 크기의 어느 것은 시간의 임의 함수(arbitrary function)가 될 수 있다. 특히 핵융합로의 형태는 단면이 타원체가 될 수 있지만 어떤 적절한 형태를 가질 수 있다.
19. 다른 동적 상태 준비 목적들은 본 발명 방법에서 다양한 순서들로 달성될 수 있다. 도 5에 도시된 예에서, 자기장 B 를 사용하는 스핀 제어가, 중성자에 의한 최대 양성자-양성자 차폐가 전계 E 를 통해 인가되기 전에 인가된다. 그러나 다양한 이러한 동적 상태 준비 단계들이 융합 산물들의 제어를 위해 수행되는 순서는 변경될 수 있다.
20. 마찬가지로, 이러한 동적 상태 준비 단계들이 수행되는 물리적 위치 역시 변경될 수 있다. 이에 따라, 이러한 단계들은 핵융합로 내부, 심지어 핵융합로 외부의 어떤 위치에서 실행될 수 있다. 도 5는 핵융합로 내에 전계 E 를 인가함으로써 양성자-양성자 차폐가 실행되는 (본 발명) 방법의 구현예를 보인다. 다른 실시예에서, 이 조작 단계는 핵융합로 외부에서 융합 물질을 핵융합로 내로 주입하기 전에 수행되었을 수 있다.
21. 본 발명 방법에서, 융합 물질은 핵융합로로 다양한 방법들로 주입될 수 있다. 도 5에는, 중수소 핵 빔이 핵융합로로 주입되는 본 발명 및 방법의 구현의 예가 도시되어 있다. 다른 실시예에서는, 융합 물질이 핵융합로로 주입되는 방법이 변경될 수 있다. 예를 들어, 빔(beam)의 형태일 필요가 없고, 대신 핵융합로로 기계적으로 수송될 수 있다. 또한 융합 물질은 복수의 평행 빔들 등 둘 이상의 빔들을 사용하여 주입될 수 있을 것이다.
22. 뿐만 아니라, 융합 물질은 핵융합이 발생하도록 다양한 방법들로 서로 근접될(brought together) 수 있고, 융합 컴포넌트들은 다양한 조성을 가질 수 있다. 도 5 이하에서는 대칭 물질, 즉 핵융합로 양측에서 동일한 물질이 빔으로 주입되는 하나의 가능한 구현예를 보인다. 대칭으로 주입되는 융합 물질은 그 자체로서 다양한 융합 물질은 조성들일 수 있고, 융합 물질을 핵융합로 내에서 근접시키는 방법 역시 다양할 수 있다. 예를 들어, 융합 물질의 하나의 종류는 이를 핵융합로로 기계적으로 수송함으로써 대입되고, 다른 것들은 여전히 빔으로 주입될 수 있다. 전력 생산 프로세스의 어떤 단계(phase)에서의 융합 물질의 밀도는 원소의 용적 단위 당 융합 입자들의 수로서 (f.m.)3 = (10-15)3 당 0 -1 입자들의 범위으로 측정된다. (f.m.)3 당 융합 물질 입자 수 밀도는 QHD 단계(phase)와 지구의 중력장에서의 핵물질 밀도에 해당한다. 특히 사용되는 융합 물질 입자 수 밀도는 10-10 -1, 10-10 - 0.5, 10-11 - 1, 10-13 -1, 10-15 - 0.8, 10-20 - 1, 10-30 - 1, 또는 10-45 - 1이 될 수 있다. 단위 입방 Fermi 대신 단위 SI 용적 당 입자 수로서의 융합 물질 수 밀도는 이하의 설명에서 n F 로 표기될 것이다.
23. 어떻게 도핑 물질이 적용될지의 시퀀스는 융합 물질의 어떤 다른 준비처럼 변경될 수 있다. 도 5는 단일한 도핑 단계가 핵융합로 노심의 내부에서 수행되는 방법의 가능한 구현을 보인다. 이 도핑은 어떤 수의 단계들로 핵융합로, 또는 핵융합로 내부의 어떤 위치에 주입되기 전에 적용될 수 있다.
24. 프로세스의 평균 온도, 최대 온도, 최소 온도는 핵융합로, 축적기, 또는 전력 제어의 어느 것의, 이 컴포넌트들의 어떤 구획에서의 어떤 특정한 압력처럼 변화될 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 평균 작동 핵융합로 온도 T는 0 < T ≤ 104 K이다. 이 범위는 또한 경제적 관점에서도 유용한데, T ≥ 106을 요구하는 플라즈마 물리 융합에 비해 최선의 경제성은 전형적으로 STP 부근에서 달성됨에 주목하기 바란다. 바람직하기로. 핵융합로 내부의 평균 작동 온도는 적어도 0 ℃이다. 뿐만 아니라, 핵융합로 내부의 평균 작동 온도는 최대 1800 K, 더 바람직하기로 최대 900 K, 더욱더 바람직하기로 최대 350 K이다.
25. 융합 물질 내의 개별 원자들의 개별적인 동적 또는 양자 상태는, 도핑 물질 및 융합 산물들 내의 개별 원자들의 개별적인 양자 상태와 같이 변화될 수 있다. 융합 물질의 준비, 도핑 물질의 준비 또는 융합 산물들의 처리가 원자, 이온, 핵, 양성자, 또는 다른 입자들의 집합에 수행되는 조작(operation)으로 대신 간주될 수 있다, 그러나 이 준비와 처리는 개별 원자, 이온화, 핵에 대한 개별적인 동적 또는 양자 상태의 조작 또는 중성자 및 양성자에 대한 조작 등 개별 입자에 대한 조작으로도 간주될 수 있다. 도 5에 도시된 구현예에서, 자계 B 가 집합적 스핀 제어 기구로 표시되었다.
26. 중요한 것은 본 발명 방법이 연쇄 반응(chain reactions)의 존재에 의존하지 않는다는 것이다. 고온 및 플라즈마 융합은 대개 고온의 유지를 위해 융합 직접 또는 간접 연쇄 반응에 의존한다. 여기서 간접 연쇄 반응은 계속되는 전력 생산을 위해 플라즈마를 충분히 높은 온도로 유지하기 위하여 생산된 에너지의 일부가 플라즈마로 전용 또는 피드백 되는 것으로 정의된다. 본 발명 방법은 제어된 융합을 목적으로 하여 핵 연쇄 반응의 발생을 허용하지만, 이 방법은 이러한 연쇄 반응의 발생에 의존하지 않는다. 특히 (본 발명) 방법은 직접 또는 간접으로 적절한 온도를 산출하는데 이러한 연쇄 반응에 의존하지 않는다. 고온에서 연쇄 반응을 유지하는 것은 저온 연쇄 반응 비의존 생산보다 달성하기도 비싸고, 유지도 비싸며 제어가 어려워, 즉 더 큰 안전 위험을 수반한다. 비제어 연쇄 반응은 사실 핵폭발이다. 이는 본 발명을 사용하는 에너지 생산이 전통적인 융합 프로세스에 비해 경제적이고 더 효율적일 뿐 아니라 작업자와 공중에게 더 안전하다는 것을 의미한다. 플라즈마 융합의 안전 위험에 관해서는, 이 종류의 핵융합 반응로가 원래 안전하다고 흔히 주장된다. 그러나 충분히 높은 온도의 유지를 위해 반응로로 피드백이 요구되는 에너지는 실제 수학적으로 비선형 계(system)를 생성하고, 이러한 계는 일반적으로 불안정 상태로 진입할 수 있다고 알려져 있다. 본 발명에서는 이러한 문제들이 완전히 방지될 수 있다.
도 5 및 6은 본 발명에 따른 장치와 방법의 하나의 가능한 구현과, 특히 중수소 융합 물질과 중성자 도핑 물질에 작용하는 전자기장의 도움으로 융합 물질의 동적 상태 준비를 어떻게 조작하는지를 X-Y 평면 단면에 도시한다. 관심 중수소들은 (위에 규정된 바와 같은) 상온 융합 온도에 해당하는 낮은 속도로 주입된다. 최대 양성자-양성자 전자기 차폐를 위한 n-p 방향은 전계 E 로 제어되고 핵스핀 제어는 자계 B 로 달성된다. 이 가장 간단한 구현에서, 이들은 정적 장(static field)들이다. 이 예에서 융합로 F의 코어 FC는 중성자로 도핑되어 전체적 시공간 곡률 조작의 일부를 구성한다. 열중성자화된 중성자 형태의 도핑 물질은 도 5에 도시된 종류의 핵융합로 외부의 계에 배치 및 실행되는 별도의 핵분열 또는 핵융합으로부터 얻어질 수 있다. 그러냔 이러한 중성자들이 도 5에 도시되지 않은 별도의 단색기(Monochromator)를 통해 핵융합로 노심에 주입될 수 있다.
축적기(A)는 무질량장 또는 질량장의 에너지를 흡수한다. 양자 상태 필터는 이 도면에 포함되지 않았다. 전력 제어는 전자회로 및 소프트웨어들로 구성되는 필수적 부분이지만 이 도면의 일부가 아니다.
외부 도핑 물질 생성 프로세스에 핵융합이 사용된다면, 이는 
에 의해 공적으로 도시되는 바와 같이 상옥 핵융합 프로세스일 필요는 없다. 축적기(A)는 무질량장 또는 질량장의 에너지를 흡수한다. 양자 상태 필터는 도 5에 포함되지 않았다. 전력 제어는 전자회로 및 이러한 회로에서 실행되는 소프트웨어들을 사용하여 구현되는 필수적 부분이지만 도 5에는 도시되지 않았다. 축적기(들) 상의 빈 화살표(unfilled arrow)들은 기하학적 형상, 크기, 및 구성이 변화될 수 있음을 가리킨다. 예를 들어, 융합 프로세스에 의한 방출과 후속 흡수에 의한 축적기 방사각(angle of radiation)이 변화될 수 있거나, 및/또는 축적기가 전력 생산 동안이라도 핵융합로 노심의 팽창각(expanding angle)으로 팽창할 수 있다. 축적기에서의 에너지의 축적은 핵융합로 노심으로부터 방사를 수용하는 축적기 면적을 증가시킴으로써 증가된다. 축적기에서의 에너지의 축적은 또한 축적기의 깊이를 증가시킴으로써 증가된다. 역으로 축적기로 수용되는 에너지는 양자의 축적기 면적 또는 깊이를 감소시킴으로써 감소된다.
도 11은 외부에서 제공되는 자계가 인가되기 전에 임의의 거리로 이격되고 임의의 스핀 방향을 갖는 2개의 수소 원자들을 보인다. 2개의 원자들은 이 도면에 핵들이 특별한 아이스스핀 정돈(isospin ordering)된 2개의 중수소 원자들로 도시되어 있다. 도면은 시간상 임의의 선택된 점에 있고 대략 구면 대칭의(spherically symmetric) 전자 확률 밀도 상태에 있는 2개의 중수소 원자들을 보인다. 검은 영역들은 전자들이 주로 위치하는 곳을 도시한다. 양자역학적으로 이는 입자의 존재 확률이 0과 현저히 다른 영역들로 기술된다. 확률밀도는 아래 내용에 요약되고 아래 도면들에 기재된 밀도를 지칭한다. 이 밀도들은 전형적으로 핵으로 생성된 전하 대칭 점 또는 전하 대칭 축으로부터 거리 r의 어떤 일정한 r 0 에 대해 지수 e -r/r0 로 감소된다. 도 11과 다음 도면들이 이 0이 아닌 영역들은 전자궤도를 기술하는 방정식(흔히 슈뢰딩거 방정식(Schrㆆdinger equation)을 택함)의 정확한 해를 보이고자 의도한 것이 아니라, 단지 본 발명의 원리를 설명하기 위한 것이다. 도면의 다양한 부품들의 상대적 크기는 비례하지 않으며 역시 원리들의 설명하는 역할만 하며; 전자궤도들은 핵으로부터 1 Å 정도(order)의 거리에 있는 한편, 핵의 크기는 10-5 Å 정도이다. 반데르발스 힘(Van der Waals force)으로 생성되는 등의 물질 응축 에너지(matter condensation energy)들을 무시할 때, 여기서의 특성적 특징은 2개의 전자 밀도들 간에 이들이 너무 가까워지면 두 원자들을 멀리 이동시키는 경향이 있는 반발력과 함께, 2개의 핵들 간에 이들이 너무 가까워지면 두 핵들을 멀리 이동시키는 경향이 있는 반발력이 존재하며, 이에 따라 수소 핵이 자발적으로 융합될 수 없다는 것이다. 이 도면과 이하의 도면들에서, 전자 궤도 또는 밀도는 도면의 (y,z) 평면에서의 단면으로 도시된다.
도 12는 최대 Å의 핵의 분리를 갖는 2개의 중수소 원자들을 보인다. 핵스핀들은 자계 B 의 인가로 정렬되었다. 부호 + B 또는 - B 는 중요하지 않다. 이 특정한 예에서 핵스핀들은 서로 반대를 향하는 것으로 도시되어 있으나 이들은 서로를 향할 수도 있다. 자계는 0이 아닌 확률로 스핀들을 여기 도시된 방식으로 방향을 부여할(orient) 것이다. 밀도들은, 이 평면이 2개의 중수소 핵들을 연결하는(joining) z축을 따라 회전할 때 변화되지 않는다. 역시 전자 궤도에 영향을 미치는 핵스핀을 정렬함으로써 핵의 방향을 부여하는 것과 별도로 밀도로 표현되는 전자 궤도의 제1 수정은 자계의 인가로 얻어진다. 이는 도시된 특정한 아이소스핀 배치에서 핵융합의 확률을 증가시킬 것이다. 공통 스핀 축 이웃, 또는 등가적으로 Q = 0 튜브에서의 전자의 부족(lack)은 2개의 인자들로 야기된다. 제1 인자는 란다우 양자수(Landau quantum number; n)에 좌우되고 도시된 중수소를 전자와 상호작용하는 쿨롱 장(Coulomb field)을 생성하는 점입자로 근사할 때 유발된다. 먼저 전자-양성자 성호작용을 무시하면 이 경우의 전자 슈뢰딩거 방정식의 해들은 란다우 게이지 A = (-y,0,0)B z 의 협동 의존부(co-ordinate dependent part)에 대해, 균질장(homogenous field) B 에 대해, 그리고 공통 z축 또는 자계축에 직교하는 평면의 y 좌표에 대해, 이 축에 y 0 가 주어지면, 
형태의 함수이다. 여기서, 
일 때 H n (x)는 n차의 헤르밋 다항식(Hermite polynomials)이고, 
, 
이다(L.D. Landau and E.M. Lifshitz, 양자역학(Quantum Mechanics)(비상대론적 이온; Non-relativistic Theory) (Pergamon Press 1977, Third Edition), §112, 식 (112.9) 참조). 에너지 수준은 
인데 제1항은 란다우 준위(Landau quantization)이다. 첫 3개의 헤르밋 다항식은 H 0 (x) = 1, H 1 (x) = 2x, H 2 (x) = 4x2 - 2이다. 홀수(odd) 양자수 n에 대해, 함수 X n (0) = 0이고 이에 따라 z축 위와 안에 전자를 위치시킬(locating) 확률 P(y) ∼ |X n |2은 소실된다(vanish). 양자수 n ≠ 0은 유한 온도(finite temperature) T ≠ 0를 의미한다. 다음 핵-전지 상호작용을 포함하지만 자계를 무시하면, 분리된(separate) 양자수 n에 대한 수소 파동함수(hydrogen wave function)는 
이고, 여기서 
및 
이고, 후자는 θ = 0(및 m ≠ 0)에 대해 모두 소실. 즉 공통 축 상에서 소실된다. 이에 따라, 완전한 계에 대해 핵-전자 및 자계-전자 상호작용 양자를 고려하면, 이 축 상에 0이 아닌 값을 얻기 위해 x n (y) = 0 및 
을 사용하여 완전한 계를 표현하는 파동함수의 합 또는 곱을 형성할 수 없으므로 전자들이 공퉁 축의 이웃에 위치하지 못하는 계 상태들이 존재한다. 이 사고는 또한 이러한 전자 상태의 원자 궤도의 선형 조합(linear combinations of atomic orbitals; LCAO)을 형성하는 데도 적용된다. 이러한 상태들에 대해 그리고 도 12로 주어진 아이스스핀 구성에서. 수소 핵은 0이 아닌 확률로 융합될 것이다. 주어진 아이소스핀 구성은 전하와 전계 분극(electric field polarization)으로 촉진되거나, 저온 한도 T → 0을 취함으로써 그 형태로 동결된다(freeze out). Q = 0 튜브를 청정(clean)하게 유지하는 제2 인자는 완전한(full) 시공간 곡률을 고려할 때 발생된다. 전자를 커 뉴먼 구조(Kerr-Newman geometry)의 시험 입자(test particle)로 간주하면, 전자는 Q = 0 튜브의 이웃이 전자 없이 남아 있도록 이 구조에서의 경로들을 탐색할 것이다. 양성자-양성자 반발에 기인하여, 핵들은 다시 이 도면에 도시된 바와 같이 아이소스핀들을 정렬하는 경향이 있다. 도 12에 도시된 추가적 효과는 전자들이 양성자 측에 수집되는 경향이 있다는 것인데, 이는 이 구성에서 핵들 간의 공통선 주위의 영역을 전자 없이(clean from electrons) 유지하는 데 더욱 도움을 준다. 조합된 효과는 2개의 원자들 간의 전자 밀도 반발과 2개의 핵들 간의 양성자-양성자 반발이 저감되었으므로 핵융합의 확률이 상승되는 것이다. 시공간 구조 관점에서 보면, 중수소는 구면 대칭 점입자 전위(potential)를 생성하지 않고, 대신 공통 축 둘레에만 회전 대칭인 전위를 생성한다. 도 12에서, 자계는 간결성을 위해 동질인 것으로 도시되었는데, 이는 화살표 B 가 불변을 유지하면서 핵의 공통 축으로 평행 이동할(parallel translated) 수 있음을 의미한다. B 에 대한 전자 궤도에 의한 상자성 및 반자성 응답은 도 12에는 도시되지 않았다. 도 12는 본 발명의 주요 발견을 도시하고 있다.
도 13은 이온화를 적용하는 추가적 단계 후 전자 궤도 수정의 결과를 보인다. 이 단계는 핵 이웃로부터 전자 궤도들을 모두 제거한다. 이 도면의 이온화는 그 자체로 전통적인 UV 방사기(UV 램프)를 사용하여 전자기 방사를 인가함으로써 달성된다.
도 14는 수소 원자들을 수소 흡수재(hydrogen absorber)에 담지(loading)시키는 추가적 단계 후 전자 궤도 수정의 결과를 보이는데, 이 추가적 담지 단계는 도 13에 도시된 이온화 단계에 추가적 또는 대체적 단계로 수행될 수 있다. 이 경우 수소 흡수재는 예를 들어 2개의 공간적 차원의 간단한 입방격자(cubic lattice)로 도시되어 있는데, 3번째 차원은 간결성의 목적상 도시되지 않았다. 수소 흡수재는 예를 들어 단순한 팔라듐(Pd) 금속이 될 수 있다. 이 특정한 Pd의 예시적 경우에서, 검은 점들은 Pd 코어 시스템을 나타내는 격자 꼭지점들이다. 코어 시스템은 Pd의 폐쇄된 전자각(electron shell)을 포함하지만, Pd 원자가 전자(valence electron)들은 포함하지 않는다. 원자가 전자띠(valence electron band)들은 도 14에 보이지 않는다. 간단하고 청정한 Pd 격자의 격자상수 a는 4 Å 정도(order)이다. Pd 격자 내의 수소 원자의 결과적으로 수정된 전자 궤도는, 수소 원자가 PD 전자 밴드들로 병합된 것으로 기술될 수 있고, 이러한 의미에서 수소 원자는 Pd 격자에 담지되기 전애 이온화되지 않았더라도 전자들이 없는(free) 범위(extent)로 간주될 수 있다. 이 특정한 설명은 코어 시스템을 Pd로 취하고 간결성을 위해 Pd가 면심 입방(face-centered cubic,)이 아니라 도 14에서와 같은 입방격자라고 가정할 때, 4개의 Pd 원자 당 1개의 수소라는 담지 정도를 보여, 결과적으로 조합된 격자는 PdH0.25로 수식 기술할 수 있다. 더 일반적으로, 수행된 담지는 담지 비율 x의 어떤 값에 대해 PdH X 이다. x = 1인 특정한 경우, 팔라딘에 대한 식은 PdH이다. 이 특정한 PdH 경우 도 14에 대한 첫 번째 조정은 팔라듐이 면심 입방(face-centered cubic; fcc)이라고 간주하는 것인데, 이는 추가적인 Pd 코어들이 입방체(cube)의 각 변들의 교차 대각선에 위치, 즉 추가적인 4개의 코어들이 도 14에 추가되는 것을 의미한다. 이 특정한 PdH 경우 도 14에 대한 두 번째 조정은 8개의 수소 원자들을 얻기 위해 7개의 수소 원자들을 입방체에 추가하는 것이다. 계의 내부 에너지를 최소화하기 위해, 이 수소 원자들은 Pd 내부에 대칭 방식으로 위치되는 것으로 간주될 수 있다. 이 경우 수소 핵들 간의 평균 거리는 1 Å 정도이다.
도 15는 2개의 원자들을 수소 분자 H2, 또는 D2 분자로 표기되는 수소 동위원소 중수소로 제공함으로써 7 Å 미만의 거리로 서로 근접된 2개의 중수소 원자들을 도시한다. 이 경우 중첩되는(overlapping) 전자 궤도 밀도 진폭(electron orbit density amplitude)들은 Q = 0 튜브가 어떤 l ≠ 0 및 m ≠ 0인 상태들에서 2개의 핵들 간에 남아 있는다는 사실을 변경하지 않는다. 이는 또한 전자 궤도의 추가적 수정을 의미한다. 수소 분자 내에서 핵들 간의 거리는 0.7 Å 정도이다. 역 핵스핀을 갖는 수소 분자는 파라수소(parahydrogen)를 나타낸다. 표준 용어로, 도 15는 예를 들어 Σ 전자스핀 단일항(singlet) 상태 파라수소를 도시하는데, 여기서 각 전자 상태들은 z축(분자 또는 핵간(inter-nuclear) 축) 상에 반대(opposite) 궤도 각 모멘텀(orbital angular momentum) 투사 l z 를 갖고 단일한 σ pz + pz 접합으로 공유 결합된(covalently bonded) l ≠ 0인 p 상태들이다. 개별 원자의 전자 구성 밀도가 이 영역에서 소실되므로 고려중인 특정한 상태들에 대해 분자 축의 이웃에는 밀도 중첩이 없다. 자계 B 가 본 발명에 따라 도 15에 도시된 수소 분자에도 적용되는 것을 알 수 있다.
이와 같이 도 12-15에 도시된 이 모든 예들에서, 제1 및 제2 스핀들의 각 스핀축이 반평행(anti-parallel)이어서 서로를 향하거나 서로 멀어지도록, 또한 제1 및 제2 스핀들이 관심 핵들 간의 공통선 상에 투사되는데, 이 공통선이 자계 B 가에 평행하도록, 자계 B 가 제1 중수소 핵의 제1 스핀을 제2 이웃 중수소 핵의 데2 스핀에 대해 정렬시키는 데 사용된다.
뿐만 아니라, 위 핵들의 전자운(electron cloud)은 도 12 13, 또는 14에 도시된 어느 원리로 수정될 수 있는데, 자계 B 가 핵들의 공통선과 핵들의 스핀들이 전자 없이 청정하도록 유지하는 데 사용되고(이는 전자 분포가, 공통선 상 또는 근방에서 전자를 발견할 확률이 구면 대칭의 경우에서보다 더 낮은 비구면 대칭을 가정하는 것으로 기술될 수 있고; 또한 전자운의 전자 분포를 공통선 또는 근방의 영역으로부터 멀어지도록 "이탈(skewing)"하는 것으로 기술할 수도 있다); 도 13에서, (핵 정렬에 앞서 또는 이에 연계하여) 이온화가 전자를 완전히 제거하는 데 사용되며; 그리고 도 14에서 선택된 격자 구조를 갖는 수소 흡수재로의 담지는 전자운 수정을 달성한다. 도 15에 도시된 실시예에서, 수소 원자들은 수소 분자를 형성함으로써 서로 근접되는데, 이어서 관심 핵들 간의 공통선이 전자가 없도록 하는 위 유지 역시 달성하는 자계 B 를 사용하여 정렬된다.
도 16은 아래 핵융합로로 지칭되는 제1 실시예를 보이는 흐름도이다.
제1 단계에서, 방법이 시작된다.
후속 단계에서, 제1 수소 원자 및 제2 수소 원자가 제공된다. 수소 원자는 중수소 또는 삼중수소의 어느 하나 또는 모두이다.
제1 후속 단계에서, 위 수소 원자의 각 핵들이 최대 7 Å의 거리로 서로 근접된다. 이 근접은 주입 또는 입자(중수소 핵, 삼중수소 핵) 빔 제공 등 어떤 종류의 입자 수송으로 이뤄진다.
제2 후속 단계에서, 스핀들의 스핀축이 반평행하여 서로를 향하거나 서로에서 멀어지고 위 스핀들이 핵들 간의 공통선에 투사되는데, 이 공통선은 제공된 자계에 평행하도록 위 핵들의 각 스핀을 서로에 대해 정렬하도록 구성된 자계가 제공된다. 이 정렬은 핵들의 후속 융합의 장소로의 수송 동안 이뤄질 수 있다.
제3 후속 단계에서, 제1 수소 원자가 이온화되거나, 이 전자의 공간적 분포가 위 공통선을 따른 위 제1 및 제2 수소 원자들의 각 핵들 간에 위치하지 않도록(또는 적어도 전자기적으로 영향이 없는 경우보다 현저히 낮은 확률 등 낮은 확률로 위치하도록) 제1 수소 원자의 전자 궤도(전자 분포)가 수정된다(전술한 바와 같이 "이 영역에서 이탈한다(skewed away from the region)").
제4 후속 단계에서, 제2 수소 원자가 이온화되거나, 이 전자의 공간적 분포가 (전술한 바와 같은) 위 공통선을 따른 위 제1 및 제2 수소 원자들의 각 핵들 간에 위치하지 않도록 제2 수소 원자의 전자 궤도(전자 분포)가 수정된다, 이 영역은 제3 후속 단계에서와 동일한 영역이 될 수 있다.
제1, 제2, 제3, 및 제4 후속 단계는 어떤 순서로건 수행될 수 있다.
이 후속 단계들의 결과는 제1 및 제2 수소 원자 핵들이 융합되어 헬륨 원자를 형성할 수 있도록 적절한 스핀 정렬을 갖고 전자 분포로부터의 방해하는 효과 없이, 충분한 근방(proximity)에 배치되는 것이다.
이에 따라, 후속 단계에서 이러한 융합이 일어난다. 이 융합은 양자역학의 법칙들에 따라 통계적 확률로 발생된다. 이에 따라, 이러한 수소 핵들의 모든 쌍들이 실제 융합되지는 않을 것이다. 그러나 아주 다수의(large plurality of) 이러한 수소 핵들의 쌍들이 근접되면 이러한 수소 핵들의 쌍들의 충분한 부분(proportion)이 융합되어 현저한 에너지 생산이 달성될 수 있다.
후속 단계에서 방법이 종료된다.
도 17은 아래 배터리/연료전지로 지칭되는 제2 실시예를 보이는 흐름도이다.
제1 단계에서, 방법이 시작된다.
후속 단계에서, 제1 수소 원자 및 제2 수소 원자가 제공된다. 수소 원자는 중수소 또는 삼중수소의 어느 하나 또는 모두이다.
제1 후속 단계에서, 위 수소 원자의 각 핵들이 최대 7 Å의 거리로 서로 근접된다. 이 실시예에서, 이 근접은 수소 원자들을 금속 결정에 담지(loading)시켜 결정격자 구조의 결과 핵간 거리를 고정함으로써 이뤄진다. 격자로의 담지는 금속의 전도대(conduction band)로 전자를 통합시킴으로써 전자 궤도의 제1 수정을 실행한다.
제2 후속 단계에서, 결정 용적에 영향을 미치는 유일한 자계이거니 (지자기장 등) 이미 존재하는 자계와 협력하는 자계의 인가에 의해 전체 자계가 제공되는데, 이 전체 자계는 스핀들의 스핀축이 반평행하여 서로를 향하거나 서로에서 멀어지고 위 스핀들이 핵들 간의 공통선에 투사되는데, 이 공통선은 금속 격자 내의 자계에 평행하도록 위 핵들의 각 스핀을 서로에 대해 정렬하도록 구성된다. 이 정렬은 핵들의 후속 융합의 장소로의 수송 동안 이뤄질 수 있다. 자계의 인가는 위 공통선을 따라 위 제1 및 제3 수소 원자들의 각 핵들 간에 전자가 위치하지 않도록 하는 전자 궤도의 제2 수정을 실행한다.
제3 후속 및 제4 후속의 각 단계에서, 제1 및 제2 수소 원자들이 이온화되거나, 이 전자의 공간적 분포가 위 공통선을 따른 위 제1 및 제2 수소 원자들의 각 핵들 간의 영역에 위치하지 않도록 각 원자의 전자 궤도(전자 분포)가 수정된다.
전자 궤도(전자 분포)가 (전술한 바와 같은) 위 공통선을 따른 위 제1 및 제2 수소 원자들의 각 핵들 간의 영역에 위치하지 않도록 하는 전자 분포는 이 실시예에서 적어도 부분적으로 위 자계에 의해 달성된다.
