產生能量的方法及其設備的製作方法
2023-06-08 01:12:21 2
專利名稱:產生能量的方法及其設備的製作方法
產生能量的方法及其設備
發明領域
本發明涉及通過金屬和吸附在金屬晶體結構上的氫之間的核反應產生能量的方法。此外，本發明涉及完成該反應的能量發生器。
現有技術描述
以Piantelli等的名義在W095/20316中描述通過吸附在鎳活性核上的氫引起的核反應產生熱的方法° 在 Focardi> Gabbani> Montalbano> Piantelli、Veronesi "Large excess heat production in Ni-H systems，，，in II Nuovo Cimento, vol. IIIA, N. 11, november 1998及其參考書目中描述該方法的改進。
在實驗期間觀察到的問題是核的製備，氫必須吸附在該核上並且必須在該核上完成反應；這種核由鎳製造而成並且具有小棒的形狀。
本方法的各種關鍵的方面之一是吸附氫的合適方法的選擇和氫物質的質量，以及方法的觸發條件的可重複性。
其他關鍵的方面是在氫吸附之前如何清潔小棒，以及如何使最佳的條表麵條件最優化以及觸發和關閉反應的方法。
由於這些問題，方法的建立及其工業開發結果是有一定困難的。
進一步關鍵的方面是核尺寸和設計以獲得期望的功率。
在DE40M515中描述從氫同位素的核融合獲得能量的方法，在該方法中使原子與包含從三個至十萬個過渡金屬原子的簇接觸，以及在該方法中通過冷卻磨成細粉的金屬微粒得到簇。
發明簡述
因此本發明的特徵是提供通過吸附在金屬的晶體結構中的氫的核反應產生能量的方法，該方法保證反應的觸發條件的可重複性。
此外，本發明的特徵是提供這樣的方法用於工業地製造活性核的前體，以及用於將氫工業吸附在其中。
本發明的另一特徵是提供實現上述核反應的能量發生器，該發生器的生產率和尺寸也是這樣的，允許工業生產。
本發明的特徵類似是提供這樣的發生器，該發生器允許容易調節輸出功率。
本發明的進一步特徵是提供這樣的發生器，該發生器可以容易地被關閉。
通過氫和金屬之間的核反應產生能量的方法實現這些和其他特徵，所述方法提供以下步驟
-預先安排確定量的過渡金屬晶體，所述晶體安排為具有預定的晶體結構的微米 /納米的簇，每一個所述簇具有少於預定的數量的原子的多個所述過渡金屬的原子；
-使氫與所述簇接觸；
-加熱所述確定量的簇直到高於預定的臨界溫度的吸附溫度，吸附溫度適合於引起所述氫吸附進入所述簇成為H-離子，在所述加熱步驟之後，作為H-離子的所述氫對於所述活性核內的所述核反應仍然是可用的；[0020]-通過施加在所述活性核上的脈衝作用觸發在所述簇內的作為H-離子的所述氫和所述金屬之間的所述核反應，所述脈衝作用引起所述H-離子被捕獲進入所述簇的各自的原子，所述連續的反應引起熱的產生；
-從所述活性核除去所述熱，保持所述活性核的溫度高於所述臨界溫度，根據預定的功率完成除去所述熱的所述步驟。
有利地，以這種方式完成所述預先安排的步驟，以至以微米/納米的簇的形式的所述確定量的所述過渡金屬晶體與所述功率是成比例的。
形成每一個簇的原子的數量是變量，通過該變量簇可以從包括預定的量的金屬的活性核得到預定的功率。事實上，每一個簇是發生反應的部位，因此可以得到的功率基本獨立於簇尺寸，即獨立於形成簇的原子的數量。
具體地，簇的原子的數量選自已知的一組數量，該組數量產生比包括不同數量的原子的其他聚集體更穩定的結構。這種穩定性是獲得簇關於氫給出H-離子的高反應性的條件。例如，鎳的穩定性功能已確定，其取決於形成簇的原子的數量，得到對應於那個具體數量的特定的穩定性峰。
在本方法中使用的氫可以是天然的氫，即具體地是，包含同位素豐度大體等於 0.015%的氘的氫。可選地，這種氫可以是具有與上面指出的含量不同的氘含量的氫，和/ 或具有顯著的氚含量的氫。
優選地，使用中的氫是分子氫H2 ；可選地，氫被預先離子化成為H—，或者其可以是包含H—和吐的混合物。
過渡金屬可選自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Y、Zr、Nb、Pd、Mo、Tc、Ru、Rh、 Ag、Cd、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、鑭系元素、錒系元素。這些金屬屬於四個過渡族之一，即
-具有部分充滿的3d-電子殼層的金屬，例如鎳；
-具有部分充滿的4d_電子殼層的金屬，例如銠；
-具有部分充滿的5d-電子殼層的金屬，即「稀土元素」或者鑭系元素，例如鈰；
-具有部分充滿的5d-電子殼層的金屬，即錒系元素，例如釷。
使用的金屬也可以是兩種或者多於兩種的上述列出的金屬的合金。
在列出的過渡金屬或其合金中，優選的是以選自下列晶體結構結晶的那些
-面心立方晶體結構；
-體心立方晶體結構；
-緊密六方結構。
有利地，使用具有晶體開面結構(a crystalline open face structure)的金屬， 以幫助H-離子吸附進入簇。
優選地，所述過渡金屬是鎳。具體地，所述鎳選自
-天然的鎳，即同位素如鎳58、鎳60、鎳61、鎳62、鎳64的混合物；
-僅包含一種同位素的鎳，所述同位素選自
-鎳58;
-鎳60 ；
-鎳61;[0044]-鎳62 ；
-鎳64 ；
