本发明涉及利用核聚变产生能量的领域，更准确地说，本发明涉及 一种利用吸附在晶格上的氢同位素的非调谐受激聚变的能量发生过程。

其次，本发明涉及一种完成上述过程的能量发生器。

获取能量问题已经驱使工业和研究实验室越来越多地研究新能源。 其中，一种特别令人感兴趣的能源是核聚变。

在研究核聚变期间，一位申请人为此实现了一种在意大利专利申请 No.SI/92/A/00 0002中说明的“利用激发含氘材料的晶格振动得到的能量 产生过程的起动和控制用的装置”。

作为上述装置功用基础的过程包括一个制备电极的步骤，电极由一 种能够接受氘的单一金属或金属成分合金形成并具有精确的晶体结构如 立方晶系的金属材料组成。上述制备电极的过程首先包括对电极脱气以 净化其晶体结构的操作。随后，在预先建立的温度和压力下使一定量的 氘(D)进入电极的晶格。然后，当氘原子对金属原子的数目比(D/Me) 超过0.7的阈限值时，在外加一种促使依次相连的晶格平面进入推拉震动 的扰动之后在吸附于晶格中的氘原子中激活一种聚变反应D＋D。提供 了除去由聚变产生的热能用的系统。

但是，上面例示的装置和过程当将其真正投入实践时却存在相当大 的困难。首先，在装置的工业应用情况下氘的使用很昂贵。其次，反应 的起动步骤几乎不可控制或不可重复。事实上，在许多情况下，得到的能 量值与在可归因于D＋D反应的能量值的基础上预期的不相同，而且在 任何情况下，在同样的制备和起动的初始条件下能量值并不恒定。

与上述相反，本发明的一个目的是提供一种发生能量的过程，该过 程能够完成吸附在金属上的氢同位素的聚变，它能够在工业水平上廉价 地重复，并能容易地激活和停止。

本发明的另一个目的是提供一种激活上述过程的能量发生器。

这些目的和其它目的是通过本发明完成的，其中能量发生过程的特 征在于它包括：

装料步骤，在金属芯料上装填一定量的吸附在该芯料晶格中的氢同 位素H和D；

加热步骤，其中上述装有氢同位素的芯料被加热到一个比对应于组 成该芯料的材料的德拜常数温度的阈值温度高的温度；

上述芯料的起动步骤，其中产生一个振动应力，该应力激活上述氢 同位素的核聚变反应；

稳定步骤，在该步骤期间，由于稳定振荡的相干多模系统的平稳继 续，可以交换在芯料中发生的H＋D核聚变反应产生的热量。

万一需要中断聚变反应，就同时提供一个停止聚变反应的步骤，方 法是产生另一个振动应力，该力破坏上述稳定振荡的相干多模系统。

在上述加热步骤中必须一定被超过的阈值温度是德拜常数温度，许 多可利用的金属的德拜常数温度列于表I。为了反应成功的可能性更大， 上述阈值温度必须至少超过一个从几度到几十度的ΔT值，根据形成活 性芯料的材料类型而不同。德拜常数在任何情况下都可以分析式地计 算，因为它等于h/K*γcr，式中h为普朗克常数，K为波尔兹曼常数而 γcr为每种材料的典型频率(更详细的叙述见Charles Kittel牟“固态物 理引论”，John Willey & Sons公司出版，纽约)。

待吸附于上述芯料中的氢的种类最好是天然氢，或者换句话说，在 同位素D和H之间具有约1/6000的比例。但是也可以利用贫氘的或富氘 的天然氢得到反应，在任何情况下要求D对H的同位素比例高于 1/80000，最好为1/10000至1/1000之间。

发生器的新颖性特征是它装备的反应堆包括：

一种活性芯料，其上吸附了可能富氘的天然氢；

一个包含上述活性芯料的发生箱；

一个用于加热热载体流体的预备箱；

一个用于收集上述热载体流体的圆顶箱；

许多根管子，在管子中上述流体从上述预备箱穿过上述发生箱流向 上述收集圆顶箱。

从下列关于本发明的一些可能的实施例的作为例子而非限制性的参 照附图的说明中，可以清楚根据本发明的过程和发生器的其它特征和优 点，附图中：

图1表示根据本发明的发生器的第一实施例的纵向截面图；

图2表示根据本发明的发生器的第二实施例的纵向截面图；

表I列出若干种金属和合金的德拜常数。

参照图1，一个根据本发明驱动该过程用的发生器包括一个发生箱 2，该发生箱2被一个用铜制造的管套5穿过，管套5延伸在两个法兰10 之间，两个法兰10焊接在一个从外部限定发生箱2的支承外壳11上。 管套5穿过法兰10并与预备箱3连通，预备箱3包括一个具有入口3b 的圆筒形外壳13限定的环形外套3a。其次，管子5与收集圆顶箱4连 通，后者通过带法兰的管嘴14与用于热交换的机构和循环泵连通，后两 者没有示出。

