ПОДРОБНЫЙ АНАЛИЗ ОБРАЗОВАНИЯ ЭНТАЛЬПИЧЕСКОГО ТЕПЛА

Изобретение касается нового явления, заключающегося в том, что дейтероны, высоко уплотненные в результате катодной поляризации в палладиевой кристаллической решетке, генерируют энтальпию больше той, которая может быть приписана общей энтальпии в электролитической реакции

2D2O ---> 2D2 + O2 (I)

Величина избыточной энтальпии была такой большой (типично 1 - 20 Вт·см-3 для электродного объема, поддерживаемого в течение периодов 100 ч, т.е. создается 0,36 - 7,2 МДж·см-3 в течение циклов измерения), что это невозможно было приписать какому-либо химическому процессу [1,2].

Наиболее удивительное отличие этих результатов (исключая тот факт, что ядерные процессы могут инициироваться этим способом) заключается в том, что высвобождение энтальпии явно не связано с любой из хорошо известных реакций ядерного синтеза [3]

2D + 2D ---> 3T (1,01 МэВ) + 1H (3,02 МэВ) (II)

2D + 2D ---> 3Не (0,81 МэВ) + n (2,45 МэВ) (III)

которые имеют самые высокие (и примерно равные) поперечные сечения известных типов реакций дейтеронов с высокой энергией. Хотя были зафиксированы низкие уровни трития и достаточно нейтронов [1], высвобождение энтальпии было в основном таким, которое не было связано ни с нейтронами, ни с тритонами. В других приведенных работах указывается, что основной процесс с участием трития также может быть связан с этим [4 - 8].

Последовательные серии измерений, которые были проведены, показали, что необходимо проводить много экспериментов на значительном числе электродов и в течение длительных периодов времени (средняя длительность, выбранная для цикла измерения, была 3 мес). Поэтому было необходимо адаптировать дешевую конструкцию калориметра: некоторые обоснования выбора однокамерной ячейки типа сосуда Дьюара, показанного на фиг.15, приведены ниже.

Все измерения, проведенные в этом разделе, были проведены с палладиевым стержнем диаметром 0,1, 0,2, 0,4 и 0,8 см, а также платиновым стержнем диаметром 0,1 см в качестве электродов. Палладиевые электроды (Джонсон Маттей, PC) были образованы из трех отдельных партий материала, типичные характеристики которых приведены в табл. III-1.

Номера партий (композиций) использованного палладия указаны в результатах, приведенных ниже. Более подробно ячейка 200, являющаяся согласно настоящему изобретению сосудом типа Дьюара, показана на фиг.15.

В этой ячейке палладиевый электрод 212 приварен к палладиевому выводу 214 диаметром 0,05 см, и этот вывод 214 (также как 216 платинового анода 218) был покрыт защитной оболочкой из стекла 220, чтобы избежать любой возможности рекомбинации дейтерия и кислорода в зоне газового объема 222 ячейки 200. Платиновый (Джонсон Маттей, 99,9%) спиральный анод 218 был плотно обвит с близким расположением витков на остове 224 стеклянных стержней, окружающих катод 212. Электроды 212, 218 удерживались на месте посредством глубокой Кель-Ф-заглушки и Кель-Ф-прокладки в нижней части ячейки 200. Конфигурация анода и катода обеспечивала установление однородного потенциала на поверхности катода 212. Это обеспечивало равномерные и высокие уровни зарядки катода 212.

Измерения температуры проводились с помощью специально калиброванных термисторов 232 (термометрические сверхстабильные термопары 10 кОм, стабильность в год ±0,02). Ячейка 200 калибровалась в течение каждого цикла измерения при использовании резистивного нагревательного элемента 234 (Ди-Джи-кей ±1% точности цепочек резистора, выполненных из металлической пленки, с сопротивлением 5х20 0м, тепловая стабильность лучше, чем 100 ppm/oC). Соединения 236 с этими элементами 234 (а также с другими компонентами, такими как термисторы 232 и контрольные электроды 237 с контрольным соединением 235, включенными в специальные ячейки) были выполнены посредством верхних Кель-Ф-заглушек 238, которые также содержали наполняющую трубку 240 и выход газа. Заглушка 238 затем герметизировалась на ячейке 200 с помощью "Парафильма".

Ячейка 200 поддерживалась в специально выполненных водяных банях, перемешивание в которых производилось посредством мешалок/регуляторов "Техне Темпюнит Tu-16A". Две или более водяных бань, каждая из которых содержала до пяти ячеек Дьюара 200, поддерживались таким образом, что от 8 до 12 ячеек могли функционировать одновременно. Результаты, представленные в этом разделе, основаны примерно на 54 полных экспериментах и 360 калибровок ячеек. Установлено, что температура бани на глубинах более 0,5 см ниже поверхности водяной бани могла поддерживаться лучше, чем ±0,01o установленной температуры (которая была около 303,13 К), при этом обеспечивалась возможность свободного испарения с поверхности воды.

