tin,"Handbookofvacuumarcscienceandtechnology'，，Noyes Publications,ParkRidge,N.J(1995) 〇
[0461] 在質子-鋰等離子體生成的一些示例中，可以應用多種技術以使得質子能夠達到 聚變發(fā)生所需要的能量范圍。作為如圖60所描繪的第七示例，蒸發(fā)式氫化鋰源14產生行 進進入反應腔室的蒸汽束。微波或者RF生成器20可以被用于原子化、離子化、以及維持 反應腔室6內的質子-鋰等離子體16。質子和鋰離子由一個或者多個偏壓電極34之間 的DC電場加速穿過質子-鋰等離子體16。參見例如：G.Erkens等的"Plasma-assisted surfacecoating:processes,methods,systemsandapplications'，,DieBibliothekder Technik,SuddeutscherVerlagonpactGmbH, 2011。
[0462] 作為第八示例，球形或者其它類型的反應腔室6可以與包含質子和鋰離子中的至 少一種的一個或者多個等離子體束組合使用。如圖61所描繪的，一個等離子體束可以由質 子槍18創(chuàng)建，而第二等離子體束包含鋰離子。反應腔室6內的束的相交區(qū)域導致質子-鋰 等離子體16。
[0463] 作為第九示例，圖62中的圓柱形反應腔室6可以被配置有質子加速激光72。激 光光子可以由固態(tài)激光器二極管或者其它激光技術生成。通過使激光穿過反應腔室6并且 從固體、液體、蒸汽、或者分子靶源釋放和加速質子，質子在反應腔室6內被加速。可以通 過鋰離子的蒸發(fā)、激光蒸發(fā)、或者激光釋放從含鋰材料靶（其可以為固體、液體、蒸汽、或者 分子）引入鋰源。反應腔室6內的激光區(qū)域的體積包含質子-鋰等離子體16。激光可以 穿過查看端口 74以防止反應腔室6的激光加熱。參見例如：L.Silva等的"ProtonShock AccelerationinLaser-PlasmaInteractions'，，Phys.Rev.Lett. 92,Jan2004。參見例 如：S.V.Bulanov等的"CollimatedMulti-MeVIonBeamsfromHigh-IntensityLaser InteractionswithUnderdensePlasma^ ,Phys.Rev.Lett. 98,Jan2007。
[0464] 蒸發(fā)、濺射、離子化、以及質子加速技術生成可以被利用作為應用的能量源的氦離 子聚變副產物。
[0465] 特宙實施方式
[0466] 在一個實施方式中，描述了產生高能氦離子的方法。這一方法包括：將能量傳遞給 受控反應腔室中的至少一些質子，以生成低能量質子；并且將低能量質子的一部分與含鋰 物質中的鋰組合，以造成導致高能氦離子聚變副產物的產生的聚變。
[0467] 這一方法和所公開的技術的其它實施方式可以包括以下特征和/或結合所公開 的附加方法描述的特征中的一個或者多個特征。為了簡潔，本申請中公開的特征的組合不 會單獨枚舉并且不會重復有每個基本特征集合。讀者將理解這部分中標識的特征如何可以 容易地與涉及等離子體生成和質子加速技術的組合的基本特征的集合組合。
[0468] 在一些實施方式中，高能氦離子聚變副產物的產生伴隨有產生至少與用于生成低 能量質子的輸入功率一樣多的從聚變得到的輸出功率。在這一方法和其它實施方式中，可 以使用立體角計算、粒子每秒鐘計數、以及平均粒子能量來確定輸出功率。