发生箱2通过轴向导管6与没有示出的气罐和空气泵连通，导管6 一侧穿过圆顶箱10另一侧穿过预备箱3，气罐和空气泵利用已知类型的 连接件安置在外壳13的外部。导管6适合于将氢或其它气体输送到发生 箱2中。

在管套5上电镀一层厚几毫米的金属活性芯料1。围绕支承外壳11 缠绕一个例如插在陶瓷基体9a中的电气线圈9。

来自入口3b并穿过管套5的流体在外套3a中预热自身，并排除在 氢同位素的非调谐聚变反应期间在芯料1中发生的热量，该聚变反应的 起动将在后面说明。

参照图2，根据本发明的发生器的另一实施例包括一种活性芯料1， 芯料1具有圆筒形杆的形状，插在包括于加热圆筒20中的箱2内，加热 圆筒20中插入一个电气绕组9。

由支承外壳11和圆筒形外壳13形成的外壳15允许通过热载体流 体，热载体流体通过入口22进入并在沿轴向接触外壳11后从出口23流 出。箱2中存在的气体通过箱24受到控制，箱24利用已知类型的连接 件与未示出的气罐和气泵连通。芯料1接触电极25，电极25适合于将 一个压电型脉冲传送给芯料1，以激活氢同位素的非调谐聚变反应，后 者现在将予以说明。

在图1和2的两个发生器中，绕组9具有多重功用，因为，除了产 生芯料吸附氢所需的磁场外，它们同时具有加热热载体流体的箱的功用 以及例如利用具有磁致伸缩效应的电脉冲来起动反应的功用。

在图示的第一种情况(图1)中的芯料1是一个金属层，例如是多 层镍和铬交替的，而在第二种情况(图2)中，芯料1是一个圆筒形金 属杆，例如由镍铬钢制成。芯料1最好具有均匀表面，尽可能不存在刻 痕或缺陷。在芯料1的晶格中，利用已知技术，做成吸附具有D同位素 比H同位素约为1/6000的比例的天然氢。虽然氘D对氢H的百分率也 可以大于指示的比例，但如果D/H比例大于1/1000，可能在利用反应方 面不存在经济优点，原因是目前氘的价格贵，而且难于用正常的停止操 作中断反应，这在后面将予以说明。

1)装料步骤

在活塞芯料中装填氢以使氢同位素化学吸附在晶格中用的已知技术 中，有下列各种：

电解吸附；

在预先建立的温度和压力下将芯料插入含氢的气体氛围中：

将芯料浸入HCl、HNO3、H2SO4溶液中；

当构成芯料的金属沉积在由Cu或陶瓷之类材料组成的支承体上 时，将芯料浸入含(例如)NH3的电镀槽中。

某些材料需要外加其强度大于饱和磁场通常大于0.1忒斯拉的磁 场。在上述两种发生器情况下，磁场由绕组9产生。

发生箱内氢的绝对压力必须保持在最好为1至1000毫巴的值，在任 何情况下都要小于4巴，超过该值吸附不再发生，除非在极高的压力(＞50 巴)下。

氢同位素在芯料金属中的化学吸附造成H2和D2分子的分解和芯料 晶体结构内部H和D原子与金属之间的共价键(氢化物)的产生。氢原 子之间的静电排斥受金属自由电子产生的过量负电荷的屏蔽。因此，由 于这些键引起的静电排斥的减小使键合的原子能够比同一条件下自由原 子通常可能达到的程度彼此更加密切地接近。

当以上述比例吸附在金属上的H和D同位素的集聚足够高，例如氢 同位素对金属原子的数值比大于0.3时，无论以何种方式产生的一种强烈 的网眼状的振动可以使两个体系Me＋H和D＋Me彼此接近，使得H 和D原子之间的距离小于核力进入作用时的距离。

2)加热步骤

根据本发明，只有当活性芯料1的温度升高到高于组成芯料的材料 的德拜常数的值时(许多金属的德拜常数值列于表1中)，才可能成功 地进行聚变反应的起动。事实上，只有高于上述温度，吸附了氢的晶格 的非调谐振荡的数目才变成大于调谐型振荡的数目，随后增大振动波矢 量相互加合的概率。但是，为了成功地激活反应，德拜常数根据芯料所 用的金属必须被超过几度至几十度，以便让非调谐振荡的“人口数目” 足够地超过调谐振荡的数目。

