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1. BRPI9007219 - METODO E APARELHO PARA GERACAO DE ENERGIA

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[ PT ]

Pedido tal como depositado (PCT) .

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "MÉTODO E APARELHO PARA GERAÇÃO DE ENERGIA".
A presente invenção é uma continuação em parte dos pedidos de depósitos de patentes de invenção norte-americanos copendentes para "Método e Aparelho para Geração de Calor", N° de Série 323.513, depositado em 13 de março de 1989; "Método e Aparelho de Feixe de Nêutrons", N° de Série 326.693, depositado em 21 de março de 1989; "Método e Aparelho para Geração de Calor", N° de Série 335.233, depositado em 10 de abril de 1989; "Método e Aparelho para Geração de Calor", N° de Série 338.879, depositado em 14 de abril de 1989; "Aparelho e Método para Geração de Energia", N° de Série 339.646, depositado em 18 de abril de 1989; "Método e Aparelho para Geração de Ener-gia", N° de Série 346.079, depositado em 02 de maio de 1989, e "Método e Aparelho para Geração de Energia", N° de Série 352.478, depositado em 16 de maio de 1989, ora incorporados a título de referência.
A presente invenção refere-se a métodos e aparelhos para a geração de calor, nêutrons, trítio ou energia e é-trica e,em uma ilustração, a um aparelho gue utiliza o calor produzido pela compressão de núcleos de pesos atómicos baixos em uma matriz de metal sob condições gue produzem calor em excesso, possivelmente envolvendo fusão nuclear.

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Uma fonte de energia ideal, e uma gue vem sendo objeto de intensa pesquisa e investigação científica pelo menos nos últimos trinta anos, apresentaria as seguintes propriedades:
(a) a fonte utilizaria deutério, que é disponível em uma quantidade virtualmente inesgotável nos oceanos;
(b) a fonte geraria produtos de reação relativamente benignos e de vida curta;
(c) a fonte produziria substancialmente mais energia, por exemplo, na forma de calor, em relação à entrada de energia no sistema, e
(d) a fonte seria construída em uma escala relativamente pequena, até mesmo portátil.
Até o presente, nenhuma fonte de energia se aproximou desses ideais. A possibilidade de converter deutério em energia através de reaçÕes de fusão nuclear em um plasma denso, empregando-se tanto contenção magnética quanto confinamento inercial para se obter a densidade, temperatura e período de confinamento necessários do plasma, e o período de confinamento necessário para fusão de plasma controlada, tem sido o objeto de um intenso esforço científico mundial. Apesar disso, a possibilidade de se obter fusão nuclear controlada em um plasma de alta temperatura parece estar muitos anos distante (Vide, por exemplo, 0 Technology Assessment Report)^1^1.

1 Uma lista de referências para as referências numéricas 35 nesta seção é encontrada no final da Seção I.

Em uma iniciativa de fusão alternativa, conhecida como fusão catalisada a múons, os múons são empregados para "blindar" a carga elétrica dos núcleos (os múons ficam ligados fortemente ao núcleo de hidrogénio e neutralizam a sua carga positiva). Os núcleos são arrastados bem próximos uns dos outros devido a pesada massa do múon, de modo que fusão pela técnica de túnel pode ocorrer a uma temperatura relativamente baixa. Desse modo, muitos dos problemas da iniciativa de contenção de plasma de alta temperatura são evitados. Entretanto, devido aos baixos números de eventos de fusão durante a vida útil de qualquer múon, não fica evidente atualmente se o método pode ser mesmo desenvolvido para suportar uma reação de auto-sustentação.
A presente invenção envolve um aparelho e método para gerar energia, nêutrons, trítio e/ou calor como forma específica de energia. O aparelho compreende um material tal como um metal como uma estrutura de matriz capaz de acumular átomos de hidrogénio isotópico, e um dispositivo para acumular átomos de hidrogénio isotópico até um potencial químico suficiente para induzir a geração de uma ou mais formas da energia acima mencionada.
O potencial químico suficiente é, por exemplo, o bastante para induzir ~a geração de uma proporção de calor maior do que um equivalente de calor-joule usãdo no acúmulo dos átomos de hidrogénio isotópico na estrutura matriz até o potencial químico desejado.
Um metal preferido é um metal do grupo VIII ou •··•·■
- 4 - do grupo IVA, sendo o paládio o mais preferido. Outros metais preferidos incluem o ferro, cobalto, níquel, rutênio, ródio, ósmio, irídio, titânio, zircônio, háfnio, ou as suas ligas.
Durante a operação do aparelho da invenção, a matriz carregada emite surtos ocasionais de nêutrons, e/ou passa por períodos de curta duração de excepcional formação de calor. Essas observações sugerem que os eventos de fusão com geração de calor que ocorrem dentro da matriz podem incluir reações em cadeia nucleares que podem ser estimuladas por partículas ou raios de elevada energia dentro ou aplicados à matriz (tais como aqueles gerados pela fusão ou outras reações nucleares que ocorrem dentro da matriz). Portanto, um aspecto da presente invenção envolve o estímulo ou intensificação de reações nucleares na matriz mediante a excitação ou o bombardeamento da matriz carregada com raios ou partículas de elevada energia, tais como raios, partículas alfa ou beta, nêutrons de elevada energia ou submetidos a radiação térmica, ou prótons de elevada energia.
Em uma modalidade importante, o aparelho inclui um fluido que compreende uma fonte de átomos de hidrogénio isotópico e um dispositivo para produzir átomos de hidrogénio isotópico a partir da dita fonte para acumular na matriz de metal. Uma fonte de hidrogénio isotópico preferida é água deuterizada. O fluido pode ser uma solução aquosa que compreende pelo menos um componente solvente de hidrogénio isotópico miscível em água, o metal * * ·* **·* * •··· **· *·*·
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é pelo menos parcialmente submerso na solução aquosa, e o dispositivo para acumular inclui uma fonte geradora de carga para decompor eletroliticamente o componente solvente em átomos de hidrogénio isotópico adsorvidos, com acúmulo dos átomos de hidrogénio isotópico adsorvidos na matriz de metal.
0 aparelho da presente invenção pode ser usado para gerar eletricidade mediante o uso de calor produzido como é bem sabido pelos elementos versados na técnica de geração de eletricidade. Os dispositivos para transformar o calor produzido na dita estrutura matriz em energia elétrica incluem geradores elétricos tais como tubinas de vapor, aparelhos termoelétricos semicond tores e emissores termiônicos.
Um feixe de nêutrons térmico também pode ser gerado por esses aparelhos. Isso envolveria um reator compreendendo um metal com uma estrutura matriz de cristal capaz de acumular átomos de hidrogénio isotópico e que tem átomos de hidrogénio isotópicos acumulados na sua estrutura matriz até um potencial químico suficiente para induzir eventos geradores de nêutrons, conforme evidenciado pela produção dê nêutrons térmicos, sendo que o dito potencial químico é de pelo menos aproximadamente 0,5 ev em comparação com um potencial químico de átomos de hidrogénio isotópico na matriz de metal equilibrados com o hidrogénio isotópico a uma pressão padrão, e um dispositivo tal como um colimador de nêutrons divergentes » por exemplo, para colimar pelo menos uma porção dos nêutrons - 6 - »··· ■· »···

térmicos produzidos riõ reator formando um feixe de nêutrons térmicos. A radiografia de nêutrons térmicos de um material alvo também pode ser efetuada, utilizando-se um dispositivo registrador posicionado para receber nêutrons que passam através do material alvo no feixe de nêutrons térmicos. O dispisitivo registrador inclui um conversor para capturar nêutrons e emitir uma radiação dependente da captura, e um filme sensível à dita radiação. A espectroscopia de raios-gama para captura de nêutrons de um material alvo também pode ser usada mediante a inclusão de um dispositivo para medir espectros de raios-gama produzidos com a captura de nêutrons pelo material. A análise de nêutrons espalhados de um material alvo, que inclui um detector de nêutrons para medir a distribuição de nêutrons espalhados a ângulos diferentes daquele do feixe dirigido em relação ao material alvo também constitui um aspecto da presente invenção.
O aparelho da presente invenção pode se apresentar em um arranjo, no qual o dito metal é formado como uma série de membranas empilhadas em uma célula eletrolítica, onde pares de membranas dividem a célula em uma série de compartimentos eletrolíticos fechados.
Onde a fonte geradora de carga é eletrolítica, o metal é um cátodo e a decomposição eletrolítica é levada a efeito de preferência a uma corrente de 2-2000 mA/cm""2 de área superficial do cátodo, embora níveis de corrente mais elevados de até aproximadamente 10.000 ιαΑ/ciu-2 ou até mesmo mais elevados podem ser empregados em determinadas aplicações.
Em determinadas modalidades, o fluido com a fonte de átomo de hidrogénio isotópico pode compreender um veneno catalítico eficaz para bloquear a evolução catalítica de gases que consistem em isótopos de hidrogénio. O fluido também pode compreender deuteróxido de lítio e/ou sulfato de lítio. O sulfato de lítio pode ser um sulfato de lítio de aproximadamente 0,1H a aproximadamente 1,0M.
A fonte de átomo de hidrogénio isotópico também pode consistir em um ou mais hidretos isotópicos de metais fundidos. O dispositivo para produzir acúmulo inclui então a formação de uma mistura íntima do material ou metal em forma particulada e o hidreto de metal fundido e o aquecimento da mistura para promover a migração de átomos de hidrogénio isotópico da fonte para as partículas de metal, e o resfriamento da dita mistura quando é atingido um potencial químico de átomos de hidrogénio isotópico na matriz de metal de pelo menos aproximadamente 0,5 eV. Nesta modalidade, uma combinação preferida é com um metal de paládio, níquel, ferro, cobalto ou suas ligas, e a fonte de átomos de hidrogénio isotópico consiste em deutereto de lítio, deutereto de sódio, deutereto de potássio, ou as suas misturas. Os métodos preferidos de aquecimento do sistema de metal particulado incluem o aquecimento da mistura com uma fonte de calor de elevada energia sob condições que produzem o potencial químico de pelo menos aproximadamente 0,5 eV em menos de aproximadamente 1 microssegundo.
0 aparelho preferido da presente invenção, em uma forma operável, inclui uma fonte de átomos de hidrogénio isotópico tal como água deuterizada, água comum, ou água tritizada.
Em determinadas modalidades, os metais preferidos incluem paládio, ródio, rutênio, irídio, cobalto, titânio, zircônio ou ligas contendo isótopos fermiõnicos desses metais. O- metal do presente aparelho pode ser também um compósito de um substrato selecionado do grupo formado por paládio, ródio, rutênio, irídio, ósmio, níquel, cobalto, ferro, zircônio, titânio, platina, háfnio, e as suas ligas, e uma fina película de metal sobre o dito substrato de paládio, rutênio, irídio, zircônio ou as suas misturas. Alternativamente, o metal pode ser uma fina película acamada sobre um compósito de um substrato incapaz de acumular átomos de hidrogénio isotópico até o ponto que induz reações de fusão. Essa película de metal delgada tem uma espessura preferida de aproximadamente 50-500 S, embora películas mais espessas possam ser adequadas.
Os dispositivos para transformar calor em eletricidade incluem uma turbina movida a vapor ou um gerador elétrico, e um sistema de transferência de calor para transferir calor da fonte de calor para uma turbina ou gerador elétrico. Esse dispositivo para a transformação também pode ser um dispositivo termoeletrico semi-condutor ou pode utilizar um dispositivo emissor ■■·· ·· ·*·· ··
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- 9 - terraiônico.
A presente invenção também inclui métodos de geração de calor e nêutrons, bem como de produção de eletricidade ou realização de trabalho. Esses métodos compreendem as etapas de: (a) colocação de um material (de preferência um metal do Grupo VIII ou IV A) com uma estrutura matriz capaz de acumular átomos de hidrogénio isotópico em contato com um fluido que compreende uma fonte de átomos de hidrogénio isotópico/ e (b) indução do acúmulo de átomos de hidrogénio isotópico na estrutura matriz para se atingir uma concentração suficiente para provocar a geração de calor ou nêutrons. A concentração obtida de átomos de hidrogénio isotópico pode ser caracterizada por apresentar um potencial químico de pelo menos aproximadamente 0,5 eV." A fonte de átomos de hidrogénio isotópico é pelo menos uma entre a água, água deuterizada e água tritizada. Em uma modalidade preferida, a etapa
(b) envolve a decomposição eletroquímica da fonte de átomos de hidrogénio isotópico e a compressão eletrolítica de átomos de hidrogénio' isotópico na estrutura matriz .
Os subprodutos da reação, que podem incluir trítio e/ou gás tritizado, água tritizada e hélio, podem ser recuperados através de processos conhecidos para uso comercial, bem como emissões de nêutrons que podem ser empregadas para uma variedade de finalidades.
Como método de produção de eletricidade, o método compreende ainda a utilização de calor gerado para
gerar eletricidade através de vários meios bem conhecidos.

Como método de execução de trabalho, o método compreende ainda a utilização do cãlor gerado para executar trabalho, tal como pelo uso de um motor Stirling, por exemplo.
A etapa (b) desses métodos envolve condições de entrada de energia para induzir o acúmulo de átomo de hidrogénio isotópico. As condições de entrada de energia envolvem com maior preferência a eletrólise, onde o material atua como cátodo. O material é de preferência um metal, e a eletrólise é levada a efeito a uma corrente entre aproximadamente 2 e aproximadamente 2000 mA/cm-2 de área superficial do cátodo, ou até mesmo a níveis de densidade de corrente elevados, conforme assinalado anteriormente. Em uma modalidade preferida, o material no aparelho ou método da presente invenção é um metal que foi tratado para serem removidas as impurezas superficiais e quase superficiais que podem inibir a capacidade do metal de acumular átomos de hidrogénio isotópico. O metal também pode ser desgase ficado para remover pelo menos uma parte de qualquer átomo de hidrogénio absorvido previamente. O tratamento inclui usinagem superficial do segmento de metal para remover uma sua porção superficial, e a usinagem superficial pode ser seguida por uma etapa de abrasão para remover os resíduos da usinagem. A desgaseificação envolve de preferência o aquecimento ou a exposição a pelo menos um vácuo parcial, ou ambos.
Como método para produzir um feixe de nêutrons, o método acima inclui a etapa adicional de (c) formação de nêutrons gerados como um feixe de nêutrons. Como método de análise de feixes de nêutrons de um material alvo, esse método compreende as etapas de (d) colimação de pelo menos uma parte dos nêutrons produzidos pelo reator para formar um feixe de nêutrons; (e) orientação do feixe de nêutrons no material alvo, e (f) medição dos eventos físicos que são produzidos pela orientação do feixe sobre o material .
A figura I-1A ilustra uma estrutura de cristal de face centrada cúbica na matriz estrutural de um metal, tal como paládio, usado na presente invenção;
a figura I-1B ilustra a forma beta expandida da matriz estrutural e a difusão de um átomo de hidrogénio isotópico na matriz;
a figura 1-2 ilustra esquematicamente uma modalidade de uma célula eletrolítica para comprimir núcleos de hidrogénio isotópico na matriz estrutural de um bastonete de metal;
a figura 1-3 ilustra esquematicamente uma modalidade de uma célula eletrolítica que tem uma pilha de células bipolares em uma configuração de células compri-midas, para comprimir núcleos de hidrogénio isotópico, tais como dêuterons, na matriz estrutural de um metal;
a figura 1-4 ilustra esquematicamente um método alternativo para efetuar a compressão eletrolítica de átomos de hidrogénio isotópico em uma matriz estrutural de metal;
a figura - 1-5 ilustra esquema icamente um elétrodo de paládio de película fina construído para ser usado na invenção;

