СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫРАБОТКИ ЭНЕРГИИ Российский патент 2015 года по МПК G21B3/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу выработки энергии при помощи ядерных реакций между металлом и водородом, адсорбируемым на кристаллической структуре металла. Кроме того, изобретение относится к генератору энергии, выполняющему подобные реакции.

Уровень техники

Способ выработки тепла при помощи ядерных реакций, вызванных водородом, адсорбируемым на активном никелевом ядре, описан в WO 95/20316, Piantelli и др. Варианты усовершенствования способа описаны в работе Focardi, Gabbani, Montalbano, Piantelli, Veronesi, "Выработка большого количества избыточного тепла в системах Ni-H", II Nuovo Cimento, том IIIA, №11, ноябрь 1998, и в сопутствующей библиографии.

Проблема, обнаруженная в ходе экспериментов, заключалась в подготовке ядер, на которых должен адсорбироваться водород и должны проводиться реакции; такие ядра были выполнены из никеля и имели форму маленьких брусков.

Одной из нескольких особо важных сторон способа был выбор подходящего способа адсорбции водорода и качество водородного вещества, а также воспроизводимость условий инициации способа.

Другими особо важными сторонами были вопросы очистки маленького бруска до адсорбции водорода, а также оптимизации поверхностных условий бруска и способ инициации и прекращения реакций.

Из-за указанных проблем подготовка способа и его промышленное использование оказались в некоторой степени сложны.

Еще одной особо важной стороной является установление размера и конструктивного исполнения ядра для достижения желаемой мощности.

В документе DE 4024515 описан способ получения энергии при помощи ядерного синтеза изотопов водорода, согласно которому атомы приводят в контакт с кластерами, содержащими от 3 до 100 тысяч атомов переходного металла, а кластеры получают путем охлаждения мелко подразделенных частиц металла.

Сущность изобретения

Таким образом, задачей настоящего изобретения является обеспечение способа выработки энергии при помощи ядерных реакций водорода, адсорбированного в кристаллической структуре металла, что обеспечивает воспроизводимость условий инициации реакций.

Далее, задачей настоящего изобретения является обеспечение подобного способа для промышленного производства исходных материалов активных ядер и промышленной адсорбции в них водорода.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание генератора энергии, который осуществляет вышеописанные ядерные реакции, а производительность и размеры которого подходят для промышленного производства.

Сходным образом, задачей настоящего изобретения является создание подобного генератора, позволяющего легко корректировать выходную мощность.

Еще одной задачей настоящего изобретения является создание подобного генератора, который может быть легко остановлен.

Эти и другие задачи выполнены при помощи способа выработки энергии при помощи ядерных реакций между водородом и металлом, включающего следующие этапы:

- подготавливают определенное количество кристаллов переходного металла, расположенных в виде микро-/нанометрических кластеров, которые имеют заданную кристаллическую структуру и в каждом из которых число атомов переходного металла меньше заданного числа атомов;

- приводят водород в контакт с указанными кластерами;

- нагревают указанное определенное количество кластеров до температуры адсорбции, превышающей заданную критическую температуру, и вызывают адсорбцию в указанных кластерах водорода в виде ионов Н^- таким образом, что после этого водород в виде ионов Н^- остается доступным для ядерных реакций в активном ядре;

- инициируют ядерные реакции между водородом в виде ионов Н^- и металлом внутри указанных кластеров при помощи импульсного воздействия на активное ядро, приводящего к захвату ионов Н^-" в соответствующих атомах указанных кластеров с обеспечением выработки тепла в результате последовательности реакций;

- удаляют тепло в соответствии с заданной мощностью из активного ядра и поддерживают температуру активного ядра выше указанной критической температуры.

В качестве преимущества, указанный этап подготовки выполняется таким образом, что указанное определенное количество кристаллов переходного металла в виде микро-/нанометрических кластеров пропорционально указанной мощности.

Число атомов, из которого формируется каждый кластер, является переменной, при помощи которой может быть получена заданная мощность от активного ядра, включающего заданное количество металла. По сути, каждый кластер является местом осуществления реакции, и, таким образом, получаемая мощность по сути не зависит от размера кластеров, т.е. от числа атомов, формирующих кластер.

В частности, число атомов в кластерах выбирается из группы чисел, способных образовывать более стабильные структуры, чем другие агрегаты, включающие другое число атомов. Подобная стабильность является необходимым условием для обеспечения высокой реакционной способности кластеров по отношению к водороду для образования ионов Н^-. Например, была определена функция стабильности для никеля, которая зависит от числа атомов, формирующих кластеры, тем самым получая конкретные пики стабильности, соответствующие определенным числам.

Водород, используемый в настоящем способе, может быть естественным водородом, т.е., в частности, водородом, содержащим дейтерий с изотопным составом, по сути равным 0,015%. В другом варианте, подобным водородом может быть водород с содержанием дейтерия, отличным от указанного выше, и/или водород со значительным содержанием трития.

Предпочтительно, используемый водород представляет собой молекулярный водород Н₂; в другом варианте, водород предварительно ионизируют до Н^-, либо он может представлять собой смесь, содержащую Н^- и H₂.

Переходный металл может быть выбран из группы, состоящей из: Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Y, Zr, Nb, Pd, Mo, Tc, Ru, Rh, Ag, Cd, Lu, Hf, Та, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, лантаноидов, актиноидов. Подобные металлы относятся к одной из четырех переходных групп, т.е.:

- металлы, имеющие частично заполненную 3d-электронную оболочку, например, никель;

- металлы, имеющие частично заполненную 4d-электронную оболочку, например, родий;

- металлы, имеющие частично заполненную 5d-электронную оболочку, т.е. "редкоземельные элементы" или лантаноиды, например, церий;

- металлы, имеющие частично заполненную 5d-электронную оболочку, т.е. актиноиды, например торий.

Используемый металл также может быть сплавом двух или более приведенных выше металлов.

Среди приведенных переходных металлов или их сплавов предпочтительными являются те, которые кристаллизуются с образованием кристаллической структуры, выбранной из группы, состоящей из:

- гранецентрированной кубической кристаллической структуры;

- объемноцентрированной кубической кристаллической структуры;

- компактной гексагональной структуры.

Предпочтительно используют металлы, имеющие кристаллическую структуру с открытыми гранями, с целью содействия адсорбции ионов Н^- в кластеры.

Предпочтительно переходным металлом является никель. В частности, указанный никель выбран из группы, состоящей из:

- естественного никеля, т.е. смеси изотопов, таких как никель 58, никель 60, никель 61, никель 62, никель 64;

- никеля, содержащего только один изотоп, выбранный из группы, состоящей из никеля 58; никеля 60; никеля 61; никеля 62; никеля 64;

- соединения, включающего по меньшей мере два из указанных изотопов в желаемом соотношении.

Ионы Н^- могут быть получены путем обработки в определенных рабочих условиях молекул водорода H₂, которые ранее были адсорбированы на поверхности переходного металла, где электроны полусвободной валентности формируют плазму. В частности, требуется нагревание для осуществления вибраций решетки, т.е. фононов, энергия которых выше, чем первый порог энергии активации, при помощи нелинейных и ангармонических явлений. В подобных условиях могут происходить следующие явления:

- диссоциация молекул водорода, адсорбированных на поверхности;

- взаимодействие с валентными электронами металла и формирование ионов Н^-;

- адсорбция ионов Н^- в кластеры, в частности в кластеры, формирующие два или три кристаллических слоя, наиболее близких к поверхности. Ионы Н^- могут просто физически взаимодействовать с металлом или могут связываться с ним химически, после чего могут образовываться гибридные соединения.

