KR20180033575A - 중성자들을 생산하는 디바이스 및 방법 - Google Patents

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KR20180033575A
KR20180033575A KR1020187005677A KR20187005677A KR20180033575A KR 20180033575 A KR20180033575 A KR 20180033575A KR 1020187005677 A KR1020187005677 A KR 1020187005677A KR 20187005677 A KR20187005677 A KR 20187005677A KR 20180033575 A KR20180033575 A KR 20180033575A
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아라쉬 모파카미
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뇌스카 에스에이에스
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    • G—PHYSICS
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Abstract

본 발명은 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법에 관련되며, 그 방법은, a) 양성자들, 중양성자들 및/또는 삼중양성자들 중에서 선택된 핵들이 전기장을 받게 하여, 상기 핵들을 추출하고 이렇게 추출된 상기 핵들을 자유 전자들을 포함하는 타겟 (20) 을 향하여 보내는 단계; b) 예를 들어, 핵들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 제 1 자기장의 공간적 및/또는 시간적 기울기에 핵들을 노출시키는 단계; c) 타겟의 자유 전자들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 제 2 자기장에 타겟을 노출시키는 단계; d) 또는 이들 재료들의 자유 층들의 전자들이 초상자성 재료의 결과적인 자기 모멘트의 배향에 의해 생성된 우선 방향들로 배향되도록 전자-도너 초상자성 재료를 사용하는 단계로서, 단계 c) 또는 단계 d 중 어느 일방; e) 예를 들어, 초상자성 재료를 사용하는 경우, 양성자 빔 및/또는 타겟을 외부 자기장들에 노출시키지 않는 단계를 포함한다. 가열 디바이스 및/또는 자기장들을 발생시키는 디바이스가 재료의 초상자성 성질들을 활성화시키기 위하여 필요할 수도 있다.

Description

중성자들을 생산하는 디바이스 및 방법
본 발명은 특히 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 디바이스들 및 방법들에 관한 것이다.
핵분열 반응에 의해 중성자들을 생산하는 것은 알려진 관행이다. 이 기술은 높은 에너지 소비뿐만 아니라 핵분열 반응이 나타내는 위험을 고려한 매우 중요한 프레이밍을 요구하는 단점을 가진다.
중성자들의 생산을 위해 사용되는 다른 기술은 파쇄 (spallation), 다시 말해서 크게 가속된 (MeV부터 GeV까지 정도의) 에너지 광자들, 에너지 입자들 또는 가벼운 핵들과 무거운 및/또는 중성자-풍부 핵들의 상호작용이다. 이들 핵들 상의 입사 에너지 빔 (양성자, 전자 또는 광자들) 의 충돌은 핵들을 분열시킴으로써 또는 지향성 원뿔에서 과잉 중성자들을 떼어냄으로써 중성자들을 유리시킨다. 이 기술은, 핵반응처럼, 예를 들어 1015 중성자/cm2.s 정도의 상당한 생산 수준들을 성취할 수 있기 위해 무거운 디바이스 및 상당한 투자를 요구한다. 방사능 위험은 더 낮지만, 상대적으로 짧은 수명 (일반적으로 2000 시간 미만) 을 가지는 타겟들의 생산을 위한 비용이 높고, 이 기술이 매우 많은 비용이 드는 이유를 설명하는, 입사 입자들, 일반적으로 양성자들의 빔에 의해 소비되는 에너지가 상당함과 함께, 수율들도 더 낮다.
국제출원 WO 2009/052330은 이온들 및 핵들의 빔의 충돌의 단계를 포함하는 중성자들을 발생시키는 방법을 설명한다. 핵들은 이온들과 동일한 스핀 상태를 가진다.
국제출원 WO 99/05683은 중성자들을 형성하기 위하여 양성자들에 의한 전자 포획을 위한 전기화학적 방법을 설명한다.
출원 EP 2 360 997은 중성자들을 발생시키는 방법을 설명하는데, 여기서 핵들의 빔과 전자들의 빔이 충돌하게 된다. 그러므로, 우선, 전자들의 빔 및 핵들의 빔을 생산하는 것이 필요하다. 사용되는 디바이스는 그러므로 비교적 복잡하며, 부피가 크고 많은 비용이 들 수 있다. 더욱이, 수율은 생산된 중성자들이 디바이스 외부에서 사용되어야 하는 점을 고려하면 불충분할 수도 있으며, 이는 상당한 손실들을 발생시킬 수 있다.