-按需要的比例包括這些同位素的至少兩種的配方。
在具體的操作條件下，通過處理先前已吸附在所述過渡金屬表面上的氫H2分子可以得到H-離子，其中半自由價電子形成等離子體。具體地，需要加熱以通過非線性的和非諧現象引起晶格振動，即聲子，其能量高於第一活化能閾值。在該條件下，可以發生以下現象
-吸附在表面上的氫分子的離解；
-與金屬的價電子的互相作用，和H-離子的形成；
-H-離子吸附進入簇，具體地是形成兩個或者三個最接近表面的晶體層的簇。 H-離子僅可以物理地與金屬互相作用，或者可以化學地與其結合，在這種情況下可形成氫化物。
H-離子也可吸附進入晶格間隙，但是
-通過捕獲離子進入點陣缺陷，在晶粒邊緣吸附；
-也可發生簇的金屬原子的置換。
在這種吸附步驟之後，H-離子與簇的原子互相作用，條件是超過高於第一閾值的第二活化閾值。由於超過該第二閾值，根據泡利不相容原理和海森堡測不準原理，產生以 H-離子替換金屬原子的電子的條件，並且，因此產生形成金屬-氫複合物原子的條件。由於H-離子的費米子性質該現象可以發生；但是，因為H-離子具有比電子質量大1838倍的質量，其趨於進入更深的層，並且引起俄歇電子和X射線的發射。隨後，由於H-離子波爾半徑與金屬原子核半徑類似，金屬原子核可捕獲H-離子，引起結構重組並且通過質量虧損釋放能量；現在H-離子可以作為質子排出，並且可以與鄰近的原子核發生核反應。
更詳細地，充分符合能量守恆原理、泡利不相容原理和海森堡測不準原理，由捕獲 H-離子的金屬原子形成的複合原子被迫走向激發態，因此通過H-離子向更深的軌道或能級即向最低的能量狀態的遷移其自身重組，因此在能級變化期間發射俄歇電子和X射線。 H-離子落入勢能空穴並且聚集能量，能量最初分布在半徑是大約的體積進入更小的半徑是大約5X 10-1 的體積中。在該方法的終點，H-離子以類似於核半徑遠離核；事實上， 在通過加入H-離子形成的複合原子的基態，由於H-離子質量遠大於電子的質量，H-離子被迫使處於遠離核類似於核半徑的這種深的能級，根據波爾半徑計算。如上所述，由於與核的短的距離，觸發過程，在該過程中核捕獲H-離子，具有結構重組和由於質量虧損的釋放能量，類似於在電子捕獲的情況中發生的結構重組和由於質量虧損的能量釋放，或者在兩個電子的損失的情況中，由於其固有的不穩定性，在向最低層下降過程期間，以及最終發生作為質子的H-離子的排出，如在雲室中實驗上探測到的，並且可與其他相鄰的核發生核反應，，在能量的產生之後所述反應探測為活性核上的蛻變(transmutation)。
根據上述，不可以認為實際的過程是氫原子的聚變過程，具體地是特定的氫同位素原子的聚變過程；而是，必須理解該過程通常是過渡金屬和氫的互相作用，以H-離子的其具體形式。
有利地，所述簇的所述預定數量的所述過渡金屬原子是這樣的，以簇或者沒有簇的形式的所述過渡金屬的部分材料表現所述金屬的物理性質的過渡，所述性質選自
6[0058]-熱導率；
-電導率；
-折射指數。
微米/納米的簇結構是產生H—離子和上述引用的軌道和核捕獲過程的必要條件。 對每一種過渡金屬，可以確定臨界數量的原子，在該臨界數量之下能級離散結構(電子密度，電子密度和Kohn-Sham有效勢能的函數)和泡利反對稱性往往勝過根據託馬斯_費米方法的能帶結構。離散的能級結構是簇的主要性質的起因，其中一些在上面已引用。這些特徵可有利地用於分析表面的性質，即用於確定是否存在簇。
具體地，製備確定量的微米/納米的簇的所述步驟包括以微米/納米的簇的形式在基底的表面沉積預定量的所述過渡金屬的步驟，即，具有預定的體積和預定的形狀的固體，其中所述基底表面每平方釐米包含至少IO9個簇。
預先安排確定量的簇的步驟也可以提供燒結所述確定量的微米/納米的簇的步驟，所述燒結保留晶體結構並且基本保留所述簇的尺寸。
製備確定量的簇的步驟可以提供收集簇的粉末進入容器，即收集確定量的簇或者鬆散的簇的聚集。
優選地，所述基底在其表面每平方釐米包含至少101°個簇，具體地每平方釐米至少IO11個簇，更具體地每平方釐米至少IO12個簇。
優選地，所述簇在所述基底上形成所述金屬的薄層，該薄層的厚度低於1微米；具體地該厚度與過渡金屬晶體結構的晶格的量級相同。事實上，通過H-離子吸附進入簇的核活化僅涉及少數表面晶體層。
具體地，沉積所述過渡金屬的所述步驟通過所述金屬蒸汽的物理沉積方法實現。
沉積的所述步驟可以是濺射的過程，在該過程中基底在真空下接收以原子形式的確定量的金屬，所述原子是被微粒束轟擊的物體發射的。
可選地，沉積的過程可以包括蒸發步驟或者熱升華步驟和隨後的冷凝步驟，在冷凝步驟中金屬冷凝至所述基底上。
可選地，通過外延的沉積可以完成沉積的過程，在該過程中沉積獲得類似於基底結構的晶體結構，因此允許這些參數的控制。
通過噴霧的過程也可以沉積過渡金屬。
可選地，沉積過渡金屬的步驟可以提供加熱金屬升高至接近金屬的熔點的溫度的步驟，隨後是緩慢冷卻的步驟。優選地，緩慢冷卻進行一直到大約600°C的平均核溫度。
沉積金屬的步驟之後是如沉積一樣迅速冷卻基底以及過渡金屬的步驟，以引起以具有預定的晶體結構的簇的形式的金屬的「凍結」。
具體地，通過使氫氣流在沉積在所述基底上的所述過渡金屬的附近流動進行所述迅速冷卻，所述氣流具有低於所述基底的溫度的預定的溫度。