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- 12 - a figura 1-6 ilustra esquematicamente um elétrodo revestido de paládio construído para ser usado na invenção;
a figura 1-7 mostra o espectro, em contagens por minuto , de desintegrações de raios-beta a partir de uma amostra de água pesada tomada de um aparelho tal como aquele ilustrado na figura 1-2;
a figura 1-8 é uma vista esquemática de um gerador movido a vapor, que constitui uma modalidade exemplificadora de uma das maneiras para utilizar a energia que é derivada da presente invenção;
a figura 1-9 ilustra esquematicamente um sistema para a recuperação de trítio;
a figura II-5 é uma vista esquemática em seção transversal de um gerador de feixes de nêutrons construído de acordo com uma modalidade da invenção;
a figura II-6 é uma vista esquemática de um aparelho de feixes de nêutrons destinado à radiografia neutrônica, de acordo com uma modalidade da invenção;
a figura II-7 é uma vista esquemática de um aparelho de feixes de nêutrons destinado à análise de difusão ou difração de nêutrons, de acordo com outra modalidade da invenção, e
a figura II-8 é uma vista esquemática de um aparelho de feixes de nêutrons destinado a espectroscopia de raios-gama para captura de nêutrons, de acordo com outra modalidade da invenção;
a figura III-1 ilustra uma célula de calorímetro de Dewar a vácuo de um só compartimento;
a figura III-2A ilustra uma vista esquemática de um circuito de realimentação para proteção contra oscilações galvanostáticas;
a figura III-2B ilustra uma vista esquemática do circuito para alta estabilização de uma fonte de energia regulada usada como~galvanostato de corrente de saída elevada;
a figura III-3A ilustra a temperatura acima do banho versus o tempo (superior), e o potencial da célula versus os dados horários (inferiores) para um bastonete de paládio de 0,4 x 10 cm em uma solução de LiOD 0,1 . A corrente aplicada fõi de 800 mA, a temperatura do banho foi de 29,87°C, e o Qf estimado foi de 0,158 W. A duração da medição (tirada no final do pulso de calibração) foi de aproximadamente 0,45 x IO6 segundos depois do início do experimento;
a figura III-3B é idêntica à figura III-3A, exceto pelo fato que a duração da medição foi de aproxi-madamente 0,89 x IO6 segundos. Q£ estimado = 0,178 W;
a figura III-3C é idêntica à figura III-3A, exceto pelo fato que a duração da medição foi de aproximadamente 1,32 x IO6 segundos. Qf estimado = 0,372 W;
a figura III-4A mostra a temperatura acima do banho versus o tempo (superior), e o potencial da célula versus os dados horários (inferiores) para um bastonete de paládio de 0,2 x 10 cm em uma solução de LiOD 0,1M. A corrente aplicada ~ foi de 800 mA, a temperatura do banho ····
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foi de 29,90°C, e o Qf estimado foi de 0,736 . A duração da medição (tirada no final do pulso de calibração) foi de aproximadamente 0,28 x 10^ segundos depois do inicio do experimento;
a figura III-4B é idêntica à figura III-4A, exceto pelo fato que a duração da medição foi de aproximadamente 0,54 x IO6 segundos. Qf estimado = 0,888 W;
a figura III-4C é idêntica à figura III-4A, exceto pelo fato que ã duração da medição foi de aproxi-madamente 1,32 x IO6 segundos. Qf estimado = 1,534 W;
a figura III-5A ilustra a temperatura da célula versus o tempo (superior), e o potencial da célula versus o tempo (inferior) para um elétrodo de bastonete de paládio de 0,4 x 1,25 cm em uma dolução de LiOD 0,1M.
Densidade de corrente de 64 mA/cm-2, temperatura do banho de 29,87°C;
a figura III-5B mostra a temperatura da célula versus o tempo (superior), e o potencial da célula versus o tempo (inferior) para um elétrodo de bastonete de paládio de 0,4 x 1,25 cm em uma solução de LiOD 0,1 .
Densidade de corrente de 64 mA/cm-2, temperatura do banho de 29,87°C. Esta é uma célula diferente daquela ilustrada na figura III-5A;
a figura III-6A mostra o índice de geração de entalpia em excesso como função do tempo para a célula na figura III-5A;
a figura III-6B mostra o índice de geração de
entalpia em excesso como função âo tempo para a célula na •*·· ••** • · ■**· »· * ·
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figura III-5B;
a figura III-7A mostra a produção de energia em excesso específica total como função do tempo para a célula na figura III-5A;
a figura III-7B mostra a produção de energia em excesso específica total como função do tempo para célula na figura ΪΙΙ-5Β;
a figura III-8 mostra a temperatura da célula versus o tempo para um elétrodo de paládio de 0,4 x 1,25 cm em LiOD 0,1M para um período durante o qual a célula entrou em ebulição;
a figura III-9 é um gráfico Log-log (excesso de entalpia versus densidade de corrente) dos dados nas
Tabelas III-3 e HI-A6.1.
De acordo com-um aspecto da invenção, foi verificado que os átomos de hidrogénio isotópico, tais como e de preferência de deutério, quando acumulados na matriz estrutural de metais que são capazes de dissolver hidrogénio, podem atingir uma compressão e mobilidade na matriz estrutural suficientes para se obter eventos de geração de calor dentro da matriz estrutural do metal, e acredita-se que eles sejam relacionados com a fusão, conforme evidenciado pela quantidade e pela duração do calor liberado da matriz estrutural, e pela geração de produtos de fusão nuclear. Esses eventos de geração de calor podem ser associados com a produção de nêutrons e trítio, e talvez de outros produtos de reações nucleares.
A Seção I descreve materiais e condições adequados para se atingir as condições requeridas para eventos de geração de calor ou produção de neutrons dentro de uma matriz estrutural de metal.
A Seção II - descreve a geração e o uso de neutrons de acordo com a presente invenção.
A Seção III descreve uma análise detalhada das condições e eventos relativos à produção de calor e nêutrons de acordo com a presente invenção.
SEÇÃO I
Condições de Geração de Calor Dentro de uma Matriz Estrutural de Metal
A. Matriz Estrutural de Metal
Os metais e ligas metálicas que são adequados para uso na presente invenção são aqueles capazes de dissolver hidrogénio na matriz estrutural de metal, tal como através de (i) decomposição eletrolítica de hidrogénio como hidrogénio atómico, (ii) adsorção do hidrogénio atómico na superfície da matriz estrutural, e (iii) difusão dos átomos na matriz estrutural.
O metal também é de preferência capaz de manter a sua integridade estrutural quando átomos de hidrogénio isotópico são comprimidos na matriz estrutural de metal a altas concentrações, por exemplo, próximas da saturação de hidretos. Ou seja, a matriz estrutural de metal deve ser capaz de intumescer sem se romper à medida que uma concentração crescente de átomos de hidrogénio isotópico é acumulada e comprimida na matriz estrutural.
A capacidade de extrair átomos de hidrogénio por •··· ■»
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difusão foi examinada em um grande número de metais (que estão ora definidos de modo a incluir ligas de metais associadas e metais dopados com impurezas selecionadas) . Vide, por exemplo, Hueller et a .(2), Ron et al.(3), eziroglu^), Dandapani et al.'^ e Bambakadis^ . Desses, os metais do Grupo VIII, e particularmente o paládio, ródio, rutênio, irídio, ósmio, níquel, cobalto, ferro, e as suas ligas, tais como as ligas de paládio/prata e de paládio/cério, são os preferidos, bem como os metais do Grupo IV A, titânio, zircônio e háfnio.
Os metais do Grupo VIII apresentam estruturas de matriz de fases cúbicas centradas, conforme ilustrado na figura I-1A. Com a difusão de átomos de hidrogénio isotópicos na matriz estrutural, a matriz estrutural é ca-paz de adotar uma forma beta expandida que acomoda uma alta concentração de átomos difusos na matriz estrutural, e impede de fato tensão "e fissura localizadas .
Um possível mecanismo para os eventos de fusão nuclear que se cre ocorrem dentro de uma matriz estrutural de metal carregada com hidrogénio isotópico envolve uma correlação entre os elétrodos de valência na matriz estrutural do metal e pares de hidrogénio isotópico, o que permite que os pares de átomos de hidrogénio fiquem mais localizados e, portanto, com maior probabilidade de se fundirem. A fusão que ocorre de acordo com esse mecanismo pode ser beneficiada por metais fermionicos, ou seja, metais caracterizados por estados de n(l/2) spin. Os metais fermiônicos exemplificadores podem incluir os ·*<·■> >•■·· ·«
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isótopos de titânio ^1147 e ^^149 (compondo em conjunto aproximadamente 13% dos nuclídios de Ti de ocorrência natural), 46PdiQ5 (compondo aproximadamente 22 por cento dos nuclídios de Pd de ocorrência natural), 27Cos9 (compondo 100% dos nuclídios de Co de ocorrência natural), 44Rug9 e 44ru101 {compondo conjuntamente aproximadamente 30% dos nuclídios de ocorrência natural), 45Rh].Q3 (compondo 100% de nuclídios de Rh de ocorrência natural), 77Iri93 (compondo aproximadamente 63% dos nuclídios de Ir de ocorrência natural), e 78Ptig5 (compondo aproximadamente 33,8% dos nuclídios de Pt de ocorrência natural).
O paládio de ocorrência natural pode ser particularmente preferido, uma vez que o isótopo 46PdiQ5 tem uma seção transversal de nêutron relativamente grande em comparação com outros isótopos principais presentes no paládio de ocorrência natural. Naturalmente que também o ródio de ocorrência natural também deve proporcionar uma matriz estrutural altamente preferida.
Conforme pode ser apreciado a seguir, a matriz estrutural de metal também deve apresentar (ou ser tratada para apresentar) propriedades superficiais que são propícias à carga com átomos de hidrogénio isotópico. Onde o metal é carregado pela decomposição eletroquímica de água com hidrogénio isotópico, conforme descrito a se-guir, a superfície deve- favorecer a~formação de hidrogénio isotópico atómico na superfície da matriz estrutural, e também deve favorecer a absorção eficaz do hidrogénio isotópico atómico na matriz estrutural. Este último re- quisito é frustrado em determinados metais, tais como platina» cuja superfície catalisa com eficácia a conversão de hidrogénio isotópico atómico em gás molecular, às custas da absorção na matriz estrutural.
Por esse motivo, e conforme pode ser apreciado de imediato pelos elementos versados na técnica, metais como a platina, que de algum outro modo podem prover um ambiente na matriz estrutural de metal favorável para a fusão de hidrogénio isotópico, podem ser inadequados. Conforme será discutido a seguir, problema da formação de hidrogénio gasoso molecular na superfície da matriz estrutural pode ser minimizado através do uso de venenos catalíticos, tornando dèsse modo utilizáveis metais potencialmente não utilizáveis.
As impurezas, tal como a platina, em um metal de fase integral, tal como o paládio, também podem inibir a carga de átomos de hidrogénio isotópico da matriz estrutural, promovendo a formação de gás molecular às custas da absorção de átomos de hidrogénio. A esse respeito, é sabido que muitas impurezas metálicas tendem a migrar para a superfície de um metal quando aquecidas até a temperatura de fusão para fundição ou recozimento. For esse motivo, metais tais como o paládio, que foram formados por fundição ou recozimento, podem apresentar impu-rezas de platina significativas em suas regiões superficiais, e portanto, podem apresentar uma eficácia de carga relativamente pobre. Por outro lado, uma matriz estrutural sólida formada por fundição ou recozimento, >■·· ··
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seguindo-se usinagem ou algo do género para remover regiões superficiais externas, apresentaria impurezas superficiais a um nível relativamente baixo. A matriz estrutural usinada ainda pode ser tratada, tal como com abrasivos, para serem removidos os possíveis contaminantes superficiais do processo de usinagem. Esses métodos para reduzirem as impurezas em uma matriz estrutural de metal são conhecidos.
Conforme pode ser observado a seguir, uma característica que se crer ser importante na invenção é a carga de uma matriz estrutural de metal até um elevado acúmulo de átomos de hidrogénio isotópico, particularmente o deutério. Em metais tais como o paládio, que são conhecidos como passíveis de serem hidretados signifi-cati ãmente (com hidrogénio comum) com o passar do tempo (por exemplo, Veziroglu ' 4 ) , Roh et al. *3), Mueller et al. '^ ) f é protanto, desejável remover pelo menos uma parte do hidrogénio comum presente na matriz estrutural antes da carga, uma vez que esse hidrogénio pré-existente pode li-mitar os pontos de hidreto disponíveis na matriz estrutural. Com maior preferência, todo o hidrogénio deve ser removido. São conhecidos métodos para remover ou dessorver hidrogénio de uma matriz estrutural de metal, tal como através de fusão e resfriamento, ou desgaseificação a vácuo.
A figura I-1B ilustra uma matriz estrutural de Pd-D (paládio-deutério) , mostrando núcleos de deutério movendo-se livremente paia dentro e para fora de uma

célula. Embora a descrição correta do sistema de paládio/átomo de hidrogénio isotópico ainda não esteja clara, os experimentos realizados para fundamentar a presente invenção, em conjunto com experimentos subsequentes relatados por outros, indicam as características abaixo:
1. Os átomos de hidrogénio isotópico são altamente móveis, com um coeficiente de difusão para o deutério, D^, de aproximadamente IO-' cm-2s a aproximadamente 100°K. Essa característica foi deduzida em parte do fator s de separação eletrolítica medido para hidrogénio e deutério, o que mostra que S varia com o potencial e se aproxima de um valor limite de 9,5, indicando que as espécies atómicas na matriz estrutural estão ligadas tão folgadamente de modo que se comportam como vibradores clássicos t idimensionais.
2. Os átomos de hidrogénio isotópico existem como núcleos, por exemplo, dêuterons (D+) na matriz estrutural, conforme evidenciado pela migração dos núcleos em um campo elétrico. O elétron de cada um dos núcleos de hidrogénio isotópico é tido como deslocalizado na estrutura de banda da matriz estrutural do metal.
3. É possível acumular átomos de hidrogénio isotópico suficientes na matriz estrutural de modo a elevar o potencial químico da matriz estrutural até acima de 0,5 eV, e talvez até tão elevado quanto 2 eV ou mais acima do potencial químico do metal equilibrado com os átomos de hidrogénio isotópico a uma pressão padrão (ou seja, sem entrada de energia) .

