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1. DE000069510056 - ENERGIEERZEUGUNG UND ERZEUGER DURCH OBERWELLENFREIE STIMULIERTE FUSION

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[ DE ]

Beschreibung

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf den Bereich der Energieerzeugung mittels Kernfusion und genauer ausgedrückt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Energieerzeugung durch von Oberwellen freie, stimulierte Fusion von Wasserstoffisotopen, die von einem Kristallgitter absorbiert sind.
Darüberhinaus bezieht sich die Erfindung auf einen Energieerzeuger für die Durchführung des Verfahrens.
Beschreibung des Standes der Technik
Das Problem der Energiebereitstellung hat Industrie und Forschungslaboratorien dazu veranlaßt, mehr und mehr neue Energiequellen zu untersuchen. Eine besonders interessante Energiequelle ist die Kernfusion.
Während der Studien über die Kernenergie hat ein Anmelder am Ende eine "Vorrichtung zum Starten und Regeln des Verfahrens der Energieerzeugung mittels Erregung von Schwingungen des Kristallgitters aus einam Deuterium enthaltenden Material" realisiert, wie es in der italienischen Patentanmeldung No. SI/- 92/A/000002 beschrieben ist.
Das Verfahren, auf dem die Arbeitsweise der genannten Vorrichtung basiert, schließt einen Verfahrensschritt ein, mit dem eine Elektrode aus einem Metall hergerichtet wird, das entweder ein einzelnes Metall oder eine Legierung mit mehreren Komponenten ist, darunter Deuterium und das eine genaue kristalline Struktur hat, beispielsweise isometrisch. Der Verfahrensschritt der Herstellung der Elektrode schließt einen Arbeitsgang zum Entgasen der Elektrode ein, um die kristalline Struktur zu reinigen. Daran anschließend wird eine bestimmte Menge Deuterium (D) bei voreingestellter Temperatur und voreingestelltem Druck in dem Kristallgitter angelagert. Wiederum daran anschließend wird, wenn das Verhältnis zwischen der Anzahl der Deuteriumatome zu der der Metallatome (D/Me) eine Schwellengrenze von 0.7 überschreitet, eine Fusionsreaktion D+D zwischen den Deuteriumatomen, die in das Kristallgitter integriert worden sind, aktiviert, worauf schließlich eine Störkraft zur Wirkung derart gebracht wird, dass die aufeinanderfolgenden Gitterebenen in Druck-Zug-Schwingungen versetzt werden. Um die thermische Energie abzuführen, die durch die Fusion entsteht, sind entsprechende Systeme vorgesehen.
Bei der Umsetzung der vorbeschriebenen Vorrichtung und des Verfahrens in die Praxis ergeben sich jedoch erhebliche Schwierigkeiten. Zunächst einmal ist beim industriellen Einsatz der Vorrichtung die Verwendung von Deuterium teuer. Dann ist der Startschritt der Reaktion nur schwierig steuer- oder wiederholbar. Tatsächlich ist schließlich die erhaltene Energiemenge verschieden von der, die aufgrund der einer D+ D-Reaktion erwartet wird und sie ist auf alle Fälle trotz gleicher Ausgangsbedingungen für Vorbereitung und Start nicht konstant.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es demzufolge, für die Energieerzeugung ein Verfahren vorzuschlagen, das in der Lage ist, die Fusion von durch Metall absorbierten Wasserstoffisotopen zu bewirken und das auch bei industriellem Betrieb kostensparend durchgeführt werden kann, ebenso wie es einfach aktiviert und beendet werden kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, einen Energieerzeuger aufzuzeigen, mit dem das vorgenannte Verfahren durchgeführt werden kann.
Diese und weitere Ziele sind mit der vorliegenden Erfindung erreichbar, wobei das Erzeugungsverfahren durch den Umstand gekennzeichnet ist, dass es aufweist:
- einen Ladeschritt in einem metallischen Kern aus einer bestimmten Menge von Wasserstoffisotopen H und D, die in das Kristallgitter des Kerns absorbiert sind.
Diese und andere Ziele werden erreicht durch die vorliegende Erfindung, wie sie in kennzeichnenden Teilen des Anspruchs 1 bezeichnet ist.
Der Temperaturschwellenwert, der notwendigerweise in der Erhitzungsstufe überschritten werden muß, ist die Debye-Konstante und ist für zahlreiche der brauchbaren Metalle in der Tabelle I wiedergegeben. Um größere Aussicht zu haben, bei der Reaktion erfolgreich zu sein, muß der Temperaturschwellenwert um zumindest den Wert ΔT überschritten werden, der im Bereich zwischen einigen Grad und einigen zehn Graden liegen muß, je nachdem aus welchem Material der aktive Kern besteht. In jedem Fall kann die Debye-Konstante analytisch ermittelt werden, weil sie gleich h/K*Vcr ist, worin h die Planck-Konstante, K die Boltzmann-Konstante und Vcr eine typische Frequenz eines jeden Materials ist (für weitere Einzelheiten ist auf Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics (Einführung in die Physik der Festkörper) John Willey & Sons, New York, zu verweisen).