有利地，清潔所述基底的步驟先於使氫與所述簇接觸的所述步驟。具體地，在設定在350°C和500°C之間溫度施加至少10_9巴的真空經過預定的時間完成所述清潔步驟。
有利地，根據預定的數量施加所述真空，優選地不少於10個真空循環和氫的基本大氣壓的隨後恢復。這樣，有可能定量地除去吸附在金屬中的氣體，具體地是吸附在活性核的金屬中的氣體。事實上，該氣體劇烈地減小价電子的等離子體和氫離子之間的相互作用，
7並且可以限制或者避免簇中的氫的吸附，即使已在金屬表面上發生最初的吸附。如果基底和沉積的金屬暴露於顯著地高於500°C的溫度，可以不可挽回地破壞簇結構。
有利地，在使氫與所述簇接觸的所述步驟期間，所述氫具有固定在0. 001毫巴和 10巴之間的分壓，具體地設定在1毫巴和2巴之間，以確保在所述簇的表面和氫分子之間最佳數量的碰撞事實上，過多的壓力增加碰撞的頻率，以至於其可引起表面解析附，以及其他寄生現象。
有利地，在使氫與所述簇接觸的所述步驟期間，氫以小於3m/s的速度流動。所述氫優選地根據基本平行於所述簇的表面的方向流動。在這種條件下，根據小的衝擊角發生氫分子和金屬基底之間的碰撞，衝擊角幫助簇的表面上的吸附並且阻止H-離子形成的隨後的步驟中的再發射現象。
有利地，在接近過渡金屬的網狀平面的滑動的溫度完成通過氫吸附進入所述簇產生活性核的所述步驟，發生滑動的所述溫度設定在對應於吸收峰α和β的各自的溫度之間。
有利地，相對於所述簇的過渡金屬原子H-離子的濃度大於0. 01，以改進能量產生過程的效率。具體地，該濃度大於0.08。
有利地，在通過吸附氫進入所述簇產生活性核的所述步驟之後，提供冷卻所述活性核至室溫的步驟，和觸發連續的核反應的所述步驟提供所述活性核的溫度的迅速上升， 從所述室溫至高於所述預定的臨界溫度的所述溫度。具體地，在短於五分鐘的時間內發生所述迅速溫度上升。
臨界溫度通常設定在100和450°C之間，更加經常地在200和450°C之間。更詳細地，臨界溫度高於所述金屬的德拜溫度。
具體地，觸發所述核反應的所述步驟提供選自下列的脈衝觸發作用
-熱衝擊，具體地由氣體的流動引起，具體地是氫氣，氫氣具有低於活性核溫度的預定的溫度；
-機械脈衝，具體地是其持續時間小於1/10秒的機械脈衝；
-超聲脈衝，具體地是其頻率設定在20和40kHz之間的超聲脈衝；
-脈衝地投射至所述活性核上的雷射射線；
-一組電磁場的脈衝施加，具體地是所述場選自頻率大於IkHz的射頻脈衝；X射線；Y射線；
-由流動通過所述活性核的電致伸縮部分動的脈衝電流產生的電致伸縮脈衝；
-基本粒子束的脈衝施加；具體地，該基本粒子選自電子、質子和中子；
-元素離子束的脈衝施加，具體地是一種或多種過渡金屬的離子，所述元素選自除去 0 ；Ar ；Ne ；Kr ；Rn ；N ；Xe 之外的元素。
-在所述活性核的壓電部分的兩點之間施加的電壓脈衝；
-沿著具有磁致伸縮部分的所述活性核由磁場脈衝產生的脈衝磁致伸縮。
該脈衝觸發作用產生晶格振動，即聲子，其振幅是這樣的，H-離子可超過第二活化閾值從而創造置換金屬的原子的電子的所必需的條件以形成暫時的金屬-氫複合離子。
優選地，觸發所述核反應的所述步驟與在所述活性核的兩部分之間產生梯度即溫度差異的步驟有關。該梯度優選地設定在100°c和300°C之間。這樣提高非諧晶格運動的條件，其是機制的基礎，通過該機制產生H-離子。
有利地，提供調節由所述核反應傳遞的所述能量的步驟。
具體地，所述調節的步驟包括在除去所述熱量的所述步驟期間，從/向包含一個或多個活性核的發生室除去和/或增加活性核或者活性核部分。
所述調節的步驟包括接近/分隔在氫氣流存在下形成所述活性核的所述過渡金屬的片的步驟。
此外可以通過吸收安排在形成所述活性核的所述過渡金屬的片之間的薄片狀的吸收劑中的質子和α粒子起動調節的步驟。該發射的密度是調節所述功率的必要特徵。
有利地，提供關閉活性核中的所述核反應的步驟，該步驟包括選自下列的作用
-進一步的機械脈衝；
-冷卻所述活性核在預定的溫度以下，具體地在所述預定的臨界溫度下；
-在所述活性核上的氣流，具體地是氬氣流。
具體地，關閉所述核反應的所述步驟可以包括降低熱交換流體進入溫度在所述臨界溫度以下。
有利地，在選自下列的預定的部分存在下實現產生熱的反應的所述連續性
-磁感應場，其強度設定在1高斯和70000高斯之間；
-電場，其強度設定在lV/m和300000V/m之間。
通過從氫和金屬之間的核反應的連續性得到的能量發生器也實現本發明的目的， 其中所述金屬是過渡金屬，所述發生器包括
-包括預定的量的所述過渡金屬的活性核；
-使用中包含所述活性核的發生室；
-加熱所述發生室中的所述活性核直到高於預定的臨界溫度的溫度的裝置；
-觸發所述過渡金屬和所述氫之間的所述核反應的裝置；
-從所述發生室除去熱的裝置，所述熱在所述反應期間在所述活性核根據確定功率生成；
所述發生器的主要特徵是
-所述活性核包括確定量的所述過渡金屬的晶體，所述晶體是具有根據所述過渡金屬的預定的晶體結構的微米/納米的簇，每一個所述簇具有少於預定的數量的原子的多個所述過渡金屬原子。
有利地，以微米/納米的簇的形式的所述過渡金屬晶體的所述確定量與所述功率是成比例的。
有利地，所述簇包含吸附成為H-離子的氫。
優選地，加熱所述活性核的所述裝置包括在使用中電流在其中流動的電阻。
