СПОСОБ И ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ ПОСРЕДСТВОМ АНГАРМОНИЧЕСКОГО ВЫНУЖДЕННОГО ЯДЕРНОГО СИНТЕЗА Российский патент 2000 года по МПК G21B1/00 

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к области производства энергии путем ядерного синтеза и, более конкретно, к процессу выработки энергии путем ангармонического вынужденного ядерного синтеза изотопов водорода, адсорбируемых кристаллической решеткой. Кроме того, объектом изобретения является генератор энергии, который осуществляет этот процесс.

Описание предшествующего уровня техники
Проблема энергообеспечения заставила промышленные и исследовательские лаборатории все в большей степени изучать новые источники энергии. Среди этих источников особенно интересным является ядерный синтез.

В результате исследований ядерного синтеза один из заявителей предложил "устройство для запуска и управления вибрациями кристаллической решетки материала, содержащего дейтерий", описанное в заявке на изобретение Италии N SI/92/A/000002 26.02.92 G 21 B 1/00.

Процесс, лежащий в основе функционирования упомянутого устройства, включает в себя этап подготовки электрода, выполненного из металлического материала, представляющего собой либо чистый металл, либо сплав, способного адсорбировать дейтерий и имеющего правильное кристаллическое строение, например изометрическое. Указанный этап подготовки электрода предполагает, во-первых, удаление газов из электрода с целью "очищения" кристаллической решетки. Затем в кристаллическую решетку при заранее установленных давлении и температуре внедряется некоторое количество дейтерия (D). После этого, когда соотношение числа атомов дейтерия к числу атомов металла (D/Me) превысит значение порогового предела 0,7, среди атомов дейтерия, адсорбированных в кристаллическую решетку, активируется реакция синтеза D + D, возникающая в результате приложения к решетке возмущений в виде вибраций возвратно-поступательного характера ее смежных слоев. Разработаны системы для отвода тепловой энергии, получаемой при ядерном синтезе.

Однако, когда встает вопрос о практическом воплощении описанных выше устройства и процесса, возникают существенные трудности. Прежде всего, использование дейтерия в случае промышленного применения устройства является дорогостоящим. Далее, этап запуска реакции вряд ли является управляемым или повторяемым. Фактически, во многих случаях количество полученной энергии отличалось от ожидавшегося исходя из энергетических показателей, присущих реакции синтеза D + D, и во всех случаях не было постоянным при идентичных начальных условиях подготовки и запуска.

В документе WO 90/13124, 11.01.1999 G 21 B 1/00 описывается способ производства тепловой энергии путем холодного синтеза за счет повышения активности одноатомного дейтерия. Однако реакция протекает только при непрерывном возбуждении активной зоны электрическим полем и способна производить энергию в количестве, меньшем, чем количество энергии, затрачиваемое для ее поддержания.

Сущность изобретения
В отличие от рассмотренных аналогов настоящее изобретение направлено на обеспечение процесса выработки энергии, способного осуществлять ядерный синтез изотопов водорода, адсорбированных металлом, быть воспроизведенным на промышленном уровне без высоких затрат, а также легко активируемого и останавливаемого.

Эта задача реализуется с помощью способа производства энергии посредством ангармонического вынужденного ядерного синтеза изотопов водорода, поглощаемых кристаллической, металлической активной зоной, включающего в себя внедрение в металлическую активную зону изотопов водорода и нагрев активной зоны с последующим ее запуском, в котором дополнительно осуществляют внедрение в металлическую активную зону путем внедрения изотопов водорода H и D, адсорбируемых кристаллической решеткой активной зоны, причем пропорция содержания D - изотопов среди H - изотопов превышает значение 1/80000, в конце этапа внедрения концентрация изотопов H и D, адсорбированных металлом, превышает значение численного соотношения изотопов водорода и атомов металла, равное 0,3, нагрев активной зоны, насыщенной изотопами водорода осуществляют до температуры, превышающей пороговую температуру, соответствующую постоянной дебаевской температуре данного материала, составляющего активную зону, причем эта температура ниже величины, при которой металл активной зоны теряет кристаллическую структуру, запуск активной зоны, осуществляют путем вибрации с длительностью импульса, меньшей чем 0,1 секунды, которая активирует ядерный синтез изотопов водорода с последующим обеспечением стационарного этапа, во время которого происходит выделение тепла от реакции ядерного синтеза H + D, протекающей в активной зоне за счет непрерывного поддержания когерентной многомодальной системы стационарных колебаний кристаллической решетки, адсорбировавшей водород.

Пороговой температурой, которая на этапе нагрева должна быть обязательно превышена, является постоянная Дебая, значения которой для потенциально применимых металлов сведены в таблице 1. Для большей вероятности запуска реакции эта пороговая температура должна быть превышена, как минимум, на значение ΔT находящееся в пределах от нескольких градусов до нескольких десятков градусов - в зависимости от типа материала, образующего активную зону. В любом случае постоянная Дебая может быть рассчитана теоретически, поскольку она равна h/k•ν_cr, где h - постоянная Планка, k - постоянная Больцмана, а ν_cr - характерная частота каждого материала (более подробно смотри "Введение в физику твердых тел" Чарльза Киттела, стр. 100-311 изд. "Джон Уилли и сыновья", 1971, Нью-Йорк).

Для внедрения в упомянутую активную зону предпочтителен естественный водород с пропорцией содержания изотопов D и H, равной около 1/6000. Однако активация реакции возможна также с естественным водородом с обедненным или обогащенным содержанием дейтерия, когда пропорция содержания изотопов D и H в любом случае не ниже чем 1/80000, а ее предпочтительный диапазон расположен между 1/10000 и 1/1000.