Der Typ des Wasserstoffs, der von diesem Körper zu absorbieren ist, ist vorzugsweise natürlicher Wasserstoff oder, mit anderen Worten, ein solcher, dessen Verhältnis zwischen D- und H-Isotopen bei etwa 1/6000 liegt. Es ist jedoch auch möglich, eine Reaktion mit natürlichem Wasserstoff zu erhalten, der von Deuterium ab- oder mit Deuterium angereichert ist, wobei in jedem Fall das Isotopenverhältnis D zu H höher als 1/800 00, vorzugsweise zwischen 1/10000 und 1/1000 liegen muß.
Die neuen Merkmale des Generators sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 25 angegeben.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Weitere kennzeichnenden Merkmale und Vorteile des Verfahrens und des Generators gemäß der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einiger möglicher Ausführungsformen, die beispielhaft, nicht aber beschränkend sein sollen und in der Zeichnung dargestellt sind, in der zeigen:
Fig. 1 einen Mittellängsschnitt einer ersten Ausführungsform des Generators gemäß der Erfindung;
Fig. 2 einen Mittellängsschnitt einer zweiten Ausführungsform des Generators gemäß der Erfindung und
Tabelle 1 die Wiedergabe der Debye-Konstanten für verschiedene Metalle und Legierungen.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Gemäß Fig. 1 weist ein Generator bzw. Erzeuger für das Verfahren gemäß der Erfindung eine Erzeugungskammer 2 auf, durch die ein Rohrbündel 5 aus Kupfer hindurchgeführt ist, das sich zwischen zwei Flanschen 10 erstreckt, die an einem die Kammer 2 außen umschließenden Stützmantel 11 angeschweißt sind. Die Rohre 5 sind durch die Flansche 10 hindurchgeführt und stehen mit dem Teil 3a einer Vorkammer 3 in Verbindung, der den Stützmantel 11 umgibt und außen von einem zylindrischen Mantel 13 umgeben ist, der Einlässe 3b aufweist. Darüberhinaus stehen die Rohre 5 mit einem Sammeldom 4 in Verbindung, der mittels einem Flansch zugeordneten Düsen 14 mit Wärmetauschermitteln und einer Umwälzpumpe in Verbindung steht, wobei Wärmetauschermittel und Umwälzpumpe nicht dargestellt sind.
Die Kammer 2 steht durch Axialkanäle 6, die auf der einen Seite durch den Dom 4, auf der anderen Seite durch die Vorkammer 3 geführt sind, sowie durch an sich bekannte Verbindungsmittel mit einem Gastank und einer Luftpumpe - beide nicht dargestellt - in Verbindung, wobei die Verbindungsmittel außerhalb des Mantels 13 angeordnet sind. Die Kanäle 6 dienen dazu, Wasserstoff oder andere Gase in die Kammer 2 einzuführen.
Auf den Rohren 5 ist eine metallisch aktive Kernschicht 1 von einigen Millimetern Dicke durch Elektroplattieren angeordnet. Um den Stützmantel 11 ist eine elektrische Wicklung 9 herumgeführt, die beispielsweise durch Tauchen von einer Keramikmatrix 9a umgeben ist.
Das aus den Einlässen 3b und dem durch die Kammer 2 hindurchgeführten Rohrbündel 5 kommende Fluid ist in der Teilkammer 3a vorerhitzt und führt die Wärme ab, die im Kern 1 während einer von Oberwellen freien Kernfusionsreaktion der Isotope von Wasserstroff erzeugt wird, deren Beginn später beschrieben werden wird.
Gemäß Fig. 2 enthält eine andere Ausführungsform der Erfindung einen aktiven Kern 1, der die Form einer in die Kammer 2 eingesetzten zylindrischen Stange hat, die in die Kammer 2 innerhalb eines Heizzylinders 20 eingesetzt ist, in den eine elektrische Wicklung 9 eingebettet ist.
Zwischen einem inneren zylindrischen Stützmantel 11 und einem zylindrischen Außenmantel 13 ist eine zylindrische Kammer 15 ausgebildet, durch die ein thermisches Trägerfluid hindurchgeführt wird, das durch den Einlaß 22 in die Kammer 15 gelangt und durch den Auslaß 23 die Kammer 15 verlässt, wobei es über die Außenfläche des Stützmantels 11 in axialer Richtung hinweggeführt wird. Das in der Kammer 2 vorhandene Gas wird durch eine Kammer 24 eingeführt, die mit einem Gastank und einer Luftpumpe mittels bekannter Verbindungsmittel in Verbindung steht, wobei weder der Gastank, noch die Luftpumpe, noch die Verbindungsmittel dargestellt sind. Der Kern 1 steht in Kontakt mit einer Elektrode 25, die in der Lage ist, auf den Kern einen piezoelektrischen Impuls zu übertragen, um die von Oberwellen freie Fusionsreaktion der Wasserstoffisotope zu bewirken, wie es nachfolgend beschrieben wird.