Постоянная температура поддерживалась во всем объеме бани. Уровень в каждой водяной бане поддерживался постоянным посредством непрерывной подачи с помощью насоса дозиметра, соединенного со второй термостатической водяной баней.

Минимальный ток, использованный во всех приведенных здесь экспериментах, был 200 мА и было установлено, что ячейки могли использоваться при токах до 800 мА с 0,1 (M) LiOD в качестве электролита. С электролитами 0,1 (М) LiOD + 0,5 (M) Li2SO4 или 1 (M) Li2SO4 могли использоваться такие высокие токи, как 1600 мА из-за более низкого джоулева тепловыделения в этих растворах.

Процесс смешивания в калориметрах для этих пределов тока определялся путем использования инжекции красителя в сочетании с видеозаписью. Радиальное смешивание оказалось очень быстрым (период времени менее 3 с), тогда как осевое смешивание отнимало примерно 20 с времени при самых низких используемых токах. Так как время тепловой релаксации калориметров было примерно 1600 с, калориметры могли рассматриваться как хорошие смешиватели. Ввиду высокой степени смешивания и аксиально однородной инжекции тепла, максимальное изменение температуры в калориметрах было определено как 0,01o за исключением зоны контакта с нижними Кель-Ф-прокладками, где изменение достигало 0,02o. Эти распределения температуры определялись путем использования ячеек, которые содержали 5 термисторов, которые могли перемещаться в радиальном и осевом направлениях.

Все приведенные здесь измерения проводились гальваностатически, используя стабилизаторы напряжения модели Т2101 фирмы "ХиТек инструменто", соединенные как гальваностаты. Используемая обратная связь схемы (фиг.16) обеспечивала общую защиту от колебаний. Выходы гальваностата далее контролировались регулярно для проверки колебаний (не обнаружено во всей этой работе) и уровня фона (при 60 и 120 Гц менее 0,04% токов источника постоянного тока).

Измерения свыше 800 мА проводились с использованием схемы, показанной на фиг.17, это обеспечивало распространение высокой степени стабилизации, достигаемой с помощью гальваностата, на значительно более высокие уровни тока (измерения при уровнях тока до 25000 мА и использование других типов калориметров также проводилось). Электроды заряжались при 4 мА·см-2 в течение более 5 периодов или циклов диффузионной релаксации. Затем применялись другие плотности тока, как указано в сообщенных результатах. Приведенные здесь данные были получены после периода с длительностью свыше 5 последних периодов диффузионной релаксации.

Коэффициенты теплопередачи определялись ежедневно (в специальных экспериментах каждые 9 ч), используя гальваностаты для возбуждения резистивных нагревательных элементов. Принятая схема измерения была следующей: объемы электролита ячейки пополнялись каждые 12, 24 или 48 ч в экспериментах с использованием токов в диапазоне 800 - 1600, 400 - 800 и 200 - 400 мА, соответственно, относительно установленной метки; предоставлялась возможность для уравновешивания температуры ячеек в течение 3 ч (более 6 периодов тепловой релаксации); джоулево тепло затем прикладывалось в течение 36 ч с помощью резистивных нагревателей, при этом входной ток от гальваностатов регулировался таким образом, что конечное повышение температуры по наклонной базовой линии было около 2o. Температура ячейки, напряжения ячейки, температуры бани и, если это необходимо, напряжения нагревателей контролировались каждые 5 минут при использовании мультипроцессоров ММ модели 199 Кейтлея для ввода данных в компьютеры модели Compaq Deskpro 386, 16 МГц. Примеры таких измерений в двух разных экспериментах в трех разных периодах времени показаны на фиг. 19 - 28. Схемы измерения поддерживались разомкнутыми за исключением периодов фактической операции получения измерения (при измерении напряжения предоставлялась возможность стабилизировать параметр в течение 2 с перед снятием измерения, сопротивлениям термисторов предоставлялась возможность стабилизироваться в течение 8 с перед операцией измерения). Данные измерений визуально отображались на дисплее в реальном масштабе времени, а также записывались на диски. Изменения в этих операциях для специальных экспериментов приведены ниже.

Эксперименты при низких и средних плотностях тока проводились с использованием электрода длиной 10 см, для более высоких плотностей тока длины электродов уменьшались на 1,25 см и зазор обмотки анода уменьшался для обеспечения равномерного распределения тока, такие укороченные электроды помещались на дно ячейки Дьюара, чтобы обеспечить адекватное перемешивание.

Эксперименты проводились с использованием D2O (Кебридж изотоп, 99,9% изотопной чистоты); 0,1 (M) LiOD приготавливалось путем добавления металла-Li (А.Д. Маккей, 6Li/7Li = 1/9) в D2O; 0,1 (M) LiOD + 0,5(М) Li2SO4 и 1 (M) Li2SO были приготовлены путем добавления высушенной соли Li2SO4 (Альдрих, 99,9%, безводный 6Li/7Li = 1/11) в 0,1 (M) LiOD и D2O соответственно. Содержание легкой воды в ячейке контролировалось посредством NMP и никогда не поднималось выше 0,5%. Взятые пробные образцы для анализа HDO и трития были образованы путем использования соответствующих электролитов. Одна ванна электролита использовалась в любой из приведенных экспериментальных серий.