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4. Embora o potencial repulsivo dos núcleos de hidrogénio isotópico seja blindado até certo ponto por elétrons na matriz estrutural do metal, é improvável que hidrogénio isotópico molecular, por exemplo, D2, seja for-mado, devido ao fraco caráter-S das funções de ondas eletrônicas. Além disso, não foi observada a formação de gás de isótopo de hidrogénio na matriz estrutural.
O metal deve ser uma forma sólida, ou seja, na forma de um bastonete, folha ou outra coisa sólida, quando a matriz estrutural deve ser carregada através de eletrólise, conforme descrito na Seção IB a seguir. Alternativamente, o metal pode se apresentar em forma de uma película fina, conforme descrito na Seção IE a seguir, ou na forma de pó ou de pequenas partículas, tal como quando a matriz estrutural deve ser carregada através de aquecimento na presença de hidretos de metal conforme descrito na Seção 1D. O ânodo deve ficar uniformemente espaçado do cátodo em qualquer dessas configurações a fim de se obter uma carga uniforme.
B. Compressão Eletrolítica
A figura 1-2 ilustra uma célula eletrolítica ou sistema eletrolítico 10 para carregar eletroliticamente uma matriz estrutural de metal com átomos de hidrogénio isotópico. Conforme ora definido, "carga" significa a concentração de átomos de hidrogénio isotópico em uma matriz estrutural de metal. O processo de carga também é descrito como "compressão" dos átomos de hidrogénio isotópico na matriz estrutural, ou como acúmulo dos ditos átomos na matriz. Conforme será observado, o processo de carga ou concentração deve ser capaz de concentrar átomos de hidrogénio isotópico na matriz estrutural até uma concentração significativamente acima da concentração dos átomos de hidrogénio em um hidreto de metal equilibrado a uma pressão padrão (1 atmosfera a 273°K) .
No processo de carga eletrolítica ilustrado na figura 1-2, uma solução aquosa de água com hidrogénio isotópico é eletroliticamente decomposta para formar átomos de hidrogénio (indicados por ^ Β. ou H) , incluindo átomos de deutério (indicados por 2]H ou 2D ou D), e átomos de trítio (indicados por 3iH ou 3T ou T), e de preferência deutério sozinho ou em combinação com hidrogénio comum e/ou trítio. A invenção também contempla a carga de átomos de lítio na matriz estrutural, tanto sozinhos quanto em combinação com átomos de hidrogénio isotópico, para se obter reações de fusão nuclear que envolvem núcleos de lítio, tais como interações de nêutrons com núcleos de lítio dentro da matriz estrutural para produzir trítio. As fontes adequadas de lítio para a carga estão indicadas a seguir.
O componente que é decomposto para produzir os átomos de hidrogénio isotópico também é agui indicado como fonte de átomos de hidrogénio isotópico. Uma fonte prefe-rida é uma solução de eletrólito de água deuterizada, ou uma solução de eletrólito de água deuterizada contendo água comum e/ou água tritizada, contendo um eletrólito tal como LiOD ou L12SO , por exemplo. É adequada uma

variedade de fontes aquosas de hidrogénio isotópico, tais como ácidos deuterizados e/ou tritizados, por exemplo, D2SO4 deuterizadas ou tritizadas, tais como NaOD ou LiOD, capazes de decomposição eletrolítica para formar os átomos de hidrogénio isotópico co respondentes.
A fonte eletrolítica inclui de preferência água pesada comum à água pesada a uma razão de aproximadamente 0,5% de água comum para 99,5% de deutério e/ou água tritizada.
Alternativamente , a fonte de hidrogénio isotópico pode ser água comum, água deuterizada, água tritizada, ou qualquer combinação das três a razões molares tais que a relação entre núcleos de hidrogénio comum (prótons) na matriz estrutural e os núcleos de deutério totais (dêuterons) e/ou núcleos de trít o (trítons) é de preferencia compreendida entre aproximadamente 5 : 1 e 1 : 5.
Uma variedade de solventes não aquosos também pode prover fontes adequadas dos átomos de hidrogénio isotópico. Esses solventes podem incluir fontes de átomos de hidrogénio isotópico tais como álcoois deuterizados e/ou tritizados, acetonitrilo, outros nitrilos, formamida, outras amidas, furanas, pirróis, piridina(s), íons metálicos, ânions, aromáticos de anéis simples, alcenos, alcanos, aromáticos polinucleares, heterociclos (função S, N, O) e outros compostos que podem ser submetidos a decomposição redutiva para se obter átomos de hidrogénio isotópico tais como sulfeto de hidrogénio e outros *· ·*·· *
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- 25 - sulfetos. Os solventes podem ser diluídos ou suspensos em um meio aquoso contendo tanto água não isotópica quanto água isotópica e outros componentes solutos conforme acima mencionado.
A fonte de fluido também pode incluir um componente soluto que atua de modo a envenenar a superfície catalítica do cátodo, para impedir a reação de ligação superficial de átomos de hidrogénio isotópico com água isotópica, para formar hidrogénio gasoso isotópico molecu-lar. É bastante conhecida uma variedade de compostos que são eficazes para inibir a formação catalítica de hidrogénio molecular em uma superfície de metal. Estes compostos incluem uma série de compostos contendo enxofre, tais como tiouréia ou sulfeto de hidrogénio, bem como sais de cianeto e outros, e são adicionados ao fluido em proporções eficazes para inibir de preferência a formação de gás molecular na superfície da matriz estrutural durante a eletrólise. São conhecidas as concentrações de venenos catalíticos que são eficazes em soluções de eletrólito. Também podem ser adicionados componentes para intensificar a atividade eletrolítica, tal como sulfato de lítio.
O sistema pode incluir ainda um elemento de aquecimento ou catalítico não submerso (não ilustrado), que pode ser aquecido para promover a recombinação catalítica de hidrogénio isotópico molecular, tal como D2 (formado no cátodo) e O2 (formado no ânodo) para regenerar água isotópica. É possível ainda se ter um ânodo

catalítico submerso para atingir essa finalidade, particularmente guando o sistema é submetido a infusão de deutério ( 2) gasoso.
Conforme ilustrado na figura 1-2, a fonte aquosa de hidrogénio isotópico está em um recipiente 14, o qual é de preferência lacrado, para recapturar material, tal como hidrogénio isotópico molecular, que pode ser gerado durante a eletrólise. O cátodo ou eletrodo negativo no sistema é formado por um bastonete de metal 16, cuja matriz estrutural deve ser carregada com átomos de hidrogénio isotópico. Conforme indicado acima, o cátodo pode ser um bloco na forma de uma placa, bastonete, tubo, folha enrolada ou planar, e outras, ou um elétrodo com uma matriz estrutural de metal em película delgada, conforme detalhado na Seção ID. Conforme pode ser apreciado a seguir, o formato e o volume do cátodo irão determinar a proporção de calor que pode ser gerada no metal, a um determinado potencial elétrico.
O ânodo ou elétrodo positivo 18 no sistema inclui tipicamente um fio ou folha dentro do recipiente, tal como o fio helicoidal 18 que circunda o bastonete de metal 16 conforme ilustrado. A configuração do ânodo ilustrada na figura deve produzir uma densidade de carga relativamente uniforme no bastonete durante a operação de carga eletrolítica. O ânodo pode ser qualquer condutor adequado, tal como platina, níquel ou carbono, o qual não reage com os componentes líquidos no recipiente para produzir reações indesejadas.

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Uma fonte do gerador de carga 20 no sistema é
conectada convencionalmente aos elétrodos para produzir a
decomposição eletrolítica desejada. A fonte pode ser uma
fonte de energia de corrente continua (CC) estável, con-forme ilustrado, ou alternativamente uma fonte de energia
de carga ou corrente CC pulsada.
A fonte é tipicamente ajustada para produzir uma densidade de corrente de pelo menos aproximadamente 1 mA/cm2 de área superficial do cátodo. Esse nível de corrente mínimo pode ser necessário para que se atinja o potencial químico final desejado de átomos de hidrogénio isotópico na matriz estrutural de metal. As correntes preferidas ficam compreendidas entre aproximadamente 2 e
2.000 mA/cm2, embora correntes até mais elevadas possam ser usadas e possam na verdade ser preferíveis para cátodos maiores ou com fluidos eletrolíticos mais condutores. Por exemplo, níveis de corrente de até 10.000
IDA/cm2 ou mais podem ser usados em determinadas aplicações. Entretanto, se a corrente for ajustada a um nível elevado demais, o índice de difusão de átomos de hidrogénio isotópico na matriz estrutural de metal pode ser tornar limitador de índice, impulsionando o sistema à formação de hidrogénio isotópico molecular, o que baixa a eficácia de geração de calor no sistema. Uma carga de eletrólito por etapas do cátodo, conforme ilustrado nas
Seções subsequentes, pode ser útil para se evitar o efeito de limitação de índice particularmente a densidades de corrente aumentadas.


Em uma operação de carga para acumular átomos de hidrogénio isotópico, o fluido da fonte é colocado no recipiente 14 até um nível que submerge os elétrodos, e a fonte de geração de carga é iniciada ao ser ajustada em um nível de corrente desejável. O tempo corrente total requerido para uma matriz estrutural de metal de dimensões conhecidas pode ser geralmente determinado a partir do coeficiente de difusão acima, igual a aproximadamente 10~7 cm-2 para hidrogénio e hidrogénio isotópico no metal. Tipicamente, para um bastonete de metal, cujo diâmetro fica na faixa de milímetros, tempos correntes deste várias horas até vários dias podem ser requeridos para se atingir os potenciais químicos desejados. Para bastonetes, cujos diâmetros ficam compreendidos na faixa de milímetros, podem ser requeridos tempos correntes de até vários meses ou mais. Um exemplo para a carga consiste na carga de um cátodo a um nível de corrente relativamente baixo de aproximadamente 64 mA/cm2 durante aproximadamente 5 períodos de relaxamento de difusão e em seguida no aumento da corrente até um nível de 128, 256, 512 mA/cm2 ou mais, a fim de facilitar os eventos de geração de calor conforme sugerido pela Tabela A6-1 na Seção III. Foi verificado que o tempo de carga (que varia a diferentes temperaturas do cátodo) geralmente segue a equação:

tempo = 5 (raio)2
coeficiente de difusão
Desse modo, para um bastonete de paládio com 0,2 ···· «

- 29 - cm de raio, o tempo necessário para que uma carga suficiente inicie a geração de calor é:

= 5(0,2 cm)2
10~7 cm2 seg-1

= 20 dias.

A carga do metal, ou seja, a compressão eletrolítica do hidrogénio isotópico na matriz estrutural de metal, é levada a efeito até um potencial químico final de hidrogénio isotópico no metal, devido ao acúmulo/compressão de núcleos de hidrogénio isotópico na matriz estrutural, o que é suficiente para produzir um nível desejado de eventos de geração de calor dentro da matriz estrutural de metal, conforme evidenciado pela proporção e pela duração de calor gerado dentro da matriz estrutural e, onde o hidrogénio isotópico é deutério, pela geração de produtos de fusão nuclear, tais como nêutrons e trítio.
De preferência, o metal é carregado até um potencial químico de pelo menos aproximadamente 0,5 eV acima do potencial químico de hidreto de metal equilibrado a uma _ pressão padrão (1 atmosfera a 273°K), ou seja, sem entrada de energia. Especificamente, o potencial químico do metal do cátodo carregado é_ determinado em comparação com um fio de referência do mesmo metal, por exemplo, paládio, que foi carregado elet õliticamente com os mesmos átomos de ···· ·■ ·· ·· ■ ·
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hidrogénio isotópico, e em seguida equilibrado a uma pressão padrão (1 atmosfera). Estima-se que o fio de referência contém aproximadamente 0,6 átomo de hidrogénio isotópico por átomo de metal em equilíbrio. 0 potencial químico é determinado a partir do potencial de voltagem medido entre o cátodo do metal carregado e o fio de referência equilibrado. Deve ser reconhecido pelos elementos versados na técnica que o potencial químico expresso em elétron volts (eV) é geralmente equivalente ao potencial de voltagem medido; ou seja, um potencial de
0,5V medido geralmente é traduzido para um potencial químico de 0,5 eV. Também deve ser reconhecido que o potencial químico requerido para produzir eventos de geração de calor pode depender do metal que está sendo carregado.
Portanto, alguns metais, por exemplo, zircônio, podem produzir esses eventos e potenciais químicos diferentes, talvez mais reduzidos.
As etapas de reação eletrolítica que são responsáveis pela carga de uma matriz estrutural de metal no sistema descrito acima serão consideradas com respeito a uma solução alcalina de água pesada tal como uma fonte de deutério. Estão indicadas a seguir as quatro etapas de reação que devem ser consideradas quando D2O é reduzido no cátodo:

D20 + e DadB + OD" (i)
Dads + D2° + e" —* D2 + OD" (ii)

Dads — Dmatriz <Uii Dads + Dads (iv)

onde
0ads indica átomos de deutério adsorvidos, e
Dmatriz indica deutério difuso na matriz estrutural.
A potenciais mais negativos do gue +50 mV (com relação a um elétrodo de hidrogénio reversível) com a matriz estrutural de Pd-D na fase beta (fi), o deutério se apresenta na forma de prótons isotópicos e é altamente móvel.
A trajetória da reação global da evolução de D2 consiste predominantemente nas etapas (i) e (ii)# de modo que o potencial químico de D+ dissolvido é normalmente determinado pelas velocidades relativas dessas duas etapas. O estabelecimento de superpotenciais negativos na interface de saída de alguns elétrodos de metal para descarga de hidrogénio na interface de entrada (determinada pelo balanço de todas as etapas (i) a (iv)) demonstra que o potencial químico pode ser elevado até altos valores; os potenciais químicos tão altos quanto 0,8 eV podem ser obtidos utilizando-se tubos de difusão de paládio (2,0 eV ou mais podem ser obtidos).
A figura 1-3 é uma vista esquemática de um sistema ou célula eletrolítica 24 que tem uma pilha de células bipolares em uma configuraçãó comprimida com fil-tro. Dm recipiente da célula 26 é provido com uma série de membranas de elétrodo N, tais como as membranas 28, 30,

321 arranjadas no recipiente conforme ilustrado. Essas membranas formam o metal, cuja matriz estrutural deve ser carregada por compressão eletrolítica com átomos de hidrogénio isotópico, de acordo com a invenção. As membranas são de preferência folhas bem compactadas de paládio ou outro metal. Cada membrana inclui hastes térmicas, tais como as hastes 28a, 28b associados com a membrana 28, para dissipar o calor gerado nas membranas.
As membranas são unidas ao serem vedadas às paredes do recipiente ao longo de suas bordas de topo, de fundo e laterais, e desse modo dividindo o interior do recipiente em N+l compartimentos fechados, tais como o compartimento 34 entre o lado esquerdo do recipiente na figura e a membrana 28, "o compartimento 36 entre as membranas 28, 30, e o compartimento 38 entre a membrana 32 e o lado direito do recipiente na figura.
Um conduto controlado por válvula 40 se comunica com o compartimento 34 para encher a câmara com o líquido fonte, e para remover O2 formado na câmara durante a operação. Uma caixa de distribuição de condutos 42 se co-munica com os compartimentos que não o compartimento 34 através de válvulas (não ilustradas, uma para cada compartimento) para encher cada câmara com o líquido fonte, e para remover 2 formado em cada câmara durante a operação.
A força impulsora eletrolítica na célula é provida por um ânodo 48 e um cátodo 49 localizados nas paredes extremas opostas do recipiente, conforme ilustrado, e uma fonte de geração de carga 44 que liga esses dois •
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elétrodos. Os eletrodos podem ser de qualquer material de elétrodo adequado. De preferência, o ânodo é de platina ou carbono, e o cátodo é de paládio. A fonte de geração de carga destina-se a produzir uma corrente entre os elétrodos de preferência entre aproximadamente 2 e 2.000 mA/cm2 (área total das membranas), como acima.
Uma série de circuitos limitadores, tal como o circuito 46, um para cada par de membranas, tais como as membranas 28, 30, funciona durante a operação da célula para equalizar as correntes em compartimentos adjacentes, para uma finalidade a ser descrita. Esses circuitos limitadores são conhecidos em circuitos de células eletrolíticas com pilha de células bipolares.
Em operação, cada compartimento é preenchido com o fluido fonte, tal como deuteróxido de lítio (LiOD) e água comum em 2O, e a corrente na célula é ajustada a um nível adequado. Conforme indicado na figura, o potencial de voltagem através do ânodo e do cátodo é distribuído, em uma configuração em série, através de cada membrana, de modo que o lado esquerdo de cada membrana fica carregado negativamente em relação ao ânodo ou superfície de membrana imediatamente confrontante, e o lado direito de cada membrana é carregado _ positivamente com relação à superfície de membrana ou cátodo imediatamente confron-tante. Desse modo, cada compartimento funciona como uma célula eletrolítica na qual a fonte de solvente . de hidrogênios isotópicos é decomposta eletroliticamente em uma superfície de membrana para formar átomos de ··»·· ·· «
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hidrogénio isotópico que podem em seguida se difundir nessa membrana.
As etapas de reação eletrolítica que são responsáveis pela carga de uma matriz estrutural de metal no sistema de células empilhadas serão levadas em consideração, tal como na célula eletrolítica da figura 1-2, com respeito a uma solução alcalina de água pesada como uma fonte de deutério, e as quatro reações que podem contribuir para a compressão de D nas membranas:

D20 + e — Dads + OD" (i)
Dads + D20 + e" — D2 + 0D~ (ii)

Dads Dmatriz iUi>
Dads + D —* D2 (iv)

A reação (i) ocorre na membrana da direita (mais negativa) em cada compartimento, acarretando reações (ii) a (iv) na membrana, e espécies 0D~ no compartimento. Devido ao fato que átomos Dmriz ocorreni predominantemente como núcleos livremente móveis, esses núcleos tendem a serem arrastados para e através da membrana rumo ao cátodo na célula (ou seja, para a direita na figura). Quando os átomos Matriz atingem o lado direito da membrana, a reação (iii) na direção contrária produz Dads que podem então reagir com o OD~ formado no compartimento ao qual houve migração. Alternativamente, os átomos Daâs pode reagir no compartimento, através da reação (iv), para formar D2 gasoso no compartimento. 0 processo de carga é continuado até todas as placas ficarem completamente carregadas.
Conforme indicado acima, os circuitos limitadores atuam de modo a egualizar a corrente em cada compartimento. Pode-se apreciar o fato que ao se manter a corrente em cada compartimento substancialmente igual, a proporção de Da(js formados em um compartimento e arrastados através da membrana para o compartimento adjacente à direita será substancialmente idêntica à proporção de 0D~ formados nesse compartimento adjacente à direita. Isso minimiza a formação de D2 formado nos compartimentos, ou seja, maximiza a formação de D2O através da reação de Da(¾s e 0D~ na membrana.
Uma vantagem do arranjo de placas empilhadas que acaba de ser descrito é que a proporção de O2 e D2 for-mados no sistema é minimizada, uma vez que a formação de O2 fica substancialmente limitada ao compartimento 34 e a formação de D2 é analogamente minimizada através da recombinação com 0D~ em cada compartimento. Ou seja, o potencial químico total no sistema, que é a soma dos potenciais químicos individuais de cada membrana, por porção de gás molecular formado por eletrólise, é aumentado. A eficácia do sistema é aumentada em consequência disso, e são reduzidos os problemas de reciclagem de gás molecular .
A configuração de placas empilhadas também permite uma compactação bastante densa de placas carregadas, sem os tempos de difusão muito longos que seriam necessários para carregar completamente um bloco sólido.

