Patent US20210090752A1 - Low Energy Nuclear Reactor - US Navy

Niederenergetischer Kernreaktor

Patent
Patentnummer	US20210090752A1
Bezeichnung	Low Energy Nuclear Reactor
Anmelder	United States of America, Secretary of the Navy, Arlington, VA (US)
Erfinder	Pearl Rayms-Keller Michael S. Lowry Stacy R. Barker
Anmeldetag	24.09.2019
Veröffentlichungstag	25.03.2021
Erteilungstag	25.03.2021

Übersicht

„Es wird ein niederenergetischer Kernreaktor (LENR) zur Erzeugung thermischer Energie vorgestellt. Der LENR umfasst ein erstes und ein zweites Gefäß sowie einen Zünder. Das erste Gefäß umschließt eine erste Kammer, welche LENR-Brennstoff enthält. Das zweite Gefäß, das innerhalb des ersten Gefäßes angeordnet ist, umschließt eine zweite Kammer, welche exothermes Material enthält. Die Zündvorrichtung entzündet durch Funkenbildung das exotherme Material. Der LENR-Brennstoff reagiert auf die Initiierungswärme aus dem exothermen Material und erzeugt so die thermische Energie.“

Erklärung zu den Interessen der Regierung

„[0001] Die beschriebene Erfindung wurde in Ausübung offizieller Pflichten von einem oder mehreren Angestellten des Marineministeriums getätigt, und daher kann die hierin beschriebene Erfindung von oder für die Regierung der Vereinigten Staaten von Amerika für Regierungszwecke hergestellt, verwendet oder lizenziert werden, ohne dass hierfür irgendwelche Lizenzgebühren gezahlt werden müssen.“

Hintergrund

„[0002] Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Wärmeübertragungssysteme. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein niederenergetisches nukleares thermoelektrisches System für die Nutzung von Wärme zur Erzeugung von Arbeitsleistung.

[0003] Das Phänomen der Niederenergetischen Kernreaktionen (LENR) bezieht sich auf eine Erscheinung, bei der ungewöhnliche Mengen an Wärme erzeugt werden, wenn bestimmte Metalle, wie zum Beispiel Nickel (Ni) oder Palladium (Pd), unter Einwirkung eines äußeren Reizes wie etwa Wärme oder elektrischer Strom Wasserstoff (H) oder Deuterium (D, das nächst schwerere Isotop von Wasserstoff) absorbieren. Bei ihrer ursprünglichen Einführung im Jahr 1989 wurde LENR als »Kalte Fusion« bezeichnet, begleitet von einer Kontroverse über eine mögliche empirische Wiederholbarkeit sowie von einer unzureichenden theoretischen Unterstützung.

[0004] LENR wurde auch als »Chemically Assisted Nuclear Reactions« (CANR), als »Lattice Assisted Nuclear Reactions« (LANR), als »Condensed Matter Nuclear Science« (CMNS) sowie mit anderen Namen bezeichnet. Derartige Reaktionen laufen unter relativ niedrigen Temperaturen ab und führen mitunter zur Transmutation von Elementen sowie zur Erzeugung von Wärme. Dabei wird entweder keine starke Strahlung erzeugt, oder diese wird lokal absorbiert. Die dabei entstehenden Abfallprodukte sind nicht radioaktiv.

[0005] LENR hat die Aufmerksamkeit auf sich gezogen, weil sie eine sichere und kostengünstige Möglichkeit zur Erzeugung sauberer Energie für viele militärischen und kommerziellen Anwendungen verspricht. LENR beruht auf der Wechselwirkung zwischen den Wasserstoff- und Deuteriumatomen innerhalb einer Metallgitterstruktur, gewöhnlich aus Palladium oder Nickel, und zeichnet sich durch eine stetige Wärmeentwicklung aus. Nach der Physik von LENR diffundieren die Wasserstoff- und Deuteriumatome in die Leerstellen innerhalb des Metallgitters des Palladiums, des Nickels oder eines anderen wasserstoffabsorbierenden Metalls. Die Reaktionen zwischen den Deuterium- bzw. Wasserstoffatomen in diesen Leerstellen erzeugen dann die Wärmeenergie. Die genaue Natur dieser Reaktionen bedarf noch der genauen Klärung.

