Patent US20130235963A1 - Deuterium Reactor - Pharis Edward Williams

Deuteriumreaktor

Patent
Patentnummer	US20130235963A1
Bezeichnung	Deuterium Reactor
Anmelder	Pharis Edward Williams
Erfinder	Pharis Edward Williams
Anmeldetag	12.03.2012
Veröffentlichungstag	12.09.2013
Erteilungstag	12.09.2013

Zusammenfassung

Bei dem Deuteriumreaktor handelt es sich um einen Fusionsreaktor, dessen Konstruktion auf einer nichtsingulären Elektrostatik beruht, welche durch die Quantisierung der elektrischen Ladung erforderlich ist. Dieses Potenzial gestattet es, die Fusionsbarriere von Deuteriumkernen dadurch erheblich zu verringern, dass diese Kerne in unmittelbarer Nähe zueinander gehalten werden, wie etwa in einem Kristall, und durch ein Magnetfeld vorkonditioniert werden. Diese Art der Verringerung der Fusionsbarriere ermöglicht die direkte Fusion zweier Deuteriumkerne zu einem Heliumkern, ohne dass dabei eine gefährliche Strahlung wie bei den klassischen Fusionsreaktoren entsteht. Die im Deuteriumreaktor freigesetzte Energie kann auf unterschiedliche Weise für verschiedene Anwendungen genutzt werden, und ihre Verwendung wird zu einer erheblichen Verringerung des Verbrauchs fossiler Brennstoffe, zu einer erheblichen Verringerung radioaktiver Abfälle durch die Ablösung von Kernspaltungsreaktoren sowie zu erheblichen Auswirkungen auf die Weltwirtschaft führen.

Erklärung zur bundesstaatlich geförderten Forschung und Entwicklung

[0001] Im Jahr 2008 wurden durch die Indian Head Division des NSWC 25 000 $ für die Entwicklung von Experimenten, die Auswertung von Berichten sowie die Analyse von Daten bereitgestellt. Bei den Experimenten wurde die Beheizung mittels pulverisiertem bzw. granuliertem Brennstoff verifiziert.

Der Hintergrund der Erfindung

[0002] Diese Erfindung beruht auf der Nutzung von Fusionsreaktoren als Energiequelle. Mit dieser Erfindung werden jene Probleme angegangen, die im Zusammenhang mit Spaltungsreaktoren auftreten, wie beispielsweise die mit ihnen einhergehende Strahlung und die auf Grund der Strahlung erforderlichen massiven Abschirmungsmaßnahmen. Sie löst außerdem das Problem der hohen Temperaturen, die bei der Konstruktion aktueller Forschungsfusionsreaktoren berücksichtigt werden müssen. Darüber hinaus wird mit dieser Erfindung das Problem der nationalen Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen angegangen, indem sowohl für Kraftwerke als auch für Motoren, die derzeit noch auf fossile Brennstoffe angewiesen sind, eine alternative Energiequelle bereitgestellt wird.

[0003] Bei den derzeitigen Ansätzen zur Energiegewinnung durch Kernfusion kommen Verfahren zum Einsatz, bei denen eine Mischung aus ¹H¹, ¹H² und/oder ¹H³ auf eine extrem hohe Temperatur erhitzt wird, um auf diese Weise die starken Coulomb-Abstoßungskräfte unter den beteiligten Protonen zu überwinden. Dabei müssen die hohen Temperaturen durch ein elektromagnetisches Feld eingedämmt werden, um so das Schmelzen des Reaktorbehälters zu verhindern. In diesen Reaktoren wurde die Kernfusion bereits realisiert, jedoch nicht auf eine Weise, die die Entwicklung einer praktikablen Energiequelle ermöglichen würde.

[0004] Die Konstruktionen der Forschungsfusionsreaktoren basieren bis zum heutigen Tag darauf, wie das Standardmodell Neutronen und Atomkerne erklärt. Demnach existieren in den Atomkernen Neutronen, welche mit den Protonen über anziehende Kernkräfte von kurzer Reichweite interagieren, während lediglich die zwischen den Protonen wirkenden abstoßenden Coulombkräfte mit ihrer großen Reichweite die Barriere für die Fusion bilden. Diese Interpretation ist gegenwärtig die einzige, die von der wissenschaftlichen Gemeinde bei dem Versuch, Fusionsenergie zu gewinnen, herangezogen wird. In den letzten Jahren gab es zahlreiche Aktivitäten und Debatten zu Versuchen, Energie bei viel niedrigeren Temperaturen zu gewinnen, die zumeist unter dem Begriff „Kalte Fusion“ zusammengefasst werden. In den meisten Fällen werden die Geräte zur Kalten Fusion ohne eine zugrunde liegende Theorie entwickelt und getestet, welche in der Lage wäre, die gewünschten Phänomene vorherzusagen. Weder die Fusionsforschung bei hohen noch die bei niedrigen Temperaturen hat zu einem eindeutigen Weg hin zu einer praktischen Energiequelle geführt, auch wenn beide Seiten dies für sich in Anspruch nehmen.