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A compactação densa de placas carregadas, por sua vèz, resulta em um fluxo de feixes de nêutrons muito mais elevado, conforme medido, por exemplo, no lado direito da célula, uma vez que . uma grande percentagem de nêutrons ejetados de cada placa interna passa através de toda a série de placas na célula.
C. Carga com Hidretos de Metal
A figura 1-4 ilustra esquematicamente um sistema alternativo, indicado genericamente por 50, para comprimir átomos de hidrogénio isotópico em uma matriz estrutural de metal, de acordo com a invenção.
O metal a ser carregado neste sistema se apresenta na forma de uma mistura íntima do metal e um hidreto isotópico de metal, tal como um sal de hidreto isotópico de metal fundido, ou uma mistura de um sal de metal fundido e um hidreto de metal, o que provê a fonte de átomos de hidrogénio isotópico. Os hidretos de metais fundidos exemplificadõres incluem Li/Na/K/D (deutereto) e hidretos correlatos tais como Li/Na/D. As misturas exemplificadoras de "sais misturados incluem misturas eutéticas de Li/Na/K/Cl e LiD, e as misturas correlatas, tais como Li/K/Cl e LiD ou NaD ou LiH, NaT, LiH ou NaT.
A mistura íntima, que está ilustrada em forma de pelotas em 52 na figura 1-4, é formada misturando-se partículas de metal, tais como as partículas 54, com o sal fundido, e formulando-sè a mistura como uma forma coesa, de acordo com métodos de peletização conhecidos. A razão entre metal e sais de hidreto é calculada para se obter um excesso em várias vezes de hidrogénio isotópico em relação a átomos de metal na mistura.
A mistura é sinterizada a uma temperatura de sinterização adequada abaixo do ponto de fusão de paládio, de acordo com métodos de sinterização conhecidos. Um elemento de aquecimento 56 na figura 1-4 propicia um aquecimento controlado da mistura íntima. Depois da sinterização, o potencial químico do material é medido, como acima. Caso necessário, o material sinterizado pode ainda ser carregado, por exemplo, eletroliticamente, para passar o potencial químico no material para um nível desejado.
Alternativamente, a mistura pode ser aquecida por raios laser -de elevada energia (não ilustrados) sob condições que promovem a difusão de átomos de hidrogénio isotópico produzidos pela fonte em matrizes estruturais das partículas de metal. Mais especificamente, a fonte de calor destina-se a prover uma onda de choque energética suficiente para impulsionar os átomos de hidrogénio no me-tal até um potencial químico de pelo menos aproximadamente 0,5 eV, dentro de um período de aproximadamente um microssegundo ou menos.
Os dispositivos para focalização de feixes de elevada energia sobre materiais peletizados podem seguir, por exemplo, a tecnologia de feixes desenvolvida em conexão com o confiname te inercial de plasmas de alta temperatura.
Deve ser apreciado o fato gue a matriz ··■· ·· ·· ·■ ■ · * «
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estrutural de metal -formada pelo método de sinterização pode ser preparada para conter razões molares selecionadas de átomos de hidrogénio isotópico, tais como níveis selecionados de átomos de deutério e trítio.
D. Matrizes Estruturais de Películas Finas
As figuras 1-5 e 1-6 ilustram dois tipos de elétrodos compósitos de matris estrutural de metal de película fina destinados a suportar reações de fusão mais controláveis, de acordo com outro aspecto da invenção. O elétrodo 41 ilustrado nã figura 1-5 é produzido mediante a formação de uma película fina de matriz estrutural de metal 43 sobre um substrato do elétrodo 45, tal como carbono.
Em uma modalidade, o substrato 45 pode ser um material "inativo" gue não pode ser carregado com átomos de hidrogénio isotópico até um nível gue suporta eventos de fusão nuclear .
Alternativamente, o substrato 45 pode ser um material capaz de suportar reações dè fusão guando carregado com átomos de hidrogénio isotópico, como acima. Uma vantagem dessa configuração é gue as propriedades superficiais do material do substrato podem ser mascaradas em larga escala nessa estrutura compósita. Por exemplo, o substrato 45 pode ser uma matriz estrutural de platina metálica gue é revestida com uma película fina de paládio 43. Agui, o paládio é eficaz tanto na promoção de adsorção superficial e difusão de átomos de hidrogénio isotópico na película de elétrodo 43, quanto no impedi-

mento da formação catalítica de hidrogénio gasoso na interface de platina 44.
Na modalidade na qual o substrato e a película são matrizes estruturais que podem ser carregadas com hidrogénio isotópico para a produção de reaçÕes geradoras de calor, o material do substrato é de preferência um material que, tanto devido ao seu nível de impurezas quanto devido às suas propriedades superficiais, não pode por si ser carregado eletroliticamente de imediato com átomos de hidrogénio isotópico. Os metais de substrato preferidos incluem o paládio, ródio, rutênio, irídio, ósmio, níquel, cobalto, ferro, zircônio, titânio, platina, háfnio, e as suas ligas. Analogamente, o metal da película fina é identicamente àquele que pode suportar reações produtoras de energia ou nêutrons, a um potencial químico selecionado, e cujas propriedades superficiais permitem que o metal seja carregado de iraeiato. Os metais de películas finas preferidos incluem aqueles identificados anteriormente, incluindo o paládio, ródio, rutênio, irídio, ósmio, níquel, cobalto, ferro, zircônio, titânio, háfnio, e as suas ligas, com maior preferência o paládio, ródio, rutênio, irídio e zircônio.
A película fina pode ser formada através de uma variedade de métodos de deposição de película fina conhecidos, incluindo bombardeamento iônico, evaporação e deposição de vapor químico. Tipicamente, as condições de deposição são selecionadas para se produzir uma película com uma espessura entre aproximadamente 50 e SOO S, embora ··· • · · · · · ·
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películas mais espessas possam ser adequadas.
Em um método de película fina, a deposição é levada a efeito em uma câmara fechada através de bombardeamento iônico com magnétron CC ou plasma HF, a uma pressão selecionada de hidrogénio gasoso isotópico. A pressão do gás na câmara é selecionada para átomos de hidrogénio isotópico na matriz estrutural de película fina. Por exemplo, o bombardeamento iônico pode ser levado a efeito em uma atmosfera de deutério/trítio, para "semear" a matriz estrutural com uma concentração desejada de hidrogénio isotópico.
O elétrodo compósito pode ser empregado em uma célula eletrolítica, tal como descrito acima, ao invés de um cátodo de matriz estrutural de metal sólido. Aqui, a matriz estrutural de película fina é carregada eletroquimicamente até um potencial químico suficiente para promover uma reação de fusão, tal como acima, de preferência com fornecimento contínuo de corrente eletrolítica.
Uma vantagem do elétrodo de película fina, onde o substrato é inativo, é o maior controle sobre a produção de calor que se torna possível, uma vez que a película fina que suporta reações de fusão pode ser carregada de maneira relativamente rápida até um nível desejado, e a reação será desgastada de maneira relativamente rápida depois da carga. Além disso, a dissipação de calor da película fina pode ser controlada mais precisamente pelo fl xo de fluido em contato com a película, por exemplo, ········· · · ···
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através do substrato.
A figura 1-6 ilustra um elétrodo tubular 47 produzido pela formação de uma película fina de matriz estrutural de metal 49 sobre um substrato tubular 51 adequado. 0 substrato pode ser um substrato inativo, tal como um bastonete de carbono ou, alternativamente, pode ser formado por um material que tem uma matriz estrutural capaz de suportar reaçôes de fusão quando carregada com átomos de hidrogénio isotópico, conforme acima.
Em uma outra modalidade, o substrato 51 pode ser de um material, tal como tungsténio, que é eficaz para absorver raios gama ou outra radiação produzida na película fina, com a produção de calor. Nessa modalidade, a energia produzida pela reação na película fina 49 pode ser dissipada por fluxo de fluido tanto interno quanto externo.
Em outra modalidade ainda, o substrato pode ser de um material selecionado, cujos átomos podem ser transmutados através de bombardeamento com raios gama de ele-vada energia, nêutrõns, partículas alfa ou beta produzidas pelos eventos de reação na película fina. Esse substrato pode ser usado, por exemplo, para a produção de isótopos de metal selecionados ou para dopar um substrato, tal como um substrato semicondutor, com dopadores isotópicos de me-tal selecionados.
E. Excitação de Elevada Energia da Matriz Estrutural de Metal
De acordo com outro aspecto da presente invenção, o aparelho inclui um dispositivo para excitar a matriz estrutural de metal carregada com raios ou partículas de elevada energia. 0 dispositivo excitador pode incluir:
(a) a incorporação de átomos radioisotópicos (ou átomos que se tornam radioisotópicos com a captura de nêutrons) à matriz estrutural de metal;
(b) a incorporação de átomos radioisotópicos na fonte de fluido de hidrogénio isotópicos;
(c) a formação de uma matriz estrutural de metal delgada sobre um substrato radioisotópico;
(d) a incorporação de uma película radioisotópica fina a um substrato da matriz estrutural de metal;
(e) a colocação de um emissor de raios ou partículas de elevada energia de fase sólida perto da matriz estrutural, tal como dentro do núcleo da matriz estrutural;
(f) a geração de nêutrons na incorporação de berílio ou outro metal à matriz, e/ou ao substrato adjacente;
(g) a geração de partículas alfa na matriz estrutural mediante a incorporação de boro ou outro metal na matriz estrutural e/ou no substrato adjacente; ou
(h) o bombardeamento da matriz estrutural carregada por uma fõnte ou acelerador de partículas de elevada energia, tal como uma fonte de nêutrons ou posítrons, ou um acelerador de prótons ou dêuterons.

Em uma modalidade, a matriz estrutural contém á-tomos radioativos, tais como 60Cof 90Sr, 106Ru, 117Cs,

1 7Pm, 17½m, 210Po, 23í*Pu, 42Cm, ou 244
que emitem raios-gama (γ) e/ou partículas alfa (a) e/ou beta ( B) .
Alternativamente, ou além disso, a matriz estrutural pode conter átomos radioisotópicos quando sob bombardeamento de partículas de elevada energia ou com a captura de nêutrons, ou que ejetam partículas de elevada energia quando sob bombardeamento de partículas de elevada energia ou com a captura de nêutrons. A matriz estrutural, por exemplo, pode conter berílio, que produz nêutrons quando bombardeado com partículas alfa, ou boro, que produz partículas alfa quando bombardeado com nêutrons térmicos, ou 12C que pode emitir nêutrons quando bombardeado com nêutrons de elevada energia. Em outra modalidade, a matriz estrutural carregada é colocada contra uma fonte radioisotópica ou submergida em uma suspensão ou solução fluida de átomos radioisotópicos. Em outra modalidade ainda, a matriz estrutural é bombardeada com nêutrons, prótons, dêuterons, e outros de elevada energia provenientes de uma fonte de partículas de elevada energia externa, tal -como um acelerador de partículas ou uma descarga elétrica.
F. Eventos de Geração de Calor e Nêutrons
Esta seção' leva em consideração os eventos de geração de calor relacionados com a fusão que se crê ocorrem em uma estrutura de matriz carregada com a « a
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hidrogénio isotópico. Vários experimentos de geração de calor básicos realizados para suportar a presente invenção foram baseados na redução catódica de D2O de fase líquida a uma temperatura próxima da temperatura ambiente, utilizando-se densidades de corrente entre aproximadamente 0,8 e até 70 mA/cm2. Os átomos de deutério foram comprimidos em amostras em folha e bastonete de paládio metálico de LiOD em soluções de 99,5% de D2O + 0,5% de H2O. Os potenciais de elétrodo foram medidos em relação a um elétrodo de referência de Pd-D em equilíbrio de fase, conforme descrito acima. Foram feitos os tipos de observações abaixo:
(1) As medições calorimétricas de balanços térmicos a baixas densidades de corrente (menos de 1,6 mA/cm2 ) foram feitas utilizando-se um cátodo em folha de paládio de 2 mm x 8 cm x 8 cm (obtido junto à Jotmson-Matthey, PLC) circundado por um contra-elétrodo em folha grande de platina. As medições foram efetuadas em células de De ar mantidas em um banho de água a uma temperatura elevada constante (300° ), e a temperatura dentro da célula e do banho de água foi monitorada com termómetros de Beckmann. 0 equivalente de água pesada (ΞΑΡ) da célula de Dewar e do conteúdo, e o índice da lei de Newton de perdas de resfriamento foram determinados pela adição de D2O quente e seguindo-se as curvas de resfriamento.
(2) As medições calorimétricas a altas densidades de corrente foram levadas a efeito utilizando-se bastonetes de 1, 2 e" 4 mm de diâmetro por 10 cm de ·■·· ·· ·■ ·· ···· ·· · ·■
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- 45 - comprimento (obtidos junto à Johnson-Matthey, PLC) circundados por um ânodo de fio de platina enrolado em uma gaiola de bastonetes de vidro. As céculas de Dewar foram
providas com aquecedores de resistência para a determinação da lei de Newton das perdas de res riamento;
as temperaturas foram medidas utilizando-se termistores calibrados. A agitação nesses experimentos (e naqueles
relacionados sob ) oi obtida por aspersão de gás
utilizando-se D2 gerado eletroliticamente. Em experimen-tos de longa duração, foi confirmado que o coeficiente de
adição de D2O às células necessário para manter volumes constantes é aquele requerido caso as reações (i), (ii) e
(iv) (Seção IB acima) sejam quase balanceadas pela reação:

40D" " 2ΐ>2° + 02 + 4e~ (v)

Além disso, a subtração das perdas de potencial ôhmico em solução para a célula contendo o grande ânodo de
platina revela que a eletrolise do 2O é o processo dominante, ou seja, supõe-se que o aquecimento em joule é
aproximadamente aquele requerido caso a reação global seja
controlada pelos processos (i), (ii) e (iv). Com essa
hipótese, foi verificado que nos experimentos calorimétricos utilizando o cátodo de paládio em folha
grande, a lei de Newton de resfriamento quase que balanceia exatamente o índice de aquecimento em joule
(depois de uma eletrolise prolongada para saturar a matriz estrutural de metal), quando o metal é carregado a uma densidade de corrente de aproximadamente 0,8 mA/cm ·
A densidades de corrente mais elevadas de 1,2 mA/cm2 e de 1,6 mA/cm2, foi observada geração de entalpia em excesso de mais de 9% e mais de 25% do índice de aquecimento em joule {esses valores dão um crédito de aproximadamente 4% para o fato que a evolução de D2 e O2 ocorre a partir de LiOD 0,1M e não de D2O apenas). Foi verificado que essa produção de entalpia excessiva pode ser reproduzida em três grupos de medições de longa duração.
A Tabela I-A a seguir mostra os efeitos de aquecimento de matriz estrutural que foram observados com uma variedade de geometrias, tamanhos e densidades de corrente de cátodos. O índice de aquecimento específico em excasso foi calculado como a proporção de calor produzido menos a entrada de calor em joule usada na carga do elétrodo. A entrada de calor em joules J, também aqui indicada como equivalente térmico em joule, foi determinada pela equação:

J = I (V-1,54 volts)

onde I é a corrente da célula, V é a voltagem nos elétrodos, e 1,54 volts é a voltagem à qual as reações (i), (ii) e (iv) balanceadas pela reação (v) são termoneutras, ou seja, a voltagem a qual a célula nem absorve nem cede calor. Os valores de calor específico em excesso são expressos como índice de calor específico em excesso, em watts/cm .
TABELA I-A
índice de Calor EspecífiTipo de Dimensões do Corrente co em Excesso Elétrodo Elétrodo (mA/cm2} (watt/cm3)

bastonete 0,1 X 10 cm 8 0,095 bastonete 0,1 X 10 cm 64 1,01
bastonete 0,1 X 10 cm 512 8,33
bastonete 0,2 X 10 cm 8 0,115 bastonete 0,2 X 10 cm 64 1,57
bastonete 0,2 X 10 cm 512 9,61
bastonete 0,4 X 10 cm 8 0,122 bastonete 0,4 X 10 cm 64 1,39
bastonete 0,4 X 10 cm 512 21,4
folha 0,2 X 8 x 8 cm 0,8 0
folha 0,2 X 8 x 8 cm 1,2 0,0021 folha 0,2 X 8 x 8 cm rl,6 0,0061 cubo l cm3 125 superaquecimento

Os parâmetros gue afetam a produção de calor de entalpia na matriz estrutural comprimida, e a natureza e magnitude dos efeitos, podem ser apreciados a partir das observações a seguir nos dados da Tabela I-A:
(a) a geração de calor de entalpia em exceso (o calor total produzido na matriz estrutural menos o equivalente térmico em joule necessário para carregar a matriz estrutural e manter a matriz estrutural em uma condição ·>■««« ·· · · · ·· ·
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- 48 - carregada) depende de modo marcante da densidade de
corrente aplicada (ou seja, magnitude da mudança no potencial químico) e é proporcional ao volume dos elé rodos, ou
seja, os eventos de aquecimento estão correndo por todos
os elétrodos de paládio;
(b) a geração de entalpia pode ultrapassar 10
watts/cm3 do elétrodo de paládio; isso é mantido durante
períodos experimentais de mais de 120 horas, durante os
quais foi liberado "tipicamente um calor superior a 4
MJ/cm3 de volume de elétrodo;
(c) pode ser atingido calor em excesso substancialmente acima do ponto de equilíbrio. De fato, pode ser
observado que podem ser feitas projeções até 1000%;
(d) os efeitos foram determinados utilizando-se
D2O com pequenas proporções (0,5%-5%) de água comum. A
projeçao para o uso de misturas apropriadas de O2O DTO T2O
(como é normalmente feito em pesquisa de fusão) pode,
portanto, ser estimada como produtora de excessos térmicos
na faixa de 103% a 106% (mesmo na ausência de polarização
de spin) com liberação de entalpia superiores a 10 kw/cm3.
É registrado aqui que, sob as condições do ultimo experimento registradas na tabela, empregando-se somente D2O
pode ser obtida uma porção substancial de cátodos fundidos
(ponto de fusão = 1554°C), indicando que podem ser
atingidas altas temperaturas de reação.
Uma possível explicação para a geração de calor
de entalpia em excesso na matriz estrutural carregada
envolve as reaçÕes entre os núcleos comprimidos dentro da * ■ ········ ···· · ■ ·· · ··
- 49 - matriz estrutural. Conforme observado acima, os núcleos
de hidrogénio isotópico dissolvidos em uma matriz
estrutural de metal de acordo com a invenção são altamente
comprimidos e móveis. Apesar dessa alta compressão, o
hidrogénio isotópico molecular, ou seja, D2, não é formado, devido ao baixo caráter de elétrons S das funções de
ondas eletrônicas. Entretanto, o baixo caráter de
elétrons S, combinado com a alta compressão e mobilidade
das espécies dissolvidas, sugere a possibilidade de um
número significativo de colisões próximas entre os números
dissolvidos. Portanto, é plausível considerar que algumas
dessas colisões produzem reações entre os núcleos. Três possíveis reações, que podem ocorrer no caso de hidrogénio
isotópico de deutério, são:

3T(l,01MeV) + H(3,02MeV) (vi)
3He(0,82MeV) + n(2,45MeV) (vii)
4He + gama (24 MeV) (viii)

Essas reações são detectadas de imediato pela produção de trítio (T) e geração de nêutrons (n) de ele-vada energia e raios gama.
A razão de produção/acúmulo de trítio (T) foi medida utilizando-se células (tubos de ensaio lacrados com
Parafilm) contendo elétrodos de bastonete de paládio de 1 mm de diâmetro por 10 cm de comprimento. Amostras de 1 ml do eletrólito foram extraídas a intervalos de dois dias, neutralizadas com ftalato de potássio hidrogenado, e o ■ ·« · » · * a a · ■··
- 50 - teor de T foi determinando utilizando-se um coquetel de
cintilação Ready-Gel líquido e um sistema de contagem
Beckmann LS5000TD. A eficácia da contagem foi determinada
como sendo de aproximadamente 45% utilizando-se amostras
padrão de soluções contendo T.
Nesses experimentos, adições padrão de 1 ml de
eletrólito foram feitas subsequentemente à amostragem.
Perdas de D2O devidas à eletrólise nesses experimentos e
em todos os outros experimentos relatados aqui foram
obtidas utilizando-se apenas D2O . Um registro do volume
das adições de D2O foi feito para todos os experimentos.
Em todos os experimentos, foram lacradas todas as
conexões .
As medições de tritio revelam que DTO se acumula
nas células de paládio carregadas até o ponto de aproximadamente 100 dpm/ml de eletrólito. A figura 1-8, que
mostra o espectro dê cintilação de degradação beta de uma
amostra típica, demonstra que a espécie é de fato
trítio.
G. Aplicação; Gerador Elétrico
A figura 1-9 é uma vista esquemática do aparelho
gerador elétrico 32 construído de acordo com uma
modalidade da invenção. O aparelho inclui geralmente um
reator 34 que gera calor de acordo com os princípios da
invenção, e um gerador 36 que transforma o calor produzido
no reator em eletricidade. A modalidade ilustrada emprega
a compressão eletrolítica de átomos de hidrogénio
isotópico de um meio aquoso para carregar um cátodo de me- - 51 - ·*·* ·*

tal.
O reator 34 inclui uma câmara de reator 37 encerrada em uma blindagem 38 que provê blindagem neutrônica. Onde, tal como aqui, a fonte de átomos de hidrogénio isotópico é um meio aquoso, a câmara é de preferência projetada para operação a alta pressão para permitir temperaturas de fluido no reator substancialmente acima de 100°C.
A câmara do reator abriga um ou mais bastonetes de metal do cátodo, tal como o bastonete 40, que serve como matriz estrutural de metal para ser carregada com átomos de hidrogénio isotópico, de acordo com os princípios da invenção e que, portanto, apresenta as propriedades discutidas acima que permitem a compressão ou o acúmulo de átomos de hidrogénio isotópico na matriz estrutural de metal. Embora um único bastonete de metal seja adequado para um reator de escala relativamente pequena, onde os bastonetes apresentam diâmetros de vários centímetros ou mais, é preferível uma pluralidade de bastonetes, devido aos longos períodos que são necessários para a difusão em um bastonete de diâmetro grande. Alternativamente, o cátodo pode consistir em uma folha de forma pregueada ou espiralada. Um ânodo 41 é formado na superfície externa da câmara, conforme ilustrado.
A câmara do reator é preenchida com a fonte de átomos de hidrogénio isotópico, tal como LiOD em água deuterizada, conforme ilustrado na figura em 42. A decomposição eletiolítica da fonte, e a consequente

difusão dos átomos de hidrogénio isotópico nos cátodos de metal, é executada por uma fonte de gerador de carga 44, conforme detalhado acima. O cátodo, o ânodo e a fonte do gerador de carga também são aqui indicados coleti ãmente como dispositivo para produzir a difusão de hidrogénio isotópico a partir da fonte na matriz estrutural do(s) cátodo(s) de metal, e como dispositivo eletrolí ico.
0 gerador no aparelho inclui um sistema de troca de calor 46 que opera de modo a circular fluido refrige-rado através de um conduto 48 para o reator, e fluido aquecido dentro do reator rumo a uma caldeira (não ilustrada) dentro do gerador, para geração de vapor, por uma turbina de vapor convencional no gerador. Desse modo, o calor produzido no(s) cátodo(s) de metal carregado(s) no reator é utilizado, através da troca de calor entre o reator e o gerador, para impulsionar o gerador a gerar eletricidade. Embora não esteja ilustrado, o gerador pode ser conectado à fonte 44, para passar uma parte da eletricidade gerada êm operação do aparelho para a fonte 44.
0 gerador também pode incluir um sistema de circulação de fluido "no reator para fornecer material da fonte ao reator, e para remover os subprodutos do reator, incluindo trítio.
Pode-se verificar que o reator pode ser alternativamente projetado para operar a temperaturas de várias centenas de graus centígrados ou mais, para produzir uma conversão mais eficaz de calor da matriz estrutural em va- por, em uma turbina de vapor. Esse reator utilizaria de preferência uma mistura de metal/sal de deutereto fundido, com aquecimento de elevada energia, para produzir difusão de átomos de hidrogénio isotópico em partículas de metal, conforme ora descrito. A massa de partículas aquecidas rapidamente resultante poderia ser resfriada, por exemplo, mediante a circulação de lítio ou algo do género, de acordo com designs de reator conhecidos.
Do acima exposto, pode-se concluir como o aparelho gerador atinge vários objetivos da invenção. O aparelho utiliza deutério, uma fonte de energia quase inesgotável, para produzir calor, e os produtos da reação - trítio e presumivelmente isótopos de He - ou são de vida curta (trítio) ou relativamente benignos (hélio). Além disso, o aparelho pode ser construído em pequena escala adequada, por exemplo, para um gerador portátil.
H. Recuperação dos Produtos do Reator
As reações geradoras de calor que ocorrem em uma matriz estrutural de metal carregada com deutério podem ser caracterizadas pela produção de trítio. O trítio pode ser formado no reator tanto como água pesada tritizada (DTO) quanto através de eletrólise de DTO, como deutério tritizado gasoso (DT). Onde a fonte do reator também contém água comum, também podem ser formadas espécies gasosas de H O e HT tritizadas. Uma vez que a proporção de trítio no reator vai aumentar com o passar do tempo, o reator é de preferência provido com um sistema de extração para remover trítio e manter os níveis de trítio no reator ·· ··*·
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- 54 - dentro de níveis pré-selecionados.
A figura 1-10 é uma vista esquemática de um sistema de extração 160 projetaão para remover trítio da água do reator de do gás gerado dentro do reator. O sistema é projetado para executar dois processos separados: um gue transfere trítio na fonte do reator para deutério ou hidrogénio gasoso, e o segundo que separa hidrogénio isotópico tritizado gasoso através de destilação criogênica.
A troca catalítica de trítio é levada a efeito em um leito catalítico hidrofóbico de fase de vapor ou de fase líquida, indicado genericamente por 162. No método de fase líquida, D2O D O ou H2O/DHO/D2O/DTO/HTO da célula do reator é fornecido através de um conduto 164, que por sua vez é passado da célula para o leito catalítico.
A água da célula do reator é colocada em contato direto com uma corrente de deutério gasoso através de circulação em contra-corrente através do leito. A corrente de deutério gasoso pode ser fornecida por uma coluna de destilação de gás 164 que é usada, conforme descrito a seguir, na separação de trítio. O fluxo em contra-corrente sobre o leito catalítico promove a reação:

catalisador
DTO + D2 D2 + DT.

A água, agora enriquecida com DjO, é retornada à célula do reator através de um tubo 168. O design e a operação dos sistemas de troca catalítica de fase líquida adequados para uso na presente invenção foram descritos em publicações anteriores e são bem conhecidos no estado da técnica.
Alternativamente, o leito catalítico pode ser projetado para operação em contra-corrente de fase líquida, de acordo com métodos conhecidos. Aqui, a água do reator é primeiramente vaporizada e superaquecida, em seguida passada sobre o leito catalítico hidrofóbico em contra-corrente à corrente de deutério gasoso. Depois da reação de troca, a corrente gasosa é condensada e retornada ao reator.
A corrente de gás que sai do leito de troca é secada e purificada, e passada através de um tubo 170 para a coluna de destilação criogênica 166, através de uma bomba 161. A coluna contém carga de Sulzer e é resfriada com hélio líquido proveniente de um circuito de hélio líquido auxiliar 170. A destilação é levada a efeito a aproximadamente 1,5 atmosfera. O D∑ que é concentrado no topo da coluna, e que é parcialmente separado do trítio, é passado para o leito catalítico através de um conduto 174, conforme indicado.
Os gases de hidrogénio isotópico mais pesados na coluna, ou seja, DT e 2# são circulados para uma segunda coluna de destilação 179 provida com anéis dixon, e resfriados por um circuito de hélio gasoso 178. O DT que se concentra na parte de cima da coluna pode ser circulado através de um conversor 180, para se obter 2, de acordo com a reação*.

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Esse material é separado na coluna para produzir
D2 e DT na extremidade de cima da coluna e T2 na extremidade de baixo. O é retirado periodicamente e armazenado tanto em um recipiente para gás, tal como o recipiente 182, quanto como triteto de metal. 0 sistema é capaz de separar trítio até aproximadamente 98 por cento molar de pureza.
Deve ser apreciado o fato que, onde a água do reator contém água comum, Ξ2 e gás isotópico de DH também serão formados no reator e através de troca catalítica com
D2- Esse gás pode ser separado de T>2* DT e T2 nas colunas de destilação criogenica, e facilmente descartados, por exemplo, através de combustão com O2.
0 sistema descrito acima destina-se a remover trítio da água do reator. Conforme acima observado, o processo de compressão eletrolítica que ocorre no reator também gera hidrogénio isotópico molecular, por exemplo, D2 e D formados pela decomposição eletrolítica de água pesada contendo água pesada tritizada. Esse gás pode ser reconvertido em água através de combustão catalítica dentro do reator, conforme observado acima.
Alternativamente, ou adicionalmente, os gases isotópicos podem ser purificados no sistema de extração de trítio descrito acima, mediante a introdução de gás do reator diretamente nas colunas de destilação criogenica no sistema, através de um condutor 184 provido com válvulas no sistema de extração de trítio.
O gás é separado no sistema de destilação de duas colunas r sendo gue o O2 separado é passado para o leito catalítico , para troca de trítio com água do reator, e o DT para gerar D2 e T2, como acima.
A partir do acima exposto, pode-se concluir como são satisfeitas várias características adicionais da invenção. As reações geradoras de calor dentro da matriz estrutural de metal do reator geram, trítio, o qual pode ser utilizado como fonte de hidrogénio isotópico em um reator desse tipo, e também pode ser isolado de imediato em forma pura para outras finalidades, tal como uma variedade de usos médicos e para diagnósticos.
Referência para a Seção I (Incorporadas a Título de Referência) :
1. "Technology Assessment Report on Starpower: The U.S. and International -Quest for Fusion Energy", US Congress, Office of Technology Assessment, 100th Congress .
2. ueller, J.P., et ai., "Metal Hydriães", Academic Press, ΜΪ (1968).
3. Ron, M. , et al., eds. "Metal Hydrides", 1984, Volumes I and II, Elsevier, N? (1985).
4. Veziroglu, T.N., ed., "Metal-Hydrogen Systems", Pergamon Press, NY (1982).
5. Dandapani, B., and Fleischmann, M., J. Electroanal.