Нормальные потери из-за электролиза (и испарения при высоких температурах ячейки) устранялись путем добавления D2O.

Эффективность тока для электролизов согласно реакции (I) определялась путем измерения общих скоростей выделения газа из ячеек. Неожиданно эти эффективности были выше, чем 99%, как показано путем регистрации добавок D2O. Такие высокие эффективности тока теперь также описываются в других работах [II] . Высокие величины можно понять с точки зрения ингибирования окисления D2 на аноде в результате образования Pt-оксида и в результате экстенсивной дегазации содержания кислорода в электролите в области катода путем удаления D2. Эти высокие эффективности тока значительно упрощают анализ экспериментальных данных посредством модели "черного ящика", которая кратко описывается ниже.

МОДЕЛИ "ЧЁРНОГО ЯЩИКА" ДЛЯ КАЛОРИМЕТРА

Как и в случае всех остальных физико-химических и технических устройств, оценка данных с помощью электрохимических калориметров типа Дьюара требует конструкции, основанной на точных моделях "черного ящика". Предпочитаемый способ анализа данных основан на создании модели по экспериментальным данным, используя анализ нелинейности регрессии.

Калориметрия для модели должна быть предпочтительно основана на соответствующем наборе заготовок, на соответственно выполненных и герметизированных ячейках, тщательно спланированном анализе данных, включая способы нелинейной регрессии. Модель должна тщательно учитывать все компоненты теплопередачи, включая электрический вход энтальпии, калибровочный тепловой вход, тепловой вход для пополнения потерь электролита из-за электролиза и испарения, тепловой поток от ячейки в результате излучения и теплопроводности, теплопередача от ячейки по причине латентного тепла испарения D2O, тепловые потери энтальпии, происходящие в газовом потоке (например, D2, О2 и D2O), тепло, генерируемое при рекомбинации D2 и O2 (если имеет место), и любое избыточное тепло, генерируемое в ячейке. Далее, следует учитывать изменение температуры в ячейке в зависимости от времени из-за изменения состава вещества в ячейке. Первостепенное внимание должно быть также уделено точной стабильности температуры внешней ванны и атмосферы. Особенно тщательный выбор должен быть также произведен в отношении контрольно-измерительной аппаратуры и устройств измерения температуры, таких как термисторы, элементы нагревателей, омметры, вольтметры, циркуляторы ванн, стабилизаторы напряжения, мультиплексоры и средства обработки данных.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Избыточная энтальпия при использовании палладиевых стержнеобразных электродов в растворах D2O.

Итог результатов, полученных при использовании стержнеобразных электродов диаметром 0,1, 0,2 и 0,4 см, приведены в табл. III-3, тогда как соответствующие результаты в отношении других экспериментов приведены в табл. III- A6-1.

В табл. III-3 приведены периоды времени, протекшие от начала конкретного эксперимента, плотность тока, напряжение ячейки, вход энтальпии, избыточная энтальпия Qf и избыточная энтальпия на единицу объема. Производные величины в таблице были получены методом апроксимации анализа данных и точной подгонкой при использовании конструкции типа "черного ящика", кратко здесь изложенного. Оценки ошибок ограничивались данными, полученными для упомянутого метода. Данные приведены в отношении трех электролитов. Номера партий (составов) конкретных электродов также указываются. Измерения производились по мере возможности, когда достигалось стабильное состояние генерирования избыточной энтальпии. Однако это было невозможно в отношении некоторых электродов при самых высоких используемых плотностях тока, потому что ячейки часто доводились до точки кипения. Величины, приведенные в отношении этих случаев, применяются в периодах времени непосредственно перед быстрым увеличением температуры ячейки (см. раздел "Пики энтальпии").

Все измерения проводились в одной и той же партии (составе) D2O изотопной чистоты 99,9%. Все измерения в J или M проводились с марта 1989 года [2].

Величины номиналов генерирования избыточной энтальпии, приведенные в табл. III-3, являются нижними пределами, потому что способ вычисления и игнорирование латентного тепла испарения ведут к недооценке Qf. Имеется другой фактор, который ведет к дополнительной недооценке Qf: растворение в электродах изотопных атомов является экзотермическим и поэтому наклон основной линии (графической) вызывает снижение растворимости со временем и, тем самым, поглощение тепла. Этот фактор трудно определить количественно, так как содержание дейтерия в кристаллической решетке не будет находиться в равновесии при любом значении температуры ячейки. Поэтому мы пренебрегали всеми факторами, которые будут давать небольшие положительные коррекции в отношении производных величин избыточной энтальпии. Из этих коррекций, упомянутых выше, коррекции, связанные с систематической недооценкой выхода из ячейки, являются наиболее значительными.