Ионы Н^- могут также адсорбироваться в междоузлия решетки, но

- адсорбция на краях ячейки, путем попадания ионов в дефекты решетки;

- замена атома металла кластеров

- также могут иметь место.

После подобного этапа адсорбции, ионы Н^- взаимодействуют с атомами кластеров, если превышен второй порог активации, который выше, чем первый порог. При превышении указанного второго порога, в соответствии с принципом запрета Паули и принципом неопределенности Гейзенберга, создаются условия для замены электронов атомов металла ионами Н^-, и, соответственно, для формирования атомов комплексов металла и водорода. Указанное явление может иметь место благодаря фермионной природе иона Н^-; однако, так как ионы Н^- имеют массу, в 1838 раз превышающую массу электрона, они стремятся к более глубоким слоям и вызывают излучение электронов Оже и рентгеновских лучей. Следовательно, так как радиус Бора ионов Н^- сравним с радиусом ядра металла, ионы Н^- могут захватываться ядром металла, что приводит к структурной реорганизации и освобождению энергии из-за дефекта массы; тогда ионы Н^- могут выбрасываться как протоны и могут генерировать ядерные реакции с соседними ядрами.

Более конкретно, комплексный атом, сформировавшийся при захвате атомом металла иона Н^- в полном соответствии с принципом сохранения энергии, принципом запрета Паули и принципом неопределенности Гейзенберга, вводится в возбужденное состояние, и таким образом, он реорганизует самого себя путем миграции иона Н^- по направлению к более глубоким орбитам или уровням, т.е. по направлению к состоянию минимальной энергии, тем самым излучая электроны Оже и рентгеновские лучи при смене уровня. Ион Н^- попадает в потенциальную яму и концентрирует энергию, которая ранее была распределена по объему, радиус которого составляет примерно 10^-12 м, в более маленький объем, радиус которого составляет примерно 5×10^-15 м. При завершении процесса, ион Н^- находится на расстоянии от ядра, сравнимом с радиусом ядра; по сути, в фундаментальном состоянии комплексного атома, формируемого путем добавления иона Н^-, благодаря своей массе, которая значительно выше массы электрона, иону Н^- приходится оставаться на столь глубоком уровне на расстоянии от ядра, сравнимом с радиусом ядра, в соответствии с вычислением радиуса Бора. Как указано выше, из-за небольшого расстояния от ядра, запускается процесс, в ходе которого ион Н^- захватывается ядром, со структурной реорганизацией и выделением энергии из-за дефекта массы, сходно с тем, что происходит при захвате электрона со структурной реорганизацией и выделением энергии из-за дефекта массы, или в случае потери двух электронов, из-за присущей им нестабильности, в ходе процесса перемещения к самым нижним слоям, и в итоге происходит выброс иона Н^- как протона, как обнаружено экспериментально в диффузионной камере, и могут происходить ядерные реакции с другими соседними ядрами, где указанные реакции обнаруживаются в виде превращений на активном ядре после выделения энергии.

Согласно вышеописанному, реальный процесс не может считаться процессом синтеза атомов водорода, в частности, атомов определенных изотопов водорода; вместо этого, процесс необходимо воспринимать как взаимодействие переходного металла и водорода в целом, в его определенной форме - иона Н^-.

В качестве преимущества, указанное заданное число атомов переходного металла указанных кластеров является таким, что часть материала указанного переходного металла в виде кластеров или без кластеров демонстрирует переход физического свойства указанного металла, выбранного из группы, состоящей из теплопроводимости; электропроводимости; коэффициента преломления.

Структура в виде микро-/нанометрических кластеров необходима для получения ионов Н^- и для указанных выше процессов орбитального и ядерного захвата. Для каждого переходного металла может быть определено критическое число атомов, ниже которого дискретная структура уровней (электронная плотность, функция электронной плотности и эффективный потенциал Кона-Шема) и антисимметрия Паули обычно преобладают над зонной структурой согласно подходу Томаса-Ферми. Дискретная структура уровней лежит в основе главных свойств кластеров, некоторые из которых были приведены выше. Такие особенности могут быть с преимуществами использованы для анализа природы поверхности, т.е. для определения наличия или отсутствия кластеров.

В частности, указанный этап подготовки заданного количества микро-/нанометрических кластеров включает этап осаждения заданного количества переходного металла в виде микро-/нанометрических кластеров на поверхность субстрата, т.е. плотного тела, имеющего заданные объем и форму, где указанная поверхность субстрата содержит по меньшей мере 10⁹ кластеров на 1 см².

Этап подготовки заданного количества кластеров может также обеспечивать этап спекания указанного заданного количества микро-/нанометрических кластеров, где указанное спекание сохраняет кристаллическую структуру и по сути сохраняет размер указанных кластеров.

Этап подготовки заданного количества кластеров может обеспечивать сбор порошка кластеров в контейнер, т.е. сбор заданного количества кластеров или агрегата свободных кластеров.

Предпочтительно субстрат содержит на своей поверхности по меньшей мере 10¹⁰ кластеров на 1 см², точнее по меньшей мере 10¹¹ кластеров на 1 см², еще точнее по меньшей мере 10¹² кластеров на 1 см².

Предпочтительно, указанные кластеры формируют на субстрате тонкий слой металла, толщина которого меньше 1 микрон; в частности, указанная толщина одного порядка величины с решеткой кристаллической структуры переходного металла. По сути, активация ядра путем адсорбции ионов Н^- в кластеры затрагивает лишь несколько поверхностных кристаллических слоев.

В частности, указанный этап осаждения указанного переходного металла совершается при помощи процесса физического осаждения паров указанного металла.

Указанный процесс осаждения может представлять собой процесс распыления, при котором субстрат под действием вакуума принимает заданное количество металла в виде атомов, излучаемых телом, бомбардируемым лучом частиц.

В другом варианте, процесс осаждения может включать этап испарения или этап тепловой сублимации, и последующий этап конденсации, на котором металл конденсируется на указанный субстрат.

В другом варианте, процесс осаждения может быть выполнен при помощи эпитаксиального осаждения, при котором нанос принимает кристаллическую структуру, сходную со структурой субстрата, тем самым позволяя контролировать подобные параметры.

Переходный металл также может быть нанесен при помощи процесса напыления.

В другом варианте, этап осаждения переходного металла может обеспечивать этап нагревания металла до температуры, близкой к точке плавления металла, с последующим этапом медленного охлаждения. Предпочтительно, медленное охлаждение производится до достижения средней температуры ядра в около 600°C.

За этапом осаждения металла следует этап быстрого охлаждения субстрата и осажденного переходного металла, с целью вызвать "замерзание" металла в виде кластеров, имеющих заданную кристаллическую структуру.

В частности, указанное быстрое охлаждение происходит при пропускании потока водорода рядом с указанным переходным металлом, осажденным на указанный субстрат, где указанный поток имеет заданную температуру ниже температуры указанного субстрата.

В качестве преимущества, указанному этапу приведения водорода в контакт с указанными кластерами предшествует этап очистки указанного субстрата. В частности, указанный этап очистки выполняется путем приложения вакуума в по меньшей мере 10^-9 бар при температуре, установленной в промежутке от 350°C до 500°C, в течение заданного времени.

