一种聚变反应装置专利检索-库仑势垒物理专利检索查询-专利查询网

一种聚变反应装置

阅读：996发布：2020-05-30

专利汇可以提供一种聚变反应装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及核聚变领域，公开了一种聚变反应装置，该聚变反应装置包括反应腔室、电子发生器和至少一个放电电极，其中所述放电电极和所述电子发生器位于所述反应腔室内，所述放电电极的基底是渐缩结构，在进行聚变反应时，聚变燃料和所述电子发生器产生的电子都被提供到所述基底中，且从聚变燃料中产生的具有离子和中性粒子的等离子体在被施加了电功率的所述放电电极所产生的振荡电场的驱动下旋转以发生聚变反应，所述电子发生器所产生的电子用于降低所述等离子体中两个正在靠近的原子核内的带正电的质子之间的库仑势垒。该聚变反应装置成本低且能够容易地完成核聚变。，下面是一种聚变反应装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种聚变反应装置，其特征在于，该聚变反应装置包括反应腔室、电子发生器和至少一个放电电极，其中所述放电电极和所述电子发生器位于所述反应腔室内，所述放电电极的基底是渐缩结构，在进行聚变反应时，聚变燃料和所述电子发生器产生的电子都被提供到所述基底中，且从聚变燃料中产生的具有离子和中性粒子的等离子体在被施加了电功率的所述放电电极所产生的振荡电场的驱动下旋转以发生聚变反应，所述电子发生器所产生的电子用于降低所述等离子体中两个正在靠近的原子核内的带正电的质子之间的库仑势垒。
2.根据权利要求1所述的聚变反应装置，其特征在于，所述放电电极包含、自身就是或者形成格子、网状、笼和气孔子结构中的任意一者或其组合和变体。
3.根据权利要求1所述的聚变反应装置，其特征在于，所述放电电极由钯、钨、硼氢化物、钛、钽、针对氢和低分子量气体的吸气材料、聚变燃料、复合材料、合金、金属陶瓷中的任意一者或其组合形成。
4.根据权利要求1所述的聚变反应装置，其特征在于，所述放电电极包含多个层，各个所述层由相同或不同的材料形成而且各个所述层具有相同或不同的结构。
5.根据权利要求1所述的聚变反应装置，其特征在于，所述放电电极的表面上形成有涂层，所述涂层具有导电性。
6.根据权利要求1所述的聚变反应装置，其特征在于，所述渐缩结构的尖端的截面为圆形、正方形、矩形、椭圆形、刃形、环形刀形、尖锥形中的任意一者或其组合，且具有微米级或更小的面积。
7.根据权利要求6所述的聚变反应装置，其特征在于，所述尖端的截面的面积为10平方纳米或更小。
8.根据权利要求1所述的聚变反应装置，其特征在于，所述聚变燃料的体积是所述放电电极的体积的2倍或更大。
9.根据权利要求1所述的聚变反应装置，其特征在于，所述放电电极的数目为多个，各个所述放电电极的基底的结构能够是相同或不同的，而且该聚变反应装置还包括监控器，该监控器用于在已被施加电功率的部分放电电极中的聚变燃料被完全或部分耗尽时，促使尚未被施加电功率的另一部分放电电极被施加电功率并促使所述电子发生器向该部分放电电极的基底中提供电子以便该部分放电电极中的聚变燃料发生聚变反应。
10.根据权利要求1所述的聚变反应装置，其特征在于，所述电子发生器为微波发生器、射频波发生器、激光器中的任意一种或其组合。

说明书全文

一种聚变反应装置

技术领域

[0001] 本发明涉及核聚变领域，具体地，涉及一种聚变反应装置。

背景技术

[0002] 自1950年以来，聚变研究已经持续了很多年，然而商用聚变反应装置的前景仍旧前路漫漫。带电粒子、不稳定性的存在和将反应系统维持在高温下所需的大量能量的约束，都使得这成为世界范围内最具挑战性的问题之一。许多方案已被提出，并试图约束用电磁装置加速的带电粒子。然而，到今天为止，仍没有简单的低成本聚变反应装置出现。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种聚变反应装置，该聚变反应装置成本低且能够容易地完成核聚变。