In beiden Generatoren gemäß Fig. 1 und Fig. 2 haben die Wicklungen 9 eine Mehrfachfunktion, indem sie ein magnetisches Feld erzeugen, wie es für die Absorption des Wasserstoffs durch den jeweiligen Kern notwendig ist und auch die Funktion haben, die Kammer für das thermische Trägerfluid zu heizen sowie noch die weitere Funktion, die Reaktion in Gang zu setzen, beispielsweise mittels eines elektrischen Impulses mit magnetostriktivem Effekt.
Der Kern 1 ist bei der ersten gezeigten Ausführungsform (Fig. 1) eine Metallschicht, beispielsweise eine Mehrfachschicht mit aufeinanderfolgenden Nickel- und Chromschichten, während im zweiten Fall (Fig. 2) der Kern eine zylindrische Metallstange, beispielsweise aus Chrom- Nickel - Stahl ist. Der Kern 1 hat vorzugsweise eine homogene Oberfläche ohne jegliche Kerben oder sonstige Defekte, soweit das möglich ist. In dem Kristallgitter des Kerns wird durch eine der bekannten Techniken natürlicher Wasserstoff zur Absorption gebracht, dessen Verhältnis D-Isotope zu H-Isotopen etwa 1/6000 beträgt. Der Prozentsatz von Deuterium D im Hinblick auf Wasserstoff 14 kann auch höher als angegeben sein, selbst wenn bei einem D/H-Verhältnis größer als 1/1000 sich kein ökonomischer Vorteil bei der Ausbildung der Reaktion ergeben sollte, was auf die der zeitigen Preise von Deuterium ebenso wie auf die Schwierigkeit der Unterbrechung der Reaktion durch normales Abstellen zurückzuführen ist, wie es später noch zu beschreiben sein wird.
1) Ladeschritt
Unter den bekannten Techniken für die Beladung eines aktiven Kerns mit Wasserstoff derart, dass die Wasserstoffisotope vom Kristallgitter chemisch absorbiert werden, sind die folgenden:
- elektrolytische Absorption;
- Eintauchen des Kerns in ein gasförmiges Umgebungsmedium, das Wasserstoff bei voreingestellter Temperatur und ebenso voreingestelltem Druck enthält;
- Eintauchen des Kerns in Lösungen aus HCL, HNO 3, H 2SO 4;
- Eintauchen des Kerns in galvanische Bäder, die beispielsweise NH 3 enthalten, wenn das den Kern bildende Metall auf einem Träger angeordnet ist, der seinerseits aus einem Material wie Cu oder Keramik besteht;
Einige der Materialien benötigen die Anwendung eines magnetischen Feldes, dessen Intensität größer sein muß als das Feld der Sättigung, generell größer als 0,1 Tesla. In den beiden Fällen des oben beschriebenen Generators wird das magnetische Feld mit der Wicklung 9 erzielt.
Der absolute Druck des Wasserstoffs in der Erzeugungskammer muß auf Werten vorzugsweise zwischen 1 und 1000 Millibar gehalten werden, in jedem Fall unter 4 bar; jenseits dieses Wertes findet keine Absorption mehr statt, es sei denn bei extrem hohem Druck (> 50 bar).
Die chemische Absorption der Wasserstoffisotope durch das Metall des Kerns vernlaßt Dissoziation der H 2- und D 2- Moleküle und die Entstehung covalenter Bindungen (Hybride) zwischen den H- und D-Atomen mit dem Metall innerhalb der kristallinen Struktur des Kerns. Die elektrostatische Abstoßung zwischen den Wasserstoffatomen wird durch den Überschuß der negativen Ladung abgeschirmt, der durch die freien Elektronen des Metalls bewirkt wird. Demzufolge erlaubt es der Rückgang der elektrostatischen Abstoßung infolge dieser Bindungen den gebundenen Atomen, sich einander anzunähern mehr, als es normalerweise möglich ist, wenn freie Atome den gleichen Bedingungen unterliegen.
Wenn die Verdrängung der H- und D-Isotope in dem obengenannten Verhältnis bezüglich des Metalls in ausreichendem Maße erfolgt ist, beispielsweise bei einem numerischen Verhältnis von Wasserstoffisotopen zu Metallatomen über 0,3, kann eine starke Netzschwingung, wenn sie sich ausbildet, eine Annäherung beider Systeme Me + H und D + Me aneinander bewirken, sodass die Atome H und D zu einem Abstand voneinander kommen, der kleiner ist als der, bei dem die Nuklearkräfte ins Spiel kommen.