특허 출원 US 2014/0326711은 열을 생산하는 방법에 관련되는데, 여기서 니켈과 수소가 밀봉된 인클로저에서 반응하게 된다.
경제 및 에너지 비용을 감소시키고 중성자들의 생성 및 포획을 단순화할 필요가 있다.
방법
그의 양태들 중 제 1 양태에 따르면, 본 발명의 요지는 따라서 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법으로서, 그 방법은,
a) 양성자들 (수소 핵들), 중양성자들 (중수소 핵들) 및/또는 삼중양성자들 (삼중수소 핵들) 중에서 선택된 핵들이 전기장을 받게 하여 상기 핵들을 추출하고 적절히 추출된 핵들을 자유 전자들을 포함하는 타겟을 향하여 보내는 단계,
b) 핵들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을, 특히 타겟을 향하는 핵들의 가속 동안, 부여하도록, 상기 핵들이 제 1 자기장의 공간적 및/또는 시간적 기울기를 받게 하는 단계,
c) 타겟의 자유 전자들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 타겟이 제 2 자기장을 받게 하는 단계를 포함한다,
전자들 및 핵들의 자기 모멘트들은 동일한 방향으로 정렬될 수 있다. 그것들은 타겟을 향하는 핵들의 변위 방향에 평행할 수 있으며, 동일한 방향 또는 반대 방향이다. 그것들은 따라서 단계 b) 에서 추출된 핵들의 빔의 축과 동일선상에 있을 수 있다. 이러한 정렬을 획득하기 위해, 사용되는 자기장들은 축을 이루어, 그 자기장들의 축이 핵들의 빔의 축과 일치할 수 있다.
따라서 충돌에 의해 중성자들의 발생을 유발하는 것이 가능하다. 다음으로, 그렇게 생성된 중성자들은 타겟의 구성 성분 핵들에 의해 포획될 수 있으며, 이는 이들 동일 핵들의 핵변환을 중성자 포획에 의해 유도한다.
"자유 전자들"은, 타겟의 원자들에 약하게 링크되고, 그로 인해, 전기의 순환에 참여할 수 있는, 타겟의 전도층들의 전자들인 것으로 이해되어야 한다. 이들 자유 전자들을 포함하는 층은 적어도 핵들의 빔의 측에서 수 나노미터부터 수 마이크로미터까지의 두께에 걸쳐 타겟을 커버할 수 있다.
"자기 모멘트"는 입자, 즉 핵 또는 전자의 고유 자기 모멘트를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 이들 입자들에는 전하들 및 자기 모멘트들이 제공된다.
자기장(들), 외부 자기장 또는 타겟 자체의 초상자성 재료들에 의해 발생된 자기장들에 의해 배향된 전자들은, 타겟의 구성 성분 원자들로부터, 다시 말해서 예를 들어, 핵변환될 원자들 자체로부터, 또는 아니면, 변형예에서, 타겟 상에 또는 타겟 내에 이 목적으로 추가된 특정 원자들, 예를 들어 전자 도너들로부터 비롯될 수 있다. 이들 전자 도너들은 또한 국부적으로 자기장 증폭기로서 역할을 할 수 있다. 사실상, 바람직하게는 자신들의 퀴리 온도들을 넘어서 가열된 일부 타겟 재료들이, 국부적으로 자신들의 자성 및 부과된 외부 자기장의 조합된 영향 하에서, 자기장의 기울기를 상승시킴에 있어서 참여할 수 있다. 따라서, 전자들의 자기 모멘트들은 입사 핵들의 자기 모멘트들과 함께, 조합된 자기장들의 기울기들의 영향 하에서, 적어도 국부적으로 정렬될 수 있으며, 이는 전자 포획에 의한 중성자들의 발생을 허용한다.
타겟은 초상자성 성질들을 가질 수 있다.
"초상자성 성질들"은 타겟이 하나 이상의 초상자성 재료들을 포함함을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 초상자성은 강자성 또는 페리자성 재료들이 작은 그레인 또는 나노입자들의 형태로 있을 때 그것들이 나타내는 거동이다. 충분히 작은 사이즈의 그레인들에서, 자화는 온도의 영향 하에서 자발적으로 반전될 수 있다. 두 개의 반전들 사이의 평균 시간은 네엘 이완 시간 (N
Figure pct00001
el relaxation time) 이라 불린다. 인가된 자기장의 부재시, 이들 그레인들의 자화를 측정하는데 사용된 시간이 네엘 이완 시간보다 훨씬 크다면, 그것들의 자화는 영 (nil) 을 나타내며: 그것들은 초상자성 상태에 있다고 한다. 이 상태에서, 외부 장이, 상자성 재료에서처럼, 그레인들을 자화시킬 수 있다. 그럼에도 불구하고, 초상자성 그레인들의 자기 감수율 (magnetic susceptibility) 은 상자성 재료들의 그것보다 훨씬 더 크다.