КОНТРОЛЬНЫЕ (СЛЕПЫЕ) ЭКСПЕРИМЕНТЫ

В табл. III-4 приведены результаты разных контрольных экспериментов: измерения с использованием палладиевых электродов в легкой воде (H2O) платиновых электродов в легкой и тяжелой воде, и измерения с использованием палладиевых электродов диаметром 0,8 см в тяжелой воде. Можно видеть, что большинство этих экспериментов показали небольшие отрицательные величины в отношении избыточной энтальпии. Эти отрицательные величины свойственны, как предполагается, системам, дающим тепловой баланс в соответствии с электролитической реакцией (I) или соответствующей реакцией для легкой воды, так как способ вычисления и пренебрежение выходом энтальпии из ячейки по причине испарения ведет к недооценке потоков тепла из ячейки.

ВРЕМЕННАЯ ЗАВИСИМОСТЬ ЯВЛЕНИЙ
"Пики в энтальпии"

На фиг. 30, 31, 32 и 33 приведены примеры графиков температуры-времени и общего потенциала-времени в экспериментах, которые показывают значительное увеличение выходов тепла, тогда как на фиг.34 и 35 приведены производные номиналы выделения удельной избыточной энтальпии. На фиг. 36 и 37 приведена временная зависимость общих удельных избыточных энтальпий для соответствующих секций экспериментальных данных. Из этих временных зависимостей следует ряд временных зависимостей: во-первых, скорости генерирования избыточной энтальпии увеличиваются медленно со временем, во-вторых, пики (максимумы) в образовании избыточной энтальпии накладываются на медленное увеличение или генерирование стабильного состояния энтальпии. Эти пики происходят в непредсказуемые времена и непредсказуемой длительностью. После таких пиков образование избыточной энтальпии возвращается к величине базовой линии, которая может быть выше, чем непосредственно перед инициированием пика. В- третьих, было установлено, что ячейки часто нагреваются до точки кипения (см., например, фиг.38). Скорость образования энтальпии должна становиться исключительно большой при этих условиях, так как доминирующий режим теплопередачи является теперь латентным теплом испарения. Однако невозможно на этой стадии сделать количественные оценки выхода тепла, так как ячейки и контрольно-измерительные приборы не соответствуют для вывода оценок при этих условиях.

Следует также отметить, что хотя потенциал ячейки первоначально снижается (согласно с ситуацией в отношении пиков), обычно имеет место изменение в сторону увеличения потенциала со временем, когда ячейки нагреваются до точки кипения вероятно из-за потери электролита при его разбрызгивании из ячейки.

Достижение кипения может быть связано с пиком производства энтальпии или с увеличением базового уровня производительности. В результате осуществления непрерывности экспериментов (или по крайней мере снижения плотности тока), когда достигалась точка кипения, данные процессы еще не могли различаться. Причины для этого следующие: растворение D в Pd является экзотермическим при этих условиях, быстрые повышения температуры поэтому должны сопровождаться заметным увеличением химического потенциала (фугативностью) за счет растворенного D+, так как химическое равновесие не может быть установлено путем относительно медленных процессов диффузионной релаксации. Следует избегать таких условий при настоящей стадии научных поисков, так как они могут привести к неуправляемому выбросу энергии. Следует обратить внимание на тот факт, что быстрое увеличение температуры сопровождается заметным увеличением скорости генерирования трития. Другие аспекты явления пиков относятся к разделу "Обсуждение", приведенному ниже.

ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты в отношении генерирования избыточной энтальпии, представленные в табл. III-3, показывают, что очень точные величины тепловых потоков могут быть получены посредством простой адаптированной калориметрической техники. Основанием для этой высокой точности является очень большое количество полученных данных, которые составляют ~1000 измерений графика профилей температуры-времени многоячеистой структуры, которые использовались для определения четырех параметров модели "черного ящика". Пятый параметр определялся отдельно от графика профиля напряжения-времени измеряемой ячейки. Это указание о точности применяется к случайным ошибкам, но следует снова подчеркнуть, что способ вычисления ведет к системной недооценке, которая однако может быть легко скорректирована.