具體地，所述活性核包括基底，即具有預定的體積和預定的形狀的固體，在該固體表面上沉積所述過渡金屬的所述確定量的微米/納米的簇，每平方釐米至少IO9個簇，優選地每平方釐米至少101°個簇，具體地每平方釐米至少IO11個簇，更具體地每平方釐米至少 IO12個簇。
有利地，所述活性核具有展開面，即其面積大於所述活性核的凸面外殼的面積的表面，具體地是面積A和所述活性核佔據的體積V關於選自下列的條件
9[0121]-A/V > 12/L，具體地是 A/V > 100/L ；
-A/V > 500m2/m3,
其中L是所述活性核的阻礙物(encumbrance)的尺寸，具體地使用對於所述氫是可滲透的物體作為基底獲得的所述展開面，所述物體優選地選自下列
-一組所述過渡金屬的片，每一片具有對於吸附所述氫可利用的至少一個表面，具體地是包括展開面的表面；
-通過燒結任一形狀具體地是球、圓柱、稜柱、棒、薄板的微粒獲得的聚集體，通常所述微粒具有納米或者微米的粒度測定，所述微粒限定所述活性核的多孔性；
-通過燒結所述過渡金屬的微米/納米的簇獲得聚集體；
-在容器內收集的簇的粉末，由所述粉末的容器限定的所述凸面外殼，例如由陶瓷製造的容器。
優選地，所述過渡金屬選自Ac、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Y、Zr、Nb、Pd、Mo、Tc、 Ru、Rh、Ag、Cd、Lu、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、鑭系元素、錒系元素、兩種或者多於兩種的
上述所列金屬的合金；具體地所述鎳選自
-天然的鎳，即同位素如鎳58、鎳60、鎳61、鎳62、鎳64的混合物；
-僅包含一種同位素的鎳，所述同位素選自
-鎳58;
-鎳60
-鎳61;
-鎳62;
-鎳64;
-以需要的比例包括至少兩種該同位素的配方。
觸發的所述裝置可以是
-在所述活性核中產生熱衝擊的裝置，具體地通過氫氣流的方法，所述氫氣流保持在低於活性核的溫度的預定的溫度；
-產生機械脈衝的裝置，具體地是持續少於1/10秒的脈衝；
-產生超聲脈衝的裝置；
-將雷射射線脈衝投射至所述活性核上的裝置；
-脈衝地施加一組電磁場的裝置，具體地所述場選自頻率大於IkHz的射頻脈衝； X射線；Y射線；
-通過所述活性核的電致伸縮部分產生脈衝電流的裝置，
-在所述活性核的壓電部分的兩點之間施加的電壓脈衝的裝置；
-脈衝地施加基本粒子束的裝置；具體地，所述粒子選自電子；質子；中子；
-脈衝地施加元素的離子束的裝置，具體地是一種或者多種過渡金屬的離子，所述元素選自除去0 ；Ar ；Ne ；Kr ；Rn ；N ；Xe之外的元素。
-沿著具有磁致伸縮部分的所述活性核施加磁場脈衝的裝置。
優選地，方法與所述觸發的裝置有關，該觸發的裝置適合於產生梯度，即所述活性核的兩部分之間的溫度差異，具體地所述溫度差異設定在100°c和300°C之間。
優選地，在使用中安排所述活性核距離所述發生室的內壁少於2mm。這樣，增強H-離子的產生，因為在工作溫度和工作壓力下該距離類似於氫分子的平均自由路程。
有利地，所述發生器包括調節所述核反應釋放的所述能量的裝置。
所述調節的裝置可以包括從/進入所述發生室除去/增加活性核或者活性核部分離子的裝置。
具體地，所述活性核包括一組薄片，優選地所述薄片具有小於1微米的厚度，彼此相對地安排該組薄片，所述調節的裝置包括適合於接近和/或分隔所述片的結構，同時調節在所述核附近流動的氫氣流。
仍在活性核的情況下，該活性核包括彼此接近地安排的片，所述調節的裝置可以包括安排在形成所述活性核的所述過渡金屬的片之間的薄片狀的吸收劑，所述吸收劑適合於吸收在反應期間活性核發射的質子和α粒子。
有利地，所述發生器此外還包括關閉活性核中的所述反應的裝置。
具體地，所述關閉的裝置選自
-產生進一步的機械脈衝的裝置；
-冷卻所述核在預定的溫度值以下的裝置，具體地在所述預定的臨界溫度以下；
-進料所述活性核上的氣體的裝置，具體地是氬氣。
具體地，所述活性核包括一組薄片，優選地所述片具有小於1微米的厚度，彼此相對地安排所述片，並且由所述結構和由所述吸收劑提供所述調節的裝置。
有利地，所述發生器包括在所述活性核產生預定的場的裝置，所述場選自
-強度設定在1高斯和70000高斯之間的磁感應場；
-強度設定在lV/m和300000V/m之間的電場。
有利地，所述發生器包括在固體基底上產生確定量的簇部分，所述部分包括
-簇製備室；
-裝載所述簇製備室中的所述基底的裝置；
-在所述簇製備室內，關於所述基底產生和維持真空條件的裝置，具體地是產生和維持剩餘的壓力等於或者小於10_9巴的裝置；
-在所述簇製備室中加熱和保持所述基底處於高溫的裝置，具體地是當剩餘的壓力等於或者小於10_9巴時，使得和保持所述基底處於設定在350°C和500°C之間的溫度的裝置；
-在所述基底上沉積所述過渡金屬的裝置，優選地通過選自以下的技術
濺射技術；
-噴霧技術；
-包括所述基底上的所述預定的量的所述金屬的蒸發和然後冷凝的技術；
-外延沉積技術；
-包括加熱金屬直到接近金屬的熔點的溫度的技術，所述加熱隨後是緩慢冷卻；
-迅速冷卻所述基底和所述過渡金屬的裝置，以至凍結所述過渡金屬成為具有所述晶體結構的簇。
有利地，產生確定量的簇的所述部分包括在所述沉積的步驟期間檢測物理性質過渡的裝置，具體地是選自下列的物理性質