加热步骤可以利用任何已知的系统完成，例如电热加热、燃料的氧 化或其它放热化学反应、离子复合为多原子分子、激光脉冲和浸入热流 体。

3)起动步骤

在吸附了氢的芯料点上，或者换句话说，在邻近芯料外表面处，晶 格的推拉振荡可以成功地使分别为氢H和氘D的两种氢同位素比上述核 力进入作用的临界距离更密切地互相接近。

根据本发明，在上述条件下并仅仅在那些条件下，可以激活局部的 上述核反应，在活性芯料中产生一个应力，该应力能够产生大量波矢量 的相干加合，从而得到局部的巨大的振动脉冲，该脉冲能够充分地激发 吸附了氢同位素的晶格。已经测量了由于活性芯料表面的膨胀而引起的 局部体积变化，它们比在芯料的非活性部分中测得的局部体积变化大20 倍。

每个H＋D聚变产生3He，释放5.5MeV能量，它足以完全汽化发 生反应的点周围的面积。在这种情况下，完全的H＋D反应应是H＋D ＝3He＋γ(5.5MeV)。但是，在这种情况下，没有γ光子或其它粒 子从芯料中释放出来，因为共价的氢-金属键为10-5－10-16秒，而核 相互反应为10-18－10-21秒。因此，从聚变中释放的能量可以通过晶 格耗散而不发射粒子或γ光子(见Max Born，，Atomic Physics〔原子 物理〕，Blacky and Son公司出版，格拉斯哥，A.F.Davydov，Teoria del nucleo atomico〔原子核理论〕，Zanichelli公司出版， Bologna；G.K.Werthaim，Mossbauer Effect〔穆斯鲍尔效应〕)。

更详细地说，在超过德拜常数后，当原子间位移的非调谐项变得重 要时H＋D反应受激发的概率变大了，而这只有在当温度足够高于德拜 常数时才可能在每种材料的特征温度处发生。在这种条件下，随着利用 外部作用产生足够强的刺激，与无组织方式的振荡相反，穿过晶格的振 动能量量子相干地相互作用，随后加合与活性芯料的表面相切的波矢 量，并相继产生特定点(轨迹)中的放大能量峰值。在芯料的活性材料 上运动的波串除了产生局部化的聚变外，还在芯料的活性材料部分内部 形成稳定振荡的相干多模系统，从而产生熵的负变化并随后放出热量， 该热量可以通过根据本发明的发生器予以利用。

随后，驻波利用由H＋D产生的抽运效应继续维持自身。实际上， 因为晶格的结构形状由于在上述轨道中位移的单个H＋D聚变产生的局 部汽化而发生变化，所以波矢量在其它轨迹中重新加合，靠近原先的轨 迹但该处晶格仍然未受损伤，并进一步激发H＋D反应。随着聚变的重 复，芯料终于有一个具有许多个仍然不受损伤的晶格区域隔开的大体等 距离的空腔的表面，而且由于相继的局部汽化，活化芯料的质量逐渐变 小。

电子与晶格的相互作用(尤其在可变电磁场的存在下)对驻波的维 持提供了进一步的显著的帮助。事实上，从一个费米态到另一个费米态 的跃迁涉及一个给定频率和波矢量的粒子的发射。(见Charles Kittel，Introduction to Solid State Physics〔固态物理引论〕，John Willey & Sons，纽约)。

起动步骤可以利用各种已知类型的脉冲来完成，只要上升时间小于 10-1秒。

在其中该活性芯料是由纯金属或其与其它元素或物质的化合物、 钢、不锈钢、合金或单层或多层金属体系组成的情况下，起动步骤可以 按下列方法之一完成。

-通过压力梯度得到的热应力法：将多原子气体如H2、D2、HD、 HT、C2H4、NH3、N2、O2等引入具有物理吸附的负焓差(ΔH)和 在1毫巴至4巴之间的相应压力梯度的发生箱中。如已经知道的，由于 气体分子的瞬时离解和重新形成分子并由芯料本身的表面催化的进一步 突然放热反应，引入的气体在活性芯料的表面上产生热应力。如上所述， 此种热应力导致形成反应的波串并通过H和D之间的核聚变迅速起动能 量产生过程。图1的实施例是为刚巧这种起动类型设计的，其中多原子 气体通过图1中所示的导管6引入。在反应期间，利用电流通过沿芯料1 的整个长度安置的绕组9，维持一个0.2至1.5忒斯拉之间的恒定磁场。

