(57)【要約】  正味発熱反応を明らかにするため、発熱性二重電子捕獲可能同位体を含み、反応性材料の少なくとも一部に対形成エネルギーを供給し、少なくとも一つの不可逆二重電子捕獲可能核対を形成する反応性材料を用意することを含むエネルギー生産のための方法及び装置。反応性材料は金属合金を含み得る。  少なくとも２つの合金の金属元素間の発熱反応を開始および／または持続させるために、化学的に不活性な大気中で３つ以上の元素の金属合金を加熱することを含むエネルギー生産のための方法および装置が、本明細書で開示される。金属合金の表面の圧力は１０００気圧以下に維持することができる。反応は、目標温度範囲内の温度サイクルによって開始、維持または再開されてもよい。反応からの熱は、高温面、第１段階光起電力素子、光電子放出ＬＥＤおよび第２段階光起電力素子を含む積層熱光起電力装置によって電気エネルギーに変換することができる。
2020507083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ）少なくとも「発熱二重電子捕獲可能同位体」（ＥＤＥＣＣＩ）を含有する反応性材料を用意することと、
ｂ）反応性材料の少なくとも一部に対形成エネルギーを供給して、少なくとも１つの「不可逆的二重電子捕獲可能核対」（ＩＤＥＣＣＮＰ）を形成し、正味の発熱反応を生成することと、
を含む、エネルギー生産のための方法。
【請求項２】
正味の発熱核反応が二重電子捕獲反応である、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
反応性材料が「低原子量材料」（ＬＡＷＭ）を更に含有する、請求項１〜２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
ＩＤＥＣＣＮＰがＥＤＥＣＣＩ−ＬＡＷＭ核対である、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
ＬＡＷＭがリチウム、ヘリウム、水素もしくは重水素またはそれらの混合物である、請求項３〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
対形成エネルギーの全部または一部は、反応性材料の外部から外部的に供給される、請求項１〜５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
外部的に供給される対形成エネルギーは、１つ以上の高エネルギー粒子、電磁放射、電流、衝撃および／または反応性材料の高周波振動によって供給される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
対形成エネルギーの全部または一部は、反応性材料の内側から内部的に供給される、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
正味の発熱反応は、対形成エネルギーを周期的または連続的に発生させることによって維持される、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
一連の反応は、少なくとも部分的には、内部的に供給された対形成エネルギーによって維持される、請求項１〜９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
内部的に供給された対形成エネルギーの全部または一部は、反応性材料内の１以上の正味の発熱反応から放出されたエネルギーおよび／または反応性材料の全部または一部の溶融、固化および／または破砕からのものである、請求項１〜１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
正味の発熱反応は、反応性材料における一連の反応を維持する、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ＩＤＥＣＣＮＰは、ＥＤＥＣＣＩの最も内側の電子殻軌道とＬＡＷＭ核との間の準安定ｓ殻結合を含む、請求項１〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
二重電子捕獲反応は、少なくとも１つのエネルギー反応生成物を生成する、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
エネルギー反応生成物は、複数のＩＤＥＣＣＮＰを生成することによって反応性材料中の一連の反応を維持する、請求項１〜１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
１つ以上の一連の反応は、エネルギー原子または亜原子の粒子によって開始される、請求項１〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
エネルギー反応生成物の生成は、二重電子捕獲反応の開始、高エネルギーイオン衝撃、高エネルギー電子衝撃、高エネルギー光子照射、中性子衝撃、またはバックグラウンド中性子によって達成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
反応性材料は、１つ以上の改質材料をさらに含む、請求項１〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
改質材料は、融点改質材料、破壊誘発材料、溶融相／固相に異なるフェルミ準位を持たせる材料、および／または飽和材料である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
反応性材料の一部または全部が反応中に溶融している、請求項１〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
ＥＤＥＣＣＩは、５８Ｎｉおよび／または４０Ｃａである、請求項１〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
融点改質材料は、ＣｕまたはＡｌである、請求項１〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
反応性材料は反応性合金である、請求項１〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
反応性合金は、Ｎｉ−Ｌｉ−Ｃｕ合金である、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
反応性材料の温度は、反応性材料内に１つ以上のＩＤＥＣＣＮＰを生成するために目標温度範囲内で循環する、請求項１〜２４のいずれかに記載の方法。
【請求項２６】
目標温度範囲は、反応性材料またはその任意の成分の相変化温度範囲である、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
１つ以上の高エネルギーＬＡＷＭを含む二次発熱核反応は、全体的なエネルギー生産に寄与する、請求項１〜２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
ａ）少なくとも１つのＥＤＥＣＣＩを含有する反応性材料を少なくとも含有する反応室と、
ｂ）反応性材料の全部または一部に対形成エネルギーを供給する手段と、
を含む、エネルギー生産のための装置。
【請求項２９】
反応性材料は「低原子量材料」（ＬＡＷＭ）を更に含む、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
ＬＡＷＭがリチウム、ヘリウム、水素もしくは重水素またはそれらの混合物である、請求項２８〜２９のいずれかに記載の装置。
【請求項３１】
対形成エネルギーを供給する手段は、炉、粒子加速器、電磁放射源、電流源、および／または高周波振動源である、請求項２８〜３０のいずれかに記載の装置。
【請求項３２】
反応性材料は、１つ以上の改質材料をさらに含む、請求項２８〜３１のいずれかに記載の装置。
【請求項３３】
改質材料は、融点改質材料、破壊誘発材料、溶融相／固相に異なるフェルミ準位を持たせる材料、および／または飽和材料である、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
ＥＤＥＣＣＩは、５８Ｎｉおよび／または４０Ｃａである、請求項２８〜３３のいずれかに記載の装置。
【請求項３５】
融点改質材料は、ＣｕまたはＡｌである、請求項２８〜３４のいずれかに記載の装置。
【請求項３６】
反応性材料は反応性合金である、請求項２８〜３５のいずれかに記載の装置。
【請求項３７】
反応性合金は、Ｎｉ−Ｌｉ−Ｃｕ合金である、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
目標温度範囲内で合金の温度を循環させるための手段を更に含む、請求項２８〜３７のいずれかに記載の装置。
【請求項３９】
以下の工程を含む、エネルギー生産のための方法。
ａ）合金の金属元素に対し実質的に化学的に不活性な大気中で３以上の元素の金属合金を加熱し、合金の金属元素のうちの少なくとも２つの間で発熱反応を開始する工程。
ｂ）合金の金属元素のうちの少なくとも２つの間の発熱反応を維持または再開するために目標温度範囲内での温度サイクルを行う工程であって、金属合金の表面での圧力が１０００気圧未満に維持される、工程。
【請求項４０】
発熱反応を生じる金属合金元素が、リチウム、ニッケル、カルシウム、およびガドリニウムの任意の組み合わせを含む、請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
金属合金元素のうちの２つがリチウムおよびニッケルを含む、請求項３９および４０のいずれかに記載の方法。
【請求項４２】
第３の金属合金元素が銅またはアルミニウムを含む、請求項３９〜４１のいずれかに記載の方法。
【請求項４３】
目標温度範囲が金属合金の相変化温度範囲である、請求項３９〜４２のいずれかに記載の方法。
【請求項４４】
以下の工程を含む、エネルギー生産のための方法。
ａ）合金の金属元素に対して実質的に化学的に不活性な大気中でリチウム、ニッケル及び銅またはアルミニウムを含む金属合金を加熱し、合金の金属元素のうちの少なくとも２つの間で発熱反応を開始する工程。
ｂ）合金の金属元素のうちの少なくとも２つの間の発熱反応を維持または再開するために目標温度範囲内での温度サイクルを行う工程であって、金属合金の表面での圧力が１００気圧未満に維持される、工程。
【請求項４５】
３以上の元素の金属合金を収容するための容器と、金属合金の周囲に化学的に不活性な環境を維持するための手段と、目標温度範囲内で合金の温度を循環させるための手段と、を含む、エネルギー生産のための装置。
【請求項４６】
高温面を用意し、高温面に面する表面を有する第１段階の光起電力素子を用意して第１段階の電気出力を生成し、第１段階の光起電力素子の裏面に光電子放出ＬＥＤ面を用意し、第２段階の光起電力素子に順バイアス光起電力素子に面する表面を設けて第２段階の電気出力を生成することを含む、熱光起電力装置によって、熱エネルギーから電気エネルギーへの変換が行われる、熱から電気エネルギーを生産する方法。
【請求項４７】
高温面の全部または一部が周波数選択的放射材料によって被覆されている、請求項４６に記載の方法。
【請求項４８】
第１段階の光起電面の裏側の光電子放出ＬＥＤ面が、順方向電圧バイアスの適用によって制御される、請求項４６〜４７のいずれかに記載の方法。
【請求項４９】
高温面の温度サイクルが、衝突面と第１段階の光起電面との間の熱放射の制御された通過または反射によって達成される、請求項４６〜４８のいずれかに記載の方法。
【請求項５０】
高温面が、請求項１〜２７のいずれかに記載の方法、または、請求項２８〜３８のいずれかに記載の装置によって用意される、請求項４６〜４９のいずれかに記載の方法。
【請求項５１】
１つ以上の高温面と、１つ以上の高温面に面する１つ以上の第１段階光起電力面と、１つ以上の第１段階光起電力面の裏面上の光電子放出ＬＥＤ面と、１つ以上の第１段階光起電力面に面する１つ以上の第２段階光起電力面と、を備える、熱から電気エネルギーを生産するための熱光起電力装置。
【請求項５２】
高温面の全部または一部が周波数選択的放射材料により被覆されている、請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
順方向電圧バイアスの適用を介して前記１つ以上の第一段階光起電力面の裏面上の光電子放出ＬＥＤ面を制御するための手段を更に含む、請求項５１〜５２のいずれかに記載の装置。
【請求項５４】
高温面と第１段階光起電力面との間の熱放射の通過または反射を制御するための手段を更に含む、請求項５１〜５３のいずれかに記載の装置。
【請求項５５】
高温面が、請求項１〜２７のいずれかに記載の方法、請求項３９〜４４のいずれかに記載の方法、請求項２８〜３８のいずれかに記載の装置、または請求項４５に記載の装置によって用意される、請求項５１〜５４のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発電および熱電気エネルギー変換に関する。より具体的には、本発明は、３つ以上の成分の金属合金からエネルギーを生産するための方法および装置を開示する。
【０００２】
本発明はさらに、前記エネルギーを電気に変換するための手段に関する。
【背景技術】
【０００３】
化石燃料ベースのエネルギー源の将来的な代替品のための新エネルギー技術が、早急に社会で必要とされ、熱心に研究されている。進行中の「非化石」エネルギー研究は、大きく  ａ）太陽から入ってくる電力の直接的または間接的な利用に頼る技術、および  ｂ）原子力技術に分けられる。基礎となる物理的過程の明確な証明にはさらなる研究を要するが、本発明は原子力技術の範疇に入ると考えられる。本発明は核分裂に基づく技術と同様のエネルギーおよび出力密度を供給するが、本質的に放射能のない反応装置設計を可能にすることによって区別することができる。
【０００４】
他の先行する無放射性核発明は、主にニッケル水素およびパラジウム重水素の燃料電対に基づくエネルギー生産に関する。これらの先行する発明の工業化は簡単ではなく、そのような先行する発明の商業的利用は今日まで妨げられている。
【０００５】
金属合金内で生じるエネルギー発生反応は、大きな潜在的有用性を有する。本明細書に開示された発明は、その確実な起動、良好な制御性、および十分に高い電力密度のおかげで、その産業上の利用を容易にする。新たに発見された基礎となるプロセスの反応制御要件に基づいて、本発明はさらに、基礎となる熱を発生する物理的プロセスの好ましい利用を表す電気エネルギー製造装置の構成を開示する。特定の金属合金からのエネルギー生産およびそのようなエネルギー生産プロセスからの最適な電気変換のための技術が、開示した発明の側面を補完している。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の第１の目的は、三成分以上の金属合金から高温でエネルギーを生産するための方法および装置を開示することである。好適実施例として、リチウムおよびニッケル含有合金が開示されているが、本発明によれば他の金属も可能である。より好適な実施例として、エネルギー生産のためのＬｉ−Ｎｉ−Ｃｕ系が開示されている。Ｌｉ−Ｎｉ−Ｃｕ系の単純さおよびその比較的広い温度サイクル範囲は、商業的利用に特に有用である。理論に拘束されるべきではないが、エネルギー生産反応は金属合金の固体溶融部分の相変化によって引き起こされ、そして相変化温度領域の周りの温度サイクルによって継続的に進行し続けることができると考えられる。現在得た平均反応電力は金属合金の質量に対して１０Ｗ／ｇほどであることが判明したが、温度サイクル中のピーク出力は金属合金の質量に対して１００Ｗ／ｇほどであることが判明した。
【０００７】
好適実施例を説明することに加えて、本発明は、本明細書に開示されている反応メカニズムおよび動作原理に従ってエネルギーを生産し得る材料群を開示している。
【０００８】
本発明の第二の目的は、上記のエネルギー生産反応に基づいて電力を生成するための方法および装置を開示することである。光起電性半導体表面および光放出性半導体表面の積み重ねに基づく新規の熱光起電性エネルギー変換方法を開示する。開示された技術は、従来技術の熱光起電力技術のエネルギー変換効率を凌駕する。基礎となるエネルギー生産プロセスの要件に基づいて、開示された発電装置は以下の一連の要件、すなわち開示された金属合金の溶融温度での操作性、熱電変換の５０％効率に近い、高速温度サイクルの単純な実装、および小型サイズの実施形態から発電所サイズの実施形態までのスケーラビリティを満たすということが発見された。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
合金の金属元素に対して本質的に化学的に不活性な大気中で３つ以上の元素の金属合金を加熱して、合金の少なくとも２つの金属元素間の発熱反応を開始する、および／または持続させることを含むエネルギー生産方法が本明細書で開示される。好ましくは、金属合金元素はリチウム、ニッケル、カルシウム、およびガドリニウムの任意の組み合わせを含み、さらに追加の合金金属を含んでもよい。好ましくは、金属合金の表面の圧力を１０００気圧以下に維持する。より好ましくは、２つの金属合金元素はリチウムおよびニッケルを含む。反応は、目標温度範囲内の温度サイクルによって開始、維持または再開されてもよい。好ましくは、温度範囲は選択された金属合金の相変化温度範囲内である。
【００１０】
さらに、３つ以上の元素の金属合金を収容するための容器を備えるエネルギー生産用の装置が開示される。装置は、金属合金の周りに本質的に化学的に不活性な環境を維持するための手段をさらに用いてもよい。装置は、目標温度範囲内で合金の温度を循環させるための手段をさらに用いてもよい。
【００１１】
さらに、第１段階光起電力素子を用いて熱電気エネルギー変換を行うことを特徴とする、熱エネルギーから電気エネルギーへの変換手段が開示され、それには、高温面を用意すること、高温面に面した面を有する第１段階光起電力素子を用意して第１段階電気出力を生成すること、第１段階光起電力素子の裏側に光電性ＬＥＤ面を用意すること、順方向バイアスされた光起電力素子に面する面のある第２段階光起電力素子を用意して第２段階の電気出力を生成することが含まれる。好ましくは、高温面は周波数感度的に放射材料で被覆されている。好ましくは、第１段階光起電面の裏側の光電性ＬＥＤ面は、順方向電圧バイアスの適用によって制御される。これは放射率を最適化するのに役立ち得る。好ましくは、高温面の温度サイクルは、高温面と第１段階光起電力面との間の熱放射の制御された通過または反射によって達成される。高温面は、エネルギー生産のための記載された方法および装置によって用意することが可能である。
【００１２】
高温面は、エネルギー生産のための他の方法および装置によって用意することが可能である。
【００１３】
さらに、１つ以上の高温面、前記１つ以上の高温面に面する１つ以上の第１段階光起電力面、前記１つ以上の第１段階光起電力面の裏側の光電性ＬＥＤ面を備える装置、１つ以上の第１段階光起電力表面に面する１つ以上の第２段階光起電力表面を含む熱エネルギーから電気エネルギーを生産するための装置が開示される。好ましくは、高温面の全部または一部は周波数感度的に放射材料で被覆されている。装置は、順方向電圧バイアスを適用することによって、前記１つ以上の第１段階光起電面の裏側の光電性ＬＥＤ面を制御するための手段をさらに含んでもよい。装置は、高温面と第１段階光起電面との間の熱放射の通過または反射を制御するための手段をさらに含んでもよい。これは、高温面の温度サイクルを制御するのに役立ち得る。高温面は、エネルギー生産のための記載された方法および装置によって用意することが可能である。
【００１４】
高温面は、エネルギー生産のための他の方法および装置によって用意することが可能である。
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、エネルギー生産のための方法は以下を含む。
【００１６】
ａ）少なくとも１つの「発熱二重電子捕獲可能同位体」（ＥＤＥＣＣＩ）を含有する反応性材料を用意し、および
【００１７】
ｂ）少なくとも１つの「不可逆的二重電子捕獲可能核対」（ＩＤＥＣＣＮＰ）を形成する反応性材料の少なくとも一部に対形成エネルギーを供給し、
【００１８】
正味の発熱反応を生成する。
【００１９】
本明細書における「反応性材料」は、１つ以上のＥＤＥＣＣＩの核による不可逆的二重電子捕獲によってエネルギーを発生させるために使用される、反応装置内に配置することができる材料を意味する。反応性材料は、少なくともＥＤＥＣＣＩを含み、例えば１つ以上の「低原子量材料」（ＬＡＷＭ）および／または１つ以上の改質材料を含み得る他の成分をさらに含んでもよい。
【００２０】
「低原子量材料」（ＬＡＷＭ）は、質量数が、好ましくはＥＤＥＣＣＩの原子質量数未満、より好ましくはＥＤＥＣＣＩの原子質量数の半分未満、より好ましくは３０未満、より好ましくは２０未満、より好ましくは１０未満、最も好ましくは７未満またはそれらの任意の混合物の原子同位体である。ＬＡＷＭの例としては、リチウム、ヘリウム、水素および重水素、あるいはそれらの任意の混合物が含まれるが、これらに限定されない。
【００２１】
「発熱二重電子捕獲可能同位体」（ＥＤＥＣＣＩ）は、本明細書では、その核が発熱二重電子捕獲を受けることができる原子同位体として定義される。ＥＤＥＣＣＩ核は少なくとも１つの陽子または中性子を含み得る。ＥＤＥＣＣＩの例には、５８Ｎｉおよび４０Ｃａおよびそれらの任意の混合物が含まれるが、これらに限定されない。
【００２２】
「不可逆的二重電子捕獲可能核対」（ＩＤＥＣＣＮＰ）は、ＥＤＥＣＣＩと他のいくつかの核との間の近接核対であり、本明細書では第二の核はＥＤＥＣＣＩと同じ型でも異なる型でもよい。ＩＤＥＣＣＮＰは、ＥＤＥＣＣＩ−ＬＡＷＭ核対であってもよい。この場合、１つの核はＥＤＥＣＣＩであり、１つの核はＬＡＷＭである。ＩＤＥＣＣＮＰは核反応を起こす可能性がある。核反応は不可逆的な可能性がある。核反応は自発的な可能性がある。前記核反応の不可逆性は、他の核、好ましくはＥＤＥＣＣＩ核にごく接近したＬＡＷＭを有することによってできる可能性がある。二重電子捕獲に関する電子は、材料中で利用できるか、または材料の外部から外面的に挿入することができる。
【００２３】
本明細書における「近接」とは、二重電子捕獲反応の不可逆性を引き起こせるほど十分に短い結合距離を有することを意味する。
【００２４】
「正味の発熱反応」は、反応における個々の工程の合計が正味の過剰エネルギーをもたらす反応である。したがって、どの単一工程も吸熱的であり得るが、全体の反応は発熱的であり得る。正味の発熱反応は核反応であり得る。核反応は核変換反応であり得る。核変換反応は、ある化学元素または同位体から別の元素への変換であり得る。どの元素（または１元素の同位体）も、その原子、つまり原子核内の陽子（および中性子）の数によって定義されるため、核変換は、原子核内の陽子または中性子の数が変わるあらゆるプロセスで発生する。核変換は（外側の粒子が核と反応する）核反応によって達成されることがある。正味の発熱反応は二重電子捕獲反応であり得る。正味の発熱二重電子捕獲反応は、正味の発熱二重電子捕獲核反応であり得る。記載された反応のいずれかまたはそれらの任意の組み合わせは反応と呼ばれることがある。
【００２５】
「二重電子捕獲反応」または「二重電子捕獲」は、原子核の崩壊様式であることがある。核子数がＡで原子番号がＺの核種（Ａ、Ｚ）の場合、二重電子捕獲は（Ａ、Ｚ−２）の核種の質量が小さい場合にのみ可能である。この崩壊様式では、２つの軌道電子が核内の２つの陽子によって捕獲され、２つの中性子を形成する。この過程で２つのニュートリノが放出される可能性がある。陽子が中性子に変わるため、中性子の数は２つ増え、陽子Ｚの数は２つ減り、原子質量数Ａは変わらない。陽子の数を変えることによって、二重電子捕獲は核種を新しい元素に変える。二重電子捕獲反応は、核反応、正味の発熱二重電子捕獲反応、正味の発熱二重電子捕獲核反応、および／または核変換または核変換反応である可能性がある。
【００２６】
対形成エネルギーの全部または一部は、反応性材料の外部から外面的に供給されてもよい。外部から供給される対形成エネルギーは、反応性材料の１つ以上の高エネルギー粒子、電磁放射、電流、衝撃および／または高周波振動によって供給されてもよい。
【００２７】
対形成エネルギーの全部または一部は、反応性材料の内側から内面的に供給されてもよい。正味の発熱反応は、対形成エネルギーを周期的または連続的に発生させることによって維持することができる。一連の反応は、少なくとも部分的には、内部的に供給された対形成エネルギーによって維持することができる。内部供給された対形成エネルギーの全部または一部は、反応性材料内の正味の発熱反応から放出されたエネルギーおよび／または反応性材料の全部または一部の溶融、固化および／または破砕からのものであってもよい。正味の発熱反応は、１つ以上のＩＤＥＣＣＮＰの二重電子捕獲反応であり得る。二重電子捕獲反応エネルギーは、反応性材料中で一連の反応を維持することができる。
【００２８】
ＩＤＥＣＣＮＰは、ＥＤＥＣＣＩの最も内側の電子殻軌道とＬＡＷＭ核との間の準安定Ｓ殻結合を含んでもよい。
【００２９】
二重電子捕獲反応は、少なくとも１つのエネルギー反応生成物を生成することができる。１つ以上のエネルギー反応生成物は、複数のＩＤＥＣＣＮＰを生成することによって反応性材料中で一連の反応を維持することができる。１つ以上の一連の反応は、高エネルギー原子または亜原子粒子によって開始することができる。高エネルギー反応生成物の生成は、二重電子捕獲反応の開始、高エネルギーイオン衝撃、高エネルギー電子衝撃、高エネルギー光子照射、中性子衝撃、またはバックグラウンド中性子によって達成することができる。
【００３０】
反応性材料は、１つ以上の改質材料をさらに含んでもよい。改質材料は、融点改質材料、破壊誘発材料、溶融相／固相に異なるフェルミ準位を持たせる材料、および／または飽和材料であってもよい。反応性材料の一部または全部が反応中に溶融することがある。ＥＤＥＣＣＩは、例えば、５８Ｎｉおよび／または４０Ｃａであってもよい。融点改質材料は、例えば、Ｃｕおよび／またはＡｌであってもよい。反応性材料は反応性合金であってもよい。反応性合金は、例えば、Ｎｉ−Ｌｉ−Ｃｕ合金であってもよい。１つ以上の高エネルギーＬＡＷＭを含む二次発熱核反応は、全体的なエネルギー生産に寄与することがある。反応性材料の温度は、反応性材料内に１つ以上のＩＤＥＣＣＮＰを生成するために目標温度範囲内で循環する。目標温度範囲は、反応性材料またはそれらの任意の成分の相変化温度範囲であってよい。
【００３１】
図２１は、対形成エネルギー（３）と共にＥＤＥＣＣＩ（１）および第２の核（２）がＩＤＥＣＣＮＰ（４）を形成する方法の実施形態を描写する。ＥＤＥＣＣＩ（４）は２つの電子（５）を吸収して、変換されたＥＤＥＣＣＩ（７）を含む励起核（６）を形成する一方、第２の核（２）は変化しないままである。第２の核（２）は任意の種類であってよいが、ＬＡＷＭが好ましい。次に励起したＩＤＥＣＣＮＰ（６）の個々の核は飛散して個々の変換されたＥＤＥＣＣＩ（７）、第２の核（２）および過剰な運動エネルギー（８）を形成する。前記過剰な運動エネルギーの一部または全部は、対形成エネルギー（３）として作用し、１つ以上の新しいＩＤＥＣＣＮＰ（４）の形成をもたらし、一連の反応を駆動する。本明細書では、（Ａ、Ｚ）はＡ核子とＺ陽子を持つＥＤＥＣＣＩ（１）、（Ａ、Ｚ−２）はＡ核子とＺ−２陽子を持つ変換されたＥＤＥＣＣＩ（７）、（Ｘ、Ｙ）はＸ核子とＹ陽子を持つ第２の核（２）である。
【００３２】
本発明の一実施形態によれば、エネルギー生産のための装置は以下を含むと説明される。
【００３３】
ａ）少なくとも１つのＥＤＥＣＣＩを含有する少なくとも１つの反応性材料を含有する反応室、および
【００３４】
ｂ）反応性材料の全部または一部に対形成エネルギーを供給する手段。
【００３５】
反応性材料はさらにＬＡＷＭを含んでもよい。ＬＡＷＭは、リチウム、ヘリウム、水素または重水素またはそれらの混合物であってもよい。対形成エネルギーを供給する手段は、炉、粒子加速器、電磁放射源、電流源、および／または高周波振動源であってもよい。反応性材料は、１つ以上の改質材料をさらに含む。改質材料は、融点改質材料、破壊誘発材料、溶融相／固相に異なるフェルミ準位を持たせる材料、および／または飽和材料であってもよい。ＥＤＥＣＣＩは、例えば、５８Ｎｉおよび／または４０Ｃａであってもよい。融点改質材料は、Ｃｕおよび／またはＡｌであってもよい。反応性材料は反応性合金であってもよい。反応性合金は、Ｎｉ−Ｌｉ−Ｃｕ合金であってもよい。装置は、目標温度範囲内で合金の温度を循環させるための手段をさらに含んでもよい。
【００３６】
図２２は、反応性材料（１０）を収容する容器（９）と、反応性材料（１０）に対形成エネルギーを供給する手段とを含む装置の実施形態を描写する。
【００３７】
本発明の一実施形態によれば、材料を用意し、そこで少なくとも１つの原子成分が発熱二重電子捕獲可能同位体（ＥＤＥＣＣＩ）を含み、かつそこで二重電子捕獲反応が不可逆になる工程を含むエネルギー生産方法が記載される。前記核反応の不可逆性は、他の核、好ましくはＥＤＥＣＣＩ核と十分に近接の低原子量材料（ＬＡＷＭ）を有することによって可能となる。前記近接により、変換されたＥＤＥＣＣＩの核励起エネルギーを核対の運動エネルギーに変換することができる。前記材料を、本明細書では「反応性材料」と呼ぶ。ＥＤＥＣＣＩの核は、発熱二重電子捕獲反応または二重電子捕獲によって励起された状態になる可能性がある。変換されたＥＤＥＣＣＩの核エネルギーを前記近接核（すなわちＩＤＥＣＣＮＰの核）の運動エネルギーに変換すると、それらはエネルギー保存の法則および運動量保存の法則に従って急速に分離する可能性がある。このような相互作用により、これらの近接原子核、特にＬＡＷＭ原子核は、高い運動エネルギーを得ることができ、そして今度は反応性材料の他の原子核と相互作用して、運動エネルギーが徐々に減少する原子核を連続的に漸増させることができる。
【００３８】
いくつかの過去の実験［１、２］は、電子殻の最も内側の２つの電子によるＳ型結合を含む、任意の２つの核の間の準安定の最も内側の電子殻の結合の可能性を示している。このような最も内側の電子殻結合に対するエネルギー障壁（対形成エネルギー）は対を成す原子の原子番号に比例し、そして結合距離は対を成す原子の原子番号に反比例する。５８Ｎｉが顕著なＥＤＥＣＣＩであるため、実施例としてニッケルを含む対を成す核が与えられる。エネルギー障壁と結合距離の正確な値は反応性材料の電子遮蔽エネルギーに依存する。高電子遮蔽は、結合エネルギー障壁を減少させ、そして結合距離を増加させる。その結果、ＩＤＥＣＣＮＰを形成するのに必要な対形成エネルギーは、ＥＤＥＣＣＩによって、存在する場合はＬＡＷＭによって異なる。Ｎｉ−Ｎｉ対の場合、結合エネルギー障壁（対形成エネルギー）は約４００ｅＶであり、結合距離は約７ｐｍである。Ｎｉ−Ｌｉ対の場合、結合エネルギー障壁は約８０ｅＶである。Ｎｉ−Ｈ対の場合、結合エネルギー障壁は約５０ｅＶである。そのため、そのような準安定の最も内側の電子殻結合は、Ｎｉがリチウム、水素または重水素のような軽原子核と対を成すときに最も容易に確立される。驚くべきことに、上記の最も内側の電子殻結合は、対になった核を不可逆的二重電子捕獲反応に十分なほど近接させるということが発見された。それによって、この種の核対形成は、ＥＤＥＣＣＩ材料からのエネルギー生産を可能にする。
【００３９】
二重電子捕獲から段階的に反応（カスケード）する高エネルギーイオンの中には、上記の最も内側の電子殻結合エネルギー障壁を超え、それによってＥＤＥＣＣＩ核と他の核との間に新しい対を確立するのに十分なエネルギーを有するものがある可能性がある。１回の二重電子捕獲反応が１つ以上の新しいＩＤＥＣＣＮＰの形成をもたらすとき、一連の反応のための条件が確立される可能性がある。Ｎｉ−Ｌｉ対の場合、１回の二重電子捕獲事象は、２０を超える新しいＮｉ−Ｌｉ対の理論的生成に十分なエネルギーを発生させる。驚くべきことに、実際の新しい対形成速度は反応性材料の相に依存する、すなわち溶融状態の金属合金は、それらの固体等価物よりも高いそのような新しいＩＤＥＣＣＮＰの新しい形成速度を有するということが発見された。従って、溶融状態の反応性材料が連続エネルギー生産を持続するために好ましい。
【００４０】
前記二重電子捕獲プロセスによるＥＤＥＣＣＩのこのような連続的な変換によって、一連の反応が維持され、エネルギーの連続的生成をもたらす可能性がある。化学反応などによる反応性材料の劣化を回避するために、反応性材料を、反応性材料または反応性材料の成分に対して本質的に化学的に不活性な大気中に維持することがある。
【００４１】
本発明によると、「反応」は、ある元素から別の元素へとＥＤＥＣＣＩの核を変換することができる任意の発熱性二重電子捕獲反応であり得る。そのような反応では、第１の電子捕獲は吸熱性であり得る一方、第２の電子捕獲は発熱性であり得る。特に、第２の電子捕獲は、第１の電子捕獲が吸熱性であるよりも発熱性であり、したがって、全体の反応は発熱性であり、過剰なエネルギーを生産することがある。第１の電子吸収の吸熱障壁を克服するために、ＥＤＥＣＣＩ核と電子は十分に高い相対速度で互いに接近してもよい。無ニュートリノ二重電子捕獲は、ＥＤＥＣＣＩでの２つの電子をほぼ同時に捕獲することでも起こる可能性があり、この場合、反応に対するエネルギー障壁はないが、不可逆性の条件は非常に重要である。５８Ｎｉ核の短命励起の後、２つの電子のほぼ同時の捕獲は常に初期状態に逆戻りするため、５８Ｎｉ同位体は通常の条件下で安定であることに注意することが重要である。
【００４２】
「高エネルギー」電子または「エネルギー」電子は、本明細書では、ＥＤＥＣＣＩ核における単一電子捕獲のための吸熱障壁を超える運動エネルギーを有する電子を意味するものと理解される。「高エネルギー」核または「エネルギー」核とは、本明細書では、準安定の最も内側の電子殻結合を介してＥＤＥＣＣＩとＩＤＥＣＣＮＰを確立するためのエネルギー障壁を超える運動エネルギーを有する核を意味すると理解される。「高エネルギー」粒子または「エネルギー性」粒子は、高エネルギー電子、高エネルギー核または他の任意の粒子であってもよい。高エネルギー粒子は、例えばイオン衝撃または電子衝撃によって挿入することができる。
【００４３】
一連の反応を開始するために、前記ＩＤＥＣＣＮＰは直接的または間接的に発生させることができる。ＩＤＥＣＣＮＰ生成の様々な手段は以下の段落に示されている。間接的な生成は高エネルギーイオンによって達成されてもよく、それは次に準安定の対形成に十分なエネルギーを有するイオンのカスケードを生成する。これは、上記の最も内側の電子殻結合プロセスによって達成することができる。したがって、高エネルギーイオン、中性子、または電子によって反応性材料に衝突すると、一連の反応が開始する可能性がある。この目的のために加速装置を使用することができる。そのような加速装置の例は、例えば粒子加速器であってもよい。粒子加速器は、例えば、静電粒子加速器または電気力（電磁）粒子加速器であってもよい。電気力（電磁）粒子加速器は、例えば、磁気誘導加速器、線形加速器、または円形もしくは環状ＲＦ加速器であってもよい。中性子、または加速された原子もしくは亜原子粒子は、反応性合金に接触して、または反応性合金中に衝突して、一連の反応を開始または誘発するように方向付けられてもよい。
【００４４】
本明細書における「改質材料」は、反応性材料の特性を改質する任意の材料を意味する。改質材料は、例えば、本明細書で「溶融温度改質材料」と呼ばれる（例えば所定の圧力で）融解温度を改質する材料、本明細書で溶融圧力改質材料と呼ばれる（例えば所定の温度で）溶融圧力を改質する材料を含んでもよい。改質材料は、融解温度および／または圧力を増減することができる。融点改質材料の例としては、例えば、ＥＤＥＣＣＩと合金を形成し得る金属が含まれるが、これらに限定されない。金属製の温度改質材料の一例は銅である。本発明によれば、他の温度改質材料も考えられる。改質材料は、反応性材料中の成分の分布を改質する材料を含んでもよい。前記材料を、本明細書では「均一性改質材料」と呼ぶ。例えば、反応性材料の様々な成分は、本質的に、前記均一性改質材料を含まずによく混合されることがあるが、その後、前記均一性改質材料の添加時に分離するか、または分離する傾向がある。均一性改質材料は、例えば、温度感受性または感圧性である可能性があり、これは、それが特定の温度より上または下に分離するか、または分離する傾向があることを意味する。均一性改質材料は、例えば飽和材料であってもよい。飽和材料は、例えば温度が上昇または下降するにつれて反応性材料中で飽和することがあり、したがってもはや溶解できないかまたは均一に混合されず、その後反応性材料の他の成分から沈殿するか、または沈殿する傾向がある。飽和改質材料の一例はリチウムである。本発明によれば、他の飽和改質材料も考えられる。温度改質材料は、均一性改質材料であってもよい。改質材料は破壊誘発材料であってもよい。破壊誘発材料は、材料内で破壊を誘発する可能性がある。破壊誘発材料は、反応性材料と接触しているかまたは近接していることもあり、反応性材料の外部にあることがあるため、技術的には改質材料ではないことがある。破壊誘発材料はあらゆる手段によって破壊を誘発することがある。手段の例としては、材料内で高い応力を発生させることがある。そのような応力は破壊によって急速に遊離されることがある。応力は、例えば冷却中に、例えば凝固によって発生することがある。応力は、例えば反応性材料、成分といった、例えば材料間の格子不整合によって増幅される可能性がある。飽和改質材料または均一性改質材料は、反応性材料内に電圧差を引き起こすこともある。Ｌｉ−Ｎｉ合金の場合、これらの金属相におけるフェルミ準位が異なるために、Ｎｉに富む相とＬｉに富む相との間に電圧差が存在することがある。
【００４５】
驚くべきことに、ＥＤＥＣＣＩ核と低原子量材料（ＬＡＷＭ）の核との間の近接の最も内側の電子殻結合は、少なくとも次の３つの異なる方法によって効率的に生成され得ることが発見された。
【００４６】
・反応性材料の固相における破壊の発生。破砕プロセス中、反応性材料は熱力学的平衡からかけ離れている。理論に拘束されることを意図しないが、破壊は、破壊の近くで高エネルギーイオンおよび／または高エネルギー電子を発生させることができると考えられている。前記イオンおよび／または電子は、準安定の最も内側の電子殻結合を確立するのに十分なエネルギーを有することがある。反応性材料の特定の組成物では、温度サイクルが破壊の生成のための有効な方法であることが判明した。温度サイクルは機械的応力を発生させる可能性があり、遊離されると破壊を発生させる可能性があると理解されている。これらの機械的応力は、固液相間の温度勾配によって駆動される可能性があり、それはいくつかの合金成分の空間的濃度勾配を引き起こす可能性もある。アルカリ金属合金成分の空間濃度勾配は、特に機械的応力を発生させる可能性がある。
【００４７】
・反応性材料の固液相変化。部分溶融プロセスの間、固相と溶融相が異なるフェルミエネルギー準位を有する場合、相変化を受ける反応性材料は熱力学的平衡からかけ離れている可能性がある。例えば、Ｎｉ−Ｌｉ合金の場合、固体状態はＮｉに富む傾向があり、一方溶融状態はＬｉに富む傾向がある。Ｎｉに富む相とＬｉに富む相との間のフェルミエネルギー準位の差は、８Ｖ程度にもなり得る。この電圧は、相変化中にイオンおよび電子を加速する可能性がある。理論に束縛されることを意図しないが、異なるフェルミエネルギー準位の条件下では、部分溶融事象は、準安定の最も内側の電子殻結合を確立するのに十分なエネルギーを有し得る固液界面で、エネルギーイオンおよび／またはエネルギー電子を発生させることができると考えられる。反応性材料の特定の組成物では、温度サイクルがこれらの固液相変化を生じさせるための有効な方法であることが判明した。
【００４８】
・準安定近接接合への量子トンネリングの確率を高める高周波（すなわちＴＨｚ範囲）振動。量子トンネリングにより、ある確率での準安定の最も内側の電子殻結合の形成が可能になる。この確率は、最も内側の電子殻結合を形成している可能性がある隣接イオン間の振動の周波数にほぼ比例する。驚くべきことに、ＥＤＥＣＣＩとＬＡＷＭを含む反応性材料のＴＨｚ範囲の振動の場合、ＥＤＥＣＣＩとＬＡＷＭの間の近接結合形成の可能性は、そのような核対の観察可能な生成にとって十分に高いことが判明した。
【００４９】
本発明によれば、ＥＤＥＣＣＩ核と低原子量材料（ＬＡＷＭ）の核との間の近接電子殻結合を達成するための他の方法が考えられる。
【００５０】
上記の発見の結果として、温度サイクルは、ＥＤＥＣＣＩ核とＬＡＷＭ核との間の近接電子殻結合の生成に特に有効な方法であることが判明した。好ましいＬＡＷＭには、リチウム、ヘリウム、水素、または重水素、もしくはそれらの任意の混合物が含まれる。
【００５１】
変換されたＥＤＥＣＣＩの核エネルギーを前記近接原子核の運動エネルギーに変換すると、それらはエネルギー保存の法則および運動量保存の法則に従って急速に分離する可能性がある。ＬＡＷＭ原子核はＥＤＥＣＣＩ原子核よりはるかに軽いため、それは運動エネルギーの大部分を獲得するだろう。これらのＬＡＷＭ材料の中には、ＭｅＶから１０ｋｅＶの範囲の運動エネルギーを有しながら、反応性材料の他の核と衝突すると二次発熱反応を起こすことができるものもあるということを発見した。これらの発見された二次反応は主に中性子交換型のものであると考えられており、そこで中性子がＬＡＷＭから反応性材料の特定の他の原子核に移動する。このような発熱性の二次反応の最も顕著な例は以下の通りである。
【００５２】
７Ｌｉ＋６１Ｎｉ→６Ｌｉ＋６２Ｎｉ＋１．７ＭｅＶ
【００５３】
７Ｌｉ＋５８Ｎｉ→６Ｌｉ＋５９Ｎｉ＋０．１ＭｅＶ
【００５４】
２Ｈ＋６１Ｎｉ→１Ｈ＋６２Ｎｉ＋０．３ＭｅＶ
【００５５】
全体として、エネルギー性のＬＡＷＭによって開始される二次反応は、全体の反応過程にかなりの追加の発熱エネルギーを加える可能性がある。
【００５６】
本発明によれば、ＥＤＥＣＣＩの例はニッケル（Ｎｉ）である。前記ニッケルＥＤＥＣＣＩは、二重電子捕獲時にＦｅに変換することができる。前記二重電子捕獲の発熱エネルギーは約２ＭｅＶである。本発明によれば、他のＥＤＥＣＣＩおよび他の発熱エネルギーも考えられる。
【００５７】
「二次核反応」は、本明細書では、二重電子捕獲反応によって動的に活性化されたエネルギー反応生成物のうちの少なくとも１つを含む核反応として定義される。
【００５８】
反応性材料を構成するＥＤＥＣＣＩおよび他の材料の両方が金属である場合、反応性材料は反応性合金と呼ばれることがある。
【００５９】
「一連の反応」は、本明細書では、１つ以上のＥＤＥＣＣＩ核が１つ以上の電子の捕獲によって励起され、そのうちの少なくとも１つが１つ以上からのエネルギー吸収によって励起される一連の発熱二重電子捕獲反応（変換反応）として定義される。
【００６０】
「反応室」は、本明細書では反応性材料が中に存在し、その中で反応が起こる室または容器として定義される。反応室は閉まっていても開いていてもよい。
【００６１】
参考文献
【００６２】
[１]https://doi.org/10.1016/j.physleta.2014.09.024
【００６３】
[２]https://doi.org/10.1016/j.rinp.2014.10.002
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】損傷した反応装置と破損した容器（上）と反応装置の溶融した部分のみ（下）。
【図２】容器の残りと内部の供試材。
【図３】実験の温度記録。上に重ねた線はヒーター電圧を示す（任意目盛り）。
【図４】反応事象周辺の温度曲線。陰影は反応前融解と反応後事象の段階を強調している。
【図５】凍結した金属間欠泉が見える実験終了時の容器。
【図６】内部に沿って酸化していない金属表面を示す、開かれた容器の断面図。
【図７】さまざまな反応装置温度における温度対時間の図面。陰影は位相の変化を強調している。各図面は６〜８分の時間区分を示している。重なった上の曲線はヒーターユニットの制御電圧を示している。
【図８】１３１０℃における温度対時間の図面（８分区分）。
【図９】見たところ傷がついていない（わずかに膨張した）容器および完全に損傷した容器の試験後の図。
【図１０】温度サイクルプロセスの温度記録。横軸は実験時間（秒）を示す。
【図１１】温度サイクルプロセス中の温度急騰事象。横軸は実験時間（秒）を示す。
【図１２】加熱停止後の３０秒間の発生を示す加熱後の温度表。比較を容易にするために、すべての表は同じ開始点に統一されている。
【図１３】サイクル４の温度表の目盛りと実際の実行の比較で、最高温度に達した後の１４秒間の冷却区間を示している。比較を容易にするために、両方の表は同じ終点に統一されている。
【図１４】目盛り中の温度上昇時間（丸）と実際の実験実行（四角）の比較。
【図１５】下流側セラミック管表面の実験後の図。
【図１６】反応性材料の実験後の図。
【図１７】積層型熱光起電力発電機の概略図。
【図１８】温度サイクル制御を備えた積層型熱光起電力発電機の概略図。
【図１９】蓄熱体ベースの温度サイクル制御を備えた積層型熱光起電力発電機の概略図。
【図２０】目盛り中の熱電対の温度変化（灰色）と実際の実験実行（黒）。
【図２１】本発明による方法の一実施形態の概略図。
【図２２】本発明による装置の一実施形態の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００６５】
合金中の少なくとも２つの金属元素間の発熱反応を開始および／または持続させるために、３つ以上の元素の金属合金を加熱することを含むエネルギー生産のための方法および装置を含む発明が開示される。本発明の一実施形態によれば、金属合金の元素は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、後遷移金属、ランタニドおよび／またはアクチニドを含んでもよい。
【００６６】
好適実施例によれば、驚くべきことに、発熱反応が金属合金中で開始され得ることが発見された。さらに、驚くべきことに、この反応は合金が部分的に溶融状態にあるとき、すなわちそれが液相と固相の両方を含むときに自発的に開始することが判明した。さらに驚くべきことに、そのような発熱反応は、合金が完全に凝固する付近でその下限温度を有し、そして合金が完全に溶融する付近で上限温度を有する温度サイクルプログラムを介して繰り返し再開および／または持続され得ることが判明した。本明細書では、これを金属合金の相変化温度範囲と呼ぶ。温度サイクルの周期性は、発熱反応が長時間にわたって継続できるほど十分に短いことが好ましい。
【００６７】
１つの好適実施例では、合金はＬｉ元素およびＮｉ元素を含有するが、本発明に寄れば他の金属も考えられる。観察された発熱反応は、驚くべきことに一定温度で数分間続くことが観察された。例として追加の合金配合物が記載されている。
【００６８】
好適実施例として、３ｗ％のＬｉ、４３．５ｗ％のＮｉ、および５３．５ｗ％のＣｕからなる燃料が使用されているが、本発明によれば他の金属および他の比率も考えられる。この合金で発熱反応が観察された最低温度は１１９２℃であり、この合金で発熱反応が観察された最高温度は１２９０℃である。この温度範囲は、コンスタンタンとして知られている４５ｗ％のＮｉおよび５５ｗ％のＣｕ合金の既知の部分溶融温度範囲によく対応している。５分間の周期性と１２００／１３００℃の温度閾値を持つ温度サイクルプログラムで、合金の質量に関して８Ｗ／ｇの平均電力密度とほぼ１００Ｗ／ｇのピーク電力密度の値を得た。
【００６９】
１２４０／１３００℃の温度閾値を持つ温度サイクルプログラムを使用して、３０Ｗ／ｇの平均電力密度を得た。
【００７０】
発熱反応は合金の部分溶融温度に達すると自然に開始するということが発見された。さらに、上記の合金では温度が１１９２℃未満に低下したとき、および合金が約１３００℃で完全に溶融したときに反応が終了するということが観察された。部分溶融状態の合金を任意の一定温度に維持すると、発熱反応存続期間が約２〜５分になるということが発見された。反応装置条件の十分な制御により、反応存続期間を数時間、数日、さらには数ヶ月および数年にさえも著しく延長することができると期待される。
【００７１】
放射線検出器は、発熱反応中または発熱反応後に放射能の徴候を示さなかった。しかしながら、驚くべきことに、発熱反応中に高周波（ＲＦ）信号爆発が検出された。反応後の燃料内容物はそれらの金属の見た目を保持していた。驚くべきことに、Ｃｕのいくらかの脱合金化が上記の好適な合金において観察されており、発見された発熱反応の結果として、合金のある部分において著しく上昇した局所温度を示した。
【００７２】
本明細書で開示されたエネルギー発生方法はインプットとして金属合金のみを必要とし、有害な出力廃棄物を発生せず、容易に制御でき、放射能を含まないため、これは経済的できれいで持続可能なエネルギー生産技術として認められる。
【００７３】
発見された反応誘因をさらに解明するために、以下の一連の実験を行った。
【００７４】
・３ｗ％のＬｉ、４３．５ｗ％のＮｉ、および５３．５ｗ％のＣｕの合金を１３１０℃で完全溶融状態に保った。発熱反応の兆候は観察されなかった。
【００７５】
・１６ｗ％のＬｉと８４ｗ％のＮｉの合金は、１２００℃で完全に固体の状態に保たれており、他の合金の上記反応温度領域と重なっている。発熱反応の兆候は観察されなかった。
【００７６】
・不活性な大気下でＬｉ片を溶融したＮｉに滴下することにより、１５００℃で完全溶融状態の１０ｗ％のＬｉと９０Ｗ％のＮｉの合金が得られた。発熱反応の兆候は観察されなかった。
【００７７】
・２ｗ％のＬｉ、９０ｗ％のＮｉ、および８ｗ％のＡｌの合金を徐々に加熱した。この合金が溶け始めた１３５０℃の温度で発熱反応が観察された。
【００７８】
理論に拘束されることを意図しないが、発熱反応は適切な金属合金の固体溶融界面領域で起こるという驚くべき結論に導かれた。反応燃料がそのような領域で徐々に枯渇するにつれて、新鮮な固体溶融界面を再生することによって反応を継続させるために温度サイクルを使用することができると思われる。
【００７９】
理論に拘束されることを意図しないが、当事者の実験は、好ましい合金組成が以下の要件を満たし得ることを示している。
【００８０】
・好ましい合金成分は、発熱反応に関与するＬｉである。
【００８１】
・好ましい合金成分は、発熱反応に関与するＮｉおよび／またはＣａである。Ｎｉは、より好ましくかつより実用的な合金成分の選択肢である。
【００８２】
・好ましい合金成分は、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｇｄ、またはそれらの任意の組み合わせのいずれかであり、これらは上記の発熱反応に触媒作用を及ぼし得る。理論に拘束されることを意図しないが、これらの金属の高い有効電子質量は触媒的役割を果たすと考えられている。Ｎｉは、より好ましくかつより実用的な合金成分の選択肢である。
【００８３】
・任意の合金成分として、本発明によれば任意の他の金属または金属の組み合わせを添加することができ、合金の重要な特性、例えば合金の融点を改変するのに役立ち得る。Ｃｕの使用は広い温度範囲の部分溶融合金を作り出し、発熱反応の制御性を改善するので、Ｃｕが特に好ましい。Ａｌも反応を助けることがわかった。
【００８４】
反応機構をさらに詳細に調べると、発熱反応は一連の局所的な暴走発熱反応からなり、一連の小さな「ホットスポット」を形成することが発見された。全体的な反応は以下の２つの工程からなることが発見された。
【００８５】
１．１つ以上の核において初期発熱反応を生じる誘発工程。驚くべきことに、そのような誘発は、例えば、使用される合金の固相の融点に近い温度勾配を維持することによって達成することができ、その結果、固相内または固体溶融相の変化中に結晶粒界の移動をもたらす。本発明によれば、一連の反応は、任意の多くの手段によって開始または誘発させることができる。この手段により、衝突時に一連の反応を引き起こすために、開始時の二重電子捕獲事象を直接発生させるか、あるいは高エネルギー電子、二重電子捕獲可能同位体のイオン、または他の材料を生成することができる。
【００８６】
２．それ自体で急速に終了する一連の暴走反応の工程。この過程は液相で起こり、開始時の反応によって誘発される。そのような一連の反応は、合金がアルカリ金属またはアルカリ土類金属成分、好ましくはリチウムを含有するときに実現可能である。本発明によれば、他のアルカリ金属またはアルカリ土類金属成分の使用も可能である。
【００８７】
驚くべきことに、使用された合金が発熱的に二重電子捕獲を受けることができる１つ以上の同位体を含有するとき、上記の発熱反応が実行可能であることが発見された。ニッケルは、５８Ｎｉの６８％質量比を含有し、発熱的に二重電子捕獲を受けることができるので、模範的な合金成分である。そのような二重電子捕獲の際に、５８Ｎｉは５８Ｆｅに変換され、約２ＭｅＶのエネルギーを放出する。理論に拘束されることを意図しないが、核二重電子捕獲反応は、発見された発熱反応を支持するエネルギー源であると考えられている。理論に拘束されることを意図しないが、アルカリ金属またはアルカリ土類金属合金成分は溶融状態でそのような電子配置になると考えられ、それはそのような変換事象の際に励起核からエネルギーを取り除き、それによって局在化した一連の反応を可能にすることができる。
【００８８】
本発明による発熱反応を生じさせることができる一般的な種類の合金は、次のように要約される。
【００８９】
・１つの合金成分は、二重電子捕獲反応を発熱的に受けることができる１つ以上の同位体を含む元素である。ニッケルは、その好ましい合金成分である。
【００９０】
・１つの合金成分は、溶融状態でのその電子配置が励起核からエネルギーを取り除くことができる元素である。リチウムは、その好ましい合金成分である。
【００９１】
・合金の溶融温度を制御し、それによってその動作温度範囲を調整するために、他の任意の合金成分を使用することができる。
【００９２】
本発明によれば、上記のパラメーターに適合する任意の合金組成物は可能である。さらに、合金は部分溶融合金状態で発熱反応を開始することが好ましい。しかし、本発明の好適実施例では、金属合金元素はリチウム、ニッケルおよび銅（Ｌｉ、ＮｉおよびＣｕ）であるが、本発明によれば他の金属合金元素も可能であり、本発明によればそれらの比率は望ましい結果を達成するために異なる可能性がある。
【００９３】
３ｗ％のＬｉ、４３．５ｗ％のＮｉ、および５３．５ｗ％のＣｕからなる例示的な合金を考慮すると、二重電子捕獲反応によるその理論的エネルギー含有量は、約１ＧＪ／ｇである。達成された３０Ｗ／ｇの反応速度で運転すると、そのような燃料は最大１年間エネルギーを供給することができる。
【００９４】
本発明の一実施形態によれば、リチウムの質量比は０．０１％〜５０％の間、銅の質量比は１０％〜９５％の間、ニッケルの質量比は１０％〜９５％の間である。一実施形態において、リチウムの質量比は０．１％〜４０％の間、銅の質量比は２０〜７５％の間、ニッケルの質量比は２０％〜７５％の間である。一実施形態において、リチウムの質量比は１％〜３０％の間、銅の質量比は２５％〜６５％の間、ニッケルの質量比は３０％〜６５％の間である。一実施形態において、リチウムの質量比は２％〜２５％の間、銅の質量比は３０％〜５５％の間、ニッケルの質量比は３０％〜４５％の間である。一実施形態において、リチウムの質量比は２．９％〜２２．１％の間、銅の質量比は３２．４％〜５３．４％の間、ニッケルの質量比は３４．６％〜４３．７％の間である。本発明によれば他の比率も可能である。
【００９５】
本発明によれば、合金の加熱は技術的に既知の任意の手段によって達成することができる。加熱は、外的（すなわち、金属合金の元素内および／または元素間の反応プロセスの外側から金属合金の全部または一部に供給される）、または内的または自己発熱（すなわち、金属合金の元素とともにおよび／または金属合金の元素間の反応プロセスによって供給される）であってもよい。
【００９６】
本発明によれば、加熱の全部または一部を外部加熱により外的に金属合金に供給することができる。好適実施例によれば、加熱源は、電流の供給によって抵抗加熱される炉であってもよい。本発明によれば、他の加熱源および手段も可能である。金属合金の温度および／または温度範囲を制御するために、自己発熱、冷却および／または外部加熱を、組み合わせてまたは別々に使用することができる。
【００９７】
本発明によれば、加熱の全部または一部を自己発熱によって（すなわち金属合金自体の全部または一部によって）供給することができる。本発明の好適実施例では、初期の開始熱を除くほとんどの加熱は自己発熱によって供給される。本発明の好適実施例では、自己発熱は化学反応および／または核反応によって供給される。そのような場合、反応は、少なくとも部分的には自己発熱によって開始および／または維持および／または制御することができる。そのような場合、反応は、少なくとも部分的には冷却することによって停止および／または維持および／または制御することができる。一実施形態では、加熱構成要素は、反応器温度が望ましい最低温度を上回るときは待機モードにあり、反応器温度が望ましい最低温度閾値を下回る場合に再起動される。自己発熱に基づく作用の主な課題は、上に開示された温度サイクルプログラムを実行することである。本発明によれば、この温度サイクルは、可変冷却率によって達成することができる。冷却率は、上限温度サイクル閾値付近で増加し、下限温度サイクル閾値付近で減少する。可変反応器冷却は、制御された冷却材流量または制御された熱放射電力などの技術的に既知の任意の手段によって達成することができる。後者の場合、放射熱と反射され再吸収された熱とのバランスをとることによって温度を制御することができる。
【００９８】
反応は、目標温度範囲内に加熱および／または冷却することによって維持および／または制御することができる。目標温度範囲は、使用される金属合金の完全な固体状態および完全な溶融状態のそれぞれ１００℃以内に制限することができる。目標温度範囲は、使用される金属合金の完全な固体状態および／または完全溶融状態のそれぞれ５０℃以内であってもよい。目標温度範囲は、使用される金属合金の完全な固体状態および／または完全な溶融状態のそれぞれ２０℃以内であってもよい。目標温度範囲は、使用される金属合金の完全な固体状態および／または完全な溶融状態のそれぞれ１０℃以内であってもよい。目標温度範囲は、使用される金属合金の完全な固体状態および／または完全な溶融状態のそれぞれ５℃以内であってもよい。本発明によれば、他の目標温度範囲も可能である。
【００９９】
本発明のＬｉ−Ｎｉ−Ｃｕ実施形態では、目標温度範囲は、好ましくは４５０℃〜２１００℃、より好ましくは８５０℃〜１７００℃、より好ましくは９５０℃〜１５００℃、より好ましくは１０５０℃〜１４００℃、より好ましくは１１５０℃〜１３５０℃、最も好ましくは１１８０℃〜１３００℃の間である。本発明によれば他の目標温度範囲も可能であり、合金圧力、密度、金属合金元素および合金中のそれらの比率を含め、実施形態によって自由に変えることができる。本発明によれば、他の実施形態では他の温度範囲が可能である。
【０１００】
本発明の一実施形態では、目標温度範囲の下限は外部加熱によって維持される。本発明の一実施形態では、温度範囲の上限は外部冷却によって維持される。そのような冷却は、技術的に既知の任意の手段によるものであってよい。本発明の一実施形態では、後述するように、冷却は、エネルギーを収集、貯蔵、伝導または変換するために使用することができる。
【０１０１】
本発明の一実施形態では、目標温度範囲の最大限と最小限の間のサイクル時間は１秒から７２００秒の間である。一実施形態では、サイクル時間は８秒から９００秒の間である。一実施形態では、サイクル時間は２０秒から３００秒の間である。本明細書では、サイクル時間は、高くとも低くとも、初期の温度限界に戻るまでの時間として定義される。本発明の他の実施形態によれば、他のサイクル時間も可能である。
【０１０２】
本発明によれば、金属合金表面の圧力は１０００気圧以下であってもよい。本発明によれば、金属合金表面の圧力は１００気圧以下であってもよい。本発明によれば、金属合金表面の圧力は１０気圧以下であってもよい。
【０１０３】
本発明の一実施形態では、金属合金は容器内に存在する。本発明の一実施形態では、容器の内容物（例えば、金属合金および残留気体もしくはそうでなければ周囲の気体）が、容器の外側の大気と直接接触しないように、またはそうでなければ合金中の金属元素に対して本質的に化学的に不活性な大気中で維持されるように、容器を密封および／または内蔵する。本発明によれば、真空は不活性な大気と考えられる。本発明の一実施形態では、容器は密封および／または内蔵されている。この密封および／または格納は、溶接、閉栓、収容、および／またはそうでなければ封入によってもよい。本発明によれば、容器を密封および／または封入する任意の手段が可能である。密封は、内部環境の完全性を維持し、外部の物質が容器の内容物に触れないようにすることを目的としている。容器は、反応（例えば酸化）耐性材料および／または耐圧性材料から構成されてもよい。本発明の一実施形態では、耐酸化材料および耐圧性材料は同じものである。本発明の一実施形態では、金属合金は最初に密閉された耐圧容器によって封入され、その後密閉された耐反応容器によって封入される。このようにして、組合せた容器は酸化性またはそうでなければ反応性の環境と接触する可能性がある、および／または金属合金を囲む大気は合金の金属元素に対して本質的に化学的に不活性である可能性がある。
【０１０４】
本発明によれば、容器の内容物を環境から保護し、および／または合金の周囲に本質的に不活性な大気を維持することができる任意の耐反応性固体材料が可能であり、これには様々な勾配の鉄、鋼、モリブデン、チタン、および／またはグラファイトなどの炭素系材料が含まれるが、これらに限定されない。本発明の好適実施例によれば、耐反応性容器材料はＡＰＭ合金である。本発明によれば、容器の内容物を環境から保護し、および／または合金の周囲に本質的に不活性な大気を維持することができる任意の耐圧性固体材料が可能であり、これには様々な勾配の鉄、鋼、モリブデン、チタン、および／またはグラファイトなどの炭素系材料が含まれるが、これらに限定されない。本発明の好適実施例によれば、耐圧容器材料はＴＺＭ合金である。
【０１０５】
本発明の好適実施例では、反応の熱／エネルギーの一部または全部が集められる。この熱／エネルギーは、例えば、ヒートシンクまたはエネルギーシンクによって集めることができる。本発明の一実施形態では、ヒートシンクまたはエネルギーシンクは冷却材流量である。本発明の他の実施形態では、ヒートシンクまたはエネルギーシンクは熱放射面である。
【０１０６】
本発明の一実施形態では、ヒートシンクまたはエネルギーシンクの特性は、金属合金の全部または一部を目標温度範囲内に維持するように変える。本発明によれば、異なるヒートシンクまたはエネルギーシンクの特性は、例えば、冷却剤の熱伝導率、流量、流動パターンまたは流向、流路形状、乱流の程度、圧力または圧力差、温度または温度差、粘度、体積、質量、密度、熱容量、組成、構造、配向、界面特性、材料の放射特性または反射特性、または接続性であってよい。
【０１０７】
収集された熱またはエネルギーは、作用を行うために使用され、別の形態のエネルギー（例えば、電位、相変化または化学結合）に変換され、エネルギー貯蔵システムに貯蔵され、または直接加熱に使用することができる。本発明によれば、他の形態のエネルギーおよびエネルギー貯蔵システムも可能である。
【０１０８】
上記の熱エネルギー発生器と一緒に使用することができる、熱からの電気エネルギー生産のための相補的な方法および装置も、本明細書に開示されている。開示された反応器の高い運転温度は、熱光起電力エネルギー変換にとって実用的な範囲内にある。現在知られている熱光起電力デバイスは、２５〜３０％以下の熱電気変換を達成することができる。驚くべきことに、当事者は、４０〜５０％の熱電気変換を達成することができる熱光起電型エネルギー変換技術を発見した。熱光起電力技術は、家庭用機器の大きさから発電所の大きさまで、導入の大きさに関して非常にスケーラブルなので、この技術により、任意の実践的な物理的規模で上記開示したエネルギー生産の利用による発電が可能になる。さらに、以下の段落で説明する熱光起電力変換技術は、温度サイクルの簡単でエネルギー効率の良い実施を容易にし、それによって上記の開示されたエネルギー発生技術の運用上の要求を満たす。それによって開示されたエネルギー生産およびエネルギー変換技術は互いに補完的であり、合わせて実用的で費用対効果の高い発電装置の構築を可能にする。
【０１０９】
本発明によれば、熱エネルギーから電気エネルギーへの変換は、真空分離面の以下の連鎖配列を含む積層熱光起電力配置によって行われる。
【０１１０】
１．熱源の高温面、例えばエネルギー生産金属合金を収容する容器。これは、好ましくは周波数選択性熱放射放出材料で被覆されている。周波数選択的放射の目的は、以下に説明する第１段階の光起電性面のバンドギャップに対応する周波数を可能な限り厳密に一致させることである。
【０１１１】
２．任意に、他の表面に対して垂直位置と平行位置との間で「ベネチアンブラインド」方式で回転させることができる高反射性のルーバー構造の金属表面を使用して、システム内の熱伝達速度を制御することができる。平行位置では、その内側は大部分の熱放射を上記の熱放射放出面（熱表面または熱板）に反射する一方、その外側はごく少量の熱放射物を放射する。垂直位置では、それにより熱放射が上記の熱放射放出面と下記の第１段階の光起電性面との間を行ったり来たりすることが可能となる。中間位置は両極端の間の放射を制御する。
【０１１２】
３．その裏面に光電性発光ダイオード（ＬＥＤ）外面を有する、熱板に面した第１段階の光起電力内面。この光起電面は、第１段階の電気出力を生み出す。裏面の光電性発光ダイオード面は、放射率最適化のために順方向電圧バイアス下に維持されるのが好ましい。この層の温度は順方向バイアス電圧によって決定され、それはシステム全体の効率最適化に従って調整される。
【０１１３】
４．第２段階の電気出力を生成する上記の前方バイアスＬＥＤ面に面する、第２段階の光起電力面。この光起電性面のバンドギャップは、最適効率のために可能な限り密接にＬＥＤバンドギャップと一致することが好ましい。この表面は、光起電力表面を理想的な動作温度に保つために、例えば裏面に冷却剤を流すことによって積極的に冷却することができる。前記冷却剤はエネルギーを貯蔵または輸送するために使用することができる。
【０１１４】
本発明によれば、さらに多くの段階のＬＥＤと光起電性面の対によるこの換気筒のさらなる拡張が可能である。
【０１１５】
上記に描写した熱電気変換構造の例が図１７に示され、温度サイクル制御のある運用が図１８に示されている。
【０１１６】
１７、１８及び１９の図面については、以下の表記が適用される。
【０１１７】
１０：熱源によって加熱された熱表面。１１：周波数選択性放射率のための表面被覆。１２：赤外線ＰＶ面。１３：中温面。１４：第１段階階の電力出力。１５：ＬＥＤの順方向バイアス用の電力フィードバック。１６：赤外線ＬＥＤ面。ａが赤外線ＬＥＤ面（１６）に入力されている間に発生する。１７：低温表面。能動的あるいは受動的に冷却される。１８：赤外線ＰＶ面。１９：第２段階電力出力。２０：温度が十分に高いときに熱放射が通過できるように回転する反射ブラインド。２１：温度が低いときに熱放射を反射するために回転する反射ブラインド。
【０１１８】
図１７では、熱源によって加熱された高温面（１０）は、好ましくは中間温度面（１３）に面する加熱源とは反対側に、周波数選択的放射のための表面被覆（１１）を有する。能動的または受動的に冷却された冷表面（１７）は、別の赤外線ＰＶ面（１８）を含み、そのＰＶ面から第２段階電力出力（１９）が生成される。高温面（１０）と低温面（１７）との間に位置し、高温面（１０）に面する赤外線ＰＶ面（１２）および低温面（１７）に面する赤外線ＬＥＤ面（１６）を含む中間温度面（１３）は、第１段階電力出力（１４）を生成する一方、ＬＥＤ順方向バイアス用の電力フィードバック（１５）は、赤外線ＬＥＤ面（１６）に入力される。中間温度面（１３）および低温面（１７）は合わせて電力換気筒を構成する。
【０１１９】
望ましい温度サイクルは、反射性金属表面を含む、例えば「ベネチアンブラインド」方式のルーバーの温度制御調整によって達成することができる。原子炉温度が十分に上昇すると、放射熱伝達を可能にするためにルーバーブラインドが開かれる。十分に強力な放射熱伝達および／または封入された合金材料の完全溶融によって温度降下相が開始する。反応器温度が十分に低下したとき、放射熱伝達を最小限にし、それによって熱生成反応が温度降下相を温度上昇相に変えることができるようにするために、ブラインドを閉じる。記載された金属合金エネルギー製造の発明と組み合わせて使用される好適実施例において、第１段階の電気エネルギー変換装置は、熱電気エネルギー変換を行うために、金属合金または金属合金を含む容器の近くにあるか、またはそれらに接触してもよい。このようにして、電気エネルギー変換装置は、金属合金エネルギー発生機用のヒートシンクおよび／または温度制御装置として機能することができる。光起電力表面のサイズに対する使用される金属合金の相対量は、装置が連続温度サイクルモード中に自己発熱することができるように、好ましくは１分〜５分の間の温度サイクル周期性を有するように調整させることができる。本発明によれば、他のサイクル時間も可能である。
【０１２０】
図１８は、ルーバーベースの温度サイクル制御を追加した、図１７の積層型熱光起電力発電機の一実施形態の概略図であり、熱源の反対側に周波数選択的放出のための表面被覆（１１）のある高温面（１０）および赤外線ＰＶ面（１２）および赤外線ＬＥＤ面（１６）を含む中間温度面（１３）との間に、反射ブラインド（２０、２１）が配置され、温度が十分に高いときは熱放射を通過させるためにそれが回転して開き、温度が十分に低いときは熱放射を反射するために回転して閉じる。
【０１２１】
望ましい温度サイクルは、加熱段階のための高い熱質量の高温環境と冷却段階のためのより低い温度環境との間での原子炉格納容器の温度制御または時間制御変位によっても達成することができる。反応器温度が十分に上昇したら、容器をより低温の環境に移動させて放射熱伝達を可能にする。十分に強力な放射熱伝達および／または封入された合金材料の完全溶融によって温度降下相が開始する。反応器温度が十分に低下したとき、容器を温度上昇段階を開始するために高熱質量高温環境に移動する。記載された金属合金エネルギー製造の発明と組み合わせて使用される好適実施例において、冷却段階の間、第１段階の電気エネルギー変換装置は、熱電気エネルギー変換を行うために、金属合金または金属合金を含む容器の近くにあるか、またはそれらに接触してもよい。このようにして、電気エネルギー変換装置は、金属合金エネルギー発生機用のヒートシンクおよび／または温度制御装置として機能することができる。高温環境のほぼ一定の温度を維持するために、使用される金属合金から加熱段階中に放出される熱放射は、全サイクル期間にわたって平均して高温環境の熱損失を相殺することができなければならない。周期的な容器移動は、好ましくは１分から５分の間の周期性に対応する。本発明によれば、他のサイクル時間も可能である。本発明によれば、他の温度サイクル方法も可能である。
【０１２２】
図１９は、図１７の貯蔵器ベースの温度サイクル制御を有する積層型熱光起電力発電機の一実施形態の概略図を示し、温度サイクルは、燃料容器（２３）を定期的に熱光起電力発電機（２４）の内外に移動させることによって達成される。燃料容器は、正味の発熱反応を受ける反応性材料を収容してもよく、あるいはそうでなければ内部加熱されてもよい。容器は、燃料容器の高温面の外側に周波数選択的放出のための外部表面被覆（１１）を有する高温面（１０）を有してもよい。赤外線ＰＶ面（１２）および赤外線ＬＥＤ面（１６）を含む中間温度面（１３）、あるいは高熱質量成分（２３）の高温面に面するよう移動するように、矢印（２２）で示すように換気筒の内外に燃料容器を移動させることができる。
【０１２３】
第１段階の温度制御は順方向バイアス電圧を制御することによって達成することができる。第１段階温度は、全体の熱電気変換効率を最大化する値に設定するのが好ましい。表面材料の所与の選択に関して、全体的な熱電気変換効率の最大化は、主に以下の２つのパラメータにわたる二次元の最適化である。
【０１２４】
・第１段階の光起電性内面の半導体の厚さの選択。この表面の最適温度は４００〜７００℃の中間温度範囲にあるので、電子空孔再結合による効率の損失は重要である。そのような損失は、半導体の厚さを減少させることによって軽減することができ、それは同様に、入射する光子がそれらの反射の前に半導体によって捕捉される確率を減少させる。反射光子は高温面に戻るように方向付けられるので、反射エネルギーは失われない。したがって、より薄い半導体層は、電子空孔対を生成するためにより多くの往復放射通過を生じさせ、これは、捕捉されたバンドギャップを下回る放出に対するバンドギャップを超える放出の相対電力を減少させることによって、第１段階の効率を低下させる。
【０１２５】
・順方向バイアス電圧の選択。これは、第１段階の光起電力表面温度の主な制御要素である。より高温な表面は、第１段階の光起電性面で電子空孔再結合損失がより多くなるという損失を引き起こす一方で、ＬＥＤ面に面する外側で熱アシストされたＬＥＤ発光がより多くなるという利点ももたらす。
【０１２６】
装置材料の任意の所与の選択に対して、最良のシステムレベル変換効率は、上記の２つの主要装置パラメータの最適調整を通して見つけることができる。
【０１２７】
上記に開示されたエネルギー発生装置を構成するための材料の好ましい選択は、周波数選択的に放射する熱い表面にＮｉＯを添加したＭｇＯを使用すること、およびＧａＳｂベースの光起電力およびＬＥＤ面を使用することである。このような材料の選択により、システムレベルの最適化研究は、順方向バイアス電力フィードバックを考慮した後、４０〜５０％の範囲の熱電気変換効率の実現可能性を示している。本発明によれば他の材料も可能である。
【実施例】
【０１２８】
以下の例１〜６では、前駆体金属（Ｌｉ、Ｎｉ、および適切な場合にはＣｕまたはＡｌ）をＡＰＭ材料（融点１５００℃、良好な耐酸化性）でできた金属製の容器に入れ、高温でも気密封止されかなりの過圧耐性があることを保証するために溶接して閉じた。以下の実施例７では、前駆体金属（Ｌｉ、Ｎｉ、および適切な場合にはＣｕまたはＡｌ）が、アルゴン流で浸水したＴＺＭ材料製の金属管内に配置されている。使用した炉は、良好な温度均一性を達成するために３方向からサンプルを加熱した。加熱フィラメントはカンタル線（融点１５００℃、高い耐酸化性）でできていた。温度検知にはＳ型とＮ型の熱電対を使用した。最初の実験では、加熱はオン／オフのタイミングによって制御された。その後の実験では、より正確な加熱制御を達成するためにサイリスタ電子によって制御された。以下の実施例では圧力は直接測定されていないが、密閉容器を使用する場合（実施例１〜６）、圧力は１００気圧を超えず、おそらく１０気圧未満であったと推測しても差し支えないだろう。容器が密閉されていない場合（実施例７）、圧力は約１気圧であった。本発明によれば、他の圧力も可能である。
【０１２９】
以下の実施例８では、前駆体金属（Ｌｉ、ＮｉおよびＣｕ）をＴＺＭ材料（融点２６００℃）でできた金属製容器に入れ、気密封止および非常に高い温度耐性を確保するために溶接して閉じた。
【０１３０】
実施例１：固体Ｌｉ−Ｎｉ合金化
【０１３１】
０．５ｇのＮｉ粉末および０．１ｇのＬｉを金属製容器に封入し、約１時間１２００℃に保持した。熱処理中に過剰な熱は検出されなかった。容器を冷却して開封した後、内部に金属の外見を有する空気中で安定な合金材料が見られた。全ての粉末は単一の固体に融合した。遊離のＬｉ金属は観察されなかった。まとめると、この実験により、Ｌｉ合金がＮｉ中に最大２０ｗ％まで均一化し、固体金属中によく拡散することが実証された。
【０１３２】
実施例２：高温Ｌｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金
【０１３３】
２ｇのコンスタンタン線（５５％Ｃｕ＋４５％Ｎｉの合金）および０．０６ｇのＬｉ（４４％Ｃｕ、３６％Ｎｉおよび２０％Ｌｉの全質量分布を示す）を金属製の容器に入れ、溶接で密封する。
【０１３４】
サンプルをしばらくの間１２００℃に保持し、次いで温度を１３００℃に上げた。１３００℃の状態で１０〜１５分後、金属製容器の壁（最も薄い部分で厚さ約２ｍｍ）が破れセラミック管とサンプルの上の加熱線が溶ける事象が起こった。この事象に付随する音はなかった。図１および図２は、損傷を受けた反応器および結果として生じたサンプルの外見を示している。
【０１３５】
図２において、容器が穿孔された回転軸（左から容器の長さの約３／４）に沿って膨らんでいたことが観察でき、これは著しい内圧を示している。前述のＬｉ−Ｎｉ合金化実験は同様の膨れまたは容器破損の兆候を示さなかったため、この作用は、発熱反応によるＬｉ沸点を超える内部温度上昇に起因し、そこでＬｉを蒸発させることによりＡＰＭ容器の膨らみおよび破裂が引き起こされる。ＡＰＭの壁はそのような高い内部温度で脆くなる。
【０１３６】
残りの内容物は、Ｎｉ３Ｏ４およびＣｕＯ材料の外見を有していた。このようなサンプルの完全燃焼は、容器壁が破損したときの著しく高い温度を示している。反応装置材料の損傷は、１５００℃をはるかに超える温度を有する溶融金属の噴霧を示す。この損傷は、Ｌｉ蒸気燃焼では説明できない。例えば、図１の上の管に見られるように、横方向に飛んでいる溶融金属液滴がカンタル線を溶かした。また、ＡＰＭ壁の完全な損傷は、非常に高い内部温度によって引き起こされる構造的損傷と一致している。ガンマ線検出器は得られたサンプル中に放射能の徴候を示さなかった。
【０１３７】
実施例３：Ｌｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金における単一反応事象の機器装備での観察
【０１３８】
溶融Ｌｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金実験は、より正確なコンピュータ制御および温度記録、およびより厚いＡＰＭ容器壁を用いて、改良された設定で繰り返されてきた。２ｇのコンスタンタン線および０．０６ｇのＬｉ（４２．３％のＣｕ、３４．６％のＮｉおよび２２．１％のＬｉの全質量分布を示す）を再び金属製容器に充填した。正確な温度記録のために、Ｎ型熱電対を容器の外壁に直接接触させた。
【０１３９】
図３は、１２００℃に達してそれを超えた後の実験中に記録された温度を示す。縦軸は温度、横軸は加熱開始からの経過秒数を示す。１２８０℃に達した後、加熱プログラムは１２５０℃の温度を維持するように設定された。この反応器温度を維持するために約１ｋＷの電力が必要とされた。発熱反応は見たところでは１２００℃を超えた後１５４０秒後、すなわち９分後に始まった。
【０１４０】
図３から分かるように、温度が１２５０℃を超えると、制御電子機器は加熱電力を徐々に減少させた。約１５５０秒の時点で、熱電対は急激な２０℃の温度上昇を記録する。この外見上のスパイクは、熱電対によって検出されたＲＦ放射破裂のサインであり、実際の温度が瞬時に前の値に戻ることはできないため実際の温度変化ではないと考えている。同時に、「金属間欠泉」が容器から噴出し、再び容器の上の加熱フィラメントとセラミック管を通して溶けた。その後、すべての発熱量が失われた。前回の実験と同様に、この事象に伴う音は聞こえなかった。図５は、冷却後の容器の結果の様子を示している。以下に詳述するように、この反応開始は、Ｌｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金の融解が直接先行するように思われる。
【０１４１】
図４は、反応事象周辺の温度履歴の詳細を示している。図４の明るい部分は、信号データの解釈を示している。最初の２つの網掛けは、温度上昇が一時的に遅くなることを特徴とする、容器内での溶融現象を強調している。ＲＦ放射破裂は反応事象のサインである。反応の結果として加熱力が失われるので、第３の網掛け領域は反応自体によって引き起こされる温度上昇を示す。この解釈は、熱電対（容器の中央に配置）と反応ホットスポット（爆発は容器の端部近く）との間の空間的な分離作用と一致している。反応の局所的ホットスポットの性質を示すために、多くの観察結果を以下に集めた。
【０１４２】
・過去の実験で、噴出した溶融金属の温度が１５００℃以上であるが、熱電対は外部容器表面にわずかな温度上昇を記録するのみであるのが観察された
【０１４３】
・ＲＦ破裂が１秒未満持続する間に温度が上昇すると、対応する温度上昇は数秒に渡って広がり、検出されるには反応部位から熱電対まで熱が拡散しなければならないため、その温度上昇はある程度遅れて到達する
【０１４４】
・容器の最上部および溶融金属の破裂位置から数ｃｍの距離で記録された少しの気温上昇は、非常に局所的な反応ホットスポットを示す
【０１４５】
ＲＦ破裂は、反応の瞬間的なタイミングを示す。加熱力の喪失、それに続く伝わった反応熱からのゆるやかな温度上昇、そして最後に続く冷却段階のために、その後に小さな局所的な冷却がある。冷却段階において、より遅い冷却の陰影領域は容器内容物の凍結を示す。相変化領域の端にＲＦ破裂の兆候が見られることがあり、これはわずかな後続反応を示している。
【０１４６】
全体として、上記の観察は、観察された反応が局所的な暴走反応型のものであることを示している。この仮説を確認するために、後続の実験では、様々な大きさ／勾配の異なる大きさおよび温度上昇のＲＦ破裂が見られることが予想される。これらの量の広がりは、反応センサーの距離とホットスポットの反応エネルギーによって変わることが予想される。
【０１４７】
冷却後、容器を鋸で開いた。その断面図を図６に示している。「金属間欠泉」は見たところ材料を移動させただけで、容器に穴は開いておらず、つまり空気が容器に戻ることはなかった。その結果として、図６は容器の内部を横切る金属表面を示している。これは、発熱反応が実際にＬｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金内で起こったことを示している。セラミック管と加熱線の溶融は、内部反応温度が特定の箇所で１５００℃をはるかに超えたことを示している。
【０１４８】
反応材料の大部分はメタリックグレーのままであるが、赤みを帯びた色合いが内面の斑状の位置に現れることを観察した。これは金属表面に銅が蓄積していることを示しており、高温の脱合金により引き起こされた可能性がある。銅の斑状のある濃度は、非常に局所的なホットスポット型の発熱反応も示している。ガンマ線検出器は、得られたサンプル中で放射能の徴候を示さなかった。
【０１４９】
実施例４：相変化事象の結果の調査
【０１５０】
以下の設定でＬｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金実験を実施した。破裂した金属のこぼれを防ぎサンプル内部の温度の加熱／冷却を遅くするために、溶接したＡＰＭ容器を厚さ約０．５ｃｍのセラミック容器に埋め込んだ。４ｇのコンスタンタン線および０．１２ｇのＬｉ（５３．４％のＣｕ、４３．７％のＮｉおよび２．９％のＬｉの全質量分布を示す）を金属製容器に充填した。Ｎ型熱電対をセラミック容器と直接接触させて配置した。
【０１５１】
温度を段階的に異なる目標温度まで上昇させ、各目標温度において、目標の±１℃を循環させた。この方法により、位相変化とＲＦノイズを正確に検出できる。図７に観測された温度グラフを示している。
【０１５２】
通常の「事象なし」の動作は、±１℃の目標許容誤差範囲内の滑らかな温度サイクル曲線となる。図７の各チャートは、以前の低い値から新しい目標温度に到達した直後の時間区分を示している。すべての実験温度で、温度グラフは最初はなめらかなサイクルで、それから相変化事象の後、数分間ノイズがあり、その後再び滑らかになる。前の実験に基づいて、観測されたノイズは反応のＲＦノイズのサインとして解釈される。この実験では、前の実験よりもノイズ振幅が小さくなっている。これは、セラミック容器のために熱電対がサンプルから遠く離れていることに則している。この観察されたパターンは、反応が固体金属表面で起こるという当事者の以前の仮定を支持する。すなわち、新たな新しい固体領域が生成されるときはいつでも反応が自発的に開始する。また、観察された事象の一時的または自己制限的な性質も示している。それぞれの場合において、反応は２〜３分しか続かないようである。
【０１５３】
観測された事象の強度は温度に依存しないようである。図８は１３１０℃での温度グラフを示しているが、これは本質的に事象なしである。この温度では、Ｌｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金は完全に溶融していると推定される。この観察は、反応が溶融相ではなく固相で起こるという当事者の仮説を支持する。
【０１５４】
実験の終了後、実験中にいくらかの金属が容器から噴出し、セラミック層の内面に沿って流れていることに気付いた。金属流が伝うセラミック表面は光沢があり、その局所的な融解を示しており、これには１５００℃より高い温度を必要とする。ＡＰＭ容器の内容物は、前の実験のように、空気にさらされていなかったように見える。
【０１５５】
実施例５：反応表面循環および反応熱事象の検出
【０１５６】
観察された反応は所与の温度で数分後に終了するように見え、相変化によって引き起こされるように見えるので、安定した反応が温度サイクルによって達成できるかどうかに関して疑問が生じる。このような温度サイクルの研究がこの実験の目的だった。さらなる目的は、破裂反応事象からより多くの熱特性データを集めることであった。
【０１５７】
この実験は以下の設定で行われた。９個の溶接されたＡＰＭ容器が約０．５ｃｍの厚さの磁器製の容器に埋め込まれた。２ｇのコンスタンタン線および０．０６ｇのＬｉ（５３．４％のＣｕ、４３．７％のＮｉおよび２．９％のＬｉの全質量分布を示す）を各金属製容器に入れた。Ｎ型熱電対を容器群の中央に配置した。この改良された設定における磁器製の容器の主な目的は、容器の均一な温度を確保することだった。熱電対はこの磁器製の容器に埋め込まれているので、この設定で測定された温度値は、その所定の場所での容器の温度に正確に対応している。
【０１５８】
実験の後、容器の中には破裂したものもある一方、見たところ破裂していないままのものもあった。図９は、いくつかの容器の試験後の様子を示している。以前の試験観察に則して、破裂していない容器の膨張を観察することができ、そして破裂した容器に対する非常に劇的な損傷が観察される。この実験を通して温度制御がＬｉの沸点より低く、ＡＰＭの融点よりはるかに低いままであったので、この広範囲の容器損傷は観察された反応の非常に発熱性の暴走的性質の兆候である。
【０１５９】
この実験の間、反応器温度は目標温度あたりの±１０℃と±２０℃の間で循環した。このサイクル実験の間、低レベルのＲＦノイズが持続したことから、反応存続期間を延ばすことの実現可能性が実証された。図１０は、温度サイクルプロセスの一部の間の温度グラフを示す。ＲＦノイズはサイクルの間に周期的に弱くなったり強くなったりするように見える。このデータは、前の実験で同様に観察された数分の自己制限的反応事象を確証し、反応が固体合金中またはその表面で起こるという考えに対するさらなる証拠を与える。このデータに基づいて、温度サイクルがおよそ数分の周期性を有するとき、反応はほぼ連続的であり得ることが提案される。温度サイクル周期性が例えばおよそ１時間などより遅い場合は、反応はほんのわずかな時間だけ持続すると予想されるであろう。
【０１６０】
図１１に直接反応熱事象が示されている。予想されたように、全ての事象が突然の温度上昇を示す。最も強いのは最初の例で、１０℃の急上昇とそれに続く前の温度への冷却が見られる。このデータは、激しく局所化されたホットスポットで暴走現象を通して反応が起こることを示している。
【０１６１】
図１１の２つ目の例は、まだ溶融相が存在しないときに初期反応熱事象が１２００℃をわずかに下回ってすでに検出されていることを示しており、固体中または固体合金表面でこの反応の最低温度を示している。
【０１６２】
前述の銅の蓄積は、いくつかの反応後の表面でもはっきりと見られる。銅濃度が増加するにつれて、表面は黄色がかった色を帯び、次に銅が高濃度の場所では銅赤になる。
【０１６３】
実施例６：高温Ｌｉ−Ｎｉ−Ａｌ合金
【０１６４】
全体の質量分布が８％のＡｌ、９０％のＮｉおよび２％のＬｉを有する２ｇの金属線を金属製容器に装填し、溶接により封止した。
【０１６５】
温度を徐々に１３００℃に上げ、次いでサンプルをしばらくの間１３００℃に保持した。この手順中に発熱反応の兆候は見られなかった。
【０１６６】
その後、温度を徐々に１３５０℃に上げた。１３５０℃で約１分後、発熱反応のＲＦサインが検出され、それが約５分間持続した。
【０１６７】
実施例７：循環温度を有する不活性ガス流中のＬｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金の開いた容器
【０１６８】
次のＬｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金実験は、Ａｒ流に基づく設定で行った。１５ｇのコンスタンタン箔および０．５ｇのＬｉ線（５３．２％のＣｕ、４３．５％のＮｉおよび３．２％のＬｉの全質量分布を示す）を開いたＴＺＭ金属管に入れた。ＴＺＭ管は、金属合金の元素に対して化学的に不活性な大気を維持するためにＡｒ流で満たされたセラミック管の中に配置されている。Ｎ型熱電対を、ＴＺＭとセラミック管との間に配置した。反応器の電力消費量は、ＶｏｌｔｃｒａｆｔＥＬ４０００デバイスによって測定された。
【０１６９】
この実験は、反応電力および反応熱生成を定量化することを目的とした。以下の温度サイクルプログラムを使用して、Ａｒ流を用いずに空の反応器について校正実験（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）を行った。１２００℃から１２８０℃への定電力加熱し、１２８０℃の上限温度閾値に達したときに加熱せず、次いで１２００℃の下限温度閾値から定電力加熱する。使用した加熱力は約１．５ｋＷであった。図１２の破線は、加熱が停止された瞬間から開始する、３０秒間の温度変化を示す。断熱された外側の反応器壁が徐々に加熱されるにつれて、冷却速度はその後のサイクルでわずかに減少した。
【０１７０】
実際の実験（ｌｉｖｅ）は、校正運転と同じ室温初期条件から開始し、１２００℃に達すると、同じ加熱プログラムを使用した最初の３サイクルは、１２００℃と１２８０℃の閾値の間を循環した。図１２の実線は、加熱を止めた瞬間から開始した、これらの初期サイクルにおける温度変化を示す。これらの曲線の形状と傾きは対応する検量線とは徐々に分岐しており、反応の開始を示している。発熱反応の特徴は各温度サイクルにおいて顕著である。３回目のサイクルでは、加熱を止めた後１４秒間温度が上昇し、加熱を止めた後３０秒間経っても１２８０℃を超えたままであった。
【０１７１】
次の２つの温度サイクルにおいて、上限閾値は１３００℃に調整された。比較のために、図１２は、−２０℃のオフセットと対応する温度変化を示している。図７〜図８はほぼ熱平衡状態にある容器を示しているが、図１２は１３．６℃／分の加熱速度の直後（すなわち１０分の加熱時間が外部から供給された）の温度変化を示していることに留意したい。最も強い自己発熱事象はサイクル４で観察されたため、それがピーク電力率の推定に使用される。
【０１７２】
この温度範囲では、１３．６℃／分の加熱速度を達成するために１．５ｋＷを要する。サイクル４は約４０℃／分の自己加熱速度を示すが、反応器の内部に熱を均一に拡散させるのに３０秒間は十分ではないかもしれない、すなわち反応器全体の平均加熱速度はもっと遅い可能性がある。この熱拡散効果を推定するために、図１３は、最高温度に達した直後のサイクル４の冷却を比較している。校正測定と比較して、実際の実験は、自己加熱中に１．５ｋＷ加熱中よりも温度上昇が４倍速くなり、また反応器加熱がない場合よりもその後の温度低下が約４倍速くなる。したがって、図１３に示すサイクル４の自己発熱率は、１．５ｋＷの発熱電力にほぼ等しい。これは、反応材料の質量に関して１００Ｗ／ｇのピーク電力率に相当する。
【０１７３】
１３００℃での頻回サイクルは、本質的に３０秒間にわたって温度を維持しながら、はるかに小さい自己発熱力を示した。最後に、加熱が１３４０℃に達した最後のサイクルは、７秒後に消滅する非常に速い初期自己加熱を示した。これは、図８に示した、事象がなく１３００℃を超えた場合の反応と一致している。
【０１７４】
平均反応電力は、電力消費量の測定値と温度の上昇／下降の測定値から推定した。温度上昇は、加熱サイクル中の１２００℃から１２８０℃への上昇として定義される。温度低下は加熱停止から始まると定義され、次の８０℃の温度低下まで持続する。
【０１７５】
【表１】
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【０１７６】
表１に示した上記の定義と対応する測定データを用いて、実際の実験実行サイクルに対して校正を有意義に比較することができる。特に初期サイクルでは、実際の実験の上昇時間は校正中よりも大幅に短く、発熱エネルギーの発生を示している。下降時間の差はそれほど大きくない。これは、エネルギー生産の大部分が温度上昇段階で生じることを示している。実際、後者のサイクルでは、実際の実験中の方が校正中よりもわずかに速い下降時間がある。より速い冷却は、校正中には適用されなかった流動Ａｒの冷却作用と、熱電対の近くに局所的な温度勾配を生じさせ、それによってその後いくらか速い冷却をもたらす上昇段階中の局所的自己加熱とによって説明することができる。Ａｒの流速から、Ａｒの流れはシステムから最大２２ｋＪのエネルギーを輸送したと推定され、これは反応エネルギーの概算では無視している。
【０１７７】
最初の４回の校正サイクルの所要時間は、最初の５回の実際の実験サイクルの所要時間に非常に近かった。校正サイクル１〜４と実際のサイクル１〜５の間の電力消費量を比較し、数秒間の経過時間の不一致を調整した後、得られた総消費エネルギー入力の差を用いて反応エネルギーの総量を推定する。上記の数に基づくと、生成された反応エネルギーの総量は約１２５ｋＪである。このエネルギー量は、封入されたＬｉ金属を燃焼することによって得られるものよりも６倍大きい。
【０１７８】
生成された反応エネルギーの時間的分布は、総経過時間の関数として校正に対する実際の実験の上昇時間をグラフにした図１４から推定できる。上昇時間曲線が離れていると反力が発生し、上昇時間曲線が一致していると反力が発生しない。校正と実際の実験では電力に系統的な違いがあることに留意したい。これらの実験は異なる日に実行されており、この電力差は格子電圧の変動に対応することがわかった。したがって、この電力差を考慮して校正の上昇時間に調整が適用される。表１の最後の列は、原子炉壁の断熱効果を評価している。この要素は、入力電力比に対する上昇時間の感度を特徴付けるものである。図１４の円は、この電力不整合関連の調整を含む。この調整により、青い曲線は非常に安定した値に収束し、この時間分解熱量測定法の精度が高いことを示している。図１４の正方形から、反応エネルギーは主に試験運転の最初の１３分間に発生したことが分かる。図１２のＬｉｖｅ−４曲線で示される約３０ｋＪのエネルギー生産に対応する強いエネルギー生産も考慮すると、当事者は反応エネルギー生産の大部分が最初の１７分で起こるという結論を下す。図１５および図１７も同様に後続の反応事象のサインを示しているが、試験のこの後者の部分ではエネルギー生産は大幅に減少している。
【０１７９】
要約すると、発熱反応は実験の最初の１７分以内に１２５ｋＪのエネルギー、すなわち１２０Ｗの熱出力を生成し、実験の残りの時間にははるかに少ない出力熱を生成する。したがって、平均発電速度は、反応材料の質量に対して８Ｗ／ｇである。
【０１８０】
すべての実験観察を考慮すると、当事者は、発熱反応が反応ホットスポットの温度をＬｉの沸点よりかなり高く上昇させると結論する。この実施例では、蒸発したＬｉがＡｒ流によって取り除かれたので、図１４に示される下降反応力は、Ｌｉの枯渇によって引き起こされた。図１５は、下流側のセラミック管の黒化した内面を示し、その上にＬｉが析出している。上流側では管の変色は見られなかった。
【０１８１】
図１６は反応管の実験後の図を示す。金属箔の一部は元の形状を保持しており、部品は管の壁の周りで溶けていて、たとえば、画像の中央に表示されている部分のように部品が塊になっていた。壁に沿って銅の脱合金化がはっきりと観察された。
【０１８２】
実施例８：ＴＺＭ容器内でのＬｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金からの連続エネルギー生産
【０１８３】
次の溶融Ｌｉ−Ｎｉ−Ｃｕ合金実験をＮ２流に基づく設定で実施した。９．５２ｇのコンスタンタン箔および０．２８ｇのＬｉ片を鋼鉄管に装填し、溶接によって密封した。次いで、この鋼製容器をＴＺＭ（９９．４％のＭｏ、０．５％のＴｉ、０．１％のＺｒ）金属管に入れ、溶接により密封した。
【０１８４】
反応器は２つの熱電対を備えていた。１つ目はＴＺＭ容器の上、２つ目はＮ２流入口のほぼ上である。Ｎ２流は、反応器室の頂部の小さな裂け目を通って反応器を出ていた。加熱制御フィードバックには、１番目の熱電対を使用した。
【０１８５】
最初にベースラインの消費電力を測定するために校正を実行し、続いて実際の実験を実行した。両方の実行で同じ温度プログラムを使用したが、唯一の違いは校正実験でＴＺＭ容器がないことであった。温度プログラムは、１３時間かけて反応器温度をその運転範囲まで上昇させる段階と、続く温度サイクルプログラムからなる。１２４０℃から１３００℃まで定電力加熱を使用し、１３００℃の上限温度閾値で加熱を止めた。その後、１２４０℃の下限温度閾値で定電力加熱を再開した。用いた加熱力は約１．２ｋＷであった。
【０１８６】
図２０は、校正中（灰色の曲線）と実際の実験（黒い曲線）の間の１番目の熱電対の相対的な温度変化を示している。縦軸は温度、横軸は温度プログラムを開始してからの秒数である。４７５００秒の値は、１２４０℃〜１３００℃の動作範囲における温度サイクルの開始時間に相当する。２つの曲線の非常に類似した初期周期性は、加熱力および冷却力が開始時にほぼ同じであることを示している。６０５００秒の値は実際の実験中の加熱線の断線に相当する。それに続く温度の低下は右側に示している。
【０１８７】
図２０に見られるように、校正の実行はこの時間窓を通して予想通りに進行した。最初の３０分の間、実際の実験の温度変化は校正中の温度変化とほぼ一致した。温度サイクルの約３０分後までに、実際の最高温度１３２５℃への急激な上昇が、発熱反応の開始を示した。続く３時間にわたり、非常に一貫した温度の最高点の値はこの反応の連続運転を示した。このような連続運転および優れた制御性は、この新しいエネルギー源のあらゆる産業上の利用可能性にとって不可欠である。
【０１８８】
定量的に、平均反応力を電気加熱時間の時間比から測定し、表２にまとめた。温度サイクルの最初の３０分の間、校正および実際の実験の加熱時間比は非常に類似している。校正中の平均格子電圧は２３４Ｖであるのに対し、実際の実験中の平均格子電圧は２３２Ｖである。すなわち、電気加熱電力は校正中に１．７％高くなる。全体として、電力入力は校正中に５％高くなるように測定される。この電力不整合の少なくとも一部は、発熱反応のいくつかの初期破裂によって引き起こされる可能性がある。
【０１８９】
【表２】
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【０１９０】
実験の最後の３時間は、加熱時間の比率の不一致は０．２５だった。これは、反応力が２５％の時間に電気加熱があるのと同等であることを意味する。電熱電力が１．２ｋＷであったため、平均反応電力は３００Ｗであった。これは、燃料質量に対する３０Ｗ／ｇの平均反応電力に相当する。
【０１９１】
これらの最後の３時間にわたる累積反応エネルギーは３ＭＪを超えていた。この量の反応エネルギーは、考えられる限りのいかなる化学反応よりも大きい。気密ＴＺＭ容器は実験の終了時まで傷のないままであった。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年7月31日(2019.7.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含むことを特徴とする、金属合金からのエネルギー生産のための方法。
ａ）合金の金属元素に対し実質的に化学的に不活性な大気中で金属合金を加熱し、合金の金属元素のうちの少なくとも２つの間で発熱反応を開始する工程であって、合金の金属元素のうちの少なくとも１つの元素がアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属および／またはポスト遷移金属である、工程。
ｂ）合金の金属元素のうちの少なくとも２つの間の発熱反応を維持または再開するために目標温度範囲内での温度サイクルを行う工程であって、金属合金の表面での圧力が１０００気圧未満に維持される、工程。
【請求項２】
発熱反応を生じる金属合金元素が、リチウム、ニッケル、カルシウム、およびガドリニウムの任意の組み合わせを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
金属合金元素のうちの２つがリチウムおよびニッケルを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
第３の金属合金元素が銅またはアルミニウムを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
目標温度範囲が金属合金の相変化温度範囲である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
以下の工程を含むことを特徴とする、金属合金からのエネルギー生産のための方法。
ａ）合金の金属元素に対して実質的に化学的に不活性な大気中でリチウム、ニッケル及び銅またはアルミニウムを含む金属合金を加熱し、合金の金属元素のうちの少なくとも２つの間で発熱反応を開始する工程。
ｂ）合金の金属元素のうちの少なくとも２つの間の発熱反応を維持または再開するために目標温度範囲内での温度サイクルを行う工程であって、金属合金の表面での圧力が１００気圧未満に維持される、工程。
【請求項７】
金属合金を収容するための容器と、金属合金の周囲に化学的に不活性な環境を維持するための手段と、目標温度範囲内で合金の温度を循環させるための手段と、を含むことを特徴とする、金属合金からのエネルギー生産のための装置であって、合金の金属元素のうちの少なくとも１つの元素がアルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属および／またはポスト遷移金属である、装置。
【請求項８】
高温面［１０］を用意し、高温面［１０］に面する表面［１２］を有する第１段階の光起電力素子［１２］を用意して第１段階の電気出力［１４］を生成し、第１段階の光起電力素子［１２］の裏面［１７］に光電子放出ＬＥＤ面［１６］を用意し、第２段階の光起電力素子［１８］に順バイアス光起電力素子［１２］に面する表面を設けて第２段階の電気出力［１９］を生成することを含む、熱光起電力装置によって、熱エネルギーから電気エネルギーへの変換が行われることを特徴とする、熱から電気エネルギーを生産する方法であって、高温面［１０］が、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法、請求項６に記載の方法、または請求項７に記載の装置によって用意される、方法。
【請求項９】
高温面の全部または一部が周波数選択的放射材料によって被覆されている、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
第１段階の光起電面の裏側の光電子放出ＬＥＤ面が、順方向電圧バイアスの適用によって制御される、請求項８または９に記載の方法。
【請求項１１】
高温面の温度サイクルが、衝突面と第１段階の光起電面との間の熱放射の制御された通過または反射によって達成される、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
１つ以上の高温面［１０］と、１つ以上の高温面［１０］に面する１つ以上の第１段階光起電力面［１２］と、１つ以上の第１段階光起電力面［１２］の裏面［１３］上の光電子放出ＬＥＤ面［１６］と、１つ以上の第１段階光起電力面［１２］に面する１つ以上の第２段階光起電力面［１８］と、を備えることを特徴とする、熱から電気エネルギーを生産するための熱光起電力装置であって、高温面［１０］が請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法、請求項６に記載の方法、または請求項７に記載の装置によって用意される、装置。
【請求項１３】
高温面の全部または一部が周波数選択的放射材料により被覆されている、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
順方向電圧バイアスの適用を介して前記１つ以上の第一段階光起電力面の裏面上の光電子放出ＬＥＤ面を制御するための手段を更に含む、請求項１２または１３に記載の装置。
【請求項１５】
高温面と第１段階光起電力面との間の熱放射の通過または反射を制御するための手段を更に含む、請求項１２〜１４のいずれか一項に記載の装置。
【国際調査報告】
2020507083.tif 000027
2020507083.tif 000028
2020507083.tif 000029
2020507083.tif 000030
2020507083.tif 000031
2020507083.tif 000032
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