2) Heizschritt
Gemäß der Erfindung ist es nur dann möglich, die Fusionsreaktion erfolgreich beginnen zu lassen, wenn die Temperatur des aktiven Kerns 1 auf einen Wert über der Debye-Konstanten für das Kernmaterial angehoben worden ist, wobei diese Werte für viele Metalle in der Tabelle 1 aufgelistet sind. In der Tat kann nur bei Überschreiten dieser Temperatur das Kristallgitter, in das Wasserstoff absorbiert ist, zu einer größeren Zahl unharmonischer Schwingungen veranlaßt werden als es der Zahl der harmonischen Schwingungen mit nachfolgender erhöhter Wahrscheinlichkeit entspricht, sodass sich die Schwingungswellenvektoren addieren, wenn der Wert der Debye-Konstanten überschritten wird. Es ist jedoch nötig, um die Reaktion erfolgreich zu aktivieren, die Debye-Konstante um einige Grad bis zu mehreren Zehnergraden abhängig von dem für den Kern verwendeten Material, zu überschreiten, bis die statische Häufigkeit der unharmonischen Schwingungen die der harmonischen Schwingungen ausreichend überwiegt.
Die Aufheizung kann mittels jedes bekannten Systems erfolgen, beispielsweise durch thermoelektrisches Heizen, Oxidation von Brennstoffen oder durch andere exoenergetische chemische Reaktionen, Rekombination von Ionen in polyatome Moleküle, Laserimpulse oder Tauchen in ein heißes Fluid.
3) Erregungsschritt
An den Punkten des Kerns, an denen Wasserstoff absorbiert wurde oder, in anderen Worten, in der Nähe der Außenfläche des Kerns, kann eine Zug- Druck-Schwingung des Gitters erfolgreich zwei Wasserstoffisotope bzw. Wasserstoff H und Deuterium D veranlassen, sich mehr einander anzunähern, als es der kritischen Distanz entspricht, bei der, wie oben beschrieben, die Nuklearkräfte ins Spiel gebracht werden.
Gemäß der Erfindung ist es möglich, unter den oben beschriebenen Bedingungen, und nur unter diesen Bedingungen, die oben beschriebene lokalisierte Kernreaktion zu aktivieren, um im aktiven Kern eine Spannung auszubilden, die in der Lage ist, die zusammenhängende Addition einer großen Anzahl von Wellenvektoren zu bewirken, um so lokal einen gigantischen Schwingungsimpuls zu erhalten, der in der Lage ist, das Kristallgitter ausreichend dort anzuregen, wo Wasserstoffatome absorbiert sind. Lokale Volumenveränderungen infolge Vergrößerung der aktiven Kernoberfläche wurden gemessen, die zwanzigmal größer sind als die, die im nicht aktiven Teil des Kerns gemessen wurden.
Jede H-D-Fusion erzeugt ³He, sodass 5,5 MeV freigesetzt wer den, was genügend Energie ist, um den Bereich zu verdampfen, der den Punkt umgibt, in dem die Reaktion erfolgt ist. In diesem Fall würde die vollständige H+D-Reaktion H+D = ³He+ γ von 5,5MeV sein. In diesem Fall werden jedoch keine γ-Photonen oder andere Partikel vom Kern freigesetzt, weil die Dauer kovalenter Wasserstoff- Metall-Bindungen im Bereich von 10 min¹ 5 bis 10 min¹ 6 Sekunden liegt, während die Nuklearreaktionszeit im Bereich von 10 min¹ 8 bis 10 min²¹ Sekunden liegt. Deshalb kann die durch die Fusion freigesetzte Energie durch das Gitter verschwinden ohne Emission von Partikeln oder γ-Photonen (Vergl. Max Born, Atomphysik (Atomic Physics), erschienen bei Blacky and Son, Glasgow; A. F. Davydov, Teoria del nucleo atomico, erschienen bei Zanichelli, Bologna; G. K. Werthaim, Mössbauer effekt).
Mehr im einzelnen ist nach Überschreiten der Debye-Konstanten die Wahrscheinlichkeit größer, dass die H + D-Reaktion aktiviert ist, wenn die anharmonischen Terms der interatomaren Veränderung bedeutsam wird, was nur dann geschehen kann, wenn die Temperatur ausreichend höher als die Debye-Konstante ist, wobei die maßgebende Temperatur materialabhängig ist. Unter diesen Bedingungen, auf die Herstellung einer ausreichend starken Anregung mittels einer externen Aktion folgend, wird die Masse der das Kristallgitter kreuzenden Schwingungsenergie, statt in ungeordneter Weise zu oszillieren, im kohärenten Zusammenwirken mit den nachfolgend hinzukommenden Wellenvektoren tangential zur Oberfläche des aktiven Kerns zusammenwirken und mit nachfolgender Bildung verstärkter Energiespitzen an ausgewählten Punkten (Örtlichkeiten). Die Wellenzüge, die auf dem aktiven Material des Kerns verlaufen, bilden nicht nur örtliche Fusionen, sondern auch ein kohärentes multimodales System stationärer Schwingungen innerhalb von Teilen des aktiven Materials des Kerns, wodurch ein negativer Wechsel der Entropie verursacht wird, was vom Generator gemäß der Erfindung genutzt werden kann.
