Proceso para producir energía mediante reacciones nucleares entre un metal e hidrógeno, que se adsorbe en la estructura cristalina del metal.

Un método de producción de energía mediante reacciones nucleares entre el hidrógeno y un metal,

comprendiendodicho método las etapas que consisten en:

- predisponer (110) una cantidad predeterminada de cristales de un metal de transición (19), estando dichos cristalesdispuestos como haces moleculares micro/nanométricos (21), que tienen una estructura cristalina predeterminada,teniendo cada uno de dichos haces moleculares un número de átomos de dicho metal de transición inferior a unnúmero crítico predeterminado de átomos;

- poner en contacto (120) el hidrógeno (31) con dichos haces moleculares (21);

- calentar (130) dichos haces moleculares (21) hasta una temperatura de adsorción (T1) más alta que unatemperatura crítica predeterminada (TD) y causar una adsorción en dichos haces moleculares (21) de hidrógenobajo la forma de iones H- (37), quedando, después de dicha etapa de calentamiento (130), dicho hidrógeno bajoforma de iones H- (37) disponible para dichas reacciones nucleares con dicho núcleo activo (1, 81, 85);

- iniciar (140) dichas reacciones nucleares entre dicho hidrógeno bajo la forma de iones H- (37) y dicho metal (19) enel interior de dichos haces moleculares (21) mediante una acción de impulsión (26) sobre dicho núcleo activo (1)que lleva dichos iones H- (37) a ser capturados (150) en átomos respectivos (38) de dichos haces moleculares (21),causando dicha sucesión de reacciones una producción (160) de calor (27);

- evacuar (170) el calor desde dicho núcleo activo (1, 81, 85) con el fin de obtener una potencia determinada y paramantener la temperatura (Teq) de dicho núcleo activo (1) por encima de dicha temperatura crítica (TD).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2009/007549.

Solicitante: Piantelli, Silvia.

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: Strada Petriccio-Belriguardo 120 53100 Siena (SI) ITALIA.

Inventor/es: PIANTELLI, FRANCESCO.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • G21B3/00 SECCION G — FISICA.G21 FISICA NUCLEAR; TECNICA NUCLEAR.G21B REACTORES DE FUSION (fusión no controlada, sus aplicaciones G21J). › Reactores de fusión nuclear de baja temperatura, p. ej. presuntos reactores de fusión fría.

PDF original: ES-2403118_T3.pdf

 

Proceso para producir energía mediante reacciones nucleares entre un metal e hidrógeno, que se adsorbe en la estructura cristalina del metal.

Fragmento de la descripción:

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un proceso para producir energía mediante reacciones nucleares entre un metal e hidrógeno, que se adsorbe en la estructura cristalina del metal. Además, la invención se refiere a un generador de energía que realiza dichas reacciones.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR

Un método para producir calor mediante reacciones nucleares causadas por hidrógeno, que se adsorbe en un núcleo activo de níquel se ha descrito en el documento WO 95/20816, a nombre de Piantelli et al. Mejoras de este proceso se describen en Focardi, Gabbani, Montalbano, Piantelli, Veronesi, “Producción de calor excesiva en sistemas de Ni-H”, en II Nuevo Cimento, vol. IIIA, N.11, noviembre 1998 y su bibliografía de referencia.

Un problema que fue observado durante los experimentos era la preparación de los núcleos en los que tenía que adsorberse hidrógeno y tenían que realizarse las reacciones; dichos núcleos estaban fabricados de níquel y tenían la forma de pequeñas barras.

Uno de los varios aspectos críticos del proceso era la elección de un método adecuado para adsorber hidrógeno y la calidad de la materia de hidrógeno así como la repetibilidad de las condiciones de iniciación del proceso.

Otros aspectos críticos eran cómo limpiar la pequeña barra antes de la adsorción del hidrógeno así como la forma de optimizar las condiciones óptimas de la superficie de la barra y el método para iniciar e interrumpir las reacciones.

Debido a tales problemas, el establecimiento del proceso y de su explotación industrial se hizo algo difícil.

Otro aspecto crítico es el dimensionamiento del núcleo y su diseño para alcanzar una potencia deseada.

En el documento DE 4024515 se describe un proceso para obtener energía a partir de la fusión nuclear de isótopos de hidrógeno, en donde los átomos se ponen en contacto con haces moleculares que contienen de tres a cien mil átomos de un metal de transición y en donde los haces moleculares se obtienen enfriando partículas metálicas finamente subdivididas.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

Por lo tanto, es una característica de la presente invención, dar a conocer un método para producir energía mediante reacciones nucleares de hidrógeno, que se adsorbe en una estructura cristalina de un metal, que garantiza la repetibilidad de las condiciones de iniciación de las reacciones.

Además, una característica de la presente invención es dar a conocer dicho método para la obtención industrial de los precursores de los núcleos activos y para la adsorción en dichos núcleos de hidrógeno.

Es otra característica de la presente invención dar a conocer un generador de energía que realice las reacciones nucleares anteriormente descritas, cuya tasa de producción y dimensiones sean también tales que se permita una producción industrial.

De modo similar, una característica de la presente invención es dar a conocer dicho generador, que permita un fácil ajuste de la potencia de salida.

Asimismo, una característica de la presente invención es dar a conocer dicho generador que pueda ser fácilmente interrumpido en su servicio.

Estas y otras características se realizan por un método para producir energía mediante reacciones nucleares entre hidrógeno y un metal, dando a conocer dicho método las etapas siguientes:

- la predisposición de una cantidad determinada de cristales de un metal de transición, estando dichos cristales como haces moleculares micro/nanométricos que presentan una estructura cristalina predeterminada, teniendo cada uno de dichos haces moleculares un número de átomos de dicho metal de transición que sea menor que un número predeterminado de átomos;

- la puesta en contacto de hidrógeno con dichos haces moleculares;

- el calentamiento de dicha cantidad determinada de haces moleculares hasta una temperatura de adsorción más alta que una temperatura crítica predeterminada, que se adapte para causar una adsorción en dichos haces moleculares

de dicho hidrógeno como iones H-, permaneciendo dicho hidrógeno como iones H- disponibles para dichas reacciones nucleares dentro de dicho núcleo activo después de dicha etapa de calentamiento;

- la iniciación de dichas reacciones nucleares entre dicho hidrógeno como iones H- y dicho metal dentro de dichos haces moleculares mediante una acción impulsiva ejercida sobre dicho núcleo activo que hace que sean capturados dichos iones H-en los respectivos átomos de dichos haces moleculares, causando dicha sucesión de reacciones una producción de calor;

- la evacuación de dicho calor desde dicho núcleo activo manteniendo la temperatura de dicho núcleo activo por encima de dicha temperatura crítica, realizándose dicha etapa de evacuación de dicho calor en función de una potencia predeterminada.

En una forma de realización preferida, dicha etapa de predisposición se realiza de tal manera que dicha cantidad determinada de cristales de dicho metal de transición en la forma de haces moleculares micro/nanométricos sea proporcional a dicha potencia.

El número de haces moleculares es la variable mediante la que se puede obtener la potencia predeterminada a partir de un núcleo activo, que comprende una cantidad predeterminada de metal. La estructura de los haces moleculares micro/nanométricos es un requisito para producir iones H- y para los procesos de captura nuclear y orbital anteriormente citados. Para cada metal de transición, se puede identificar un número crítico de átomos por debajo del que una estructura discreta de nivel (densidad electrónica, funcional de la densidad electrónica y potencial efectivo de Kohn-Sham) y la antisimetría de Pauli, tienden a prevalecer a través de una estructura de banda en conformidad con el método de Thomas-Fermi. La estructura de niveles discretos está en el origen de las propiedades principales de los haces moleculares, algunas de las cuales se citaron con anterioridad. Dichas características pueden utilizarse, de forma ventajosa, para analizar la naturaleza de la superficie, es decir, para establecer si los haces moleculares están presentes,

o no.

De hecho, cada haz molecular es un emplazamiento en donde tiene lugar una reacción y por lo tanto, la potencia que puede obtenerse es prácticamente independiente del tamaño de los haces moleculares, esto es, del número de átomos que forman el haz molecular.

En particular, el número de átomos de los haces moleculares se selecciona a partir de un grupo de números que se conoce que dan lugar a estructuras que son más estables que otros agregados que comprenden un número de átomos diferente. Dicha estabilidad es una condición para alcanzar una alta reactividad de los haces moleculares con respecto al hidrógeno para proporcionar iones H-. A modo de ejemplo, una función de estabilidad se ha identificado para el níquel, que depende del número de átomos que forman los haces moleculares, que obtiene picos de estabilidad específicos que corresponden a esos números particulares.

El hidrógeno que se utiliza en el método puede ser hidrógeno natural, esto es, en particular, hidrógeno que contiene deuterio con una abundancia isotópica prácticamente igual a 0, 015%. Como alternativa, dicho hidrógeno puede ser hidrógeno con un contenido en deuterio que es distinto del anteriormente indicado y/o hidrógeno con un contenido en tritio significativo.

En una forma de realización preferida, el hidrógeno, en uso, es hidrógeno molecular H2; como alternativa, el hidrógeno está, de forma preliminar, ionizado como H- o puede ser una mezcla que contenga H-y H2.

El metal de transición se puede seleccionar a partir del grupo constituido por: Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Y, Zr, Nb, Pd, Mo, Tc, Ru, Rh, Ag, Cd, Lu, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, iantanoides, actinoides. Dichos metales pertenecen a uno de los cuatro grupos de transición, esto es:

- metales que tienen una envolvente 3d parcialmente rellenada, p.e., níquel;

- metales que tienen una envolvente 4d parcialmente rellenada, p.e., rodio;

- metales que tienen una envolvente 5d parcialmente rellenada, esto es, las denominadas “tierras raras” o lantanoides, p.e., cerio;

- metales que tienen una envolvente 5d parcialmente rellenada, esto es, los actinoides, p.e., torio.

El metal, en uso, puede ser también una aleación de dos o más de dos de los metales anteriormente citados.

Entre los metales de transición citados o sus aleaciones, son preferidos los que cristalizan con una estructura cristalina seleccionada desde un grupo constituido por:

- estructura... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un método de producción de energía mediante reacciones nucleares entre el hidrógeno y un metal, comprendiendo dicho método las etapas que consisten en:

- predisponer (110) una cantidad predeterminada de cristales de un metal de transición (19) , estando dichos cristales dispuestos como haces moleculares micro/nanométricos (21) , que tienen una estructura cristalina predeterminada, teniendo cada uno de dichos haces moleculares un número de átomos de dicho metal de transición inferior a un número crítico predeterminado de átomos;

- poner en contacto (120) el hidrógeno (31) con dichos haces moleculares (21) ;

- calentar (130) dichos haces moleculares (21) hasta una temperatura de adsorción (T1) más alta que una temperatura crítica predeterminada (TD) y causar una adsorción en dichos haces moleculares (21) de hidrógeno bajo la forma de iones H- (37) , quedando, después de dicha etapa de calentamiento (130) , dicho hidrógeno bajo forma de iones H- (37) disponible para dichas reacciones nucleares con dicho núcleo activo (1, 81, 85) ;

- iniciar (140) dichas reacciones nucleares entre dicho hidrógeno bajo la forma de iones H- (37) y dicho metal (19) en el interior de dichos haces moleculares (21) mediante una acción de impulsión (26) sobre dicho núcleo activo (1) que lleva dichos iones H- (37) a ser capturados (150) en átomos respectivos (38) de dichos haces moleculares (21) , causando dicha sucesión de reacciones una producción (160) de calor (27) ;

- evacuar (170) el calor desde dicho núcleo activo (1, 81, 85) con el fin de obtener una potencia determinada y para mantener la temperatura (Teq) de dicho núcleo activo (1) por encima de dicha temperatura crítica (TD) .

2. El método según la reivindicación 1, en donde dicha etapa de predisposición (110) se realiza de tal manera que dicha cantidad determinada de cristales de dicho metal de transición (19) en la forma de haces moleculares micro/nanométricos es proporcional a dicha potencia.

3. El método según la reivindicación 1, en donde dicha etapa de predisposición (110) de una cantidad determinada de haces moleculares (21) micro/nanométricos comprende una etapa seleccionada de entre el grupo constituido por:

- depositar (113) una cantidad predeterminada de dicho metal de transición (19) en la forma de haces moleculares

(21) micro/nanométricos, sobre una superficie (23) de un substrato (3, 22) , es decir, un cuerpo sólido que presenta una forma y volumen predeterminado en donde dicho substrato (3, 22) contiene, sobre su superficie, un número de haces moleculares (21) que es mayor que un número mínimo, en particular siendo dicho número mínimo de al menos 109 haces moleculares (21) por centímetro cuadrado, preferentemente, al menos 1010 haces moleculares

(21) por centímetro cuadrado, más en particular 1011 haces moleculares (21) por centímetro cuadrado, y mucho más en particular, al menos 1012 haces moleculares (21) por centímetro cuadrado;

- la agregación de dicha cantidad determinada de haces moleculares (21) micro/nanométricos mediante sinterización, preservando dicha sinterización la estructura cristalina de dichos haces moleculares (21) , conservando dicha sinterización prácticamente el tamaño de dichos haces moleculares (21) ;

- recoger en un recipiente (84) un polvo que está constituido a partir de dichos haces moleculares (21) , es decir, una cantidad determinada de haces moleculares o de una agregación de haces moleculares libres.

4. El método según la reivindicación 3, en donde dicha etapa (113) de depositar dicho metal de transición (19) se efectúa mediante un proceso de deposición física sobre dicho substrato (22) de un vapor metálico que está constituido por dicho metal (19) .

5. El método según la reivindicación 3, en donde dicha etapa de depositar dicho metal de transición (19) se realiza por proceso seleccionado del grupo constituido por:

- la pulverización catódica (sputtering)

- un proceso que comprende la evaporación o sublimación y luego, la condensación sobre dichos sustrato (3, 22) de dicha cantidad predeterminada de dicho metal (19) ;

- la deposición epitaxial;

- la pulverización;

- el calentamiento hasta aproximarse al punto de fusión (Tf) seguido por un enfriamiento lento (118) , en particular hasta una temperatura media del núcleo de aproximadamente 600ºC.

6. El método según la reivindicación 3, en donde dicha etapa (113) de depositar una cantidad predeterminada de dicho metal de transición está prevista una etapa de enfriamiento rápido (119) de dicho substrato (22) y de dicho metal depositado (19) , con el fin de causar una “congelación” de dicho metal de transición (19) bajo la forma de haces moleculares (21) que tengan dicha estructura cristalina, siendo dicha etapa de enfriamiento rápido (119) elegida entre el grupo constituido por: una termoestatización; que causa la circulación de una corriente de hidrógeno cerca de dicho metal de transición (19) cuando se deposita sobre dicho substrato (22) , presentando dicho hidrógeno una temperatura predeterminada que es más baja que la temperatura de dicho substrato (22) .

7. El método según la reivindicación 1, en donde dicha etapa (120) de puesta en contacto de hidrógeno (31) con dichos haces moleculares (21) va precedida por una etapa de limpieza (114) de dicho substrato (22) , en particular aplicando un vacío de al menos 10 barias a una temperatura establecida entre 350ºC y 500ºC durante un tiempo predeterminado, en particular, siendo dicho vacío aplicado según al menos 10 ciclos de aplicación de vacío y después del reestablecimiento de una presión sensiblemente atmosférica de hidrógeno.

8. El método según la reivindicación 1, en donde durante dicha etapa (120) de poner en contacto hidrógeno (31) con dichos haces moleculares (21) dicho hidrógeno (31) satisface al menos una de las condiciones siguientes:

- presenta una presión parcial establecida entre 0, 001 milibares y 10 barias, en particular entre 1 milibaria y 2 barias;

- circula con una velocidad (32) inferior a 3 m/s, en particular en una dirección prácticamente paralela a dicha superficie (23) de dichos haces moleculares (21) .

9. El método según la reivindicación 1 en donde dicha temperatura de adsorción está próxima a una temperatura de deslizamiento de los planos reticulares del metal de transición (19) , en particular, una temperatura establecida entre la temperatura correspondiente a los picos de adsorción a y .

10. El método según la reivindicación 1, en donde después de dicha etapa de calentamiento (130) de dicha cantidad determinada de haces moleculares (21) , está prevista una etapa de enfriamiento de dicho núcleo activo (1) hasta la temperatura ambiente (Ta) y dicha etapa de iniciación (140) de dichas reacciones nucleares que da lugar a una elevación rápida de dicha temperatura de dicho núcleo activo (1) , desde dicha temperatura ambiente hasta dicha temperatura de adsorción, siendo dicha elevación rápida, en particular realizada en un tiempo (t*) que es más corto que cinco minutos.

11. El método según la reivindicación 1, en donde dicha etapa de iniciación (140) de dichas reacciones nucleares está asociada con una etapa de creación de un gradiente (LT) , es decir, de una diferencia de temperatura, entre dos puntos de dicho núcleo activo (1) , siendo dicho gradiente (LT) , en particular, establecido entre 100ºC y 300ºC, con el fin de mejorar la anarmonicidad de las oscilaciones reticulares y de facilitar la producción de los iones H- (35) .

12. El método según la reivindicación 1, en donde dichos haces moleculares (21) presentan una estructura cristalina cúbica de caras centradas, fcc [110].

13. El método según la reivindicación 1, en donde dichas reacciones con producción (160) de calor (27) ocurren en la presencia de un campo magnético y/o eléctrico elegido entre el grupo constituido por:

- un campo de inducción magnética de intensidad fijada entre 1 Gauss y 70000 Gauss y

- un campo eléctrico de intensidad fija entre 1 V/m y 300000 V/m.

14. Un generador de energía (50) para obtener energía a partir de una sucesión de reacciones nucleares entre el hidrógeno (31) y un metal, en donde dicho metal es un metal de transición (19) , comprendiendo dicho generador:

- un núcleo activo (1) que comprende una cantidad predeterminada de dicho metal de transición (19) ;

- una cámara de generación (53) que, en uso, contiene dicho núcleo activo (1) ;

- un medio para hacer que dicho hidrógeno (31) circule dentro de la cámara de tratamiento (53) ;

- un medio (56) para calentar dicho núcleo activo (1) dentro de dicha cámara de generación (53) hasta una temperatura (T1 ) que es más alta que una temperatura crítica predeterminada (TD) ;

- un medio (61, 62, 67) para iniciar dichas reacciones nucleares entre dicho metal de transición (19) y dicho hidrógeno (31) mediante una acción impulsiva (26) sobre dicho núcleo activo (1) ;

- un medio (54) para evacuar, desde dicha cámara de generación (53) , el calor (27) que se desarrolla durante dichas reacciones dentro de dicho núcleo activo (1) según una potencia determinada,

caracterizado porque dicho núcleo activo (1) comprende una cantidad determinada de cristales de dicho metal de transición (19) , siendo dichos cristales de haces moleculares (21) micro/nanométricos que presentan una estructura cristalina determinada, comprendiendo dichos haces moleculares (21) un número medio de átomos de dicho metal de transición (19) que es menor que un número crítico predeterminado de átomos, de modo que cuando dicho medio para calentar dichos haces moleculares (21) hasta una temperatura de adsorción más alta que dicha temperatura crítica (TD) ,

ocurra una adsorción en dichos haces moleculares (21) de hidrógeno como iones H- (37) que causen dichas reacciones nucleares dentro de dicho núcleo activo (1) y de modo que dicho medio de iniciación pueda iniciar dichas reacciones nucleares entre dicho hidrógeno como iones H- (37) y dicho metal (19) dentro de dichos haces moleculares (21) por dicha 10 acción impulsiva (26) sobre dicho núcleo activo (1) que hace que dichos iones H- (37) sean capturados en respectivos átomos (38) de dichos haces moleculares (21) con producción de calor (27) .

15. El generador de energía (50) según la reivindicación 14, en donde dicha cantidad determinada de cristales de dicho metal de transición (19) , en la forma de haces moleculares (21) micro/nanométricos sea proporcional a dicha potencia.

Substrato

Metarºeº transicion Hierogeno Caror

Impursoºeº energia Preeisposicionºeº hacesºmorecurares

Tratamientoºeeº hierogeno

Carentamiento Nucreoactivo

Iniciacion CapturaºeeºionesºHyºreraciones

Proeuccionºeeºcaroº

Evacuacionºeeºcaroº

Carorºproeucieº

Nucreoºehhaustacion

Estructuraºhacesºmorecuraresºen superficie


 

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