[0469] 在一些實施方式中，方法可以包括在受控的反應腔室中形成質子-鋰等離子體并 且將低能量質子的該一部分與等離子體中的鋰組合。這一方法可以進一步包括在超過生成 低能量質子和形成質子-鋰等離子體中使用的功率的凈功率增益的情況下，產生所述氦離 子聚變副產物。
[0470] 對于一些實施方式，方法被增強，其中低能量質子具有在20eV到25keV范圍內的 平均動能。在其它實施方式中，方法被增強，其中低能量質子具有在l〇〇eV到5,OOOeV范圍 內的平均動能。在其它實施方式中，方法被增強，其中低能量質子具有在200eV到2, 000eV 范圍內的平均動能。
[0471] 對于一些實施方式，方法被增強，其中在所述反應腔室中形成的所述質子-鋰等 離子體具有在10 1(]托到10, 〇〇〇托的第一壓力范圍內的壓力。對于一些實施方式，方法被 增強，其中在所述反應腔室中形成的所述質子-鋰等離子體具有在10 6托到1托的第二壓 力范圍內的壓力。
[0472] 在一些實施方式中，方法進一步包括在功率比Q>1和Q〈64, 840的情況下產生所述 氦離子聚變副產物，功率比描述所述氦離子聚變副產物的輸出功率除以形成所述質子-鋰 等離子體和所述低能量質子中所使用的輸入功率。其它實施方式包括在功率比Q>10和 Q〈64, 840的情況下產生所述氦離子聚變副產物的方法，并且其它實施方式包括在功率比 Q>100和Q〈64, 840的情況下產生所述氦離子聚變副產物的方法。
[0473] 在方法的一些實施方式中，低能量質子的有效部分具有在20eV到25keV范圍內的 動能。在方法的其它實施方式中，低能量質子的有效部分具有在l〇〇eV到5,OOOeV范圍內 的動能。在方法的其它實施方式中，低能量質子的有效部分具有在200eV到2,OOOeV范圍 內的動能。
[0474] 在一些實施方式中，方法包括將所述氦離子聚變副產物的產生維持大于1秒的持 續(xù)時間。在其它實施方式中，方法包括將所述氦離子聚變副產物的產生維持大于30秒的持 續(xù)時間。在其它實施方式中，方法包括將所述氦離子聚變副產物的產生維持大于30秒并且 長達10年的持續(xù)時間。
[0475] 在一些實施方式中，方法包括具有每氦離子高達12MeV的可測量動能的氦離子聚 變副產物。
[0476] 在一些實施方式中，描述了將正電荷應用于所述反應腔室中的第一電極并且至少 由于所述第一電極和所述質子之間的排斥力將動能傳遞給所述低能量質子的方法。
[0477] 在另一實施方式中，描述了將負電荷應用于所述反應腔室中的第一電極并且至少 由于所述第一電極和所述質子之間的吸引力將動能傳遞給所述低能量質子的方法。
[0478] 在其它實施方式中，描述了如下方法：在應用負電荷的同時，將所述質子-鋰等離 子體中的所述低能量質子中的至少一些低能量質子吸引向所述第一電極；并且將正電荷應 用于所述第一電極并且至少由于所述第一電極和所述質子之間的排斥力將動能傳遞給所 述低能量質子。
[0479] 在一些實施方式中，方法包括通過向鋰應用熱量將所述鋰蒸發(fā)到所述質子-鋰等 離子體中。
[0480] 在一些實施方式中，方法進一步包括：將含鋰物質的靶電耦合到所述第一電極； 在向所述第一電極應用所述負電荷和所述正電荷之間循環(huán)；并且至少部分地在將所述負電 荷應用于所述第一電極期間，將鋰從所述含鋰物質的靶濺射到所述質子-鋰等離子體中。
[0481] 在一些實施方式中，方法進一步包括由于所述第一電極和第二電極之間的勢場， 將動能傳遞給所述低能量質子。