-熱導率；
11[0177]-電導率;
-折射指數。
當超過生長的簇中的所述預定量的所述過渡金屬的原子時，發生所述過渡。
有利地，產生確定量的簇的所述部分包括探測簇表面密度的裝置，即在所述沉積的步驟期間所述表面的一平方釐米中簇的平均數。
優選地，產生確定量的簇的所述部分包括相對於所述簇的過渡金屬原子控制 H-離子濃度的濃度控制裝置。
優選地，產生確定量的簇的所述部分包括控制所述簇的層的厚度的厚度控制裝置，以便與確保所述厚度固定在1納米和1微米之間。
有利地，所述發生器包括產生活性核的部分，所述產生活性核的部分包括
-與所述發生室不同的氫處理室；
-在所述處理室中裝載所述確定量的簇的裝置；
-在所述氫處理室中加熱所述確定量的簇直到高於預定的臨界溫度的溫度的裝置；
-引起所述氫在所述氫處理室中流動的裝置，所述氫具有預定的分壓，具體地分壓設定在0. 001毫巴和10巴之間，更具體地在1毫巴和2巴之間；
-將所述活性核從所述氫處理室轉移至所述發生室中的裝置。
優選地，引起所述氫流動的所述裝置是這樣的，所述氫依照基本平行於所述基底的暴露的表面的方向流動，具體地，所述氫具有小於3m/s的速度。
有利地，產生活性核的所述部分包括將所述製備的活性核冷卻至室溫的裝置，並且加熱所述發生室內的所述活性核的所述裝置適合於在短於五分鐘的時間內加熱所述活性核直到設定在100和450°C之間的所述預定的溫度。
具體地，通過所述在所述活性核上的氫氣流獲得所述簇製備室中的所述迅速冷卻和/或所述氫處理室中的所述冷卻至室溫，所述氫氣流具有低於所述活性核的溫度的預定的溫度。
通過產生能量的設備也實現本發明的目的，該設備包括
-在第一預定的壓力下生成蒸汽或者氣態的物質的裝置，所述生成裝置與熱源有關；
-將所述物質從所述第一壓力擴展至第二預定的壓力、產生有用功的裝置；
-冷卻所述物質至預定的溫度的裝置，具體地所述預定的溫度低於蒸汽狀態的所述物質的蒸發溫度；
-壓縮所述冷卻的物質返回至所述第一壓力的裝置；
其中按照基本固定量的所述物質依次交叉所述裝置，所述壓縮裝置供給所述生成裝置；
該設備的主要特徵是所述熱源包括根據本發明如上述限定的裝置的能量發生器。
具體地，上述設備使用閉合的蘭金循環；有利地，熱力學流體是具有臨界溫度和臨界壓力的有機流體，臨界溫度和臨界壓力至少如在甲苯或者ORC流體的情況下一樣高，具體地是基於1，1，1，3，3五氟丙烷、也稱為HFC 245fa或者簡單地作為M5fa的流體。
附圖簡述[0201]以下列的其示例性的實施方式的描述使得本發明更清楚，示例性的並非限制性的，參考所附附圖，其中
-
圖1是根據本發明方法的實施方式的方框圖；
-圖2是由沉積在基底的表面上的簇形成的晶體層的圖解的視圖；
-圖3是圖2的局部放大圖中的氫和簇之間的互相作用的圖解的視圖；
-圖4指出最適合在根據本發明的方法中使用的過渡金屬；
-圖5圖解地表現通過過渡金屬原子負氫離子的軌道捕獲；
-圖6、7、8是面心立方晶體結構的圖解的表現；
-圖9圖解地表現體心立方晶體結構；
-圖10圖解地表現晶體的緊密六方結構；
-圖11是氫原子在該晶體結構中的分布的圖解的視圖；
-圖12是圖1的預先安排簇的步驟的部分以獲得簇表面結構的方框圖；
-圖13表示圖12中所示的典型的溫度情形；
-圖14是預先安排簇的步驟和所述簇的氫處理步驟的部分以獲得活性核的方框圖；
-圖15表示包括圖14中所示的步驟的過程的典型的熱情形；
-圖16表示根據本發明，通過脈衝地觸發吸附在過渡金屬上的氫的核反應適合於產生能量的反應器；
-圖17圖解地表示根據本發明製備活性核的裝置；
-圖18圖解地表示包括圖16的反應器和圖17的裝置的發生器；
-圖19至23表示根據本發明活性核的可選的示例性實施方式；
-圖M表示經過活性核的溫度梯度。
優選的示例性的實施方式的描述
參考圖1、2和3，描述根據本發明方法的示例性的實施方式100，用於通過氫31和過渡金屬19之間的連續的核反應產生能量。根據該示例性的實施方式，方法提供預先安排簇21的步驟110，例如基底22上的簇的層20，由表面23限定該層20。圖解地表示厚度d 的晶體層20，優選地設定在1納米和1微米之間。以方法沉積金屬，該方法適合於確保如沉積的晶體通常具有少於預定的臨界數量的多個過渡金屬原子，超過該臨界數量晶體物質失去簇的特徵。在基底上預先安排簇的情況中，沉積的方法適合於確保表面23的1平方釐米限定平均至少IO9個簇21。
然後方法提供用氫31處理簇的步驟120，在該步驟中使氫31與簇21的表面23接觸，以獲得吸附在表面23上的氫分子33的總體，如圖3所示。氫分子的原子之間的結合被減弱，直到具有分子33的均裂或者異裂，分別從氫的每一個雙原子分子33獲得一對氫原子 34或者由氫負H-離子35和氫正H+離子36組成的電偶。通過簇的表面23的加熱步驟130 直到高於預定的臨界溫度Td的溫度T1，給出對減弱結合和產生具體地是H-離子35的該過程的促進，如圖15中所示；該加熱進一步引起的以H-離子37進入簇21 (圖3)的形式的氫的吸附。
具有以該形式吸附的氫37的簇21代表可用於核反應的活性核，通過觸發步驟140 可以開始發生該核反應；該步驟由提供能量的脈衝沈組成，該能量的脈衝通過吸附在簇中