Эти сведения о точности исходят из контрольных экспериментов. В табл. III-4 показано, что калориметрический способ, адаптированный в этих экспериментах, дает удовлетворительные тепловые балансы в отношении электролиза в соответствии с реакцией (I) или в отношении реакции

2H2O ---> 2H2O + O2 (IV)

в отношении широкого диапазона условий и систем. Эксперименты на палладиевых электродах диаметром 0,8 см в D2O рассматриваются как наиболее значительные контрольные результаты. Вместе с рядом других исследований мы также провели эксперименты на системе Pd, которая дает нулевую избыточную энтальпию. Генерирование избыточной энтальпии на электродах диаметром 0,8 см теперь достигается путем использования недавно полученного состава электродного материала. Значительное генерирование избыточной энтальпии в случае таких экспериментов, которые приведены в табл. III-3, должны рассматриваться в свете контрольных экспериментов. Генерирование удельной избыточной энтальпии может достигать скоростей таких высоких, как 100 Вт·см-3. Это примерно в пять раз выше, чем самая высокая величина, достигнутая в недавнем исследовании с использованием калориметрии Сибека [10]. Величины избыточной энтальпии, приведенные в табл. III-3, также широко согласуются с результатами, содержащимися в ряде других сообщений (например, [9], см. при сравнимых экспериментальных условиях).

Следует отметить, что настоящие данные подтверждают мнение о связи генерирования энтальпии "стабильного состояния" с процессом или процессами в массе электродов, хотя это утверждение не выглядит проливающим свет как и утверждение на основании результатов, содержащихся в предварительной публикации [1]. Представленные здесь данные показывают, что скорости производства избыточной энтальпии значительно увеличиваются с увеличением плотности тока (см. фиг.39 - скорость увеличения по крайней мере порядка I2), так что процесс имеет внешний вид порогового явления. Необходимы эксперименты более высокой точности при низких плотностях тока, чтобы решить действительно ли это так, и, если да, каково пороговое значение плотности тока или потенциала. При самых высоких плотностях тока нет различимой систематической разности между данными в отношении разных партий (составов) электродов и электролитов, используемых в этих экспериментах. Разброс в результате относительно небольшой при этих высоких плотностях тока, но этот разброс становится большим при снижении до промежуточной плотности тока. Вероятно, что этот разброс связан с различиями в материале электрода и/или в растворе, но возможно также, что содержание дейтеронов в кристаллической решетке более чувствительно к условиям на поверхности измерения при снижении до промежуточных плотностей тока. Отсутствие генерирования избыточной энтальпии в случае электродов диаметром 0,8 см, взятых из партии 1 (по составу), явно указывает на важность условий изготовления образцов для определения Qf. Следует отметить, что большинство исследований, известных на сегодня, проводились при относительно низких плотностях тока, что должно учитываться в отношении изменений результатов. Далее, калориметрические устройства и способы оценки данных, адаптированные во многих этих исследованиях, не дают возможности точного измерения низких величин избыточной энтальпии.

Сообщения в отношении величин суммарного избытка различные, так как они зависят от длительности конкретного эксперимента (измерения, показывающие избытки -50 МДж·см-3, проводятся в настоящее время). Итоговые удельные избыточные энтальпии при пиках энтальпии возможно лучше определяются количественными значениями. На фиг.35, 37, 38 приведены данные в отношении самого большого пика, наблюдаемого до сегодняшнего дня, и представляют интерес тем, что суммарная энтальпия в пиках также значительно выше величин, которые могут быть приписаны любым химическим реакциям. Далее, из этих пиков видно, что скорости образования энтальпии до 17-и раз (уровни плато) и 40-а раз (величины пиков) больше общих входов энтальпии в ячейки. Как сказано ранее [1] , использование энергетических эффективных систем также дает возможность конструировать эффективные системы генерирования тепла даже, если генерирование избыточной энтальпии было ограничено до величин базовой линии согласно табл. III-3.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ ТРЕТЬЕГО РАДЕЛА
( включая в качестве прототипа )

  1. Флейшман М. и др. Электроаналитическая химия, 1989, 261, 301.

  2.  Кайнтла Р.К. и др. Жур. Водородная энергия, 1989, 14, 771.

  3. Олифант М.Л. и др. Природа, 1934, 133, 413.

  4. Пакхам Р.Дж. и др. Электроаналитическая химия, 1989, 270, 451.

  5. Вольф К.Д. и др. Протоколы рабочей группы по явлениям холодного синтеза, Санта-фе Н.M., 23 - 25 мая 1989 года, представленные в Технику ядерного синтеза.

  6. Штормс Е. и др. Протоколы рабочей группы по явлениям холодного синтеза, Санта-фе Н.М., США, 23 - 25 мая 1989.

  7. Янгар П.К., Пятая международная конференция по появившимся системам ядерной энергии, Кай, Зап.Германия, 3 - 6 июля 1989 г.

  8. Кришнан М.С. и др., передано в "Технику ядерного синтеза".

  9. Адзик Р. и др. Электрохимическая научная ежегодная конференция, 30 - 31 октября 1989 г, Кливленд, ОН, в процессе издания.

  10. Ориани Р.А. и др. 176-е собрание электрохимического общества, Голливуд, ФЛ., США, октябрь 1989 года, представлено в издание "Природа".