[0482] 在一些實施方式中，方法進一步包括將氣態(tài)鋰化合物引入到所述質子-鋰等離子 體中。
[0483] 在一些實施方式中，方法進一步包括通過化學解離將所述鋰引入到所述質子-鋰 等離子體中。
[0484] 在一些實施方式中，方法進一步包括通過光子解離將所述鋰引入到所述質子-鋰 等離子體中。
[0485] 在一些實施方式中，方法進一步包括通過光子解離將所述質子引入到所述質 子-鋰等離子體中。
[0486] 在一些實施方式中，方法進一步包括由于所述第一電極和第二電極之間的勢場， 將動能傳遞給低能量質子。
[0487] 在一些實施方式中，方法進一步包括將所述質子引入到所述含鋰的等離子體中。
[0488] 在一些實施方式中，方法被描述為，其中所述質子-鋰等離子體被暴露于磁場，該 磁場使所述質子-鋰等離子體的濃度集中。
[0489] 在一些實施方式中，方法被描述為，其中所述質子-鋰等離子體由微波、RF、以及 電場中的至少一種供能。
[0490] 其它實施方式可以包括將鋰和質子組合以執(zhí)行上面描述的方法中的任何方法的 系統(tǒng)。這些系統(tǒng)將等離子體生成和質子加速技術中的任何技術組合。
[0491] 雖然通過參照上面詳細描述的優(yōu)選實施方式和示例公開了本技術，要理解的是， 這些示例旨在于說明性意義而非限制性意義。設想的是，本領域技術人員將容易想到修改 和組合，該修改和組合將在本技術的精神和所附權利要求的范圍內。
[0492] 所公開的技術可以被實踐為方法或者裝置。上面描述了各種裝置。下面的部分描 述可以在這些設備或者其它設備中實踐的方法。所開發(fā)的方法中的每個方法都變換物質， 從而感應聚變并且產生高能氦離子。熱量轉移可以在高能氦離子的產生之后。還可以開發(fā) 高能氦離子的其它用途。
[0493] 在一個實施方式中，描述了產生高能氦離子的方法。這一方法包括在受控的反應 腔室中生成包含質子和鋰的質子-鋰等離子體。對于一些應用而言，真空腔室將是合適的 反應腔室。方法進一步包括將低能量傳遞給質子中的至少一些質子（這給了低能量質子在 20eV到25,OOOeV的第一范圍內的動能），并且將低能量質子中的至少一些低能量質子與質 子-鋰等離子體中的鋰離子組合，以造成氦離子聚變副產物的產生。氦離子聚變副產物為 高能氦離子。
[0494] 這一方法和所公開的技術的其它實施方式均可以可選地包括一個或者多個以下 特征。
[0495] 在一些實施方式中，傳遞給質子中的至少一些質子的低能量給予低能量質子在 100eV到5,OOOeV的第二范圍內的動能。在其它實施方式中，所傳遞的動能可以在200eV到 2,OOOeV的第三范圍內，其是由電極、電場、磁場、或者光子傳遞給質子的能量。通過傳遞能 量，我們意指使得質子具有指定范圍中的一個指定范圍內的動能。這可以包括使質子減速 或者加速，從而減少或者增加它們的動能。得到的動能質子將形成分布。預期的是，具有在 指定范圍內的動能的質子將是與鋰相互作用以產生氦離子聚變副產物的質子。
[0496] 在一些實施方式中，質子-鋰等離子體具有在10w托到10, 000托的第一壓力范 圍內的壓力。在其它實施方式中，質子-鋰等離子體具有在10 6托到1托的第二壓力范圍 內的壓力。在這些范圍內，較低的壓力以科學計數法表示。較高的壓力是760托的大氣壓 力的大約10倍大。
[0497] 理論上，具有在特定能量范圍內的動能的質子經歷與某個距離處的鋰原子核的聚 變，在該距離處質子可以區(qū)分單獨的鋰原子核的成分。在發(fā)明人的實驗測試期間，聚變反應 在10 6托和1托之間的壓力范圍內產生。據信，只要實現距離和動能參數，更低或者更高的 壓力不會抑制聚變反應。