13的H-離子37的簇的原子38引起捕獲150，和隨後的電子的交換42，如在圖5中圖解地表示，使得連續的反應引起能量的釋放43，該能量釋放與熱的產生27的步驟160有關，其需要面向使用的該熱的去除的步驟170，未圖示。
在預先安排簇21的步驟110期間，通過觀察過渡金屬的物理性質控制簇的過渡金屬的預定數量的原子，例如在熱導率、電導率、折射指數之間選擇該物理性質。當結晶聚集體的原子的數量超過臨界值時，超過該臨界值聚集體失去簇的性質，這些物理量具有純的過渡。對每一種過渡金屬，事實上有許多可探測的原子，在其下面根據Kohn-Sham的不連續的能級結構往往勝過根據託馬斯-費米的能帶結構，這對於主要特徵是有責任的，主要特徵限定簇的許多特徵，許多特徵中的一些用於在預先安排簇的步驟110期間確定表面23的性質。
圖4中，在化學元素周期表中指出適合用於該方法的過渡金屬的位置。它們具體 itMi Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Y、Zr, Nb、Pd、Mo、Tc、Ru, Rh, Ag、Cd、Lu、Hf、Ta, W、 Re、0S、Ir、Pt、AU、鑭系元素、錒系元素、兩種或者多於兩種的上述列出的金屬的合金。它們屬於四個過渡族之一，即
-具有部分充滿的3d-電子殼層的金屬，例如鎳；
-具有部分充滿的4d_電子殼層的金屬，例如銠；
-具有部分充滿的5d-電子殼層的金屬，即「稀土元素」或者鑭系元素，例如鈰；
-具有部分充滿的5d_電子殼層的金屬，即錒系元素，例如釷。過渡金屬的具體的電子構造事實上允許產生非諧的條件以至于波矢量總計彼此的聲子，該聲子在也是不連續的表面的金屬的表面幹涉，並且在簇中的空間相位和時間相位二者中產生網狀波動，並且以至於超過能量「域」，該「域」對開始最後的動作為H-離子37的軌道捕獲的一系列過程是必需的，如在圖5中圖解地表示。為了實現工業可接受的結果，達到高於德拜溫度Td的溫度是必需的，例如圖15中所示的溫度T1，圖15表示從加熱步驟130至熱除去步驟170的典型的溫度趨勢，在該溫度趨勢期間得到在活性核1溫度T^1的平衡值。通過沿著活性核1的金屬表面的熱的梯度ΔΤ的存在幫助觸發步驟，例如如圖M中所示。
簇21 (圖2和3)具有晶體結構19，該晶體結構是選擇的過渡金屬或者過渡金屬的合金的典型的晶體結構。在圖從6至10中表示具有敞開面的結晶網，這樣幫助氫以H-離子37的形式(圖3)吸附進入簇21的過程，特徵是這種結構排列。結構排列包括
-面心立方晶體結構，fee(110)(圖6、7和8)；
-體心立方晶體結構，bcc(lll)(圖9)；
-緊密六方結構，hep(1010)(圖 10)。
例如，根據在圖6的透視圖中表示的面心立方結構鎳可以結晶，其中表示根據對角面安排的六個原子2。
圖7中表示包括根據圖6的結構安排的多個原子的三維模型的俯視圖，而圖8是模型的進一步的透視圖，模型表示高能級的原子之間安排在兩個不同的行上六個原子2分開間隔60。如圖11中所示，以上面描述的晶體結構中的吸附的H-離子的形式在該間隔60 安排氫原子37。對在體心立方晶體結構中結晶的過渡金屬也發生該情況，如圖9的透視圖中所示，其中表示在最高點和立方體對角面的中心安排五個原子2，並且對在圖10的結構中結晶的金屬也是如此。
14[0236]預先安排簇的步驟110，假設在圖12的流程圖中以及在圖13的溫度情形中更加詳細地表示通過以微米/納米的簇的形式在基底的表面上沉積預定量的所述過渡金屬獲得的活性核。具體地，在製備室中裝載基底的步驟111之後，提供優選地通過濺射、或者噴霧、 或者外延沉積的方式在基底上沉積過渡金屬的步驟113 ；然後進一步加熱沉積的金屬直到溫度接近於熔化溫度Tf (圖13)，以使其發生初期的融合，並且然後跟隨著緩慢冷卻步驟 118，具體地直到大約600°C的平均核溫度，在該緩慢冷卻步驟之後操作迅速冷卻步驟119 直到室溫。這具有「凍結」在高的溫度獲得的簇結構的目的，否則其向平衡發展，如果緩慢冷卻118繼續，而不在簇尺寸停止。
圖14中，方塊圖表示預先安排簇110的可選的步驟，在該步驟中沉積步驟113之後是清潔基底的步驟114，優選地通過在至少350°C的溫度下重複地產生和除去至少10_9巴的真空的方式完成該清潔步驟。該操作條件，具體地是超高真空具有定量地除去吸附在基底上或者基底中的任何氣體的目的，這樣急劇地減少表面23的價電子等離子體和氫離子 H_之間的相互作用，避免簇21中的氫31的吸附，即使已實現物理的表面吸附。然後處理步驟120接著是具有冷的氫的流動的簇21，該氫的流動也引起迅速冷卻步驟119。如圖15的表中所示，在冷卻步驟119的期間，活性核的溫度高於臨界溫度TD，這樣允許簇21 (圖3)中的氫負離子37的吸附，以至於在步驟110的終點，快速冷卻步驟119之後，獲得適合於被觸發的活性核，沒有用氫的特定的處理並且特定的加熱步驟130是必需的(與圖1相對)。
在任何情況下，完成進料氫氣的步驟120，以提供0. 001毫巴和10巴之間的相對壓力，優選地在1毫巴和2巴之間，以確保氫分子31相對表面23的最佳數量的碰撞，具體地避免表面解吸附和由過多的壓力引起的其他不期望的現象；此外，氫分子31(圖幻的速度 32低於3m/s，並且具有基本平行於表面23的方向，以獲得幫助吸附並且避免反發射現象的小的衝擊角39。