Anschließend fährt die stationäre Welle fort, sich mittels des Pumpeffektes selbst zu erhalten, den die H+D-Reaktionen erzeugen. In der Tat ist die Änderung der Konfiguration des Gitters infolge lokaler Verdampfungen infolge der individuellen H+D-Fusionen in deren Verlagerung bezüglich der genannten Örtlichkeiten Anlaß dafür, dass sich die Wellenvektoren erneut in anderen Örtlichkeiten aufaddieren, zwar nahe den ursprünglichen Örtlichkeiten, aber eben dort, wo das Gitter noch intakt ist und weitere H+D-Reaktionen aktivieren. Mit der Wiederholung der Fusionen kommt der Kern in den Zustand, eine Oberfläche zu haben, die eine Mehrzahl im wesentlichen gleichbeabstandeter Vertiefungen, getrennt voneinander durch Verläufe noch intakter Gitterteile, hat und die Masse des aktiven Kerns wird zunehmend kleiner infolge der aufeinanderfolgenden lokalen Verdampfungen.
Einen weiteren bemerkenswerten Beitrag zur Aufrechterhaltung der stationären Welle liefert das Zusammenwirken der Elektronen mit dem Gitter, insbesondere in Gegenwart eines variablen elektromagnetischen Feldes. In der Tat schließt jeder Übergang von einem Fermi-Zustand in einen anderen die Emission eines Partikels vorgegebener Frequenz und Wellenvektors ein (Vergl. Charles Kittel, Introduction to Solid State Physics (Einführung in die Feststoffphysik), John Willey & Sons, New York).
Der Erregungsschritt kann mittels verschiedener bekannter Impulsarten bewirkt werden, sofern nur die Anlaufzeit kürzer als 10 min¹ Sekunden ist.
In Fällen, in denen der aktive Kern aus reinen Metallen besteht oder deren Verbindungen mit anderen Elementen oder Substanzen, Stählen, rostfreien Stählen, Legierungen oder Metallsystemen aus einer einzigen Schicht oder mehreren Schichten, kann der Erregungsschritt nach einem der nachfolgenden Verfah ren ausgeführt werden.
- das Thermoschockverfahren wird erhalten durch Druckgradienten: polyatomares Gas wie H 2, D 2, HD, HT, C 2H 4, NH 3, N 2, O 2 etc. und es wird eingesetzt in der Erzeugungskammer mit negativer Enthalpiedifferenz physikalischer Absorption (ΔH) und einem entsprechenden Druckgradienten zwischen 1 Millibar und 4 bar. Wie es bereits bekannt ist, erzeugt das eingeführte Gas schlagartig eine thermische Spannung auf der Oberfläche des aktiven Kerns, was auf eine transitorische Dissoziation der Gasmoleküle zurückzuführen ist, und weiter plötzliche exoenergetische Reaktion mit erneuter Molekülbildung bei katalytischer Beeinflussung durch die Kernoberfläche selbst. Ein damit einhergehender thermischer Schock bewirkt die Bildung von Wellenfolgen der Reaktion und rasche Erregung für das Verfahren der Energieerzeugung durch nukleare Fusion zwischen H und D, wie es oben beschrieben wurde. Die Ausführungsform gemäß Fig. 1 ist in dieser Art der Erregung exakt ausgelegt, wobei die Polyatomgaseinführung durch die in Fig. 1 dargestellten Kanäle 6 erfolgt. Während der Reaktion wird mittels des durch die Wicklung 9 auf der ganzen Länge des Kerns 1 fließenden Stroms ein konstantes Magnetfeld zwischen 0,2 und 1,5 Tesla aufrechterhalten.
- Verfahren unter Einsatz mechanischer Impulse: Ein mechanischer Torsions-, Zug-, oder Druckimpuls wird zur Wirkung auf die Enden des aktiven Kerns mit einer Intensität und einer Einwirkungszeit von beispielsweise 10 min¹ Sekunden zur Einwirkung gebracht, wodurch eine strukturelle Deformation ausgelöst wird, die den Fusionsprozeß aktiviert.
- Verfahren unter Einsatz elektrischer Striktion: Ein elektrischer Stromstoß mit angemessenen Spitzenwerten und von angemessener Dauer wird zur Wirkung auf die Enden des ak tiven Kerns gebracht, wobei die Einwirkungszeit beispielsweise 30 Nanosekunden und die Stromstärke beispielsweise 1000 Ampere betragen können. Es ergibt sich eine strukturelle Deformation, die den Fusionsprozeß aktiviert. Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist auch für diese Art der Erregung ausgelegt, wodurch die alternierenden Spannungsimpulse mittels einer Elektrode 25 gebildet werden, die mit dem aktiven Kern 1 verbunden ist und mittels Kabeln 8 gespeist wird.
- Optoelektronisches Verfahren: Ein Hochenergie-Laserstrahlimpuls von beispielsweise 1 MW wird auf den Kern gerichtet und löst eine Schockwelle sowie eine Temperaturspannung aus, wodurch wiederum eine plötzliche strukturelle Deformation erfolgt, die den Fusionsprozeß aktiviert.