[0498] 所描述的方法進一步包括產生氦離子聚變副產物，氦離子聚變副產物具有有時可 以高達每氦離子12MeV的至少一個測量到的氦離子動能峰或者范圍。氦離子能量在某個分 布內。在實驗期間，有檢測到lOOkeV(其是檢測的下限）處的氦離子的某個指示。
[0499] 在一些實施方式中，產生氦離子聚變副產物將在功率比Q>1的情況下產生能量。 功率比描述氦離子聚變副產物的輸出功率除以在形成質子-鋰等離子體和將低能量傳遞 給質子中使用的輸入功率。如上文闡述的，這一功率比的定義不包括用于產生真空的功率。 在一些實施方式中，已經報導了Q>10和Q>100的功率比。計算的理論上可實現的功率比為 大約Q〈64, 840,計算為 16. 21MeV/250eV。
[0500] 應用所描述的方法，氦離子聚變副產物將在超過形成質子-鋰等離子體和將低能 量傳遞給質子中使用的功率的凈功率增益的情況下產生能量。使凈功率增益持續(xù)。在一些 實施方式中，已經持續(xù)多于30秒在凈功率增益的情況下產生氦離子聚變產物。通過適當的 開發(fā)和工程設計，預期產生氦能量聚變副產物的反應可以持續(xù)以天或者星期或者更長時間 測量的長時間，這受制于燃料的補充和反應腔室的周期性維護。在凈功率增益的情況下將 反應持續(xù)多于30秒使得所公開的技術有別于產生小于幾秒的聚變的熱聚變努力。
[0501] 在一些實施方式中，所公開的技術包括將正電荷應用于第一電極并且至少由于第 一電極和質子之間的排斥力將動能傳遞給質子-鋰等離子體中的低能量質子中的至少一 些低能量質子。
[0502]在一些實施方式中，所公開的技術包括將負電荷應用于第一電極并且至少由于第 一電極和質子之間的吸引力將動能傳遞給質子-鋰等離子體中的低能量質子中的至少一 些低能量質子。
[0503] 在一些實施方式中，所公開的技術包括在應用負電荷的同時，將質子-鋰等離子 體中的質子中的至少一些質子吸引向第一電極，并且將正電荷應用于第一電極并且至少由 于第一電極和質子之間的排斥力將動能傳遞給低能量質子。
[0504] 在一些實施方式中，質子-鋰等離子體進一步包含惰性氣體離子。如上文所述，可 能在沒有惰性氣體離子的情況下產生質子-鋰等離子體。
[0505] 在一些實施方式中，方法包括將含鋰材料濺射靶電耦合到第一電極，并且至少部 分地在將負電荷應用于第一電極期間，將鋰從含鋰材料濺射靶濺射到質子-鋰等離子體 中。
[0506] 在一些實施方式中，方法包括在向第一電極應用負電荷和正電荷之間循環(huán)。傳遞 給低能量質子的動能的至少一些可以因第一電極和第二電極之間的勢場而產生。所傳遞的 動能的至少一些可以因排斥而產生。一些實施方式包括將正電荷應用于第一電極。一些實 施方式包括將負電荷應用于第一電極。
[0507] -些實施方式進一步包括將質子或者質子束注射到含鋰的等離子體中。
[0508] 質子-鋰等離子體可以被暴露于磁場，磁場使質子-鋰等離子體的濃度集中。
[0509] 質子-鋰等離子體可以由微波、RF、或者電弧供能。
[0510] 質子-鋰等離子體可以通過應用激光而被供能和加速。
[0511] 任何上述方法和特征可以進一步包括利用氦離子聚變副產物，從而產生電力。這 可以包括通過將熱量轉移介質暴露于氦離子聚變副產物而將氦離子聚變副產物的動能轉 換為熱能量。轉而，熱量轉移介質中的熱能量可以被用于生成電功率。