Предусматривается, что на этапах внедрения, нагрева, запуска и стационарном этапе к упомянутой активной зоне прилагается воздействие магнитного поля с интенсивностью индукции более 0,1 Тл. По окончании стационарного этапа осуществляется остановка реакции синтеза путем охлаждения активной зоны ниже пороговой температуры или путем создания дополнительного вибронапряжения, нарушающего когерентную многомодальную систему стационарных колебаний, причем остановка включает в себя, вслед за временным созданием разрежения, введение многоатомного газа в камеру, содержащую активную зону, вызывающее дополнительное вибронапряжение.

Этап запуска осуществляют посредством термических напряжений, получаемых введением в камеру, содержащую активную зону, многоатомного газа с перепадом давления величиной от 1 мбар до 4 бар.

В качестве многоатомного газа используют H₂, D₂, HD, HT, C₂H₄, NH₃, N₂, O₂ или их смесь. Этап запуска также осуществляют посредством механического скручивающего, растягивающего или сжимающего импульсов, прилагаемых к концам упомянутой активной зоны с длительностью импульса, меньшей 0,1 секунды, или посредством электрического удара приложением импульсов электрического тока к активной зоне, или посредством импульсов лазерного луча, направляемого на активную зону, или посредством воздействия на активную зону радиоимпульсов, частота которых соответствует частоте плазмы свободных электронов кристаллической решетки активной зоны, или посредством воздействия на активную зону радиоимпульсов, частота которых соответствует резонансной частоте спинов изотопов водорода, или посредством воздействия на активную зону, помещенную в резонантную емкость, импульсов ультразвуковых колебаний, или с использованием обратного пьезоэлектрического эффекта путем подачи на концы металлической активной зоны импульсов переменного напряжения с частотой, равной частоте собственных колебаний активной зоны, или с использованием эффекта магнитострикции путем создания вдоль металлической активной зоны магнитного поля с пиковыми значениями, превышающими интенсивность магнитного насыщения, и длительностью импульса менее 0,1 секунды.

Предусматривается также, что этап внедрения осуществляют с применением электролитических средств, или путем помещения активной зоны в газообразную среду, содержащую водород, или путем погружения активной зоны в растворы HCl, HNO₃, H₂SO₄, или путем погружения активной зоны в гальванические ванны, содержащие NH₃, если металл, составляющий активную зону, наносится на медную или керамическую основу.

Генератор энергии, функционирование которого основано на ангармоническом вынужденном ядерном синтезе изотопов водорода, адсорбируемых металлом, осуществляющий заявленный способ, включает в себя кристаллическую, металлическую активную зону, на поверхности которой адсорбированы изотопы водорода, генерационную камеру, вмещающую активную зону, средства теплообмена, размещенные внутри или вокруг генерационной камеры, в которых течет жидкость, отводящая тепло, средства для создания вибронапряжений в активной зоне с длительностью импульса менее 0,1 секунды, средство внедрения изотопов водорода в металлическую активную зону, и средство нагревания активной зоны до температуры свыше дебаевской температуры и ниже величины, при которой металл активной зоны теряет кристаллическую структуру.

Активная зона в нем выполнена в виде стержня, установленного в генерационную камеру.

Предусмотрено, что средства для создания вибронапряжений в активной зоне содержат электрическую катушку, заключенную в керамической матрице и намотанную вокруг опорной оболочки, ограничивающей генерационную камеру, а через генерационную камеру, между двумя фланцами, приваренными к опорной оболочке, проходит пучок труб таким образом, что пучок труб проходит через фланцы и соединяется с форкамерой, содержащей кольцевой кожух, ограниченный цилиндрической оболочкой; пучок труб также соединяется с коллекторным куполом, соединенным со средствами для внешнего теплообмена и циркуляционным насосом теплоотводящей жидкости, причем металлическая активная зона нанесена на пучок труб гальваническим способом.

Предусмотрено также, что генерационная камера соединяется посредством осевых каналов, пересекающих купол - с одной стороны, и форкамеру - с другой стороны, с газовым баллоном и воздушным насосом, приспособленными для подачи водорода или других газов в генерационную камеру с целью создания термических напряжений и запуска реакции, установлена внутри цилиндра подогрева, в который встроена электрическая обмотка, кожух, расположенный вокруг цилиндра и образованный опорной оболочкой и цилиндрической оболочкой, пропускает теплоотводящую жидкость, и соединена с газовым баллоном и воздушным насосом через камеру купола, а активная зона контактирует с электродом, предназначенным для передачи на нее импульса с целью запуска реакции.

Активная зона является металлическим слоем, нанесенным на медную или керамическую основу гальваническим способом, или металлическим порошком, помещенным в генерационную камеру, а средства для создания вибронапряжений в активной зоне содержат пьезоэлектрический электрод, прикрепленный к активной зоне.

Краткое описание иллюстраций
Последующие особенности и преимущества процесса и генератора согласно настоящему изобретению, наглядно раскрываются в описании, опирающемся на некоторые из возможных вариантов изобретения, в иллюстративном, но не ограничительном контексте, с привязкой к следующим прилагаемым иллюстрациям:
фиг. 1 показывает продольное сечение первого варианта генератора в соответствии с настоящим изобретением;
фиг. 2 показывает продольное сечение второго варианта генератора в соответствии с настоящим изобретением;
таблица 1 представляет значения постоянной Дебая для нескольких типов металлов и сплавов.