В качестве преимущества, указанный вакуум приложен в соответствии с заданным числом, предпочтительно не менее 10, вакуумных циклов, и последующим восстановлением по сути атмосферного давления водорода. Благодаря этому, можно количественно удалить газ, адсорбированный внутри металла, в частности газ, адсорбированный в металле активного ядра. По сути, такой газ резко снижает взаимодействие между плазмой валентных электронов и ионами водорода и может ограничить или устранить адсорбцию водорода в кластерах, даже если произошла исходная адсорбция на поверхности металла. Если субстрат и осажденный металл подвержены воздействию температуры значительно выше 500°C, структура кластеров может быть необратимо повреждена.

В качестве преимущества, в ходе указанного этапа приведения водорода в контакт с указанными кластерами, водород имеет парциальное давление, установленное в промежутке от 0,001 миллибар до 10 бар, в частности установленное в промежутке от 1 миллибар до 2 бар, с целью обеспечения оптимального количества столкновений между поверхностью указанных кластеров и молекулами водорода: по сути, избыточное давление увеличивает частоту столкновений, из-за чего может происходить поверхностная десорбция, а также иные паразитические явления.

В качестве преимущества, указанный этап сталкивания водорода с указанными кластерами, водород протекает со скоростью ниже 3 м/с. Указанный водород предпочтительно протекает в соответствии с направлением, по сути параллельным поверхности указанных кластеров. В таких условиях, столкновения между молекулами водорода и металлическим субстратом происходят в соответствии с маленькими углами соударения, что помогает при адсорбции на поверхности кластеров и предотвращает явление повторного излучения в ходе последующих этапов формирования ионов Н^-.

В качестве преимущества, указанный этап создания активного ядра путем адсорбции водорода в указанные кластеры выполняется при температуре, близкой к температуре, при которой происходит скольжение ретикулярных плоскостей переходного металла, где указанная температура, при которой происходит скольжение, установлена в промежутке между соответствующими температурами, которые соответствуют пикам адсорбции α и β.

В качестве преимущества, концентрация ионов Н^- относительно атомов переходного металла указанных кластеров выше 0.01, с целью повышения производительности процесса выработки энергии. В частности, указанная концентрация выше 0.08.

В качестве преимущества, после указанного этапа создания активного ядра путем адсорбции водорода в указанные кластеры, обеспечен этап охлаждения указанного активного ядра до комнатной температуры, а указанный этап инициации последовательности ядерных реакций обеспечивает быстрый рост температуры указанного активного ядра от указанной комнатной температуры до указанной температуры, превышающей указанную заданную критическую температуру. В частности, указанный быстрый рост температуры осуществляется в промежуток времени короче пяти минут.

Критическая температура обычно установлена в промежутке от 100 до 450°C, чаще от 200 до 450°C. Конкретнее, критическая температура выше, чем дебаевская температура указанного металла.

В частности, указанный этап инициации указанных ядерных реакций обеспечивает импульсное инициирующее действие, выбранное из группы, состоящей из:

- температурного удара, в частности, вызванного потоком газа, в частности, водорода, имеющего заданную температуру ниже температуры активного ядра;

- механического импульса, в частности, механического импульса с длительностью меньше 1/10 секунды;

- ультразвукового импульса, в частности, ультразвукового импульса с частотой, установленной в промежутке от 20 до 40 кГц;

- лазерного луча, импульсно направленного на указанное активное ядро;

- импульсного приложения набора электромагнитных полей, в частности, указанные поля выбраны из группы, состоящей из: радиочастотного импульса, частота которого выше 1 кГц; рентгеновских лучей; гамма-лучей;

- импульса электрострикции, вырабатываемого импульсным электрическим током, проходящим через электрострикционный участок указанного активного ядра;

- импульсного приложения луча элементарных частиц; в частности, подобные элементарные частицы выбраны из группы, состоящей из электронов, протонов и нейтронов;

- импульсного приложения луча ионов элементов, в частности ионов одного или нескольких переходных металлов, где указанные элементы выбраны из группы, в которую не входят О; Ar; Ne; Kr; Rn; N; Xe.

- импульса электрического напряжения, приложенного между двумя точками пьезоэлектрического участка указанного активного ядра;

- импульсной магнитострикции, вырабатываемой импульсом магнитного поля вдоль указанного активного ядра, имеющего магнитострикционный участок.

Такое импульсное инициирующее действие генерирует вибрации решетки, т.е. фононы, амплитуда которых такова, что ионы Н^- могут преодолеть второй порог активации, тем самым создавая условия, необходимые для замены электронов атомов металла и формирования временных комплексных ионов металла и водорода.

Предпочтительно, указанный этап инициации ядерных реакций связан с этапом создания градиента, т.е. разницы температур, между двумя точками активного ядра. Указанный градиент предпочтительно установлен в промежутке от 100°C до 300°C. Это улучшает условия для ангармоничных движений решетки, которые лежат в основе механизма выработки ионов Н^-.

В качестве преимущества, обеспечен этап модуляции указанной энергии, получаемой из указанных ядерных реакций.

В частности, указанный этап модуляции включает удаление и/или добавление активных ядер или участков активных ядер из/в камеру генерирования, которая содержит одно или несколько активных ядер на указанном этапе удаления тепла.

Указанный этап модуляции включает этап сближения/разведения листов указанного переходного металла, которые формируют указанное активное ядро, в присутствии потока водорода.

Кроме того, этап модуляции может запускаться при помощи абсорбционных протонов и альфа-частиц в пластинчатых абсорберах, выполненных между листами указанного переходного материала, которые формируют указанное активное ядро. Плотность таких излучений является важнейшим средством корректировки указанной мощности.

В качестве преимущества, обеспечен этап прекращения указанных ядерных реакций в активном ядре, включающий действие, выбранное из группы, состоящей из:

- дополнительного механического импульса;

- охлаждения активного ядра ниже заданной температуры, в частности ниже указанной заданной критической температуры;

- потока газа, в частности, потока аргона, направленного на активное ядро. В частности, указанный этап прекращения ядерных реакций может включать понижение температуры вводимой теплообменной жидкости ниже указанной критической температуры.

В качестве преимущества, последовательность реакций с выделением тепла выполняется в присутствии заданного сектора, выбранного из группы, состоящей из:

- поля магнитной индукции с интенсивностью, установленной в промежутке от 1 Гс до 70000 Гс;

- электрического поля с интенсивностью, установленной в промежутке от 1 В/м до 300000 В/м. Задачи изобретения также решены при помощи генератора энергии, полученной из последовательности ядерных реакций между водородом и металлом, где указанный металл представляет собой переходный металл, и где указанный генератор включает:

- активное ядро, включающее заданное количество указанного переходного металла;

- генерационную камеру, которая при использовании содержит активное ядро;

- средства для нагревания указанного активного ядра внутри указанной камеры генерирования до температуры выше заданной критической температуры;

- средства для инициации указанной ядерной реакции между указанным переходным металлом и указанным водородом;

- средства для удаления из указанной камеры генерирования тепла, выделяемого в ходе указанной реакции в указанном активном ядре в соответствии с заданной мощностью;

где основной особенностью указанного генератора является то, что:

- активное ядро включает определенное количество кристаллов указанного переходного металла, где указанные кристаллы выполнены в виде микро-/нанометрических кластеров, имеющих заданную кристаллическую структуру, и где каждый из указанных кластеров включает число атомов указанного переходного металла, меньшее заданного числа атомов.

В качестве преимущества, указанное заданное количество кристаллов указанного переходного металла в виде микро/нанометрических кластеров пропорционально указанной мощности.

