Способ получения водорода и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области ядерной энергетики. Способ включает прохождение потока смеси «легкой воды» и «тяжелой воды» под давлением через одно или несколько отверстий диэлектрического элемента, воздействие на путь прохождения смеси магнитным полем, разделение ее на три потока. При этом два потока, имеющие различные по электрическому знаку и химическим свойствам ионы, электрически изолируют, ускоряют их прохождение и направляют в коллиматоры. Смесь «легкой воды» и «тяжелой воды» с удельным сопротивлением около 10⁹ Ом·м, берут в соотношении, необходимом для управления ядерной реакцией. Устройство включает диэлектрически стойкий к кавитационной эмиссии корпус для приема смеси. В полости корпуса установлена вставка, выполненная из диэлектрического материала, склонного к кавитационной эмиссии, снабженная одним или несколькими отверстиями для прохождения смеси. На пути прохождения смеси установлены магниты. В корпусе сформированы электрически изолированные друг от друга патрубки для принятия ионизированных потоков. По пути ионизированных потоков расположены управляющие электроды, и контакторы, а в конце пути ионизированных потоков установлены коллиматоры с контакторами. Предложенное изобретение позволяет получать водород из смеси «легкой воды» и «тяжелой воды» в количествах, достаточных для практического использования. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Заявляемые способ и устройство относятся к области ядерной энергетики и могут быть использованы для получения водорода путем диссоциации жидкости, например воды, в потоке.

Известно, что при прохождении через воду продуктов ядерных реакций, главным образом, имеющих электрический заряд, атомы и молекулы воды ионизируются. Вследствие этого взаимодействия происходит диссоциация молекул. Многие пытались использовать этот процесс для получения водорода. Такие исследования проводились в Институте химической физики АН СССР, итогом которых было научное открытие №366, заявленное 21 июля 1983 года и зарегистрированное 22 июня 1989 года, авторов В.Л.Тальрозе и Е.П.Франкевича. Открытием, в частности, было установлено, что диссоциация молекул, как правило, гасится колебательной релаксацией при ионно-молекулярных столкновениях и других процессах. Вследствие этого явления водород выделяется в очень незначительных количествах.

Известно также, что диссоциация воды происходит за счет энергии, возникающей при синтезе ядер (патент РФ №2152083, опуб. 27.06.2000 г.). Устройство по указанному патенту работает на смеси, состоящей из «легкой воды» и «тяжелой воды», в виде истекающей диэлектрической среды и содержит диэлектрически стойкий к кавитационной эмиссии корпус, внутри которого установлена вставка с отверстиями, выполненная из диэлектрического материала, склонного к кавитационной эмиссии. В истекающую диэлектрическую среду, «легкую воду», с удельным электрическим сопротивлением около 10⁹ Ом·м вводится химически чистая «тяжелая вода» с такими же диэлектрическими характеристиками в соотношении, необходимом для управления реакции. При этом в отверстиях вставки формируется электрический заряд большой плотности, потенциал которого способен ионизировать атомы изотопов водорода и сообщить ядрам этих атомов энергетический импульс для преодоления Кулоновского барьера и обеспечения ядерного взаимодействия. Однако водородная составляющая потока на малом участке пробега соединяется с кислородной, возникает колебательная релаксация, поэтому выход водорода небольшой.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является устройство по заявке 2002106224/06 от 12.03.2002 г., положительное решение от 01.09.2003 г., опубл. 09.10.2003 г., работающее на смеси, состоящей из «легкой воды» и «тяжелой воды», в виде истекающей диэлектрической среды, содержащее диэлектрически стойкий к кавитационной эмиссии корпус, в полости которого установлена вставка, выполненная из диэлектрического материала, склонного к кавитационной эмиссии, и снабженная одним или несколькими отверстиями с возможностью истечения через них ионизированной диэлектрической среды, «легкой воды» с удельным сопротивлением около 10⁹ Ом·м в смеси с химически чистой «тяжелой водой» с такими же диэлектрическими характеристиками в соотношении, необходимом для управления ядерной реакцией, а на наружной части корпуса установлены магниты. При этом в отверстиях вставки формируется электрический заряд большой плотности, потенциал которого способен ионизировать атомы изотопов водорода и сообщить ядрам этих атомов энергетический импульс для преодоления Кулоновского барьера и обеспечения ядерного взаимодействия. Однако выход водорода небольшой из-за того, что водородная составляющая потока на малом участке пробега соединяется с кислородной составляющей, возникает колебательная релаксация.

Предлагаемыми изобретениями решается задача получения водорода из ионизированного потока смеси «легкой воды» и «тяжелой воды» в количествах, достаточных для практического использования.

Для достижения указанного технического результата в заявляемом способе получения водорода путем диссоциации жидкости, например, смеси «легкой воды» и «тяжелой воды», смесь «легкой воды» и «тяжелой воды» под давлением пропускают через одно или несколько отверстий, выполненных в диэлектрическом элементе, воздействуют на эту смесь по пути прохождения магнитным полем, разделяют ее, по меньшей мере, на три потока, два из которых несут в себе различные по электрическому знаку и химическим свойствам ионы, электрически изолируют эти два потока, ускоряют их прохождение и направляют в коллиматоры для приведения их в стабильное состояние.