[0004] 为了实现上述目的，本发明提供一种聚变反应装置，该聚变反应装置包括反应腔室、电子发生器和至少一个放电电极，其中所述放电电极和所述电子发生器位于所述反应腔室内，所述放电电极的基底是渐缩结构，在进行聚变反应时，聚变燃料和所述电子发生器产生的电子都被提供到所述基底中，且从聚变燃料中产生的具有离子和中性粒子的等离子体在被施加了电功率的所述放电电极所产生的振荡电场的驱动下旋转以发生聚变反应，所述电子发生器所产生的电子用于降低所述等离子体中两个正在靠近的原子核内的带正电的质子之间的库仑势垒。

[0005] 通过上述技术方案，由于从聚变燃料中产生的具有离子和中性粒子的等离子体在被施加了电功率的放电电极所产生的振荡电场的驱动下旋转以发生聚变反应，而电子发生器所产生的电子则降低了等离子体中两个正在靠近的原子核内的带正电的质子之间的库仑势垒，因此，该聚变反应装置不仅成本低，而且能够容易地发生聚变反应。

[0006] 本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。附图说明

[0007] 附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

[0008] 图1是根据本发明一种实施方式的聚变反应装置的示意框图；

[0009] 图2A示出了双粒子系统的示例性势能曲线；

[0010] 图2B示出了结合负电势得到的系统势能的示意图；

[0011] 图2C示出了初始系统势能结合质动力、电子屏蔽电势和原子核磁矩相互作用电势之后得到的系统势能；

[0012] 图3示出了一种示例性的放电电极结构的透视图；

[0013] 图4示出图3中的尖端和锥形部的横截面示意图；

[0014] 图5示出了图1所示的聚变反应装置所产生的电场的示意图；

[0015] 图6是由几百个放电电极组成的阵列的透视示意图；

[0016] 图7a示出了具有钯-金-钯三层结构的放电电极结构的示意图；

[0017] 图7b示出了从图7a中的孔的中心看到的横截面视图；以及

[0018] 图8示出了根据本发明另一实施方式的示例性聚变反应装置的示意图。

具体实施方式

[0019] 以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

[0020] 如图1所示，根据本发明一种实施方式的聚变反应装置包括反应腔室200、电子发生器204和至少一个放电电极201a、201b，其中所述放电电极201a、201b和所述电子发生器204位于所述反应腔室200内，所述放电电极201a、201b的基底203a、203b是渐缩结构，在进行聚变反应时，聚变燃料和所述电子发生器204产生的电子都被提供到所述基底203a、203b中，且从聚变燃料中产生的具有离子和中性粒子的等离子体在被施加了电功率的所述放电电极201a、201b所产生的振荡电场的驱动下旋转以发生聚变反应，所述电子发生器204所产生的电子用于降低所述等离子体中两个正在靠近的原子核内的带正电的质子之间的库仑势垒。

[0021] 图1中仅示例性的示出了两个放电电极201a、201b，但是应当理解的是，根据本发明的聚变反应装置可以具有三个甚至更多个放电电极。

[0022] 另外，如图1所示，电子发生器204可以通过导线202a、202b分别连接到放电电极201a、201b上。

[0023] 以下首先解释一下根据本发明的聚变反应装置所利用的几种基本原理。

[0024] 第一种基本原理是质动力。

[0025] 大体来说，质动力是由振荡电场产生的力。质动力同时影响正电荷和负电荷的粒子是相同的，即，在相同方向上移动它们。因此，质动力是少见的不改变粒子电荷符号的方向情况之一，其与洛伦兹力的情况(洛伦兹力会改变方向)不同。因此，在根据本发明的聚变反应装置的实施方案中，其利用质动力来破碎、挤压聚变燃料并迫使聚变燃料接触和融合。质动力Fp的计算公式如下：

[0026]

[0027] 其中，e是带电粒子，m是质量，ω是振荡电场的角速度，E是振荡电场的振幅。

[0028] 从上述等式中很容易看出，在一个高压振荡电场E中将产生很大的质动力。然而，如果振荡电场是高频率，例如频率超过离子等离子体的频率，那么只有质量轻的电子会被这些场影响。较重的离子仍然会因电子在双极电场的运动而受到影响，其中当电子从离子分离时产生直流电场。