[0006] Bei LENR-Experimenten kamen bisher zwei unterschiedliche Konfigurationen von Versuchsanordnungen zum Einsatz, zum einen eine Flüssigkeitszelle und zum anderen ein Festkörperreaktor. Bei dem ältesten System, dem der Flüssigkeitszelle, handelt es sich um eine elektrolytische Zelle, bei der die Kathode aus einem Platindraht oder einer Platinfolie besteht. Die elektrolytische Lösung besteht aus gelösten Salzen des Palladiums und des Lithiums.

[0007] Beim zweiten Gerätetyp enthält ein Gefäß das Palladium, das Nickel oder ein anderes Metall, welches zur Absorption von Wasserstoffionen fähig ist, in Form eines Pulvers, eines Drahtes, einer Folie oder eines Netzes, das ionischem Wasserstoff oder Deuterium ausgesetzt wird. Es wurden viele Variationen dieser Konfigurationen von Flüssig- und Feststoffreaktoren entwickelt und untersucht, und dabei wurden zahlreiche Beobachtungen der Erzeugung von Überschusswärme verzeichnet, die nicht mit konventioneller Chemie erklärt werden können. Obwohl die genaue Natur von LENR noch nicht verstanden wird, spricht die Menge der experimentellen Ergebnisse dafür, dass es sich bei LENR um ein gesichertes Phänomen handelt.“

Zusammenfassung

„[0008] Im Allgemeinen benötigen alle LENR-Reaktoren und -Zellen eine beträchtliche Menge an Energie in Form eines elektrischen Stroms – sowohl die Elektrolysezellen für ihre Elektroden als auch die Festkörperreaktoren für den Strom im Widerstandsdraht –, welcher dem System zugeführt werden muss, um das Metall und den Wasserstoff zu einer Reaktion zu veranlassen. Darüber hinaus erfordern alle gängigen Geräte und Systeme eine gewisse thermische Steuerung, um die LENR-Reaktion in Gang zu halten und ein Ausufern der Reaktion zu vermeiden. Diese thermische Steuerung und das Management wurden dadurch erreicht, dass die Menge der zugeführten Energie gesteuert wird und/oder dass Wärme aus dem System abgeführt wird, entweder durch eine Kühlung oder durch thermoelektrische bzw. mechanische Systeme (z. B. Stirling-Maschinen).

[0009] Die hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen umfassen neuartige Verfahren und Vorrichtungen zur Initiierung und Modulation von LENR-Reaktionen zur Erzeugung überschüssiger nutzbarer Energie. Offengelegt wird eine Vorrichtung zur Einleitung und Aufrechterhaltung von Niederenergetischen Kernreaktionen als auch von anderen chemischen Reaktionen sowie zur Entnahme der erzeugten Nettoenergie. Die gewonnene Wärmeenergie kann verwendet werden, um Wärmekraftmaschinen zu betreiben oder um in andere Formen von nutzbarer Energie umgewandelt zu werden. Die gewonnene Energie kann dazu genutzt werden, verschiedenste elektromechanische Geräte von militärischer oder kommerzieller Bedeutung zu betreiben und/oder zu aktivieren. Einige Beispiele von Vorrichtungen, die durch diese Ausführungsformen angetrieben, bewegt, aktiviert oder mit Energie versorgt werden können, umfassen unter anderem: Unterwasserfahrzeuge, Überwasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Raumfahrzeuge, elektronische Geräte, elektrische Geräte, Wärmekraftmaschinen, thermoelektrische Systeme, Dampfsysteme usw.