- Radiofrequenz-Verfahren: Ein Impuls von Radiofrequenz wird dem aktiven Kern vermittelt, wobei die Frequenz entweder der Resonanzfrequenz des Spin der Wasserstoffisotope oder der Plasmafrequenz der freien Elektronen des Kristallgitters entspricht.
- Ultraschall-Vibrations-Verfahren: Der aktive Kern befindet sich in einer Resonanzkammer. Ein Energieimpuls durch Ultraschallschwingungen wird dem aktiven Kern zugeführt mit einer Intensität und Dauer (beispielsweise 10 min¹ Sekunden), die ausreichen, die Reaktion der Fusion zu bewirken.
In Fällen, in denen das den aktiven Kern bildende Material von der Art ist, wie es ein Kristall darstelltellt, wobei ein piezoelektrischer Effekt zur Einwirkung gebracht wird, kann der Erregungsschritt mit einem Verfahren aktiviert werden, das einen inversen piezoelektrischen Effekt einschließt, wobei auf den Enden des Metallkerns alternierende Spannungsimpulse mit einer Frequenz zur Wirkung gebracht werden, die gleich ist der der mechanischen Resonanz des Kerns mit Spitzenwerten (beispielsweise über 5 kV), die ausreichend sind, eine Strukturdeformation zu bewirken, die dann wieder den Fusionsprozeß bewirkt. Die Ausführungsform gemäß Fig. 2 ist auch für diese Art der Erregung geeignet, wobei die Wechselspannungsimpulse mittels der Elektrode 25 erzeugt werden, die mit dem aktiven Kern 1 verbunden ist und mittels Kabeln 8 gespeist wird.
Falls schließlich das den aktiven Kern bildende Material ferromagnetisches Material ist, so kann der Erregungsschritt mittels eines magnetostritiven Verfahrens ausgeführt werden, das darin besteht, dass entlang dem Metallkern ein magnetisches Feld erzeugt wird mit Spitzenwerten über der magnetischen Sättigung und einer Einwirkungszeit unter 10 min¹ Sekunden. Diese Art, die Erregung zu bewirken, kann sowohl mit einem Generator gemäß Fig. 1, als auch einem solchen gemäß Fig. 2 durchgeführt werden, indem mittels der Wicklung 9 elektromagnetische Impulse aufgebracht werden.
4) Wärmeaustauschschritt
Auf die Erregung folgend wird die Reaktion unter stationären Bedingungen aufrechterhalten, indem der Wärmetausch mittels eines thermischen Trägerfluids durchgeführt wird, das dazu veranlaßt wird, gemäß Fig. 1 in dem die Erzeugungskammer durchquerenden Rohrbündel 5 zu zirkulieren oder gemäß Fig. 2 durch die Ummantelung 15. Die abgeführte Wärmemenge muß nur ausreichen, um die Temperatur des aktiven Kerns unter die Debye-Konstante fallen zu lassen, in welchem Fall ein langsames Abschalten der Reaktion erfolgen würde.
Was die zu erhaltende thermische Energie anlangt, so spielen die Abmessung und die Form des aktiven Kerns eine wesentliche Rolle. Der aktive Kern kann die Form einer Stange haben, eines Laminates, separater und/oder ineinander verschlungener Dräh te, eines freien oder gepreßten Puders, wobei dem Puder ein Bindemittel zugeordnet oder auf ein solches Bindemittel verzichtet sein kann. Es kann beispielsweise in der Erzeugungskammer 2 gemäß der Fig. 1 der aktive Kern zusammengesetzt sein, eher als dass ein Metall auf Rohren 5 abgelagert ist, oder als dass eine Mehrzahl von Stangen von mehreren Punkten in der Kammer selbst gestützt ist. Alternativ zu diesen Möglichkeiten kann die Kammer 2 mit Metallpulver gefüllt sein.
Es versteht sich, dass die Temperatur des Kerns 1, in dem die Reaktion stattfindet, unterhalb dem Wert gehalten werden muß, bei dem der Übergang erfolgt, oberhalb dem Wert, bei dem das Gitter seine kristalline Struktur verliert und in einen amorphen Zustand übergeht, der mit dem glasartigen Zustand vergleichbar ist, was bei Temperaturen unterhalb der Schmelztemperatur jedes Metalls geschieht. Unter diesen Bedingungen würde in der Tat der Kern völlig anders auf die Schwingungen reagieren, als es der Fall ist, wenn das Kerngefüge kristallin ist, weil die bevorzugte Richtung, in der sich die Wellenvektoren addieren, verloren ginge und demnach absolut keine Möglichkeit bestünde, die oben beschriebenen Reaktionen zu erhalten.
Es ist auch notwendig, dass sich die stetige Arbeitstemperatur, auf die der Kern gebracht werden muß, nicht besonderen kritischen Temperaturen annähert, die für jedes Metall bekannt sind und experimentell erstellten Absorptionsdiagrammen entnommen werden können und bei denen das Phänomen progressiver Austreibung von Wasserstoff aus dem Gitter eintritt.