[0029] 第二种基本原理是电子屏蔽。

[0030] 利用弱电离等离子体的一个优点是，反应物主要包括电中性原子。原子核之间的电子屏蔽了带正电的原子核之间相互排斥的库仑力。这种现象影响了库仑斥力，并且可以降低库仑势垒。例如，根据本发明的聚变反应装置中的电子发生器204是高效的电子发射体，其在带正电的反应物之间引入电子云，即产生负空间电荷，从而进一步增强了这种电子屏蔽效应。在根据本发明的一个具体实施方式中，电子发生器204所产生的高密度电子会在质动力的驱动下进入放电电极201a、201b的渐缩结构203a、203b中，这些渐缩结构203a、203b中包含有聚变燃料。这些渐缩结构203a、203b中的高密度电子提供降低了库仑势垒并增强了聚变反应速率的电子屏蔽效果。在进一步的实施方案中，根据本发明的聚变反应装置可以使用有几何形状的材料或表面产生非均匀电场的材料作为放电电极201a、201b。因此，通过示例的方式，若放电电极201a、201b具有树枝状轮廓的表面，则其可以产生非常高的局部电场以用于进行聚变反应。

[0031] 第三种基本原理是核磁矩相互作用。

[0032] 许多原子核具有“旋转”的特性，即一种形式的角动量，这是与原子核的内部旋转运动和所得电流相关联的。形成磁场线的原子核的一端是磁北极、另一端是磁南极，导致原子核被称为“磁偶极子”，磁偶极子的强度和方向被描述为“核磁矩”，核磁矩是一个矢量。

[0033] 核磁矩发挥量子隧道的作用。具体来讲，当两个原子核的磁矩平行时，两个原子核之间具有吸引力。其结果是，两个原子核之间的平行核磁矩总势垒被降低，使得隧穿事件更可能发生。相反，当两个原子核具有反平行磁矩时，核磁矩总势垒增大，使得隧穿事件不太可能发生。

[0034] 当特定类型原子核的核磁矩是正的时，则原子核倾向于向着施加的磁场方向调整其核磁矩。相反，当核磁矩为负时，原子核趋于对准反平行于外加场的方向。包括有潜在反应的大多数原子核在内，都具有正磁矩(p、D、T、6Li、7Li和11B都有正磁矩；3He和15N具有负磁矩)。示例性地，在一个可控聚变反应的装置范例中，其中一个磁场是本内的每个点对齐的磁矩在大致相同的方向上的受控核聚变装置的磁场。这导致在减少原子核之间的总势能垒时，第一和第二工作材料所具有的核磁矩要么是正的要么两个都是负的。这将导致隧穿速率增加和发生更大的聚变反应。这种效果也可以被称为自旋极化或磁偶极-偶极相互作用。另外，原子核的磁场线的回转也有助于确定原子核的总的角动量。

[0035] 第四种基本原理是原子核的超极化。

[0036] 原子核，例如3He，可以通过碰撞、通过使用碱金属蒸汽或直接由射频(RF)场而在弱磁场中极化。这个过程可带来90％以上的所有原子沿同一方向排列的3He，从而增加它们之间的吸引力。3He-3He聚变反应产生4He原子加两个高能质子—这是一个非常理想的聚变反应，因为在聚变产物中没有中子并且能量收益率是非常高的(例如，超过10兆电子伏)。

[0037] 因此，在根据本发明的聚变反应装置中，在不使用额外的、附加的磁场的情况下也能够获得可控聚变反应，当然采用额外的、附加的磁场来加强或优化聚变反应也是可行的。

[0038] 通过采用上面描述的基本原理，根据本发明的聚变反应装置能够增加反应截面，从而实现更大的聚变反应。以下描述一下根据本发明的聚变反应装置如何实现反应截面的改变。

[0039] 改变反应截面

[0040] 一对原子核之间的聚变反应的概率由反应截面σ表示。反应截面σ通常由一个函数来衡量。例如，反应截面σ通常定义为：

[0041]

[0042] 其中B是每单位时间内每靶原子核的数量，I是每单位时间的每单位靶面积的入射粒子数量。当反应截面σ以这种方式定义时，每个聚变反应在给定能量E的情况下将有确定的、特定的反应截面面积。

[0043] 每单位容量的聚变反应率，在一个特定的聚变反应装置当中为：

[0044]

[0045] 其中，如果第一原子核和第二原子核是同一种原子核，那么δ12＝1(例如，氘与氘发生聚变反应)；否则δ12＝0，并且<σv>是聚变反应装置的平均反应性，定义如下：

[0046]