В качестве преимущества, указанные кластеры содержат водород, адсорбированный в виде ионов Н^-.

Предпочтительно, средства для нагревания активного ядра включают электрическое сопротивление, в котором при работе протекает электрический ток.

В частности, активное ядро включает субстрат, т.е. плотное тело, имеющее заданный объем и заданную форму, на поверхность которого нанесено указанное заданное количество кластеров, по меньшей мере 10⁹ кластеров на 1 см², предпочтительно по меньшей мере 10¹⁰ кластеров на 1 см², точнее по меньшей мере 10¹¹ кластеров на 1 см², еще точнее по меньшей мере 10¹² кластеров на 1 см².

В качестве преимущества, активное ядро имеет увеличенную поверхность, т.е. поверхность, площадь которой выше, чем площадь выпуклой оболочки активного ядра, в частности площадь А и объем V, занимаемые активным ядром относительно условия, выбранного из группы, состоящей из:

- A/V>12/L; в частности A/V>100/L;

- А/V>500 m²/m³,

где L - размер препятствия активного ядра, а увеличенная поверхность, в частности, образуется при использовании в качестве субстрата тела, проницаемого для указанного водорода, где указанное тело предпочтительно выбрано из группы, состоящей из:

- набора листов указанного переходного металла, где каждый лист имеет по меньшей мере одну сторону, доступную для адсорбции указанного водорода, в частности сторону, включающую увеличенную поверхность;

- агрегат, полученный путем спекания частиц любой формы, в частности шаров, цилиндров, призм, брусков, пластин, где указанные частицы обычно имеют нано- или микрометрическую гранулометрию и где указанные частицы определяют порозность указанного активного ядра;

- агрегат, полученный путем спекания микро/нанометрических кластеров указанного переходного металла;

- порошок кластеров, собранный в контейнер, где указанная выпуклая окружность ограничена контейнером с указанным порошком, например, контейнером, выполненным из керамического материала.

Предпочтительно, указанный переходный металл выбран из группы, состоящей из: Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Y, Zr, Nb, Pd, Mo, Tc, Ru, Rh, Ag, Cd, Lu, Hf, Та, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, лантаноидов, актиноидов, сплава двух или более указанных выше металлов; в частности, указанный никель выбран из группы, состоящей из:

- естественного никеля, т.е. смеси изотопов, таких как никель 58, никель 60, никель 61, никель 62, никель 64;

- никеля, содержащего только один изотоп, выбранный из группы, состоящей из никеля 58; никеля 60; никеля 61; никеля 62; никеля 64;

- соединения, включающего по меньшей мере два из указанных изотопов в желаемом соотношении.

Указанные средства для инициации могут включать:

- средства для создания температурного удара в указанном активном ядре, в частности, при помощи потока водорода, сохраняемого при заданной температуре ниже температуры активного ядра;

- средства для создания механического импульса, в частности, импульса с длительностью меньше 1/10 секунды;

- средства для создания ультразвукового импульса;

- средства для направления импульса лазерного луча на указанное активное ядро;

- средства для импульсного приложения набора электромагнитных полей, в частности, указанные поля выбраны из группы, состоящей из:

- радиочастотного импульса, частота которого выше 1 кГц; рентгеновских лучей; гамма-лучей;

- средства для создания импульсного электрического тока через электрострикционную часть указанного активного ядра;

- средства для приложения импульса электрического напряжения между двумя точками пьезоэлектрического участка указанного активного ядра;

- средства для импульсного приложения луча элементарный частиц, в частности, указанные частицы выбраны из: электронов; протонов; нейтронов;

- средства для импульсного приложения луча ионов элементов, в частности ионов одного или нескольких переходных металлов, где указанные элементы выбраны из группы, в которую не входят О; Ar; Ne; Kr; Rn; N; Xe.

- средства для приложения импульса магнитного поля вдоль указанного активного ядра, имеющего магнитострикционный участок.

Предпочтительно, средства, связанные с указанными средствами для инициации, которые способны создавать градиент, т.е. разницу температур между двумя точками указанного активного ядра, где указанная разница температур, в частности, установлена в промежутке от 100°C до 300°C.

Предпочтительно, указанное активное ядро при работе выполнено на расстоянии меньше 2 мм от внутренней стенки указанной камеры генерирования. Благодаря этому, усиливается выработка ионов Н^-, так как указанное расстояние сравнимо со средним свободным путем молекул водорода при рабочей температуре и рабочем давлении.

В качестве преимущества, указанный генератор включает средства модуляции указанной энергии, высвобождаемой указанными ядерными реакциями. Указанные средства модуляции могут включать средства удаления/добавления активных ядер или участков активных ядер из/в указанную камеру генерирования.

В частности, указанное активное ядро включает набор тонких листов, предпочтительно, указанные тонкие листы имеют толщину меньше 1 микрон, выполненных обращенными друг к другу, а указанные средства модуляции включают структуру, способную сближать и/или раздвигать указанные листы, в то время как поток водорода, протекающий поблизости от указанного ядра, модулируется.

Также, в случае использования активного ядра, включающего листы, выполненные прилегающими друг к другу, указанные средства модуляции могут включать пластинчатые абсорберы, выполненные между листами указанного переходного металла, формирующими активное ядро, где указанные абсорберы способны абсорбировать протоны и альфа-частицы, излучаемые активным ядром в ходе реакций.

В качестве преимущества, генератор также включает средства для прекращения реакции в активном ядре.

В частности, средства для прекращения выбраны из группы, состоящей из:

- средств для создания дополнительного механического импульса;

- средств для охлаждения указанного ядра ниже заданного значения температуры, в частности, ниже указанной заданной критической температуры;

- средств для подачи газа, в частности аргона, на активное ядро.

В частности, активное ядро включает набор тонких листов, предпочтительно, указанные тонкие листы имеют толщину меньше 1 микрон, указанные листы выполнены обращенными друг к другу, а указанные средства модуляции снабжены указанной структурой и указанными абсорберами.

В качестве преимущества, генератор включает средства создания заданного поля в заданном активном ядре, где указанное поле выбрано из группы, состоящей из:

- поля магнитной индукции с интенсивностью, установленной в промежутке от 1 Гс до 70000 Гс;

- электрического поля с интенсивностью, установленной в промежутке от 1 В/м до 300000 В/м. В качестве преимущества, указанный генератор включает участок для получения определенного количества кластеров на жестком субстрате, где указанный участок включает:

- камеру подготовки кластеров;

- средства загрузки указанного субстрата в указанную камеру подготовки кластеров;

- средства создания и поддержания условий вакуума вокруг указанного субстрата в указанной камере подготовки кластеров, в частности средства создания и поддержания остаточного давления, равного или ниже 10^-9 бар;

- средства нагревания и поддержания указанного субстрата при высокой температуре в указанной камере подготовки кластеров, в частности, средства доведения и поддержания указанного субстрата при температуре, установленной в промежутке от 350°C до 500°C, когда остаточное давление равно или ниже 10^-9 бар;

- средства осаждения указанного переходного металла на указанный субстрат, предпочтительно при помощи метода, выбранного из группы, состоящей из:

- метода распыления;

- метода напыления;  

- метода, включающего испарение и последующую конденсацию указанного заданного количества указанного металла на указанном субстрате;

- метода эпитаксиального осаждения;

- метода, включающего нагревание металла до температуры, близкой к точке плавления металла, где за указанным нагреванием следует медленное охлаждение;

- средства быстрого охлаждения указанного субстрата и указанного переходного металла, благодаря чему указанный металл замораживается в виде кластеров, имеющих указанную кристаллическую структуру.