Отличительные признаки заявляемого способа заключаются в том, что смесь «легкой воды» и «тяжелой воды» разделяют, по меньшей мере, на три потока, два из которых несут в себе различные по электрическому знаку и химическим свойствам ионы, электрически изолируют эти два потока, ускоряют их прохождение и направляют в коллиматоры для приведения их в стабильное состояние.

Для достижения указанного технического результата предлагается устройство, работающее на смеси «легкой воды» и «тяжелой воды», которое включает диэлектрически стойкий к кавитационной эмиссии корпус для приема смеси, в полости которого установлена вставка, выполненная из диэлектрического материала, склонного к кавитационной эмиссии и снабженная одним или несколькими отверстиями для прохождения смеси «легкой воды» с удельным сопротивлением около 10⁹ Ом·м и химически чистой «тяжелой воды» с такими же диэлектрическими характеристиками в соотношении, необходимом для управления ядерной реакцией, и магниты, установленные на корпусе по пути прохождения смеси. В отличие от известного в корпусе предлагаемого устройства сформированы электрически изолированные друг от друга патрубки для принятия ионизированных потоков. При этом по пути ионизированных потоков расположены управляющие электроды, предназначенные для ускорения прохождения потока и контакторы, служащие для заземления потока. В конце пути ионизированных потоков установлены коллиматоры с контакторами.

Описанная схема устройства позволяет получить водород из ионизированного потока смеси «легкой воды» и «тяжелой воды» в количествах, достаточных для практического использования. Достижение этого результата обеспечивается созданием условий прохождения потоков смеси «легкой воды» и «тяжелой воды», присущим предлагаемому способу.

Сопоставительный анализ заявленных технических решений позволил выявить отличительные признаки, что доказывает соответствие заявляемых совокупностей признаков критерию изобретения «новизна».

При поиске аналогов и прототипа не обнаружены технические решения, сходные с отличительными признаками заявляемых решений, что доказывает соответствие заявляемых совокупностей признаков критерию изобретения «изобретательский уровень».

Предлагаемые изобретения иллюстрируются чертежом, на котором изображена принципиальная схема общего вида устройства для получения водорода.

Предлагаемый способ реализуют следующим образом. Перед началом работы готовят смесь «легкой воды» и «тяжелой воды» в соотношении, необходимом для управления реакции. Затем промывают установку не менее 3-х раз химически чистой «легкой водой». После промывки заменяют в фильтрах фильтрующие элементы, затем все системы: водоподготовки, измерений, сброса и другие вспомогательные системы промывают, выводя установку на рабочий режим, устанавливая давление 5-7 МПа и частоту пульсации потока около 1 кГц. Далее заполняют систему рабочей жидкостью - смесью «легкой воды» и «тяжелой воды», изолируют ее от атмосферного воздуха, заполняют систему инертным газом, например азотом, доводят смесь до удельного электрического сопротивления 10⁹ Ом·м, который является показателем чистоты воды. Порядок операций можно менять, например, смесь готовить перед заливкой ее в систему. Важно, чтобы она во время работы имела удельное электрическое сопротивление не менее 10 Ом·м. Меняя частоту пульсации потока, доводя ее до резонансной частоты, например, до 1 кГц, возбуждают кавитационную эмиссию на входе отверстия вставки, в результате этого начинается ядерная реакция синтеза и происходит диссоциация потока. Ионизированный поток, попадая в магнитное поле, разделяется на части и движется по патрубкам в соответствии со знаком электрического заряда. В результате чего получают водородосодержащий поток, кислородосодержащий поток и нейтральный поток. Так как потоки разделены, релаксация исключается. Далее для интенсификации процесса водородосодержащий и кислородосодержащий потоки пропускают через управляющие электроды, при этом на водородосодержащий поток подают отрицательный потенциал, а на кислородосодержащий поток подают положительный потенциал. Потоки, прошедшие через управляющие электроды, заземляют контакторами. Затем потоки направляют в коллиматоры, где ионы приводят в стабильное состояние, что поясняется следующей общеизвестной формулой: (Н⁺+е^-)→Н, где Н⁺ - ион водорода, е^- - электрон, Н - стабильный изотоп водорода. Далее чистый водород поставляют потребителю.

Предлагаемое устройство для получения водорода содержит корпус 1, выполненный из диэлектрического материала, стойкого к кавитационной эмиссии и тепловым воздействиям, например, из керамики или сапфира с установленной в нем вставкой 2, изготовленной из диэлектрического материала, например, асбоцемента или фторопласта, склонного к кавитационной эмиссии и выполненными в ней одним или несколькими отверстиями 3, представляющими собой цилиндрические каналы длиной 25-30 мм и диаметром 1-2 мм. На корпусе 1 установлены, по меньшей мере, два магнита 4, которые могут быть постоянными или индуктивными. За магнитами 4 для принятия потоков сформированы патрубки 5, 6 и 7, причем патрубки 5 и 6 электрически изолированы друг от друга. При этом патрубки 5 и 6 несут ионизированные потоки отрицательного потенциала и положительного соответственно, а патрубок 7 несет нейтральный поток. За патрубком 5 корпуса 1 установлен управляющий электрод 8, а за патрубком 6 корпуса 1 - управляющий электрод 9. Для приведения ионизированных потоков в стабильное состояние установлены коллиматоры 10 и 11. По пути следования потоков за управляющими электродами 8 и 9 установлены контакторы 12 и 13 соответственно, обеспечивающие заземление ионизированных потоков. Коллиматоры 10 и 11 заземлены с помощью контакторов 14.