5) Stillsetzungsschritt
Die Reaktion kann dadurch unterbrochen werden, dass das zusammenhängende multimediale System der stationären Schwingungen unterbrochen wird, indem einfach eine weitere Vibrationsbean spruchung erzeugt wird, die das System durch eine positive lokale Erzeugung von Entropie in Unordnung bringt.
Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass in der Erzeugungskamer ein nahezu vollkommenes Vakuum erzeugt wird (absoluter Druck unter 0,1 Millibar) und ein Gasstrahl mit positivem Δ H der Dissoziation, beispielsweise H 2 in die Kammer eingeführt wird. Wegen des Auftreffens auf die aktive Oberfläche dissoziieren die Moleküle und es ergibt sich ein rapider Abfall der Gitterenergie mit der Folge negativer Temperaturbeanspruchung. Der plötzliche Temperaturabfall bewirkt die Desorganisation der aktiven Örtlichkeiten und die Stillsetzung der Nuklearreaktion der Wasserstoffisotope.
Alternativ hierzu kann es selbst bei unverändertem Gasdruck innerhalb der Erzeugungskammer ausreichen, die Temperatur durch Kühlung des aktiven Kerns zu verändern bis zu dem Punkt, in dem die Temperatur des Kerns selbst unter der Debye-Konstanten liegt. Die entsprechende Temperaturabführung kann beispielsweise in der Weise ausgeführt werden, dass in dem die Erzeugungskammer kreuzenden Rohrbündel ein Fluid mit einer Temperatur zum Zirkulieren gebracht wird, die deutlich unter der Debye-Konstanten liegt.
Um eine noch mehr ins einzelne gehende Beschreibung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung zu geben, werden nachfolgend verschiedene praktische Beispiele erläutert, wobei die vorgenannten Schritte angewendet werden und wobei ein metallisch aktiver Kern zugrundegelegt wird, in dessen Kristallgitter eine bestimmte Menge natürlichen Sauerstoffs absorbiert ist.
Beispiel 1
Natürlicher Wasserstoff (D/H = 1/6000) wurde zur Absorption durch eine Stange gebracht, die 90 mm Lang war, einen Durchmesser von 5 mm hatte und aus Metall (Clunil) bestand, das von isometrischen Kristallen aus Nickel- und Chromatomen in gleicher Anzahl und in abwechselnder Anordnung bestand, nachdem H 2 bei einem Druck von 500 mbar und einer Temperatur von 220ºC eingeführt worden war bei gleichzeitigem Eintauchen in ein magnetisches Feld von 1 Tesla, das mittels einer Wicklung 9 um den Kern selbst aufgebaut worden war. Der verwendete Erzeuger (Generator) war entsprechend der Darstellung in Fig. 1, wobei der Rohrsatz 5 noch nicht mit einer metallischen Schicht versehen worden war.
Die Kammer, in der die Stange angeordnet worden war, wurde danach auf eine Temperatur 20ºC über der Debye-Konstanten gebracht, die für Clunil 192ºC ist.
Die Erregung erfolgte thermoelektrisch mittels thermischer Impulse (Thermoschock unter Verwendung eines die Wicklung 9 passierenden Stromimpulses) mit einem während der gesamten Zeit in das vorgenannte magnetische Feld eingesetzten Kerns und eingetaucht in natürlichen Wasserstoff bei einem Druck von 500 Millibar. Genauer gesagt wurde die Erregung mit einer Impulsintensität von 1000 A und einer Einwirkungszeit von 30 Nanosekunden erhalten.
Im Verlauf der Reaktion wurde während 58 Tagen je Tag eine Nettodurchschnittswärme von 1,29 MJ abgeführt, worauf die Reaktion beendet wurde, indem die Einwirkung des H 2 beendet wurde, nachdem zeitweise ein Vakuum (0,1 mbar) hergestellt worden war.
Während der Beendigung der Reaktion wurde beobachtet, dass während des Verlaufs des Vorganges, radioaktive Isotope feststellbar waren, was gemäß Annahme auf das Zusammenstoßen benachbarter H-, D bzw. ³He-Kerne zurückzuführen war, die durch die Energie von γ-Photonen (5,5MeV) beschleunigt worden waren, wobei die Photone duch die letzte Reaktion H+D gebildet worden waren und nicht zur Aktivierung weiterer Reaktionen an das Gitter abgegeben worden waren.
Beispiel 2
Natürlicher Wasserstoff (D/H = 1/6000) wurde veranlaßt, von einer Nickelstange absorbiert zu werden, deren Länge 200 mm und deren Durchmesser 3 mm betrugen. Die Absorption erfolgte durch Eintauchen in ein gasförmiges Umgebungsmittel bei einer kritischen Temperatur von 198ºC und zeitweiliger Zuordnung eines magnetischen Feldes von 1 Tesla, das mittels einer Spule 9 erzeugt wurde, die um den Kern herumgewickelt war. Der verwendete Erzeuger entsprach dem in Fig. 2 dargestellten.
Die Kammer, in der die Stange untergebracht war, wurde dann auf eine Temperatur von 20ºC über der Debye-Konstanten gebracht, die für Nickel 167ºC ist.