В качестве преимущества, указанный участок для выработки заданного количества кластеров включает средства определения изменения физического свойства на указанном этапе осаждения, в частности, физического свойства, выбранного из группы, состоящей из:

- теплопроводимости;

- электропроводимости;

- коэффициента преломления,

где указанное изменение происходит, когда указанное заданное число атомов указанного переходного металла в растущем кластере превышено.

В качестве преимущества, указанный участок для выработки заданного количества кластеров включает средства определения плотности поверхности кластеров, т.е. среднего количества кластеров на одном квадратном сантиметре указанной поверхности на указанном этапе осаждения.

Предпочтительно, указанный участок для выработки заданного количества кластеров включает средства контроля концентрации для контроля концентрации ионов Н^- относительно атомов переходного металла указанных кластеров.

Предпочтительно, указанный участок для выработки заданного количества кластеров включает средства контроля толщины для контроля толщины слоя указанных кластеров с целью соблюдения указанной толщины в промежутке от 1 нм до 1 микрон.

В качестве преимущества, указанный генератор включает участок для создания активного ядра, где указанный участок для создания активного ядра включает:

- камеру обработки водорода, отделенную от указанной камеры генерирования;

- средства загрузки указанного заданного количества кластеров в указанную камеру обработки;

- средства нагревания указанного заданного количества кластеров в указанной камере обработки водорода до температуры выше заданной критической температуры;

- средства обеспечения потока указанного водорода внутри указанной камеры обработки водорода, где указанный водород имеет заданное парциальное давление, в частности, парциальное давление, установленное в промежутке от 0.001 миллибар до 10 бар, еще точнее от 1 миллибар до 2 бар;

- средства переноса указанного активного ядра из указанной камеры обработки водорода в указанную камеру генерирования.

Предпочтительно, средства обеспечения потока указанного водорода выполнены таким образом, что указанный водород протекает в соответствии с направлением, по сути параллельным открытой поверхности указанного субстрата, в частности, где указанный водород протекает со скоростью ниже 3 м/с.

В качестве преимущества, указанный участок для создания активного ядра включает средства охлаждения указанного подготовленного активного ядра до комнатной температуры, а указанные средства нагревания указанного активного ядра внутри указанной камеры генерирования способны нагревать указанное активное ядро до указанной заданной температуры, установленной в промежутке от 100 до 450°C за промежуток времени менее пяти минут.

В частности, указанное быстрое охлаждение в указанной камере подготовки кластеров и/или указанное охлаждение до комнатной температуры в указанной камере обработки водорода достигаются при помощи указанного потока водорода на указанное активное ядро, где указанный поток имеет заданную температуру ниже температуры указанного активного ядра.

Задачи изобретения также решены при помощи устройства для выработки энергии, которое включает:

- средства для выработки субстанции в виде пара или газа при первом заданном давлении, где указанные средства выработки связаны с источником тепла;

- средства для расширения указанной субстанции от указанного первого давления к указанному второму заданному давлению с выработкой полезной работы;

- средства для охлаждения указанной субстанции до заданной температуры, в частности, указанная заданная температура ниже, чем температура кипения указанной субстанции в виде пара;

- средства для сжатия указанной охлажденной субстанции обратно к указанному первому давлению;

где через указанные средства в свою очередь проходит по сути фиксированное количество указанной субстанции, где указанные средства сжатия подают субстанцию на указанные средства выработки; главной особенностью данного аппарата является то, что указанный источник тепла включает генератор энергии согласно настоящему изобретению, как описано выше.

В частности, вышеописанный аппарат использует закрытый цикл Ренкина; в качестве преимущества, термодинамическая жидкость представляет собой органическую жидкость, критическая температура и критическое давление которой по меньшей мере столь же высоки, как и у толуола, или у жидкости органического цикла Ренкина, в частности, жидкость, основанная на 1,1,1,3,3-пентафторпропане, также известном как HFC 245fa, или просто 245fa.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет объяснено ниже путем нижеследующего описания примерного, но не ограничивающего, варианта его выполнения со ссылкой на приложенные чертежи, где:

фиг.1 представляет собой функциональную схему варианта выполнения способа согласно изобретению;

фиг.2 представляет собой схематичный вид кристаллического слоя, формируемого кластерами, нанесенными на поверхность субстрата;

фиг.3 представляет собой схематичный вид взаимодействий между водородом и кластерами на местном увеличенном виде фиг.2;

фиг.4 иллюстрирует переходные металлы, наиболее пригодные для использования в способе согласно изобретению;

фиг.5 схематично отображает орбитальный захват отрицательного иона водорода атомом переходного металла;

фиг 6, 7, 8 представляют собой схематичные изображения гранецентрированной кубической кристаллической структуры;

фиг.9 схематично отображает объемноцентрированную кубическую кристаллическую структуру;

фиг.10 схематично отображает кристаллическую компактную гексагональную структуру;

фиг.11 представляет собой схематичный вид распределения атомов водорода в подобной кристаллической структуре;

фиг.12 представляет собой функциональную схему частей этапа подготовки кластеров по фиг.1, для получения структуры поверхности кластеров;

фиг.13 иллюстрирует типичный температурный профиль частей этапа, изображенных на фиг.12;

фиг.14 представляет собой функциональную схему частей этапа подготовки кластеров и этапа обработки указанных кластеров водородом для получения активного ядра;

фиг.15 иллюстрирует типичный температурный профиль процесса, включающего этапы, показанные на фиг.14;

фиг.16 иллюстрирует реактор, способный вырабатывать энергию, согласно настоящему изобретению, при помощи импульсно запускаемой ядерной реакции водорода, адсорбируемого на переходном металле;

фиг.17 схематично отображает устройство для подготовки активного ядра согласно изобретению;

фиг.18 схематично отображает генератор, включающий реактор, показанный на фиг.16, и устройство, показанное на фиг.17;

фиг.19-23 иллюстрируют альтернативные варианты выполнения активного ядра согласно изобретению;

фиг.24 иллюстрирует градиент температуры в активном ядре.

Описание предпочтительных вариантов выполнения.

Со ссылкой на фиг.1, 2 и 3 описан примерный вариант выполнения 100 способа согласно изобретению, для выработки энергии при помощи последовательности ядерных реакций между водородом 31 и переходным металлом 19. Согласно указанному примерному варианту выполнения, способ обеспечивает этап 110 подготовки кластеров 21, например слоя кластеров 20 на субстрате 22, где указанный слой 20 определен поверхностью 23. Кристаллический слой 20 толщины а, предпочтительно в промежутке от 1 нм до 1 микрон, показан схематично. Металл наносится при помощи процесса, способного обеспечить тот факт, что нанесенные кристаллы обычно имеют количество атомов переходного металла, меньшее, чем заданное критическое количество, по превышении которого кристаллическое вещество ослабляет кластеры. При подготовке кластеров на субстрате, процесс осаждения способен обеспечить тот факт, что 1 квадратный сантиметр поверхности 23 определяет в среднем по меньшей мере 10⁹ кластеров 21.