此外，在圖15中，示出超過其網狀平面開始滑動的溫度，該溫度設定在對應於吸收峰α和β的溫度之間，在該溫度之上簇21中H-離子37的吸附是最有可能的。
圖15也指一種情況，在該情況中高於臨界溫度Td的溫度下實現氫的吸附步驟之後，在活性核的室溫下完成冷卻步驟119。然後觸發的步驟140跟隨著具體的加熱步驟130， 該加熱步驟從室溫開始直到高於金屬的德拜溫度TD的預定的溫度T1，在儘可能短的時間 t*內，優選地少於5分鐘，為了不影響簇的結構和/或引起觸發步驟140之前的解吸附現象。
臨界溫度Td通常設定在100和450°C之間，更優選地在200和450°C之間；在此之後指出上面指出的一些金屬的德拜溫度Al 426K ；Cdl86K ；Cr 610K ；Cu 344. 5K ；Au 165K ； α-Fe 464Κ ；Pb 96Κ ； α-Μη476Κ ；Pt 240K ；Si 640K ；Ag 225K ；Ta 240K ；Sn 195K ；Ti 420K ；W 405K ；Zn 300K。
這種脈衝觸發作用產生具有振幅的晶格振動、或者聲子，以至於H-離子可以經過第二活化閾值並且達到置換金屬原子的電子、產生氫-氫絡合物離子(圖5)所必需的條件。
通過活性核兩點之間的溫度梯度，具體地設定在100°C和300°C之間幫助H-離子 37的軌道捕獲，該溫度梯度具有類似於圖M中所示的實例的趨勢。
圖16中，表示根據本發明的能量發生器50，該發生器包括位於發生室53中的活性核1。通過電線圈56可以加熱活性核，該電線圈可與電動勢的源連接，未示出。圓柱壁55 分開發生室53與環形室54，該環形室是由圓柱外壁51限定的，並且具有用於熱交換流體的入口 64和出口 65，該熱交換流體用於除去在核反應期間產生的熱量。分別通過部分52和部分59以可釋放的方式關閉中心部分51的末端，部分52和部分59也適合於在操作位置支撐末端。
另外，發生器50包括觸發核反應的裝置61、62、67，其由下列組成
-產生經過活性核的電致伸縮部分的脈衝電流的裝置；
-將雷射脈衝投射至活性核的裝置。
從19至23圖中，表示具有展開面的活性核的三種不同的實施方式，使用對於氫可滲透物體作為基底，例如過渡金屬的片82的組件81，其中表面83反過來可以是多孔的表面；可選地，活性核也可以是任一形狀的多個微粒，優選地具有納米或者微米粒度測定，具體地是微米/納米的簇。如圖20中所示可以燒結這種微粒以形成具有需要的幾何形狀的物體85，或者其可以是鬆散的，封裝入容器84優選地是陶瓷的中。圖22中所示，另一可能性由管束86組成，其中管87作為過渡金屬的層88的基底，以簇的形式至少在每一個管87 的表面部分上沉積該過渡金屬的層。
圖17的裝置具有伸長的外殼10，該外殼與製造和保持內部的真空條件的裝置相連，未示出。具體地保持在清潔基底的步驟期間剩餘的壓力等於或者小於10_9絕對巴，用於除去雜質，具體地是不是氫氣的氣體。此外，提供裝置，未在圖中表示，用於依次在至少三個位置11、12和13上在外殼10中移動基底3。位置11是製備簇的室，其中用過渡金屬的層以簇的形式通過濺射的過程塗覆基底3的表面。在室11中，提供設備，未描述，用於使並且保持基底在等於或者高於350°C的溫度。在位置12中，通過進料冷的氫並且在優選地固定在1毫巴和2相對巴的壓力下完成在基底上沉積的金屬的冷卻步驟119(圖14和15)，使得可以在金屬上被吸附。在位置13中，相反地，例如通過計算物理性質諸如熱導率、電導率、 或者折射指數，完成晶體結構的控制步驟，以確定沉積在基底3上的晶體的簇的性質；優選地，此外，完成晶體層的和簇表面密度的厚度控制。
圖18圖解地表現裝置80，該裝置包括單封閉缸90，在該單封閉缸中封裝製備圖17 中所示的類型的活性核1的部分和反應器50，從而防止核被汙染，具體地是在沉積簇的步驟和觸發反應的步驟之間的期間被不同於氫的氣體汙染。 具體實施方式
的前述描述如此充分地揭示根據概念的觀點的本發明，所以通過應用現有的知識，其他人將能夠改進這種實施方式和/或適合於這種實施方式的各種應用， 而不需要進一步研究並且不背離本發明，並且因此應理解這種適應和改進應被認為是等同於具體實施方式
。實現在此描述的不同功能的裝置和材料可能具有不同的性質，不由於該原因而背離本發明的領域。應理解在此使用的措辭或者術語是為描述而並非限制的目的。
16
權利要求
1.通過氫和金屬之間的核反應產生能量的方法，所述方法提供步驟預先安排確定量的過渡金屬晶體，所述晶體安排為具有預定晶體結構的微米/納米的簇，每一個所述簇具有少於預定的數量的原子的多個所述過渡金屬原子； 使氫與所述簇接觸；加熱所述確定量的簇直到高於預定的臨界溫度的吸附溫度，並且引起氫作為H-離子的吸附進入所述簇，在所述加熱步驟之後作為H-離子的所述氫對於所述活性核內的所述核反應仍然是可用的；通過所述活性核上的脈衝作用觸發在所述簇內的作為H-離子的所述氫和所述金屬之間的所述核反應，所述活性核引起所述H-離子被捕獲進入所述簇的各個的原子，所述連續的反應引起熱量的產生；根據確定的功率從所述活性核除去熱量並且維持所述活性核的溫度高於所述臨界溫度。
2.根據權利要求
1所述的方法，其中以這種方式完成所述預先安排的步驟，以至以微米/納米的簇的形式的所述過渡金屬晶體的所述確定量與所述功率是成比例的。
3.根據權利要求