[0047] f(v)是相对速度的分布函数，按照归一。如果第二个原子核是静止的，<σv>＝σv；然而，前面的定义适用于第二原子核移动的情况，并且每对相互作用的原子核可以具有不同的相对速度。

[0048] 聚变能量释放的速率由下式给出：

[0049]

[0050] 其中，W是每单位体积的释放总能量，E是由一个单一的聚变反应所释放的能量(在11
p- B聚变反应中，E＝8.68MeV)。

[0051] 两个原子核通过量子隧穿事件而相互接触的概率通过隧穿势垒的透明度T描述，其中较高的T值说明隧穿事件的可能性更大。由于隧穿是产生聚变的主要机制，因此隧穿势垒的透明度T与反应截面σ成正比(即σ∝T)。其近似为：

[0052]

[0053] 其中，e是欧拉数，∈G是库伦势垒改变的能量。当两个原子核的距离x≥xT时，∈G可以写为：

[0054]

[0055] 在这里，q1是第一个原子核的电量，电势是x的函数，xT是在点处电子受到的作用势。

[0056] 这些关系的结果是，越高，(例如，更大的库仑势垒)，EG越大，这反过来将降低T、σ、R。当E＞0时，在任何系统之中都将降低因此，在电势较高的聚变反应装置中，往往会有更少的聚变活动和较低的聚变能量释放速率，在电势较低的聚变反应装置中，往往会有更多聚变事件和较高的聚变能量释放率。如上所述，降低库仑势垒是相当于降低电势在本发明的实施例中可以使用这些技术来增加反应截面σ；这也增加了聚变反应速率。

[0057] 从如上对本发明所利用的基本原理的描述可知，根据本发明的技术方案不同于现有的通过建立强电离等离子体来获得高粒子密度的技术方案，在根据本发明的聚变反应装置中，放电电极201a、201b中所装载的粒子密度要大于通过其他等离子体所能获得的粒子密度。由于在根据本发明的聚变反应装置中，粒子基本上放置于固体中或者放置于固体材料中，因此其不会产生等离子体的不稳定性，所以所获得的粒子密度(n1和n2)也要比用强电离等离子体所获得的粒子密度大很多个数量级，与用弱电离等离子体(密度大于1017/cm3)所获得的粒子密度相比也要高更多个数量级。在本发明的实施方案中，粒子密度是聚变反应装置的整个体积的粒子密度。此外，由向心力引起的压缩使得在聚变反应的压缩区域增加粒子密度，在反应物聚集的区域达到1018/cm3。

[0058] 另外，根据本发明的实施例使用固体形式的硼化合物，其粒子密度量级为1023/cm3。因此，在聚变反应集中区域中，本发明实现了粒子密度在物理容器中的数量级大于本14 3
领域已知的其它方法(例如，托卡马克反应没有实现持续的粒子密度大于约10 /cm)所能获得的粒子密度数量级。

[0059] 另外，根据本发明的聚变反应装置的一个优点是，它能有效抑制电子轫致辐射产生的损耗。在传统核聚变反应堆中，例如托卡马克采用热、高度电离的等离子体，因此电子-离子相互作用导致轫致辐射和回旋辐射，这是能量损失的主要原因，并且这也是传统聚变反应系统尚未满足劳森标准的原因之一。然而，由于在根据本发明的聚变反应装置中使用了高密度、弱电离、更低温的等离子体，因此其抑制了电子迁移率，大大降低了电子轫致辐射损失。

[0060] 高压下氢的相变

[0061] 通常，在聚变反应中会采用氢作为聚变燃料。在高压下，压缩氢原子可成为液体或固体金属，这取决于压缩力和它们的旋转状态。无论是处于液体还是固体状态中，氢的密度均比处于气态时的密度高许多量级。因此，当处于液态或固态时，氢的总聚变反应速率将会相应更高。

[0062] 此外，当处于液态或固态中时，氢变为高导电性、甚至是零电阻的超导体。这增加了根据本发明的聚变反应装置的总导电性，降低了电阻损耗和所需的输入能量。因此，这样的聚变反应装置的整体效率就越大，从而更容易实现大Q和对应的能量增益。

