(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
目標物から電子が放出されるように、前記目標物に複数の粒子を衝突させるステップ、
輸送媒体を通じて、前記目標物からヒートシンクに電子を輸送するステップであり、前記目標物と前記ヒートシンクはある距離だけ離れている、輸送するステップ、
前記ヒートシンクを使用して電子を冷却するステップ、
前記目標物の温度を受信するステップ、及び
前記ヒートシンクから前記目標物に返還される電子の流れを前記受信した温度に少なくとも部分的に基づいて制御するステップ、
を含む、方法。
【請求項２】
前記目標物は航空機の翼の前縁を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記目標物は電子放出物質を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記目標物の断面積に対する前記ヒートシンクの断面積の比は、１よりも大きい、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記複数の粒子は空気を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記複数の粒子は複数の陽子を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
電子は、有線接続を使用して前記ヒートシンクから前記目標物に返還される、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記複数の粒子は、粒子加速器を使用して前記目標物に衝突させられる、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
冷却剤を使用して前記ヒートシンクを冷却するステップを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
第一の温度センサを使用して、前記目標物の第一の温度を測定するステップ、
第二の温度センサを使用して、前記ヒートシンクの第二の温度を測定するステップ、及び
前記第一の温度及び前記第二の温度に基づいて、冷却装置から前記ヒートシンクへの前記冷却剤の流量を調節するかどうかを決定するステップ、
を更に含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
電子を冷却するように構成されたヒートシンクであり、前記電子は目標物への複数の粒子の衝突に応じて前記目標物から放出され、当該ヒートシンク及び前記目標物はある距離だけ離れている、ヒートシンク、
前記ヒートシンクから前記目標物に電子を返還するように構成された返還部材であり、当該返還部材は、前記ヒートシンク及び前記目標物に結合するように構成されている、返還部材、
前記目標物の温度を測定するように構成された、第一の温度センサ、及び
前記第一の温度センサを通じて前記目標物の温度を受信し、前記ヒートシンクに返還される前記電子の流れを該受信した温度に少なくとも部分的に基づいて制御するように構成されたプロセッサ、
を有する、システム。
【請求項１２】
前記目標物は航空機の翼の前縁を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記目標物は電子放出物質を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記目標物の断面積に対する前記ヒートシンクの断面積の比は、１よりも大きい、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１５】
冷却剤を使用して前記ヒートシンクを冷却するように構成された冷却装置を更に有する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記ヒートシンクの温度を測定するように構成された、第二の温度センサを更に有する、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
電子を冷却するように構成されたヒートシンクであり、前記電子は航空機の翼の前縁への空気の衝突に応じて前記翼の前縁から放出され、当該ヒートシンクは、前記翼の前縁からある距離だけ離れている、ヒートシンク、
前記ヒートシンクから前記翼の前縁に電子を返還するように構成された返還部材であり、当該返還部材は、前記ヒートシンク及び前記翼の前縁に結合するように構成されている、返還部材、
前記前縁の温度を測定するように構成された、第一の温度センサ、及び
前記第一の温度センサを通じて前記前縁の温度を受信し、前記ヒートシンクに返還される前記電子の流れを該受信した温度に少なくとも部分的に基づいて制御するように構成されたプロセッサ、
を有する、システム。
【請求項１８】
前記返還部材は、前記ヒートシンクと前記翼の前縁との間の有線接続を含む、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記翼の前縁の断面積に対する前記ヒートシンクの断面積の比は、１よりも大きい、請求項１７に記載のシステム。
【請求項２０】
前記ヒートシンクは冷却剤を使用して冷却される、請求項１７に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