Затем, способ обеспечивает этап обработки 120 кластеров водородом 31, где водород 31 сталкивают с поверхностью 23 кластеров 21 с целью получения совокупности молекул 33 водорода, адсорбированных на поверхности 23, как показано на фиг.3. Связи между атомами молекул водорода ослабляются вплоть до гомолитического или гетеролитического распада молекул 33 с получением, соответственно, пары атомов водорода 34 или пары, состоящей из отрицательного иона Н^- 35 и положительного иона I-T 36, из каждой двухатомной молекулы 33 водорода. Указанному процессу ослабления связи и образования, в частности, ионов Н^- 35, содействует этап нагревания 130 поверхности 23 кластеров до температуры T_i, которая выше, чем заданная критическая температура T_D, как показано на фиг.15; кроме того, указанное нагревание приводит к адсорбции водорода в виде ионов Н^- 37 в кластеры 21 (фиг.3).

Кластеры 21 с адсорбированным водородом 37 в данном виде представляют собой активное ядро, доступное для ядерных реакций, которые могут быть инициированы на этапе 140 инициации; этот этап состоит из подачи импульса 26 энергии, вызывающего захват 150 атомом 38 кластеров ионов Н^- 37, адсорбированных внутри кластеров, с последующим обменом электрона 42, как схематично показано на фиг.5, таким образом, что последовательность реакций вызывает высвобождение энергии 43, с которым связан этап 106 выработки тепла 27, который требует наличия этапа удаления 170 указанного тепла, идущего в работу (не показано).

На этапе 110 подготовки кластеров 21, заданное число атомов переходного металла кластеров контролируется путем наблюдения за физическим свойством переходного металла, выбранным, например, из теплопроводимости, электропроводимости и коэффициента преломления. Указанные физические показатели обладают конечным переходом, когда число атомов кристаллического агрегата превышает критическое число, выше которого агрегат теряет свойства кластера. Для каждого переходного металла, по сути, определимое число атомов, ниже которого дискретная структура уровня, согласно Кону-Шему преобладает над зонной структурой согласно Томасу-Ферми, которое и является ответственным за главные особенности, определяющие многие свойства кластеров, некоторые из которых свойств используются для определения природы поверхности 23 на этапе 110 подготовки кластеров.

На фиг.4, в периодической таблице химических элементов указано положение переходных металлов, подходящих для процесса. Конкретнее, это Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Y, Zr, Nb, Pd, Mo, Tc, Ru, Rh, Ag, Cd, Lu, Hf, Та, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, лантаноиды, актиноиды, сплав двух или более указанных выше металлов; Они относятся к одной из четырех переходных групп, т.е.: металлы, имеющие частично заполненную 3d-электронную оболочку, например никель; металлы, имеющие частично заполненную 4d-электронную оболочку, например родий; металлы, имеющие частично заполненную Sd-электронную оболочку, т.е. "редкоземельные элементы" или лантаноиды, например церий; металлы, имеющие частично заполненную 5d-электронную оболочку, т.е. актиноиды, например торий. Определенное электронное строение переходных металлов по сути обеспечивает создание условий ангармоничности, благодаря чему сумма волновых векторов фононов друг с другом, которые вмешиваются на поверхности металла, которая также является поверхностью прерывистости, и ретикулярные флуктуации вырабатываются, находясь как в пространственной фазе, так и во временной фазе внутри кластеров, благодаря чему энергетический "зазор" превышен, что необходимо для инициации цепи процессов, последним действием в которой является орбитальный захват иона Н^- 37, как схематично показано на фиг.5. Для достижения промышленно приемлемого результата, необходимо достичь температуры выше, чем дебаевская температура То, например температуры T₁, как показано на фиг.15, которая иллюстрирует типичную температурную тенденцию от этапа нагревания 130 до этапа удаления тепла 170, в ходе которого обнаруживается сбалансированное значение температуры T_eq в активном ядре 1. Этапу инициации содействует наличие теплового градиента ΔТ вдоль металлической поверхности активного ядра 1, как показано, например, на фиг.24.

Кластеры 21 (фиг.2 и 3) имеют кристаллическую структуру 19, типичную для выбранных переходных металлов или сплава переходных металлов. На фиг.6-10, показаны кристаллические ретикулы с открытыми сторонами, которые содействуют процессу адсорбции водорода в виде ионов Н^- 37 (фиг.3) в кластер 21, отличающийся подобной структурной конфигурацией. Они включают:

- гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру, fcc (110) (фиг.6, 7 и 8);

- объемноцентрированную кубическую кристаллическую структуру, bсс (111) (фиг.9);

- компактную гексагональную структуру, hcp (1010) (фиг.10).

Например, никель может кристаллизоваться согласно гранецентрированной кубической кристаллической структуре, показанной на виде в перспективе на фиг.6, где шесть атомов 2 показаны выполненными в соответствии с диагональной плоскостью.

На фиг.7 показан вид сверху в плане трехмерной модели, включающей несколько атомов, расположенных в соответствии со структурой, изображенной на фиг.6, а фиг.8 представляет собой еще один вид в перспективе модели, который иллюстрирует, между атомами верхнего уровня, шесть атомов 2, выполненных на двух разных рядах, отдельно от пространства 60. Как показано на фиг.11, в данном пространстве 60 атомы водорода 37 выполнены в виде адсорбированных ионов Н^- в описанной выше кристаллической структуре. Это также происходит в переходных металлах, которые кристаллизуются в объемноцентрированной кубической кристаллической структуре, как показано на виде в перспективе на фиг.9, где пять атомов 2 показаны выполненными на вершинах и в центре диагональной плоскости куба, а также для металлов, кристаллизующихся в структуре, показанной на фиг.10.

Этап 110 подготовки кластеров, в случае с активным ядром, получаемым путем осаждения заданного количества указанного переходного металла в виде микро-/нанометрических кластеров на поверхность субстрата, показан более подробно на функциональной схеме на фиг.12 и на температурном профиле на фиг.13. В частности, после этапа 111 загрузки субстрата в камеру подготовки, обеспечен этап 113 осаждения переходного металла на субстрат, предпочтительно, методом распыления, напыления или эпитаксиального осаждения; нанесенный металл затем нагревается до температуры, близкой к температуре плавления T_f (фиг.13), для подготовки его к начинающемуся синтезу, а затем следует медленное охлаждение, этап 118, в частности, до средней температуры ядра, составляющей примерно 600°C, после чего осуществляется быстрое охлаждение 119 до комнатной температуры. Целью указанной операции является "замораживание" структуры кластеров, которая была получена при высокой температуре и ином случае переходит в сбалансированное состояние, не останавливаясь на размерах кластера, если медленное охлаждение 118 продолжается.

На фиг.14 показана функциональная схема альтернативного этапа подготовки кластеров 110, в ходе которого за этапом осаждения 113 следует этап 114 очистки субстрата, который предпочтительно выполняется при помощи многократного создания и удаления вакуума в по меньшей мере 10^-9 бар при температуре в по меньшей мере 350°C. Такие рабочие условия, в частности сверхвысокий вакуум, имеют своей целью количественное удаление любого газа, адсорбированного на или в субстрате, который значительно бы снизил взаимодействия между плазмой валентных электронов поверхности 23 и ионами водорода Н^-, избегая адсорбции водорода 31 в кластерах 21, даже если была достигнута физическая поверхностная адсорбция. Затем следует этап обработки 120 кластеров 21 потоком холодного водорода, что также приводит к этапу быстрого охлаждения 119. Как показано на схеме на фиг.15, в период этапа 119 охлаждения, температура активного ядра выше, чем критическая температура То, что позволяет осуществлять адсорбцию отрицательных ионов водорода 37 в кластерах 21 (фиг.3), например при завершении этапа 110, после этапа быстрого охлаждения 119, получено активное ядро, готовое к запуску, а в противном случае требуются особая обработка водородом и особый этап 130 нагревания (фиг.1).