Описание предпочтительных вариантов изобретения
В соответствии с фиг. 1 генератор, осуществляющий процесс в соответствии с настоящим изобретением, содержит генерационную камеру 2, пересекаемую пучком труб 5 в сосуде, образованном между двумя фланцами 10, приваренными к опорной оболочке, ограничивающей камеру 2 с внешней стороны. Трубы 5 проходят через фланцы 10 и соединяются с форкамерой 3, содержащей кольцевой кожух 3a, ограниченный цилиндрической оболочкой 13 с входными отверстиями 3b. Кроме того, трубы 5 посредством фланцевых сопел 14 соединяются с коллекторным куполом 4, оборудованным средствами теплообмена и циркуляционным насосом, которые на иллюстрациях не показаны.

Камера 2 соединяется посредством осевых каналов 6, пересекающих купол 4 с одной стороны и форкамеру 3 с другой стороны, с газовым баллоном и воздушным насосом (на иллюстрациях не показаны) с помощью общеизвестных соединений, размещенных снаружи оболочки 13. Каналы 6 приспособлены для подачи водорода или других газов в камеру 2.

Металлическая активная зона 1 толщиной в несколько миллиметров наносится на трубы 5 гальваническим методом. Вокруг опорной оболочки 11 наматывается электрическая катушка 9, заключенная, например, в керамической матрице 9a.

Жидкость, поступающая из входных отверстий 3b и проходящая по пучку труб 5, предварительно нагревается в кожухе 3a и забирает тепло, выделяющееся в активной зоне 1 во время ангармонической реакции синтеза изотопов водорода, запуск которой будет описан далее.

В соответствии с фиг. 2 генератор в другом варианте изобретения содержит активную зону 1 в форме цилиндрического стержня, помещенного в камеру 2, находящуюся в цилиндре подогрева 20, в который встроена электрическая обмотка 9.

Кожух 15, образованный опорной оболочкой 11 и цилиндрической оболочкой 13, пропускает жидкость, отводящую тепло, которая поступает через входное отверстие 22 и после омывания оболочки 11 в осевом направлении выходит через выходное отверстие 23. Подача газа в камеру 2 управляется посредством камеры 24, соединяющейся с газовым баллоном и воздушным насосом (на иллюстрациях не показаны) с помощью общеизвестных средств соединения. Активная зона 1 контактирует с электродом 25, предназначенным для передачи на нее импульса пьезоэлектрического типа с целью активации ангармонической реакции синтеза изотопов водорода, описание процесса которой следует ниже.

В обоих генераторах, отображенных на фиг. 1 и 2, обмотки 9 выполняют несколько функций, так как, кроме возбуждения магнитного поля, необходимого для адсорбции водорода активной зоной, они также осуществляют нагрев камеры, содержащей теплоотводящую жидкость, а также запуск реакции посредством, например, электрического импульса с магнитостриктивным воздействием.

Активная зона 1, показанная в первом случае (фиг. 1), выполнена в виде металлического слоя, например, многослойной структуры с чередующимися слоями никеля и хрома, а во втором случае (фиг. 2) - это металлический стержень цилиндрической формы, изготовленный, например, из хромисто-никелевой стали. Активная зона 1 имеет предпочтительно однородную поверхность, исключающую, насколько это возможно, какие-либо забоины или дефекты. С применением известных технологий естественный водород с пропорцией содержания изотопов D и H, равной около 1/6000, адсорбируется в дегазированную кристаллическую решетку активной зоны 1. Процентное содержание дейтерия D по отношению к водороду H может быть увеличено относительно указанной величины, хотя при пропорции содержания изотопов D и H, превышающей значение 1/1000, невозможно получить экономический эффект от использования реакции из-за высокой стоимости дейтерия, а также проблематичности прерывания реакции обычной процедурой остановки, рассматриваемой ниже.

1) Этап внедрения
Известны следующие способы внедрения водорода в активную зону с целью химической адсорбции изотопов водорода в кристаллическую решетку:
- электролитическая адсорбция;
- помещение активной зоны в газообразную среду, содержащую водород при заранее установленных температуре и давлении;
- погружение активной зоны в растворы HCl, HNO₃, H₂SO₄;
- погружение активной зоны в гальванические ванны, содержащие, например, NH₃, если металл, составляющий активную зону, наносится на основу из материала, такого как медь или керамика.

Некоторые материалы требуют применения магнитного поля с интенсивностью, большей, чем у поля насыщения, превышающей, как правило, значение 0,1 Тл. В обоих описанных вариантах генераторов магнитное поле создается обмоткой 9.

Абсолютное давление водорода внутри генерационной камеры должно поддерживаться предпочтительно в пределах величин от 1 до 1000 мбар, но в любом случае - не выше предела в 4 бар, за которым адсорбция не происходит, кроме как при крайне высоких давлениях - более 50 бар.

Химическая адсорбция изотопов водорода в металл активной зоны вызывает распад молекул H₂ и D₂ и образование внутри кристаллической структуры активной зоны ковалентных связей (гидриды) между атомами H и D и атомами металла. Электростатическое отталкивание атомов водорода компенсируется избытком отрицательного заряда свободных электронов металла. Таким образом, уменьшение электростатического отталкивания, получаемое благодаря этим связям, позволяет связанным атомам располагаться друг к другу более тесно, чем в идентичных условиях при несвязанных (свободных) атомах.

Когда концентрация изотопов H и D, адсорбированных металлом в пропорции, рассмотренной выше, достаточно высока, например, численное соотношение изотопов водорода и атомов металла превышает величину 0,3, создание сильной вибрации решетчатой структуры может заставить две системы Me + H и D + Me сблизиться друг с другом настолько, что расстояние между атомами H и D станет меньше расстояния, на котором начинают действовать ядерные силы.