제1, 제2, 제3, 및 제4 후속 단계 역시 어떤 순서로건 수행될 수 있고, 이 후속 단계들의 결과 역시 제1 및 제2 수소 원자 핵들이 융합되어 헬륨 원자를 형성할 수 있도록 적절한 스핀 정렬을 갖고 전자 분포로부터의 방해하는 효과 없이 충분한 근방에 배치되는 것이다.
핵융합로 실시예와 유사한 방식으로, 후속 단계에서 이러한 융합이 통계적 확률로 발생된다.
후속 단계에서 방법이 종료된다.
도 18은 갇힌 공간(confined volume) 내를 자유로이 이동하는 액체 또는 기체 수소를 사용하는 제3 실시예를 보이는 흐름도이다.
제1 단계에서, 방법이 시작된다.
후속 단계에서, 제1 수소 원자 및 제2 수소 원자가 제공된다. 수소 원자는 중수소 또는 삼중수소의 어느 하나 또는 모두이다.
제1 후속 단계에서, 위 수소 원자의 각 핵들이 최대 7 Å의 거리로 서로 근접된다. 이 실시예에서, 이 근접은 제1 및 제2 원자들이 화학적으로 경합되거나 분자를 형성하도록 함으로써 이뤄진다.
제2 후속 단계에서, 위 스핀들의 각 스핀축이 반평행하여 서로를 향하거나 서로에서 멀어지고 위 스핀들이 핵들 간의 공통선에 투사되는데, 이 공통선은 제공된 자계에 평행하도록 위 핵들의 각 스핀을 서로에 대해 정렬하도록 구성된 자계가 제공된다. 이 정렬은 위 제한된 공간을 통해 자유로이 도동하는 위 종류의 분자들에 대해 이뤄진다.
제3 후속 및 제4 후속의 각 단계에서, 제1 및 제2 수소 원자들이 이온화되거나, 이 전자의 공간적 분포가 (전술한 바와 같은) 위 공통선을 따른 위 제1 및 제2 수소 원자들의 각 핵들 간의 영역에 위치하지 않도록 각 원자의 전자 궤도(전자 분포)가 수정된다.
위 공통선에 전자가 없도록 유지하는 전자 분포는 위 분자들을 형성하는 위 수소 원자들의 이온화에 의해 달성된다.
제1, 제2, 제3, 및 제4 후속 단계 역시 어떤 순서로건 수행될 수 있고, 이 후속 단계들의 결과 역시 제1 및 제2 수소 원자 핵들이 융합되어 헬륨 핵을 형성할 수 있도록 적절한 스핀 정렬을 갖고 전자 분포로부터의 방해하는 효과 없이 충분한 근방에 배치되는 것이다.
또한 각 단계는 각각의 이러한 반복으로 복수 회 수행될 수 있다.
핵융합로 실시예와 유사한 방식으로, 후속 단계에서 이러한 융합이 통계적 확률로 발생된다.
후속 단계에서 방법이 종료된다.
상세 사양 - 핵융합로 실시예들(Detailed Specification - Fusion Reactor Embodiments)
이 섹션은 실시예들의 핵융합로 클라스의 상세 사양에 관련된다. 핵융합로 실시예들의 프로토타입(prototype)은 발전소에 용도를 갖지만, 선박 등 위에 논의된 목적들의 어느 것에도 사용될 수 있다. 핵융합로 실시예의 하나의 특정한 실시예는 다음과 같다. 도 6을 참조하라.
1. 입력 물질(Input Material)
이산화중수소 D 2 O, 여기서 질량수 2 및 원자수 Z=1에 대해 
(중수)가 발전소에 대한 입력 물질로 사용된다.
아르헨티나는 2018년에 한 공장에서 약 200 메트릭 톤의 D 2 O를 생산하고, 캐나다의 퇴역한 공장은 연 1600 톤의 생산능력을 갖는다. 2015년 순도 99.96%-D의 Cambridge Isotopes의 가격은 약 995 USD/kg이었다. 이 예는 순도에 민감하지 않아 99.96%-D가 가정된다. 채널 
는 D 2 O 분자 당 Δmc 2 = (2x2.0136 - 4.0026)u1.6605 × 10-27 c 2 = 0.0246 × 1.6605 × 10-27 × 9 × 1016 = 0.368 × 10-11 J을 산출한다. 이 채널은 전체 에너지 수지(total energy budget)를 예시하는 데 사용될 것이다. 1 kg의 물은 D 2 O가 그 10% 미만으로 (1000/18.015) × 6.022 × 1023 = 3.343 × 1025 개의 분자들을 포함하고 이에 따라 1 kg의 중수는 약 1.107 × 1014 J을 생산한다. 2012년 전세계 전체 전기 소비는 약 19,000 T조였는데, 이는 대략 1.9 × 104 × 109 × 3600 = 6.840 × 1016 J과 동일하다. 이에 따라, (6.840/1.107) × 1016-14 = 6.178 × 102 kg, 즉 약 0.6 톤의 중수가 그 채널에 사용되면 2012년의 전세계 전력 소비를 100% 감당할 수 있다. 이는 시간 당 D 2 O 0.07 kg의 전세계 소비에 해당한다. 이 수치는 융합 에너지로부터 전기 에너지로 100%의 전체적 효율을 가정한다. 일반적 관점으로는 어떤 산업 성숙도 수준에서 10-30%의 효율 비율이 가정될 수 있다.
안전 관점에서, 약 50%의 전체 수체 농도(total bodily water concentration)에서 D 2 O는 방사성이거나 사람에게 유독해지지 않는다. 수체는 50-75%의 체질량(body mass)으로 구성되는데, 독성 용량(toxic dose)이 되려면 80 kg인 사람이 10일 정도의 기간에 걸쳐 20리터 정도의 순수 D 2 O를 마실 필요가 있음을 의미한다.
2. 물질 분리기(Material Separator)
물질 분리기는 입력 물질, 이 실시예에서 D 2 O를 받아 이를 융합 물질, 도핑 물질, 및 부산물들로 분리한다.
(본 발명) 방법의 이 간단한 실시예에서 융합 물질만이 사용되고 도핑 물질은 적용되지 않는다. D 2 O 분자 내의 두 중수소 원자들이 융합 물질로 사용된다. 이 실시예의 예에서, 일반적으로 산소 가스 O 2인 단일한 부산물만이 산출된다.
D 2 O 의 융합 물질 분리는 HO - H 수소 결합과 O - H 공유 결합을 분해하기 위해 D 2 O 분자에 에너지를 가함으로써 이뤄진다. 이 결합 분리(bond-dissociation) 에너지는 핵에너지와 화학 에너지의 비교이므로 전체 에너지 수지에서는 무시된다. H 2 O에 대한 2개의 분리 에너지들은 497 + 426 kJ/mol, 즉 (923/6.022) × 103-23 = 1.533 × 10-18 J이다. D 2 O에 대한 조정이 수소 값의 10% 미만 정도뿐이므로 우리는 D 2 O에 대한 근사로 동일한 값을 사용한다. 1.533 × 10-18 J의 분리 에너지는 D 2 O 분자 당 0.368 × 10-11 J의 핵에너지와 비교되므로 전체 에너지 수지에서 무시될 수 있다. 이로부터 우리는 또한 이 실시예의 에너지 수지 연산에서 간결성을 위해 물질 분리 프로세스의 100% 효율을 가정할 수 있다.
이 실시예의 예는 D 2 O를 융합 물질 가스 D 2와 부산물 O 2로 분리하는 데 표준 방법들에 의한 표준적인 전기 분해를 사용한다. 전기 분해의 패러데이(Faraday)의 제1 법칙에서, 융합 물질의 생산 속도는 인가된 DC 전류에 비례한다.
3. 물질 이온화 챔버(Material Ionization Chamber)
본 발명 방법의 이 실시예는 중수소 융합 물질을 사용한다. 중수소는 물질 분리기 프로세스에서 얻어진 D 2 가스의 이온화로 얻어진다. 이 실시예는 D 2의 이온화를 STP에서 적용한다.
수소의 이온화 에너지는 플랭크 상수 h에 대해 약 E i = hf i = 2.18 × 10-18 J로 중수소만인 경우와 1.000272의 인자만큼 다르다. 이에 따라 양호한 근사 2.18 × 10-18 J이 D 2 O 분자 당 0.368 × 10-11 J의 핵에너지와 비교되고, 이 에너지 부분은 전체 에너지 수지에서 역시 부시될 수 있다. For the D 2 가스에 대해, 이온화 에너지는 약간 더 높지만 이 에너지가 전체 에너지 수지에서 무시된다는 사실은 변함이 없다.
이 실시예에서 이온화는 플랑크 상수 h, h= 6.626 × 10-34 Js에 대해 주파수 f = E/h를 갖는 전자기 방사를 인가함으로써 수행되는데, 여기서 전자 궤도 공명 에너지(electron orbital resonance energy) E는 중수소 핵 공명 에너지 또는 주파수가 아니도록 선택되어 E > E i 를 충족시킨다. 주파수에 있어, 이는 위 추산에서 f > f i = 3.29 × 1015 Hz임을 의미하는데, 여기서 c = 3× 108 m/s 및 λ i = c/f i 이고, 공명 파장은 100 × 10-9 nm이고 이 추산에서 저에너지 UV 스펙트럼의 일부이다.
이 실시예에서 이온화와 융합 물질 생산의 속도는 공명 UV 방사의 강도와 D 2 가스의 밀도에 의해 정의되는데, 이는 또한 핵융합과 전력 생산 속도를 어느 정도까지 정의한다.
이상적으로, 물질 이온화 챔버를 이탈하여 핵융합로로 진입하는 중수소들은 동일한 운동 에너지를 갖거나, 이와 동등하게 단색 드브로이 파장(monochromatic de Broglie wavelength)을 갖는다.
이는 낮은 이온화 챔버 온도 및/또는 핵융합로로의 중수소 진입 전의 어떤 점 또는 자계로의 진입 전에 운동 에너지 동적 상태 준비를 수행하는 표준 단색기(monochromator) 또는 분광계(spectrometer) 기법을 사용할 수 있는 단색기를 적용하여 이뤄진다.
UV 방사는 이온화 챔버 내부에 UV 방사를 방사하거나 챔버의 외부로부터 챔버로 방사하도록 구성된 UV 램프를 사용하여 생성되는데, 후자의 경우 이 챔버는 UV 방사를 통과시킬 수 있는 소재로 구성된다.
전자기 방사에 대한 대체적 구현은 강력한 정적 전계를 사용하여 중수소 원지들의 이온화를 달성하는 것이다. 전계는 중수소로부터 전자를 분리하기에 충분하도록 강력히 생성된다. 전형적으로, 한 쌍의 하전된 양금-음극 판들 간에 2 mm의 분리를 위한 0.1-6 keV의 전위가 이를 달성하는 데 사용된다.
전자기 방사와 정적 전계 이온화의 양 경우들에, 이온화 장의 인가 전에 핵스핀들이 분극되도록 추가적 자계 B 가 도 5에 도시된 바와 같이 물질 이온화 챔버 내, 또는 중수소 원자가 이 챔버에 진입하기 전에 인가될 수 있다.
4. 핵융합로(Fusion Reactor)
이 명세서에서, μ 0 는 명시적으로 달리 언급되지 않는 한 자계 진공 정의 B ?? μ 0 · H 에서 μ 0 = 1로 설정된다.
이온화된 중수소 융합 물질(중수소들)은 이온화 챔버로부터 D + 융합 물질을 추출하는 전계 E 를 통해 핵융합로에 주입된다. 에너지 생산 속도에 비례하는 융합 물질 추출 속도는 물질 이온화 챔버와 핵융합로를 연결하는 물질파 렌즈(Matter Wave Lens)의 물리적 개구(physical opening)와 함께 벡터장 E 2 (도 6 참조)의 방향과 크기로 제어할 수 있다. 추가적인 생산 속도 제어는 선택적인 스핀 필터(Spin Filter)로 이뤄질 수 있다.
동적 상태 준비 방법의 이 실시예는 상온 핵융합이 일어나도록 하기 위해 양자 상태 준비의 용어로 표현될 것이다. 동적 상태 준비를 위한 양자 상태 준비의 용어는 이하에 주어진 바와 같이 물리학을 기술하기 위해 선택된 모델로부터 이어진다. (본 발명) 방법의 핵융합로 실시예는 이제 전계 E 1 에 평행 또는 역평행하게 자계 B 를 인가함으로써 얻어진다. 이는 이 실시예에서, 전계 E 가 융합 물질을 핵융합로 노심으로 유도하는 데 사용되는데, 자계 B가 스핀 상태들의 동적 또는 양자 상태 준비에 사용되는 한편 이는 동적 또는 양자 선형(linear) 모멘텀 상태의 준비이다. 스핀과 별도로, (본 발명) 방법의 이 실시예의 기하학적 구조는 원점(origin)에 대한 중수소의 궤도 각 모멘텀 벡터 L 이 고전적 물리학의 관점에서 소실되도록 한다. 비상대론적 양자역학의 관점에서 L x, L y, 및 L z의 비가환성(non-commutativity)으로부터 도 6을 참조하면, L x = 0, 
인데, 여기서 바(bar)가 올라간 연산자 심볼은 표준 양자역학에서 정의된 기대값(expectation value)들을 표기한다. 핵융합로 노심은 상온 핵융합이 일어나는 영역이다. 맥스웰 장(Maxwell field) E 및 B 들의 조작은 핵융합로 내부 및 주변에 전류 루프, 캐패시터, 및 코일(torus)들로 구현되는 전기 회로들을 구축함으로써 얻어진다. 이러한 전자기장 생성은 그 자체로 전통적이므로 이 명세서에는 상세히 설명하지 않을 것이다. 그러나 이 조작은 원칙적으로 매우 다양한 방법들로 달성될 수 있고, 중요한 것은 결과적인 맥스웰 장이 융합 물질의 선형 모멘텀과 스핀 상태 준비에 의한 이 명세서에 기재된 방식으로 상온 핵융합의 달성에 대해 정확한 것이다. 도 6에 도시된 특정한 예에서, 정적 장(static field) E 및 B 들이 생성되어 사용된다.
도 5의 2개의 반(half) 챔버들을 동일한 온도와, 전계 및 자계 강도의 동일한 크기를 유지함으로써, 도 5의 좌측 및 우측 빔들은 동일한 에너지에 대한 동일한 스핀 상태, 즉 특정한 에너지에 대해 S = S + 1가 될 것이다. 이에 따라 2개의 스핀 상태들은 도 5에 도시된 바와 같이 반대 자계 B 를 인가함으로써 도 2에 도시된 동일한 에너지 상태의 반대이고, 자계 B 의 절대적 방향은 B 를 E 와 조합함으로써 도 2가 달성되도록 선택되며, 이 절대적 방향은 도 5에 도시된 것과 같거나 B 의 역극성(reverse polarity)이다. 정적 장 B 는 이 실시예에서 DC 전류로 생성된다. DC 전류로로 결정되는 장 B 는 3개의 중수소 스핀 상태들 S x = ± 1.0 간을 분리하는 현저한 동적 또는 양자 상태 중수소 에너지를 생성하기에 충분히 강하게 형성되어, 상온 핵융합에 기여하는 원하는 동적 및 양자 상태들을 상온 핵융합에 기여하지 않는 원치 않는 동적 및 양자 상태들로부터의 실제적 분리를 가능하게 한다. 원치 않는 상태들을 일반적으로 중수소 스트림(stream)의 품질을 열화시킨다. 이 실시예에서, 고전적 용어로 기술하고 열속도(thermal velocity)를 무시하면, 모든 중수소들이 동일한 운동 에너지 ε k = ½ mρv 2을 얻거나, 이와 동등하게 x축을 따라 동일한 속도 v가 자계 B 가 입자들에 대해 효율적으로 켜질 때까지 전계 E에서 (부호 ±를 갖고) 가속된다. 자계 B 의 인가는 전체 중수소 에너지의 변경 없이 스핀 S x = ± 1.0 의존 전위를 인가하는 것에 해당하는데, 이는 이 근사에서 이어서 속도를 S x = ± 1.0에 따라 3개의 다른 속도들로 분할할 것이다. 이는 일반적으로 아래 식 (7)에 명시적으로 표시된 단지 하나의 유효 스핀 의존 전위가 존재하는 한 적용된다. 다른 실시예는 예를 들어 식 (41) 내지 식 (45)에 연계된 설명에 기재된 일반적 방법을 적용하는 등, 상온 핵융합에 기여하는 원하는 동적 및 양자 상태들을 상온 핵융합에 기여하지 않는 원치 않는 동적 및 양자 상태들로부터 분리하는 다른 절차를 사용할 수 있을 것이다.
여기서의 하나의 목적은 위 섹션 3 및 4에 기재된 상온 핵융합을 달성하는 데 필요한 전자기장의 조건들을 설정하는 것이다. 상온 핵융합 조건들은 동적 프로그램을 통해 전자기장에 관련될 것인데, 이 특정한 실시예에 대해 이는 식 (7)로 주어진 물리적 모델로 기술될 것이다. 상온 핵융합 조건들은 이 예에서 그 자체로 중수소 v x = v y = v z = 0와 점 (x,y,z) = 0에서의 S x = +1에 대한 경계 조건(boundary condition)으로 기술된다. 조건 S x = +1은 명시적으로 도 5를 지칭하고, 전자기장의 다른 구성에서, 상태 S x = 0, -1 역시 사용될 수 있을 것이다. 이것이 일어나도록 허용함으로써 상온 핵융합을 달성하기 위한 동적 상태 또는 양자 상태 준비 방법의 어떤 실시예는 (7)에 대응하는 일부 동적 방정식과 동일한 기저의(underlying) 물리적 법칙들을 사용한다. 식(7)은 상온 핵융합을 달성하기 위한 동적 상태 또는 양자 상태 준비 방법의 이 특정한 실시예의 기술에 사용된 단지 하나의 물리적 모델인데, 동일한 측정 결과들이 결과되는 다른 물리적 또는 수학적 모델들도 가능하다. 본 발명의 이 특정한 실시예를 위한, 경계 조건들을 갖거나 갖지 않는 동적 방정식(7)은 핵융합로 방정식(Fusion Reactor Equations)으로 지칭된다. 핵융합로 방정식을 풀면 장 E , H 들 간의 요구되는 관계, 핵융합로 컴포넌트들의 물리적 크기 및 형태, 작동 온도와 상온 핵융합을 달성하기 위해 원하는 정밀도로 중수소 경계 조건 v x = v y = v z = 0와 점 (x,y,z) = 0에서의 S x = +1을 달성하는 데 영향을 갖는 다른 인자들을 얻을 수 있다. 이 조건들은 궤도 각 모멘텀이 소실, 즉 고전적 관점에서 L = 0이고 J = L + S = S 임을 의미한다.
시간 t 는 핵융합로의 정지좌표계(rest frame)에서 측정되는데, 이 좌표의 기준틀은 실험실 계(laboratory system)로 지칭된다. 중수소의 정지좌표계는 속도 v로 실험실 계에 대해 이동하며 시간 t p 을 측정할 것이다. v ≪ c에 대해 2개의 좌표계들은 대략 동일한 시간 범위 
를 측정할 것이고 t p = t 에서의 수학적 근사는 비상대론적 근사(non-relativistic approximation)로 지칭된다. 비상대론적 근사에서 핵융합로 방정식은 기술의 이 선택된 모델에서 동적 상태 힐베르트 공간(Hilbert space) 벡터 
에 대한 슈뢰딩거 방정식으로 결정되는데, 여기서 
는 슈뢰딩거 표현에서의 좌표 및 스핀 상태 함수이다. x > 0에 대한 양의 x축의 방향의 시간 독립적, 즉 정적인 장 B 는 일반화된 선형 모멘텀 연산자 p x , 중수소 질량 m p , 중수소 전하 q, 중수소 자기 모멘트 μ, 및 해밀토니안 H 에 대한, 비상대론적 슈뢰딩거 방정식이다(P.A.M Dirac, 양자역학의 원리(The Principles of Quantum Mechanics)(Oxford at the Clarendon Press 1947, Third Edition), 섹션 27, 식 (7); 및 D. Landau and E.M. Lifshitz, 양자역학(비상대론적 이론)(Quantum Mechanics(Non-relativistic Theory))(Pergamon Press 1977, Third Edition), §111, 식 (111.4) 참조):
이 근사에서, 우리는 맥스웰 장 E 및 B를 양자장 연산자가 아니라 주어진 고전적 벡터들로 취급하고 전자기장에 대한 반작용(back-reaction)은 중수소의 이 근사에서 무시된다. (7)의 우변(right-hand side; RHS)의 세 번째 항은 장 B 에 의한 중수소 삼중항 S = ± 1,0에 대한, 중수소 자기 모멘트 μ가 자계 B 에 평행, 반평행, 또는 0 투사되는지(zero projected) 여부에 따라 3개의 에너지 상태들로의 에너지의 분할에 대응한다. 원자 내의 전자 에너지 수준에 대해, B 에 의한 이 에너지 분할은 제만 효과(Zeeman effect)로 결과된다. 물질 이온화 챔버로부터 핵융합로 노심까지 거리 l에 대한 중수소 수송 시간은 
인데, 이 형태에서 v = 0인 점들을 제외하고 고전적 속도 v 가 비상대론적 근사에서 로렌츠 힘에 의해 다음으로 결정되는데
이 특정한 실시예에서, 도 6에 예시된 바와 같이 스핀을 고려하지 않는 고전적 속도 v 는 이 특정한 실시예에서 같이 (8)의 인가된 전계 E에 의해 완전히 결정되어, 우리는 v 가 B 에 평행하므로 v × B = 0을 갖게 된다. 핵융합로 노심으로 수송되는 동안 양자 평균 중수소 속도는 고전적 관계 (8)로부터, 거시적(즉 양자가 아닌) 거리 l 에 걸친 x(t)에서의 충돌 없이 
가 되도록 통합될 수 있다. x = l 에 인가된 이온화 방사를 갖는 열중성자화된 저온 물질 이온화 챔버에 대해 우리는 양자 평균 속도 v 0 = 0( T = 0에 대해)을 갖는다. 이를 기술하기 위해, 수학적 및 물리적 근사가 원칙적으로 거시적 거리 l 에 걸친 중수소 융합 물질이 고전적으로 처리되는 곳에 도입될 수 있지만, 자계 B 상에 스핀을 투사함으로써 상온 핵융합을 달성하는 데 필요한 동적 상태 준비가 양자 상태 전이 진폭으로 양자역학적으로 처리된다. 그러나 (본 발명) 방법의 이 실시예는 이러한 점들에서 유사 고전적인(quasi-classical) 근사가 일반적으로 타당하지 않지만 v (0) = 0 형태의 전환점(turning point)들에 관련되고(L.D. Landau and E.M. Lifshitz, 양자역학(비상대론적 이론)(Quantum Mechanics (Non-relativistic Theory)) (Pergamon Press 1977, Third Edition), §46, equation (46.7) 참조) 양자 이론과 고전 이론 간의 연결은 더 불확실해진다. 이런 이유로 여기서의 시공간 의존성 역시 식 (8)로 표현된 설명의 뉴튼 형식이 아니라(고전적 유추를 사용하는 양자역학과 별도로) 식 (7)로 표현된 바와 같이 양자역학적으로 취급될 것이다.
초기 스핀 상태 i로부터 최종 스핀 상태 f로의 스핀 전이 확률(spin transition probability)은 스핀 상태 σ에 작용하는 상호작용 해밀토니안 H l = - μ · B 에 대해 힐베르트 공간 제곱(Hilbert space square) 
으로 주어진다. 자기 모멘트 μ 와 양성자, 중성자, 및 중수소에 대한 각각의 실험값들(John Dirk Walecka, 이론 핵 및 소립자 물리학(Theoretical Nuclear and Subnuclear Physics)(Imperial Collage Press 2013), 섹션 8.1, 식 (8.1) 및 섹션 37.3, 식 (37.66) 참조)이고 파울리 스핀 행렬 S AB 및 핵 마그네톤(nuclear magneton)으로 보면 다음으로 주어지는데
중수소 자기 모멘트가 대략 양성자와 중성자의 자기 모멘트를 합산한 결과라는 사실은 도 3에 도시된 모델을 확인시킨다. 추상 스핀 인덱스(abstract spin indices) A 및 B 를 갖는 파울리 스핀 행렬로 명시적으로 표현하고, (x,y,z) 벡터 성분들로 보고 S x 대각선 표현의 x축 상에 스핀을 투사할 목적의 일반적 표현으로부터 순환 순열(cyclic permutation)로 식 (8)을 재표기하면, 이 실시예의 표현 μ D · B 는 다음이 되는데
(10)에서의 단위는 테슬라(Tesla). 식 (10c)에서, 파울리 스핀 행렬이 스핀 1 투사와 v 대각선 고유치(eigenvalue) 1, 0에 대해 일반화된다. 여기서의 스핀 투사에 대한 파울리 행렬의 일반화는 리 대수(Lie algebra)의 발생기(generator)에 대한 일반화와 다르다. 3개의 다른 중성자 스핀 투사들에 기인하는 원자의 제만 효과에 대응하는 중수소 에너지 분할 Δε은 이제 (10c)로부터 시퀀스 S x = (1,0,-1)의 각 에너지 수준 사이로 다음으로 주어지는데
(11)로부터 장 B를 증가시킴으로써 에너지 분할이 증가된다. 동역학 및 전계 항들을 무시하면, (7)의 해밀토니안 항은 - μ · B 이고, 이에 따라 도 6에서와 같이 중수소 스핀이 자계 B에 평행, 즉 S x = + 1에 대해 최저 에너지, (10c)로부터 에너지 ε +1 = -0.857· B x n.m.T가 얻어지는 반면, 최대 에너지 μ 는 B 와 반평행, 즉 S x = - 1에 대해 ε -1 = +0.857· B x n.m.T가 얻어진다. 고온 한도 T → ∞에서, 모든 상태 S x = ± 1,0들은 식 (6)에 따라 확률이 같은데(equally probable), 이 경우 강한 계 B 를 사용한 스핀 정렬과 원치 않는 스핀들의 필터링 제거(filtering out)의 강한(significant) 필요가 있다. 저온 T → 0에서, 모든 상태들은 저에너지 상태 S x = + 1일 것이고, 약장(weak field) B 가 사용되는 반면, 원치 않는 스핀들을 필터링 제거할 필요는 이 한도에서 사라진다. 충분히 낮은 작동 온도 T에 대해, 열 방사 환경 내의 동적 계는 자기 모멘트를 최저 에너지에 정렬시키는 경향이 있을 것이고, 이 중수소 경우에 이는 식 (9) 및 (10)으로부터 다음과 같이 B 에 평행해지는 μ ( t )이다. 고전적 용어로, 지구의 자계 내의 나침반 바늘과 아주 유사하게 μ 가 B 에 정렬될 때까지 토크(torque) τ = μ × B 가 중수소에 작용할 것이다.
스핀 정렬의 크기(order)에 대해서는, STP에서 20T 크기의 자계가 표준 핵자기공명(Nuclear Magnetic Resonance; NMR)에서 물질(material substance) 내의 스핀들을 외부 자계에 정렬시키기 위해 사용된다.
(10c)로부터와 동일한 방식으로, 스핀 전이 확률 
은 장 B 를 증가시킴으로써 증가된다. 표준 NMR에서, 정적 20T 장의 kr은 직교(orthogonal) 시간 종속 섭동(perturbation)을 인가한 뒤 10-6 정도(order) 후에 스핀 반전(spin flip)이 얻어진다. 장 주파수 ω B 에 대해 E = h ω B 가 식 (11)의 에너지 차이 Δε에 근접할 때 선택적인 시간 종속 자기 또는 전자기장이 자기 스핀 전이를 자극하고, 이는 공명 주파수에 대응한다. 전이의 자극에 시간 종속 전자기장을 사용하는 옵션(option)은 설명을 간략화하기 위해 동전 상태 준비를 적용하는 이 간단한 예에서는 사용되지 않을 것이다.
"스핀 상태들(spin states)"이라는 용어는 이 비상대론적 근사에서, 중수소 시공간 또는 선형 모멘텀 x좌표 수송(transport)과 비교하여 다른 동적 자유도를 지칭한다. 다fms 자유도에 작용하는 (7)의 다른 항들은 실제 동적 상태 함수 
를 곱(product) 
으로 분리한다. (본 발명) 방법의 이 실시예를 모델링하는 데 사용된 동적 및 비상대론적 근사로부터, 궤도 각 모멘텀 L 에 대한 LS 커플링(coupling)이 소실되어, (본 발명) 방법의 이 실시예를 설명할 목적을 위한 중수소의 고전적 또는 유사 고전적 궤적을 위한 점입자 근사에서 L = 0이므로 L · S = 0이다. 이 비상대론적 근사에서 이 사실에 의한 더 정확한 표현은 
및 
이다. 스핀 필터가 사용되지 않으면, 이온화 챔버로부터 핵융합로로 방출되는 각 중수소는 다른 선형 조합 
으로 표현될 수 있다. 여기서 인덱스는 고려중인 해밀토니안 연산자의 고유값에 의해 동적 상태를 표지한다. 완전히 분극되지 않은(unpolarised) 동적 상태 
에 대해, 평균 상태는 
로 표현될 수 있다.
전자기장들, 물리적 크기(dimension)들 간의 관계들을 얻기 위해. 미분방정식 (7)에서 
에 대한 해가 요구된다. 먼저 이 특정한 실시예에 대한 핵융합로 방정식이 상세히 설명될 것이고 이어서 이 방정식들의 해가 이어서 설명될 것이다. 핵융합로 방정식은 도 6을 참조하라.