[0010] Gemäß einem Aspekt dieser Ausführungsformen umfasst ein niederenergetischer Kernreaktor einen ersten Behälter mit einer ersten Außenwand, wodurch eine erste Kammer definiert wird, sowie einen zweiten Behälter mit einer zweiten Außenwand, wodurch eine zweite Kammer definiert wird. Das erste Gefäß befindet sich in der zweiten Kammer innerhalb des zweiten Gefäßes. Die erste Kammer enthält LENR-Brennstoff (Low Energy Nuclear Reaction) und die zweite Kammer enthält um das erste Gefäß herum eine bestimmte Menge an exothermem Zündmaterial. Eine Zündervorrichtung ist mit dem exothermen Zündmaterial verbunden. Die Zündvorrichtung kann eine elektromagnetische Vorrichtung oder eine mechanische Vorrichtung, wie z. B. eine Schlagvorrichtung, sein, um einen Zünder auszulösen, z. B. Natrium (Na) oder Kupfer(II)-azid (Cu(N₃)₂). Die Zündvorrichtung versieht das exotherme Zündmaterial mit einem Energiestoß, um eine exotherme Reaktion auszulösen, die ihre Wärme über die erste Außenwand des ersten Gefäßes an den LENR-Brennstoff abgibt. In einer exemplarischen Vorrichtung ist hierin in einer ersten Kammer eine bestimmte Menge an LENR-Brennstoff (Low Energy Nuclear Reaction) untergebracht.

[0011] In einer zweiten Kammer ist eine bestimmte Menge an exothermem Zündmaterial untergebracht. Ein elektromagnetischer Zünder ist mit dem exothermen Zündmaterial verbunden. Eine Barriere trennt die Menge des LENR-Brennstoffs von der Menge des exothermen Zündmaterials. Gemäß der exemplarischen Vorrichtung hierin kann sich die erste Kammer innerhalb der zweiten Kammer befinden oder die zweite Kammer kann sich innerhalb der ersten Kammer befinden. Der elektromagnetische Zünder startet in dem exothermen Zündmaterial eine exotherme Reaktion, die die Wärme über die Barriere hinweg an den LENR-Brennstoff abgibt und eine exotherme Reaktion im LENR-Brennstoff auslöst. Ein exemplarisches Verfahren sieht hierfür eine erste Kammer vor, die eine bestimmte Menge an LENR-Brennstoff (Low Energy Nuclear Reaction) enthält, sowie eine zweite Kammer, die eine bestimmte Menge an exothermem Zündmaterial enthält. Entweder wird die erste Kammer in die zweite Kammer eingesetzt, oder die zweite Kammer wird in die erste Kammer eingesetzt. Zur Zündung des exothermen Zündmaterials kommt ein elektromagnetischer Impuls zum Einsatz. Das exotherme Zündmaterial gibt seine Wärme an den LENR-Brennstoff ab und löst im LENR-Brennstoff eine exotherme Reaktion aus. Unabhängig von der genauen Art der Reaktion liefern beispielhafte Ausführungsformen »überschüssige« Energie, die zur Erzeugung von Arbeitsleistung nutzbar gemacht werden kann.

[0012] Konventionelle Reaktoren weisen Nachteile auf, die durch verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung behoben werden. Insbesondere liefern verschiedene beispielhafte Ausführungsformen einen niederenergetischen Kernreaktor (LENR) zur Erzeugung von Wärmeenergie. LENR umfasst dabei ein erstes und ein zweites Gefäß sowie eine Zündvorrichtung. Das erste Gefäß umschließt eine erste Kammer, die LENR-Brennstoff enthält. Das zweite Gefäß, das innerhalb des ersten Gefäßes angeordnet ist, umschließt eine zweite Kammer, die exothermes Material enthält. Der Zündvorrichtung zündet das exotherme Material durch eine Funkenbildung. Als Reaktion auf die Initiierungswärme des exothermen Materials reagiert der LENR-Brennstoff unter Erzeugung der thermischen Energie.“