2) Этап нагрева
Согласно изобретению, успешное осуществление запуска реакции синтеза возможно только при повышении температуры активной зоны 1 до значения, превышающего постоянную Дебая для материала, составляющего активную зону. Значения постоянной Дебая для различных металлов сведены в таблицу 1. Фактически, только при температуре, превышающей упомянутую дебаевскую температуру, ряд ангармонических колебаний кристаллической решетки, адсорбировавшей водород, начинает превалировать над рядом гармонических колебаний с сопутствующим повышением вероятности сложения векторов колебательных движений. При этом, однако, для успешного запуска реакции необходимо, чтобы постоянная Дебая была превышена на несколько градусов или несколько десятков градусов в зависимости от типа металла, составляющего активную зону, для того, чтобы добиться существенного перевеса количества элементов кристаллической решетки, колеблющихся ангармонически над количеством элементов, колеблющихся гармонически.

Этап нагрева может быть осуществлен любыми известными средствами, например термоэлектрическим нагревом, окислением горючих веществ или посредством других экзотермических химических реакций, рекомбинацией ионов в многоатомные молекулы, лазерными импульсами и погружением в горячие жидкости.

3) Этап запуска
В областях активной зоны, где произошла адсорбция водорода или, другими словами, у внешней поверхности активной зоны возвратно-поступательные колебания кристаллической решетки могут успешно привести к сближению двух изотопов водорода, соответственно водорода H и дейтерия D, друг с другом на расстояние, меньшее критического расстояния, на котором, как отмечено выше, начинают проявляться ядерные силы. В соответствии с изобретением в условиях, описанных выше, (и только в этих условиях) возможно активировать описанную выше локализованную ядерную реакцию, создающую в активной зоне напряжение, способное генерировать когерентное дополнение большому числу векторов волнового движения и тем самым вызвать гигантский локальный виброимпульс, способный до достаточной степени возбудить кристаллическую решетку, адсорбировавшую изотопы водорода. Измерения локального изменения объема вследствие расширения активной зоны показали, что этот параметр для активной (насыщенной изотопами водорода) части зоны в 20 раз превосходит аналогичный параметр для ее неактивной части.

Каждый элементарный синтез H + D создает ³He, высвобождая 5,5 МэВ, что является достаточным количеством энергии для испарения области, окружающей точку, в которой произошла реакция. Для этого случая реакцию синтеза H + D в полном виде следовало бы записать так H + D = ³He + γ с энергией 5,5 МэВ. Однако в этом случае не происходит освобождения из ядра атома γ-фотонов или других частиц, поскольку продолжительность ковалентных связей водород-металл составляет порядка 10^-15 - 10^-16 секунды, в то время как период ядерного взаимодействия - порядка 10^-18 - 10^-21 секунды. Поэтому энергия, высвобождаемая при реакции синтеза, может рассеиваться в решетке без испускания частиц или γ-фотонов (см. "Атомная физика" Макс Борн, изд. "Блэки и сыновья", 1965, Глазго, стр. 229-237; "Теория атомного ядра" А.Ф.Давыдов, изд. Заничелли, 1976, Болонья, стр. 3-118, 185-226, 227-315, 583-586; "Эффект Мессбауэра" Г.К.Вертхайм, изд. Академик Пресс, 1968, Нью-Йорк, стр. 1-71).

При более подробном рассмотрении, после превышения постоянной Дебая вероятность того, что реакция H + D будет активирована, больше в том случае, когда приобретают значение ангармонические члены межатомных перемещений, а это может произойти только в том случае, когда температура на достаточную величину превышает постоянную Дебая, на уровне характеристической температуры для каждого материала. В этих условиях, вслед за созданием достаточно мощного возмущения путем внешнего воздействия кванта энергии вибрации, проходящей через кристаллическую решетку, вместо хаотического колебания когерентно взаимодействует с последующим дополнением векторов волн касательно к поверхности активной зоны и с последующим образованием пиков усиленной энергии в определенных точках (пиковых точках). Волновые серии, движущиеся в активном материале зоны, помимо создания локальных очагов реакции синтеза образуют внутри участков активного материала зоны когерентную многомодальную систему стационарных колебаний, приводя тем самым к отрицательному изменению энтропии и как следствие этого - к выделению тепла, которое в соответствии с изобретением может быть использовано генератором.

Далее, стационарная волна продолжает сама себя поддерживать за счет эффекта накачки, создаваемого реакциями H + D. Фактически, вследствие того, что структура решетки изменяется локальными испарениями, вызываемыми местными реакциями синтеза H + D в упомянутых пиковых точках, векторы волн снова дополняются в других близлежащих пиковых точках, где решетка еще не нарушена, и возбуждают дальнейшие реакции H + D. При повторении местных реакций синтеза поверхность активной зоны испещряется множеством полостей, как правило, равноудаленных друг от друга и разделенных участками с еще не нарушенной решеткой, и масса активной зоны последовательно уменьшается в результате прогрессирующих локальных испарений.

Следующим, существенным, фактором, обеспечивающим поддержание стационарной волны, является взаимодействие электронов с кристаллической решеткой, особенно - в переменном электромагнитном поле. Фактически, каждый переход из одного состояния Ферми в другое сопровождается испусканием частиц с данной частотой и вектором волны (см. "Введение в физику твердых тел" Чарльз Киттел, изд. "Джон Уилли и сыновья", 1971, Нью-Йорк, стр. 100-311).

Этап запуска может быть осуществлен с помощью различных известных типов импульсов с длительностью импульса менее 0,1 секунды.