이 특정한 실시예에서, 2개의 장 E 1 및 E 2 들이 0 < x < l 2 와 l 1 < x < l 2 사이에 적용되어, 거리 l 1 에서 방향들을 반전하여 x = l2로부터 x = 0으로의 전이 동안, x 
0에 대해 중수소의 정확한 S x = +1 및 정확한 정돈 N#P에 대해 v ( x ) 
0이다. x > 0 및 이 근사에서, 자계 B 는 x = l 2 에서 켜진다(switched on). 수학적 표현에서 전자기장들은 자기장 조작 부분에서의 중첩들로부터 야기되는 합성 장(resultant field)이다. 비상대론적 근사에서, 양자 연산자(quantum operator) 
들은 일반화된 모멘텀은 치환 
으로 주어지고, A i 의 공간형 부분(space-like part)이 
로 정의될 때 고전적 유추에서 유발된 외부 맥스웰 장 최소 치환들과 함께 사용된다. 슈뢰딩거 방정식 (7)은 이제 공간형 3 인덱스 k 및 전자기 전위 
에 대해
우리는 (13)의 
를 x좌표의 방향의 균질 및 정적 전계 E x 에 대해 치환하는데, 이 실시예에서 설명의 목적상 여기 사용된 근사에서는 y 및 z 방향으로 소실된다. B를 다시 중수소 빔을 따라 정적 및 균질로 취하면, 우리는 양자 상태 준비 실시예의 이 근사를 얻는다(P.A.M Dirac, 양자역학의 원리(The Principles of Quantum Mechanics)(Oxford at the Clarendon Press 1947, Third Edition), 섹션 41, 식 (88) 참조):
전기 및 자기 장들이 핵융합로 노심에서 달리 설계된 경우 c 에 의해 색인되는 양들을 갖는 선택적 방정식 (14c)이 여기에 추가되는데, 이는 핵융합로 노심의 물리적 크기가 크면 일반적으로 요구된다. 이 실시예의 설명의 목적상, 핵융합로 노심에서의 이러한 차이는 여기서는 사용되지 않는데, 즉 (14a) 및 (14b)만이 사용될 것이다. 식 (14)에서 게이지 A = ½ B × r ( μ 0 
1)의 2개의 항 
및 
들은 여기 사용된 유사 고전적 궤적 근사에서 소실되고, x 축을 따른 중수소 빔에 대해 생략되었다. ( y , z ) 평면에서의 동적 진화(dynamical evolution) 또는 운동이 회절(diffraction)을 통해 후에 반송(bring back)될 것이다. 더 정확한 처리는 (14)의 해밀토니안에 항 
및
들을 포함함으로써 ( y , z ) 평면에서의 동적 진화를 포함하고( y , z ) 평면에서의 진동으로 결과될 것이고(L.D. Landau and E.M. Lifshitz, 양자역학(비상대론적 이론)(Quantum Mechanics (Non-relativistic Theory)) (Pergamon Press 1977, Third Edition), §112, 식 (112.5) 및 (112.7) 참조) 
일 때 에너지 수준 
을 갖는 란다우 게이지의 대응 란다우 양자화로 얻어진다. 이하에 설명하는 특이점(singularity)을 고려하기 위해 작은 수 ε이 포함되었다.
x = l 2 에서의 중수소 속도 v 0 에 관한 핵융합로 방정식 (14)에 대한 초기 또한 경계 조건들에 대해서는, 일반적으로 열속도 때문에 v 0 ≠ 0이지만 이온화 챔버의 저온 한도에서는 v 0 = 0이다. 이 저온 한도 간략화(low temperature limit simplification)가 이 실시예를 설명할 목적으로 여기서 사용될 것이다. 상온 핵융합을 달성하기 위한 x = 0에서의 경계 조건들이 이하에 논의될 것이다. 더 정확한 수학적 모델은 역시 주어진 설정에서 맥스웰 방정식의 더 정확한 해들을 사용할 것인데, 이는 x = l 1 에서의 계단 함수(step function)가 아니라 x = l 1 에서 평활장(smooth field)을 생성할 것이다. 정확한 맥스웰 방정식을 조작할 하나의 툴은, 전류 조작과 별도로, 핵융합로의 다양한 물리적 세그먼트(segment)들을 지구를 포함하는 특정한 전자기 전위들로 취한다. 우리는 본 발명에 따른 방법의 이 실시예를 설명하는 데 위 간략화된, 즉 부정확한 전자기장 모델을 계속 사용한다.
위 비상대론적 근사는 더 정확한 상대론적 모델에 의해 개선될 수 있는데, 여기서 v ≪ c 일 필요는 없지만 중수소가 거시적 핵융합로 내의 점입자로 간주될 수 있다는 근사는 유지된다. 이러한 모델에서, 거시적 핵융합로에 걸쳐(over) 장이 변화하더라도 전자기장은 점입자에 걸쳐 일정하다. 중수소가 10-15 m 정도의 "크기(size)"를 가지므로 충분히 작은 나노 핵융합로 또는 양자 핵융합로에서 이 근사는 본 발명 방법의 실시예에 대해 타당하지 않을 수 있다. 이 점입자 가정을 갖고, 전자기장은 중수소의 점에서 작용하고, 우리는 (14) 대신 다음 형식의 실험식 기준틀 내의 페르미온에 대한 상대론적 디랙 방정식을 갖게 되는데(P.A.M Dirac, 양자역학의 원리들(The Principles of Quantum Mechanics)(Oxford at the Clarendon Press 1947, Third Edition), 섹션 67, 식 (9) 참조):
(15)에서, 4 × 4 행렬 ρ 1 및 ρ 2 , 파울리 스핀 행렬 σ i ?? (S AB ) i 들은 4 스피너(spinor) 
에 대해 디랙으로 정의된다(다시 P.A.M Dirac, 양자역학의 원리들(The Principles of Quantum Mechanics)(Oxford at the Clarendon Press 1947, Third Edition), 섹션 67, 식 (9) 참조). 디랙 γ행렬은 
와 k = 1,2,3과 α m = ρ 3 에 대해 α 0 
1, α k 
ρ k σ k 로 정의되는 연산자 α i 에 작용하는 로렌츠 변환으로 발생된다. 디랙 방정식 (15)은 두 핵들이 비 상호작용으로 간주되고, 이러한 상호작용을 포함하는 스피너 벡터와 텐서를 구축하기 위해서는 스피너들의 외적(outer product)이 필요한 경우에만 중성자와 양성자에 대해 별도로 타당하다(R.Penrose & W.Rindler, Volume 1, 2-스피너 미적분한 및 상대론적 장들(Two-Spinor Calculus and Relativistic Fields)(Cambridge University Press 1990), 섹션 4.6, p. 231-237. 참조). 핵 상호작용 역시 표준 오일러 라그랑주 변분 원리(Euler-Lagrange variational principles)에 연계된 라그랑지안을 통해, 또는 전자기 치환 및 질량 재규격화(mass renormalization) 유추로부터의 직접 검사(direct inspection)를 통해 도입될 수 있다. 이 모델에서, 중수소 내의 양성자 및 중성자 핵들은 바리온 아이소 스피너 장(baryon iso-spinor field) 
으로 기술될 수 있는데, 여기서 아이소스핀 
은 중성자를, 아이소스핀 
은 중성자를 나타낸다. 2개의 핵들 간의 상호작용은 주어진(given) 기준으로 선택된 주어진 메트릭을 가져(John Dirk Walecka, 이론 핵 및 소립자 물리학(Theoretical Nuclear and Subnuclear Physics)(Imperial Collage Press 2013), Appendix D.3, p. 573- 참조) 다음 형식의 연립방정식들을 충족시키는 견인 스칼라 중간자 장(attractive scalar meson field) 
및 벡터 중간자 장 
에 의해 중재된다(mediated)(John Dirk Walecka, 이론 핵 및 소립자 물리학(Theoretical Nuclear and Subnuclear Physics)(Imperial Collage Press 2013), 섹션 14.2, 식 (14.9) 참조),
비선형 미분방정식 (16)은 헤르미트 공액 상위 인덱스(Hermite conjugate upper index) 
와, 벡터 및 스칼라 중간자 결합상수 
및 
, 자유 바리온 질량 
, 중간자 질량 
및 
, 그리고 핵 상호작용 근사에서 형식 
의 보존(conserved) 바리온 전류 
를 갖는 정의 
를 사용한다. 저온 한도 
에서, 상대론적 평균장 근사(Relativistic Mean Field Approximation)(John Dirk Walecka, 이론 핵 및 소립자 물리학(Theoretical Nuclear and Subnuclear Physics)(Imperial Collage Press 2013), Chapter 14, p. 119-, 섹션 18.1, p.155, bullet 1 참조)가 (16)을 푸는 데 적용될 수 있다. 
융합 산물 
에 대해, 상대론적 하트리 근사(Relativistic Hartree Approximation)(John Dirk Walecka, 이론 핵 및 소립자 물리학(Theoretical Nuclear and Subnuclear Physics)(Imperial Collage Press 2013), 섹션 14.4, p. 125)가 (16)을 푸는 데 사용될 수 있다.
본 발명 방법의 이 특정한 실시예가 주로 아래 비상대론적 양자역학의 관점일 것이지만, 스핀 및 아이소스핀 종속성, 핵물질 포화 등 핵융합 상세들의 일부 국면들은 상대론적 국면(aspect)에 의존한다(John Dirk Walecka, 이론 핵 및 소립자 물리학(Theoretical Nuclear and Subnuclear Physics)(Imperial Collage Press 2013), 섹션 14.4, p. 125 참조). 방정식 (16)은 각각 전하 
를 갖는 
중간자 아이소벡터 
를 가산함으로써 증강될 수 있는데(John Dirk Walecka, 이론 핵 및 소립자 물리학(Theoretical Nuclear and Subnuclear Physics)(Imperial Collage Press 2013), 섹션 20.2, 식 (20.8)), 여기서 핵 아이소스핀에서의 변화는 이제, 예를 들어 N#P로부터 P#N로 변화되는 중수소 분극이 P에 의한 
방출 및 N에 의한 
흡수로 모델링될 수 있는 등 이러한 
중간자들의 교환으로 간주될 수 있다(John Dirk Walecka, 이론 핵 및 소립자 물리학(Theoretical Nuclear and Subnuclear Physics)(Imperial Collage Press 2013), 섹션 21.1, 식 (21.5), (21.6) 참조). 
중간자는 시공간 회전에 대한 스칼라로, 참 중수소 스핀(true deuteron spin) 
은 불변으로 남는 반면, 양성자를 중성자로 및 역으로 변환하는 
중간자 교환이 핵들의 에너지와 전하만을 변경한다. 더 개선된 상대론적 근사는 전자기장에 대한 양자 반작용을 더 이상 무시하지 않고, 전자기장을 표준 양자장 이론을 따르는 완전한 양자장 취급을 받게 한다(F. Mandl & G. Shaw, 양자장 이론(Quantum Feld Theory)(John Wiley and Sons Ltd. 1986), Chapter 5, p 81- 참조). 
이 
과 현저히 다른 값이라는 의미에서 포크 공간 점유수(Fock space occupation numbers) 
이 작을 때, QFT 취급이 약한 전자기장에 필요하다. 정확도(exactness)의 더 추가적인 개선은 핵의 기술에 QCD 및 전하 밀도를 도입하는 것이다.
핵물질 포화의 맥락에서, 장 
의 제2 목적은 상온 핵융합을 방해할 수 있는 전자기 반발을 최소화 또는 제거하기 위해 도 2에 따라 
축의 양축 상에 중수소를 분극시키는 것이다. 장 
은 핵물질 포화 특성으로부터의 강체(rigid body) 근사 및 양성자를 장 
에 정렬시키는 중수소 전환(deuteron turning), 또는 
중간자 교환에 의한 N#P로부터 P#N까지의 아이소스핀 분극으로서 연산될 수 있다. 고전적 강체 모델에서는, 스핀 
가 양자역학적으로 전계 
에 결합되지 않으므로 
중간자 교환에서는 참 시공간 스핀은 불변으로 남아 있는 반면 중수소 스핀 반전은 무시되어야 한다. 이와는 달리, 
은 원하는 융합 효율이 달성될 때까지 
을 변화시킴으로써 실험적으로 결정될 수 있는데, 이는 또한 
를 
조건에서 
로 고정시킨다. 상온 핵융합을 위한 
에서 
조건은 아래 더 상세히 설명된다.
열중성자화에 의해 생성된 입자 열속도는 
또는 
에 해당한다. 대입값(inserting value) 
J/K 및 
MeV/
J/
들은 작동 온도 
K에서 값
m/s을 주고. 이에 따라 
K에 대해 
이다. 물질파 렌즈를 이탈하기 전 전계 
내에서의 가속으로 생성된 중수소 입자 속도는 상대론적 에너지에 대해 스핀과 적분상수를 무시하고
인데, 여기서 후자의 근사는 
에 대해, 즉 
에 대해 타당하다. 전계 내에서 거리 
에 걸쳐 입자에 의해 취득된 속도는 균질장 
에 대한 
또는 
로부터의 비상대론적 근사에서 얻어지고, 더 일반적으로 
이다. 본 발명 방법의 이 실시예 근저의 원리들을 설명할 목적만으로, 우리는 전계가 충분히 약하거나 핵융합로의 물리적 크기가 조건 
가 타당하도록 충분히 작다고 가정한다. 
에 대해, 이 근사 하의 핵융합로 방정식은 (14)로 주어진다.
식 (14)는 상수가 아닌 계수 
를 갖는 편미분방정식이다. 표준적 표기를 사용하여, 스핀 변수 
들은 도 (10c)에서 명확해진 바와 같이 
대각선 표현으로 3개의 이산적(discrete) 중수소 고유값 
들을 나타낸다. 
를 분리하는 표준적 절차를 따라, 
및 스핀 변수 
들, 이 스핀 변수들은 시작점
을 갖는 형식 
의 해를 가정하거나, 
, 
및 
에 독립적인 어떤 수 
에 대해 
의 좌측부터 
을 곱한 뒤 이미 실제 분리되었다. 수 
은 각각 
및
에 작용하는 해밀토니안 연산자 
및
의 고유값이다. 
및 
변수들은 이어서
로 분리된다. (14)에 대한 분리된 핵융합로 방정식에서의 결과는 다음으로 주어지는데
(17)의 수학적 특성들을 먼저 논의하고, 이어서 물리적 해석을 할 것이다. 수학적 상세들은 예를 들어 핵융합로 시뮬레이션 소프트웨어를 구축할 때 중요하다.
식 (17c)는 단지, 식 (10c)에서 이미 가정된 것, 즉 
을 반복한다. 상수 계수를 갖는 미분방정식 (16.a)은 다음으로 적분되는데
(18a)에서, 
에서 복소 위상 정보(complex phase information)가 
로 반송될 때 
은 실수(real)로 취해진다. 상수가 아닌 계수 
를 갖고 정의 
를 사용하는 균질 미분방정식 (18.b)는, 다음 표준형을 갖는데
함수 
또는 
들은 비정칙 특이점(irregular singular point) 
에서 해석적이 아닌데, 이는 
에서의 비약 불연속(jump discontinuity)으로 유발된다. 이 특이점은 장 
및 
를 다음 형식의 히비사이드 함수(Heaviside functions)로의 수학적 이상화로부터 유발된다.
이 때문에, 작은 수 
이 (14)에 포함되었고 
가 각 범위(interval) 0 ≤ x ≤ l 1 - ε 및 l 1 + ε ≤ x ≤ l 2 에 대해 해석적이다. (17b')가 상수가 아닌 계수를 갖는 2차 미분방정식이므로, 우리는 일반적으로 이 방정식의 해들이 초등 함수(elementary function)들로 표현할 수 있을 것을 기대하지 않는다. 또한 위 형태의 계단 함수가 사용되면, 
및 
는 연속적이 아니거나 
에서 연속적 도함수를 갖지 않고 분포(distribution)와 약한 도함수들을 도입할 필요가 발생된다. 이 문제는 본 발명 방법의 이 실시예를 설명할 목적으로 작은 세그먼트 
을 삭제함으로써 방지될 것이다. 
에서의 수학적 문제는 물리학으로부터 유발되지 않는다. 맥스웰 방정식의 정확한 해는 역시 범위 
상의 CΔ 장들로 결과될 것이고, 모든 
에 걸쳐 멱급수(power series) 형태의 해들이 가정될 수 있다(George F. Simmons, 응용들과 역사적 주기들을 갖는 미분방정식(Differential Equations with Applications and Historical Notes)(CRC Press, Third Edition), 섹션 28, p. 210-). 실제 (17b) 또는 (17b')는 대부분의 경우 수치적 방법으로 해를 구할 것이다.
우리는 이제 중수소의 동적 거동(dynamics)이 이 범위를 통과할 때 위상 천이 
와 별도로 영향을 받지 않도록 
및 
들이 충분히 약하고 범위(interval) 
가 충분히 작다고 가정한다. 이 근사에서, 범위 
이 계에서 단순히 제거되어 방정식들은 
및 
에 대해 별도로 해를 구한다. 이는 (17b) 또는 (17b')의 
해들의 어떤 특정한 값이 허용되는지를 결정할 때 계를 정칙적인 스트럼 리우빌 문제(Sturm-Liouville problem)로 축소시킬 것이다. (17b')의 
를 형식 
로 고쳐 쓰면, 
는 독립 변수 
의 1차 다항식임을 알 수 있다. 이러한 
에 대해, 라플라스 변환(Laplace transform)의 방법들이 원칙적으로 (17b')의 해를 구하는 데 사용된다(George F. Simmons, 응용분야와 역사적 주기들을 갖는 미분방정식(Differential Equations with Applications and Historical Notes)(CRC Press, Third Edition), Chapter 9, p. 447- 참조). 그러나 이 방법은 해 
들로서 역 라플라스 변환의 식별에 의존할 것이다. 이 식별은 일반적인 핵융합로 방정식에 대해서는 어려울 것이고, 이에 따라 실제 (17b) 또는 (17b') 등의 핵융합로 방정식의 해를 구하는 일반적 방법은 멱급수 또는 수치적 방법으로 축소된다. 여기서 멱급수는 이러한 세그먼트가 동적 계에 작은 영향(impact)을 갖는다는 근사 하에 세그먼트 
들을 제거하여 얻어진다. Since 
가 이제 모든 
에 걸쳐 해석적(수렴 멱급수를 갖는 CΔ)이므로, 식 (17b')은 핵융합로에서 모든 
상에 2개의 선형적으로 독립적인 고유 해석적 해(analytic solution)들을 갖는다(George F. Simmons, 응용분야와 역사적 주기들을 갖는 미분방정식(Differential Equations with Applications and Historical Notes)(CRC Press, Third Edition), 섹션 29, p. 214, Theorem A). Q(x) = -a + bx에서 
및 
에 대해 식 (17b')는 에어리 함수를 해로 갖는 잘 알려진 에어리 방정식(Airy equation)으로 축소된다. 시작점으로, 일반적 방법의 멱급수가 사용될 것이고, 이 특정한 경우에 유효한(valid) 에어리 함수가 뒤에 도입될 것이다.
이제 다음 형식의 (17b')의 멱급수 해를 가정하는데
(18b)의 
에 대한 조건들은 (18b)를 (17b')에 대입하여 다음 형식으로 얻어지는데
(18b)로부터 다음이 도출되는데
(19)를 (17b'')에 대입하면 다음 형식의 (17b'')가 얻어지는데
결과적인 (17b''')에서 동일한 멱수들을 등치하면 계수 
에 대한 조건은 다음으로 제공되는데
위 회귀(recursion)에는 상수 
및 
들에 조건들이 부과되지 않는데 
및 
들은 세그먼트 
및 
들 상의 경계 값들로부터 결정된다. 이 경계 값들은 중수소 융합의 확률을 최대화하도록 선택되는데, 이 최적화는 이하에서 더 정확해질 것이다. 상수 
및 
는 각각 장 
및 
의 정보를 반송한다. 핵융합로 방정식 (17)의 해들은 이제 (18a) 및 (17.b)으로부터 다음과 같이 주어지는데
도 6에 지시된 바와 같이 이 특정한 실시예의 장들에 계단 함수들을 사용한 위 수학적 근사에서, 에어리 함수 
가 (17b)의 해를 구하는 데 사용될 수 있다. 형식 (17b'')에 
외 변수 치환 
을 하면 다음 형식의 방정식 및 해로 결과될 것이다(L.D. Landau and E.M. Lifshitz, 양자역학(비상대론적 이론)(Quantum Mechanics(Non-relativistic Theory))(Pergamon Press 1977, Third Edition), §24, 식 (24.2), (24.3), (24.4))
우리는 이제 (17), 특히 (17b)의 물리적 해석으로 넘어갈 것인데, 상온 핵융합을 달성할 초기 및 경계 값들을 이어서 설명할 것이다. 별도의 핵융합로 방정식 (17b)는 
축을 따른 운동 에너지(kinematics)가 수 
에 의존한다고 기술한다. 이 수에는 위 (11)로 명시적으로 주어진 바와 같이 3개의 다른 값들이 존재한다. 
에서 초기 속도 
을 갖는 모든 중수소들은 물질파 렌즈를 이탈하여 장 
로 진입할 때 정확히 동일한 전체 에너지를 가질 것이다. 위에 주어진 근사 하에서 작은 범위 
는 중수소의 에너지에 어떤 효과를 갖지 않는다. 이는 동일한 전체 에너지가 중수소 스핀 방향 S x = ± 1,0에 따라 
축을 따른 3개의 다른 운동 에너지들로 분할됨을 의미한다. (17b)의 전계 항들이 모든 중수소 스핀 방향에 대해 동일하므로, 운동 에너지 항만이 3개의 스핀 방향들에 대해 달라질 수 있다. 이 수 ε B 의 최소값은 전체 에너지의 보존으로부터 운동 에너지의 최대값을 제공한다. 이는 상온 핵융합에 대한 조건이 x = 0에서 v x = 0이고, 이것이 최대 운동 에너지를 갖는 스핀 컴포넌트에 적용된다면, 이 특정한 중수소 스핀만이 핵융합로 노심의 x = 0에 도달할 것인 반면, 다른 중수소들은 스트림(stream)에서 제거되어 도 6에 지시된 바와 같이 0이 아닌 v y + v z = v r 속도 기대값 컴포넌트를 갖고 이동할 것이다.
스핀 종속 운동 에너지의 이 프로세스는 또한 고전 장 이론으로도 표시된다. 스핀 자기 모멘트의 전류 루프 유추로부터 입자에 대한 싱크로트론(synchrotron) 방사를 위해 2배만큼의 방사 강도가 μ 에 직교하는 평면이 아닌 자기 모멘트 μ 의 방행으로 수신된다(L.D. Landau and E.M. Lifshitz, 장의 고전 이론(The Classical Theory of Fields)(Pergamon Press 1975, Fourth Revised English Edition), §74, 식 (74.5) 참조).
뿐만 아니라, 연속성 및 초상대론적(ultra-relativistic) 경우 v ∼ c 에 가장 쉽게 알 수 있듯, 가속 하에 이동하는 하전된 입자는 속도의 방향 및 반대 방향에서 비대칭이다(L.D. Landau and E.M. Lifshitz, 장의 고전 이론(The Classical Theory of Fields)(Pergamon Press 1975, Fourth Revised English Edition), §74, 식 (74.5) 참조). 이에 따라 모멘텀의 보존으로부터 S = -1.0으로부터 S = +1로의 스핀 전이에 관련된 방사가 v x 를 변화시킬 것이다. 이 경우, 원치 않는 스핀의 필터링은 다른 속도들을 갖는 중수소들로 달성될 수 있다. 다시 한 번, 시작부터 모든 중수소 상태들이 이 상태에 있으므로 이러한 스핀 필터링은 저온 한도 T → 0에서 필요하지 않다.
이 실시예를 설명할 목적으로, 우리는 이러한 중수소만이 x = 0으로 이동할 수 있게 함으로써 최고 운동 에너지 성분들을 융합하도록 임의로 선택했는데, 이에 따라 자계 B 에 평행하게 향하는 최저 자기 에너지 중수소들이 선택된다. 이 실시예에서, 우리는 스핀과 자계를 반평행으로 취함으로써 최고 자기 에너지 컴포넌트도 마찬가지로 선택할 수 있는데, 이 시나리오에서 최고 운동 에너지 중수소들은 관통(through) 이동하여 핵융합로 또는 핵융합로 노심의 반대측 반부(half)에 수집될 것이다.
이 실시예의 세 번째 옵션은 하나 또는 몇 개의 추가적인 전자기장들을 도입하여 스핀에 따라 달리 S x = ± 1,0에 따라 스트림들을 굴곡(bend)시키는 것이다. 이 옵션을 위해, 물질파 렌즈는 예를 들어 x > 0에 대해 y = +h, x < 0에 대해 y = -h에 위치될 수 있을 것이다. 장 E 및 B의 적절한 조정으로, 전자기장은 중수소 스트림을 ( x , y , z ) = (0,0,0)을 향해 굴곡시키도록 설계될 수 있는데, 이 경우 원하는 스핀 컴포넌트 스트림들만이 ( x , y , z ) = (0,0,0)에서 어떤 각도로 만나고, 원치 않는 중수소 스트림들은 너무 빨리 또는 너무 늦게 굴곡되어 x = 0에서 만나지 않아 상온 핵융합 경계 조건 
에서 
을 충족하지 않는다.
(21)의 모든 상수들을 결정하는 초기 및 경계 값들을 이제 논의할 것인데, 그중에서도 이온화 챔버로부터 유출되어 핵융합로로 진입되는 단위시간 당 중수소들의 수를 조정(scale the number)하기 위해 논의될 것이다. 이온화 챔버로부터 유출되어 핵융합로로 진입되는 중수소들의 수는 이온화 챔버 내의 중수소 밀도에 의해, 그리고 이온화 방사의 강도에 의해 제어된다. 모든 x에 걸친 해는 경계 조건 
을 여기 사용된 간격 l 1 ± ε이 동적 상태(dynamics)에 영향이 없다는 근사와 맞춤(matching)으로써 
및 
에 대한 해들을 결합(joining)함으로써 주어진다. 다시 한 번, 이 가정의 목적은 단지 본 발명의 이 실시예를 설명하기 위한 것이다.
초기값 및 경계 조건들은 중수소 융합의 확률을 최적화시키도록 선택된다. 이 최적화에 대한 정보를 추출하기 위해, 상대론적 QFT의 일부 원리들이 호출된다. 융합의 확률은 (강한) 상호작용을 달성할 확률로 간주될 수 있는데, 상호작용의 확률은 초기 상태 |i〉로부터 최종 상태 |f〉로의 특정한 산란의 확률로 산란 행렬(scattering matrix)에 의해 표현될 수 있다. 이 확률은 |〈 f | S | i 〉|2에 비례한다. 이제 시스템 해밀토니안 H의, 2개의 중수소들이 큰 거리로 이격되어 상호작용하지 않을 때 H를 기술하는 자유계 부분(free system part) H 0 과 상호작용 해밀토니안 H 1 으로의 다음 형식의 분할을 가정하면
S 행렬은 상호작용 해밀토니안 H 1 의 시간순 곱(time ordered product) T 에 대해 자연 단위(natural unit)( h = 1, c = 1)의 멱급수로 다음 형식으로 전개될 수 있는데(F. Mandl & G. Shaw, 양자장 이론(Quantum Feld Theory)(John Wiley and Sons Ltd. 1986), 섹션 6.2, 식 (6.23)):
여기서의 핵심은 (23)의 H 1 이 단지 H 0 의 작은 섭동이라는 점에서 멱급수로서의 S 행렬의 도출이 상호작용이 약한 것에 의존하지 않는다는 것이다. 섭동법(perturbation method)은 (24)의 첫 몇 항 뒤 (24)의 전개를 급속히 절단하여 (24)가 급속히 수렴한다고 가정하거나 
가 대각선인 표현(representation)(상호작용 표현으로 지칭)에서 상태를 표현할(expressing) 때 섭동 상태가 단지 시간에 대해 서서히 변화할 때의 경우에만 유발된다. QED에서는 예를 들어 
들이 미세 구조 상수(fine structure constant) 
로 표현되고, 멱급수 항 
은 
에 비례할 것이어 (24)가 급속히 수렴할 것이다. 멱급수 (24)의 존재는 또한 물리적 프로세스 및 해당 파인먼 그래프로 본 각 차(order)의 멱급수의 어떤 가능한 해석과 독립적이다. 형식 (24)의 멱급수의 존재는 (24)의 수렴성에만 좌우되는데, 이는 첫 몇 개의 등 뒤에 합을 반올림하여 
가 잘 근사되었다고 가정하는 섭동법과 비교할 때, 형식 
의 멱급수에 대한 비판정법(ration test) 
로 표현될 수 있다. 위 섹션 3에 기재된 바와 같이 유효 빈 공간(effective null surface)들로 정의되는 글루온 장에 관한 원리로부터, 시공간의 CΔ 구조로부터, 그리고 질량이 복소 시공간(complex space-time)에 연계되는 일반 상대성으로부터(R.Penrose & W.Rindler, Volume 1, 2 스피너 미적분학 및 상대론적 장(Two-Spinor Calculus and Relativistic Fields)(Cambridge University Press 1990), 섹션 4.6, p. 231-237 참조), 우리는 일반적으로 멱급수로 표현될 수 있는 해석적 장을 기대한다. 이에 따라 (24)가 가정되지만 (24)가 여전히 수렴하도록 강한 상호작용을 갖는다. 에너지-모멘텀 공간의 파인먼 진폭(Feynman amplitude) 
에 대한 S 행렬(24)은 전이 진폭(transition amplitude)의 면에서 다음으로 쓸 수 있는데(F. Mandl & G. Shaw, 양자장 이론(Quantum Feld Theory)(John Wiley and Sons Ltd. 1986), Section 7.3, 식 (7.45)):
식 (25)는 상호작용의 상세한 정보가 파인먼 진폭 
으로 반송되는 경우의 일반적 표현이다. (25)의 인덱스 
는 상로작용 또는 산란 전과 후의 외부 입자, 또는 이와 동등하게 모멘텀 공간 파인먼 도표의 외부 선(external line)들을 지칭한다. 식 (25)가 이제 채널 
에 적용된다. 중수소가 핵융합로 노심의 양 또는 음의 
로부터 방출되는지 여부를 나타내는 인덱스 
및 
와, 각가 방출된 광자에 대한 인덱스 1 및 2와, 각각 중성자와 양성자에 대한 인덱스 
및 
를 갖는 S 행렬 방정식의 산란에서 양성자와 중성자를 별도로 취급하면 식 (25)는 이제 다음으로 쓰일 수 있는데
(26)에서, 결과적인 
내의 중성자 및 양성자들의 질량과 에너지는 마지막 인자에서 동일한 것으로 근사되어왔다. (26)으로부터 파인먼 진폭 
으로 반송되는 상호작용과 독립적으로, 
에 대한 중수소 융합에 의한 상호작용의 최대 확율은 모든 인자들에서 
일 때임을 즉시 알 수 있다. (20)의 상수 
및 
에 포함된 장
및 
를 제약하는 경계 조건들은 이에 따라 비상대론적 중수소 모멘텀 및 속도가 핵융합로 노심 내의 
에서 
및 
이 된다. 요약하면, 상온 핵융함 경계 조건들은 도 6을 참조하여
(27a)에서, 상대론적 역학이 사용된다면 
이 
을 공식적으로 표현하거나, 또는 비상대론적 양자역학이 사용된다면 
의 작은 이웃에서 
이다. 
으로부터, 이온화 챔버 내의 저온 한도에서 
에서 
일 때 중수소의 이온화의 반작용을 무시하고 자기 스핀 분할을 무시하면, 
에 의한 중수소 가속은 
에 의해 정확히 상쇄(cancel)되거나, 더 정확히는 다음이 되어야 하는데
동적 또는 양자 상태 준비의 방법에 의한 중수소 융합의 확률을 최대화하기 위해, 양측으로부터의 2개의 중수소들은 맥스웰 장에 의해 
인 점 
로 수송될 필요가 있고, 
에서 정확한 스핀 및 아이소스핀 분극 P#N+N#P을 갖는다. 이것이 정확히 달성된다면, 중수소 융합이 확실히 발생, 더 정확히는 높은 확률로 발생될 것이 명확하다. 보손으로 간주되는 중수소가 충분히 가까워지고 나면 항상 견인력 있는 보손 교환 에너지(always attractive boson exchange energy)가 중수소를 항상 견인력 있는 핵력(always attractive nuclear force)이 주도(take over)할 만큼 충분히 근접할 때까지 견인한다는 사실에 기인한다. 큰 거리의 핵력은 유카와 전위(Yukawa potential)로 근사될 수 있다(see John Dirk Walecka, 이론 핵 및 소립자 물리학(Theoritical Nuclear and Subnuclear Physics)(Imperial Collage Press 2013), Appendix A, p. 549-, 식 (A.8) 참조):
우리는 유카와 전위를 중립 (유사) 스칼라 
중간자(meson)의 교환과 연게된 상호작용으로 간주한다. 여기서 중립은 정확한 아이소스핀 분극, 즉 N#P이 얻어지고나면 이 핵 상호작용이 N#P의 순서를 변경하지 않는 것을 의미한다. 여기서 스칼라 속성(scalar property)은 정확한 스핀 방향이 얻어지고 나면 이 핵 상호작용이 스핀 방향을 변경하지 않는 것을 의미한다.
낮은 에너지 
에서의 핵 상호작용 범위의 추산으로, 우리는 공지의(known) 실험적 중성자-양성자 유효 핵 상호작용 범위를 취한다. 낮은 에너지에서의 단면(cross section)은 20.4 반(barn)(John Dirk Walecka, 이론 핵 및 소립자 물리학(Theoritical Nuclear and Subnuclear Physics)(Imperial Collage Press 2013), 섹션 1.2, 식 (1.4) 참조) 또는 
이다. 
으로부터, 이는 
, 또는 
f.m을 제공한다. 
보다는 핵융합을 위한 핵 상호작용 범위의 좀더 보수적인 다음 값이 사용될 것인데
홀수-홀수 중성자-양성자 융합에 비해 중수소-중수소가 짝수-짝수의 중성자와 양성자로 융합되므로 동적 상태 준비가 전자기 반발을 완전히 제거한다면, 사실 위 저 에너지 중성자-양성자 단면은 아주 작을 것으로 기대할 수 있다. 하나의 인자는 중성자-양성자 경우 동일한 입자 상태 함수 대칭화(symmetrisation)가 없는 반면, 동일한 입자인 중수소-중수소 융합에서는 추가적인 견인 중수소-중수소 교환 상호작용으로 결과되는 보손 상태 함수 대칭화가 존재한다는 것이다. 또한 핵물질에 대해서는. 양성자 또는 중성자보다 더 큰 중수소는 핵 상호작용의 범위를 더욱 확장한다. 중성자-양성자에 대한 중수소-중수소 융합의 이점은 결합 에너지(binding energy)들의 차이로 설명할 수 있다. 중수소 내의 중성자-양성자 결합 에너지는 
인 반면, 
내의 중수소-중수소 결합 에너지는 
이다. 이 차이가 강한 유카와 전위 (19)로 해석되면, (29)의 
및 
가 변화되지 않으므로 중수소-중수소 융합 경우에 핵 범위가 확장된다. 그럼에도 불구하고, 이론적 한도를 시럼할 목적으로, 특히 하이젠베르크(Heisenberg)의 불확정성 원리(Principle of Uncertainty)와 연계하여, 그리고 극단의 조작 목적의 설정을 위해 (33)이 사용될 것이다.
요약하면, 2개의 중수소들을 
에서 
으로부터 
이내로 위치시킴으로써 핵융합로 노심과 
이웃의 중수소 융합의 높은 속도(rate)가 얻어진다. 범위 
까지 유지될 수 없어, 2개의 중수소들은 거의 동시에 영역 
내에 위치할 필요가 있다.
각 융합 중수소에 대해 
및 
에 도달하는 정밀도(precision)에 3개의 제한 인자들이 기본적으로 존재한다. 이 근사에서 우리는 장
및 
들이 무한한 정밀도로 결정될 수 있는 고전적 장들이라고 가정한다. 장
및 
들이 무시되었을 때, 나머지 제한 인자들로 하이젠베르크의 불확정성 원리와 점입자 근사가 사용되었다. 점입자 근사에 관해서는, (30)의 중수소 반경 
이 
fm이고, 이에 따라 요구되는 10 fm 정밀도보다 현저히 더 작다. 이에 따라 점입자 근사는 요구되는 조작 정밀도에 중요한 료과를 갖지 않는다. 
및 
에 동시에 도달하는 해상도의 나머지 한도는 하이젠베르크 한도이다. 불확정성(uncertainty) 
에 대해 비상대론적 근사 
에서 이 하이젠베르크 한도는
(37)을 영역 
fm 내에서 보내는 시간 
과 비교하면, 중수소가 영역 
에서 보내는 시간 내에 평균 
회의 중수소 융합이 일어난다고 할 수 있다. 이 결과로부터 중수소 융합을 유지하면서 중수소 동적 상태 준비 
에서 
가 가능하다고 할 수 있다. 이에 따라 핵융합로 노심에서 높은 비율의 중수소 융합을 얻는 것은 단지 
축을 따른 조작 정밀도(engineering precision)의 문제일 뿐이다.
물질파 렌즈의 하나의 목적은 
및 
방향들에 요구되는 저정밀한 조작을 얻는 것이다. 전체 렌즈 효과(total lensing effect)는 물질파 렌즈와 장 
및 
로 얻어진다. (본 발명) 방법을 예시하는 이 간단한 실시예에서, 장 
은 
및 
에 의한 모든 렌즈효과(lensing)는 물질파 렌즈에 의해 달성되고, 여기에 선택적인 자계 및 전계 장들이 렌즈를 향상시키도록 추가될 수 있다, 로렌츠 힘(8)로부터, 중수소들은 좌표
로 
축 둘레를 회전할 것인데, 여기서 
인 
및 
는 다음과 같이 직접 연산에서 얻어진다(L.D. Landau and E.M. Lifshitz, 장의 고전 이론(The Classical Theory of Fields)(Pergamon Press 1975, Fourth Revised English Edition), §21, 식 (21.3), (21.5), (21.6) 참조). 자계 효과를 무시할 때, 
에서 물질파 렌즈의 출구점에서의 회절로부터 핵융합로 노심으로 방출되는 동일한 스트림 내의 중수소-중수소 상호작용을 무시하면 중수소 스트림의 핵융합로 및 핵융합로 노심으로의 분산(spreading)이 이뤄진다. 이 회절은 
아웃에서 (13)에 사용된 벡터 전위 
의 맥스웰 방정식들의 정확한 해에 대해 슈뢰딩거 방정식 (13)의 정확한 해들에 의해 연산될 수 있다. 이와는 달리, 이 회절은 파장 
또는 
로부터 
인 드브로이 파의 기하 광학 유추로 연산될 수 있다. 이 후자의 모델에서, 100K에서의 중수소 속도는 위로부터의 
, 또는 
이다. 이로부터 
에서 점입자 근사에서 중수소에 대해 
하고 할 수 있다. 물질파 렌즈의 개구(opening) 
이 중수소 드브로이 파장 
보다 훨씬 더 큰 한, 즉 100K의 가상 속도(hypothetical velocity)에서 
인 한, 기하 광학 유추를 사용한 회절 연산이 사용될 수 있는데, 이는 여기서 프라운호퍼 회절(Fraunhofer diffraction)에 해당한다(L.D. Landau and E.M. Lifshitz, 장의 고전 이론(The Classical Theory of Fields)(Pergamon Press 1975, Fourth Revised English Edition), §61, p. 153-).
광학 빈 조건(optics null condition) 
은 물질파에 적용되지 않고, 모든 기하 광학 방정식들이 이에 따라 조정되어야 함을 유념해야 한다. (본 발명) 방법의 이 실시예의 설명을 간략화하기 위해, 다시 하이젠베르크의 불확정성 원리를 사용하는 제3의 방법이 여기 사용되어 회절 효과를 추산할 것이다. 중수소를 물질파 렌즈 개구에 구속하면(constraining) 
이 될 것인데, (34b) 및 (34ㅊ)로부터 
and 
모멘텀들에서의 최대 정밀도를 다음과 같이 산출하는데
물질파 렌즈는 이에 따라 
에서의 회절 (38)의 효과가 
에서의 물질파를 (33)으로 주어지는 10fm의 융합 영역 외부로 현저히 분산되지 않도록 하는 방식으로 구축되어야 한다. 
에서의 회절의 효과는 일반적인 경우 장 
및 
와, 
및 
,와 
등 모든 물리적 크기에 좌우되고, 물질파 렌즈가 중수소 스트림을 
에서 10 fm 이내에 초점을 맞추도록 선택되어야 한다.
이 시점까지, 중력은 본 발명 실시예에서 무시되어 왔다, 예를 들어 중수소 스트림들이 축적된 헬륨 또는 다른 분자들과의 충돌로 왜곡되지 않도록 하기 위해, 또 전자기장이 분극 및 다른 효과들로 왜곡되지 않도록 하기 위해 핵융합로는 이 간단한 예에서 적절한 대기 진공(atmospheric vacuum)으로 유지될 필요가 있다.진공에 기인하여, 중력장은 핵융합로가 행성(planet)의 표면에 구축되었을 때 
에서의 핵융합로 내의 
중수소들이 중력의 중심을 향해 낙하하기 시작하는 증가하는 효과를 가질 것이다. 이 실시예를 설명할 목적으로 우리는 핵융합로가 지구의 표면, 지구 표면에 접선으로 구축되며 그 물리적 크기 
이 지구의 크기에 비해 훨씬 더 작다고 가정한다. 이 근사는 수학적으로 
축이 지구 표면에 접선일 때 중력장 내의 중수소의 가속이 핵융합로 또는 핵융합로 노심 내의 좌표 
에 의존하지 않음을 의미한다. 우리는 지구의 중심을 지향하는 음의 
축을 갖는 
축을 선택했다. 이 근사에서, 지구 회전으로부터의 효과들 역시 무시되었다. 어떤 
-좌표 
에 대한 
에서, 핵융합로가 건설된 지구 표면의 점에서의 유효 중력 가속도 
에 대한 중력 포텐셜(gravitational potential)은 이제 다음으로 근사될 수 있는데
항 (39)를 식 (14)의 해밀토니안에 추가함으로써 중력 기여를 동적 계에 추가할 때, 2개의 
및 
들은 유사 고전적 중수소 궤적 근사에서도 더 이상 소실되지 않는다. 이제 
및 
좌표들이 설명에 도입되고, 자계 
가 단순히 스핀 투사 부분을 고정하는 것이 아니라 (8)에 예시된 바와 같이 완전한 운동에 영향을 미친다. 정확한 모델에서는 스핀에 대한 중력 효과 역시 포함되어야 한다. 중력 역시 핵융합로으 물리적 크기의 요구되는 정밀도 조작을 증가시키고, 양 및 음의 
축을 교체할 때 장은 정확히 대칭일 필요가 있다. 작은 중수소 빔 강도에 대한 이온화 챔버로부터의 중수소 방출은 2개의 중수소들에 
에서 동시에 만나도록 정확히 동기되어야 한다. 이 문제는 중수소가 평균적으로 
으로 
에서 중력 및 전자기장내에 주어진 스핀 투사를 갖고 부류(hovering)를 유지하도록 (28)의 수정에 따라 양 및 음의 
축 간의 전계 
에 비대칭성을 도입하는 것과 함께, 
축을 지구 중력의 중심을 지향하는 선에 정렬시키기 위해 발전소 내의 핵융합로 
축을 각도 
만큼 회전시킴으로써 저감될 수 있다. 
축의 이 회전은 중수소 스트림 강도를 증가시킬 필요없이 융합 확률을 증가시킬 것이다.
(본 발명의) 이 실시예는 주로 좌측 
으로부터 방출되는 P#N 아이소스핀 분극된 중수소와 우측 
으로부터 방출되는 N#P 아이소스핀 분극된 중수소에 의해 설명되어 왔다. 우리는 이 분극 진행중인(undergoing) 융합을 심볼로서 좌측부터 우측까지 P#N
N#P로 쓴다. 그러나 본 발명 방법은 다른 분극으로 구현될 수도 있음을 알아야 한다. 이에 따라, 아이소스핀 분극이 상쇄하는 전자기 반발은 마찬가지로 N#P
N#P 또는 P#N
P#N이 될 수도 있다. 아이스스핀 분극에 변경을 갖는 실시예는 전자기장 및 선택적인 스핀 필터에 대응 변경을 요구, 즉 동적 상태 준비가 달리 수행된다.
산출된 에너지의 각 분포에 관해서는, 채널 
의 예에 대해, 이 실시예의 일반적 대칭성으로부터 
축의 회전에 관해서는 물리(physics)가 불변, 즉 
평면에서의 회전이다, 이는 방사되는 에너지가 이 회전에 관해 대칭일 ㄱ-거것을 의미한다. 둘째로, 2개의 중수소 보손들은 2개의 중수소의 교체(interchange)에 대해 대칭이다. 이로부터, 산출된 에너지가 
평면으로부터 측정된 각 
에 관해 대칭으로 방사된다고 말할 수 있다. 방사의 정확한 
-종속성은 경우에 따라 실험적으로 결정될 수 있다. 핵 상호작용들이 (29)에 의해 정확히 기술괴면, 방사는 구면 대칭이 될 것으로 기재할 수 있지만, 실험에 의하면 이 상호작용은 스폰 의존적이고, 
, 
, 
등의 짝수 스핀들에 대해 가장 강한 스핀 의존성이라고 알려졌다(John Dirk Walecka, 이론 핵 및 소립자 물리학(Theoretical Nuclear and Subnuclear Physics)(Imperial Collage Press 2013), 섹션 1.4, 섹션 1.9 참조). 짝수 
경우를 갖는 실시예의 이 설명에서, 2개의 중수소들이 
상태 
로 융합되고, 이 채널에 대해 2개의 광자들이 
에서 
에 대한 스핀 및 모멘텀의 보존으로부터 동일한 광자 에너지와 반대의 헬리시티(helicity)를 갖고 정확히 대척(antipodal)(각
) 방향으로 방출된다. 핵융합로 노심의 설계는 핵융합로 노심에서 산출된 전체 에너지에 의해 축적기로 방사되는 에너지의 비룰 향상시키기 위해 핵융합로 노심을 분리하는 쉴드(shield)의 각도 
로 조정되고, 자계와 축적기의 조정이 이어진다. 
축 둘레의 회전 대칭은 최적 융합 산출 효율을 위해 유지되어야 한다.
특정한 실시예의 이 간단한 설명은 명시적(explicit) 스핀 필터를 사용하지 않는다. 이 실시예에 대한 스핀 필터는 최적 융합 효율을 위해 아이소스핀 및 스핀 분극 중수소들을 바르게(correctly) 추출하기 위해 에너지 분할 (11)을 사용하는 에너지 필터로 기술할 수 있다. 스핀 필터는 원칙적으로 분극이 스핀으로 대체된 빛 또는 더 일반적인 전자기파에 대한 분극 필터의 유추로 동일한 방식으로 작용한다.
여기서 사용된 원리는 중수소 스트림에서 스핀 필터와의 중수소 상호작용이, 추출하기 원하는 바른(correct) 스핀 또는 스핀 및 아이소스핀 양자가 필터와 상호작용하지 않지만 관심 입자가 상당한 확률로, 가능하기로 스핀 필터로 결정된 위상 천이 
를 갖고 필터를 통과하는 방식으로 스핀 또는 스핀 및 아이소스핀 양자에 좌우된다는 것이다. 원치 않는 스핀 또는 스핀 및 아이소스핀들은 필터와 상호작용하여 흡수되거나 
축과 다른 방향으로 산란됨으로써 중수소 스트림으로부터 추출된다. 스핀 필터는 어떤 고체, 액체, 또는 기체 매질이거나, 또는 단순히 전자기장 구축, 또는 고체, 액체, 기체 및 전자기장 구축의 임의의 조합일 수 있다. 스핀 필터가 사용되면, 필터 결과를 향상 및 유지하기 위해 필터와 연계하여 자계 
가 여전히 항상 적용된다.
실험에 의한 명시적 스핀 필터 설계는 물리적 스핀 필터 소재를 변경하여 달성되는데, 이는 전형적으로 방향성 산란 의존성을 도입하고 결정 방향을 변화시키며 드브로이 파장의 단색기 출력을 변화시키고 이어서 최대 상온 핵융합 확률이 달성되는 조합에서 측정하기 위해 결정성 물질 또는 조성이다.
그러나 본 발명의 예시된 실시예는 바른 스핀 및 아이소스핀들만이 
에서 
에 정확히(하이젠베르크 원리 한도 내에서) 도달할 것이라는 점에서 내재적(implicit) 스핀 필터를 포함하고 있다. 바르지 않은(incorrect) 스핀 및 아이소스핀들은 
에 도달하기 전에 
방향으로의 이동으로부터 이탈하거나(너무 약한 운동 에너지) 또는 
을 통과한다(너무 강한 운동 에너지). 이는 상당한 융합이 달성되기 까지 전자기장 
및 
를 변화시킴으로써, 특히 주어진 특정한 전계 
에 대해 자계 
를 변화시킴으로써 실험적으로 달성될 수 있다. 원치 않는 스핀 및 아이소스핀들의 원하는 중수소 스트림과의 상호작용을 최소화하기 위해 스핀 필터 구축이 바람직하다.
요구되는 것과 반대의 스핀 또는 아이소스핀에 기인하여 또는 핵융합로 노심의, 주어진 충격 에너지에서 너무 작은 융합 단면에 기인하여 융합이 진행중이 아닌 중수소들은 Q1 및 Q2에서 다시 수집될 것인데, 여기서 이온들은 일반적으로 중립 중수소 원자로 환원되고, 예를 들어 압력 구배에 의해 수송되어 재활용을 위해 
가스 챔버에 재투입되는데, 이 점에서 
밀도와 작동 온도에 따라 대부분의 
는 
가스로 다시 재조합된다. 산출된 
는 예를 들어 축적기에 가까운 약하게 하전된 경계 점들에 축적되고 주로 경계에서 
에 재조합된 후 예를 들어 압력 구배에 의해 수집된다.
본 발명 방법의 이 실시예를 설명하기 위한 위 간단한 모델의 2개의 인자들이 동적 상태 준비와 중수소 스트림의 품질을 저하시킨다.
첫 번째(인자)는 동일한 스트림 내부의 중수소들 간의 상호작용이다. 두 번째(인자)는 연산자 고유값 
이 시도되지만 실제로는 
이고
1, 및 
일 때의 특정한 실시예에서 스핀이 정확히 
는 아니라는 점에서 부정확한(non-exact) 스핀 상태 준비이다. 제1 효과를 포함하여 위 모델을 개선할 흔한(common) 표준적인 방법은 스트림 내의 각 중수소가 스트림 내의 다른 중수소들로 생성된 평균장 내에 위치하는 것으로 간주하는 것인데, 이는 (비상대론적) 평균장 이론(Mean Field Theory) 또는 상대론적 평균장 이론으로 지칭된다. 충분히 낮은 중수소 밀도에 대해, 중수소는 유효 핵 상호작용 범위보다 훨씬 이격된 중수소 거리를 가져 상호작용 평균장은 전자기장 상호작용으로 한정될 수 있다. 비상대론적 경우 
에서의 이 새로운 유효 전위가 핵융합로 방정식 (14)에 해밀토니안의 추가 항 
으로 추가된다.
두 번째(인자)는 위 도 4에 도시된 바와 같이 
에서의 작은 잔여 전자기 반발로 결과된다. 이 잔여 반발이 핵융합로 해밀토니안에 또 다른 항 
을 추가한다. 잔여 반발은 위에 주어진 중력 교정 외에도, 조건 (28)에 하나 더 수정을 야기한다. 모델에 이 특정한 교정을 추가하면, 적분상수가 무시되고 핵융합로가 
회전한 일반 방정식 (13)은 다음으로 고쳐 쓸 수 있는데
요약하면, 도 6을 참조한 핵융합로에 대해, (본 발명) 방법의 이 특정한 실시예는 
에 도달하기 전에 중수소 스핀을 자계에 정렬하기 위해 충분히 강한 자계 
와 
에서 충분히 강한 아이소스핀 분극을 달성하기 위해 충분히 강한 자계 
를 요구한다. 특히 이온화 챔버에서 낮은 작동 온도와 강한 장을 사용하는 것이 바람직하지만 작동 온도를 상승시키고 전자기장 강도를 저하시키는 것도 가능하다고 고려할 수 있다. 이러한 실시예에 요구되는 장은 이론적으로 추산되고 수치적 또는 실험적으로 결정될 수 있다.
본 발명에 따른 상온 핵융합을 가능하게 하는 동적 또는 양자 상태 준비 방법의 위 예시적 실시예에서, 선택적인 스핀 필터가 사용되지 않을 때 이온화 챔버로부터 방출되는 중수소들은 근사 평균 형식 
의 
에 관해 분극되지 않은 중수소로 기술된다. 중수소 원자가 0이 아닌 전체 각 모멘텀을 가지므로, 이 실시예는, 이온화 챔버로부터 방출되는 중수소들이 이미 분극 또는 부분적 분극되어 
및 
일 때 평균 상태가 
가 되도록 이온화 방사를 설계함으로써 개선될 수 있다. 이 경우, 이온화 챔버는 동적 또는 양자 상태 준비에 참여한다.
이온화 챔버로부터 방출되는 분극되지 않은 중수소의 경우, 그리고 충분히 낮은 작동 온도에 대해, 중수소가 자계 내를 이동하고 나면 저에너지 
가 선호 상태(preferred state)인 반면, 식 (6)에 따라 상태들에 걸친(over) 균등 분포(equal distribution)는 한도 
에서만 타당하다. 이에 따라, 선호 상태 
로의 전이는 핵융합 챔버와 자계 섹션 
간의 어딘가에서 발생되어야 한다. 이러한 전이는 실제, 세그먼트 
을 삭제함으로써 수학적 이상화에서 은닉(hidden)된다. 단순히 위상 천이를 가정함으로써 
축의 다른 세그먼트들에 걸쳐 해들을 맞추는 수학적 근사는 이에 따라 제한을 갖는다. 세그먼트 
에 대한 맥스웰 방정식의 정확한 CΔ 해는 
에 종속되는 자계 
, 
를 제공할 것이다. 표준 양자역학으로부터, 
이 일반적으로 
의 함수와 소통(commute)하지 않으므로 (40)의 해밀토니안 항 
은 더 이상 자기 연산자 항 
과 소통하지 않는다. 이에 따라, 연산자 
는 해밀토니안과 소통하지 않는다. 이는 
, 또는 기대값 
이 범위 
에서 일정하지 않다, 즉 주어진 자계 
에 대한 
및 
의 투사가 중수소의 근사 경로를 따라 변화된다. 이는 슈뢰딩거 표현(representation) 내에 시간 유도 연산자(time derivative operator) 형식으로 다음과 같이 표현(express)된다(L.D. Landau and E.M. Lifshitz, 양자역학(비상대론적 이론)(Quantum Mechanics(Non-relativistic Theory))(Pergamon Press 1977, Third Edition), §9, 식 (9.2) 참조) 
.
더 정확히, 그리고 이 논의에서 전계 가속을 무시함으로써 간략화하면, 이 경우 식(7)은 해밀토니안 고유값 
에 대해 고유값 
이 되는데
식 (41)은 (17)에서 사용되었던 것처럼 더 이상 형식 
으로 분리 가능하지 않은데, 범위
상에서 
를 따른 스핀 및 선형 모멘은 더 이상 다른 차원들에 작용하는 독립적 연산자들이 아님을 의미한다. 계가 방사하지 않으면, 즉 
이거나, 이와 동등하게 계가 외부 자계에 시간에 있어 일정하게 고립되면(L.D. Landau and E.M. Lifshitz, 양자역학(비상대론적 이론)(Quantum Mechanics(Non-relativistic Theory) Pergamon Press 1977, Third Edition), §10, p. 27- 참조), 전체 해밀토니안 
만이 보존되는데, 이는 
으로 표현되고, 동일한 에너지 수준 
내의 
에 대한 
의 투사의 전이는 선형 모멘텀 
의 대응 전이 또는 변경으로 유도될 것이다. 결론적으로, 다른 스핀들을 갖는 중수소들은 다른 모멘텀들을 가질 것이다. 동일한 에너지 수준 
에 대한 스핀과 선형 모멘텀들 간의 전이에 대한 이 조건은 다음으로 쓸 수 있는데
도 6과 같이 선택된 
의 극성을 갖고, 우리는 예를 들어 P#N+N#P에 참여하지 않은 중수소들, 즉 스핀 
들에 대해, (33)으로 주어진 바와 같이 융합 영역 
에 도달하기 전에 중수소 스트림을 박리(peel off)시키는 한편, 
가 이 영역에 도달할 것이다. 이로부터, 우리는 다음 조건들로 주어지는 장 
및 
간의 관계를 얻는데
실제, (33)이 예를 들어 유카와 전위 (29)로 기술된 보수적 추산이고 이는 준비되지 않은 동적 또는 양자 상태에 대한 평균 자기 반발의 효과를 포함한다. 이에 따라 바른 동적 및 양자 상태 준비들이 실행되면 조건 (33) 및 (44b)들이 대신 다음이 된다고 가정하는 것이 합리적일 것인데
위 방식으로 기술된 바와 같은 내재적(implicit) 스핀 필터는 양자역학 효과로부터 발생된다. 
축을 따른 전이의 더 정확한 처리에는, 
평면의 동적 및 양자화가 고려되어야 한다.
위에 이미 언급한 바와 같이, 이 실시예는 
를 향한 이러한 전이를 공명 주파수로의 전자기 방사의 인가에 의한 유도 방출(stimulated emission)의 표준 양자역학 또는 QFT 기구를 통해 자극함으로써 더욱 개선될 수 있다. 이 공명 주파수들은 유도 전이를 위한 공명 전자기 방사의 주파수 
에 대해 (11)에 주어진 에너지들과 관계 
에 의해 정의된다,
융합 산물에 관해, 운동 에너지가 중수소들에 충돌함으로써 쿨롱 장벽(coulomb barrier)을 극복하도록 사용되는 전통적 열핵융합(thermonuclear fusion)에서는 
의 융합에서의 질량 차이 외에도, 핵 기저 상태 이상의 0이 아닌 각 모멘텀 잉여 에너지를 갖는 
의 여기 불안정 에너지 상태(excited unstable energy state)가 아스테리스크(*)를 갖고 심볼로 쓰면
실험들은 다음 분기비(branching ratio)를 갖는 이 0이 아닌 각 모멘텀 
에 대한 붕괴 경로들을 보였는데
그러나 상온 핵융합의 이 실시예에서는, (27a)에서와 같은 
에서 고전 역학 항 
의 정확한 동적 또는 양자 상태 준비를 위해, 시작점은 예를 들어 껍질 모델(shell model)의 0이 아닌 각 모멘텀을 나타내는 일반적 
과 같은 일반적 (46)이 아닌 한편, 상쇄 중수소 스핀을 갖는 정확한 동적 또는 양자 상태 준비는 각 모멘텀의 보존으로부터 정적 또는 준정적인 구면 대칭 0 각 모멘텀 
을 생성해야 한다. 상온 핵융합 시작점은 단지 2개의 중수소들과 
에서 운동 에너지 
을 갖는 헬륨 핵 기저 상태 질량 차이 
이다. 이에 따라 (46) 대신, 상온 핵융합 시작점과 유일한 채널인 (46)의 좌변의 (47c)의 우변에 대한 단축(short-cut)은
결론적으로, 상온 핵융합은 채널 (47a)의 중성자들과 채널(47b)의 삼중수소로부터의 방사선이 이 상온 핵융합 실시예에서 사라져 정확한 동적 및 양적 상태 준비에 놓이게 된다는 점에서 열핵융합보다 더 청정하다. 축적기를 위해 설계된 
의 
방사만이 잔류한다. 우리는 형식 (47c)의 채널을 상온 핵융합 채널(Cold Fusion Channel)로 지칭한다.