Die Erregung wurde mit dem elektrischen Striktionsverfahren oder, mit anderen Worten, dadurch bewirkt, dass dem Kern eine Elektrode zugeordnet wurde, durch die einen Impuls piezoelektrischer Natur an den Kern übertragen wurde. Im einzelnen wurde die Erregung mit einem Impuls von zumindest 10 kV und einer Einwirkungszeit von 0,1 Sekunden bewirkt.
Während der Reaktion wurde eine Nettogesamtdurchschnittshitze von 4,74 MJ je Tag während der Dauer von 31 Tagen abgeführt, wonach die Reaktion durch langsames Abschalten beendet wurde.
Beispiel 3
Natürlicher Wasserstoff (D/H = etwa 1/6000) wurde veranlaßt, durch eine Stange absorbiert zu werden, deren Länge 90 mm und deren Durchmesser 5 mm betrugen und die aus Stahl AISI 316 bestand und zum Entspannen auf eine Temperatur von etwa 400ºC gebracht worden war. Die Absorption erfolgte im Tauchverfahren unter Verwendung einer Säurelösung und nachfolgendes Eintauchen in gasförmiges Umgebungsmittel bei einem absoluten Druck von 600 mbar und Anwendung eines Magnetfeldes von 1 Tesla, das mittels einer um den Kern herumgeführten Wicklung 9 erzeugt wurde.
Die Kammer, in der die Stange untergebracht war, wurde auf eine Temperatur über der Debye-Konstanten gebracht und genau 314ºC betrug.
Wegen der gasförmigen Rekombination wurde die Erregung sowohl mit dem thermoelektrischen, als auch mit dem Thermoschockverfahren bewirkt.
Während der Reaktion wurde eine Nettogesamtdurchschnittshitze von 2,64 MJ je Tag und während einer Dauer von 34 Tagen abgeführt, wonach die Reaktion bei langsamem Abschalten beendet wurde; dabei erfolgte eine Abkühlung unter die kritische Temperatur.
Beispiel 4
Ein Erzeuger entsprechend dem in Fig. 1 dargestellten Erzeuger mit einer Erzeugungskammer, durch die ein Rohrbündel aus Kupferrohren mit einer 2 mm dicken durch Elektroplattierung auf getragenen Beschichtung jedes Rohres aus reinem Nickel wurde verwendet, um natürlichen Wasserstoff (D/H = etwa 1/6000) durch das Tauchverfahren in gasförmigem Umgebungsmittel bei einem absoluten Druck von 600 mbar und zeitgleicher Anwendung eines magnetischen Feldes von 1 Tesla, das mittels einer um den Kern geführten und in eine keramische Matrix eingebetteten Wicklung erzeugt worden war, absorbieren zu lassen.
Die Kammer mit den darin befindlichen Rohren wurde auf eine Temperatur von 210ºC, d. i. 57º über der Debye-Konstanten gebracht.
Die Erregung wurde mit dem magnetostriktiven Verfahren durchgeführt oder, mit anderen Worten, durch die Aufbringung eines elektromagnetischen Impulses auf den Kern durch die Wicklung 9. Genauer gesagt, wurde die Erregung mit einem Impuls von 0,8 Tesla bei einer Einwirkzeit von 0,1 Sekunden erhalten.
Während der Reaktion wurde mittels des thermischen Trägerfluids, das das Rohrbündel kreuzte, eine Nettototaldurchschnittshitze von 4,9 MJ je Tag gewechselt und das für die Dauer von sechs Tagen, wonach die Reaktion bei langsamem Abschalten beendet wurde und hierzu eine Kühlung unter die kritische Temperatur erfolgte.
Die industrielle Anwendbarkeit des Energieerzeugungsverfahrens und des Energieerzeugers für die Durchführung des Verfahrens ist ersichtlich, indem die Erzeugung von Energie in der Form von Hitze mittels Kernfusion bei relativ niedrigen Temperaturen möglich ist, ohne dass für lange Zeiträume radioaktive Emissionen oder die Emission anderweitig gefährlicher Partikel zu erwarten sind. Die Materialien, sowohl die für den aktiven Kern, als auch die für den übrigen Energieerzeuger, sind preiswert, sodass gute Voraussetzungen für eine ökonomische Nutzung gegeben sind.
In Fällen, in denen der aktive Kern aus einem Material besteht, das eine höhere Debye-Konstante hat, wie Silizium (640ºk), ist die Temperatur, bei der Wärmetausch stattfindet, höher als bei den oben beschriebenen Beispielen. Demzufolge ist die direkte Nutzung der Energie des thermischen Trägerfluids, das durch den Generator hindurchgeleitet wird, möglich, um beispielsweise von einer Turbinenbeschaufelung oder in ähnlichen Anwendungsfällen genutzt werden zu können.
Die Bildung von ³He als Reaktionsprodukt ist darüberhinaus auch industriell nutzbar, insbesondere angesichts der derzeit hohen Kosten dieses Gases.