[发明专利]用于聚变及其它应用的表面上的带电粒子的相互作用

说明书

相关申请案交叉参考

本申请案请求在2009年6月1日提出申请的第61/182,936号美国临时专利的权益，其全部内容以引用方式并入本文中。

技术领域

本发明一般来说涉及表面上的带电粒子的相互作用及其集体多粒子长程库仑相互作用，且更特定来说涉及能量从化学及核反应(包括低温度下的核聚变)的产生。

背景技术

核聚变是恒星中自然发生的现象，且其是引起由我们的太阳产生能量的过程。聚变是小的低质量原子核结合以形成更大原子核(其中最终质量低于初始核质量的和)且释放能量的过程。奥里芬特(Oliphant)首先在1932年观察到轻原子核(例如，氢同位素)的聚变，且汉斯·贝特(Hans Bethe)随后研究出此过程到恒星中的核聚变循环的发展。

产生用于军事应用的聚变的尝试以曼哈顿计划开始且成功地在1952年得到证明。自从那时以来研究一直在继续以利用此过程产生受控聚变形式的更清洁能量。此研究已遇到大量障碍。然而，世界上一些基于托卡马克(tokamak)的反应堆已证明得失相当的受控聚变反应堆设计，其被预期最终递送将等离子加热到聚变发生所需的温度而所需要的能量的十倍那么多。预期最初称作国际热核实验反应堆(现在简称为“ITER”)的一种此类反应堆在2016年可供使用。

驱动核反应所需的巨大能量为同极性电荷之间的极短程的强引力与斥力的组合的结果。克服处于聚变发生所需的距离的轻原子核之间的排斥力所需的能量为约10,000电子伏(eV)到约1,000,000eV。一旦实现这些条件，释放数兆电子伏(MeV)的能量、新原子核及中子的放热反应可导致自持反应。举例来说，氘-氚(D-T)反应在所得氦(He)原子核及所释放中子的反冲能中释放约17MeV。类似地，氘-氘(D-D)反应展现两个同等可能的聚变通道，其中能量释放为约4MeV及约3.7MeV。

用于产生轻原子核的聚变反应的大多数过程归为三个主要分类：热聚变、大体冷局部热聚变及局部冷聚变。热聚变是基于达到数百万开的温度且约束热等离子以实现符合众所周知的劳森判据(Lawson Criterion)的显著反应速率。已开发例如磁约束及惯性约束等方法来驱动此些过程。第二种类的过程依赖于其中等离子与大体冷的环境接触的局部热空间区域的产生。换句话说，所关心的实际区域在与处于低温度的物质接触时实现高温度或能量。已测试观察此些系统中的聚变反应的各种尝试且其包括基于加速器的系统、法恩斯沃-赫舍聚变器(Farnsworth-Hirsch Fusor)、反物质初始化聚变、热释电聚变及声致发光。

三十多年以前，使用μ介子来实施局部冷聚变实验以在普通温度下催化聚变过程。在此过程中，将μ介子(其为带负电的粒子)注入到具有轻原子核(例如，氘)的分子气体中，且通过碰撞机制用带负电的μ介子取代结合所述原子核的电子，所述带负电的μ介子具有比所述电子的质量大得多的质量。所述更重的质量导致比结合长度的波尔半径特性短超过200倍的结合长度(归因于更轻的电子)，从而允许所述原子核足够紧密以经历强力且聚变以通过能量的释放产生更重的原子核。遗憾的是，μ介子催化的聚变遭受μ介子的2.2微秒短寿命及所谓的α粘附问题，其中μ介子将结合到所产生的α粒子且停止催化所述反应。

20年以前，报告了使用重水通过钯电极的电解的冷聚变。还报告了氘化电解质中氚及氦的异常过度的热产生及迹量。遗憾的是，20年来，没有出现一组一致的实验，且数种理论著作已展示，具有类似电子配置的钯及其它金属对所述金属内的氘原子核的核间分离的影响不显著且不能够产生在一些实验中观察到的所测量能量释放。

发明内容

本发明的实施例包括一种通过原子核在低于10,000K的温度下的聚变产生能量的系统及方法。通过聚变反应来实现能量的产生，所述聚变反应是由于在高介电常数材料(例如，金属或电介质)与较低介电常数材料(相对于带电原子核驻留于其中的介质来说)之间的表面或界面上沉积或产生带电原子核所导致。具有显著较大介电常数的材料的表面上的两个或两个以上带正电(或带负电)粒子之间产生吸力势。对于在电介质或金属平面或者具有弯曲及边缘的其它形状前面的电荷，此吸力势起源于对拉普拉斯方程式(Laplace′s equation)的静电解。针对带负电粒子(例如，离子、电子及μ介子)同等地预期所述吸力势，且其可导致此些粒子以针对原子核所描述的相同方式结合。在电子的情况下，可实现例如增强的输运、类似地带电的粒子与不同地带电的粒子之间的新束缚状态及超导电性等其它效应。