-利用机械冲击的方法：将一种扭转、拖拉或压缩的机械冲击外加到 活性芯料的端部上，这种机械冲击的强度和上升时间(例如10-1秒)足 以造成一种结构形变，后者而后激活聚变过程。

-利用电致伸缩的方法：将一个电流脉冲外加到活性芯料的端部，该 脉冲具有适当的峰值和上升时间(例如1000安培和30纳秒)，造成一 种结构形变，后者而后激活聚变过程。图2的实施例也是为这种类型的 起动设计的，其中交流电压脉冲是由连接到活性芯料1上并利用电缆8 输送的电极25产生的。

-光电子方法：一个高功率(例如1MW)的激光束脉冲射在芯料上 并激起一个振动波和温度应力，后两者转而造成突然的结构形变，然后 该形变激活聚变过程。

-射频法：将一个射频脉冲外加到活性芯料上，该射频脉冲具有的频 率或者对应于氢同位素的自旋的共振频率，或者对应于晶格的自由电子 的等离子体频率。

-超声振动法：活性芯料包含在一个共振腔内。将一个其强度和持续 时间(例如10-1秒)足以激活聚变反应的超声振动能量脉冲外加到活性 芯料上。

在形成活性芯料的材料是一种能接受压电效应的材料(如晶体)的 情况下，起动步骤可以利用一种反压电效应法激活，此时将其频率等于 芯料机械共振频率而其峰值(例如大于5KV)足以造成结构形变的交流 电压脉冲送到金属芯料的端部，该结构形变而后激活聚变过程。图2的 实施例也是为这种类型的起动设计的，其中交流电压脉冲是由连接到活 性芯料1上并通过电缆8输送的电极25产生的。

最后，如果形成活性芯料的材料是一种铁磁性材料，那么起动步骤 可以利用一种磁致伸缩方法激活，该法在于沿金属芯料产生一个磁场， 其峰值高于磁饱和强度而其上升时间小于10-1秒。这种类型的起动可以 利用图1和图2两种发生器通过绕组9外加一个电磁脉冲来完成。

4)热交换步骤

在起动之后，通过利用一种热载体流体交换热量来将反应维持在稳 定状态，该热载体流体被做成穿过图1的发生箱或通过图2的外套15在 管套5中循环。热量的除去必须不超过使活性芯体的温度下降到低于德 拜常数的水平，否则会发生反应的缓慢停止。

关于能够得到的热功率，活性芯料的尺寸和形状起重要作用。该活 性芯料的形状可以是棒、薄片、分开的和/或缠绕的线、松散的或压实的 粉末，使用或不使用粘结剂。例如，在图1的发生箱2中，活性芯料可 以不是沉积在管子5上的金属，而是由安置在箱本身的各个点上的许多 杆组成。另一种方法是，箱2可以填充金属粉。

显然，载带反应的芯料1的温度必须很好地保持低于转变温度，高 于该转变温度时晶格就失去其晶体性能而变为可以与玻璃态相比较的非 晶态，这种情况发生在低于每种金属的熔点温度的温度。事实上，在上 述状态下该芯料将遵循完全不同于结晶态下发生的行为，因为波矢量沿 之加合的优先方向将消失，绝对不存在上述反应的概率。

使芯料升到的稳定作用温度也必须不能接近特定的监界温度，该临 界温度对每种金属是众所周知的并可从实验得到的吸附图识别，在临界 温度下发生从晶格中逐渐排出氢的现象。

5)停止步骤

该反应可以通过停止稳定振荡的相干多模系统而中断，方法是简单 地产生另一个振动应力，该应力通过可靠地局部产生熵而破坏该系统。

这可以(例如)通过在发生箱中产生强制真空(绝对压力小于0.1 毫巴)并引入具有离解(例如)H2的正ΔH的气体射流来完成。由于与 活性表面的撞击，分子发生解离，发生晶格能量的迅速移去，随后存在 负的温度应力。突然的温度下降产生活性轨道的破坏和氢同位素之间核 反应的停止。

另一种办法是，即使让发生箱内的气体压力保持不变，也足以交换 热量而将活性芯料冷却到芯本身的的温度被降到低于德拜常数的点。热 量的交换可以(例如)通过使流体在一个刚巧低于德拜常数的温度在穿 过发生箱的管套中循环来完成。