[0063] 另外，根据本发明的聚变反应装置利用亚微米面积、最好是纳米面积(例如，约一立方纳米，10-27立方米)或更小的高电荷密度区域来提供受控聚变反应，以下将会详细描述。而且，根据本发明的聚变反应装置优选采用简单的约束方案，例如在促使所产生的等离子体进行旋转时，根据本发明的聚变反应装置不需要采用任何磁场，而仅通过放电电极201a、201b所产生的振荡电场就能够实现。此外，根据本发明的聚变反应装置通过创建或修改量子等其他影响，来提供或增强聚变反应。

[0064] 在根据本发明的一个优选实施方式中，放电电极(例如图1中的201a、201b)可以包含、自身就是或者形成格子、网状、笼和气孔子结构中的任意一者或其组合和变体。这使得能够在放电电极的渐缩结构203a、203b中形成一个高密度电子区域。另外，放电电极201a、201b可以持有、携带、封装、包括、支撑、显示、维护和组合反应物的变体。另外，电子发生器
204所产生的电子可以通过收集移动、附聚、聚合中的任一方式或这些方式的组合和变化而聚集在一起来增加电子密度。

[0065] 在根据本发明的又一优选实施方式中，渐缩结构203a、203b的尖端的截面可以为圆形、正方形、矩形、椭圆形、刃形、环形刀形、尖锥形中的任意一者或其组合，且具有微米级或更小的面积。也即，放电电极201a、201b可以具有不连续性。这种不连续性可以是不连续的区域，优选是不连续的一个或多个点。应当理解，前述的点可能仍然具有一些区域，只是其面积比较小而已。例如，本文中所使用的不连续的一个或多个点通常指的是一般圆形、一般正方形形状、一般矩形形状、一般椭圆形或其他形状，其具有大约1平方微米或更小的面积，优选大约500平方纳米或更小的面积，更优选100平方纳米或更小的面积，更优选10平方纳米或更小的面积。一般来说，这种不连续的点或区域临近由电子发生器204所产生的高密度电子区域，更优选位于该高密度电子区域的中心区域。不连续点可以是刃状物，还可以是环形刀边缘，优选还可以是尖锥形构件，例如点、固体或管状纳米针等。另外，放电电极201a、201b可以包含一个、两个或更多个不连续点或区域。当存在多个不连续点或区域时，这些点或区域可以在例如形状、反应物或其他属性方面是相同的或有所不同。

[0066] 在根据本发明的又一优选实施方式中，所述放电电极201a、201b可以由钯、钨、硼氢化物、钛、钽、针对氢和低分子量气体的吸气材料、聚变燃料、复合材料、合金、金属陶瓷中的任意一者或其组合形成。而且，放电电极201a、201b可以包含多个层，各个所述层可以由相同或不同的材料形成而且各个所述层可以具有相同或不同的结构。这多个层中位于下面的层可能随着时间的推移而在聚变反应中被暴露出来。另外，所述放电电极201a、201b的表面上可以形成有涂层，所述涂层具有导电性。例如，所述涂层可以由金、铜、银或其它导电材料形成，而且优选选择具有良好的导电性和低电阻的材料来形成所述涂层。

[0067] 根据本发明的聚变反应装置所使用的聚变燃料可以是在本申请中所确定的任何材料或已知的使用于这样的聚变反应中的任何材料、或以后发现是有用的且可装入或以其它方式掺入、或由放电电极201a、201b更优选由渐缩结构203a、203b所包含的任何材料。所述聚变燃料可以为例如氢、氢-1氘、硼-11、锂-6、锂-7、氦-3、氮-15、氚以及它们的混合物，另外，使用分子化合物可能更有优势，因为其是良好的电子发射体，例如氮化硼或六硼化镧或六硼化铈及其组合或变型和其它类型的材料。聚变燃料可以被预先装载或当在聚变反应中被完全或部分耗尽时重新装载到放电电极201a、201b中，优选地，被预先装载或重新装载到前面描述的不连续性点或区域中，最优选被预先装载或重新装载到前述的高密度电子区域中。

[0068] 另外，除了被预先装载到放电电极201a、201b中之外，还可以通过以下任意一种方式或其组合来装载聚变燃料：将聚变燃料连续装载到放电电极中、分批装载到放电电极中以及在聚变反应的过程中就地生成聚变燃料(例如，对于氦-3而言)。例如，对于钯的管状纳米针座结构的放电电极而言，其具有一个封闭的尖端针点，该结构可以具有已填充有过量氢气的内部空间(或与氢源流体连通的内部空间)，这样当氢在聚变过程中被消耗殆尽时，可以向该内部空间中重新装载氢。