·····■···········■· ··· ·■· ·······■■
- 58 -

Chem., 39 : 323 (1972).
6. Bambakadis, 6. , ed., "Metal Hydrides", Plenum Press,
(1981).
SEÇÃO II
Geração de Neutrons e Aplicações
De acordo com um aspecto da invenção, foi descoberto que os átomos de hidrogénio isotópico, tais como átomos de deutério, quando difusos na matriz estrutural de metais que são capazes de dissolver hidrogénio, podem atingir uma compressão e mobilidade na matriz estrutural que são suficientes para a produção de eventos de geração de neutrons. Os eventos de geração de neutrons também são caracterizados pela geração de calor de entalpia em excesso; ou seja, a proporção de calor gerado na matriz estrutural é substancialmente maior do que o equivalente térmico em joule usado para carregar a matriz estrutural até um potencial químico ao qual ocorrem eventos de geração de nêutrons. A Seção I, conforme observado anteriormente, descreve materiais e condições adequados para serem atingidas as condições requeridas para os eventos de geração de nêutrons dentro de uma matriz estrutural de metal.
Os Nêutrons produzidos pela matriz estrutural de metal são colimados para se obter um feixe de nêutrons, e esse feixe é usado em uma variedade de métodos de feixes de neutros para a análise de materiais. Esta Seção descreve os aparelhos exemplificadores para análise com feixes de nêutrons de materiais alvos.

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Eventos de Geração de Nêutrons
Conforme acima observado, e de acordo com um importante aspecto da invenção, foi descoberto que uma matriz estrutural de metal carregada com átomos de isótopos de hidrogénio até um potencial químico de pelo menos aproximadamente 0,5 eV promove eventos de geração de nêutrons que são evidenciados pela produção de nêutrons de elevada energia.
Uma explicação para a geração de nêutrons produzidos na matriz estrutural de metal observada na matriz carregada é a possibilidade de reações entre os núcleos comprimidos dentro da matriz estrutural. Conforme observado acima, os núcleos de hidrogénio isotópico dissolvidos em uma matriz estrutural de metal a potenciais químicos acima de aproximadamente 0,5 eV são altamente comprimidos e móveis. Apesar dessa alta compressão, o D2 não é formado, devido ao baixo caráter de elétrons S das funções de ondas eletrônicas. Entretanto, o baixo caráter S, combinado com a alta compressão das espécies dissolvidas, sugere a possibilidade de um número significativo de colisões próximas entre os núcleos dissolvidos. Portanto, é plausível considerar que algumas dessas colisões produzem reações entre núcleos. Duas reações que pode-se esperar na matriz estrutural contendo predomi-nantemente núcleos de deutério são:

3T(l,01fíeV) + H(3,02MeV) • ■
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2D + 2D —^ 3He(0,82MeV) + n(2,45 eV) (vi)

Essas reações podem ser as responsáveis pela geração de trítio (3H) e neutrons (n) no metal.
Para medir a geração de nêutrons em uma matriz estrutural de metal carregada, foi medido o fluxo de nêutrons de um cátodo de bastonete de paládio de 1 mm de diâmetro por 10 cm de comprimento, utilizando-se um Monitor Equivalente de Dosagem de Nêutrons Harwell do Tipo

95/0949-5. A eficácia na contagem desse instrumento do tipo de esfera de Bonner para 2,5 HeV de nêutrons foi estimada em aproximadamente 2,4 x IO-4. Além disso, a eficácia de coleta do espectrômetro para a geometria de célula empregada é muito pobre. Não obstante, esses experimentos monitoraram níveis de geração de nêutrons várias vezes maiores do que a base no elétrodo de monitoração.
Vários experimentos de geração de calor básicos foram realizados para demonstrar que os eventos de geração de nêutrons que ocorrem em uma matriz estrutural de metal carregada também envolvem a produção de calor de entalpia em excesso, ou seja, calor superior à energia térmica equivalente em joule usada na carga da matriz estrutural de metal. Os experimentos foram baseados na redução catódica de D2O a partir de fase líquida a uma temperatura próxima da temperatura ambiente empregando-se densidades de corrente entre aproximadamente 0,8 e até 70 mA/cm2. Os átomos de deutério foram comprimidos em amostras de folha e bastonete de paládio metálico de LiOD 0,1M em soluções • *
- 61 - de 99,5% de D2O e 5% de Ξ2Ο. Os potenciais de elétrodo foram medidos em relação a um elétrodo de referência de Pd-D carregado até o equilíbrio de fase, conforme descrito acima.
Aplicações
A. Gerador de Feixe de Nêutrons
A figura II-5 é uma vista esquemática de um gerador de feixe de nêutrons 60 construído de acordo com a invenção. O gerador inclui um reator de placas empilhadas 62 que gera nêutrons de acordo com os princípios da invenção, e um colimador 64 que colima os nêutrons produzidos no reator para formar um feixe de nêutrons indicado por 61.
Onde a fonte de hidrogénio isotópico produz átomos de deutério e de trítio, outra reação que se pode esperar na matriz estrutural é:

2D + 3T —„ 3He(0f 82MeV) + n(17,58MeV) (vii)

a qual pode produzir nêutrons com uma distribuição de energia na faixa de 17,5 MeV.
O colimador ilustrado na figura II-5 é um colimador divergente destinado à produção de um feixe de nêutrons de elevada energia ou térmicos (caso os nêutrons do reator sejam submetidos a calor antes de atingirem ou dentro do colimador). Uma seção do colimador a montante 80 é formada de alumínio fundido ou usinado, e tem uma abertura circular 82 adjacente ao reator. Um diafragma 84

feito de boral (B4C) é empregado para controlar a exposição. O interior do barril é revestido com uma blindagem neutrônica de cádmio ou boral 86, tipicamente com uma espessura inferior a 1 mm. Para uso na geração de neutrons térmicos, um material eficaz na formação de neutrons térmicos, tal como um bloco de polietileno (não ilustrado), pode ser intercalado entre o reator e o colimador, ou inserido dentro do colimador.
Uma seção db colimador a jusante 88 é formada por alumínio ou algo do género, e tem uma forração de boro ou chumbo 90 para ajudar a suprimir os raios gama. Entre as seções 80 e 88 é intercalado um abrigo filtrante blindado 92 gue contém um filtro removível 94, tal como um filtro de monocristal de bismuto, para filtrar os raios gama do feixe de neutrons.
O colimador e o reator podem ficar submersos em uma poça cuja parede tle cimento está indicada por 96. A poça atua como blindagem neutrônica.
Referências publicadas, tais como "Collimators for Thermal Neutron Radiography" , Harkgraf, ed. D. Reidel Pub. Co., Boston MA, (1987), descrevem outros detalhes quanto à construção de colimadores de feixes de neutrons. O colimador no aparelho também está aqui indicado como dispositivo colimador.
Pode ser apreciado a partir do acima exposto como o gerador de feixe de neutrons atinge vários objeti-vos da invenção. A fonte de neutrons no gerador é simples G barata e requer, em uma modalidade, somente um sistema eletrolítico para a carga lenta de uma matriz estrutural de metal com átomos de hidrogénio isotópico. Ao contrário de fontes de rádio-isótopos convencionais de neutrons, a fonte pode ser recarregada de imediato sem a manipulação de neutrons. Além disso, so problemas de saúde e segurança associados com isótopos fissionáveis, tais como polónio e rádio, são evitados.
Embora o sistema tenha um rendimento de fluxo de neutrons limitado guando comparado com um reator nuclear ou um acelerador de partículas, o rendimento de neutrons pode ser aumentado seleti ãmente, por exemplo, aumentando-se o número e/ou a espessura e/ou o potencial químico das placas de metal em um reator. Além disso, a distribuição de energia dos neutrons do feixe pode ser va-riada seletivamente a partir de neutrons térmicos de baixa energia (até mesmo de neutrons frios) produzidos com o tratamento térmico do" feixe, de acordo com métodos convencionais, em até aproximadamente 3,5 MeV para um reator carregado com deutério, e 17,5 MeV para uma matriz estrutural de metal carregada com uma mistura de átomos de deutério e trítio.
B. Radiografia de Neutrons
A radiografia é uma técnica através da qual um quadro da sombra do "interior" de um material alvo é produzido mediante a exposição do material a um feixe de radiação. O parâmetro importante relacionado com o material em radiografia é a seção transversal do material, que descreve a probabilidade de um átomo interagir com o feixe de radiação que atravessa o material. No caso de radiografia com raios X, a seção transversal dos elementos geralmente aumenta com o aumento do peso atómico, de modo que átomos de elevado peso molecular, tal como o chumbo, proporcionam uma blindagem eficaz contra a penetração da radiação.
Por outro lado, na radiografia com n utrons, a seção transversal de" absorção é bastante independente do tamanho e, em particular, é relativamente grande para átomos tais como hidrogénio, lítio, boro e ouro, e relativamente pequena para elementos tais como alumínio, enxofre, carbono, oxigénio, e oxigénio ("Neutron Radiative Capture", Chrien, R.E., ed., Pergamon Press, New York, (1984)}. Portanto, a radiografia com neutrons provi um método singular para detectar a presença dos elementos de seção transversal grande, tal como o boro, em um material de seção transversal menor ou, ao contrário, a presença de um material de seção transversal pequena, tal como carbono, em um material de seção transversal maior.
A figura II-6 é uma vista esquemática do aparelho 100 que se destina à radiografia com neutrons, de acordo com uma modalidada da invenção. O aparelho inclui geralmente um reator de metal carregado 102 para produzir neutrons de elevada energia, um colimador 104 para colimar os neutrons como um feixe de neutrons, indicado em 106, e uma câmara detectora 108 na qual ocorre a radiografia de um material de amostra 110.
O reator e o colimador empregam as ···* * ·
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características de design gerais discutidas na Seção IIA acima. Onde, como no caso normal, a energia de feixe de nêutrons fica compreendida na faixa de energia de nêutrons térmicos, os nêutrons podem ser transformados em térmicos dentro do colimador, õu antes de entrar no colimador por meios convencionais , tal como a passagem através de um bloco de polietileno.
A câmara de amostra no aparelho inclui um suporte adequado {não ilustrado) para suportar o material de amostra ou alvo em uma posição na qual o feixe é dirigido para a amostra. Na câmara também estão incluídos uma placa de película 112 sobre a qual é gravada a imagem radiográfica da amostra, e um conversor 114 do qual as partículas sensíveis à película, por exemplo, partículas beta, são emitidas quando a superfície do conversor é atingida por nêutrons. O conversor é de preferência colocado em contato direto com a película e é formado por uma película fina de gadolínio ou algo dos géneros capaz de emitir partículas sensíveis a película em resposta ao bom-bardeamento de nêutrons. A película e o conversor também estão aqui indicados cõletivamente como dispositivo de gravação. O leitor pode fazer referência, por exemplo, a Harms and Wyman, "Hathematics and Physics of Neutron Radiography" , D. Reidel Publishing Co., Boston, Massachusetts (1986), quando a uma discussão sobre vários tipos de dispositivos de gravação empregados na radiografia com nêutrons.
0 aparelho pode ser empregado em uma variedade de aplicações radiográficas de elevada energia e térmicas, tal como descrito em "The Neutron and Its Applica ions", Schofield, ed., The Institute of Physics, London, England (1983), particularmente quanto à análise estrutural de dispositivos explosivos, materiais de cerâmica, aparelhos eletrônicos, conjuntos mecânicos, e pás de turbenas de aeronaves.
C. Difração de Nêutrons
A difração de nêutrons provê informações sobre as posições e movimentos de núcleos em material cristalino ou semi-cristalino, conforme deduzido da difusão de nêutrons em um feixe pelos núcleos de um material de amostra. 0 método difere das técnicas de difração com raios X ou cristalogra ia nas quais os centros de difusão do feixe de raios X consistem em aglomerados de elétrons. Uma vez que o feixe de nêutrons depende dos eventos de difusão envolvendo núcleos, podem ser obtidos vários tipos de informações que geralmente não são disponíveis por difração de raios X.
Em primeiro lugar, uma vez que a seção transversal de difusão de núcleos não depende do número atómico de nenhuma maneira sistemática (vide acima), o mapa de densidade nuclear que é formado a partir do padrão de difração pode acentuar muitos pontos de átomos mais leves, tais como pontos de átomos de hidrogénio, que são mascarados em um mapa de densidade de elétrons.
Em segundo lugar, o método é capaz de distinguir e localizar pontos de átomos isotópicos, porque os núcleos ι·* ·· ·» ·· ···* ·*
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de isótopos diferentes do mesmo átomo podem espalhar nêutrons de modo bastante diferente. O método é portanto particularmente útil para a análise cristalográfica de amostras onde foram feitas substituições de isótopos específicos. Por exemplo, a análise da estrutura tridimensional de macromoléculas complexas, tais como proteínas, pode ser simplificada pela substituição de deutério ou trí io em pontos de aminoácidos selecionados, para apontar a localização desses pontos no padrão de difração.
Finalmente, a difração com feixe de nêutrons tem a capacidade de detectar centros de difusão paramagnetica, devido à difusão de nêutrons adicional devida à interação do momento magnético do átomo com o momento magnético do nêutron. Isso permite a investigação das estruturas magnéticas que são responsáveis por propriedades magnéticas interessantes de uma amostra, tais como ferromagnetismo, anti-ferromagnetismo e helimagnetismo.
A figura II-7 é uma vista esquemática de um aparelho 120 para uso em análise de feixe de nêutrons de um material de amostra. Nesse aparelho, os nêutrons produzidos por um reator de nêutrons 122, e colimados por um colimador 124, são dirigidos para um monocrornador de cristal único 126. O cristal do monocrornador funciona de modo a refletir os nêutrons que têm um comprimento de onda particular, e portanto energia, para produzir um feixe de saída refletido com uma faixa selecionada de energias neutrônicas. A construção do reator e do colimador foi « ··············· ·*···· ··· ·■· ■····
- 68 - descrita acima. O colimador é de preferência projetado para produzir uma difusão de feixe estreita, por exemplo, dentro de aproximadamente +/- 0,5 grau.
O feixe monocfomatizado é dirigido para um raate-rial de amostra 130, produzindo um feixe difuso cuja intensidade, a vários ângulos de difusão, está relacionada com a estrutura cristalina e a composição atómica da amostra, conforme assinalado acima. A distribuição dos neutrons espalhados é medida por um detector rotativo ou dispositivo detector 132 que se presta a medir a intensidade do feixe de neutrons em um ângulo grande de difusão, conforme ilustrado. O detector de neutrons é de preferência um contador cilíndrico contendo B 3 gasoso, de acordo com a construção convencional de detectores de neutrons (Bacon, G.E., "Neutron Physics" Wykeham Publications, London, (1969).
O aparelho pode ser empregado em uma variedade de difusões de neutrons, tal como descrito em "Neutron Radiative Capture", Chrien, ed., tal como na determinação da estrutura atómica e molecular de moléculas orgânicas e bioorgânicas, e para a investigação de aspectos estáticos e dinâmicos de distúrbio molecular e transições de fase em sistemas moleculares.
D. Captura de Neutrons Radiativa
A captura radiativa de neutrons envolve a colisão de nêutrons comum núcleo alvo para formar núcleos compostos tanto radioativos quanto de vida muito curta. Se a colisão de nêutrons produzir radioativadade, ou seja, - 69 - ·■·· ··

processos de emissão com uma meia vida mensurável, a natureza dos núcleos envolvidos na absorção de nêutrons pode ser determinada mêdindo-se a emissão de raios gama e/ou de partículas alfa ou beta, e fazendo-se a correlação destes com as características de espectros e/ou de emissão de partículas de amostras conhecidas. Esse método também é conhecido como análise de ativação de nêutrons, e tem sido amplamente usado para a determinação de elementos ou compostos presentes em um material de amostra.
Se o tempo de vida dos eventos de radiação de nêutrons for da ordem de IO"1** a IO""18 segundo ou menos, a natureza do material de amostra é determinada a partir dos espectros dos raios gama do material. Essa iniciativa é algumas vezes indicada _ como análise de raios gama de emissão imediata. A técnica de emissão imediata é complementar à análise de ativação de nêutrons, uma vez que muitos elementos alvos não formam núcleos radioativos estáveis através de bombardeamento com nêutrons. O método de emissão imediata também apresenta as vantagens de ser instantâneo, não destrutivo, e produz uma atividade residual desprezível (referência 1).
A figura II-8 é uma vista esquemática de um aparelho 140 para ser usado na análise de captura imediata radiativa de nêutrons de um material de amostra. Nesse aparelho, os nêutrons produzidos por um reator de nêutrons 142, e colimados pelo colimador 144, são dirigidos para um material de amostra 146 em uma câmara de amostras 148. A construção do reator e do colimador foi descrita acima.