[0512] 這一部分中描述的方法可以與之前部分中描述的其它特征組合?？梢允褂蒙鲜鋈?干裝置來應用它們。上述裝置可以被配置為執(zhí)行方法步驟。
[0513] 我們要求保護以下內容。
【主權項】
1. 一種產生高能氦離子的方法，所述方法包括： 在受控的反應腔室中將能量傳遞給至少一些質子以生成低能量質子；以及 將所述低能量質子的一部分與含鋰物質中的鋰組合，以造成導致產生高能氦離子聚變 副產物的聚變。2. 根據權利要求1所述的方法，其中所述產生高能氦離子聚變副產物伴隨著產生至少 與用于生成所述低能量質子的輸入功率一樣多的從聚變得到的輸出功率。3. 根據權利要求2所述的方法，其中能夠使用立體角計算、粒子每秒鐘計數、以及平均 粒子能量來確定所述輸出功率。4. 根據權利要求1至3中的任一項所述的方法，進一步包括在所述受控的反應腔室中 形成質子-鋰等離子體，并且將低能量質子的所述一部分與所述等離子體中的鋰組合。5. 根據權利要求4所述的方法，進一步包括在超過生成所述低能量質子和形成所述質 子-鋰等離子體中使用的功率的凈功率增益的情況下，產生所述氦離子聚變副產物。6. 根據權利要求1至5中的任一項所述的方法，其中所述低能量質子具有在20eV到 25keV的范圍內的平均動能。7. 根據權利要求1至5中的任一項所述的方法，其中所述低能量質子具有在lOOeV到 5000eV的范圍內的平均動能。8. 根據權利要求1至5中的任一項所述的方法，其中所述低能量質子具有在200eV到 2000eV的范圍內的平均動能。9. 根據權利要求1至8中的任一項所述的方法，其中在所述反應腔室中形成的所述質 子-鋰等離子體具有在10 托到10000托的第一壓力范圍內的壓力。10. 根據權利要求1至8中的任一項所述的方法，其中在所述反應腔室中形成的所述質 子-鋰等離子體具有在10 6托到1托的第二壓力范圍內的壓力。11. 根據權利要求1至10中的任一項所述的方法，進一步包括在功率比Q>1并且 Q〈64840的情況下產生所述氦離子聚變副產物，所述功率比描述所述氦離子聚變副產物的 輸出功率除以在形成所述質子-鋰等離子體和所述低能量質子中使用的輸入功率。12. 根據權利要求1至10中的任一項所述的方法，進一步包括在功率比Q>10并且 Q〈64840的情況下產生所述氦離子聚變副產物，所述功率比描述所述氦離子聚變副產物的 輸出功率除以在形成所述質子-鋰等離子體和所述低能量質子中使用的輸入功率。13. 根據權利要求1至10中的任一項所述的方法，進一步包括在功率比Q>100并且 Q〈64840的情況下產生所述氦離子聚變副產物，所述功率比描述所述氦離子聚變副產物的 輸出功率除以在形成所述質子-鋰等離子體和所述低能量質子中使用的輸入功率。14. 根據權利要求4至5或者9至13中的任一項所述的方法，其中所述低能量質子的 有效部分具有在20eV到25keV的范圍內的動能。15. 根據權利要求4至5或者9至13中的任一項所述的方法，其中所述低能量質子的 有效部分具有在l〇〇eV到5000eV的范圍內的動能。16. 根據權利要求4至5或者9至13中的任一項所述的方法，其中所述低能量質子的 有效部分具有在200eV到2000eV的范圍內的動能。17. 根據權利要求1至16中的任一項所述的方法，進一步包括將所述氦離子聚變副產 物的產生維持大于1秒的持續(xù)時間。18. 根據權利要求1至16中的任一項所述的方法，進一步包括將所述氦離子聚變副產 物的產生維持大于30秒的持續(xù)時間。19. 根據權利要求1至16中的任一項所述的方法，進一步包括將所述氦離子聚變副產 物的產生維持大于30秒并且長達10年的持續(xù)時間。