В тех случаях, когда активная зона состоит из чистых металлов или их соединений с другими элементами или веществами, сталей, нержавеющих сталей, одно- или многослойных структур металлов или сплавов, этап запуска может быть осуществлен одним из следующих способов.

Способ термических напряжений, основанный на перепадах давления: многоатомный газ, такой как H₂, D₂, HD, HT, C₂H₄, NH₃, N₂, O₂ и т.д., подается в генерационную камеру с отрицательной энтальпической разностью физической адсорбции (ΔH) и соответствующим перепадом давления величиной в 1 мбар...4 бар. Как уже известно, введенный газ вызывает тепловые напряжения на поверхности активной зоны, возникающие из-за переходного распада молекул газа и последующей внезапной экзотермической реакции, образующей снова молекулы и каталитически поддерживающейся самой поверхностью активной зоны. Такие тепловые напряжения вызывают образование волновых серий реакций и, как описано выше, быстрый запуск процесса выработки энергии путем ядерного синтеза H и D. Вариант изобретения, отображенный на фиг. 1, разработан как раз под такой способ запуска, при котором многоатомный газ подается по каналам 6, показанным на фиг. 1. Во время реакции электрическим током, проходящим по обмотке 9, расположенной по всей длине активной зоны 1, поддерживается постоянное магнитное поле с индукцией, составляющей 0,2...1,5 Тл.

Способ механического импульса: к концам активной зоны прилагается механический скручивающий, растягивающий или сжимающий импульс с интенсивностью и длительностью импульса менее 0,1 секунды, достаточными для создания структурной деформации, активирующей процесс синтеза.

Способ электрического возбуждения: к концам активной зоны прилагается импульс электрического тока с приемлемыми пиковыми значениями и скоростью импульса, равной, например, 1000 ампер в секунду, для создания структурной деформации, активирующей процесс синтеза. Вариант изобретения, отображенный на фиг. 2, разработан также под этот способ запуска, при котором импульс тока переменного напряжения создается электродом 25, подсоединенным к активной зоне 1, и проводится по кабелям 8.

Оптоэлектронный способ: импульс лазерного луча высокой мощности, например, 1 МВт, направляется на активную зону и инициирует ударную волну и температурное напряжение, которые, в свою очередь, вызывают резкую структурную деформацию, активирующую процесс синтеза.

Радиочастотный способ: активная зона подвергается воздействию радиоимпульса, частота которого соответствует либо резонансной частоте спинов изотопов водорода, либо частоте плазмы свободных электронов кристаллической решетки.

Ультразвуковой способ: активная зона помещается в резонансную емкость. К активной зоне прилагается импульс энергии ультразвуковых колебаний с интенсивностью и длительностью (менее 0,1 секунды), достаточными для возбуждения реакции синтеза.

В случаях, когда активная зона выполнена из материала с кристаллической структурой, подверженной пьезоэлектрическому эффекту, этап запуска может быть активирован методом обратного пьезоэлектрического эффекта. Для этого на концы металлической активной зоны подаются импульсы переменного напряжения с частотой, равной частоте собственных колебаний активной зоны, и пиковыми значениями (превышающими, например, 5 кВ), достаточными для создания структурной деформации, которая затем активирует процесс синтеза. Вариант изобретения, отображенный на фиг. 2, разработан также под этот способ запуска, при котором импульс переменного напряжения создается электродом 25, подсоединенным к активной зоне 1, и проводится по кабелям 8.

Наконец, если активная зона относится к классу ферромагнитных материалов, этап запуска может быть активирован методом магнитострикции, который заключается в создании вдоль металлической активной зоны магнитного поля с пиковыми значениями, превышающими интенсивность магнитного насыщения, и длительностью импульса менее 0,1 секунды. Этот способ запуска может быть реализован генераторами, отображенными как на фиг. 1, так и на фиг. 2 путем создания электромагнитного импульса током, протекающим по обмотке 9.

4) Этап теплообмена
После запуска реакция поддерживается в стационарных условиях путем отвода тепла посредством теплоотводящей жидкости, принудительно циркулирующей в пучке труб 5, проходящих через генерационную камеру, как показано на фиг. 1, или через кожух 15, как показано на фиг. 2. Отвод тепла не должен превышать определенного уровня, за которым он может повлечь падение температуры активной зоны ниже постоянной Дебая, что привело бы к медленной остановке реакции.

Что касается тепловой производительности, которая может быть достигнута, то важную роль здесь играют размеры и форма активной зоны. Активная зона может иметь форму стержня, слоя, отдельных и/или сплетенных проводов, рыхлого или прессованного порошка со связующим составом или без него. Например, в генерационной камере 2, показанной на фиг. 1, активная зона может быть выполнена не в виде слоя металла, нанесенного на трубы 5, а в виде множества стержней, размещенных в различных точках самой камеры. В другом варианте камера 3 может быть наполнена металлическим порошком.

Понятно, что температура активной зоны 1, при которой протекает реакция, должна оставаться ниже температуры перехода, выше которой решетка теряет свои кристаллические свойства и переходит в аморфное состояние, сравнимое со стекловидным. Это происходит при температурах, меньших, чем температура плавления любого металла. Фактически, в упомянутых условиях поведение активной зоны при колебаниях кардинально отличалось бы от характера колебаний решетки в кристаллическом состоянии, так как исчезло бы доминирующее направление сложения векторов волн, а вместе с ним и любая возможность протекания описанной выше реакции.