Os neutrons produzidos pelo reatorr tanto a montante do colimador quanto dentro dele, podem ser transformados em térmicos e/ou monocromatizados, tal como através dos métodos indicados acima.
Os espectros gama produzidos na amostra são medidas por um detector de radiação gama convencional ou dispositivo detector 150, tal como um detector de germânio de estado sólido. Para processos de captura radioativa lenta de neutrons, o aparelho pode ser modificado para detecção de partículas de degradação radiativa, tal como mediante a adição de detectores e cintilação para detectarem partículas alfa ou beta.
O aparelho tem uma ampla faixa de aplicações analíticas, incluindo a análise de material isotópico, amostras de museus ou arqueológicas, detecção sensível de contaminantes do meio ambiente, detecção de materiais explosivos para segurança de aeroportos, análise forense, e diagnóstico médico.
Embora esta parte da invenção tenha sido des-crita com referência a modalidades, construções e aplicações particulares, vai ficar aparente ao elemento versado na técnica que várias alterações e modificações podem ser feitas sem que se desvie da invenção. Em particular, vai ficar aparente que o gerador de feixe de neutrons vai ter aplicações fora da análise elemental e cristalográfica, por exemplo, na medicina, para o tratamento de tumores sólidos com feixes de neutrons de elevada energia.

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SEÇÃO III
Análise Detalhada da Produção de Calor de Entalpia
A presente senção relaciona-se com descobertas adicionais de que dêuterons altamente comprimidos por polarização catódica em uma matriz estrutural hospedeira de paládio geram entalpia em excesso que pode ser atribuída à entrada de entalpia na reação eletrolítica
2D20 2D2 + 02 U)
A magnitude do excesso de entalpia foi tão grande (tipicamente 1-20 watts/cm3 do volume do eletrodo mantidos durante períodos de 100 horas, ou seja, obtendo-se 0,36/7,2 MJ/cm3 nos ciclos de medição) que não foi possível atribuir essa liberação de entalpia a nenhum processo químico θ^1 2).
A característica mais surpreendente dessas resultados (além do fato que processos nucleares podem ser induzidos dessa maneira) é que a liberação de entalpia aparentemente não é devida a nenhuma das reações 3 de fusão bem estabelecidas:
2D + 2D 3T{1,01 MeV) + ½(3,02 MeV) (ii)
2D + D ΐ?==^ 3He(0,81 MeV) + n(2,45 MeV) (iii) que têm as seções transversais maiores (e mais ou menos iguais) das trajetórias de reações conhecidas para dêuterons de elevada energia. Embora tivessem sido detectados baixos níveis de trítio e, possivelmente, de nêutrons, t1) a liberação de entalpia foi principalmente aneutrônica e atritónica. Outros trabalhos rlatados sugerem que um processo de trítio primário também pode ser ··· a · · a a ■ ■ ·»*
- 72 - envolvido. í4"8).
Séries sucessivas de medições realizadas revelaram que foi necessária a realização de muitos experimentos em um número substancial de eletrodos e durante longos períodos de tempo (a duração média selecionada para um ciclo de medição foi de 3 meses). Portanto, foi necessário adotar um design de calorímetro de baixo custo; alguns dos raciocínios nos quais se baseou a escolha do design de célula do tipo Dewar de um só compartimento, Fi-gura III-l, estão aqui .delineados .
Todas as medições registradas nesta Seção foram feitas com eletrodos de bastonete de paládio de 0,1, 0,2, 0/4 e 0,8 era de diâmetro, e também com eletrodos de bastonete de platina de 0,1 cm de diâmetro. Os eletrodos de paládio (Johnson-Matthey , PLC) era provenientes de três bateladas separadas de material, e uma análise típica está apresentada na Tabela III-l.
TABELA III-l
Análise constitucional típica dos bastonetes de paládio da Johnson-Matthey usados neste trabalho.
Elemento % em peso
Ag 0,0001
Al 0,0005
Au 0,003
B 0,002
Ca 0,003
Cr 0,0002
Cu 0,001 - Continuação - Elemento % em peso
Fe 0,001
Mg < 0,0001
Ni 0,0001
Pt 0,001
Si < 0,0001
Os números das bateladas de paládio utilizadas estão identificados nos resultados indicados a seguir. Uma célula 200 mais detalhada da presente invenção é do tipo Dewar e está ilustrada na figura III-1.
Nessa célula, um eletrodo de paládio 212 foi soldado a um fio de paládio-chumbo de 0,05 cm de diâmetro, e esse chumbo 214 (bem como o 216 para o ânodo de platina 218) foi coberto com blindagens de vidro 220, a fim de se evitar qualquer recombinação possível de deutério e oxigénio no espaço da coluna de gás 222 da célula 200. O ânodo helicoidal de platina (da Johnson-Matthey, 99,9%) foi enrolado bem apertado com pouco espaçamento sobre uma gaiola 224 de bastonetes de vidro circundando o cátodo 212. Os eletrodos 212, 218 foram mantidos em seu lugar pelo bujão profundo Kel F e espaçador Kel F 226 no fundo da célula 200. A configuração do ânodo e cátodo garantiu o estabelecimento de um potencial uniforme sobre a superfície do cátodo 212. Isso assegura níveis uniformes e elevados de carga ~pa~ra o cátodo 212.
As medições de temperatura foram feitas com termistores calibrados 232 (Thermometrics Ultrastable T ermoprobes - 10 K , +/-0,02 de estabilidade por ano), e as células 200 foram" calibradas durante cada ciclo de medição utilizando-se um elemento de aquecimento resistivo 234 (correntes de resistores de películas de metal de 5χ2θΩ com +/- 1% de precisão Digi-key, estabilidade térmica melhor do que 100 ppm/°C). As conexões 236 para esses componentes 234 (bem como para outros componentes tais como outros termístores 232 e eletrodos de referência 237 com uma conexão de referência 235 que foram incluídos em células especiais) foram feitas através dos bujões de topo Kel F 238, que também continham um tubo de enchimento 240 e um vertedouro para gás 240. Os bujões 238 ainda foram vedados à célula 200 utilizando-se Parafilm.
A célula 200 foi mantida em banhos de água espe-cialmente construídos agitados com agitadores/reguladores Techne Tempunit TU-16A. Dois ou três banhos de água, cada qual contendo até cinco células Dewar 200, foram mantidos de modo que 8 a 15 células puderam ser operadas simultaneamente. Os resultados apresentados nesta seção são baseados em aproximadamente 54 experimentos totais e em aproximadamente 360 calibrações de célula. Foi verificado que a temperatura do banho a profundidades maiores do que 0,5 cm abaixo da superfície do banho de água podia ser mantida melhor do que +/-0,01° da temperatura fixada (que estava próxima de 303,15°K), contanto que a superfície da água pudesse evaporar livremente. Essa temperatura constante foi mantida em todo o volume do banho. O nível em caõ.a banho de água foi mantido constante por meio de uma alimentação contínua utilizando-se uma bomba com dosímetro conectada a um segundo banho de água com termostato.
A corrente mínima empregada em todos os experimentos registrados aqui foi de 200 mA, e foi verificado que as células podiam ser usadas a correntes de até 800 mA com LiOD 0,1M como eletrólito. Com eletrólitos de LiOD 0,1M + LÍ2SO 0,5 ou LÍ2SO4 IH, correntes tão elevadas quanto 1600 mA podiam ser usadas em vista do menor aquecimento em joule nessas soluções.
O histórico da mistura dentro dos calorímetros para esses limites de corrente foi determinado utilizando-se injeção de corante combinada com registro em vídeo; foi verificado que a misturação radial é extremamente rápida (escala horária < 3s), enquanto que a misturação axial ocorreu em uma escala horária de aproximadamente 20s às correntes mais baixas empregadas. Como o período de relaxamento térmico dos calorímetros era de aproximadamente 1600s, os calorímetros podem ser considerados como tanques bem agitados. Devido ao elevado grau de misturação e à injeção de calor axialmente uniforme, foi verificado que a máxima variação na temperatura dentro dos calorímetros foi de 0,01°, exceto para a região em contato com os espaçadores de fundo Kel F, onde a variação atingiu 0,02°. Essas distribuições de temperatura foram determinadas empregando-se células que continham 5 termistores que podiam ser deslocados nas direções radial e axial.
Todas as medições registradas aqui foram feitas galvanostaticamente utilizando-se potenciostatos da HiTek Instruments Modelo DT2101 conectados como galvanostatos. O arranjo de realimentação empregado, à Figura III-2A, assegurou proteção total contra oscilações. As saídas do galvanostato ainda foram monitoradas regularmente para verificação das oscilações (não foi detectada nenhuma em todo este trabalho) e do teor de ruído (60 e 120 Hz < 0,04% das correntes CC). Medições acima de 800 mA foram feitas utilizando-se o circuito ilustrado na figura III-2B; isso assegurou que o alto grau de estabilização atingível por meio do galvanostato pudesse ser estendido para níveis de corrente muito mais elevados. (Medições a níveis de corrente de até 25000 mA e empregando-se outras formas de calorímetros também foram realizadas). Os eletrodos foram carregados a 64 mA/cm-2 para períodos acima de 5 períodos de relaxamento de difusão. Outras densidades de corrente foram então aplicadas, conforme indicado nos resultados registrados. Os dados aqui registrados foram tomados depois de um período superior a 5 outros períodos de relaxamento de difusão.
Os coeficienets de transferência de calor foram determinados diariamente (e para experimentos especiais a cada 9 horas) utilizando-se galvanostatos para conduzir os elementos de aquecimento resistivos. O esquema de medição foi o seguinte: os volumes de eletrólito das células foram preenchidos a cada 12, 24 ou 48 horas para experimentos empregando correntes na faixa de 800-1600 mA, 400-800 mA e 200-400 mA, respectivamente, até uma marca «■· *· ·
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- 11 - fixada, e as temperaturas das células puderam ser equilibradas durante 3 horas (mais de 6 períodos de relaxamento de difusão); o aquecimento em joule foi então aplicado durante 3 horas utilizando-se os aquecedores resistivos, e a corrente de entrada dos galvanostatos foi ajustada de modo que o aumento de temperatura final acima da linha base da curva fosse de aproximadamente 2°. A temperatura da célula, as voltagens das células, as temperaturas dos banhos e, quando apropriado, as voltagens dos aquecedores, foram monitoradas a cada 5 minutos utilizando-se multiplexadores Keithley Modelo 199 DMM para inserir dados em computadores Compaq Deskpro 386 de 16 MHz. Os exemplos dessas medições para dois experimentos diferentes em três momentos diferentes estão ilustrados nas figuras III-3A-C e III-4A-C. Os circuitos de medição foram mantidos abertos, exceto durante os períodos de amostragem real (as medições de voltagem puderam estabilizar durante 2 segundos antes da amostragem; as resistências dos termistores puderam estabilizar durante 8 segundos antes da amostragem). Os dados foram exibidos em tempo real, e também gravados em discos. As variações desses procedimentos para experimentos especiais estão indicadas
I
a seguir.
Os experimentos levados a efeito a densidades de corrente baixas e intermediárias foram realizados utilizando-se eletrodos de 10 cm de comprimento; para as densidades de corrente mais elevadas, os comprimentos dos eletrodos foram reduzidos para 1,25 cm e o espaçamento do enrolamento do ânodo foi reduzido para assegurar distribuições de corrente uniformes; esses eletrodos mais curtos foram colocados no fundo das células Dewar de modo a assegurar uma agitação adequada.
Os expe imentos foram levados a efeito utilizando-se 2O (Cambridge Isotopes) de pureza isotópica de 99,9%. LiOD OflM foi preparado mediante a adição de Li metálico (A.D. Mackay, 6Li/7Li = 1/9) a D2O, LiOD 0,1H + LÍ2SO4 0,5 e L12SO IH foram preparados mediante a adição de LÍ2SO seco (Aldrich 99,99%, anidro, 6Li/7Li = 1/11) a LiOD 0,1M e a D O, respectivamente. Os teores de água leve das células foram monitorados por NHR e nunca subiram acima de 0,5%. As amostras extraídas para as análises de EDO e trítio foram obtidas utilizando-se os eletrólitos apropriados. Uma única batelada de eletrólito foi empregada para qualquer série experimental. As perdas normais devidas à eletrólise (e evaporação a altas temperaturas nas células) foram obtidas mediante a adiçãode D20.
As eficácias de corrente para as eletrólises de acordo com a reação (i) foram determinadas mediando-se os índices combinados de evolução de gás das células. Surpreendentemente, essas eficácias foram superiores a 99%, como também foi revelado pelo registro de adições de D2O. Essas eficácias de corrente elevadas agora também estão registradas em outro trabalho ^11^. Os elevados valores podem ser compreendidos em termos da inibição da oxidação de DF2 no ânodo pela formação de óxido de paládio e pela intensa desgaseificação do teor de oxigénio do eletrólito na região do cátodo por evolução de Ό2· Essas eficácias de corrente elevadas simplificam bastante as análises dos dados experimentais por um modelo de "Caixa Preta" que está descrito resumidamente a seguir.
Modelos de Calorímetro tipo "CAIXA PRETA"
Em comum com todos os outros aparelhos fisicoguimicos e de engenharia, a avaliação de dados a partir do comportamento dos calorimetros eletroguímicos do tipo de Dewar requer a construção de modelos de "caixa preta" precisos. Um método preferido de análise de dados é baseado na compatibilização do modelo com os dados experimentais utilizando-se análise de regressão não linear.
A calorimetria para o modelo deve ser de preferência baseada em um conjunto adequado de moldes, em uma célula adequadamente projetada e vedada, sendo que a análise de dados cuidadosamente planejada inclui técnicas de regressão não linear. 0 modelo deve levar em consideração comcuidado todos os componentes de transferência de calor, incluindo: entrada de entalpia elétrica, entrada de calor de calibração, entrada de calor devida ao reenchiraento da perda de eletrólito por eletrólise e evaporação, fluxo de calor da célula por radiação e condução, transferência de calor da célula devido ao calor latente de evaporação D2O, perda de calor devida à entalpia presente na corrente de gás (por exemplo, D2, O e D2O), calor gerado devido à recombinação de D2 e O2 (casohaja algum), e qualquer excesso de calor gerado na célula. Além disso, deve-se levar em consideração a mudança de temperatura dependente do tempo na célula, devida à mudança do conteúdo da célula. Também deve-se levar em consideração elevada a cuidadosa calibração de termostato do banho externo e da temperatura da atmosfera. Também devem ser feitas escolhas cuidadosas quanto à instrumentação e os aparelhos de medição de temperatura, tais como termistores, componentes de aquecedores, ohnômetros, voltímetros, circuladores de banho, potenciostatos, multiplexadores e equipamento de processamento de dados.
Resultados
Excesso de Entalpia utilizando Eletrodos de Bastonete de Paládio em Soluções de D2O
Um resumo dos resultados obtidos utilizando-se eletrodos de bastonete de 0,1, 0,2 e 0,4 cm de diâmetro está indicado na Tabela III-3, enquanto que os resultados correspondentes para outros experimentos estão fornecidos resumidamente na Tabela III-A6.1.

Tabela III-A6.1 - Excesso de Entalpia observado para bastonetes de paládio
0,4 cm de diâmetro como função da densidade de corrente.