[0069] 优选地，聚变燃料(例如氢)的体积与放电电极(例如，钯)的体积之比可以显著增加聚变反应。例如，聚变燃料的体积可以是放电电极体积的2倍、3倍、5倍、7倍或更大，这取决于所使用的聚变燃料、所使用的放电电极材料和放电电极的结构。在将氢用作聚变燃料、将钯用作放电电极材料的实施方案中，氢可以被加载到钯量的8倍。

[0070] 优选地，根据本发明的聚变反应装置所使用的聚变燃料的密度可以为1015/cc或更大，例如1018/cc、1020/cc、1022/cc，更优选地为约1023/cc。应当指出的是，与具有较大聚变燃14 3
料密度的磁聚变装置(如托卡马克反应堆，据报道，其粒子密度限于10 /cm)相比，本发明的聚变反应装置所能容纳的聚变燃料的密度更大。

[0071] 聚变燃料可以通过进气方式加载到放电电极201a、201b中，只要放电电极结构-聚变燃料类型表现出这种现象即可。另外，聚变燃料可以通过本领域已知的或以后开发的任何方法或技术装载、重新装载、掺入或将更小的原子级粒子加入到放电电极201a、201b中。而且，聚变燃料本身也可在放电电极201a、201b中。

[0072] 在根据本发明的又一优选实施方式中，电子发生器204可以为微波发生器、射频波发生器(例如，其可以在1.63千兆赫兹下运行)、激光器或类似装置中的任意一种或其组合。该电子发生器204可以位于放电电极201a、201b上。在利用本发明的聚变反应装置进行聚变反应时，电子发生器204使所产生的电子首先沿着放电电极201a、201b朝向前述不连续性点或区域流动(即正向电子流)，然后使电子很快从不连续性点或区域反向流动(即反向电子流)。这样，沿着放电电极201a、201b的表面流动的前向和反向电子流在不连续性点或区域中产生了高密度电子。放电电极201a、201b上的所述涂层可以提高或促进这种沿着放电电极表面的流动。高密度电子区域产生于，例如电子发生器204周期的峰值处。典型的高密度电子峰的周期大约与电子发生器204的频率相同，虽然有可能增加一倍或者其他使得两者之间有所差异的因素。例如，电子发生器204可以在波长约10微米到约0.1微米下操作。该电子发生器204还可以工作在X线和γ射线的波长下以获得更高的电子密度。这些电子发生器
204的功率是最小的，需要大约1毫瓦到大约10毫瓦，并且每个不连续性点或区域通常小于约1毫瓦。

[0073] 在将激光器用作电子发生器204时，激光器可以被定向在上面描述的不连续性点或区域上，并建立正向和反向流动的高密度电子，从而产生高密度电子区域峰值。激光波长约10微米至0.1微米，激光功率可以是从约1纳瓦到1毫瓦，大约1毫瓦至约10毫瓦，通常小于1毫瓦。放电电极201a、201b上的所述涂层选择用于优化激光材料相互作用的材料，更优选选择用于同时优化激光材料交互和电子流流动的材料。

[0074] 除了激光器、微波发生器和RF发生器，还可以使用其它方式或设备产生高密度电子区域，例如使用可将电子聚集到高密度的空腔磁控管来产生高密度电子区域，利用电子束等离子体中的非线性效应来产生高密度电子区域，在该非线性效应中，电子波能在三维上崩溃到非常小从而产生具有高密度电子的区域。

[0075] 电子发生器204所产生的电子的密度约大于1015/cc，高密度电子区域的电场约大于108伏/米。

[0076] 在根据本发明的又一优选实施方式中，所述放电电极的数目为多个，各个所述放电电极的基底的结构能够是相同或不同的，而且该聚变反应装置还可以包括监控器(未示出)，该监控器用于在已被施加电功率的部分放电电极中的聚变燃料被完全或部分耗尽时，促使尚未被施加电功率的另一部分放电电极被施加电功率并促使所述电子发生器204向该部分放电电极的基底中提供电子以便该部分放电电极中的聚变燃料发生聚变反应。