В любом случае, этап 120 подачи водорода осуществляется с целью обеспечения относительного давления в промежутке от 0,001 миллибар до 10 бар, предпочтительно, в промежутке от 1 миллибар до 2 бар, с целью обеспечения оптимального количества столкновений молекул водорода 31 с поверхностью 23, в частности, избегая поверхностной десорбции и иных нежелательных явлений, вызванных избыточным давлением; кроме того, скорость 32 молекул водорода 31 (фиг.3) меньше 3 м/с и направлена по сути параллельно поверхности 23 с целью получения малых углов соударения 39, что способствует адсорбции и позволяет избежать явления обратного излучения.

Далее, на фиг.15, показана температура, при превышении которой начинается скольжение ретикулярных плоскостей, и которая установлена в промежутке между температурами, соответствующими пикам адсорбции α и β, выше которых адсорбция ионов Н^- 37 в кластерах 21 наиболее вероятна.

На фиг.15 также отображен случай, когда, после этапа адсорбции водорода, который осуществляется при температуре выше критической температуры То, выполняется этап 119 охлаждения при комнатной температуре активного ядра. Этап 140 инициации следует за особым этапом 130, начинающимся от комнатной температуры до заданной температуры Т₁, которая выше, чем дебаевская температура металла Т_D, в промежуток времени t*, который является минимально возможным, предпочтительно короче 5 минут, с целью не оказать воздействия на структуру кластеров и/или вызвать явление десорбции до этапа 140.

Критическая температура То обычно установлена в промежутке от 100 до 450°C, более предпочтительно, от 200 до 450°C; ниже указана дебаевская температура для некоторых вышеуказанных металлов: Al 426K; Cd 186K; Cr 610K; Cu 344.5К; Au 165К; α-Fe 464K; Pb 96K; α-Mn 476K; Pt 240K; Si 640K; Ag 225К; Та 240K; Sn 195K; Ti 420K; W 405K; Zn 300K.

Такое импульсное инициирующее действие генерирует вибрации решетки, или фононы, имеющие такую амплитуду, что ионы Н^- могут преодолевать второй порог активации и достигать условий, необходимых для замещения электронов атомов металла, формируя комплексные ионы металла и водорода (фиг.5).

Орбитальному захвату ионов Н^- 37 способствует градиент температур между двумя точками активного ядра, в частности, установленный в промежутке от 100°C до 300°C, и имеющий тенденцию, как на примере, показанном на фиг.24.

На фиг.16 показан генератор 50 энергии согласно изобретению, включающий активное ядро 1, размещенное в генерационной камере 53. Активное ядро может быть нагрето при помощи электрической обмотки 56, которая может быть соединена с источником электродвижущей силы (не показан). Цилиндрическая стенка 55 отделяет камеру 53 от кольцевой камеры 54, которая определена цилиндрической внешней стенкой 51 и имеет вход 64 и выход 65 для теплообменной жидкости, которая используется для удаления тепла, вырабатываемого в ходе ядерных реакций. Концы центрального участка 51 закрыты съемным методом соответственно участком 52 и участком 59, которые способны поддерживать концы в рабочем положении.

Далее, генератор 50 включает средства 61, 62, 67 для инициации ядерной реакции, состоящие из:

- средств создания импульсного электрического тока через электрострикционную часть активного ядра;

- средства направления лазерного импульса на активное ядро.

На фиг.19-23 показаны три различных варианта выполнения активного ядра, имеющего увеличенную поверхность, используя в виде субстрата тело, пропускающее водород, например, набор 81 листов 82 переходного металла, где поверхность 83 может быть, в свою очередь, пористой поверхностью. В другом варианте, активное ядро также может быть выполнено из нескольких частиц любой формы, предпочтительно с нано- или микрогранулометрией, в частности, из микро-/нанометрических кластеров. Такие частицы могут быть спечены, как показано на фиг.20, для образования тела 85, имеющего желаемую геометрическую форму, или они могут быть свободными, и расположены в контейнере 84, предпочтительно из керамического материала. Другая возможность, показанная на фиг.22, состоит из группы трубок 86, где трубки 87 выполняют роль субстрата для слоя 88 переходного металла, который наносится в виде кластеров по меньшей мере на поверхностный участок каждой трубки 87.

Устройство, изображенное на фиг.17, имеет удлиненный кожух 10, связанный со средствами для создания и поддержания внутри вакуума (не показано). В частности, остаточное давление на этапе очистки субстрата, остается идентичным или ниже 10^-9 абсолютного давления в бар, для удаления примесей, в частности, газа, отличного от водорода. Далее, обеспечены средства (не показаны на чертежах) перемещения субстрата 3 внутри кожуха 10, поочередно по меньшей мере по трем станциям 11, 12 и 13. Станция 11 представляет собой камеру для подготовки кластеров, где поверхность субстрата 3 покрывается слоем переходного металла в виде кластеров при помощи процесса распыления. В камере 11а обеспечены средства (не показаны) для доведения и поддержания субстрата при температуре, равной или большей 350°C. На станции 12 выполняется этап охлаждения 119 (фиг.14 и 15) осажденного металла на субстрате путем подачи холодного водорода и при давлении, предпочтительно установленном в промежутке от 1 миллибар до 2 бар относительного давления, благодаря чему водород может адсорбироваться на металле. На станции 13 выполняется этап контроля за кристаллической структурой, например, путем вычисления физического свойства, такого как теплопроводимость, электропроводимость, или коэффициент преломления, с целью установления природы кластеров кристаллов, нанесенных на субстрат 3; далее, предпочтительно, осуществляется контроль толщины кристаллического слоя, а также поверхностной плотности кластера.

На фиг.18 схематично изображено устройство 80, включающее одиночный закрытый кожух 90, в котором размещены участок для подготовки активного ядра 1 того же типа, что и изображенный на фиг.17, а также реактор 50, тем самым кожух предохраняет ядро от загрязнения, в частности газом, отличным от водорода, в промежуток времени между этапом осаждения кластеров и этапом инициации реакций.

Настоящее описание конкретного варианта выполнения полностью раскрывает изобретение с концептуальной точки зрения, благодаря чему специалисты, используя современные знания, смогут модифицировать и/или адаптировать подобный вариант выполнения для различных сфер применения без дополнительных исследований и не отходя от принципов изобретения; необходимо понимать, что подобные адаптации и модификации должны будут считаться эквивалентами конкретного варианта выполнения. Средства и материалы, использованные для реализации различных описанных здесь функций, могут иметь иную природу, по этой причине не отходя от области изобретения. Необходимо понимать, что использованные здесь термины или обороты служат для описательных целей и не должны восприниматься как ограничивающие.

Заявленное изобретение относится к средствам для выработки энергии. Заявленный способ включает следующие этапы: а) производство микро-/нанометрических кластеров переходного металла, б) приведение водорода в контакт с указанными кластерами и контроль за его давлением и скоростью, предпочтительно после применения вакуумных циклов с давлением по меньшей мере 10^-9 бар при температуре от 35°С до 500°С с целью дегазирования кластеров; в) создание активного ядра для реакций путем нагревания кластеров до температуры, превышающей дебаевскую температуру Т_D металла, предпочтительно до температуры, близкой к температуре, при которой происходит скольжение ретикулярных плоскостей, с целью адсорбции в кластерах водорода в виде ионов Н^-; г) инициация реакций путем приложения механического, теплового, ультразвукового, электрического или магнитного импульса к активному ядру, что заставляет атомы металла захватывать ионы водорода с выделением тепла, предпочтительно в присутствии градиента температуры в активном ядре; д) удаление тепла, поддерживающего температуру выше T_D, предпочтительно в присутствии магнитного и/или электрического поля заданной интенсивности. Техническим результатом является возможность адаптации различных вариантов применения заявленного изобретения для различных сфер применения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 24 ил.