(47c)에서의 
의 분기비는 동적 또는 양자 상태 준비 방법을 적용 없이 이온화된 중수소에 대한 상온 핵융합이 우연히 얻어질 확률의 크기의 정도에 대한 추산을 제공한다.
쌍극자 전이(dipole transition)에 대해 일반적 양자역학 선택 규칙들은 
전이 방식의 상온 핵융합 채널을 차단한다(prohibit). 이 금지된 쌍극자 전이가 시간 반전(time reversal)을 고려함으로써 2개의 
양자들에 대한 정보를 제공한다. 
상태가 시간 반전 대칭을 의미하므로, 상온 핵융합 채널의 실행 전후 모두에, 우리는 
에서 2개의 
양자들의 전계를 서로에 대해 위상 
로 위상 천이함으로써 전기 쌍극자를 제거할 수 있다. 그러나 위상 천이 
는 시간 반전과 동등하다. 이에 따라 2개의 
양자들은 서로에 대해 시간 반전된 사본들인데, 이는 전기 쌍극자를 제거할 뿐아니라 시간 반전 대칭성을 유지한다. 
전이는 이 계의 감각에서 전기 쌍극자 전이가 아니다.
전이에 관해, 우리는 스칼라장 전이의 감각으로 
전이의 이론적 가능성을 선험적으로(a priori) 배제하지 않는다. 이러한 시간 종속 스칼라장은 여기서 클라인 고든 힉스(Klein-Gordon-Higgs) 장 방정식 (3)에 따라 자유 구면 대칭 스칼라장을 방출하는 구면 대칭 질량-에너지 밀도 진동으로 해석될 수 있다. 하나의 이러한 상호작용 모델이 스칼라 메손 방정식(scalar meson equation) (16b)로 제공되지만, 이 경우 (16b)의 우변 생성자(R.H.S. generator)는 시간 종속 바리온 밀도이다. 이 종류의 동역학에 대해, 우리는 유카와 전위 (29) 형식의 정적 및 큰 중심 질량 한도의 장거리 견인 음전위를 보완하는 단거리 반발 양전위를 필요로 한다. 이러한 반발 항 
은 이 한도에서 식 (16a)로 주어져(John Dirk Walecka, 이론 핵 및 소립자 물리학(retical Nuclear and Subnuclear Physics)(Imperial Collage Press 2013), 섹션 14.1, 식 (14.4) 참조) 
로 결과된다. 아이소스핀 
를 포함하는 표준 핵 용어로, 
및 
를 갖는 짝수-짝수 핵 
는 특수한 저에너지 융합 산물 구성을 나타낸다.
전술한 핵융합로 실시예는 또한 나노 반응로 또는 심지어 더 작은 양자 반응로 ㅎ형태로도 응용분야를 발견할 수 있다. 그러나 충분히 작은 물리적 컴포넌트에 대해 핵융합로 방정식 (14)은 (14)의 해밀토니안에 항 
및 
을 포함함으로써 
평면에서의 동적 진화(dynamical evolution)를 고려함으로써 더 정확히 할 필요가 있다. 이는 
평면에서의 동작의 양자화로 결과될 것이다(다시 L.D. Landau and E.M. Lifshitz, 양자역학(비상대론적 이론)(Quantum Mechanics(Non-relativistic Theory))(Pergamon Press 1977, Third Edition), §112, 식 (112.5) 및 (112.7) 참조).
뿐만 아니라, 
축을 따른 선형 모멘텀 
의 근사적으로 연속적인 고유값 스펙트럼은 일반적으로 이산적 스펙트럼으로 변화되고, 동작의 양자화 역시 
축을 따라 일어난다. 일부 점에서, 전자기장 강도 
및 
를 낮추면, 전자기장의 QFT 처리가 요구될 것이다. 나노- 또는 양자- 반응로에 대해 일반적이 아닌 경우에 고정된 회전에 의해 (39)를 보상할 수 있을 것이다. 이 주된 고려사항들과 별도로, 나노 핵융합로 또는 심지어 더 작은 양자 핵융합로 실시예는 거시적 핵융합로 실시예와 동일하다.
전술한 바와 같이, 도 6은 전자기장 조작에 의한 상온 핵융합을 위한 동적 상태 준비의 본 발명 방법의 핵융합로 실시예의 개관을 제공한다. 가장 단순한 형태에서, 이는 간략화된 핵융합로 방정식으로 표현된 바와 같이 일정하고 균질의 자기 및 전기 장의 조작에 대응한다.
이에 따라, 도 6은 본 발명 방법의 핵융합로 실시예의 개관을 제공하는데, 전자기장 조작에 의해 상온 핵융합을 위한 동적 상태 준비를 수행한다. 가장 단순한 형태에서, 이는 간략화된 핵융합로 방정식으로 표현된 바와 같이 일정하고 균질의 자기 및 전기 장의 조작에 대응한다. 도 6은 이 전자기장 조작의 개관을 제공하는데, 이 전자기장의 목적은 
에서의 상온 핵융합 조건들로 달성된다. 융합 물질 중수소는 이온화 챔버(1)로부터 장 
에 의해 방출되는데, 여기서 이온화 UV 방사는 화살표(7)로 지시된다. 단색기는 바른(correct) 중수소 운동 에너지(8)를 선택한다. 중수소 스트림은 선택적인 명시적 스핀 필터(2)를 통과하여 물질파 렌즈(3)로 진입한다. 전계 
이 (5)에 인가되는데, 
을 달성하고 
에서 아이소스핀을 교정(correct)하도록 설계된다. 인가된 자계 
는 중수소 에너지 수준들을 분할하여 내재적 스핀 필터링(4)을 구현한다. 각도들은 축적기 산란각(
)과 중력장(
)에 대한 조정을 표시한다. 일정하고 균질인 장에 대한 제한은 단지 설명의 목적으로 이뤄졌는데 - 능동 물질파 렌징(Active Matter Wave Lensing)은 일반적으로 균질 또는 비균질 장을 사용할 수 있다. 핵융합로 노심은 단순화된 백색 (6)으로 표시된다. 이 영역의 전자기 조작은 
에서 상온 핵융합 조건을 확보하고 유지하도록 설계된다. 지시된 전기 및 자기 장들은 핵융합로 노심 내부 및 외부 모두의 모든 장 조작들로부터의 결과적 장을 표시한다. 요구되는 것과 반대의 스핀 또는 아이소스핀에 기인하여, 핵융합로 노심에 주어진 충격 에너지에서 너무 작은 융합 단면에 기인하여 융합이 진행되지 않는 중수소는 Q1 및 Q2에 다시 수집될 것이다. 일정하고 균질의 자계는 DC 전류 루프, 가장 흔하기로 코일로 얻어지고, 전계는 하전 분포, 가장 흔하기로 캐패시터로 얻어진다.
5. 축적기(Accumulator)
축적기는 핵융합에서 얻은 에너지를 흡수한다. 이 실시예에서, 그리고 샘플 채널 
에 대해, 잉여 에너지(excess energy)는 
J이다. 이 잉여(에너지)가 2개의 방출되는 
양자들로 분할되면, 각 양자는 대략 
J 또는 
eV
MeV를 반송한다.
이 실시예는 물 
을 잉여 융합 에너지를 수집하는 축적기 벌크(bulk)로 사용한다. 일반적으로, 축적기 벌크에서 cm로 거리 
에서의 흡수는, 
가 cm3 당 
분자들의 수이고 
가 물분자에 대한 cm2의 흡수 단면일 때, 흡수 계수 
에 대해 강도 관계 
로 결정된다. 물로 이송되는 1차(order) 에너지는 콤프톤 산란(Compton scattering)으로 어느 정도의 쌍 산출(pair production) 또는 다른 입자 생성 프로세스이고, 광전효과 등의 2차 프로세스가 이어진다. 물 축적기가 충분히 두꺼우면(thick), 
방사로 반송되는 융합 잉여 에너지는 궁극적으로 물 축적기 내로 열중성화되어 물을 가열한다.
물속에서 
방사에 의해 생성되는 기체는 
및 
를 포함하고, 축적기로부터 수집된다. 수준(water level)은 그 자체로 전통적인 물 조절 조절기에 의해 유지될 필요가 있다.
축적기 물 온도는 냉각을 위한 2차 급수계통(secondary water system)을 통해 물을 펌팡함으로써 작동 온도 및 압력으로 유지된다. 이 실시예에서 2차 급수계통은 증기 터빈 시스템의 일부가 될 수 있다.
물 내의 전체 최대 거리 
인 축적기 깊이는 적어도 10 m 등 적어도 5 m이다. 이 거리는 흡수 계수 
에 영향을 주는 등의 다양한 수용액(water solution)의 사용에 의해 수정될 수 있다. 
축적기의 간단한 개선은 축적기 및/또는 축적기 용기 소재에 예를 들어 Pb 등의 
방사 흡수재 물질(Absorber Material)들을 추가하는 것이다. 이는 동일한 전력 생산에 대한 축적기의 요구되는 물리적 크기를 축소할 것이다. 
방사를 흡수하기 위한 흡수재 물질에 요구되는 벌크 두께는 흡수재 물질의 원자수 
및 밀도 
양자에 좌우되는데, 원자수가 높을수록 
방사 흡수가 더 우수하다. 
에서의 Pb 흡수 계수 
는 대략 
인데, 1 cm의 Pb가 
의 비율을 흡수하고 5 cm의 Pb가 99%의 방사 에너지를 흡수할 것임을 의미한다. 다른 흡수재 물질들에 대한 값은 Pb와 밀도 및 원자수를 비교하고, 밀도 
및 원자수 
변수들과 별도의 선형 근사로서 
의 제1 근사를 연산하여 추산된다, 흡수재 물질의 조성은 우수한 열전도성을 높은 원자수 
및 높은 밀도 
와 조합한다. 이 조건들은 금속들로 충족되고 이런 이유로 금속이 보통 사용된다, 다양한 흡수재 물질에 대한 흡수 계수 값들은 표준 테이블에서 얻을 수 있다.
6. 축적기 - 핵분열 발전소의 핵융합발전소로의 갱신(Accumulator - Upgrading of Nuclear Fission Plant to Nuclear Fusion Plant)
이 섹션은 주로, 나노 핵융합로 또는 양자 핵융합로보다 더 큰 구조들에 관련된다. 도 7은 표준 핵분열 발전소를 도시한다. 아래 이 특정한 예에서, 감속재(moderator)는 CANDU 반응로를 정의하는 중수(heavy water) 
이다.
도 7에서, 강화 콘크리트 건물 내에 포함된 핵분열 반응로가 도시되어 있다. 도 7은 핵연료 보급 로봇(fuelling robot)을 제외한, 그 자체로 전통적인 CANDU 반응도의 개략도이다. 도 7에서, 1 핵연료 다발(Fuel bundle). 2 칼란드리아 노심(Calandria reactor core). 3 제어/조정기 봉(Control/adjuster rods). 4 
압력 용기(
pressure reservoir). 5 증기 발생기(Steam generator). 6 
펌프. 7 
펌프. 8 
중성자 감속재. 9 압력관(Pressure tube). 10 증기 대 증기 터빈(Steam to steam turbine). 11 증기 터빈에서 복귀하는 냉수. 이 핵분열로는 기존의 핵분열로일 수 있는데, 이는 핵분열로 노심을 제거하고 이 명세서에 기재된 종류의 핵융합로 등으로 교체함으로써 상온 핵융합을 위해 개장된 것이다.
1세대 핵융합 발전소를 위한 본 발명에 따른 방법의 이 실시예에서, 핵분열로의 감속재와 핵분열 연료(도 7의 항목 1, 2, 3, 및 8)들은 본 발명에 따라 축적기와, 
대신 1차(primary) 
경수(light water) 루프로 간단히 대체하고, 2차 
경수 루프, 증기 터빈 시스템 등 다른 기반시설들은 유지한다.
7. 축적기 - 차세대 발전소(Accumulator - Next Generation power plants)
1세대 핵융합로에서는, 구현 시간과 경비를 최소화하기 위해 기존의 산업 기반시설이 대규모로 사용된다. 그러나 차세대 핵융합 발전소을 위해서는 특히 산업 구조가 변화되면 이러한 고려는 바람직하거나 필요하지 않을 수 있다. 예를 들어, 입력 물질, 부산물, 및 융합 물질이 전술한 예들의 것과 다를 수 있다. 뿐만 아니라, 축적기가 물을 요구하지 않고, 그 대신 어떤 수용액, 어떤 기체 또는 고체 화합물이 될 수 있다. 또한 축적기가 열을 산출할 필요가 없이, 대신 예를 들어 고에너지 광전지(photo cell)를 통해 직접 전기를 생산할 수 있다. 이 특정 예들은 완전한(exhaustive) 것이 아니다.
그러나 상온 핵융합을 달성하기 위한 동적 상태 준비의 방법은 동일하게 유지된다.
8. 전력 제어(Power Control)
이 실시예의 전력 제어는 전력 생산 속도를 제어하는데, 이는 축적기로 이송되는 열에 선형이다(선형 비례한다). 이 특정한 실시예에서, 전력 제어는 다음 중의 하나 또는 복수를 제어 하는 것을 의미하는데:
- 물질 분리기로의 D 2 O 주입 속도(injection rate)
- 물질 분리기의 전기분해를 위한 DC 전류
- 이온화 챔버로의 D 2 주입 속도
- 이온화 챔버의 이온화 UV방사의 강도
- 이온화 챔버로부터의 중수소 융합 물질의 추출속도를 결정하거나 영향을 미치는 전계 강도 E
- 이온화 챔버로부터의 중수소 융합 물질의 추출속도를 결정하거나 영향을 미치는 이온화 챔버와 핵융합로 간의 물리적 개구(physical opening)의 크기 및/또는 기하학적 구조
- 상온 핵융합의 달성을 위한 동적 상태 준비를 교정하는 전이속도를 결정하는, 전류를 생선하는 자계 E , 및/또는 E 자체
- 용융되지 않은 물질의 수집 속도
- 핵융합로 노심에 대한 축적기 노출의 물리적 크기 및/또는 기하학적 구조
- 2차 급수계통 2를 통한 1차 급수계통 1의 가열수 이송의 펌프 속도
핵융합로- 일반화(Fusion Reactor - Generalizations)
전술한 바와 같이, 본 발명은 융합 물질로 중수소의 상온 핵융합의 경우만에 적용할 수 있는 것이 s아니다. 이하에서 우리는 어떻게 삼중수소, 특히 
트리톤(triton)을 중수소 대신 사용할 수 있는지 기술할 것이다.
삼중수소의 경우, 입력 물질은 중수소의 경우 동일한 화학적 조성이 될 수 있다. 융합 핵들은 분자 또는 원자에 액체, 고체, 또는 기체 형태로 포함되어 있다. 융합 물질을 산출하는 프로세스는 위에 개괄된 일반적 원리를 사용하여 선택된 입력 물질에 좌우된다.
물질 분리기 프로세스 역시 중수소 경우와 동일할 수 있다. 중수소와 삼중수소가 혼합되었다면 추가적인 수소 동위원소 분리가 필요할 수 있다.
물질 이온화 챔버에 관해서는, 삼중수소의 이온화 프로세스는 이온화 방사 주파수 
가 삼중수소에 대한 이온화 에너지 
에 맞춰지는 차이를 제외하면 중수소 경우와 동일할 수 있다.
뿐만 아니라, 삼중수소 핵을 사용하는 핵융합로는 중수소 경우와 동일하다. 모든 식 (7) - (45)들은 다음 조정을 가지면 여전히 유효한데:
- 중수소 질량 
이 삼중수소 핵들의 질량 
으로 대체된다.
- 중수소 스핀 
과 중수소 자기 모멘트 
들이 트리톤에 대해 (9a)로 근사적으로 주어지는 스핀 
과 자기 모멘트 
로 대체된다. 이는 중수소와 트리톤 스핀들이 반대이고 이에 따라 전술한 일반적 원리들을 사용할 때 내재적 스핀 필터링이 반대임을 의미하고, 
가 중수소에 대한 최고 운동 에너지를 제공한다면 
가 트리톤에 대한 최고 운동 에너지를 제공한다는 것을 의미한다. 식 (14)에서와 같이 
가 색인되지 않은 경우, 중수소에 대한 
의 값은 여전히 트리톤에 대한 
의 값으로 대체된다.
- 트리톤에 대한 
파울리 스핀 행렬이 식 (10a)로 주어지고 이에 따라 트리톤 
에 비교한 중수소 
에 기인하여 식 (11)에 대응하는 더 큰 에너지 차이를 갖는, 자계에 의한 단지 2개의 에너지 수준 분할만이 존재한다.
- 중수소와 다른 핵에 의한 상온 핵융합은 프로세스 (46) - (48)들과 다른 프로세스들로 결과된다.
이상의 관점들로부터, 이어서 내재적 또는 명시적 스핀 필터로 필터링 제거될 원치 않는 스핀 투사들의 수가 트리톤 스핀 
에 대해 감소하고, 이에 따라 원치 않는 트리톤 스핀 성분만이 제거될 필요가 있다. 도 5 및 도 6은 여전히 중수소가 트리톤들로 대체되어 적용된다. 
트리톤 입자들에 대한 근거리에서의 파울리 배타 원리 반발이 트리톤을 융합할 때 반평행 스핀들의 사용으로 제거된다.
트리톤의 상온 핵융합을 위한 축적기는 
방사 및 다른 에너지들이 낮아 더 작은 크기의 축적기와 더 얇은 흡수재가 사용될 수 있는 차이를 제외하고 중수소 융합 경우의 축적기와 동일하다. 트리톤 에너지 생산의 최고 에너지는 
를 생성하는 
프로세스(여기서 
와 
의 순수 중주소 융합 에너지의 대략 
를 생성하는 
프로세스(여기서 
에 있다.
마지막으로, 핵융합로의 전력 제어는 트리톤을 사용해도 중수소 경우와 동일할 수 있다.
핵융합로 실시예들 - 융합 물질 컨테이너 버전(Fusion Reactor Embodiments - Fusion Material Container Version)
이 섹션은 핵융합로 실시예 클라스의 다른 실시예를 설명한다. 이 실시예에서, 상온 핵융합이 일어나는 핵융합로 노심으로의 융합 물질의 수송은 중립 원자 또는 분자 상에 수행된다. 이는 전기 하전된 입자들이 전계의 사용으로 핵융합로 노심으로 수송되는 전술한 핵융합로 응용과는 다르다. 전기적으로 중립인 융합 물질 수송이 이하에 기술될 것인데, 여기서 기체, 액체, 또는 고체 형태인 융합 물질은 컨테이너에 담겨 기계적 또는 수동으로 핵융합로 노심으로 수송된다. 예를 들어, 중립의 융합 물질 원자 또는 분자가 배관(pipe)을 사용하여 핵융합로 노심으로 수송될 수 있다.
전술한 핵융합로에 대한 일반 사양(General Specification) 역시 이 실시예에 적용된다. 특히 전력 생산 범위, 전력 제어, 온도 범위, 물리적 크기 및 용적, 자계 강도 및 융합 물질 입자수 밀도가 적용된다. 삼중수소로의 일반화 역시 이 융합 물질 컨테이너 버전에 적용된다.
입력 물질은 전술한 제1 핵융합로 실시예에 대한 것과 동일한 화학적 조성이 될 수 있다.
물질 분리기 프로세스는 위 제1 핵융합로 실시예에 대한 것과 동일할 수 있다, 사용할 분자 상태의 최적 융합 물질은 파라수소 스핀 이성질체(parahydrogen spin isomer) 상태이다.
여기서 파라수소는 
분자를 지칭한다. 이 실시예에 대해, 
내의 주로 
쌍이 이온화 방사 옵션 없이 융합된다. 특히 
또는 
형태의 쌍들은 이온화 방사가 인가되지 않으면 융합되지 않는다.
이 파라수소 상태에서, 핵의 2개의 스핀들은 이미 반평행이고, 이러한 핵들의 쌍으로 반평행 쌍을 형성하도록 하는 스핀 필터링이 필요없다. STP에서 그리고 프로튬 경우에 있어, 대략 25%가 파라수소이고 75%가 평행한 스핀들을 갖는 오르토수소(ortohydrogen)이다. 파라수소의 비율은 온도 저하에 따라 증가한다. 프로튬 경우의 범위 33 - 20 K에서, 오르토수소가 0.21%로 감소되는 반면, 파라수소 비율(share)은 99.79%에 도달한다. H2의 융합 물질 중수소-중수소 거리는 이점에서 프로튬 경우 대략 
pm 
이다. 
성질들은 유사하지만, 프로튬 핵들보다 더 높은 중수소 질량에 기인하여, 상온 핵융합에 유리하게 작용하는 모든 파라미터들이 중수소에 대해 향상된다.
융합 물질의 이온화는 이 융합 물질 컨테이너 실시예에서 상온 핵융합에 이온화가 요구되지 않으므로 추가될 수 있는 옵션이다. 이 옵션이 사용되면, 이온화 챔버가 완전히 핵융합로 챔버에 대응한다. 이온화는 융합 물질이 핵융합로 노심으로 수송된 후에 수행된다.
그러나, 융합 물질 컨테이너 버전의 핵융합로는 이온화 챔버 기능을 선택적으로 포함한다. 이온화는 스핀 제어 자계가 인가된 후가 최선이지만, 자계를 인가하기 전에 수행될 수도 있다.
상온 핵융합 조건들은 이 경우, 자계 
가 인가된 축 둘레의 궤도 각 모멘텀 
이 인가되는 중수소 쌍들의 특정한 집합(collection)에 대해 달성된다. 양자 터널링(quantum tunnelling)을 통한 
전이 형태의 중수소의 상온 핵융합의 0이 아닌 확률은 
정도의 중수소-중수소 거리에서 발생될 것이다. 이 양자 터널링 프로세스는 아래 배터리 및 연료전지 응용에서 
에 대해 상세히 설명될 것이다.
핵융합로 방정식에 대해, 그 주목적이 하전된 융합 물질 입자들을 수송하는 것인 전계 
, 지금 설명하는 융합 물질 컨테이너 실시예에서는 사용되지 않는다. 도 8 이하 역시 자계 
가 도 6의 것과 달리 인가되는 예가 도시되어 있는데, 이는이 융합 물질 컨테이너 버전에 대한 새로운 핵융합로 방정식의 좌표 종속성이 다르다는 것을 의미한다.
도 8에서, 융합 물질을 보유(holding)하는 용기는 1로 지시되고, 이는 중수소 스핀들이 
분자에서 반대 방향을 지향하는 바람직하기로(optimally) 파라수소 형태이다. 
의 상(phase)은 기체, 액체, 또는 고체 중의 어느 것이다. 인가된 자계는 2로 지시되어 있다. 선택적 UV 이온화 방사는 3으로 지시되고, UV 램프 기구 4로부터 유래한다. 축적기 구조의 변화는 도 6에 
로 지시된다.
전술한 차이들을 제와하면, 융합 물질 컨테이너 버전에서의 핵융합로 실시예는 전술한 핵융합로 실시예와 동등하다.
축적기는 전술한 2개의 핵융합로 실시예들에 대해 동일할 수 있다.
핵융합로 전력 제어 역시, 전계 
강도 제어가 불필요해지는(become redundant) 것을 제외하고는 전술하고 도 6에 주어진 예로 도시된 핵융합로와 동일할 수 있다.
도 8은 핵융합로 컨테이너 버전을 도시한다. 융합 물질을 보유하는 컨테이너는 1로 지시되어 있고, 바람직하기로, 중수소 스친들이 
분자 내에서 반대 방향을 지향하는 파라수소 형태이다. 
의 상은 기체, 액체, 또는 고체의 어느 것이다. 인가되는 자계는 2로 지시되어 있다. 선택적 UV 이온화 방사는 3으로 지시되고, UV 램프 기구 4로부터 유래한다. 축적기 구조의 변화는 도 6에 
로 지시된다.
상세 사양 - 배터리 및 연료전지 실시예들(Detailed specifications - Battery and Fuel Cell Embodiments)
본 발명의 핵융합로 실시예들에 대해 전술한 바와 동일한 일반적 고려사항들에 기반하여, 이하에서는 본 발명의 두 번째 광범위한 구현예를 기술할 것이다. 이 일반적 고려사항들은 구체적으로 전력 생산에 대해 주어진 범위, 전력 제어, 작동 온도, 자계 방향, 자계 강도, 최대 물리적 크기 및 융합 물질 입자수 밀도를 포함하지만 이에 한정되는 것은 아니다. 이는 배터리 및 연료전지 실시예들로 표기되는 실시예이다.
이에 따라, 이 섹션은 배터리 및 연료전지 실시예들의 더 상세한 사양에 고나련된다. 이 섹션에 사용되는 정의들은 특히:
배터리(Battery): 유한하고 이산적인 양의 융합 물질이 담지된(Loaded)(아래 참조) 고체 상태로 밀봉된(encapsulated) 에너지 원. 외부 밀봉에 대한 내부의 물질들은 고체 형태일 필요는 없지만 어떤 원소들 또는 화학 원소들의 어떤 조합의 고체, 엑체, 및 기체 상(phase)들의 어떤 조합이 될 수 있다. 배터리 및 연료전지 응용의 설명이 단지 하나의 담지된 중수소 융합 물질을 갖는 순수 고체(dolid simple) 팔라듐(Pd) 결정으로 간략됨으로써 이하에 제공된다. 이 섹션의 융합 물질은 핵, 이온 또는 중립 원자들 중의 어느 것을 지칭한다.
연료전지(Fuel Cell): 고체상태로 밀봉된 에너지 원에 처음에는 담지되지 않았던 추가적인 융합 물질의 연속적이고 외부적으로 제공되는 무한하지 않은 공급을 갖는 배터리에 대해 정의된 바와 같은 고체상태로 밀봉된 에너지 원. 여기서 연료전지는 전통적인 연료전지와 비교하여 동적 전자 상태로 저장된 화학 에너지를 다른 향태의 에너지(전형적으로 전기 에너지)로 변환하지 않는다. 그 대신 본 발명 맥락에서의 연료전지는 핵에너지를 전기 에너지 등의 다른 형태의 에너지로 변환한다.
담지(Loading): 융합 물질의 고체 상태로 밀봉된 에너지 원으로의 추가. 에너지 원이 배터리 내에 전자기 전하 차이의 형태로 저장되는 것이 아니라 에너지가 융합 물질 형태로 저장되므로 배터리의 충전이 아니라 배터리의 담지라는 용어가 사용된다.
이하의 설명에서는, 배터리 및 연료전지 실시예를 전술한 핵융합로 실시예들과 병렬 처리(parallel treatment)하기 위해 상온 핵융합을 사용하는 배터리 및 연료전지 실시예를 설명하기 위해 중수소가 융합 물질로 선택될 것이다. 배터리 및 연료전지 실시예와 핵융합로 실시예이 이 병렬 처리는 실시예들의 이들 클라스 간의 차이를 명확히 하기 위한 것이다. 중수소를 융합 물질로 선택한 결과, 중수소를 흡수하는 물질들 역시 배터리 및 연료전지 실시예들의 여기서의 설명을 위해 선택된다. 설명을 더 간략화하기 위해 순수(simple) 금속이 선택된다. 더 구체적으로, 특히 수소화팔라듐(palladium hydride) PdH에 관한 많은 데이터가 사용 가능하므로 고체 상태 팔라듐(Pd)이 선택될 것이다. 그러나 단일한 화학원소 배터리 및 연료전지 제약에 대해서조차, 예를 들어 티타늄(Ti) 등의 다른 수소 흡수재가 선택될 수 있을 것이다. 여기서 선택된 Pd는 Pd의 어떤 안정된 동위원소이다. Pd가 선택된 이유는, 중수소가 융합 물질로 선택되고 나면 격자 외부의 H2 가스 형태에서조차 개별적 수소 원자가 Pd를 통해 용이하게 확산되기 때문이다. 확산은 주로 원자가 전자 상태 특성들에 의해 반송되는 원자들 간의 화학적 특성에 좌우되고, 이에 따라 다른 원자 동위원소들은 거의 동일한 화학적 특성들을 갖는다. 결과적으로, 수소 원자가 Pd를 통해 용이하게 확산되면, 수소 동위원소 중수소 역시 Pd를 통해 용이하게 확산될 것이다.