  11. Вильямс Д.Е. и др. Природа, 1989, 342, 375.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

  1. Способ генерирования тепла, включающий стадии: создание источника изотопных водородных атомов; создание решетчатого материала, способного растворять изотопные водородные атомы и имеющего кристаллическую структуру, удерживающую с достижением высоких концентраций изотопные водородные атомы, сжимаемые в решетчатом материале при сохранении целостности кристаллической структуры; контактирование решетчатого материала с изотопными водородными атомами из источника изотопных водородных атомов, отличающийся тем, что подводят энергию для создания потока изотопных водородных атомов от источника в решетчатый материал и при этом сжимают изотопные атомы водорода в решетчатом материале, сохраняя целостность структуры решетчатого материала при сжатии, до достижения предварительно заданного условия, при котором генерируют избыточное тепло за счет взаимодействия изотопных водородных атомов и решетчатого материала, причем предварительно заданное условие задает химический потенциал решетчатого материала, превышающий пороговую величину, при которой и выше которой имеет место избыточное тепловыделение, и концентрацию изотопных атомов водорода в кристаллической решетке, превышающую концентрацию атомов водорода в гидриде материала, уравновешенную при нормальном давлении (1 бар при 273 К), а избыточное тепло определяют как выделенное тепло, которое превышает использованный для растворения изотопного водорода в решетчатом материале джоулев тепловой эквивалент.

  2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно получают по меньшей мере одну поверхность у решетчатого материала для контактирования с изотопным водородом, причем такую, что поверхность обладает поверхностными свойствами, обеспечивающими перенос атомарного изотопного водорода.

  3. Способ по п.2, отличающийся тем, что производят абразивную обработку поверхности после литья или отжига.

  4. Способ по п.2, отличающийся тем, что отводят по меньшей мере часть обычного водорода, присутствующего на поверхности решетчатого материала, до этапа контактирования.

  5. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют жидкий источник изотопного водорода.

  6. Способ по п. 5, отличающийся тем, что применяют источник в виде электролитической жидкости.

  7. Способ по п.6, отличающийся тем, что применяют жидкий источник в виде водного раствора, причем водный раствор содержит по меньшей мере один смешиваемый с водой компонент, являющийся растворителем изотопного водорода.

  8. Способ по п.7, отличающийся тем, что компонент, являющийся растворителем изотопного водорода, представляет собой дейтерированную воду.

  9. Способ по п. 4, отличающийся тем, что заряжают решетчатый материал посредством электролитической компрессии.

  10. Способ по п.9, отличающийся тем, что прикладывают переменное напряжение к решетчатому материалу.

  11. Способ по п.10, отличающийся тем, что проводят селективное регулирование напряжения до величины первого напряжения, устанавливающей первоначальный заряд у решетчатого материала при первом токовом уровне для достижения первого уровня изотопной водородной концентрации, и снова регулируют напряжение до величины второго напряжения, устанавливающей заряд и тем самым заряжающей решетчатый материал при втором токовом уровне для достижения второго уровня изотопной водородной концентрации.

  12. Способ по п.1, отличающийся тем, что дополнительно превращают тепло, генерированное в устройстве и выделяемое им, в работу.

  13. Способ по п.1, отличающийся тем, что для решетчатого материала применяют материал, выбранный из группы материалов, содержащей палладий, железо, кобальт, никель, рутений, родий, цирконий, гафний и их сплавы.

  14. Способ по п.1, отличающийся тем, что добавляют радиоизотопные атомы в виде части решетчатого материала.

  15. Способ по п.1, отличающийся тем, что добавляют к решетчатому материалу атомы, испускающие под воздействием нейтронов лучи или частицы с высокой энергией.

  16. Способ по п.1, отличающийся тем, что решетчатый материал возбуждают лучами или частицами с высокой энергией.

  17. Способ по п.1, отличающийся тем, что для образования изотопных водородных атомов применяют дейтерий.

  18. Способ по п.1, отличающийся тем, что для образования изотопных водородных атомов применяют тритий.

  19. Способ по п.4, отличающийся тем, что применяют электрически проводящий решетчатый материал.

  20. Способ по п.4, отличающийся тем, что размещают источник и решетчатый материал в контейнере.

  21. Способ по п.20, отличающийся тем, что захватывают газообразные электролитические продукты и рекомбинируют продукты в жидкую форму с высвобождением тепла и понижением давления.

  22. Способ по п.1, отличающийся тем, что осуществляют отравление каталитических веществ и процессов на поверхности для предотвращения взаимодействия связанных поверхностью изотопных водородных атомов с изотопной водой, сопровождающегося образованием изотопного водородного газа.

  23. Способ по п.1, отличающийся тем, что применяют расплавленный металлический изотопный гидрид, находящийся в контакте с решетчатым материалом.

  24. Способ по п.23, отличающийся тем, что нагревают изотопный гидрид для ускорения миграции изотопного гидрида в решетчатый материал.

  25. Способ по п.24, отличающийся тем, что периодически подводят энергию для нагревания расплавленного металлического изотопного гидрида для переноса изотопного водорода в решетчатый материал.