Dimensões Batelada3 Densidade E -, Q
do Eletro entra sai ¾x- exc do Eletro- Jorrente da da ces_ so

Diâmetro lito0 so pec x Comprific mento
/cm /ΐπΛ cm V /V /w /W W

0,1x10 V 8(25) 2,754 0,0304 0,0379 0,0075 0.0 0,1x10 V 66(200) 3,602 0,612 0,481 0,079 1,0 0,1x1,25 2D 512(200) 8,993 1,491 1,573 0,082 8,3

0,2x10 Ώ à β(50) 2,702 0,058 0,096 0,036 0,1 0,2x10 1 Ό ú 64(400) 4,231 1,07 1,57 0,493 1,5 0, 2x1,25 D ò 512(400) 8,461 2,77 3,15 0,378 9,6

0,4x10 D λ 8(100) 2,910 0,137 0,290 0,153 0,1 0,4x10 27 i 64(800) 4,860 2,66 4,41 1,73 1,3 0,4x1,25 Ώ 512(800) 8,635 5,69 9,04 3,35 21,

(a) Todos os bastonetes eram da Batelada 1.
(b) φ: LiCD 0,1M; todas as medições foram feitas na mesma batelada de DjO co isotópica.
(c) Valores entre parênteses: correntes aplicadas reais.
(d) Excesso de aqueciitiento expresso cano uma percentagem da entrada de ental

(e) Excesso de aquecimento expresso como uma percentagem da entrada de energ valores entre parênteses nas colunas (d) e (e) foram fornecidos na Tabel

-

A tabela III-3 relaciona os tempos transcorridos a partir do início de qualquer experimento particular, a densidade de corrente, a voltagem da célula, a entrada de entalpia, o excesso de entalpia Qf , e o excesso de entalpia por unidade de volume. Os valores derivados na tabela foram obtidos tanto pelo método aproximado de análise de dados quanto por um procedimento de ajuste exato uti izando-se um design de "caixa preta" do tipo descrito resumidamente acima; as estimativas de erros estão consinadas aos dados derivados pelo último método. São fornecidos ados para o três eletrólitos empregados, e os números de batelada dos eletrodos particulares estão indicados. As medições foram feitas, na medida do possível, quando foi -atingido um estado de geração de entalpia em excesso. Entretanto, isso não foi possível alguns eletrodos às densidades de corrente mais elevadas porque as células foram frequentemente levadas até o ponto de ebulição. Os valores fornecidos para esses casos se aplicam aos períodos imediatamente anteriores aos aumentos rápidos na temperatura da célula (vide a seção sobre Surtos de Entalpia).

Tabela III-3 - Excesso de entalpia observado para bastonetes de paládio de 0,1, 0,2 e 0,4 cm
de diâmetro como uma função da densidade de corrente, do tempo transcorrido des
de o início do experimento, da composição do eletrõlito, e da batelada de eletrodo.

Diâmetro Batelada3 Dens —i Tem- ECQ- ~ Q Q Q
¾n- ex- wexces_ excesso especido & ^ dade po tra ces so es fico da análise
Basone Eletrõ- de la da so pecí^ de regressão
te lito° Corren fico a
te praxim.
/ a /mA cm"* /B/10*" /V /w /w /W cm /W ca"*
3 64 6,86 2,811 0,032 0,001 0,140 0,1442 +0,0002
. 2 3 Q 12Θ 3,88 4,000 0,984 0,160 2,04 2,043 ±0,003
0,1 3 128 7,72 3,325 0,089 0,005 0,486 0,5131 10,0006
0,1 2 256 3,97 5,201 2,93 0,313 3,99 4,07B ±0,007
2 512 4,06 6,085 7,27 1,05 13,4 13,77 ±0,02
0,1 3 D p 1024 5,38 11,640 4,04 1,03 105, 112,8 ±0,1
0,2 3 64 0,51 4,780 1,30 0,006 0,019 0,021 +o, oot
0,2 3 M jo 64 2,40 3,930 0,956 0,024 0,077 0,077 ±o,ooi
°.2. 3 D D 128 2,50 8,438 5,52 1,65 5,23 9,68 ±0,01
°.2. 3 128 8,39 4,044 0,250 0,028 0.713 0,714 ±0,001
0.2. 3 256 4,92 6,032 0,898 0,056 1,42 1,498 ±0,002
3 M JD 512 5,98 9,042 3,00 0,603 15,3 16,03 +001
0,2 3 1024 ,81 7,953 5,13 2,80 71,2 75,42 +0,08

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Os valores dos índices de geração de entalpia em excesso relacionados na tabela III-3 são os limites inferiores/ pois tanto o método de cálculo quanto o desprezo do calor latente de evaporação acarretaram uma sub-estimativa de Qf* Há um_ outro fator que acarreta uma sub-estimativa adicional de Qf : a dissolução de D nos elet odos é exotérmica e, consequentemente, a linha base ascendente provoca uma diminuição na solubilidade com o passar do tempo e, portanto, uma absorção de calor. Esse fator é difícil de quantificar, uma vez que o teor de deutério da matriz estrutural não vai ficar em equilíbrio a qualquer temperatura da célula. Portanto, foram desprezados todos os fatores que poderiam levar a pequenas co reções positivas nos valores derivados das entalpias em excesso. Das três correções acima relacionadas, a mais signi icativa é aquela devida à sub-estiraativa sistemática da saída e calor da célula.
Experimentos Modelos
A tabela III-4 relaciona os resultados de uma variedade de experimentos modelos; medições com eletrodos de paládio em água leve, com eletrodo de platina em água leve e pesada, e medições com eletrodos de paládio de 0,8 cm de diâmetro em água pesada. Pode-se observar que a maioria desses experimentos resulta em pequenos valores negativos para a entalpia em excesso. Esses valores negativos são empregados para sistemas que dão um equilíbrio térmico de acordo com a reação eletrolítica (i) ou a reação correspondente para água leve, uma vez que tanto o método de cálculo quanto o desprezo da saída de entalpia da célula devida à evaporação acarretaram uma sub-estimativa dos fluxos de calor das células.

Tabela III-4 - Resultados para experimentos modelos era bastonetes de platina e paládio ccmo uma função da densidade de corrente, do tempo transcorrido desde o início do
experimento, e da composição do eletrólito.



Eletrodo de paládio3
0,1 2 W 32 11,32 3,605 0,212 -0,001 •0,009 -0,0097 ±0 0002

0,1 2 Vf 64 0,92 3,873 0,479 -0,001 -0,014 -0,0165 ±o;ooos
2 Vf 128 3,04 5,186 1,482 -0,001 -0,001 -0,001 ±0,001
2 w 256 3,96 8,894 5,?31 -0,001 -0,007 -0,008 ±0,006
2 Vf 512 5,40 11,29 15,70 -0,001 -0,008 -0,01 ±0,02
Ό 0.8 3,00 2,604 1,458 -0,001 -0,000 -0,000 ±0,001
1 2) 8 1,22 3,365 0,365 -0,001 -0,000 -0,000 ±0,003

0,8 2 D 8 1,31 3,527 0,397 -0,003 -0,000 •0,00L ±0,004

Eletrodo de paládio3
0,1 0 64 1,02 3,800 0,432 0,000 0,000 -0,0007 ±0.0004

0,1 D 64 2,06 4,138 0,520 -0,001 -0,008 -0,0094 ±0,0005

0,1 Ό 256 1,28 6,218 3,742 -0,001 -0,028 -0,032 ±0,004

0,1 W 64 3,01 4,602 0,624 -0,002 -0,023 -0,0232 ±0,0006

0,1 Vf 64 3,35 4,821 0,668 -0,003 -0,030 -0,0392 ±0,0006

0,1 W 512 10,25 12,02 16,86 -0,001 -0,007 -0,01 ±0,02

(a) Todos os comprimentos de bastonete = 10 cr».
(b) Eletrodo em folha de paládio de 8 x 8 x 0,1 cm.
(c) ΐ> : LiOD Ο,ΙΜ"! : LiOH 0,1£ Todas as medições em D20 foram feitas na mesma batelada que foi usada nos experimentos na Tabela 3.

* t
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Dependência dos Fenómenos no Tempo: "Surtos em Entalpia"
As figuras III-5A e B são exemplos das curvas temperatura-tempo e potencial-tempo associadas nos experimentos gue revelaram aumentos marcantes nas saídas de calor, enquanto que as figuras III-6A e B indicam os índices derivados da liberação de entalpia em excesso específica. As figuras III-7A e B indicam a dependência das entalpias em excesso específicas totais no tempo para as seçÕes correspondentes de dados experimentais. Orna série de importantes conclusões sucede essas dependências no tempo: em primeiro lugar, os índices de geração de entalpia em excesso aumentam lentamente com o passar do tempo; em segundo lugar, os surtos na produção de entalpia em excesso são superpostos sobre a geração de entalpia de aumento lento ou estado estável, e esses surtos ocorrem em momentos imprevisíveis e são de duração imprevisível; subsequente a esses surtos, a produção de entalpia em excesso retorna a um valor na linha base que pode ser maior do que aquele imediatamente antes do início do surto; em terceiro lugar, foi verificado que as células são normalmente levadas até o ponto de ebulição, por exemplo, vide a figura III-8. O índice de produção de entalpia deve ficar extremamente grande sob essas condições, uma vez que o modo dominante de transerência de calor é agora o calor latente de evaporação. Entretanto, não é possível nesse estágio fazer uma estimativa quantitativa da saída de calor, uma vez que as células e a instrumentação não são adequadas para se fazer estimativas ··■ ■ · · · *
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- 88 - sob essas condições. Também deve-se observar que, embora o potencial da célula aumente inicialmente (em comum com a situação para os surtos), normalmente há uma mudança para um aumento do potencial com o passar do tempo quando as células são levadas até o ponto de ebulição provavelmente devido à perda de eletrolito na névoa que sai das células.
A obtenção de ebulição pode ser devida a um surto na produção de entalpia ou a um aumento na saída da linha base. Devido a uma política de descontinuidade do experimentos (ou, pelo menos, de redução da densidade de corrente) quando o ponto de ebulição é atingido ter sido adotada, isso ainda não pode ser distinguido. Os motivos para isso são os seguintes: a dissolução de D em Pd é exotérmica sob essas condições; aumentos rápidos na tempe-ratura devem portanto ser acompanhados por um aumento marcante do potencial químico (fugacidade) de D+ dissolvido, uma vez que o equilíbrio químico não pode ser estabelecido pelos processos de relaxamento de difusão relativamente lentos. Essas condições devem ser evitadas no estágio atual de pesquisa, uma vez que podem acarretar liberações de energia incontroláveis. É chamada a atenção para o fato que aumentos rápidos na temperatura são acompanhados por aumentos marcantes no índice de geração de trítio. Outros aspectos do fenómeno de surtos estão abordados na Seção Discussão a seguir.
Discussão
Os resultados para a geração de entalpia em excesso, na tabela III-3, revelam que valores muito preci- - 89 - ···· ··

sos dos fluxos de calor podem ser obtidos por meio de uma simples técnica calorimétrica adotada. O motivo para essa alta precisão é a redundância bem ampla do conjunto de dados gue consiste em mais ou menos 1000 medições de uma curva de temperatura de célula altamente estruturada-tempo gue é usada para determinar quatro parâmetros do modelo de "caixa preta"; o quinto parâmetro é determinado separadamente da curva de voltagem da célula medida tempo. Essa afirmação sobre a precisão se aplica aos erros randômicos, mas é enfatizado novamente gue o método de cálculo acarreta uma sub-estimativa sistemática que, no entanto, pode ser corrigida de imediato.
Essas afirmações sobre a precisão são originadas nos experimentos modelos, à tabela III-4, que revelam que a técnica calorimétrica adotada propicia equilíbrios térmicos satisfatórios para eletrólise de acordo com a reação (i) ou para
2H20 ?2H20 + 02 (iv)
para uma ampla faixa, de condições e sistemas. Os expe-rimentos nos eletrodos de paládio de 0,8 cm de diâmetro em D20 são considerados como os modelos mais signif cativos. Em comum com numerosas outras pesquisas, portanto também foram realizados experimentos no sistema de Fd/D que resultaram em excesso de entalpia nulo. A geração de entalpia em excesso em eletrodos de 0,8 cm de diâmetro foi obtida agora utilizando-se uma batelada obtida recentemente de material de eletrodo. A geração de entalpia em excesso marcante para experimentos tais como ■·*· ··
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90 - aqueles relacionados na tabela III-3 deve ser observada à luz desses experimentos modelos. A geração de entalpia em excesso específica pode atingir índices tão elevados quanto 100 watts/cm^; esse é um fator de aproximadamente cinco (5) vezes maior do que o mais alto valor registrado anteriormente ^1^ e é comparável ao mais alto valor obtido em uma pesquisa recente empregando calorimetria (10) de Seebeck. Os valores da entalpia em excesso relacionados na tabela III-3 também são amplamente alinhados com os resultados contidos em uma série de outros registros (por exemplo, vide para condições experimentais comparáveis.
Deve-se observar que os presentes dados sustentam o ponto de vista que a geração de entalpia de "estado estável" é devida a um processo ou a processos no conjunto de eletrodos, embora essa afirmação não pareça ser tão clara quanto aquela feita com base nos resultados contidos na publicação preliminar dos autores da invenção(^). Os dados aquiapresentados revelam mais detalhadamente que os índices de produção de entalpia em excesso aumentam marcadamente com a densidade de corrente, figura 11-9» (o índice de aumento é de pelo menos da ordem de I2), de tal modo que o processo tem a aparência de um fenómeno de limite. São necessários experimentos de maior precisão a baixas densidades de corrente, para decidir se é esse o caso e, caso o seja, qual deve ser a densidade de corrente ou potencial limite. Às mais elevadas densidades de corrente/ não há uma diferença ·■·· ·· «··· ·■ • ■
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- 91 - sistemática discernível entre os dados para as diferentes bateladas de eletrodos e eletrólitos empregados nesses experimentos. A difusão dos resultados é relativamente pequena a essas elevadas densidades de corrente, mas essa difusão fica mais ampla a densidades de corrente baixas a intermediárias. Poderia muito bem ser que essa difusão fosse devida a diferenças no material do eletrodo e/ou nas condições da solução, mas também poderia ser que a fugacidade dos dêuterons na matriz estrutural fosse mais sensível para as condições superficiais precisas para medições a densidades de corrente baixas a intermediárias. A ausência de geração de entalpia em excesso para eletrodos de 0,8 cm de diâmetro extraídos da Batelada 1 certamente aponta para a importância da história metalúrgica dos espécies na determinação de Qf . Observa-se que a maior parte das pesquisas registradas até o presente empregou densidades de corrente relativamente baixas e que isso .pode muito bem ser a causa da variabilidade dos resultados. Além disso, as técnicas calorimétricas e os métodos de avaliação de dados adotados em muitas dessas pesquisas não permitem a medição precisa de baixos valores da entalpia em excesso.
As afirmações quanto às magnitudes do excesso total são claramente arbitrárias, uma vez que estas dependem da duração de" qualquer experimento particular: medições dando excessos de*" 50 MJ/cm3 foram feitas agora. As entalpias em excesso específicas totais nos surtos de entalpia são talvez quantidades melhor definidas a esse m

- 92 - respeito. As figuras- III-6B, III-7B e III-8B fornecem os dados para o mais alto surto observado até o presente, e é interessante que as entalpias totais nos surtos também fiquem bem acima dos valores que podem ser atribuídos a quaisquer reações químicas. Além disso, para esses surtos,os índices de produção de entalpia são de até 17 vezes (níveis de platô) e 40 vezes (valores máximos) das entradas de entalpias totais para as células. Conforme assinalado anteriormente ^1' , o uso de sistemas eficazes em energia permite a construção de sistemas geradores de calor eficazes mesmo que a geração de entalpia em excesso fique restringida aos valores de linha base da tabela Iir-3.
Referências na Literatura Para a Seção III (Ora incorpo-radas a título de referência)
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