本出願は、米国特許法（３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．）１１９条（ｅ）の下で、“ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＣＯＯＬＩＮＧ  Ａ  ＴＡＲＧＥＴ，”と表題が付けられ、２０１４年６月１３日に出願された、米国仮出願番号第６２／０１１，９９４号の利益を主張する。当該出願の全ての内容は、参照により本明細書に取り込まれる。
【０００２】
本発明は、概して熱力学（thermodynamics）に関し、より具体的には電子を用いた目標物の冷却に関する。
【背景技術】
【０００３】
特定の応用例（applications）は、ある温度まで加熱される目標物を含み得る。その温度は、目標物の材料の変形を生じさせる。しかしながら、目標物の変形は能力及び性能に不利に作用し、結果として不具合を生じさせ得る。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
本開示のより完全な理解のため及び本開示の更なる特徴及び利点のために、これから、添付の図面と合わせられる以下の記述への参照がなされる。
【図１】本開示の特定の実施形態による、目標物の電子が冷却される、一つの例示的な環境を示す図である。
【図２】本開示の特定の実施形態による、図１の目標物が航空機の翼の前縁であり得る、一つの例示的な実施形態を示す図である。
【図２Ａ】本開示の特定の実施形態による、図２の例示的な実施形態の一部分の拡大詳細図を示す図である。
【図３】本開示の特定の実施形態による、図１の目標物が電子放出物質であり得る、一つの例示的な実施形態を示す図である。
【図４】本開示の特定の実施形態による、図１の目標物を冷却するための、一つの例示的な方法を示す流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
目標物が強烈な高熱の影響下にある様々な応用例において、目標物は使用され得る。例えば、スペースシャトルが高速度で地球の大気圏に入るときに、スペースシャトルの翼の温度は大幅に上昇し得る。他の例として、粒子加速器は医療用同位体（アイソトープ）を製造する（manufacture）ために使用され得る。目標物原料への粒子加速器のビーム電流が上昇するにつれて、目標物原料の温度も上昇する。ひとたび目標物の温度が特定の度合い（point）まで上昇すると、目標物は変形し得る。変形（Deformation）は、例えば、構造的完全性の喪失、酸化、炭化（charring）又は如何なる他の形の変形であっても含み得る。変形は、性能を低下させるかも知れず（例えば、空力抵抗の増大）、対象物の不具合を生じさせるかも知れず、原料費を増大させるかも知れない。
【０００６】
これらの問題及び他の問題を克服するために、目標物に電子を放出させ、放出された電子をヒートシンク内で冷却し、冷却された電子を目標物に返還することによって、目標物が冷却され得る。結果として、冷却された電子は、結果として目標物の変形を生じさせることなく目標物の温度を低下させる。
【０００７】
したがって、本開示の複数の態様は方法を含み、その方法は、一つの実施形態において、目標物から電子が放出されるように目標物に複数の粒子を衝突させ（impinges）、また輸送媒体（transporting  medium）を通じて目標物からヒートシンクに電子を輸送する（transports）。目標物とヒートシンクは、ある距離だけ離れていてもよい。その方法は、ヒートシンクを使用して電子を冷却するステップ、及びヒートシンクから目標物に電子を返還するステップ（returning）を更に含む。
【０００８】
本開示は、多数の利点を提供し得る。例えば、目標物を冷却するために電子を用いることは、目標物の変形に結果することなく多量の冷却を提供することができる。目標物が変形させられないため、応用例の性能が向上し得る。他の例として、目標物の加熱は粒子のビーム又は流れを衝突させることを伴う衝突によって目標物の表面で起こり得るために、より低いか又は穏やかな使用温度を伴うより低コストの材料が、高価な耐火材の代わりに使用され得る。目標物の表面は電子の熱イオン放出の部位であるため、目標物の冷却は、目標物の大部分（bulk）に熱を輸送することなく起こり得る。結果として、より低いか又は穏やかな使用温度を伴うより安価な材料が使用され得る。この冷却技術は、たとえ実施形態において電気的に放出性の層がほんの数分子の厚さであるとしても機能し得る。他の例として、変形が低減又は根絶され得るために、原料費が低減され得る。他の例として、ヒートシンクと目標物をある距離だけ離すことは、電子が、それらの電子の輸送の間に冷えることを可能にし得る。他の例として、電子は閉じたループ内で目標物から放出され、目標物に返還されるために、電子が使い尽くされないので、能力限界が存在しない。他の例として、電子を用いて目標物原料を冷却することは、目標物原料を変形させることなく粒子加速器のビーム電流が上昇させられ得るために、医療用同位体をより迅速に製造することを可能にし得る。
【０００９】
追加的な詳細は、図１乃至図４において扱われる。図１は、目標物１１０の電子１２０が冷却される、一つの例示的な環境１００を示す。図２−図２Ａ及び図３は、図１の目標物１１０が航空機２０４の翼の前縁２１０及び電子放出物質３１０であり得る、例示的な実施形態をそれぞれ示す。図４は、電子を用いて図１の目標物１１０を冷却するための、一つの例示的な方法を示す。
【００１０】
図１は、本開示の特定の実施形態による、目標物１１０の電子１２０が冷却される、一つの例示的な環境１００を示す図である。環境１００は、複数の粒子１０５、目標物１１０、温度センサ１１５、電子１２０、輸送媒体１３０、熱１３５、ヒートシンク１４０、温度センサ１４５、距離１４７、返還部材１５０、バルブ１５５、冷却装置１６０、冷却剤１６５、プロセッサ１７０及びネットワーク１７５を含んでもよい。特定の実施形態において、複数の粒子１０５は、目標物１１０に衝突させられ、目標物１１０が電子１２０を放出するように、目標物１１０の温度を上昇させてもよい。目標物１１０の温度が熱イオン放出点（thermionic  emission  point）に到達した場合に、目標物１１０は急激に（exponentially）電子１２０を放出し得る。電子１２０は、輸送媒体１３０を通じて、目標物１１０から離れてヒートシンク１４０に熱を運び得る。電子１２０は、輸送媒体１３０内に熱１３５を分配（disburse）又は排出（reject）してもよい。ヒートシンク１４０は、電子１２０を冷却し、返還部材１５０を使用して冷却された電子１２０を目標物１１０に返還してもよい。冷却された電子１２０を目標物１１０に返還することの結果として、目標物１１０を変形させることなく目標物１１０の温度が低減され得る。上記の冷却技術は、実質的な目標物１１０の冷却を提供し、この冷却技術を用いる応用例の性能を向上させ、原料費を減少させることができる。環境１００の各構成要素は以下で議論される。
【００１１】
複数の粒子１０５は、特定の実施形態において、如何なる粒子のビーム又は流れであってもよい。例えば、複数の粒子１０５は空気であってもよい。その実施例において、空気は航空機の前縁に衝突させられて（impinged）もよい。他の実施例として、複数の粒子１０５は複数の陽子であってもよい。その実施例において、複数の陽子は粒子加速器から放出されてもよい。複数の粒子１０５は、特定の実施形態において目標物１１０に向かって方向付けられてもよい。例えば、上述したように、複数の粒子１０５は、航空機の前縁に衝突する空気であってもよい。他の実施例として、複数の粒子１０５は、粒子加速器から電子放出物質に向かって放出される複数の陽子であってもよい。複数の粒子１０５は、特定の実施形態において、目標物１１０が電子１２０を放出するように、目標物１１０の温度を上昇させてもよい。例えば、航空機が超音速（supersonic）の速度又は極超音速（hypersonic）の速度で移動する（travels）ときに、翼の前縁の温度は、前縁が電子１２０を放出する程度に上昇し得る。他の実施例として、粒子加速器は、（例えば、テクネチウム９９ｍのような医療用同位体を生じさせるために、）複数の陽子を電子放出物質に衝突させ、それにより、電子放出物質が電子１２０を放出する程度に、電子放出物質の温度を上昇させてもよい。目標物１１０の温度が熱イオン放出閾値に到達した場合に、電子１２０の放出は急激に増大する。
【００１２】
目標物１１０は、特定の実施形態において、電子１２０を含む如何なる物体であってもよい。例えば、目標物１１０は航空機の前縁であってもよい。他の実施例として、目標物１１０は、モリブデン又はテクネチウム９９ｍのような、電子放出物質であってもよい。目標物１１０は、特定の実施形態において、温度センサ１１５及び／又は返還部材１５０に結合させられてもよい。いくつかの実施形態において、目標物１１０は、ヒートシンク１４０の断面積よりも小さな断面積を有してもよい。特定の実施形態において、目標物１１０に衝突する複数の粒子１０５により、目標物１１０の温度は、目標物１１０が電子１２０を放出する程度に上昇し得る。例えば、目標物１１０が航空機の前縁である場合に、その前縁の温度は、航空機が高速度で移動するにつれて有意に熱くなり得る。前縁の温度が上昇するにつれて、前縁は電子１２０を放出し得る。前縁の温度が前縁の熱イオン放出閾値に到達した場合に、前縁は電子１２０を急激に放出し得る。
【００１３】
温度センサ１１５は、特定の実施形態において、目標物１１０の温度を測定するように構成された如何なるセンサであってもよい。例えば、温度センサ１１５は、目標物１１０の温度を測定するように構成された温度計、熱電対又は如何なる他のセンサであってもよい。温度センサ１１５は、いくつかの実施形態において、如何なる方法で目標物１１０に結合させられてもよい。温度センサ１１５は、特定の実施形態において、如何なる方法でネットワーク１７５に結合させられてもよい（例えば有線又は無線）。温度センサ１１５は、ネットワーク１７５を通じてプロセッサ１７０に目標物１１０の温度測定結果を送信してもよい。プロセッサ１７０は、いくつかの実施形態において、それらの測定結果を使用して冷却装置１６０からヒートシンク１４０への冷却剤１６５の流量を調節するかどうかを決定してもよい。プロセッサ１７０は、目標物１１０の温度測定結果を使用してバルブ１５５を調節してもよい。例えば、プロセッサ１７０は、目標物１１０の温度が高すぎることを決定し、返還部材１５０を通じて目標物１１０に戻る電子１２０を更に冷却することを可能にするために、バルブ１５５を開いてもよい。
【００１４】
電子１２０は、特定の実施形態において、目標物１１０の如何なる電子であってもよい。電子１２０は、一つの実施形態において、自由電子であってもよい。すなわち、電子１２０は、他の分子に束縛されていなくてもよい。電子１２０は、目標物１１０の温度が上昇するにつれて、目標物１１０から放出されてもよい。目標物１１０の熱イオン放出閾値に目標物１１０の温度が到達した場合に、電子１２０の放出は急激に増大する。電子１２０が放出されるときに、各電子は、目標物１１０から熱を運び去る。いくつかの実施形態において、電子１２０は、輸送媒体１３０を通じて目標物１１０からヒートシンク１４０に向かって移動してもよい。電子１２０は、特定の実施形態においてヒートシンク１４０内で冷却されてもよい。電子１２０はまた、輸送媒体１３０を通じた輸送の間に冷却されてもよい。例えば、電子１２０は、輸送媒体１３０内に熱１３５を排出してもよい。電子１２０がヒートシンク１４０内で冷却された後に、冷却された電子１２０は、閉じたループ内の返還部材１５０を通じて目標物１１０に返還されてもよい（すなわち、再循環させられる）。本開示の全体を通じで電子１２０が説明されるが、他の粒子もまた目標物１１０を冷却するために使用され得る。例えば、如何なる種類のフェルミ粒子（fermion）であっても使用され得る。他の実施例として、ミュー粒子（muons）が使用され得る。
【００１５】
輸送媒体１３０は、特定の実施形態において、電子１２０を輸送する能力がある如何なる媒体（medium）であってもよい。例えば、輸送媒体１３０は空気であってもよい。他の実施例として、輸送媒体１３０は真空であってもよい。他の実施例として、輸送媒体１３０は、イオン化されたプラズマの導電媒質を含んでもよい。その実施例において、イオン化されたプラズマの導電媒質は、衝撃波が航空機の前部から移動するときに形成されてもよい。輸送媒体１３０を通じた電子１２０の輸送の間に、電子１２０は冷却されてもよい。例えば、電子１２０は、輸送媒体１３０内に熱１３５を分配）又は排出してもよい。輸送媒体１３０は、目標物１１０からヒートシンク１４０に電子１２０を輸送してもよい。
【００１６】
熱１３５は、電子１２０の如何なる熱であってもよく、一つの実施形態において、電子１２０が目標物１１０からヒートシンク１４０に輸送されるときに、輸送媒体１３０内に分配又は排出されてもよい。熱１３５は、一つの実施形態において、放射又は伝導（例えば、伝導的な衝突）を介して、分配又は排出されてもよい。
【００１７】
ヒートシンク１４０は、電子１２０を捕らえて冷却するように構成された如何なる装置であってもよい。例えば、ヒートシンク１４０は、基部から鉛直方向に延びる複数のフィンを備えた構造であってもよい。ヒートシンク１４０は、例えばピン型ヒートシンク、直線型ヒートシンク又はフレア型ヒートシンクのような、如何なる種類のヒートシンクであってもよい。ヒートシンク１４０は、一つの実施形態において、ラジエータであってもよい。ヒートシンク１４０は、いくつかの実施形態において、輸送媒体１３０から放出された電子１２０を捕らえてもよい。例えば、ヒートシンク１４０は正電荷を有してもよく、そのため、負電荷を有する放出された電子１２０は、ヒートシンク１４０に引き付けられる。いくつかの実施形態において、ヒートシンク１４０は、周囲の領域に熱を消散させることによって電子１２０を冷却してもよい。ヒートシンク１４０は目標物１１０から距離１４７だけ離れていてもよく、距離１４７は、電子１２０がヒートシンク１４０内で冷却される前に輸送媒体１３０内で冷えることを可能にし得る。ヒートシンク１４０は、特定の実施形態において、如何なる方法で温度センサ１４５及び／又は返還部材１５０に結合させられてもよい。ヒートシンク１４０はまた、冷却装置１６０と流体連通してもよい。例えば、ヒートシンク１４０は、冷却装置１６０から冷却剤１６５を受け取ってもよい。以下で説明するように、冷却剤１６５は、目標物１１０から電子１２０を受け取ることによってヒートシンク１４０の温度が上昇するときに、ヒートシンク１４０を冷却してもよい。特定の実施形態において、ヒートシンク１４０は、目標物１１０の断面積よりも大きな断面積を有してもよい。例えば、目標物１１０の断面積に対するヒートシンク１４０の断面積の比は、１よりも大きくてもよい。概して、１よりも大きな、目標物１１０の断面積に対するヒートシンク１４０の断面積の比を提供することは、目標物１１０からヒートシンク１４０へのより大きな熱伝達を提供することができる。
【００１８】
温度センサ１４５は、特定の実施形態において、ヒートシンク１４０の温度を測定するように構成された如何なるセンサであってもよい。例えば、温度センサ１４５は、ヒートシンク１４０の温度を測定するように構成された温度計、熱電対又は如何なる他のセンサであってもよい。温度センサ１４５は、いくつかの実施形態において、如何なる方法でヒートシンク１４０に結合させられてもよい。温度センサ１４５は、特定の実施形態において、如何なる方法でネットワーク１７５に結合させられてもよい（例えば有線又は無線）。温度センサ１４５は、ネットワーク１７５を通じてプロセッサ１７０にヒートシンク１４０の温度測定結果を送信してもよい。プロセッサ１７０は、いくつかの実施形態において、それらの測定結果を使用して冷却装置１６０からヒートシンク１４０への冷却剤１６５の流量を調節してもよい。
【００１９】
距離１４７は、特定の実施形態において、ヒートシンク１４０から目標物１１０を離す如何なる距離であってもよい。例えば、距離１４７は飛行機の前縁と飛行機の後部との間の距離であってもよく、いくつかの実施形態において飛行機の後部にはヒートシンク１４０が配置され得る。他の実施例として、距離１４７は、目標物１１０とヒートシンク１４０とが隣接しないような、如何なるゼロでない距離であってもよい。距離１４７を使用してヒートシンク１４０と目標物１１０とを離すことは、輸送媒体１３０内で電子１２０が冷えることを可能にする。距離１４７は如何なる距離であってもよい。例えば、距離１４７は６インチ（約１５．２ｃｍ）であってもよい。他の実施例として、距離は６フィート（約１．８２９ｍ）であってもよい。
【００２０】
返還部材１５０は、特定の実施形態において、電子１２０を輸送するように構成された如何なる装置であってもよい。返還部材１５０は、一つの実施形態において、冷却された電子１２０が目標物１１０に戻るように、ヒートシンク１４０から目標物１１０に冷却された電子１２０を輸送する。返還部材１５０は、いくつかの実施形態において、ワイヤであってもよい。返還部材１５０は、一つの実施形態において、ヒートシンク１４０及び／又は目標物１１０に結合させられてもよい。返還部材１５０は、一つの実施形態において、バルブ１５５を含んでもよい。
【００２１】
バルブ１５５は、一つの実施形態において、如何なる種類の制御可能なバルブであってもよい。例えば、バルブ１５５はシリコン制御整流器であってもよい。他の実施例として、バルブ１５５は、電界効果トランジスタであってもよい。バルブ１５５は、一つの実施形態において、返還部材１５０に結合させられてもよい。バルブ１５５は、一つの実施形態において、ネットワーク１７５を介してプロセッサ１７０に結合させられてもよい。バルブ１５５は、一つの実施形態において、ネットワーク１７５を介してプロセッサ１７０から受信された信号を使って、返還部材１５０を通る電子１２０の流れを制御してもよい。例えば、バルブ１５５は、バルブ１５５に（部分的又は完全に）開くこと又は閉じることを命令する信号を、ネットワーク１７５を介してプロセッサ１７０から受信してもよい。目標物１１０の温度が特定の範囲又は点まで上昇したときに、バルブ１５５は、バルブ１５５にその開度を増大して返還部材１５０を通る電子１２０のより多量の冷却（more  cooling）を可能にするように命令する信号を、ネットワーク１７５を介してプロセッサ１７０から受信してもよい。目標物１１０に戻る電子１２０のより多量の冷却を可能にすることは、目標物１１０の温度を低下させ得る。目標物１１０の温度が特定の範囲又は点まで低下したときに、バルブ１５５は、バルブ１５５にその開度を縮小して返還部材１５０を通る電子１２０のより少量の冷却（fewer  cooling）を可能にするように命令する信号を、ネットワーク１７５を介してプロセッサ１７０から受信してもよい。目標物１１０に戻る電子１２０のより少量の冷却を可能にすることは、目標物１１０の温度を上昇させ得る。電子１２０の流れを制御することによって、バルブ１５５は、目標物１１０が目標物１１０の最大使用温度よりも低い一定の温度を維持することができるように、（プロセッサ１７０から受信された信号を介して）目標物１１０の温度を制御することができる。上記の温度を維持することは、目標物１１０が変形することを防止し得る。
【００２２】
冷却装置１６０は、特定の実施形態において、ヒートシンク１４０を冷却するように構成された如何なる装置であってもよい。例えば、冷却装置１６０は、ヒートシンク１４０を通り抜けるように冷却剤１６５を送り込むポンプであってもよい。冷却装置１６０は、ヒートシンク１４０と流体連通してもよい。例えば、冷却装置１６０は、ヒートシンク１４０に冷却剤１６５を適用してもよい。その実施例において、冷却装置１６０は、ヒートシンク１４０から戻る冷却剤１６５を受け取ってもよい。冷却装置１６０は、一つの実施形態において、ネットワーク１７５に結合させられてもよい。冷却装置１６０は、いくつかの実施形態において、ネットワーク１７５を通じてプロセッサ１７０によって制御されてもよい。例えば、冷却装置１６０は、冷却装置１６０にヒートシンク１４０内への冷却剤１６５の流量を変化させるように指示する信号を、ネットワーク１７５を通じてプロセッサ１７０から受信してもよい。その実施例において、冷却装置１６０は、温度センサ１１５及び／又は温度センサ１４５からの温度測定値に基づいて冷却剤１６５の流量を変化させるように命令されてもよい。
【００２３】
冷却剤１６５は、一つの実施形態において、ヒートシンク１４０を冷却するために使用される如何なる流体又は気体であってもよい。例えば、冷却剤１６５は水であってもよい。他の例として、冷却剤１６５は冷媒（refrigerant）であってもよい。他の例として、冷却剤１６５は燃料であってもよい。冷却剤１６５は、特定の実施形態において、冷却装置１６０からヒートシンク１４０に輸送され、ヒートシンク１４０から冷却装置１６０に返還されてもよい。冷却剤１６５がヒートシンク１４０に適用されることの結果として、冷却剤１６５は、ヒートシンク１４０から熱を運び去り、それによりヒートシンク１４０を冷却してもよい。
【００２４】
プロセッサ１７０は、特定の実施形態において、ネットワーク１７５を通じて受信されたデータを処理し、ネットワーク１７５を通じて信号を送信することによって、温度センサ１１５、温度センサ１４５、バルブ１５５及び／又は冷却装置１６０の動作を制御してもよい。プロセッサ１７０は、いくつかの実施形態において、粒子加速器３０４（後述）の動作を制御してもよい。プロセッサ１７０は、特定の実施形態において、直接的に又はネットワーク１７５を通じてのいずれかで、温度センサ１１５及び／又は温度センサ１４５から温度測定結果を受信してもよい。一つの実施形態において、温度センサ１１５及び／又は温度センサ１４５からの温度測定結果に基づいて、プロセッサ１７０は、冷却装置１６０からヒートシンク１４０への冷却剤１６５の流量を調節するかどうかを決定してもよい。例えば、温度センサ１４５からの温度測定結果が上昇したときに、プロセッサ１７０は冷却剤１６５の流量を増大させることを決定してもよい。
【００２５】
プロセッサ１７０は、一つの実施形態において、バルブ１５５を通る電子１２０の流れを制御することによって、目標物１１０の温度を調整してもよい。例えば、プロセッサ１７０は、目標物１１０の温度を示す温度センサ１１５からの温度測定結果に基づいて、バルブ１５５の開閉を調節してもよい。目標物１１０の温度測定結果が上昇したときに、プロセッサ１７０は、バルブ１５５にその開度を増大して目標物１１０に戻る電子１２０のより多量の冷却を可能にするように命令する信号を、ネットワーク１７５を介してバルブ１５５に送信してもよい。目標物１１０の温度測定結果が低下したときに、プロセッサ１７０は、バルブ１５５にその開度を縮小して目標物１１０に戻る電子１２０のより少量の冷却を可能にするように命令する信号を、ネットワーク１７５を介してバルブ１５５に送信してもよい。プロセッサ１７０は、如何なる方法でそれらの調節を決定してもよい。例えば、プロセッサ１７０は、目標物１１０の温度測定結果を閾値と比較して、測定結果が閾値の特定の割合（例えば、１０％、２０％、３０％又は他の割合）の範囲内である場合にバルブ１５５を調節してもよい。バルブ１５５を制御することによって、プロセッサ１７０は、温度が一定のままであるように目標物１１０の温度を制御することができる。加えて、バルブ１５５を制御することは、プロセッサ１７０が、目標物１１０の温度を目標物１１０の最大使用温度よりも低く維持することを可能にする。そのことは、目標物１１０が変形することを防止し得る。バルブ１５５を制御することはまた、プロセッサ１７０が、目標物１１０の温度が過剰に落ちることを防止することを可能にし得る。例えば、プロセッサ１７０は、電子１２０の流れを低下させて、目標物１１０の材料が破損する恐れのある温度範囲まで目標物１１０の温度が落ちることを防止してもよい。
【００２６】
プロセッサ１７０は、情報を制御及び処理するように機能する如何なるハードウェア及び／又はソフトウェアであっても含む。例えば、プロセッサ１７０は、冷却装置１６０及び／又は粒子加速器３０４の動作を制御するためのロジックを実行してもよい。プロセッサ１７０は、プログラム可能論理回路、マイクロコントローラ、マイクロプロセッサ、任意の適切な処理装置又は前述のうちの任意の適切な組み合わせであってもよい。
【００２７】
ネットワーク１７５は、温度センサ１１５、温度センサ１４５、バルブ１５５、冷却装置１６０及びプロセッサ１７０の間の通信を促進するように機能することができる、如何なる適切なネットワークであってもよい。いくつかの実施形態において、ネットワーク１７５は、粒子加速器３０４とプロセッサ１７０との間の通信を促進するように機能することができてもよい。ネットワーク１７５は、電気信号、データ、メッセージ又は前述のうちの任意の組み合わせを送信する能力を有する、如何なる相互接続システムを含んでもよい。ネットワーク１７５は、温度センサ１１５、温度センサ１４５、バルブ１５５、冷却装置１６０、プロセッサ１７０及び／又は粒子加速器３０４の間の通信を促進するように機能することができる、公衆データ網若しくは私的データ網、ローカルエリア・ネットワーク（ＬＡＮ）、メトロポリタン・エリア・ネットワーク（ＭＡＮ）、ワイドエリア・ネットワーク（ＷＡＮ）、インターネットのようなローカル、リージョナル若しくはグローバルな通信若しくはコンピュータネットワーク、有線若しくは無線のネットワーク、企業イントラネット又はそれらの組み合わせを含む任意の適切な通信リンク、の全て又は一部を含んでもよい。
【００２８】
動作の一つの例示的な実施形態として、複数の粒子１０５は、目標物１１０に衝突させられてもよい。目標物１１０の温度が上昇するにつれて、目標物１１０は電子１２０を放出してもよい。電子１２０は、輸送媒体１３０を通じて目標物１１０からヒートシンク１４０に輸送されてもよい。ヒートシンク１４０は、電子１２０を冷却し、返還部材１５０を使用して冷却された電子１２０を目標物１１０に返還してもよい。冷却された電子１２０が目標物１１０に返還されるため、目標物１１０の温度は低下し得る。
【００２９】
図１の構成要素を実施し得る例示的な実施形態は、図２−図２Ａ及び図３に関連して後述される。具体的には、図２は、図１の目標物１１０が航空機２０４の翼の前縁２１０であり得る、一つの例示的な実施形態を示す。図２Ａは、航空機２０４の一部分の拡大詳細図を示す。そして図３は、図１の目標物１１０が電子放出物質３１０であり得る、一つの例示的な実施形態を示す。図２−図２Ａ及び図３は図１から多くの構成要素を示しているが、それらの構成要素は、図２−図２Ａ及び図３に関連して再び議論されないであろう。
【００３０】
図２は、本開示の特定の実施形態による、図１の目標物１１０が航空機２０４の翼の前縁２１０であり得る、一つの例示的な実施形態を示す図である。この例示的な実施形態において、図１の目標物１１０は翼の前縁２１０であってもよく、複数の粒子１０５は空気２０５であってもよい。
【００３１】
航空機２０４は、一つの実施形態において、空気２０５を通って移動するように構成された如何なる飛行体であってもよい。例えば、航空機２０４はスクラムジェット機（超音速燃焼ラムジェット機）であってもよい。他の実施例として、航空機２０４はジェット機であってもよい。他の実施例として、航空機２０４は、スペースシャトルのような宇宙飛行体であってもよい。航空機２０４は、翼の前縁２１０から距離１４７だけ離れたヒートシンク１４０を含んでもよい。例えば、ヒートシンク１４０は、航空機２０４の後部の近く（toward  the  rear）に配置されてもよい。他の実施例として、ヒートシンク１４０は、航空機２０４の翼の後部に配置されてもよい。そのように、航空機２０４が空気２０５を通って移動するときに、空気２０５は、電子１２０を翼の前縁２１０から航空機２０４の後部のヒートシンク１４０に向かって放出させる。
【００３２】
空気２０５は、一つの実施形態において、大気の如何なる部分であってもよい。例えば、空気２０５は、地球の大気の一部分であってもよい。空気２０５は、翼の前縁２１０に衝突させられ、それにより、翼の前縁２１０の温度を上昇させてもよい。
【００３３】
翼の前縁２１０は、一つの実施形態において、翼の一番先の縁（foremost  edge）の航空機２０４の翼の一部分であってもよい。翼の前縁２１０は電子１２０を含み得る。翼の前縁２１０は如何なる形状であってもよい。例えば、翼の前縁２１０は直線状であってもよい。他の実施例として、翼の前縁２１０は曲線状であってもよい。翼の前縁２１０は、いくつかの実施形態において、航空機２０４の軸に対して傾いていて（swept）もよい。翼の前縁２１０は、特定の実施形態において、航空機２０４の軸に対して傾いていなくて（unswept）もよい。翼の前縁２１０は如何なる材料で作られてもよい。例えば、翼の前縁２１０はアルミニウムで作られてもよい。翼の前縁２１０が空気２０５に衝突されたときに、翼の前縁２１０が電子１２０を放出する程度に、翼の前縁２１０の温度は上昇し得る。上述されたように、翼の前縁２１０の温度が翼の前縁２１０の熱イオン放出点に到達した場合に、電子１２０の放出は急激に増大する。動作の一つの例示的な実施形態として、航空機２０４は、極めて高い速度で空気２０５を通って移動していてもよい。例えば、航空機２０４はマッハ５の速度で移動してもよい。他の実施例として、航空機２０４はマッハ６の速度で移動してもよい。空気２０５が翼の前縁２１０に衝突するときに、翼の前縁２１０の温度は上昇する。翼の前縁２１０の温度は、電子１２０が翼の前縁２１０から放出される程度まで上昇し得る。電子１２０は、翼の前縁２１０から熱１３５をそれぞれ運び去る。航空機２０４は空気２０５を通って高速度で移動していてもよいので、空気２０５は、放出された電子１２０を翼の前縁２１０から、翼の前縁２１０の後ろに配置されるヒートシンク１４０に向かって押す。ヒートシンク１４０は、放出された電子１２０を捕らえる。ヒートシンク１４０は、電子１２０を冷却し、冷却された電子１２０を翼の前縁２１０に戻るように返還部材１５０を通じて返還する。冷却された電子１２０を翼の前縁２１０に返還することの結果として、翼の前縁２１０は冷却され得る。翼の前縁２１０から放出された電子を冷却することによって翼の前縁２１０を冷却することは、翼の前縁２１０を変形させることなく、有意な冷却能力を提供する。
【００３４】
図３は、本開示の特定の実施形態による、図１の目標物１１０が電子放出物質３１０であり得る、一つの例示的な実施形態を示す図である。この例示的な実施形態において、複数の粒子１０５は複数の陽子３０５であってもよく、目標物１１０は電子放出物質３１０であってもよい。後述されるように、粒子加速器３０４は複数の陽子３０５を放出してもよく、複数の陽子３０５は電子放出物質３１０に衝突させられる。電子放出物質３１０の温度が上昇するにつれて、電子放出物質３１０は電子１２０を放出し得る。電子１２０は、電界３３０を通り、ヒートシンク１４０に向かって真空３２５を横切って移動する。ヒートシンク１４０は、電子１２０を冷却し、冷却された電子を電子放出物質３１０に返還してもよい。
【００３５】
粒子加速器３０４は、陽子３０５を電子放出物質３１０に衝突させるように構成された如何なる装置であってもよい。例えば、粒子加速器３０４はサイクロトロンであってもよい。粒子加速器３０４は、一つの実施形態において、ネットワーク１７５を通じてプロセッサ１７０に結合させられてもよい。いくつかの実施形態において、プロセッサ１７０は、粒子加速器３０４のビーム電流を調節するために、ネットワーク１７５を通じて粒子加速器３０４に信号を送信してもよい。
【００３６】
複数の陽子３０５は、一つの実施形態において、如何なる陽子のビームであってもよい。陽子３０５は、一つの実施形態において、粒子加速器３０４から放出されてもよい。陽子３０５は、一つの実施形態において、電子放出物質３１０に衝突してもよい。その衝突の結果として、電子放出物質３１０は温度が上昇し得る。
【００３７】
電子放出物質３１０は、一つの実施形態において、如何なる種類の、酸化を受けない化学的に不活性な物質であってもよい。例えば、電子放出物質３１０はモリブデンを含んでもよい。他の実施例として、電子放出物質３１０は、マイエナイト電子化物（mayenite  electride）（アルミン酸カルシウム）であってもよい。電子放出物質３１０は、一つの実施形態において、如何なる種類の電子化物であってもよい。他の実施例として、電子放出物質３１０は、医療用同位体のための目標物原料であってもよい。他の実施例として、電子放出物質３１０はセラミック電子化物であってもよい。他の実施例として、電子放出物質３１０はアルミニウムであってもよい。電子放出物質３１０は、一つの実施形態において、電子１２０を含んでもよい。電子放出物質３１０の温度が上昇するにつれて、電子放出物質３１０は電子１２０を放出し得る。電子放出物質３１０の温度が熱イオン放出閾値に到達した場合に、電子放出物質３１０は急激に電子を放出し得る。
【００３８】
真空３２５は、圧力が大気圧よりも低い如何なる空間であってもよい。例えば、真空３２５は、物が何もない空間であってもよい。他の実施例として、真空３２５は、部分真空（partial  vacuum）であってもよい。真空３２５は、特定の実施形態において、電界３３０を含んでもよい。例えば、電界３３０は、真空３２５を通じて電子放出物質３１０からヒートシンク１４０に向かって電子１２０を引っ張ってもよい。
【００３９】
電界３３０は、一つの実施形態において、電磁場の如何なる構成要素であってもよい。電界３３０は、一つの実施形態において、真空３２５を通じたヒートシンク１４０への放出された電子１２０の輸送を促進してもよい。電界３３０は、人工的に発生してもよく又は自然に発生してもよい。例えば、電界３３０は、電子放出物質３１０とヒートシンク１４０との間に電圧を加えることによって人工的に作り出されてもよい。他の実施例として、電界３３０は、電子１２０が放出される点（例えば目標物１１０）と電子１２０が受け取られる点（例えばヒートシンク１４０）との間の帯電（charge）の差の結果として自然に発生してもよい。
【００４０】
動作の一つの例示的な実施形態として、粒子加速器３０４は、陽子３０５を電子放出物質３１０に衝突させ、電子放出物質３１０の温度を上昇させてもよい。電子放出物質３１０の温度は、電子放出物質３１０が電子１２０を放出する程度に上昇してもよい。電子１２０は、電子放出物質３１０から熱を運び去ってもよい。電子１２０は、電界３３０を使用して、真空３２５を通じてヒートシンク１４０に向かって引っ張られてもよい。ヒートシンク１４０は、電子１２０を捕らえ、電子１２０を冷却してもよい。ヒートシンク１４０は、返還部材１５０を使用して、冷却された電子１２０を電子放出物質３１０に返還してもよい。冷却された電子１２０を電子放出物質３１０に返還することは、電子放出物質３１０の温度を低下させ得る。したがって、冷却された電子を返還することは、電子放出物質３１０を変形させることなく、電子放出物質３１０の有意な冷却を提供し得る。
【００４１】
図４は、本開示の特定の実施形態による、図１の目標物１１０を冷却するための、一つの例示的な方法４００を示す流れ図である。方法４００はステップ４１０で開始する。ステップ４１０において、複数の粒子１０５は、電子１２０が目標物１１０から放出されるように、目標物１１０に衝突させられてもよい。例えば、複数の粒子１０５は、航空機２０４の翼の前縁２１０に衝突させられる空気２０５であってもよい。他の実施例として、複数の粒子１０５は、粒子加速器３０４から放出されて電子放出物質３１０に衝突させられる陽子３０５であってもよい。
【００４２】
ステップ４２０において、電子１２０は、目標物１１０からヒートシンク１４０に輸送されてもよい。例えば、電子１２０は、翼の前縁２１０から放出され、輸送媒体１３０を通じてヒートシンク１４０に輸送されてもよい。他の実施例として、電子１２０は、電子放出物質３１０から放出されて、真空３２５の電界３３０を通じて電子放出物質３１０からヒートシンク１４０に輸送されてもよい。いくつかの実施形態において、目標物１１０とヒートシンク１４０は距離１４７だけ離れていてもよい。
【００４３】
ステップ４３０において、電子１２０は、ヒートシンク１４０を使用して冷却されてもよい。上述されたように、電子１２０は、目標物１１０から熱を運び去ってもよい。電子１２０がヒートシンク１４０を通過させられるときに、電子１２０は冷却されてもよい。
【００４４】
ステップ４４０において、電子１２０は、ヒートシンク１４０から目標物１１０に返還されてもよい。例えば、冷却された電子１２０は、ヒートシンク１４０から航空機２０４の翼の前縁２１０に返還されてもよい。他の実施例として、冷却された電子１２０は、ヒートシンク１４０から電子放出物質３１０に返還されてもよい。いくつかの実施形態において、冷却された電子１２０は、返還部材１５０を使用してヒートシンク１４０から目標物１１０に返還される。
【００４５】
動作の一つの例示的な実施形態として、複数の粒子１０５は、目標物１１０に衝突させられ、目標物１１０の温度を上昇させてもよい。目標物１１０の温度は、目標物１１０が電子１２０を放出する程度に上昇してもよい。電子１２０は、目標物１１０から熱を運び去ってもよい。電子１２０は、輸送媒体１３０を横切ってヒートシンク１４０に輸送されてもよく、そこで電子１２０が冷却される。冷却された電子１２０は、返還部材１５０を使用して目標物１１０に返還される。冷却された電子１２０を目標物１１０に返還することは、目標物１１０を変形させることなく、目標物１１０の温度を低下させる。
【００４６】
本開示は、多数の利点を提供し得る。例えば、目標物１１０を冷却するために電子１２０を使用することは、目標物１１０の変形に結果することなく多量の冷却を提供することができる。他の例として、変形が低減又は根絶されるために、原料費が低減され得る。他の例として、目標物１１０とヒートシンク１４０を距離１４７だけ離すことは、電子１２０が、電子１２０の輸送の間に冷えることを可能にし得る。他の例として、電子１２０は目標物１１０から放出て目標物１１０に返還されるため、電子１２０は決して使い尽くされないので、能力限界が存在しない。他の例として、電子１２０を使用して電子放出物質３１０を冷却することは、電子放出物質３１０を変形させることなく粒子加速器３０４のビーム電流が上昇させられ得るために、医療用同位体をより迅速に製造することを可能にし得る。
【００４７】
本開示はいくつかの実施形態と共に記述されたが、無数の変化、変更、代替、変形及び修正が当業者に対して示唆されることができ、本開示は上記の変化、変更、代替、変形及び修正を添付の特許請求の範囲に含まれるものとして包含することが意図されている。
【図１】
0006633843.tif 000002
【図２】
0006633843.tif 000003
【図２Ａ】
0006633843.tif 000004
【図３】
0006633843.tif 000005
【図４】
0006633843.tif 000006