전술한 바와 같이, 배터리 및 연료전지 실시예의 기저의 물리적 원리들은 핵융합로 실시예들에 대한 것과 동일하다. 배터리 및 연료전지 실시예들에서의 차이는 융합 물질이 전술한 핵융합로 실시예의 가장 간단한 형태에서 기술한 바와 같이 거의 진공이 아니라 물질 환경(matter environment) 내에서 전파된다는 것이다. 하이젠베르크 제약 (34)을 받는 상온 핵융합 조건 (27a), (27b) 및 (33)들은 동일하지만, 핵융합로 방정식 (14)은 동적 기술 (7)에서 유래하거나, 더 완전한 핵융합로 방정식 (40)은 위 종류의 매질 내의 중수소의 전파를 적절히 기술하는 배터리 및 연료전지 방정식으로 대체된다. 매질 내의 이 전파를 설명하는 하나의 방법은 중수소 질량을 고려중인 특정 매질에 대한 유효 질량으로 대체하는 것이다. 도체 또는 반도체가 사용된다면, 중수소-격자 코어 원자 상호작용과 중수소-중수소 상호작용과 별도로, 전도대(conduction band)와의 중수소의 상호작용을 고려하는 것 역시 필요하다.
우리는 상온 핵융합 조건 (27), (33)들과 제약 (34)들을 고체 상태 실시예들로 제한된 배터리 및 연료전지 실시예에 적합한 형태, 특히 인덱스 
를 갖는 중수소가 융합 물질로 선택된다면 다음으로 고쳐 쓰는데
격자 원자 위치 
에서 
(49a)
이웃 
또는 
의 융합 위치에서 자계 
에 대한 
(49b)
고체 상태 실시예로 수행되는 본 발명의 이 실시예에 의한 상온 핵융합은 전자기 반발을 극복하기 위한 핵력을 위한 격자 압축의 시도에 좌우되지 않는다. 대신 이 실시예는 스핀 정렬과 아이소스핀 분극에 의한 융합 물질의 전자기 반발 제거에 좌우된다.
1. 입력 물질(Input Material)
배터리 및 연료전지 실시예의 클라스의 설명으로, 위 실시예들의 핵융합로 클라스의 설명에서와 똑같이 이산화중수소 
가 프로세스에 대한 입력 물질로 선택된다. 입력 물질에 대한 고려사항은 배터리 및 연료전지 실시예에 대한 것이 핵융합로 실시예들에 대한 것과 주로 동일한 것이라는 것이다.
2. 물질 분리기(Material Separator)
배터리 및 연료전지 실시예에 대한 입력 물질의 분리는 핵융합로 실시예들에 대한 것과 동일한 방식으로 달성될 수 있다. 배터리 및 연료전지 실시예들을 설명할 목적으로, 
및 
원자들, 이온, 또는 가스로의 표준 전기분해가 가정될 수 있다. 이 섹션에서 이온화를 나타내는 인쇄상 이유인 위 인덱스를 갖는 융합 물질은 여기서 
, 
, 
또는 
이고, 융합 물질이 핵융합로 경우처럼 이온화 챔버로 두입될 필요가 없다. 대신 배터리 유닛의 담지가 융합 물질 확산을 통해 달성되도록 배터리 유닛의 벌크 물질(bulk material) 내의 성분이 배터리 및 연료전지 실시예를 설명할 목적으로 선택된다, 그러나 상온 핵융합을 달성하기 위한 일반적 방법의 동적 상태 준비는 확산에 의한 배터리 담지에 의존하지 않는다.
3. 배터리 담지기(Battery Loader)
본 발명 실시예의 이 설명에는, 선택된 융합 물질 
, 
, 
또는 
를 배터리에 담지하는 방법이 확산의 방법으로 선택되었다. 이에 따라 배터리 소재(Battery material)는 이것이 중수소 확산을 허용하는 방식으로 선택되어야 한다. 다시 한번 설명의 목적으로, 순수 팔라듐(Pd) 금속이 아래에서 선택될 것이다. Pd 배터리는 어떤 확산 프로세스에 의해 중수소가 담지될 것이다. 예를 들어, 표면 공극들(surface vacancies)은 
또는 
분자의 원자로의 분열을 촉한다. 이 실시예는 이 방법 적용의 상세들이 이에 따라 조정되는 한 담지의 정도에 의존하지 않는다.
금속 결정이 융합 물질로 거의 또는 완전한 포화까지, 심지어 완전한 포화 이상으로 담지되는 것이 바람직하다. 팔라듐의 예에서, 수소화팔라듐 PdH는 하나의 수소 동위원소 원자 당 하나의 Pd 원자의 담지의 정도로 결과될 것이다.
사용된 배터리의 재담지의 실제 용량은 상온 핵융합을 위한 중수소가 일단 소진되고 난 후 Pd 격자로부터 융합 산물들을 제거하는 데 사용된 기술에 좌우될 것이다. 청정한 
융합 산물들을 위한, 이 기술은 Pd의 재사용을 위한 헬륨의 제거 문제이다. 이는 예를 들어 사용된 배터리의 배터리 담지기로의 재삽입을 통한 확산에 의해 달성될 수 있고, 이는 Pd 격자에 비해 낮은 
밀도를 갖는 것으로 가정되며, 배터리 담지기 내의 (가정 가스 온도의) 
가스로부터 
가스를 분리하는 기술을 사용한다. 단순한 재담지가 유효하지 않을 때 Pd를 재사용하는 가장 기본적인 형태는 Pd 금속을 어느 점에서 용융시키는 것이다.
도 9는 PdH의 Pd 배터리 담지의 실시예에 구체적으로 적용된 본 발명에 따른 가스 챔버 원리들을 도시한다. 
가스 압력은 PdHx 내의 담지의 정도 x에 좌우된다. Pd를 가스 챔버에 위치시키는 것에 대한 대안은 Pd를 액체 
내에 위치시키고 Pd를 전기분해 음극으로 하여 직접 전기분해를 수행하는 것이다. 이 종류의 배터리 담지는 1989년 Martin Fleischmann와 Stanley Pons의 "상온 핵융합(cold fusion)" 실험 설정과 유사하다(Fleischmann, Martin; Pons, Stanley (1989), "중수소의 전기화학적으로 유도된 핵융합(chhemically induced nuclear fusion of deuterium)", Journal of Electroanalytical Chemistry,261 (2A): 301-308 참조). 본 발명 방법의 맥락에서, Fleischmann 및 Pons 설정은 상온 핵융합 에너지 생산이 아니라, 단순히 배터리 담지이다.
4. 배터리 유닛(Battery Unit)
이하의 섹션에서는, 단위 전자기 전하가 
대신 
로 표기된다. 본 발명에 따른 배터리 실시예의 하나의 예를 제공하기 위해, 우리는 순수 팔라듐 금속 Pd를 배터리 유닛을 나타내는 중수소의 고체 상태 밀봉(solid-state encapsulation)으로 선택했다. 전형적이지만 아래 설명된 예에서는 상세히 살피지 않았는데, 추가적인 외부 절연기 조합이 고체 상태 밀봉을 전기적 및 전자기적으로 절연하거나; 배터리 유닛 내에 담지된 융합 물질의 온도 제어 및 유지를 부과하거나; 상온 핵융합 프로세스로 결과되는 융합 산물의 원치 않는 방사를 방지하거나; 또는 이 기능들의 어떤 조합을 위해 추가될 수 있다. Pd로의 H의 확산 특성은 예를 들어 폴링 척도(Pauling scale)로 2.20의 동일한 전기음성도(electronegativit)들을 갖는 H 및 Pd로 표현될 수 있다. 다른 국면(aspect)은 Pd 격자 상수 
인 한편, 공유 반경(covalent radius)으로 측정된 Pd 원자 반경은 
인 것이다. 수소의 공유 반경이 겨우 
이므로, 수소가 Pd 격자에 "끼워 맞아(fits)" 전자파 함수 섭동을 받는다. 공유 반경은 어느 정도 기준(reference)에 따라 변화되고 
미만에서는 
및 
의 약간 다른 값들 역시 사용될 것이다.
실험적 결과들과 표준 반도체(solid-state) 설계 소프트웨어를 사용한 이론 밀도함수 이론(Density Functional Theory) 수치 연산들은 Pd 및 H의 기저 상태(ground state)와 제1 근사가 격자 내에서 공유 결합(covalent bond)에 의해 결합(join)되고, Pd에 비교한 PdH에서의 전자 구조 수정은 Pd 4d 상태의 H 1s 상태와의 중첩으로 새로운 에너지띠(energy band)가 발생된다는 것을 보인다(Abdasalem Houari, Samir F. Matar and Volker Eyert, 요약서(Abstract): https://arxiv.org/abs/1411.0542 , PDF: https://arxiv.org/pdf/1411.0542.pdf). Pd 원자 또는 포화 
당 
또는 
의 담지의 정도인 PdH x 에 있어, x < 0.57인 PdH x 는 상자성(paramagnetic)인 반면, x > 0.57에 대해서는 반자성(diamagnetic)이다. x < 0.5인 PdH x 는 도체인 반면, x > 0.5에 대해서는 반도체이다. Pd-H의 (암염 구조(rocksalt structure)에 대한) 공유 결합 길이는 
인데, Pd와 H에 대한 각각의 공유 반경의 합 
보다 크고, 이에 따라 이 공유 결합은 쉽게 분해될 수 있는 약한 준안정(metastable)으로 간주된다(Marvin L. Cohen and Steven G. Louie, 고체 물리학 개론(Fundamentals of Condensed Matter Physics)(Cambridge University Press 2016), 섹션 1.6, 식 (1.2) 및 (1.4) 참조).
Pd 결정 자체는 격자상수 
을 갖는 FCC(face-centered cubic; 면심입방) 구조이다. 이 격자 상수는 수소 포화도 
를 갖는 
-상(phase) PdH x 인 한편, 
-상 
에 대해 
이고, 그 사이의 상은 
혼합이다. 대부분의 이수소화물(dihydride) PdH2 및 Pd3H4들이 유사한 특성을 가지며, 심지어 어떤 배터리 및 연료전지 실시예들에 대해서는 더 우수하지만, 여기서의 배터리 및 연료전지 실시예의 설명은 
을 갖는 수소화팔라듐 PdH x 에 집중될 것인데, 실제 
을 사용한다, 그러나 명확성의 이유로 PdH로의 이 제한은 이 실시예들의 클라스를 기술하는 복잡성을 경감시킨다.
견인 핵력(attractive nuclear force)들에 관해, 위 선택은 포화된 PdH 격자 내의 중수소-중수소 핵거리가 
이 예를 들어 식 (29)의 점근적(asymptotic) 유카와 전위일 때 대략 
이다, 다양한 반발력들이 융합을 방해하므로 Pd 격자 내의 중수소 원자가 자유 원자들로 근사되더라도 견인 유카와 전위는 중수소-중수소 융합을 유발하지 않을 것이다. 이 실시예는 견인 핵력이 주도하기에 충분하게 반발력이 감소되고 이상적으로 상온 핵융합 채널만이 선택되는 방식의 전자기장의 인가에 다시 기반한다. 기저의 물리적 원리들은 핵융합로 실시예에서와 동일하지만, 전자기장을 인가하는 방법이 다르다, 정확한 전자기장 조작은 선택된 융합 물질(여기서는 설명의 목적으로 중수소)와 선택된 고체 상태 밀봉(여기서는 설명의 목적으로 순수 Pd 격자) 양자에 좌우된다는 것이 명확하다.
(49e)에 표시된 바와 같은 아이소스핀의 정렬을 위해, P#N+N#P 외에 우리는 원칙적으로 N#P +에 대한 중수소 스핀들을, 전체 계 전이가 상온 핵융합 채널을 정의하는 
인 한 N#P 아이소스핀 분극에 정렬할 수 있을 것이다. 융합 후의 결과적인 핵 상태가 
여기 상태라면, 이러하 전이는 청정하지 않은(non-clean) 채널 (47a) 및 (47b)을 산출하여, 방사성 폐기물(radioactive waste material)로 결과될 것이다.
일반적 동적특성(dynamics)에 관해서는, PdH 격자 내에 전파되는 중수소에 대해 우리는 비상대론적 근사가 타당, 즉 
이고 기준틀이 PdH 격자의 그것이라고 가정한다. 거의 진공인 핵융합로 내에 전파되는 중수소와 비교한 PdH 격자 내에 전파되는 중수소의 동적특성은, 여기서는 특히 해밀토니안 
인 중수소의 동적특성이 중수소가 이동하는 환경의 평균 특성들을 포함하는 유효 중수소 질량 
에서 결과되는 것으로 해석할 수 있는 상호작용에 의해 수정된다. 파형벡터(wavevector) 
에 대해 정의 
를 갖는 비상대론적 동적 중수소 에너지(Marvin L. Cohen and Steven G. Louie, 고체 물리학 개론(Fundamentals of Condensed Matter Physics)(Cambridge University Press 2016), 섹션 1.6, 식 (1.2) 및 (1.4) 참조)는:
진공 내에서 
(50a)
물질 내에서 
(50b)
(50b)의 마지막 동일성에서, 격자 방향 의존 역 유효질량 텐서(lattice directional dependent inverse effective mass tensor)가 방향 불변 유효질량 스칼라 
의 일반화로 정의되었다. 곡선 
는 중수소들을 수송하는 매질 또는 격자의 분산곡선을 정의한다. 엄격히 말해, 
, 즉 
는 위치의 함수인 한편, 격자 위치에 독립적인 
는 많은 격자 주기들에 걸챠 수송될 때 유효질량에 통합되는 환경과의 평균 동적 특성으로 해석될 수 있다. 외부 환경이 유효질량에 통합되는 때를 표시하기 위해, 준입자(quasiparticle)라는 용어가 이러한 계들에 종종 사용될 것이다. 유효질량 모델에 포함되지 않은 상호작용들에서 발생되는 교정은 표준적인 전약(electro-weak) QFT 이론과의 유추로 작은 유효질량 유효 전하 준입자 재규격화(renormalization)들로 얻어질 수 있다.
일반적인 반도체 물리학과 여기서의 동적특성 설명의 차이는, 전자의 동적특성 및 전자 에너지띠와 대조적으로 우리는 여기서 중수소 또는 원자 핵의 동적특성과 중수소 수송 에너지띠에 관심이 있다. PdH 기저 상태에서, 즉 한도 
에서, 준수소 또는 중수소 원자가 Pd에 공유 결합되어 PdH가 고정된다. 중수소의 동적특성은 반도체 내의 전자가 도전대 에너지 상태로 여기될 수 있는 것과 똑같이, 기저 상태로부터의 여기로 간주될 수 있다. 그러나 중수소 에너지띠는 결정 내의 전자 에너지띠와 동일하지 않다. 실시예들의 배터리 및 연료전지 클라스를 설명하기 위해 이하에 사용된 동적특성 기술은 대부분, 중수소가 모든 다른 입자들로 생성된 평균장과 PdH 격자 계를 구성하는 장들 내를 이동하는 간략화된 물리적 모델이다. 이 단일한 입자의 동적특성 기술은 반대칭 등의 교환 대칭 정보(exchange symmetry information)가 파동함수에 포함된다면 일반적으로 하트리(Hartree) 근사 또는 하트리 폭스(Hartree-Fock) 근사로 지칭된다.
배터리 및 연료전지 실시예들을 설명하기 위해, 첫 단계로서 중수소들이 공유 Pd-H 결합으로부터 자유롭게 격자 내를 이동하며 어떤 견인 핵력들을 제외하는 것으로 근사되는 해밀토니안이 설정된다. 첫 단계로, 우리는 또한 중수소를 전하 
를 갖는 점입자로 취급하고, 점입자 근사에 이후 교정을 도입한다. 결정 1몰(mol)에 대한 완전한 격자 시스템에 대한 완전한 다입자(many-particle) 해밀토니안은 해를 구할 비상대론적 슈뢰딩거 방정식에 결합된 
의 순서(order)로 결과되는데, PdH 격자 시스템 내에서 각 입자당 하나이다. PdH 격자 시스템에 대한 다입자 해밀토니안과 소통하는(commuting) 변수들에서 유발되는 양자 상태 
들의 전체 수는 상태들의 밀도 
과 결정 용적 
에 대해 
이다. 우리는 이제 표준적인 반도체 물리학의 처리를 따라 
개의 연결된 슈뢰딩거 방정식들을 연결되지 않은 단일 입자 방정식들로 축소한다. 우리는 또한 전자 동적특성을 대응 닫힌 껍질 전자(closed shell electron)를 갖는 핵들로 구성된 강성 코어(rigid core) 격자점들로 분할된 것으로 간주하고 원자가 전자들이 전도대(conductive band)를 대략 자유로이 이동하는 것으로 간주한다. 중수소 동적특성에 대해 확산 특성으로부터, 우리는 또한 중수소가 이미 위에 주기한 바와 같이 PdH 격자 내의 유효 중수소 전도대의 Pd 코어들에 대해 대략 자유로이 이동한다고 간주한다.
첫 단계로, 보른 오펜하이머(Born-Oppenheimer) 방식의 근사가 도입되는데, 여기서 격자 코어 원자들은 고정된 것으로 간주되어 전자 및 중수소 동적특성에 대한 고정된 전위 
들을 생성하고, 그 다음 전체 시스템 해밀토니안 
가 이 단계에서 스핀에 관련된 모든 효과들을 포함하는, 중수소 해밀토미안 
, 원자가 전자 해밀토니안 
, 고정된 코어 격자 해밀토니안 
, 중수소-원자가 전자 상호작용 해밀토니안 
, 및 상대론적 교정 항 
으로 표현될 수 있다. 정의에 따라:
중수소-코어 상호작용에 대한 보른 오펜하이머 근사는 Pd 코어 질량 
가 중수소 질량 
보다 훨씬 커서, 즉 
이어서, Pd 코어들이 중수소보다 훨씬 더 늦게 이동함을 의미한다는 사실이 동기가 된다. 중수소 및 전자 동적특성을 Pd hdj 동적특성과 크게 분리하는 보른 오펜하이머 방식의 근사는 이제 고정 위치 
의 입자 
, 코어 원자 
와 코어 외부의 원자가 전자 
를 제공한다(Marvin L. Cohen and Steven G. Louie, 고체 물리학 개론(Fundamentals of Condensed Matter Physics)(Cambridge University Press 2016), 섹션 2.2, 식 (2.2) 참조):
(52)에서, 
이다. 또한 (52)에, 각각 원자가 전자와 중수소로부터 코어의 작은 평균 섭동을 나타내는 2개의 항 
및 
들이 도입되었다. 이 2개의 항들은 이 서브시스템들에 대한 동적 방정식들의 해를 먼저 구한 다음 전자 및 중수소 동적상태등의 기저상태로부터 추산될 수 있다. (52a)의 
을 상수로 고정함으로써 (52a) and (52b)의 동적 변수로서의 
을 제거함으로써 전자 및 중수소 동적상태 또는 파동함수를 코어 동적 상태 또는 파동함수로부터 분리한다. 전자 동적 상태는 pdH 격자 내의 중수소로부터의 여분의 원자가 전자를 포함한다. 
이므로 우리는 보른 오펜하이머 근사 논의를 다시 반복할 수 있고 또한 중수소 및 전자 동적 상태 또는 파동함수를 분리할 수 있다. 이는 (52c)를 제거하고 괄호 속에 표시된 바와 같이 최종 항을 (52a) 및 (52b)에 각각 추가한다. 첫 번째 단계로, 하트리 평균장 근사가 도입된다. 이 근사에서, 모든 중수소들은 모든 코어, 모든 전자, 및 모든 다른 중수소들로 생성된 평균장 내를 이동한다. 원자가 전자 동적상태에 관해서도 동일한 근사가 이뤄진다. 이 가정은 해밀토니안 (52a) 및 (52b)의 각 항을 각 항이 단지 하나의 변수에 의존하고 나아가 전자 및 중수소 파동함수가 독립적인 단일 입자 전자 파동함수와 단일 입자 중수소 파동함수의 곱들로 분할 가능해지는 항들로 취급한다. 다입자 원자가 전자 및 중수소 파동함수들은 이데 단일 입자 파동함수로 축소되었다. 세 번째 단계로, 우리는 하트리 평균장이 완전하고 전위 
를 갖는 주기적 격자로 가정한다. 중수소에 대해, 이는 다음 형태의 중수소에 대한 단일 입자 슈뢰딩거 방정식으로 결과되는데
격자 벡터 
에 대해, 식 (53)은 블로흐 함수(Bloch function)로서의 해를 갖고, 이는 다음 형식인데,
(54)를 (53)에 대입함으로써, 블로흐 함수의 주기 부분에 대해 식 (53)은 
에 대해 다음이 되는데
(55)에서, 새로운 양자수 
가 추가되어 무한 격자를 유한하게 하여 격자 종점에 주기적 경계 조건들을 부과했다(Marvin L. Cohen and Steven G. Louie, 고체 물리학 개론(Fundamentals of Condensed Matter Physics)(Cambridge University Press 2016), 섹션 3.2, 식 (3.8) 참조). 
에 에너지띠 갭들을 포함하는 중수소대 구조는 이제, 전자 질량 
가 
로 대체되고 전하 
가 
로 대체되는 차이를 갖고 전자대 구조 및 밴드갭(band gap)과 정량적으로 유사한 견인 및 반발 전위에 대한 격자 주기성 및 대칭 특성들로부터 발생된다. 이러한 파리미터 변화의 의미를 설명하기 위해, 수소 에너지 수준 
은 파라미터 
는 유지한 채 파라미터 
를 변화시켜 변경할 수 있다. 심볼 
및 
들은 이 관점에서 슈뢰딩거 방정식의 파라미터들로 나타난다. 뿐만 아니라, 전자 상태에 사용되는 근사 방법은 중수소 상태에 대한 것이 유사한 방식으로 재사용될 수 있다, 특히 이는 이 소프트웨어가 파라미터 
및 
들의 변화를 허용하는 한, 사용 가능한 표준 소프트웨어와 함께 밀도함수 이론(Density Functional Theory; DFT)을 포함한다. 그러나 예를 들어 하트리 폭 처리(Hartree-Fock treatment)에 슬레이터 행렬식(Slater determinant)들에 대한 반대칭화된(anti-symmetrized) 파동함수를 통해 파울리 배타원리 정보가 추가될 때, 하나의 차이는 빈대칭화된 전자 파동함수가 대칭화된 중수소 파동함수로 대체되는 것이다. 반대칭 파동함수 내의 파울리 배타원리 정보는 전자들을 멀러지게 이동시키는 경향이 있는 반면, 대칭 파동함수는 중수소들을 더 가까이 근접시키는 경향이 있어 상온 핵융합 대신 작용한다. 
가 (55)에서 해가 구해질 수 있다면, 유효 질량은 (50b)에서와 같이 
을 가정함으로써 알려진다.
PdH 내의 약한 공유결합은 제1 근사에서 이미 이온화된 중수소들과 특정한 격자 간격(spacing)들에 위치한 중수소들로 해석될 수 있다(Tanaka, T., Keita, M. and Azofeifa, D.E., Phys. Rev. Vol. 24, 4, 1771-1776 (1981) 참조). 이 근사에서, 중수소 동적특성은 공유결합 전위를 추가할 필요없이 블로흐 형식 (5)로 기술된다.
외부 자계 
가 이제 PdH 결정에 인가된다. x > 0.65에서 PdH x 의 PdH는 반자성(diamagnetic)이다(Tanaka, T., Keita, M. and Azofeifa, D.E., Phys. Rev. Vol. 24, 4, 1771-1776 (1981)). 반자성 Pd의 자화율(magnetic susceptibility) 
는 +567.4·10-6 cm 3/mol인데, 이는 PdH x 에서 magnetic susceptibility의 증가에 따라 저하된다(다시 Tanaka, T., Keita, M. and Azofeifa, D.E., Phys. Rev. Vol. 24, 4, 1771-1776 (1981) 참조). PdH 격자 내의 자계 
는 
또는 더 일반적으로 
로 정의되는 자화(magnetization) 
에 대해 
이다. 제1 근사에서는 자화가 무시되어 
이다. 인가되는 자계 
는 핵융합 실시예와 똑같이 준자유 중수소들의 스핀 정렬이 발생되기에 충분할 만큼 강하게 이뤄진다. 그러나 중수소 속도가 거의 소실되어 PdH 격자에 준고정되므로, 인가되는 자계 
는 핵융합 실시예에 비해 일반적으로 크게 감소된다. 사실, 이것은 단지 중수소 정렬을 위한 자계 
의 인가 후 충분히 오래 기다리는 문제일 뿐이다. 
의 부호(signature)는 이하에 사용되지 않을 것이며 항 
이 이제 핵융합 방정식 (14)와 동일한 방식으로 추가되어 (55)는 이제 다음이 되는데
= 
(56)
(56)에서, 심볼 
은 Pd 격자 부와 유효 전자장 부를 포함하는데, 함수
는 이제 스핀 변수들을 포함하고, 항 
가 
와 상호작용하는 모든 궤도 항들을 포함하도록 고전적 용어의 추가적 로렌츠 힘 항에 추가되었다. 그러나 스핀이 포함되면, 스핀 및 궤도 파동함수의 곱으로의 분리는 어떤 스핀-궤도 상호작용의 무시에 의존한다.
우리는 이제 근사 
및 
을 수행한다. 
가 격자 셀 벡터(lattice cell vector)를 따라 인가되면, 도 2에 표시된 바와 같은 중수소 정렬 및 아이소스핀 분극이 이제 STP에서 10%의 근사 확률로 발생할 것이다. 이 정렬 때문에, 전자기 중수소-중수소 반발이 사라져, 견인 중수소-중수소 교환 상호작용를 무시하고 견인 유카와 전위 (29)만이 잔류한다. 전자들은 양전하 
주위에 축적되는 반면, 자유 중수소 근사에서 도 2의 
튜브에는 전자가 없을 것이다. 전자가 그 영역의 양자 유도 전자기 상호작용 주위의 튜브에 축적될 것이므로, 이는 또한 핵융합로 경우와 똑같이 P#N+N#P 융합에 유리한 N#P+N#P 융합의 확률을 저하시킨다. 이에 따라, 고전적으로 견인 중수소-중수소 힘들만이 존재하고 상온 핵융합의 0이 아닌 확률이 빈 표면 위상(null surface topology) P#N+N#P를 갖는 상온 핵융합 채널 (47c)에 대해 존재한다.
뿐만 아니라, 
에 노멀 평행한(normal parallel) 평면의 중수소 또는 전자 궤도의 란다우 양자화(Landau quantization)가, 
튜브가 전자기 전하로부터 청정하게 유지하는 것을 더욱 보조할 것이다. 전자의 시공간 궤도는 일반적으로 띠 구조(band structure)와 결정 방향에 좌우될 것이다. 이에 따라 
튜브를 청정하게 뉴지하도록 결정 방향에 대해 
의 방향을 최적화할 수 있다. 최적 방향들은 다른 결정 방향들과 자계 
간의 각도를 변화시킴으로써 발견되고, 어느 각에서 상온 핵융합의 확률이 최대치에 도달하는지 측정한다.
융합에 방해되도록(against) 작용하는 약한 공유결합 포텐셜 
가 중수소 분리 
를 갖는 견인 전위 포텐셜 (29)와 함께 해밀토니안에 추가되면, 완전히 정렬된 중수소들에 대해 식 (56)은 다음이 되는데
= 
(57)
상온 핵융합 조건들 (49)에 관해, 열역학적 평형에 있는 배터리 유닛의 제1 근사에, 중수소들은 Pd + D 격자 내에 고정된 것으로 간주된다. 이 의미에서 (49)는 대략 그리고 자동으로 충족되고, 중수소들응 중수소 원자 격자 위치 
및 
사이의 융합점으로 이동시키는 데 필요한 작은 가속과 속도만을 받게 된다. 조건들 (49b)은 장 강도 
및 
에 따라 충분히 오래 기다리기만 하면 충족될 것이다. 조건 (49c)은 양자 터널링으로 달성될 것이다. 핵융합로 경우와 대조적으로 조건 (49d)는 불필요해지므로, 우리는 어느 중수소가 융합될지 정확하게 결정할 필요가 없다. 아이소스친 분극 P#N+N#D가 촉진된다. 모든 상온 핵융합 조건들 (49)은 이제 이 격자의 이 선택된 집합의 중수소들에 대해 이 근사에서 충족된다.
중수소 융합 동안의 아이소스핀 P#N+N#P 분극과 각 모멘텀에 관해서는, 중수소 1 및 2에 대한 어떤 중수소간 거리 
에서. 중수소 점입자 근사가 포기되고 중성자와 양성자로의 분리가 고려되어야 한다. 2개의 융합 중수소들이 상온 핵융합 조건 
에 대해 대략 동일한 운동 및 위치 에너지 상태에 있을 것이므로, 양성자 및 중성자들은 핵융합로 경우 및 상온 핵융합 채널(47c)이 선택된 경우와 같이 다시 
중수소 상온 핵융합을 촉진하는 반대 스핀 상태들에 있을 필요가 있다.