  26. Способ по п. 25, отличающийся тем, что отводят энергию после ее подвода на время менее 1 мкс, в течение которого происходит перенос изотопного водорода до по меньшей мере пороговой величины химического потенциала.

  27. Способ по п.25, отличающийся тем, что периодически подводят энергию от лазера.

  28. Способ по п.25, отличающийся тем, что осуществляют электролитическую зарядку.

  29. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для образования решетчатого материала применяют палладий.

  30. Способ по п.29, отличающийся тем, что производят сжатие изотопного водорода в решетчатом материале до состояния, при котором превышение химического потенциала над химическим потенциалом данного решетчатого материала, уравновешенного с источником при температуре и давлении, соответствующих нормальным условиям, составляет 0,5 эВ.

  31. Способ по п.1, отличающийся тем, что отводят генерируемое тепло через теплоотводы.

  32. Способ по п.1, отличающийся тем, что отводят генерируемое тепло через теплопроводную жидкость.

  33. Способ по п.1, отличающийся тем, что для образования решетчатого материала выбирают материал подложки и наносят тонкую пленку решетчатого материала на подложку.

  34. Способ по п.33, отличающийся тем, что подбирают материал подложки с такими свойствами, которые при нанесении на него тонкой пленки создают на его поверхности маску для эффективного действия в качестве решетчатого материала.

  35. Способ по п.34, отличающийся тем, что наносят тонкую пленку с толщиной на подложку.

  36. Устройство генерирования тепла, содержащее источник изотопных водородных атомов, решетчатый материал, обладающий кристаллической структурой и способный растворять изотопные водородные атомы, теплоотвод для отвода тепла от решетчатого материала и теплопотребляющее устройство, отличающееся тем, что содержит средства для накопления и сжатия изотопных водородных атомов в решетчатом материале в количестве, при котором оказывается превышенным предварительно установленный химический потенциал в условиях сохранения целостности кристаллической структуры, причем упомянутый химический потенциал является химическим потенциалом, при котором и выше которого имеет место избыточное тепло, а концентрация изотопных атомов водорода в кристаллической решетке материала должна превышать концентрацию атомов водорода в гидриде материала, уравновешенную при нормальном давлении (1 бар при 273 К), причем под избыточным теплом понимается генерирование тепла, величина которого превышает использованный для растворения изотопного водорода в решетчатом материале джоулев тепловой эквивалент.

  37. Устройство по п.36, отличающееся тем, что оно содержит дополнительно контейнер, в котором размещены источник изотопных водородных атомов, решетчатый материал и по крайней мере часть средства для накопления и сжатия изотопных водородных атомов.

  38. Устройство по п.36, отличающееся тем, что средство для накопления и сжатия изотопных водородных атомов содержит средства для наложения электрического поля поперек упомянутого решетчатого материала.

  39. Устройство по п.36, отличающееся тем, что оно дополнительно включает в себя теплоизлучающие радиаторы, термически связанные с решетчатым материалом.

  40. Устройство по п. 36, отличающееся тем, что теплопотребляющее устройство содержит средства для генерирования электричества, произведенного из генерированного устройством тепла.

  41. Устройство по п.36, отличающееся тем, что решетчатый материал содержит по меньшей мере один металлический элемент.

  42. Устройство по п.41, отличающееся тем, что решетчатый материал содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, содержащей металлы группы VIII или IVA и их сплавы.

  43. Устройство по п.41, отличающееся тем, что решетчатый материал содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы элементов, содержащей палладий, железо, кобальт, никель, рутений, родий, осмий, иридий, титан, цирконий, гафний и их сплавы.

  44. Устройство по п.41, отличающееся тем, что решетчатый материал дополнительно содержит литий.

  45. Устройство по п.41, отличающееся тем, что решетчатый материал содержит по меньшей мере один элемент, выбранный из группы, состоящей из палладия, родия, рутения, титана, циркония и их сплавов.

  46. Устройство по п.41, отличающееся тем, что решетчатый материал содержит фермионный металл.

  47. Устройство по п.36, отличающееся тем, что содержит средства для функционирования в качестве подложки, имеющей относительно низкую способность к растворению и накапливанию изотопных водородных атомов, и для удержания тонкой пленки решетчатого материала, а решетчатый материал содержит тонкую пленку, прикрепленную к средству, функционирующему в качестве подложки.

  48. Устройство по п.36, отличающееся тем, что содержит решетчатый материал со структурой композита, в которой диспергированы частицы с относительно высокой тепло- и электропроводностью и относительно низкой способностью к растворению и накапливанию водородных атомов.

  49. Устройство по п. 36, отличающееся тем, что дополнительно содержит средства для функционирования в качестве подложки с относительно высокой тепло- и электропроводностью и относительно низкой способностью к растворению и накапливанию изотопных водородных атомов и для удерживания тонкой пленки решетчатого материала, а решетчатый материал содержит тонкую пленку, прикрепленную к средству, функционирующему в качестве подложки.