[0077] 在根据本发明的又一优选实施方式中，根据本发明的聚变反应装置可与产生电力的装置相连。该产生电力的装置包括用于从聚变反应产生的热量中产生电流、电压或者两者的传感器芯片。因此，作为例子，(A)一种放射线检测型二极管可从聚变产物中产生电力，(B)一种热电装置可以将热能的一部分转换为电流，(C)驱动一种流体、扩展或产生相变从而创造出电或者其他可用的能量。聚变反应产生的电力还可以用于：(D)通过电磁场来减慢所得的带电粒子的机制，以便直接转换为电能；和(E)把小电极放到相邻不连续点的位置，使带电粒子与一个电极碰撞，从而感应出电流并为相连的电池或电容器充电。产生电力的装置可以包括上述的组合。例如，如果直接转换为电能的装置只是部分有效的，它可以与热电元件相结合，以转换直接转换机制后所剩余的热量。

[0078] 另外，尽管不是必需的，但是用于产生电力的装置的电极也可以位于或在聚变燃料的外围，例如被包含在封闭的微容器中，填充或有流动氢通过。

[0079] 另外，根据本发明的实施方式可以利用量子、静电、机械或其他效应，包括：大电场、高密度电子、质动力、调整或改变库仑势垒，修改相关联的反应截面、空间电荷或电子屏蔽效应，使用电中性粒子，离子中性耦合，核磁矩相互作用、自旋极化、磁偶极-偶极相互作用，高密度材料，离心力和质动力的压缩力，氢的相变，正反馈机制以及这些效应的变化。在此，所有参考文献中修改、改变、降低、减少或消除库伦势垒是通过一个或多个其它特征(例如，高电子密度)的存在下，即使库仑屏障本身(这些特征的独立)保持不变。

[0080] 为了聚变发生，两个原子核必须接触；然而，原子核是非常小的(在10-15米的数量级)，并且因为它们是带正电的，所以彼此排斥。双粒子系统的势能曲线501如图2A，其中第一个原子核502正在接近第二个原子核。在横轴上，x是两个原子核之间的距离。当第一原子核远离第二原子核时势能501接近零，随着第一原子核接近第二原子核，系统势能501是排斥库仑势(正)和相互吸引的强核子力(负)势能的总和。一旦两个原子核非常接近，在距离xn(其中xn约等于两个原子核半径之和)处，系统势能501变为负，这是由于强核子力的效果。因此，术语“库仑势垒”是用来描述两个原子核通过击穿或者获得比图2A所示的电位曲线更高的势能而相接触的难易程度。

[0081] 根据本发明的聚变反应装置可降低或减少库仑势垒，并且可能可以通过负(吸引力)的电势影响而消除库伦势垒。这样一个负电势示于图2B。在该图中示出负电势505，并且负电势505的加性效应和初始系统势能503创建出一个新的势能504，使得库仑势垒被降低。

[0082] 因此，例如，本发明可通过使用如下效应降低或减少库仑势垒：空间电荷或电子屏蔽效果；大电场、高密度电子、使用中性粒子；离子-电中性粒子耦合；核磁矩相互作用、自旋极化、或偶极-偶极相互作用的影响；及上述组合和其他影响。图2C示出了初始系统势能503结合质动力506、电子屏蔽电势507(例如，高密度电子和大电场)和原子核磁矩相互作用电势508之后得到的系统势能504。这些可以单独和组合使用以降低库仑势垒，使得原子核更容易通过隧穿来克服势垒，因而提高了聚变反应的发生概率。

[0083] 图3示出了一种示例性的放电电极结构的透视图。如图3所示，该放电电极包括管状部100和锥形部101，该锥形部101具有尖端102，例如，尖端102可以是一个或多个点，这是一个如上面所述的不连续。当电子发生器204(在图3中未示出)被施加到图3所示的放电电极上时，所产生的电子的运动由双箭头103所示。其中，指向尖端102的箭头103a表示正向电子运动，指向管状部100的箭头103b表示逆向电子运动。高密度电子区域位于尖端102处，高电场区域由标号104表示。尽管目前认为产生高密度电子区域的效应主要是表面效应，但是本发明的保护范围不应局限于此。

[0084] 另外，箭头103a、103b所指示的电子运动的方式优选是聚集、相干或两者均有。因此，理论上，电子的这种聚集和相干运动与超导材料表现出的电子运动类型类似或相同。根据本发明的这种聚集和相干电子运动是在室温和高温下进行。因此，本发明提供了用于环境温度和上述超导并类似超导行为的电子运动。