더 정확한 양자역학 처리는 스핀-스핀 상호작용, 모든 관련 입자들에 대한 스핀-궤도 상호작용, 및 교환-상관성 효과(exchange-correlation effect)로 총칭되는 상호작용에 대한 더 일반적인 클라스를 포함하는 다양한(a spectrum of) 상호작용 인자들을 산출할 것이다. 더욱 일반적이지만 전자기장 조작의 정적 장에 여전히 한정되는 경우, 외부 전계 
가 역시 추가되어 배터리 및 연료전지 실시예에서 상온 핵융합의 확률을 향상시킬 수 있다(아래 "배터리 성능 증진(Battery Performance Enhancement)" 표제하의 항목 B 참조). 대략 자유로운 균질의 중수소 가스에 대한 복합 분석 유전함수 
및 역함수 
를 원자가 전자 가스에 대한 선형 응답 유전상수 
와 유사하게 정의하면, 위 근사에사 일반화된 해밀토니안과 배터리 및 연료 전지 방정식은 주기적 블로흐 함수 부에 대해 심볼 
을 갖고 다음이 되는데
(58)에 
형태의 
튜브의 중수소-중수소 반발애 대한 잔차 항(residual term)이 도 4에 보인 바와 같이 포함되었는데, 이는 또한 중성자 전하 밀도 효과와 추가적인 시공간 곡률 효과를 포함할 수 있다. 잔차 항과 유전상수 항 양자 모두에서 효과들은 전자로 걸러지고(screening) 중수소로 걸러져 QFT 타입의 파인먼 그래프 진공 분극, 및 이제까지 포함되지 않았던 다른 효과들이 교환-상관성으로부터 포함될 수 있다. 완전한 
튜브에 대해, 
에 평행 또는 반평행한 ㅇ외부 전계 
내이더라도 튜브의 이 부분(section)에서는 
및 
이다. 중수소의 점입자 근사가 포기되고 시공간 곡률이 고려되고 나면 전자기 반발 장벽이 유한하게 유지되는 반면 유카와 전위는 여전히 가장 깊은 전위 우물에 유지되므로, 유전 및 잔차 항들의 추가는 양자 터널링과 상온 핵융합에 관한 결론을 변화시키지 않는다.
위 기능을 갖는 배터리가 이제 2가지 버전으로 주어지는데, 열 생산 배터리와 전기 생산 배터리이다.
열 생산 배터리에 있어, 밀봉(encapsulation)의 목적은 단순히 상온 핵융합 프로세스로부터 배터리로의 열전달이고, 배터리 밀봉은 
광자 에너지의 격자로의 이송과 그 밀봉을 최적화하도록 선택된다. 이러한 열 생산 배터리는 실내에 거치되거나 가열될 물질 또는 액체 내 또는 열접촉하여 위치될 수 있다.
전기 생산 배터리에 대해서는, 배터리 유닛이 상온 핵융합 채널 에너지에 최적화된 물질을 갖는 임의의 광전층(photovoltaic layer) 내에 밀봉될 수 있다. 추가적인 물질층이 어느 광전 기술이 사용되는가에 따라 광전층의 광특성들을 최적화하는 데 사용될 수 있다. 이 최적화 층 물질은 먼저 광전 기술을 선택하고 어느 흡수 파장이 이 기술에 최적인지 관찰함으로써 얻어진다. 이어서 어느 물질이 예를 들어 중수소-중수소 상온 핵융합 파장 
을 선택된 광전 기술의 흡수 파장으로 천이시키는지 관찰함으로써 최적화 층 물질이 선택된다. 이 파장 천이는 콤프톤 산란에 한정되지 않으며, 모든 관련 양자장 프로세스들이 포함된다. 연산을 위해, 광학 특성들이 복소 유전 텐서 함수 
로 정의된다. 이에 대해 
및 
가 상수 대각 행렬인, 물질의 대략 균질한 층들을 통해 이동할 때 산출된 상온 핵융합 
광자의 감쇠(damping) 
는 복소 유전 상수의 허수부(imaginary part)로부터 얻어진다. 복소 굴절 계수(complex refractive index) 
및 일반적인 실수 굴절 계수 
, 댐핑 
는 
으로부터 얻어진다(Marvin L. Cohen and Steven G. Louie, 고체 물리학 개론(Fundamentals of Condensed Matter Physics)(Cambridge University Press 2016), 섹션 9.1, 식 (9.13) 참조).
일반적인 실시예들에서, 융합 채널 (47a) 및 (47b)들은 대부분 불충분한 조작 정밀도로 결과되어 오염된 것으로 간주되지만, 적절한 방식으로 사용된다면 이 채널들은 여전히 가열 배터리 실시예에 긍정적으로 기여할 것이다.
나노 및 양자 배터리 또는 연료전지에 대해, 나노 및 양자 핵융합로에 대한 것과 동일한 고려사항들이 적용된다, 그러나 띠(band)들에서의 추가적 양자화, 전하 수송, 열 수송, 필요한 광학 및 다른 특성들도 물리적 모델에 고려되어야 한다.
도 10은 본 발명에 따른 배터리의 구체적(concrete) 실시예의 개략도이다.표준적인 광전 구현예는 명시적으로 도시되지 않았으나 DC 전원 심볼만으로 표시되어 있다. 상벽(top enclosure)은 자계 
를 생성하는 영구자석을 갖는 것으로 도시되어 있지만, 원칙적으로 이는 또한 예를 들어 상벽 및 하벽 모두 상의 전류 루프 등으로도 생성될 수 있고, 이것이 더 제어하기 용이하다. 영구자석은 상온 핵융합 및 전류 생성 프로세스를 중지시키기 위해 상벽에 화살표로 표시한 바와 같이 허용 및 차단하는(enabling and disabling) 자기 쉴드(magnetic shield)를 필요로 할 수 있다. 하벽에 대해, 바닥 역시 자계 생성에 사용된다면 자계는 바람직하기로 상벽에 대한 것과 동일한 자계 방향으로 생성된다. 배터리 단면에 일부 층들이 도시되어 있다. 이들은 예를 들어 망(mesh)으로 표시된 2개의 광전층(photovoltaic layer)들이 될 수 있다. 도 10의 중심으로부터, 외부 자계 
로 생성되는 내부 자계 
를 향상시키는 강자성 코어(ferromagnetic core)가 도면에 흑색으로 표시되어 있다. 강자성 코어에 이어 하나의 광전층이 후속된다. 
가 담지된 Pd가 흑색으로 표시된 다음 층이다. 얇은 백색으로 표시한 바와 같은 PdH와 광전층 사이가 상온 핵융합 에너지 
로부터 광전 물질과 관련된 기술에 대해 
를 최적화하는 작은 
방사 최적화 층이다. 2개의 외부 층들은 예를 들어 방사 차폐, 오염 차폐, 온도 차폐, 및 융합 물질의 외벽(enclosure)을 나타낼 수 있다. 배터리는 여기서 원통으로 도시되어 있지만, 실시예들은 도면에 표시된 다양한 층들의 두께를 포함하여 기하학적 형태에 독립적이다.
4.2 배터리 성능 증진(Battery Performance Enhancement)
정적 및 균질 외부 자계 
만을 사용하는 위 간단한 예는 0이 아닌 양자 터널링 및 중수소-중수소 상온 핵융합으로 결과된다. 전술한 배터리 및 연료전지 실시예들의 전체적인 기술적 성과와 경제성의 개선을 위해 많은 추가적 특징들이 추가될 수 있다. PdH의 특정한 경우, 양자 터널링 속도를 상승시켜 상온 핵융합 속도(rate)를 상승시킬 수 있는데, 이는 이어서 pd-H 공유결합 전위 우물을 얕게 하거나(flattening) 중수소-중수소 거리를 단축함으로써 상승될 수 있다. 다음은 일부 예들이다.
A) 중수소 - 외부 자계와 블로흐 진동에 의한 중수소 거리 단축(Deuteron - Deuteron distance reduction by external electromagnetic fields and Bloch oscillations): 배터리 및 연료전지 실시예들의 클라스의 이 개선을 설녕하기 위해, 시간 일정(time-constant) 및 균질 외부 전계 
가 위 외부 자계 
에 평행 또는 반평행으로 인가된다. 설명의 목적으로, 
는 
에 평행하게 선택된다. 일정하고 균질의 장에 대한 제한은 동적 기술을 간략화하기 위해서만 가하지만. 방법은 다른 종류의 전자기장들을 사용할 수도 있다. 중수소 띠 역학(band dynamics)이 전자띠 역학과 유사하다는 것을 반복하지만, 
대신 
인 질량 파라미터와 전하 부호의 변경을 차이를 포함하녀 표준적인 전자띠 결과들이 중수소에 적용될 수 있다. 특히 단열 근사인 블로흐 함수(Bloch function) 특성 (53), (54) 및 (55)들을 사용하면, 단일한 비복합 에너지띠 
의 가장 단순한 근사에서, 와니어 함수(Wannier function)로 본 동적 상태 및 연산자 표현으로 균질의 장 
및 
들이 격자상수 
에 걸쳐 매우 느리게 변화된다는 사실과, 그리고 
튜브에서 자계 
에 평행한 중수소 준입자 그룹 속도 
에서 베리 곡률(Berry curvature)의 소실로 가정하면, 중수소 공간 위치를 다음으로 다시 쓸 수 있다(Marvin L. Cohen and Steven G. Louie, 고체 물리학 개론(Fundamentals of Condensed Matter Physics)(Cambridge University Press 2016), 섹션 5.4, 식 (5.35) 참조):
블로흐 진동 (59)들은 하나의 차원의 포논 광학 및 음향 분기와 유사하게 가능하기오 랜덤성을 갖고 반대 방향이어야 하거나 이와 달리 완전한 격자가 진동할 것이다. 식 (59)는 에너지띠 
의 증가하는 밴드폭(bandwidth) 
에 대해, 2개의 블로흐 진동 상대 위상 천이 
에 대한 중수소-중수소 거리는 위 모든 근사들을 가정하여 
만큼 감소될 수 있다. 식 (59)로 주어진 바와 같이 2개의 이웃 잠재적 융합 핵들 간의 거리를 일시적으로 최소화시키도록 전계가 인가됨으로써 블로흐 진동이 양자 터널링과 핵융합의 확률을 증가시킨다.
배터리 및 연료전지 실시예들에서 장 
의 추가의 동적특성은 이것이 에너지 갭들 간에 삼각파 전위(triangular potential)를 생성하고 에어리형 함수(Airy-like function)로 결과되는 점에서 핵융합로 실시예에서 장 
의 추가와 유사하다.
B) 중수소 - 포논 여기 및 진동을 사용한 중수소 거리 단축(Deuteron - Deuteron distance reduction using phonon excitations and oscillations): (냉각 플랜지(cooling flange)의 사용과 냉각액으로의 침지 등의) 직접 열접촉 수송에 의해 또는 물질 특정 열방사 주파수를 갖는 입사 전자기(incident electromagnetic; IR) 방사 등의 다른 방법들에 의해 온도가 상승한다. 상승된 온도는 내부 산란 프로세스가, 여기서는 제2 양자화 QFT 유추에 따른 포논 여기로 모델링된 격자 진동으로 결과된다. 관학 및 음향 분기 여기들은 주기 
를 갖는 진동에 기여하고, 이는 다시 격자상수 
로 표현되는 평균값으로부터 격자 거리를 일시적으로 단축시키는 H-H 진동에 기여한다. 실제 
, 즉. 
이다(다시 Marvin L. Cohen and Steven G. Louie, ㄱ고체 물리학 개론(ndamentals of Condensed Matter Physics)(Cambridge University Press 2016), 섹션 1.6, 식 (1.2) 및 (1.4) 참조). 이는 나아가 중수소들 간의 거거리가 대략 동일한 양만큼 일시적으로 단축된다는 것을 의미한다. 중수소 거리의 단축 또는 변경은 예를 들어 표준 이론을 사용하여 다음으로부터 추산할 수 있는데(Marvin L. Cohen and Steven G. Louie, 고체 물리학 개론(Fundamentals of Condensed Matter Physics)(Cambridge University Press 2016), 섹션 13.2, 식 (13.60) 참조):
(60)에서, 
및 
는 각각 포논 소멸(annihilation) 및 생성 연산자인데, 
은 단위 용적 당 격자 셀의 수, 
은 셀 당 이온 질량, 
은 셀을 위치 결정(locating)하는 격자 벡터 인덱스, 
는 셀 내의 우너자 위치, 
는 포논 분기 인덱스, 
는 파동 벡터 
에 대한 포논 주파수, 그리고 
는 포논 분극 단위 벡터이다. 거리 단축은 상온 핵융합 작동 온도에서 격자 상수 
의 20% 정도에 도달할 수 있다. 이는 다음 정도의 견인 중수소-중수소 유카와 전위의 증가를 의미하는데
식 (61)은 포논 여기에 기인하는 중수소-중수소 융합의 확률 진폭(probability amplitude)의 증가를 추산한다. 포논 여기에 의한 거리 단축은 실제 온도를 
K로부터 5K의 단계로 증가시킴으로써 인가되고, 각 온도에서 다른 결정 방향으로 인가된 자계 
의 방향을 변화시켜 최대 상온 핵융합이 얻어지는 온도를 관찰한다. 이는 선택된 배터리 및 연료전지 구성에 대한 최적 작동 온도 및 자계 방향을 제공할 것이다.
다음 부분 방법들이 관심 파라미터들의 변경에 의해 상온 핵융함 최적값을 얻는 데 사용될 수 있다.
1. 융합 물질 입자수 밀도를 어떤 값 
에 고정한다. 위 PdH의 설명에서 밀도는 하나의 팔라듐(Pd)에 하나의 중수소 
가 대응하도록 선택되었지만, 
은 원칙적으로 임의의 밀도 시작점이다. 입자수 밀도 간격 
을 동일한 입자수 밀도 변화를 갖는 100개의 부분 범위으로 분할한다.
2. 온도를 상온 핵융합 범위 내의 어떤 값 
로 고정한다. 켈빈 온도 범위를 1K 범위들로 분할한다.
3. 인가된 자계 
를 어떤 장 강도 
에 고정한다. 장 강도 범위 
을 동일한 장 강도 변화를 갖는 100개의 부분 범위들로 분할한다.
4. 표준 극좌표 
로 규정된 어떤 배터리 방향 축에 대한 인가 자계 방향의 시작점을 고정한다. 극 각도 범위(polar angle interval) 
, 
를 100개의 동일한 각도 부분 범위들로 분할한다.
5. 상온 핵융합 속도를 측정한다.
6. 항목 4 및 5를 각 부분범위 각도마다 반복한다.
7. 항목 3, 4, 및 5를 
으로부터 밑으로 
까지, 및 
으로부터 위로 동일한 범위 단계를 사용하는 원하는 최대값까지의 각 장 강도에 대해, 그리고 각 극 각도 범위에 대해 반복한다.
8. 항목 2, 3, 4, 및 5를 상온 핵융합 범위의 각 온도에 대해, 
으로부터 밑으로 
까지, 및 
으로부터 위로 동일한 범위 단계를 사용하는 원하는 최대값까지의 각 장 강도에 대해, 그리고 각 극 각도 범위에 대해 반복한다.
9. 항목 1, 2, 3, 4, 및 5를 
으로부터 아래로 
까지, 및 
으로부터 위로 원하는 최대 입자수 밀도까지, 
으로부터 밑으로 
까지, 및 
으로부터 위로 동일한 범위 단계를 사용하는 원하는 최대값까지의 각 장 강도에 대해, 그리고 각 극 각도 범위에 대해 반복한다.
10. 입자수 밀도, 온도, 장 강도 및 장 방향들이 파악되고 나면, 각 최적값 근방의 이러한 범위들의 하나 또는 몇 개의 수 
를 취해 이 최적 범위를 다시, 변수들 
, 
, 
, 
및 
의 각각에 대한 원하는 정밀도의 최적값이가 얻어질 때까지 더 작은 동일한 범위들의 수 
으로 분할한다(
). 항목 10의 각 반복에 대해, 전형적으로 
이 사용, 즉 각 최적 범위는 다시 10개의 동일한 범위들로 분할된다.
최적값을 파악하기 위해 입자수 밀도 
, 온도 
, 장 강도 
및 장 방향 
에 관한 변동이 수행되는 시퀀스는 중요하지 않다. 단계 6-9에서의 측정한 파라미터 변동 시퀀스 
는 단지 하나의 예이다.
단계 10이 각 파라미터에 대해 수행되는 순서 역시 중요하지 않다. 파라미터들의 어느 것의 원하는 정밀도는 단계 6-9를 실행하는 동안 어느 시점에서 결정될 수 있다.
C) 강자성 물질에 의해 자계 
및 스판 정렬을 개선(Improving magnetic field 
and spin alignment by ferromagnetic materials): 중수소 스핀 효율은 외부 전계 
에 의해 유도된 자계 
에 의존한다. 결과적인 
는 배터리 또는 배터리 밀봉 내에 Fe, Cu, Ni or Mg 등의 강자성 물질의 층들을 추가함으로써 개선될 수 있다, 전술한 바와 같이, 이제 강자성 물질과 조합된 pdH 격자 내의 자계 
는 이제, 
또는 더 일반적으로 
으로 정의되는 자화 
에 대해 
이다. 각 강자성 물질에 대해 
는 표준 테이블로부터 얻어지고, 강자성 물질로부터의 기여가 PdH로부터의 기여에 가산되어 유도 장 
를 얻는다. 강자성 물질은 코발트, 철, 니켈, 네오디뮴, 또는 사마륨의 어느 것, 또는 이 원소들의 어느 것을 하나의 성분(component)으로 갖는 화합물, 또는 이 원소들의 어느 것을 하나의 성분으로 갖는 (적어도 3개의 원소들을 포함하는) 복합 화합물이다.
D) 시간 종속 NMR 타입 자계들에 의한 배터리 개장(Battery refurnishing by time-dependent NMR-type magnetic fields_: 배터리의 효율은 처음 바르게 P#N+N#P 스핀 정렬된 10% 정도의 중수소들이 존재한다는 것에 의해 결정된다. 더 정확히는, STP 등의 
과 현저히 다른 작동 온도에서 대략 
의 부분(fraction)이 바르게 정렬된다. 효율의 향상을 위해, 식 (11)로 정의되는 바와 같이 에너지 수준들 간의 자기 스핀 전이 공명 에너지 
들에 가까운 주파수 
를 갖는 시간 종속 자계가 인가되어 담지된 융합 물질의 사용을 증대시킬 수 있다. 이는 대부분의 바른 스핀 정렬들이 상온 핵융합에 사용되고 나서 새로운 바른 스핀 정렬을 생성함으로써 달성된다. 시간 종속 자계의 강도를 증가시킴으로써 배터리 재생 시간(Battery re-conditioning time) 시간이 단축된다.
E) 일반적 자계, 온도, 및 담지 최적화(General magnetic field, temperature and Loading optimization): 배터리 작동 온도 및 인가된 자계 
에 대한 상온 핵융합 에너지 생산의 최적값은 정확한 배터리 조성 및 구성에 좌우된다. 예를 들어, 융합 물질 입자수 밀도 
가 고정, 여기서는 용적 
내의 융합 물질 입자들의 수 
에 대해 
로 고정되고 나면, 물질 특성들이 
와 함께 진동하는 것이 알려져 있다. 2개의 이러한 진동의 예들이 문헌상 드하스 반 알펜 효과(de Haas-van Alpen effect)로 지칭되는 자화율(etic susceptibility)의 진동 
과, 문헌상 슈브니코프 드하스 효과(Shubnikov-de Haas effect)로 지칭되는 저항율(resistivity) 
의 진동이다, 각 선택된 융합 물질에 대해, 위 설명의 예에서 중수소로 간주하면, 이는 이에 따라 융합 물질 담지, 최적 작동 온도, 최적 인가 자계 
들의 최적의 정도를 이론적으로 예측하는 복잡한 문제이다. 어떤 주어진 배터리 설계에 대한 이 최적값을 결정하는 일반적 방법은 이에 따라 모든 파라미터를 별도로 변경, 담지의 정도, 작동 온도 
, 인가된 자계 
의 자계강도 
, 및 예를 들어 극좌표 
로 표현되는 배터리 방향에 대한 인가 자계 방향 
에 대응하는 융합 물질 입자수 밀도 
를 변경한다. 원하는 상온 핵융합 생산 속도는 최적값의 결정과 동일한 방식으로 결정되는데, 각 경우의 원하는 속도는 최적 속도와 같지 않을 수 있다. 배터리 전력 제어는 파라미터 
및 
들의 기계적, 전자기적, 또는 전기 기계적 제어로 얻어진다.
5. 연료전지(Fuel Cell)
연료전지는 원칙적으로 배터리, 배터리 담지기와, 시간이 경과되면 배터리 담지기에 추가되는 추가적 융합 물질을 포함하여, 배터리 담지 용량을 원칙적으로 무한하게 하거나, 대신 융합 물질에 대한 전체 근접 용적(total access volume)과 동일하게 만든다. 연료전지에 대해, 배터리는 기체 경우에 있어 도 9의 가스 챔버 내에 남아있거나, 액체의 경우 배터리가 액체 내에 위치하는 한편, 필요시 기체와 액체가 지속적으로 추가된다. 이 연료전지 시나리오에서, 융합 물질은 확산을 통해 배터리 내로 지속적으로 추가되고, 융합 산물들은 확산을 통해 배터리로부터 지속적으로 추출된다.
연료전지 전력 제어는 배터리 전력 제어의 경우와 같이 파라미터 
및 
들을 기계적, 전자기적, 또는 전기 기계적으로 제어하고, 추가적으로 시스템의 배터리 부로의 융합 물질 교체 속도를 기계적, 전자기적, 또는 전기 기계적으로 제어함으로써 얻어진다.
배터리 및 연료전지 - 일반화(Battery and Fuel Cell - Generalizations)
핵융합로 실시예의 경우와 같이, 그 배터리 및 연료전지 실시예들에서의 본 발명 역시 융합 물질로 중수소에 한정되지 않는다. 이에 따라, 이하에서는 실시예들의 배터리 및 연료전지 클라스에 대한 중수소 융합 물질의 삼중수소 융합 물질로의 일반화를 기술할 것이다. 뿐만 아니라 이하에서 알 수 있듯, 배터리 및 연료전지 실시예들에서 팔라듐(Pd)이 아닌 다른 물질들을 융합 물질의 흡수에 사용할 수 있다.
적절한 수소 흡수재 물질은 팔라듐(Ps), 티타늄(Ti), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 리튬(Li), 나트륨(Na), 란타늄(La), 및 니켈(Ni)과 함께 화합물 및 복합 화합물(적어도 3개의 요소들을 포함)을 포함하는데, 이러한 화합물의 적어도 하나의 성분이 여기 열거된 화학원소들 중의 어느 것을 포함한다. 모든 식 (49) - (61)들이 여전히 적용된다. 도 9 및 도 10은 Pd가 선택된 화학원소 또는 화합물로 대체되어 여전히 적용된다.
먼저 Pd를 사용하고 위 열거된 수소 흡수재들의 어느 것 역시 사용하여 PdH에 비교한 담지의 정도 역시 일반화된다. Pd에 대해, 중수소 또는 삼중수소 담지의 정도는 PdH (
), PdH0.7 (
), PdH2 (
) 등 PdHx에서 어떤 
이다. 마찬가지로, 예를 들어 Ti에 대해, 우리 TiH (
), TiH2.08 (
)를 가질 수 있다. 일반적으로 x는 적어도 0.8, 심지어 적어도 1.5이다.
삼중수소에 대한 입력 물질은 중수소에 대해서와 동일할 수 있다. 융합 핵들은 분자 또는 원자에 액체, 고체 또는 기체 형태로 포함될 수 있다.
물질 분리기 프로세스 역시 중수소에 대한 것과 동일할 수 있다. 그러나 중수소와 삼중수소가 혼합되었다면 추가적인 수소 동위원소 분리가 필요할 수 있다.
확산을 통한 삼중수소 융합 물질의 담지는, Pd 원자가 어떤 선택된 배터리 수소 흡수재 원소 또는 화합물로 대체되어 중수소-Pd 경우와 동일할 수 있다. 가스 챔버를 사용하는 확산이 사용되면, 도 9는 규정된 대체와 함께 여전히 적용된다. 가스 챔버 확산에 대한 대안으로, 배터리는 원하는 정도의 융합 물질 포화를 달성하기 위한 압력하의 융합 물질을 포함하는 액체에 배터리를 침지(sinking)시킴으로써 담지된다.
삼중수소를 위한 배터리 유닛은 중수소 경우와 동일하다, 모든 식 (49) - (61)들은 다음 조정들을 거쳐 여전히 타당한데:
- 중수소 질량 
이 삼중수소 핵들의 질량 
으로 대체된다.
- 중수소 스핀 
중수소 자기 모멘트 
들이 트리톤에 대해 식 (9a)로 대략 주어진 스핀 
및 자기 모멘트 
로 대체된다. 식 (14)와 같이 
에 인덱스가 달리지 않은 경우, 중수소에 대한 
의 값은 여전히 트리톤에 대한 
의 값으로 대체된다.
- 중수소와 다른 핵들에 의한 상온 핵율=d합은 프로세스 (46) - (48)들과 다른 프로세스들로 결과된다.
삼중수소에 대한 연료전지는 선택된 수소 흡수재 원자 또는 융합 물질을 호스팅(hosting)하는 화합물에 Pd 원자들의 대응 변경을 포함하면 중수소-Pd 경우와 정확히 같이 정의된다.
삼중수소 융합 물질 경우에 대한 배터리 향상 및 일반적 배터리 벌크 재질 경우는 위에 정의한 동일한 변경을 포함하면 중수소-Pd 경우와 동일할 수 있다. 이는 다음을 포함하는데:
A) 핵자(Nucleon) - 외부 자계와 블로흐 진동에 의한 핵자 거리 단축
B) 핵자(Nucleon) - 포논 여기 및 진동을 사용한 핵자 거리 단축
C) 강자성 물질에 의한 자계 
및 스핀 정렬의 개선
D) 시간 종속 NMR 방식의 자계에 의한 배터리 개장
E) 일반적인 자계, 온도, 및 담지 최적화
용어 및 정의들(TERMS AND DEFINITIONS)
이 명세서에 사용된 용어들은 전통적인 과학 용어들을 언급한다. 이 명세서에 사용된 일부 특정한 용어들은 다음 표에 정의된다. 용어 또는 정의 내의 대문자는 이 명세서에 필수적(mandatory)은 아니지만 이 명세서에 사용되면 일반적으로 본원의 맥락에서 특별한 정의를 갖고 사용된 용어임을 가리킨다.