[0005] Es wurde aufgezeigt, dass das Weylsche Quantenprinzip aus dem Jahr 1929 sowohl die Gleichungen zur Quantenmechanik als auch die Eichfeldgleichungen liefert. Von besonderem Interesse sind hierbei die elektromagnetischen Feldgleichungen von Maxwell. Die Maxwell-Gleichungen wurden verwendet, um das singuläre elektromagnetische Potenzial von 1/r zu erhalten, das derzeit für geladene Teilchen zur Anwendung kommt, und darüber hinaus bilden sie jene Potenziale, die zur Berechnung der Coulombabstoßung zwischen zwei Protonen verwendet werden. Eine genauere Untersuchung des Weylschen Quantenprinzips hat jedoch ergeben, dass dieses Prinzip nicht nur die Maxwellschen Feldgleichungen voraussetzt, sondern auch verlangt, dass die Ladung eines Teilchens quantisiert sein muss. In Experimenten hat sich dies als zutreffend erwiesen, jedoch handelt es sich hier um die erste Theorie, die die Quantisierung von Ladungen aus einer theoretischen Notwendigkeit heraus verlangt. Die Quantisierung der elektromagnetischen Felder in den Maxwell-Gleichungen führt zu einem allgemeineren elektrostatischen Potenzial als dem derzeit verwendeten. Dieses allgemeinere Potenzial ist nichtsingulär. Das bedeutet, dass das Potenzial einen maximalen absoluten Wert besitzt und sich dem Wert Null in dem Maße nähert, wie die Teilchen unendlich nahe beieinander oder unendlich weit voneinander entfernt sind.

[0006] Dieses nichtsinguläre Potenzial verändert das Bild vom Neutron und vom Atomkern und liefert eine Erklärung für die Wechselwirkung zwischen den Atomkernen. Dieses neue Bild des Neutrons besteht ganz schlicht aus einem Proton, das um ein nahezu stationäres Elektron kreist. Daher kann ein Deuteron, das aus einem Neutron und einem Proton besteht, beschrieben werden als zwei Protonen auf einer Umlaufbahn um ein Elektron. Siehe Abbildung 1. Jedes Deuteron weist ein magnetisches Moment auf, dessen Spinachse senkrecht zur Ebene der drei Elementarteilchen steht, wobei die Achsen der Deuteronen mit Hilfe eines Magnetfeldes mit ihren Enden zueinander ausgerichtet werden können. Werden die Deuteronen nach dieser Vorkonditionierung zusammengestoßen, bewirkt die langreichweitige abstoßende Wechselwirkung zwischen den Protonen, dass die Protonen der sich annähernden Deuteronen so weit wie möglich voneinander entfernt bleiben. Siehe Abbildung 2. Die Protonen richten sich daher von selbst so aus, dass der minimale Schwellwert der für die Kernfusion erforderlichen Energie erreicht wird. Auch wenn die Protonen eine anziehende Wirkung auf Elektronen haben, stoßen die Elektronen andere Elektronen ab. Eine äußerst stabile Konfiguration lässt sich durch die Fusion zweier Deuteronen erreichen. In einer solchen stabilen Konfiguration befinden sich die vier Protonen auf einer Bahnebene um eine Bahnspinachse herum, während sich die beiden Elektronen auf der Spinachse in gleichem Abstand über und unter der Ebene der Protonenbahn befinden. Siehe Abbildung 3.

[0007] Die Wechselwirkungskräfte zwischen allen sechs Elementarteilchen beider Deuteronen wurden aufgezeichnet und untersucht. Da es sich dabei jedoch um transzendente Gleichungen handelt, wurden sie noch nicht analytisch integriert, sondern einer computergestützten Berechnung mittels Tabellenkalkulation zugeführt, um für verschiedene Verfahren der Zusammenführung der Deuteronen den numerischen Wert der Fusionsschwelle zu ermitteln.

…

Kurze Zusammenfassung der Erfindung

[0011] Die Erfindung nutzt das nichtsinguläre elektrostatische Potenzial und die kürzlich prognostizierten Wechselwirkungen zwischen Elektronen und Protonen, aus denen Deuteronen bestehen, und schafft die Voraussetzungen für die Fusion von zwei Deuteronen zu einem Heliumatom. Die präferierte Fusion zweier Deuteriumatome zu einem Heliumatom wird durch eine Vorkonditionierung der Deuteronen in ihrer räumlichen Anordnung und ihrer Ausrichtung zueinander herbeigeführt. Siehe Abbildung 2. Diese Konditionierung wird dadurch erreicht, dass die Deuteronen in einem Kristallgitter platziert werden, um sie so möglichst dicht beieinander zu halten. Das Kristallgitter wird dann einem starken magnetischen Kraftfeld ausgesetzt, um die Spins der Deuteriumkerne magnetisch auszurichten und damit die Reaktion in Gang zu bringen. Die zusätzliche Wärmezufuhr bringt die Deuteriumkerne innerhalb des Kristallgitters zum Schwingen und sorgt so für ihre Bewegung gegeneinander, wodurch es zu einer Erhöhung der Reaktionsgeschwindigkeit kommt.