Устройство работает следующим образом. В корпус 1 на вставку 2 подается поток диэлектрической жидкости - смесь «легкой воды» и «тяжелой воды». При истечении смеси через отверстия 3 с частотой пульсации потока, примерно равной собственной частоте пульсации отверстия 3, возникают мощные резонансные колебания потока смеси. Возникает кавитация на входе в отверстия 3 и сопровождающая ее кавитационная эмиссия. Материал, из которого выполнена вставка 2, в зоне интенсивной кавитации испускает электроны, которые уносятся потоком, а на входной кромке отверстий 3 образуется положительный заряд большой плотности, потенциал которого относительно земли может достигать миллиона вольт. При истечении диэлектрической жидкости в зоне влияния этого заряда атомы изотопов водорода теряют электроны со своих орбит. Ядра изотопов водорода заряжены положительно и при взаимодействии с положительным зарядом, расположенным на входной кромке отверстия 3, отталкиваются в центр отверстия 3, где увеличивается их концентрация, т.е. плотность плазмы, а время удержания ядер очень велико по сравнению со временем протекания ядерных реакций. Импульс, полученный ядром от положительного заряда, расположенного на входной кромке вставки 2, может превысить 10 кэВ. Таким образом, создаются условия для возникновения ядерных реакций синтеза. Ядра преодолевают Кулоновский барьер и взаимодействуют. Число взаимодействий регулируется соотношением «легкой воды» и «тяжелой воды». Ионизированный таким образом поток проходит через магнитное поле, создаваемое магнитами 4, вследствие чего возникают силы Лоренца, под действием которых происходит разделение заряженных частиц потока, в результате которого потоки с отрицательными ионами направляются в патрубок 5, с положительными ионами - в патрубок 6, а патрубок 7 принимает нейтральный поток. Так как потоки электрически изолированы, релаксация их исключается. Потоки несут различные по электрическому знаку и химическим свойствам ионы. Отрицательные ионы из патрубка 5 поступают на управляющий электрод 8, где поток интенсифицируется и поступает в коллиматор 10, где ионы, получив свой заряд, становятся свободными, в результате чего получаем водород. Положительные ионы из патрубка 6 поступают на управляющий электрод 9, где поток также интенсифицируется и поступает в коллиматор 11, где ионы, компенсируя свой заряд, становятся также свободными, в результате чего получаем кислород. По ходу истечения к коллиматорам 10 и 11 потоки соприкасаются с контакторами 12 и 13 соответственно, т.е. соприкасаясь с землей уже на пути к коллиматорам 10 и 11 частично восстанавливают свое равновесие.

Устройство было изготовлено и опробовано. На данный момент общая наработка устройства достигла 59 часов.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство дают возможность получить не только водород, но и кислород. Но получение кислорода пока не представляет промышленного интереса.

Дешевизна комплектующих изделий, обеспечивающих работу устройства, а также ее надежность и минимальное воздействие на окружающую среду создают большие выгоды при получении водорода. Кроме того, запасы изотопов водорода, которые необходимы для получения водорода, практически в природе безграничны.

1. Способ получения водорода путем диссоциации жидкости в потоке, например, смеси «легкой воды» и «тяжелой воды», включающий ее прохождение под давлением через одно или несколько отверстий, выполненных в диэлектрическом элементе, воздействие на путь прохождения этой смеси магнитным полем, отличающийся тем, что смесь «легкой воды» и «тяжелой воды» разделяют, по меньшей мере, на три потока, два из которых несут в себе различные по электрическому знаку и химическим свойствам ионы, электрически изолируют эти два потока, ускоряют их прохождение и направляют в коллиматоры для приведения их в стабильное состояние.

2. Устройство для получения водорода, работающее на смеси «легкой воды» и «тяжелой воды», включающее диэлектрически стойкий к кавитационной эмиссии корпус для приема смеси «легкой воды» и «тяжелой воды», в полости которого установлена вставка, выполненная из диэлектрического материала, склонного к кавитационной эмиссии, и снабженная одним или несколькими отверстиями для прохождения смеси «легкой воды» с удельным сопротивлением около 10⁹ Ом·м и химически чистой «тяжелой воды» с такими же диэлектрическими характеристиками в соотношении, необходимом для управления ядерной реакцией, магниты, установленные на пути прохождения смеси «легкой воды» и «тяжелой воды», отличающееся тем, что в корпусе сформированы электрически изолированные друг от друга патрубки для принятия ионизированных потоков, причем по пути ионизированных потоков расположены управляющие электроды, и контакторы, а в конце пути ионизированных потоков установлены коллиматоры с контакторами.