Также необходимо, чтобы температура устойчивого процесса, в среде которой находится активная зона, не приближалась к особым критическим температурам, хорошо известным для каждого металла из экспериментально полученных диаграмм адсорбции. Эти критические температуры сопровождаются нарастающим процессом выталкивания водорода из решетки.

5) Этап остановки
Реакция может быть прервана подавлением когерентной многомодальной системы стационарных колебаний путем простого внесения добавочного вибронапряжения, которое выводит систему из равновесия за счет локального положительного прироста энтропии.

Эта процедура может быть выполнена, например, созданием высокого разрежения в генерационной камере (абсолютное давление менее 0,1 мбар) и введением струи газа с положительным значением энтальпии ΔH диссоциации, например H₂. Вследствие соударения с поверхностью активной зоны молекулы диссоциируют и происходит быстрое поглощение энергии из решетки с сопутствующим отрицательным температурным напряжением. Резкое понижение температуры нарушает структуру пиковых точек и приводит к остановке ядерной реакции между изотопами водорода.

Другим способом, даже оставляя давление газа внутри генерационной камеры неизменным, достаточно изменить режим теплообмена с тем, чтобы охладить активную зону до температуры, меньшей постоянной Дебая. Эта процедура может быть выполнена, например, путем принудительной циркуляции жидкости с температурой, меньшей постоянной Дебая, по пучку труб через генерационную камеру.

С целью еще более подробного описания процесса, предлагаемого в настоящем изобретении, ниже приводится несколько практических примеров, касающихся использования вышеупомянутых этапов применительно к металлической активной зоне, кристаллическая решетка которой адсорбировала определенное количество естественного водорода.

Пример 1. Активная зона представляет собой стержень длиной 90 мм и диаметром 5 мм, изготовленный из металлического материала клунила с изометрической кристаллической структурой, в которой атомы никеля и хрома представлены в равном количестве и чередуются друг с другом. Поверхность активной зоны адсорбировала естественный водород (соотношение D/H = 1/6000) в результате введения на нее H₂ с давлением 500 мбар и температурой 220 градусов Цельсия при одновременном воздействии магнитного поля с индукцией в 1 Тл, создаваемого катушкой 9, намотанной вокруг активной зоны. Используемый генератор соответствует варианту, изображенному на фиг. 1, с набором труб 5, не покрытых металлическим слоем.

Затем камера, вмещающая в себя стержень, была постепенно нагрета до температуры, превышающей на 20 градусов постоянную Дебая, значение которой для клунила составляет 192 градусов Цельсия.

Запуск осуществлялся термоэлектрическим способом (с помощью теплового импульса, созданного импульсом тока, проходящего по обмотке 9). При этом активная зона находилась все время под воздействием вышеупомянутого магнитного поля и в среде естественного водорода с давлением 500 мбар. Более конкретные пусковые показатели: сила электрического импульса - 1000 А, длительность импульса - 30 • 10^-9 секунды.

В ходе реакции, в течение 58 дней, было получено количество полезной энергии, соответствующее теплопроизводительности 1,29 МДж в день, после чего реакция была остановлена путем введения H₂ вслед за временным созданием разрежения (0,1 мбар).

При остановке реакции отмечено, что в период переходного процесса были обнаружены радиоактивные изотопы. В качестве причины этого явления предполагаются соударения ядер H, D, ³He, ускоренных энергией γ-фотонов (5,5 МэВ), выделившейся при предшествующих реакциях H + D и не передавшейся решетке для активации последующих реакций, с соседними ядрами.

Пример 2
Активная зона представляет собой никелевый стержень длиной 200 мм и диаметром 3 мм. Методом помещения в газообразную среду с критической температурой 198 градусов Цельсия при одновременном воздействии магнитного поля с индукцией в 1 Тл, создаваемого катушкой 9, намотанной вокруг активной зоны, осуществлена адсорбция естественного водорода (соотношение D/H = 1/6000) поверхностью активной зоны. Используемый генератор соответствует варианту, изображенному на фиг. 2.

Затем камера, вмещающая в себя стержень, была нагрета до температуры, превышающей на 20 градусов постоянную Дебая, значение которой для никеля составляет 167 градусов Цельсия.

Запуск осуществлялся способом электрострикции или, другими словами, приложением к активной зоне электрода, проводившего импульс пьезоэлектрического характера. Более конкретные пусковые показатели: импульсное напряжение составило, по меньшей мере, 10 кВ, длительность импульса - 0,1 секунды.

В ходе реакции, за 31 день, было получено количество полезной энергии, соответствующее средней теплопроизводительности 4,74 МДж в день, после чего реакция была медленно остановлена.

Пример 3
Активная зона представляет собой стержень длиной 90 мм и диаметром 5 мм, изготовленный из стали типа AISI 316, подвергнутой отпуску при температуре 400 градусов Цельсия для снятия внутренних напряжений. Методом погружения в кислотный раствор и последующего помещения в газообразную среду с абсолютным давлением 600 мбар при одновременном воздействии магнитного поля с индукцией в 1 Тл, создаваемого катушкой 9, намотанной вокруг активной зоны, осуществлена адсорбция естественного водорода (соотношение D/H = 1/6000) поверхностью активной зоны.

Затем камера, вмещающая в себя стержень, была нагрета до температуры 314 градусов Цельсия, превышающей постоянную Дебая.

Запуск осуществлялся как термоэлектрическим способом, так и способом тепловых напряжений, возникающих при рекомбинации газов.

В ходе реакции, за 34 дня, было получено количество полезной энергии, соответствующее средней теплопроизводительности 2,64 МДж в день, после чего реакция была медленно остановлена путем охлаждения ниже критической температуры.