| 용어 | 정의 또는 설명 |
| 흡수재 물질(Absorber Materials) | 이 명세서의 다른 부분들에 규정된 바와 같다. 추가적으로 및 일반적으로, 이는 질량 또는 무질량 입자 형태의 에너지를 흡수하고 이 에너지를 더 저에너지 입자 및 벌크 열(bulk heat)로 변환하는 예를 들어 핵융합로 노심 및 축적기 내의 물질을 지칭한다. 더 저에너지 입자가 출현할 필요가 없는 경우, 모든 에너지가 벌크열로 변환된다. |
| 축적기 물질 (Accumulator Materials) | 이 명세서의 다른 부분들에 규정된 바와 같다. 추가적으로 및 일반적으로, 이는 축적기가 구축되는 소재(material)를 지칭한다. |
| 배터리 전력 제어(Battery Power Control) | 배터리 전력 제어는 파라미터들, 융합 물질 입자수 밀도         |
| 연쇄 반응(Chain reaction) | 연쇄 반응은 핵융합 또는 핵분열으로부터 생성된 어떤 형태의 에너지의 어떤 부분(fraction)이 원래의 프로세스에 피드백되어 이러한 프로세스를 생산 수준으로 유지하는 경우를 지칭한다. 이는 열중성자화된 중성자가 핵분열 프로세스에 피드백되어 에너지 생산 수준을 유지하는 것 또는 고온을 유지하기 위해 열핵융합 프로세스에서 에너지를 피드백하는 것을 포함한다. |
| 상온 핵융합(Cold Fusion) | 작동 온도      |
| 상온 핵융합 채널(Cold Fusion Channel) | 핵반응 채널을 2가지 형태로 규정한다   |
| 도핑 물질(Doping Material) | 이 명세서의 다른 부분들에 규정된 바와 같다. 추가적으로 및 일반적으로, 이는 상온 핵융합이 발생하도록 자극하기 위해 추가되는 물질을 지칭한다. 이 물질은 전형적으로 화학원소 또는 원소들의 화합물의 중성자가 풍부한 핵들의 중성자들이다. |
| 연료전지 전력 제어(Fuel Cell Power Control) | 연료전지 전력 제어는 배터리 전력 제어 경우와 같이 파라미터   |
| 융합 물질(Fusion Material) | 이 명세서의 다른 부분들에 규정된 바와 같다. 추가적으로 및 일반적으로, 융합 물질은 핵융합 프로세스 동안 질량수가 변경되는 화학원소의 핵들이다. 뉴트로늄은 여기서 화학원소로 간주된다. 배터리 및 연료전지 응용을 위해, 융합 물질이라는 용어는 사용된 화학원소들, 화학원소들의 조합, 또는 이러한 원소 또는 원소들의 조합들의 임의의 이온 역시 지칭할 수 있다. |
| 융합 산물(Fusion Product) | 이 명세의 다른 부분들에 규정된 바와 같다. 추가적으로 및 일반적으로, 상온 핵융합 프로세스의 출력물인 어떤 형태의 출력 입자, 핵들, 임의로 이온화된 화학원소, 또는 에너지를 지칭한다. |
| 핵융합로 소재들(Fusion Reactor Materials) | 이 명세서의 다른 부분들에 규정된 바와 같다. 추가적으로 및 일반적으로, 이는 핵융합로가 구축된 소재를 지칭한다. 이는 정의에 의해 감속재 물질을 제외한다. |
| 핵융합로 전력제어(Fusion Reactor Power Control) | 이 명세서에 정의된 바와 같고, 융합 물질의 물질 분리기로의 주입 속도, 전기분해가 사용될 때 전기분해를 위한 DC 전류, 이온화 챔버로의 융합 물질 주입 속도, UV 방사의 강도 및 파장, 하전된 전하 수송 또는 아이소스핀 정렬 또는 모두에 사용되는  |
| 입력 물질(Input Material) | 융합 물질이 추출되는 물질 또는 물질들의 조성. 이 명세서의 예들에서는    |
| 물질파 렌즈(Matter Wave Lens) | 광학 유추의 관점에서, 물질파 렌즈는 상온 핵융합이 그 점 이웃에서 발생될 때, 융합 물질 스트림 또는 도핑 물질 스트림을 조준점(dedicated point)에 집중시킨다. 물질파 렌즈는 진공, 관심 드브로이 파장에 투명한 어떤 상의 어떤 물질 매질, 상온 핵융합 조건들을 얻고 유지할 목적의 임의의 전자기장, 또는 그 어떤 조합으로 구성된다. |
| 감속재 물질(Moderator Materials) | 이 명세서의 다른 부분들에 규정된 바와 같다. 추가적으로 및 일반적으로, 이는 어떤 동적 변수의 상온 핵융합을 허용하기 위한 동적 또는 양자 상태 준비에 참여하는 물질을 지칭한다. 이는 모멘텀 또는 속도 변수들과 명시적 스핀 필터 내의 스핀 변수들을 포함한다. 동적 변수는 동적 기술에 사용된 어느 수학적 또는 물리적 모델에 의존하는 어떤 변수를 지칭할 수 있다. |
| 단색기(Monochromator) | 이 용어는 단일한 드브로이 파장을 지칭한다. 단색기는 평균 속도        |
| 나노 크기(Nano size) | 나노 크기라는 용어는 현실 공간에서 물리적 거리    |
| 작동 온도 (Operating temperature) | 에너지 또는 전력 생산의 시작시 그 점 또는 그 이웃에서 비열핵 융합이 발생되는 온도. 진공이 사용된다면, 이는 핵융합로 응용의 핵융합로 노심 내의 융합 물질과 도핑 물질의 초기 온도에 대응할 것이다. 이는 핵융합로, 축적기, 또는 핵융합으로부터 에너지를 흡수하는 다른 컴포넌트의 일부 특정한 영역들이 에너지 생산으로의 일부 시간에 작동 온도보다 훨씬 높은 온도에 도달할 수 있다는 사실을 배제하지 않는다. 진공에 대해, 이 온도는 대응 방사 주파수 분포로 정의되는데, 이는 흑체 분포일 수도 아닐 수도 있다. |
| 작동 온도 모듈 특정(Operating temperature module specific) | 특정한 모듈 또는 컴포넌트가 예를 들어 명시적으로 축적기 작동 온도, 이온화 챔버 작동 온도, 배터리 작동 온도 등으로 지칭되면, 이 작동 온도는 에너지 또는 전력 생산의 시작시 그 모듈 또는 컴포넌트 전체의(over) 평균 온도를 지칭한다. 축적기와 배터리와 연료전지에 대해, 이 용어는 에너지 또는 전력 생산의 시작시뿐 아니라 에너지 또는 전력 생산의 정상 작동 동안의 평균 온도 역시 지칭한다. |
| 물질의 상(Phase of matter) | 용어 "상(phase)"을 규정하는 이 정의는 표준적인 과학적 정의를 보완하기 위한 것이다. 상이란 용어는 고체, 액체, 기체, 플라즈마의 어느 형태, 또는 이 상들 간의 어떤 전이를 지칭한다. 더 일반적으로, 이는 하나의 세트의 열역학적 변수들이 입자들의 수집 또는 합성 시스템에 대한 다른 세트들에 대해 플로팅될 때의 비해석적 또는 날카로운 모서리(non-analytic or sharp edge)들을 지칭하는데, 이 후자의 경우가 QHT 핵물질 상과 쿼크 물질 상을 포함한다. 고체 내의 상이라는 용어는 또한 예를 들어 격자상수의 변경 등 고체의 일부 특성들의 변화도 지칭한다. |
| 전력 제어(Power Control) | 핵융합로 전력 제어, 배터리 전력 제어, 또는 연료전지 전력 제어 중의 어느 것. |
| 전력 제어 물질들(Power Control Materials) | 이 명세서의 다른 부분들에 규정된 바와 같다. 추가적으로 및 일반적으로 이는 전력 제어가 구축되는 소재를 지칭한다. 이는 예를 들어 자계를 생성하는 가능한 반도체 물질을 포함한다. |
| 양자 크기 (Quantum size) | 나노 크기라는 용어는 현실 공간에서 물리적 거리    |
| 스핀 필터 (Spin Filter) | 스핀 필터는 상온 핵융합을 허용하기 위해 융합 물질 및 도핑 물질의 원하는 동적 스핀 상태들로부터 원치 않는 동적 스핀 상태들을 걸러낸다. 스핀 필터는 진공, 원하는 스핀 상태들을 얻고 유지할 목적으로 원하는 스핀 상태들에는 투명하지만 원치 않는 스핀 상태들에는 덜 투명한 어떤 상의 어떤 물질 매질, 또는 그 어떤 조합으로 구성될 수 있다. 스핀 필터는 또한 스핀 측정 기술들로부터의 표준적인 방법을 사용할 수 있다. |
| 수송(Transport) | 수송이라는 용어는 임의의 이온화를 갖는 개별 원자 또는 분자와 임의의 이온화를 갖는 원자 또는 분자들의 집합(collection) 양자 모두를 지칭한다. 임의의 이온화를 갖는 개별 원자 또는 분자는 여기서 입자로 불린다. 고체의 집합이 고체 자체에 포함되는 반면, 입자들의 이 집합이 기체 또는 액체면, 이 집합은 어떤 형태의 격납용기(containment) 내에 위치한다. 개별 입자에 대해, 수송은 이 입자를. 임의의 방식으로 임의 초기 속도                  |
파라미터 범위들(PARAMETER INTERVALS)
이하에서는 일반적으로 또는 다른 구체적 실시예들 모두의 본 발명에 적절한 다른 파라미터들에 대한 유용한 값들을 논의한다.
충격 에너지 및 온도(Impact Energy & Temperature)
이하에서는 단일 입자 고려(중수소 폭격(bombardment)을 받는 핵융합로, 배터리 및 연료전지)에 대해 속도 대신 운동 에너지를 사용하고, 대응 온도가 입자들의 집합(배터리 및 연료전지, 핵융합로 - 기체/액체 용기)에 대해 주어진다.
입자 고려의 운동 에너지는 
이다. 입자 집합(앙상블/어셈블리; ensemble/assembly)의 운동 에너지는 
로부터 근사된다. 볼츠만 상수(Boltzmann constant) 
.
| 표준 산업의 클라스 |
사용된 운동 에너지
 |
사용된 온도
  |
정상 작동 | 발명의 실시예들의 범위 |
| 열핵분열 전력 생산 | 10 - 100 keV |
 |
 |
< 10 keV< 104 K |
| 핵의학/중성자 의학 | 10 - 100 keV |
 |
 |
< 10 keV< 104 K |
다른 실시예들에 대한 전형적인 정상 작동 온도는 다음과 같은데:
| 산업 응용 | 온도 | 실시예 범위 |
| 우주선 산업/지구 내부의 태양광 시스템 | 2 - 757 K | < 1000 K |
| 우주선 산업/지구 외부의 태양광 시스템 | 2 - 393 K | < 500 K |
| 지구 상의 제어되지 않은 온도(남극 (온도) 낮고 태양 노출은 크다) | -95 - 95 C | > -125 C< +125 C |
| 군사(Mil) 표준 항공우주 전자공학 | -55 - 125 C | > -70 C<+170 C |
흡수재 물질에 대해서는, 다양한 이런 물질들이 다른 이러한 흡수재 물질에 대한 유용한 작동 온도에 대해 상한을 설정한, 다음에 따른 용융점을 갖는데:
| 원소 | 용융점 | 실시예 작동 온도 범위 [K] |
| 팔라듐 | 1828 K | <1800 |
| 티타늄 | 1941 K | <1900 |
| 마그네슘 | 923 K | <900 |
| 알루미늄 | 933 K | <900 |
| 리튬 | 453 K | <400 |
| 나트륨 | 371 K | <350 |
| 란타늄 | 1193 K | <1150 |
| 니켈 | 1728 K | <1700 |
이에 대응하는 방식으로, 파라수소 및 수소늬 용융/비등점이 다음에 따른 유용한 온도 범위를 제한하는데:
| 원소 | 온도 | 실시예 작동 온도 범위 |
| 수소 H2 비등점 | 20.2 K | > 4 K |
| 수소 H2 용융점 | 13.99 K | > 4 K |
일반적으로, 다음 선호되는 파라미터 범위들이 본 발명에 따른 상온 핵융합에 적용되는데:
운동 에너지(Kinetic Energy): < 1 keV, 또는 < 220 eV, 또는 < 1 eV, 또는 < 100 meV, 또는 < 1 meV, 또는 심지어 < 0.01 meV.
작동 온도(Operating Temperature): < 
K (상온 핵융합 범위), 또는 < 1950 K, 또는 < 950 K, 또는 < 500 K, 또는 < 125 C, 또는 < 50 C, 또는 < 5 C, 또는 < -30 C, 또는 < -60 C, 또는 < 150 K, 또는 < 77 K (액체 수소), 또는 심지어 < 30 K (수소 상들).
융합 시작 온도(Start of Fusion Temperature): 적용 가능한 온도 범위는 위 작동 온도와 동일하다. 융합 시작 온도와 작동 온도 간의 온도 갭(
)이 생산 속도(production rate)를 정의한다. 예를 들어, 200
T가 인가된 후 담지 밀도 PdH0.8에서 20°C의 융합 시작 온도에 대해, 에너지 생산은 배터리 및 연료전지 또는 기체/액체 용기 내의 인가된 200
T에서 50°C의 최대 정상상태(steady state) 작동 온도에 도달할 것이다. 그러면 에너지 생산 갭은 200
T에서 20°C로부터 30°C/K이다. 이 갭은 이 예에서 전력 생산을 정의하는데, 20°C 환경에서 배터리/연료전지를 50°C에 유지하는 데 필요한 와트수이다.
자계 강도(Magnetic Field Strength)
이하에서, 자화는 일반적으로 온도에 좌우되며, 주어진 범위들은 저온 실시예들과 고온에서의 대규모 에너지 생산 실시예들 양자 모두 고려해야 한다는 점에 주목해야 하는데:
자계: > 1
T (및 적어도 지구 자연 자계보다 더 크다), 또는 > 500 
T, 또는 > 50 mT, 또는 심지어 > 1 T. 작은 에너지, 저온, 반도체 설정의 실시예들의 특별한 클라스에 대해, 자계는 
이 될 수 있다. 큰 에너지, 고온, 대형 수송 자량미 배전(power distribution) 응용에서는 
이다.
수소 흡수재 Y 금속 - YH
x
(밀도)의 동위원소 담지율(Isotope Loading Ratio in hydrogen absorber Y metal - YH
x
(density))
수소는 흡수재 물질에 다음에 따른 최대 담지율로 담지될 수 있는데:
| 수소 흡수재/방법 | YH x 내의 최대 금속/중수소 비율 x | 전형적 실시예 범위 |
| 1atm에서 팔라듐/확산 | 0.8 | >0.5 |
| 팔라듐/전기분해/이온 폭격(ionic bombardment) | > 0.8 | >0.5 |
| 티타늄 TiH2-x/1 atm 및 300-500C에서 확산 | < 2.0 | >0.5 |
| 알루미늄 AlH3 | 3.0 | >0.5 |
고정된 T 및 H 에 대해 담지율이 높을수록 전력 생산이 더 우수하다.
금속 Y에 대한 담지율 (YH x 의 수 "x"): >0.01, 또는 >0.5, 또는 >0.8, 또는 심지어 >1.5.
핵융합로 스트림 밀도/ 전력 생산 P[W](Fusion Reactor stream density/power production P[W])
핵융합로 스트림 밀도는 원하는 전력 생산에 의해, 및 전력 생산 설비의 효율에 의해 결정절된다. 전력 생산을 고정하는 개신 원칙적으로 스트림 밀도를 고정 할 수 있을 것이다.
2개의 이러한 양들이 흔히 사용되는 이러한 경우에 사용될 수 있을 것인데:
1. 중립 원자 또는 D2 가스(경우에 따라 mTorr가 사용)에 대해 입방 cm x sec [s
ccm]. 전형적인 작은 실험실 장비: 약 10sccm.
2. 중수소 이온에 대해 밀리암페어(Milli-Ampere)[mA]. 전형적인 핵의학 중수소 가속기; 이온화 용량을 포함하여 약 2mA,
그러나 설비의 출력 전력(output power) P[W]에 대해서는 다음 범위가 일반적으로 적용되는데:
전체 전력 생산(Total Power Production): >1nW, 또는 >1
W, 또는 >1mW, 또는 > 1W, 또는 > 1kW, 또는 > 1MW, 또는 심지어 > 1 GW.
위에서 바람직한 실시예가 설명되었다. 그러나 당업계에 통상의 지식을 ㄱ가갖는 자에게는 본 발명의 기본적 개념을 벗어나지 않고도 여러 가지 수정이 이워질 수 있음이 자명할 것이다.
일반적으로, 개별 수소 원자 및 핵들의 방향과 스핀의 서로에 대한 정렬에 기반하여 상온 핵융합을 달성하는 여러 가지 일반적 원리들이 이상에 설명되었다. 이 일반적 원리들은 위에 예시된 것 이외의 다른 실용적 구성들에 적용될 수 있음을 알아야할 것이다. 예를 들어, 다양한 가속과 전자기장 정렬의 적용은 자계와 함께 위에 설명된 것보다 더 복잡한 방식으로 인가될 수 있을 것이다.
동일한 일반적 원리들은 위에 지적된 바와 같이, 온도, 장 강도, 기하학적 크기, 전력 등에 대한 범위들의 광범위한 집합에 걸쳐 적용될 수 있다.
위에 제공된 예들은 대부분 중수소의 상온 핵융합으로 근접하고 있다. 그러나 대응 원리들이 삼중수소에도 유용함을 알아야 할 것이다.
위에 제공된 예들은 양립 가능(compatible)하므로 자유로이 조합 가능(combinable)하다.
일반적으로, 본 발명 방법에 관련하여 기술한 모든 것이 본 발명 방법에 적용될 수 있고, 역도 마찬가지다.
이에 따라 본 발명은 설명된 실시예들에 한정되지 않으며, 첨부돤 청구항들의 범위 내에서 변경될 수 있다.
Claims (37)
- 중수소 또는 삼중수소 핵들의 융합에 의한 에너지를 변환하는 방법으로, 제1 중수소 또는 삼중수소 핵들과 제1 전자를 포함하는 제1 수소 원자와 제2 중수소 또는 삼중수소 핵들과 제2 전자를 포함하는 제2 수소 원자들을 제공하는 초기 단계를 포함하고, 다음 단계들:
a) 상기 제1 핵들과 상기 제2 핵들을 상기 제1 및 제2 핵들 간의 거리가 최대 7 Å이 되도록 서로 근접시키는 단계와;
b) 결과적인 전체 자계 (B)가 상기 제2 핵들의 제2 스핀에 대한 상기 제1 핵들의 제1 스핀이, 상기 제1 및 제2 스핀들의 각 스핀 축들이 반평행이 되어 서로를 향하거나 서로에서 멀어지게 정렬되게 구성되도록 하는 제1 전계 (H)를 인가하여 상기 제1 및 제2 스핀들이 상기 제1 및 제2 핵들 간의 공통선 상에 투사되고, 상기 공통선은 상기 전체 자계 (B)에 평행 또는 반평행해지는 단계와;
c) 상기 제1 전자의 공간적 분포가, 상기 제1 전자가 상기 공통선을 따라 상기 제1 및 제2 핵들 간의 영역에 존재할 확률이 구면 대칭 공간적 분포에서보다 더 작아지도록 상기 제1 수소 원자를 이온화하거나 상기 제1 전자의 전자 궤도를 수정하는 단계와;
d) 상기 제2 전자의 공간적 분포가, 상기 제2 전자가 상기 공통선을 따라 상기 제1 및 제2 핵들 간의 영역에 존재할 확률이 구면 대칭 공간적 분포에서보다 더 작아지도록 상기 제2 수소 원자를 이온화하거나 상기 제2 전자의 전자 궤도를 수정하는 단계를 더 포함하며,
여기서 단계 a)-d)들이 임의 순서로 수행되지만 상기 스핀 방향과 상기 이온화 또는 전자 궤도 수정 상태에서 상기 제1 및 제2 핵들이 동시에 상기 거리에 제공되는 방법. - 제1항에 있어서,
상기 전체 자계 (B)가 수소 핵 스핀 상태들 간에 분할되는 에너지를 생성하고, 이는 이어서 특정한 소정 에너지 상태들을 갖지 않는 핵들을 걸러 내도록 구성된 전자기장 (2)을 사용하여 원치 않는 스핀들로부터 원하는 스핀들을 분리하는 데 사용되도록 구성되는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전체 자계 (B)가 적어도 100 μT의 강도인 방법, - 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 핵들 간의 융합이 헬륨 핵과 함께 전자기 방사를 산출하는데, 상기 전자기 방사가 에너지 흡수 수단에 의해 흡수되는 방법, - 제4항에 있어서,
상기 에너지 흡수 수단이 상기 전자기 방사의 방사 방향으로 적어도 0.1 미터의 연결된 물인 수체를 구비하고, 여기서 흡수된 에너지는 주로 열 에너지로 흡수되는 방법. - 제4항에 있어서,
상기 에너지 흡수 수단이 광전지를 구비하고, 상기 흡수된 에너지가 주로 전기 에너지로 흡수되는 방법. - 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 수소 원자 및 중수소 또는 삼중수소 핵들이 프로세스 내내 최대 1,000 K, 바람직하기로 최대 500 K, 바람직하기로 최대 350 K의 평균 온도에 유지되는 방법. - 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
수소 원자 및 핵들이 프로세스 내내 적어도 0 °C의 평균 온도에 유지되는 방법. - 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서,
이산화중수소 또는 이산화삼중수소 등의 이산화수소를 전기분해를 사용하는 등의 분리에 의해 수소 가스 및 산소 가스를 형성함으로써 상기 제1 및 제2 수소 원자들을 국부적으로 생산하는 초기 단계를 더 포함하는 방법. - 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 c) 및 d)들이 상기 제1 및 제2 수소 원자의 이온화 단계를 포함하는 방법. - 제10항에 있어서,
상기 이온화 단계가 상기 수소 원자를 전자기 방사에 노출시켜 수행되는 방법. - 제10항 또는 제11항에 있어서,
상기 제1 수소 핵들의 중성자를 상기 제1 수소 핵들의 양성자에 대해 소정의 제1 정렬 방향을 따라 정렬하도록 구성된 제1 정렬 전계 (E1)를 상기 제1 수소 핵들에 인가하고, 상기 제2 수소 핵들의 중성자를 상기 제2 수소 핵들의 양성자에 대해 소정의 제2 정렬 방향을 따라 정렬하도록 구성된 제2 정렬 전계 (E2)를 상기 제2 수소 핵들에 인가하는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 제1 및 제2 정렬 방향들이, 상기 제1 수소 핵들의 상기 중성자가 상기 제2 수소 핵들의 상기 중성자 또는 상기 제2 수소 핵들의 상기 양성자 중의 어느 하나를 대향하고, 바람직하기로 상기 제1 핵들의 상기 중성자가 상기 제2 핵들의 상기 중성자를 대향하도록 구성되는 방법. - 제10항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서,
단계 a)에 규정된 서로 근접이 이에 따라 달성되도록 적어도 상기 제1 핵들을 입자빔의 일부로 반응 챔버에 주입하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제13항에 있어서,
상기 제1 핵들 및 상기 제2 핵들 양자 모두가 각각의 수소 입자빔의 일부로 상기 반응 챔버로 주입되고, 여기서 상기 제1 핵들이 제1 빔의 일부이고 상기 제2 핵들이 제2 빔의 일부이며, 평행하고 반대 부호인 적어도 하나의 흐름 방향 컴포먼트를 가짐으로써 이 제1 및 제2 빔들이 교차하는 방법. - 제14항에 있어서,
상기 입자빔들이 평행 및 반대 방향을 향하는 방법. - 제12항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서,
관심 각 빔이, 관심 핵들을 가속하는 각각의 가속 전계 (E2)를 사용하여 달성되는 방법. - 제 12항 및 제16항에 있어서,
상기 빔들의 각각에 대해, 상기 가속 자계 (E2)가 상기 제1 정렬 자계 (E1)와 비교하여 반대의 장 방향들을 갖는 방법. - 제16항 또는 제17항에 있어서,
상기 가속 전계 (E2)가 수직 장 방향을 갖는 방법. - 제 12항과 제16항 내지 제18항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 정렬 전계 (E1)들이 관심 핵들의 속도를 감속하도록 인가되어, 상기 단계 a)에서 서로 근접되었을 때 다른 관심 핵들에 대한 그 속도가 ±1·107 m/s 미만이 되거나, 이와는 달리 상기 단계 a)에서 서로 근접되었을 때 상기 제1 및 제2 핵들의 전체 운동 에너지가 1 keV 미만이 되는 방법. - 제 12항과 제13항 내지 제19항 중의 어느 한 항에 있어서,
중수소 또는 삼중수소 원자 형태의 제3 수소 원자를 이온화하여 제3 중수소 또는 중수소 핵들을 달성하는 단계와;
상기 제1 및 제2 정렬 전계 (E1)들을 상기 제3 핵들에 인가하여 상기 제3 핵들의 중성자를 상기 제3 핵들의 양성자에 정렬시키는 단계와;
상기 제3 핵들을 제4 중수소 또는 삼중수소 핵들의 물리적 근처에 근접시키는 단계로, 이 제3 및 제4 핵들은 융합되지 않는 단계와; 및
수집 전계를 사용하는 등으로 상기 제3 핵들을 수집하고 상기 제 3 핵들을 상기 단계 a) - c)의 상기 제1 핵들로 재사용하는 단계를
더 포함하는 방법. - 제13항 내지 제20항 중의 어느 한 항에 있어서,
전체 스핀 S = K를 갖는 관심 수소 핵들이 스핀 투사 상태
를 갖는 경우, 다른 스핀 에너지 상태들에 대한 핵 산란 진폭을 증가시키는 등으로 상기 제1 및/또는 제2 핵들이 단계 a)에서 서로 근접하도록 허용하는 적어도 하나의 양자 상태 필터를 적용하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제21항에 있어서,
상기 제1 및 제2 핵들 중의 적어도 하나에, 관심 핵들의 공간을 통한 경로를 절곡시키도록 구성된 각각의 절곡 전계를 인가하는 단계를 더 포함하고, 여기서 상기 스핀이 소정의 조건을 충족하는 경우에만 상기 관심 핵들이 상시 절곡에 기인하여 상기 단계 c)에서 접촉하게 되는 방법. - 제13항 내지 제22항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 a)의 거리가 최대 1,000 페르미인 방법, - 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 c) 및 d)의 상기 전자 궤도 수정과 상기 단계 a)의 서로 근접이, 중수소 또는 삼중수소 핵들의 금속 결정으로의 확산 또는 폭격을 통해, 또는 상기 금속 결정을 양극으로 연결하고 대응 음극을 선택된 수소 동위원소로 구성된 물속에 위치시킨 다음 전기분해를 통해 상기 금속 결정에 수소를 담지시키는 등으로 복수의 이온화 또는 비이온화 중수소 또는 삼중수소 원자를 상기 금속 결정에 담지시킴으로써 수행되고, 결정 격자 위치들을 최대 하나의 격자상수로 이격된 상기 핵들의 2개의 인접된 것들 간의 거리로 점유하도록 상기 금속 결정이 상기 중수소 또는 삼중수소 핵들이 상기 금속 결정에 담지되었을 때 상기 결정 구조의 기하학적 구조의 결과 상기 단계 c) 및 d)의 상기 전자 궤도 수정을 달성하는 결정 구조를 갖는 단결정 또는 다결정 물질이 될 수 있는 방법. - 제24항에 있어서,
상기 담지후 금속 원자의 수 당 상기 이온화 또는 비이온화된 중수소 또는 삼중수소의 수의 비가 적어도 0.8, 바람직하기로 적어도 1.5인 방법.. - 제24항 또는 제25항에서,
상기 금속 결정의 전체 질량이 적어도 1.2·10-14 그램인 방법, - 제24항 내지 제26항 중의 어느 한 항에 있어서,
제3 정렬 전계가 인가되어 상기 금속 결정 내에 서로 인접하여 위치한 핵들의 상대거리를 일시적으로 단축시키도록 구성된 블로흐 진동을 유발하는 방법. - 제26항 또는 제27항에 있어서,
상기 금속 결정을 광자와 가능하기로 중성자를 흡수하여 열에너지를 생성하거나, 및/또는 그 형태로 열에너지를 직접 흡수하거나, 및/또는 광자를 흡수하여 전류를 생성하고, 이러한 열 에너지 및/또는 생성된 전류를 상기 금속 결정으로부터 멀리 이송하도록 구성된 물질 내에 밀봉하는 단계를 더 포함하는 방법. - 제26항 내지 제28항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 결정이 팔라듐, 티타늄, 마그네슘, 알루미늄, 리튬, 나트륨, 란타늄, 또는 니켈 중의 어느 것이거나 이 원소들 중의 어느 것을 하나의 성분으로 하는 (가능하기로 복합) 화합물인 방법. - 제26항 내지 제29항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 금속 결정 내에 유도된 자계의 장 강도가 상기 금속 결정 내 또는 이에 연결된 코발트, 철, 니켈, 네오디뮴, 및/또는 사마륨을 포함하는 강자성 물질을 사용하여 증가되는 방법. - 제26항 내지 제30항 중의 어느 한 항에 있어서,
제2 자계가 인가되는데, 이 제2 자계는 이온화 또는 비이온화된 중수소 또는 삼중수소의 대응 핵 스핀 투사 전이 공명 에너지의 25% 이내의 주파수를 갖고 시간에 따라 변화되며, 여기서 제2 자계가 상기 제 자계 (H)에 대해 ±10%의 공차 내에서 직교하게 인가되며, 이 제1 자계 (H)는 더 바람직하기로 정적 자계인 방법. - 제26항 내지 제31항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 전체 자계 (B)가 적어도 10 ms 동안 인가되는 방법. - 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 a)에서의 상기 서로 근접이 상기 제1 및 제3 핵들의 형성, 또는 중수소 또는 삼중수소 분자의 일부의 형성에 의해 달성되는 방법. - 제33항에 있어서,
복수의 이러한 중수소 및/또는 삼중수소 분자들을 갇힌 용적에 유지시키고, 전체 갇힌 용적을 단계 b)의 전체 자계 (B)에 적어도 1 시간 등 적어도 1분 동안 노출시키는 방법. - 제34항에 있어서,
형성된 헬륨이 비워지고 상기 갇힌 용적이 새로운 복수의 중수소 및/또는 삼중수소 분자들로 재충전되는 후속 비움 단계를 더 포함하는 방법. - 제33항 내지 제35항 중의 어느 한 항에 있어서,
상기 단계 c) 및 d)가 상기 제1 및 제2 수소 원자를 이온화시켜 상기 중수소 또는 삼중수소 분자를 형성하는 단계를 포함하는 방법. - 중수소 또는 삼중수소의 융합에 의한 핵에너지를 변환하는 시스템으로,
초기 단계에서 제1 중수소 또는 삼중수소 핵들과 제1 전자를 포함하는 제1 수소 원자와 제2 중수소 또는 삼중수소 핵들과 제2 전자를 포함하는 제2 수소 원자를 제공하도록 구성된 수소 원자 제공 장치를 구비하고,
상기 제1 핵들 및 상기 제2 핵들을 상기 제1 및 제2 핵들 간의 거리를 최대 7 Å 으로 서로 근접시키도록 구성된 핵 이동 부과 장치를 더 구비하며,
결과적인 전체 자계 (B)가 상기 제2 핵들의 제2 스핀에 대한 상기 제1 핵들의 제1 스핀이, 상기 제1 및 제2 스핀들의 각 스핀 축들이 반평행이 되어 서로를 향하거나 서로에서 멀어지게 정렬되게 구성되도록 하는 제1 전계 (H)를 인가하여 상기 제1 및 제2 스핀들이 상기 제1 및 제2 핵들 간의 공통선 상에 투사되고, 상기 공통선은 상기 전체 자계 (B)에 평행 또는 반평행해지도록 구성되는 자계 제공 장치를 더 구비하며, 상기 제1 전자의 공간적 분포가, 상기 제1 전자가 상기 공통선을 따라 상기 제1 및 제2 핵들 간의 영역에 존재할 확률이 구면 대칭 공간적 분포에서보다 더 작아지도록 상기 제1 수소 원자를 이온화하거나 상기 제1 전자의 전자 궤도를 수정하도록 구성된 수소 원자 궤도 수정 장치를 더 구비하고,
이 수소 원자 궤도 수정 장치가 상기 제2 전자의 공간적 분포가, 상기 제2 전자가 상기 공통선을 따라 상기 제1 및 제2 핵들 간의 영역에 존재할 확률이 구면 대칭 공간적 분포에서보다 더 작아지도록 상기 제2 수소 원자를 이온화하거나 상기 제2 전자의 전자 궤도를 수정하도록 더 구성되며,
여기서 상기 핵들의 서로 근접, 상기 자계 (B)의 인가, 상기 전자 궤도 수정이 임의 순서로 수행되지만 상기스핀 방향과 상기 이온화 또는 전자 궤도 수정 상태에서 상기 제1 및 제2 핵들이 동시에 상기 거리에 제공되도록 구성되는 시스템.
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