为了更加详细地说明本发明的过程，下面将相对于把上述步骤应用 于一个其晶格已吸附一定量天然氢的金属活性芯体列举几个实际例子。

例子1

在一根用由具有等数目而交替的镍和铬原子的立方晶系形成的金属 材料(克鲁尼尔合金)制成的长90mm而直径为5mm的杆上，通过在 500mbar的压力和220℃的温度下同时处在利用围绕芯体本身缠绕的线 圈9得到的1忒斯拉的磁场中引入H2而吸附天然氢(D/H＝1/6000)。 使用的发生器是图1中例示的一种，管套5设有涂敷金属层。

包含杆的箱而后逐渐升至比德拜常数高20°的温度，克鲁尼尔合金 的德拜常数为192℃。

起动利用热电法(利用一个通过绕组9的电流脉冲产生的热冲击)， 芯料在所有时间内插在上述磁场内并浸没在500毫巴压力的天然氢内。 更精确地说，起动是利用1000A的脉冲强度和30纳秒的上升时间而获得 的。

在反应进程期间，每天排出净总平均热量1.29MJ，其58天，这之 后通过暂时造成真空(0.1mbar)后引入氢气实现中止而停止反应。

虽然停止反应，但我们观察到，在瞬变过程期间，检测到放射性同 位素，据信这是由H、D、3He的核撞击邻近的核而产生的，这些H、 D、3He核受由最后一批H＋D反应产生的γ光子的能量(5.5MeV) 的加速并且没有给予晶格供激活进一步的反应。

例子2

在一根长200mm而直径为3mm的镍杆上，利用在198℃的临界温 度下同时外加通过围绕芯体缠绕的线圈9得到的1忒斯拉的磁场而在气 体氛围中浸入的方法吸附天然氢(D/H＝1/6000)。所用的发生器是图 2中例示的发生器。

包含杆的箱而后升至比德拜常数高20°的温度，镍的德拜常数为 167℃。

起动利用电致伸缩法，或者换句话说，利用在芯料上外加一根电极， 通过该电极传送一个压电性质的脉冲。更精确地说，起动是利用至少 10KV的脉冲和0.1秒的上升时间而获得的。

在反应期间，每天排出净总平均热量4.74MJ，共31天，之后利用 缓慢中止法停止反应。

例子3

在一根用已经在400℃回火以消除内应力的AISI31b型钢制成的长 90mm而直径为5mm的杆上，利用浸入酸溶液而后浸入600mbar绝对 压力下的气体氛围并外加用围绕芯料缠绕的线圈9得到的1忒斯拉的磁 场的方法吸附天然氢(D/H＝约1/6000)。

包含杆的箱而后升至高于德拜常数，精确地说是处在314℃。

起动是利用热电法和由气体复合引起的热应力法两种方法完成的。

在反应期间，每天排出净总平均热量2.64MJ，总共34天，之后利 用在临界温度以下冷却而得到的缓慢中止来停止反应。

例子4

在一个类似于图1所示的包括被铜制的管套穿过的发生箱的发生器 中，在每根管上电镀一层2mm的纯镍，其中利用浸入600mbar绝对压 力下的气体氛围并同时外加通过围绕芯料缠绕并插入陶瓷基体的线圈得 到的1忒斯拉的磁场的方法吸附天然氢(D/H＝约1/6000)。

包含管套的箱而后升至210℃的温度，比德拜常数高57°。

起动利用磁致伸缩法完成，或者换句话说，通过绕组9向芯料外加 一个电磁脉冲。更精确地说，起动是利用0.8忒斯拉的脉冲和0.1秒的上 升时间来得到的。

在反应期间，利用穿过管套的热载体流体，每天排放4.9MJ的净总 平均热量，总共6天之后，利用在临界温度下冷却得到的缓慢中止来停 止反应。

因此，如果该热量发生过程和激发该过程的发生器能够用于利用有 限温度的核聚变产生热形式的能量，那么其工业应用性能是可靠的，不 发射放射性或其它危险粒子并能长期使用。活性芯料和发生器的其余部 分所用的材料是不昂贵的，因此，提供了相当大的经济利用的可能性。

在活性芯料是在一种具有较高的德拜常数的材料如硅(640°K) 中形成的情况下，发生热交换的温度高于上述例子中的温度。因此，可 以直接利用由穿过发生器的热载体流体获得的能量来(例如)推动涡轮 叶片或用于类似用途。

此外，由于3He这种气体目前价格很高，因此作为反应产物的3He的产生也可以进行工业使用。