Пример 4
Генератор, подобный показанному на фиг. 1, содержит генерационную камеру, пересекаемую пучком труб, изготовленных из меди и имеющих гальваническое покрытие слоем чистого никеля толщиной 2 мм. Методом помещения в газообразную среду с абсолютным давлением 600 мбар при одновременном воздействии магнитного поля с индукцией в 1 Тл, создаваемого катушкой 9, намотанной вокруг активной зоны и заключенной в керамическую матрицу, осуществлена адсорбция естественного водорода (соотношение D/H = 1/6000) поверхностью активной зоны.

Затем температура камеры, содержащей участок труб, была доведена до значения 210 градусов Цельсия, что на 57 градусов выше постоянной Дебая.

Запуск осуществлялся способом магнитострикции или, другими словами, приложением к активной зоне посредством обмотки 9 электромагнитного импульса. Более конкретные пусковые показатели: импульсная индукция - 0,8 Тл и длительность импульса < 0,1 секунды.

В ходе реакции, в течение 6 дней, с использованием жидкости, отводящей тепло через участок пучка труб, было получено количество полезной энергии, соответствующее средней теплопроизводительности 4,9 МДж в день, после чего реакция была медленно остановлена путем охлаждения ниже критической температуры.

Учитывая то, что процесс производства энергии и генератор, его осуществляющий, обеспечивают выработку энергии в ее тепловой форме путем ядерного синтеза при относительно низких температурах, без испускания радиоактивных или каких-либо иных опасных частиц, в течение длительного периода, их промышленная применимость является очевидной. Материалы, применяемые для активной зоны генератора и его остальных компонентов, не являются дорогостоящими, что открывает существенные возможности для экономичного использования.

В случаях, когда материал, составляющий активную зону, имеет более высокую постоянную Дебая, как, например, кремний (640 градусов Кельвина), рабочая температура, при которой происходит теплообмен, является более высокой по сравнению с описанными выше примерами. Поэтому возможно напрямую использовать энергию, приобретаемую теплоотводящей жидкостью во время течения через генератор, например, для вращения лопаток турбин или подобных целей.

Более того, ³He, образующийся в результате реакции, может также найти применение на промышленном уровне с учетом текущей высокой стоимости этого газа.