1所述的方法，其中所述預先安排確定量的微米/納米的簇的步驟包括選自以下的步驟以微米/納米的簇的形式在基底的表面沉積預定量的所述過渡金屬，所述基底即具有預定的體積和形狀的固體，其中所述基底在其表面上包含大於最小數的多個簇，具體地所述最小數是每平方釐米至少IO9個簇，優選地是每平方釐米至少101°個簇，更具體地是每平方釐米至少IO11個簇，更加具體地是每平方釐米至少IO12個簇；通過燒結聚集所述確定量的微米/納米的簇，所述燒結保留所述簇的晶體結構，所述燒結基本保留所述簇的尺寸；將由所述簇製造的粉末收集進入容器中，即，所述簇即確定量的簇或者鬆散的簇的聚集。
4.根據權利要求
3所述的方法，其中沉積所述過渡金屬的所述步驟通過由所述金屬生成的金屬蒸汽在所述基底上的物理沉積方法實現。
5.根據權利要求
3所述的方法，其中沉積所述過渡金屬的所述步驟通過選自下列的方法實現濺射；包括蒸發或者升華和然後在所述預定量的所述金屬的所述基底上冷凝的方法；外延沉積；噴霧；加熱直到接近熔點，隨後是緩慢冷卻，具體地直到大約600°C的平均核溫度。
6.根據權利要求
3所述的方法，其中在沉積預定量的所述過渡金屬的所述步驟之後， 提供迅速冷卻所述基底和所述沉積的金屬的步驟，以引起根據具有所述晶體結構的簇「凍結」所述過渡金屬，迅速冷卻的所述步驟選自退火；使氫氣流在所述基底上沉積的所述過渡金屬附近流動，所述氫氣具有低於所述基底的溫度的預定的溫度。
7.根據權利要求
1所述的方法，其中清潔所述基底的步驟先於使氫與所述簇接觸的所述步驟，所述清潔所述基底的步驟具體地是在設定在350°C和500°C之間的溫度通過施加至少10_9巴的真空經過預定的時間，具體地是根據至少10個真空應用循環和氫的基本地大氣壓力的隨後恢復施加所述真空。
8.根據權利要求
1所述的方法，其中在使氫與所述簇接觸的所述步驟期間，所述氫滿足下列條件的至少一個所述氫具有設定0. 001毫巴和10巴之間的分壓，具體地是在1毫巴和2巴之間；所述氫以小於3m/s的速度，具體地是根據基本平行於所述簇的所述表面的方向流動。
9.根據權利要求
1所述的方法，其中所述吸附溫度接近滑動所述過渡金屬的網狀平面的溫度，具體地是溫度設定在對應於吸收峰α和β的溫度之間。
10.根據權利要求
1所述的方法，其中在所述確定量的簇的所述加熱步驟之後，提供冷卻所述活性核直到室溫的步驟，以及觸發所述核反應的所述步驟提供所述活性核的所述溫度的迅速上升，從所述室溫至所述吸附溫度，具體地在短於五分鐘的時間內完成所述迅速上升。
11.根據權利要求
1所述的方法，其中觸發所述核反應的所述步驟與在所述活性核的兩部分之間產生梯度即溫度差異的步驟有關，所述梯度具體地設定在100°c和300°C之間， 以增強非諧的網狀振動並且幫助H-離子的產生。
12.根據權利要求
1所述的方法，其中所述簇具有面心立方晶體結構fcc(llO)。
13.根據權利要求
1所述的方法，其中在選自下列的磁和/或電場的存在下發生具有熱量的產生的所述反應磁感應場，其強度設定在1高斯和70000高斯之間；電場，其強度設定在lV/m和300000V/m之間。
14.一種能量發生器，從氫和金屬之間的連續核反應獲得該能量發生器，其中所述金屬色過渡金屬，所述發生器包括包括預定的量的所述過渡金屬的活性核；使用中包含所述活性核的發生室；加熱所述發生室中的所述活性核直到高於預定的臨界溫度的溫度的裝置；觸發所述過渡金屬和所述氫之間的所述核反應的裝置；從所述發生室除去熱的裝置，所述熱在所述反應期間在所述活性核根據確定功率生成；特徵在於所述活性核包括確定量的所述過渡金屬的晶體，，所述晶體是具有確定結構的微米/納米的簇，所述簇平均包括少於預定數量的原子的多個所述過渡金屬原子。有利地，以微米/納米的簇的形式的所述過渡金屬晶體的所述確定量與所述功率是成比例的。
15.根據權利要求
1所述的方法，其中以微米/納米的簇的形式的所述過渡金屬晶體的所述確定量與所述功率是成比例的。
專利摘要
從氫和金屬之間的核反應產生能量的方法和發生器，其包括步驟a)產生過渡金屬的確定量的微米/納米的簇；b)優選地在350和500℃之間施加至少10-9巴的真空循環用於使簇脫氣之後，使氫與所述簇接觸並且控制其壓力和速度；c)通過加熱簇至高於金屬的德拜溫度TD的溫度，優選地是接近發生網狀平面的滑動的溫度，產生反應的活性核，以在簇中吸附作為H-離子的氫；d)通過活性核上的機械的、熱的、超聲的、電的或者磁的脈衝觸發反應，使金屬原子捕獲氫離子，同時釋放熱，優選地在活性核上存在溫度梯度；e)優選地存在預定強度的磁和/或電場下，除去熱量保持溫度高於TD。活性核可以包括微米/納米的簇的燒結的材料，或者在容器中收集的簇粉末，或者預定的體積和形狀的基底上的簇的沉積物，其中每平方釐米的表面具有至少109個簇，通過諸如金屬的濺射、噴霧蒸發和冷凝、外延沉積、通過加熱至接近熔點和然後緩慢冷卻的方法是可得到的，在這些方法之後是迅速冷卻用於凍結簇結構。
文檔編號G21B3/00GKCN102217001SQ200980146322
公開日2011年10月12日 申請日期2009年11月24日
發明者F·皮安泰利 申請人:L·貝爾戈米, S·皮安泰利, T·吉迪尼導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan