[发明专利]局部能量集中

说明书

技术领域

本发明涉及用于产生非常高的局部能量的方法及设备。其特别但并非唯一地涉及产生高到足够引起核聚变的局部能量。

背景技术

多年来，核聚变发电的开发已成为投资大量时间和金钱的领域。此投资已以高成本大量集中在开发大规模核聚变反应堆上。然而，存在预见简单和便宜得多的用于制造核聚变的机制的其它理论。本发明感兴趣的是伞式概念“惯性约束核聚变”，其使用机械力(例如冲击波)将能量集中并聚集到非常小的体积(volume)。

对惯性约束聚变的各替代方法的潜在的大部分信心来自于对一种称为声致发光的现象的观察。在用特定频率的超声波激发包含合适大小的气泡的液体时发生此现象。压力波引起气泡扩张，并随即剧烈地坍塌；这个过程通常被称为惯性空化。气泡的迅速坍塌导致不均衡压缩，该不均衡压缩引起内容物升温至使其发光的程度[Gaitan,D.F.、Crum,L.A.、Church,C.C.以及Roy,R.A.，美国声学学会，91(6)，3166-3183六月(1992)]。已进行了各种努力来加剧这个过程，并且有团体已经声称观察到核聚变[Taleyarkhan,R.P.,、West,C.D.、Cho,J.S.、Lahey,R.T.、Nigmatulin,R.I.以及Block,R.C.，科学，295(5561)，1868-1873三月(2002)]。然而，尽管已进行了大量的努力[Shapira,D.以及Saltmarsh,M.，物理评论快报，89(10)，104302九月(2002)]，但观察到的结果仍未被证实或得以重现。这不是唯一提出的已由坍塌的气泡引起发冷光的机制；但是，它是最具文件证明的。也已从由强大的冲击波造成的坍塌的气泡观察到了发冷光[Bourne,N.K.以及Field,J.E.，皇家学会哲学汇刊伦敦系列A-数学物理和工程科学，357(1751)，295-311二月(1999)]。这是第二种机制，即：利用冲击波的气泡坍塌，本发明涉及该机制。

在US 7445319中已经提出将以非常高的速度(～1km/s)移动的球状水滴射向坚硬的目标，以生成强烈的冲击波。这种冲击波能够用于使已在该水滴内成核并随后在其内扩张的气泡坍塌。上述专利期望核聚变在该坍塌的气泡内发生。之前已实验性地并以数据方式研究了通过高速液滴撞击在表面上而生成冲击波的机制，且已很好地记录了该机制(包括本专利发明人之一的成果[Haller,K.K.、Ventikos,K、Poulikakos,D.以及Monkewitz,P.应用物理杂志，92(5)，2821-2828九月(2002)])。即使基本的物理机制类似，但由于其不使用高速液滴撞击，所以本发明与US7445319不同。

发明内容

本发明的目的在于提供上述技术的替换方案，且还可具有其它应用。当从本发明的第一方面来看时，其提供了一种产生局部能量集中的方法，包括：产生冲击波，该冲击波传播通过非气态介质，以入射到该非气态介质和气态介质之间的边界上，其由分离非气态介质和气态介质的障碍物中的至少一个孔形成，从而在该孔的另一侧上形成入射到包含与气态介质中的障碍物隔开的凹陷的目标表面上的横向喷流。

本发明还扩展至一种用于产生局部能量集中的设备，包括：

气态介质；

非气态介质，通过其中包含至少一个孔的障碍物与气态介质分离；

目标表面，其包括凹陷，凹陷在气态介质中与障碍物隔开；以及

用于产生至少一个冲击波的装置，该冲击波传播通过所述非气态介质，以入射到由所述孔形成的边界上，从而在该孔的另一侧上形成横向喷流。

WO 2011/138622中已示出非气态介质中的冲击波与气态介质之间的相互作用例如冲击波撞击液体内的气泡可产生穿过气态介质运动的非气态介质的高速横向喷流，这导致该喷流撞击该气泡的下风侧。根据本发明，这被进一步开发。由冲击波入射到该边界上产生的横向喷流背离该目标捕集一定体积或“气泡状”的气态介质。这通过两个机制产生气体内强烈的能量集中。第一机制是简单的喷流的动能转化为势能且随后转化为热能的简单转换，因为当气泡阻止喷流的运动时，气泡被压缩。这包括通过弓形震波(bow shock)在喷流前面的移动加热和由该弓形震波的回弹引起的加热以及随后的被限制在气泡内的进一步产生的震波的相互作用。