  50. Устройство по п.49, отличающееся тем, что подложка изготовлена из материала, выбранного из группы материалов, включающих в себя неактивный материал, не удерживающий изотопные водородные атомы до концентрации, при которой происходит выделение избыточного тепла, и дополнительно содержит полупроводники.

  51. Устройство по п. 50, отличающееся тем, что толщина тонкой пленки, считая от поверхности крепления у средства, функционирующего в качестве подложки, находится в пределах .

  52. Устройство по п. 50, отличающееся тем, что толщина тонкой пленки, считая от поверхности крепления средства, функционирующего в качестве подложки, превышает

  53. Устройство по п.36, отличающееся тем, что накапливающие и сжимающие средства содержат твердотельные изотопно-водородные средства, которые гранулированы с решетчатым материалом с образованием единой таблетки.

  54. Устройство по п.53, отличающееся тем, что накапливающие и сжимающие средства содержат средства для приложения внешней энергии к таблетке.

  55. Устройство по п. 54, отличающееся тем, что средства приложения внешней энергии содержат средства подвода тепловой энергии для быстрого перехода изотопных водородных атомов в решетчатый материал.

  56. Устройство по п.55, отличающееся тем, что средства подвода тепловой энергии имеют уровень энергии, достаточный для перевода изотопных водородных атомов в упомянутый решетчатый материал за время менее 1 мкс.

  57. Устройство по п.53, отличающееся тем, что решетчатый материал выбран из группы элементов, содержащей палладий, никель, железо, кобальт и их сплавы, а источник - из группы соединений, содержащей дейтерид лития, дейтерид натрия, дейтерид калия и их смеси.

  58. Устройство по п.57, отличающееся тем, что источник выбран из группы соединений, включающей в себя смеси расплавленных солей, включая эвтектические смеси.

  59. Устройство по п.36, отличающееся тем, что решетчатый материал содержит радиоизотопные атомы.

  60. Устройство по п.36, отличающееся тем, что решетчатый материал содержит радиоизотопные атомы, выбранные из группы, включающей в себя 60Co, 90Sr, 106Ru, 117Cs, 147Pm, 170Tm, 210Po, 238Pu и 244Cm.

  61. Устройство по п.36, отличающееся тем, что решетчатый материал содержит атомы, испускающие под воздействием нейтронов лучи или частицы высокой энергии.

  62. Устройство по п.61, отличающееся тем, что решетчатый материал содержит элемент, выбранный из группы, включающей в себя бор, бериллий и углерод-14 (14C).

  63. Устройство по п.36, отличающееся тем, что накапливающие и сжимающие средства содержат средства для возбуждения решетчатого материала лучами или частицами высокой энергии.

  64. Устройство по пп.36 - 63, отличающееся тем, что источник изотопных водородных атомов содержит дейтерий.

  65. Устройство по пп.36 - 63, отличающееся тем, что источник изотопных водородных атомов содержит тритий.

  66. Устройство по п.36, отличающееся тем, что источник изотопных водородных атомов является жидкостью.

  67. Устройство по п.66, отличающееся тем, что жидкость включает в себя электролит.

  68. Устройство по п.67, отличающееся тем, что накапливающие и сжимающие средства содержат средства для электролитического разложения электролита на изотопный водород, накапливающийся и сжимающийся на и в решетчатом материале.

  69. Устройство по п.67, отличающееся тем, что средства разложения электролита содержат анодные средства и по меньшей мере один источник генерирования заряда.

  70. Устройство по п.69, отличающееся тем, что средства разложения электролита содержат катодные средства, отделенные от материала.

  71. Устройство по п.69, отличающееся тем, что материал является электрически проводящим, а накапливающее и сжимающее средство содержит средства для присоединения материала в качестве катода, связанного со средствами разложения электролита.

  72. Устройство по п.67, отличающееся тем, что электролит представляет собой водный раствор, содержащий по меньшей мере один смешиваемый с водой компонент, являющийся растворителем изотопного водорода.

  73. Устройство по п.72, отличающееся тем, что компонент, являющийся растворителем изотопного водорода, представляет собой дейтерированную воду.

  74. Устройство по п.72, отличающееся тем, что компонент, являющийся растворителем изотопного водорода, включает в себя смесь изотопных водородных растворителей, из которых дейтерированная вода составляет по меньшей мере 99,5% от объема компонента, являющегося растворителем.

  75. Устройство по п. 67, отличающееся тем, что электролит содержит растворенный литий.

  76. Устройство по п. 37, отличающееся тем, что контейнер содержит средства герметизации для захватывания материала, такого, как молекулярный изотопный водород, генерируемый электролитом под воздействием накапливающего и сжимающего средства.

  77. Устройство по п. 76, отличающееся тем, что содержит средства для рекомбинации вновь захваченного материала, включая молекулярный водород, для высвобождения теплоты образования молекулярного водорода и понижения давления.

Версия для печати
Дата публикации 02.10.2006гг


вверх