1. Способ выработки энергии при помощи ядерных реакций между водородом и металлом, включающий этапы, на которых:
- подготавливают заданное количество кристаллов переходного металла, расположенных в виде микро-/нанометрических кластеров, которые имеют заданную кристаллическую структуру и в каждом из которых число атомов переходного металла меньше заданного числа атомов;
- приводят водород в контакт с указанными кластерами;
- нагревают указанные кластеры до температуры адсорбции, превышающей заданную критическую температуру, и вызывают адсорбцию в указанных кластерах водорода в виде ионов Н^- таким образом, что после этого водород в виде ионов Н^- остается доступным для ядерных реакций в активном ядре;
- инициируют ядерные реакции между водородом в виде ионов Н^- и металлом внутри указанных кластеров при помощи импульсного воздействия на активное ядро, приводящего к захвату ионов Н^- в соответствующих атомах указанных кластеров с обеспечением выработки тепла в результате последовательности реакций;
- удаляют тепло из активного ядра с получением заданной мощности поддержанием температуры активного ядра выше указанной критической температуры.

2. Способ по п.1, согласно которому на указанном этапе подготовки указанное определенное количество кристаллов переходного металла в виде микро-/нанометрических кластеров пропорционально указанной заданной мощности.

3. Способ по п.1, согласно которому на указанном этапе подготовки определенного количества микро-/нанометрических кластеров выполняют этап, выбранный из группы, состоящей из этапов, на которых:
- осаждают заданное количество переходного металла в виде микро-/нанометрических кластеров на поверхность субстрата, в качестве которого используют твердое тело, которое имеет заданные объем и форму, а количество кластеров на поверхности которого превышает минимальное количество, в частности по меньшей мере 10⁹ кластеров на 1 см², по меньшей мере 10¹⁰ кластеров на 1 см², по меньшей мере 10¹¹ кластеров на 1 см² или по меньшей мере 10¹² кластеров на 1 см²;
- агрегируют указанное определенное количество микро-/нанометрических кластеров путем спекания, обеспечивающего сохранение кристаллической структуры и по существу размера указанных кластеров;
- собирают в контейнер порошок, сформированный из заданного количества указанных кластеров или агрегации свободных кластеров.

4. Способ по п.3, согласно которому указанный этап осаждения переходного металла выполняют при помощи процесса физического осаждения на субстрат паров переходного металла.

5. Способ по п.3, согласно которому указанный этап осаждения переходного металла выполняют при помощи процесса, выбранного из группы, состоящей из:
- распыления;
- процесса, включающего испарение или сублимацию с последующей конденсацией на субстрате указанного заданного количества переходного металла;
- эпитаксиального осаждения;
- напыления;
- нагревания до температуры, близкой к точке плавления, с последующим медленным охлаждением, в частности до средней температуры ядра, составляющей приблизительно 600°С.

6. Способ по п.3, согласно которому после указанного этапа осаждения заданного количества переходного металла выполняют этап быстрого охлаждения субстрата и осажденного металла с обеспечением "замерзания" переходного металла в соответствии с кластерами, имеющими указанную кристаллическую структуру, причем этот этап быстрого охлаждения выбран из группы, состоящей из: выдержки; пропускания потока водорода, заданная температура которого меньше температуры субстрата, вблизи переходного металла, осажденного на субстрат.

7. Способ по п.1, согласно которому до указанного этапа приведения водорода в контакт с указанными кластерами выполняют этап очистки субстрата, в частности путем создания вакуума с давлением по меньшей мере 10^-9 бар при температуре, установленной в диапазоне от 350 до 500°С, в течение заданного времени, например в соответствии по меньшей мере с 10 вакуумными циклами, с последующим восстановлением по существу атмосферного давления водорода.

8. Способ по п.1, согласно которому на указанном этапе приведения водорода в контакт с указанными кластерами водород соответствует по меньшей мере одному из следующих условий:
- парциальное давление водорода установлено в диапазоне от 0,001 мбар до 10 бар, в частности от 1 мбар до 2 бар;
- водород протекает со скоростью менее 3 м/с, в частности в соответствии с направлением, по существу параллельным указанной поверхности кластеров.

9. Способ по п.1, согласно которому температура адсорбции близка к температуре скольжения ретикулярных плоскостей переходного металла, в частности к температуре, установленной в диапазоне температур, соответствующих пикам адсорбции α и β.

10. Способ по п.1, согласно которому после указанного этапа нагревания определенного количества кластеров выполняют этап охлаждения активного ядра до комнатной температуры, а на указанном этапе инициации ядерных реакций обеспечивают быстрый рост температуры активного ядра от комнатной температуры до температуры адсорбции, в частности в течение промежутка времени менее пяти минут.

11. Способ по п.1, согласно которому указанный этап инициации ядерных реакций связан с этапом создания градиента в виде разницы температур между двумя точками указанного активного ядра, в частности в диапазоне от 100 до 300°С, с усилением ангармоничности ретикулярных колебаний и содействием выработке ионов Н^-.

12. Способ по п.1, согласно которому указанные кластеры имеют гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру (110).

13. Способ по п.1, согласно которому реакции с выделением тепла происходят в присутствии магнитного и/или электрического поля, выбранного из группы, состоящей из:
- поля магнитной индукции с интенсивностью, установленной в диапазоне от 1 до 70000 Гс;
- электрического поля с интенсивностью, установленной в промежутке от 1 до 300000 В/м.

14. Генератор энергии, полученной при помощи последовательности ядерных реакций между водородом и металлом, в качестве которого использован переходный металл, содержащий:
- активное ядро, содержащее заданное количество переходного металла;
- генерационную камеру, содержащую при использовании активное ядро;
- средства для нагревания активного ядра внутри генерационной камеры до температуры выше заданной критической температуры;
- средства для инициации ядерных реакций между переходным металлом и водородом при помощи импульсного действия на активное ядро;
- средства для удаления из генерационной камеры тепла, выделяемого в ходе реакций внутри активного ядра, в соответствии с заданной мощностью, отличающийся тем, что
активное ядро содержит определенное количество кристаллов переходного металла в виде микро-/нанометрических кластеров, которые имеют определенную структуру и среднее число атомов переходного металла в которых меньше заданного числа атомов, причем при нагревании кластеров указанными средствами для нагревания до температуры абсорбции, превышающей указанную критическую температуру, происходит абсорбция в кластеры водорода в виде ионов Н^-, остающегося доступным для ядерных реакций внутри активного ядра, а указанные средства для инициации выполнены с возможностью инициации ядерных реакций между водородом в виде ионов Н^- и металлом внутри кластеров при помощи импульсного действия на активное ядро, вызывающего захват ионов Н^- в соответствующие атомы кластеров с выработкой тепла.

15. Генератор по п.14, в котором указанное определенное количество кристаллов переходного металла в виде микро-/нанометрических кластеров пропорционально указанной мощности.