[0085] 图4示出图3中的尖端102和锥形部101的横截面示意图，其中，标号106a、106b、106c和106d表示的聚变燃料位于锥形部101中。当发生聚变反应时，高密度电子区域102进一步促进或加强了聚变燃料的聚变反应。理论上，该高密度电子的存在产生了负势阱，从而降低了库仑势垒，促进了聚变燃料如106b与106c之间的聚变。另外，理论上，在局部高密度电子区域中还创建了质动力，该质动力与负势阱一起驱动聚变燃料和电子进入锥形部101中优选进入尖端102中，从而增强了聚变燃料的聚变反应。

[0086] 图5示出了图1所示的聚变反应装置所产生的电场的示意图。图5是一个平面图，其是沿y轴向下俯视尖端203a和电极201b的示意图。应当理解，类似的电场将由电极201a产生。不同的区域具有不同的电场，例如区域220的电场为3000α伏/米，区域221的电场为2500α伏/米，区域222的电池是2350α伏/米，区域223的电场是1500α伏/米，区域224的电场是650α伏/米，其中α是比例常数，其取决于发电机的电压。

[0087] 图6是由几百个放电电极组成的阵列600的透视示意图，其中，例如601a与601b的放电电极被放置在平面支承结构603上。每一个放电电极都具有不连续点或区域，例如602，在本实施例中其是一个微点或尖端。每个放电电极的不连续点或区域602中装载有聚变燃料且与所述电子发生器相连，其中，放电电极被施加电功率时会驱动聚变反应的发生。从阵列600聚集的能量可以转换成电能或其它可能需要的能量形式。在本实施方式中，放电电极可以由硅、碳化硅或其他合适的材料制成。

[0088] 图7a示出了具有钯-金-钯三层结构的放电电极结构的示意图，其上周期性地布置了孔；图7b示出了从图7a中的孔的中心看到的横截面视图。其中，在图7中使用如下参数：d＝30nm，w＝15nm，D＝100nm。该三层结构会产生很大的电场增强。需说明的是，渐缩结构203a、203b也可以使用该如图7中所示的三层结构。通过使用飞秒激光，局部等离子体表面(LSP)被激发。通过优化参数，在谐振频率观察到一个很大的电场增强。计算结果表明钯层附近，该电场增强产生同两个氘核之间库伦势垒量级相当的很高的电势差，从而可以克服库仑斥力并且在极大程度上增强聚变反应发生的概率。

[0089] 图8示出了根据本发明另一实施方式的示例性聚变反应装置的示意图。需要说明的是，该图中的尺寸仅是示例性的，并不构成对本发明的限制。在该附图中，807是钨丝，其作为偶极的纳米尖端，在这里作为施加振荡电场的结果而产生极高的电子密度，其与图1中的导线202a、202b的作用相同；806是铜棒，其相当于图1中的放电电极201a、201b；802是特氟龙基部，用于作为绝缘体、供料管线或者传输线；801是离子显微镜，用于观测整个聚变反应过程并直接观察聚变产物，并用于观察在导入聚变燃料原子核(如氘、氚等)之前和之后的原子表面排列；805是真空反应腔室，其相当于图1中的反应腔室200，该真空反应腔室805连接至真空泵以由真空泵抽真空；803是铜钉，将其旋进左侧部分，803铜钉和竖直的806铜棒组成双极子(偶极)；804是螺纹孔用于固定铜片(铜钉)。

[0090] 以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。

[0091] 另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

[0092] 此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种基于SOI量子线的单电子晶体管及其制作方法	2020-06-01	630
利用调制的复合一维纳米材料制备单电子器件的方法	2020-06-16	346
提高AlGaN/GaN异质结场效应晶体管线性度的方法	2020-06-06	584
用于无中子和中子聚变的旋转高密度聚变反应器	2020-06-18	684
单电子磁电阻结构及其应用	2020-05-12	302
对电荷超敏感的库仑计及其制备方法	2020-05-14	587
有自校准功能的对电荷超敏感的库仑计及其制备方法	2020-06-14	867
亚稳态辅助量子点共振隧穿二极管及工作条件	2020-06-12	602
对电荷超敏感的库仑计	2020-05-23	415
一种基于量子点的单电子自旋过滤器	2020-05-16	592

一种聚变反应装置

一种聚变反应装置

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：