Изобретение относится к производству энергии путем ядерного синтеза и, более конкретно, к процессу выработки энергии путем ангармонического вынужденного ядерного синтеза изотопов водорода, адсорбируемых кристаллической решеткой. Кроме того, объектом изобретения является генератор энергии, который осуществляет этот процесс. Процесс производства энергии и генератор энергии, основанные на ангармоническом вынужденном ядерном синтезе изотопов водорода, адсорбируемых металлом, включает в себя: этап внедрения изотопов водорода Н и D в металлическую активную зону; этап нагрева, на котором упомянутая активная зона нагревается до температуры, превышающей дебаевскую температуру материала этой активной зоны; этап запуска, на котором создается вибрация с длительностью импульса, меньшей чем 0,1 с, активирующая ядерный синтез упомянутых изотопов водорода; стационарный этап, во время которого происходит выделение тепла от реакции ядерного синтеза Н + D, протекающей в активной зоне за счет непрерывного поддержания когерентной многомодульной системы стационарных колебаний. Обеспечивается процесс выработки энергии, способный осуществлять ядерный синтез изотопов водорода, адсорбированных металлом, обеспечивается воспроизводство на промышленном уровне без высоких затрат, процесс легко активируемый и останавливаемый. 2 с. и 30 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ производства энергии посредством ангармонического вынужденного ядерного синтеза изотопов водорода, поглощаемых кристаллической, металлической активной зоной, характеризуемый тем, что он включает в себя внедрение в металлическую активную зону изотопов водорода и нагрев активной зоны с последующим ее запуском, отличающийся тем, что внедрение в металлическую активную зону осуществляют путем внедрения изотопов водорода H и D, адсорбируемых кристаллической решеткой активной зоны, причем пропорция содержания D-изотопа среди H-изотопов превышает значение 1/80000, в конце этапа внедрения концентрация изотопов H и D, адсорбированных металлом, превышает значение численного соотношения изотопов водорода и атомов металла, равное 0,3, нагрев активной зоны, насыщенной изотопами водорода, осуществляют до температуры, превышающей пороговую температуру, соответствующую постоянной дебаевской температуре данного материала, составляющего активную зону, причем эта температура ниже величины, при которой металл активной зоны теряет кристаллическую структуру, запуск активной зоны осуществляют путем вибрации с длительностью импульса меньшей, чем 0,1 с, которая активирует ядерный синтез изотопов водорода с последующим обеспечением стационарного этапа, во время которого происходит выделение тепла от реакции ядерного синтеза H + D, протекающей в активной зоне за счет непрерывного поддержания когерентной многомодульной системы стационарных колебаний кристаллической решетки, адсорбировавшей водород. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что на этапе нагрева пороговая температура, соответствующая постоянной Дебая, должна быть превышена, как минимум, на значение ΔT, находящееся в пределах от нескольких градусов до нескольких десятков градусов, в зависимости от типа материала, образующего активную зону. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапах внедрения, нагрева, запуска и стационарном этапе к упомянутой активной зоне прилагается воздействие магнитного поля с интенсивностью индукции более 0,1 Тл. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе внедрения изотопов водорода пропорция содержания D-изотопов среди H-изотопов принимает значения от 1/10000 до 1/1000. 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе внедрения изотопов водорода пропорция содержания D-изотопов среди H-изотопов равна 1/6000 (естественный водород). 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что по окончании стационарного этапа осуществляется остановка реакции синтеза путем охлаждения активной зоны ниже пороговой температуры. 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что по окончании стационарного этапа осуществляется остановка реакции синтеза путем создания дополнительного вибронапряжения, нарушающего когерентную многомодульную систему стационарных колебаний. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что остановка включает в себя, вслед за временным созданием разрежения, введение многоатомного газа в камеру, содержащую активную зону, вызывающее дополнительное вибронапряжение. 9. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап запуска осуществляют посредством термических напряжений, получаемых введением в камеру, содержащую активную зону, многоатомного газа с перепадом давления величиной от 1 мбар до 4 бар. 10. Способ по пп.8 и 9, отличающийся тем, что многоатомный газ является H₂, D₂, HD, HT, C₂H₄, NH₃, N₂, O₂ или их смесью. 11. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап запуска осуществляют посредством механического скручивающего, растягивающего или сжимающего импульсов, прилагаемых к концам упомянутой активной зоны с длительностью импульса, меньшей 0,1 с. 12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап запуска осуществляют посредством электрического удара приложением импульсов электрического тока к активной зоне. 13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап запуска осуществляют посредством импульсов лазерного луча, направляемого на активную зону. 14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап запуска осуществляют посредством воздействия на активную зону радиоимпульсов, частота которых соответствует частоте плазмы свободных электронов кристаллической решетки активной зоны. 15. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап запуска осуществляют посредством воздействия на активную зону радиоимпульсов, частота которых соответствует резонансной частоте спинов изотопов водорода. 16. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап запуска осуществляют посредством воздействия на активную зону, помещенную в резонантную емкость, импульсов ультразвуковых колебаний. 17. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап запуска осуществляют с использованием обратного пьезоэлектрического эффекта путем подачи на концы металлической активной зоны импульсов переменного напряжения с частотой, равной частоте собственных колебаний активной зоны. 18. Способ по п. 1, отличающийся тем, что этап запуска осуществляют с использованием эффекта магнитострикции путем создания вдоль металлической активной зоны магнитного поля с пиковыми значениями, превышающими интенсивность магнитного насыщения, и длительностью импульса менее 0,1 с. 19. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап внедрения осуществляют с применением электролитических средств. 20. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап внедрения осуществляют путем активной зоны в газообразную среду, содержащую водород. 21. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап внедрения осуществляют путем погружения активной зоны в растворы HCl, HNO₃, H₂SO₄. 22. Способ по п.1, отличающийся тем, что этап внедрения осуществляют путем погружения активной зоны в гальванические ванны, содержащие NH₃, если металл, составляющий активную зону, наносится на медную или керамическую основу. 23. Генератор энергии, функционирование которого основано на ангармоническом вынужденном ядерном синтезе изотопов водорода, адсорбируемых металлом, осуществляющий способ в соответствии с любым из предыдущих пунктов формулы изобретения и характеризуемый тем, что он включает в себя кристаллическую металлическую активную зону, на поверхности которой адсорбированы изотопы водорода, генерационную камеру, вмещающую активную зону, средства теплообмена, размещенные внутри или вокруг генерационной камеры, в которых течет жидкость, отводящая тепло, средства для создания вибронапряжений в активной зоне с длительностью импульса менее 0,1 с, средство внедрения изотопов водорода в металлическую активную зону и средство нагревания активной зоны до температуры выше дебаевской температуры и ниже величины, при которой металл активной зоны теряет кристаллическую структуру. 24. Генератор по п.23, отличающийся тем, что активная зона выполнена в виде стержня, установленного в генерационную камеру. 25. Генератор по п.23, отличающийся тем, что средства для создания вибронапряжений в активной зоне содержат электрическую катушку, заключенную в керамической матрице и намотанную вокруг опорной оболочки, ограничивающей генерационную камеру. 26. Генератор по п.25, отличающийся тем, что через генерационную камеру, между двумя фланцами, приваренными к опорной оболочке, проходит пучок труб таким образом, что пучок труб проходит через фланцы и соединяется с форкамерой, содержащей кольцевой кожух, ограниченный цилиндрической оболочкой; пучок труб также соединяется с коллекторным куполом, соединенным со средствами для внешнего теплообмена и циркуляционным насосом теплоотводящей жидкости. 27. Генератор по п.25 или 26, отличающийся тем, что упомянутая металлическая активная зона нанесена на пучок труб гальваническим способом. 28. Генератор по п.25 или 27, отличающийся тем, что генерационная камера соединяется посредством осевых каналов, пересекающих купол - с одной стороны и форкамеру - с другой стороны, с газовым баллоном и воздушным насосом, приспособленными для подачи водорода или других газов в генерационную камеру с целью создания термических напряжений и запуска реакции. 29. Генератор по пп.23 и 24, отличающийся тем, что генерационная камера установлена внутри цилиндра подогрева, в который встроена электрическая обмотка, кожух, расположенный вокруг цилиндра и образованный опорной оболочкой и цилиндрической оболочкой, пропускает теплоотводящую жидкость, генерационная камера соединена с газовым баллоном и воздушным насосом через камеру купола, а активная зона контактирует с электродом, предназначенным для передачи на нее импульса с целью запуска реакции. 30. Генератор по п.23, отличающийся тем, что активная зона является металлическим слоем, нанесенным на медную или керамическую основу гальваническим способом. 31. Генератор по п. 23, отличающийся тем, что активная зона является металлическим порошком, помещенным в генерационную камеру. 32. Генератор по п.23, отличающийся тем, что средства для создания вибронапряжений в активной зоне содержат пьезоэлектрический электрод, прикрепленный к активной зоне.