20. 根據權利要求1至19中的任一項所述的方法，其中所述氦離子聚變副產物具有每 氦離子的高達12MeV的可測量動能。21. 根據權利要求4至20中的任一項所述的方法，進一步包括： 將正電荷應用到所述反應腔室中的第一電極，并且至少由于在所述第一電極和所述質 子之間的排斥力而將動能傳遞給所述低能量質子。22. 根據權利要求4至20中的任一項所述的方法，進一步包括： 將負電荷應用到所述反應腔室中的第一電極，并且至少由于在所述第一電極和所述質 子之間的吸引力而將動能傳遞給所述低能量質子。23. 根據權利要求4至20中的任一項所述的方法，進一步包括： 在應用負電荷的同時，將所述質子-鋰等離子體中的所述低能量質子中的至少一些低 能量質子吸引向所述第一電極；并且 將正電荷應用到所述第一電極，并且至少由于在所述第一電極和所述質子之間的排斥 力而將動能傳遞給所述低能量質子。24. 根據權利要求4至23中的任一項所述的方法，進一步包括通過向鋰應用熱量而將 所述鋰蒸發(fā)到所述質子-鋰等離子體中。25. 根據權利要求4至23中的任一項所述的方法，進一步包括： 將含鋰物質靶電耦合到所述第一電極； 在向所述第一電極應用所述負電荷和應用所述正電荷之間循環(huán)；并且 至少部分地在將所述負電荷應用到所述第一電極期間，從所述含鋰物質靶將鋰濺射到 所述質子-鋰等離子體中。26. 根據權利要求21至25中的任一項所述的方法，進一步包括由于所述第一電極和第 二電極之間的勢場，而將動能傳遞給所述低能量質子。27. 根據權利要求4至23中的任一項所述的方法，進一步包括將氣態(tài)鋰化合物引入到 所述質子-鋰等離子體中。28. 根據權利要求4至23中的任一項所述的方法，進一步包括通過化學解離將所述鋰 引入到所述質子-鋰等離子體中。29. 根據權利要求4至23中的任一項所述的方法，進一步包括通過光子解離將所述鋰 引入到所述質子-鋰等離子體中。30. 根據權利要求4至23中的任一項所述的方法，進一步包括通過光子解離將所述質 子引入到所述質子-鋰等離子體中。31. 根據權利要求30所述的方法，進一步包括由于所述第一電極和第二電極之間的勢 場，而將動能傳遞給所述低能量質子。32. 根據權利要求4至31中的任一項所述的方法，進一步包括將所述質子引入到所述 含鋰等離子體中。33. 根據權利要求4至31中的任一項所述的方法，其中所述質子-鋰等離子體被暴露 于磁場，所述磁場使所述質子-鋰等離子體的濃度集中。34.根據權利要求4至31中的任一項所述的方法，其中所述質子-鋰等離子體由微波、RF、以及電場中的至少一種供能。
【專利摘要】氫-鋰聚變設備(HLFD)包括在反應腔室內生成質子-鋰等離子體的等離子體生成器。等離子體生成器包括質子源和鋰源。在一個實施方式中，在反應腔室內施加偏壓。偏壓使得質子能夠與質子-鋰等離子體中的鋰離子聚變，從而產生高能氦離子聚變副產物。公開了包含在產生質子-鋰聚變的條件下的質子和鋰離子的反應腔室的多種配置。
【IPC分類】G21B3/00
【公開號】CN105431907
【申請?zhí)枴緾N201480037217
【發(fā)明人】S·A·利平斯基, H·M·利平斯基
【申請人】統(tǒng)一重力公司
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2014年5月16日
【公告號】CA2912694A1, EP3000112A1, US20160118144, WO2014189799A1, WO2014189799A9