타겟이 초상자성 성질들을 갖는 경우, 타겟은 그것의 초상자성의 성질들을 트리거하기에 충분한 온도를 받을 수 있다. 타겟이 초상자성 성질들을 가질 경우, 타겟의 가열은 그의 초상자성의 성질들을 트리거하는 것을 가능하게 할 수 있다.
타겟이 초상자성 성질들을 갖는 경우, 타겟의 자유 전자들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 타겟이 제 2 자기장을 받게 하는 것이 또한 가능하다. 제 2 자기장에의 이러한 노출은 자화된 나노입자들의 배향에 우선 방향 (preferred direction) 을 부여하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이 우선 방향은 예를 들어 입사 양성자들의 빔의 방향 또는 양성자들의 빔의 역방향일 수 있다.
다음으로, 그렇게 생산된 중성자들은, 금속성 또는 비-금속성이고 금속 또는 전도 층, 바람직하게는 강자성, 심지어 초상자성에 의해 커버될 수 있는 타겟과 상호작용한다. 비-금속성 타겟의 경우, 금속 또는 전도 층의 존재는, 이 층이 강자성, 심지어 초상자성이면, 국부 자기장의 기울기의 증가뿐만 아니라 필요한 전자들을 제공하여, 링크된 전자들의 자기 모멘트들을 더욱 효과적으로 배향시킨다.
입사 핵들에 의한 전자 포획은 상호작용하는 입자들의 자기 모멘트들의 배향에 의해 유도된다. 다음으로, 이것은 입사 핵들을 추출 및 가속하기 위해 인가된 전위의 세기에 따라 냉, 열, 저속 또는 고속 중성자들을 발생시키는 것을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 방법에서, 입사 핵에 의한 전자의 유도된 전자 포획과, 바로 다음으로 타겟 자체의 핵들에 의해 생산된 중성자들의 포획에 의해 타겟에서의 중성자들의 생산을 획득하는 것이 가능하다. 이 방법은 에너지를 생산하는데, 동위원소들을 생산하는데, 또는 핵폐기물을 변환시키는데 사용될 수 있다.
그러므로 본 발명의 하나의 장점은, 엑스 시츄 (ex-situ) 중성자 소스들의 경우처럼 상당한 몫의 중성자들이 손실되는 일 없이, 중성자들의 생산이 타겟 내에서 인 시츄 (in-situ) 로 일어날 수 있다는 것이다. 다른 장점은 입자들의 자기 모멘트들을, 특히 핵들의 빔의 축에 평행하게 정렬하는 방법 덕분에 낮은 에너지 비용으로 이들 중성자들을 생산하는 것이다.
더구나, 입사 핵들의 에너지는 가변적일 수 있다. 그것은 특히 1 μeV와 25 MeV 사이에, 더 좋게는 0.025 eV와 10 keV 사이에, 훨씬 더 좋게는 0.01 eV와 0.4 eV 사이에 놓이는 간격 내에서 조절 가능할 수 있다.
"분극" 이라고 또한 지칭되는 "자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여한다"는 표현은, 자기장의 기울기가 입자들 (핵들 및 전자들, 우선적으로 전자들) 의 고유 자기 모멘트들을 핵들의 빔의 그리고 장의 변동 방향으로 배향시킨다는 것을 의미한다. 이 배향은 자기장 또는 장들 하에서 상호작용을 시작하는 입자들의 적어도 0.01%, 심지어 적어도 1%, 심지어 적어도 10%, 심지어 적어도 50%, 또는 심지어 실질적으로 모두에 영향을 줄 수 있다.
핵들 및 전자들의 자기 모멘트들은 제 1 자기장의 기울기의 방향으로 배향될 수 있다. 제 1 자기장의 기울기 자체는 핵들의 빔의 축을 따라 배향될 수 있다.
생산된 중성자들의 에너지는 1 μeV와 25 MeV 사이에, 바람직하게는 0.025 eV와 10 keV와 사이에 그리고 훨씬 더 좋게는 0.01 eV와 0.4 eV 사이에 놓일 수 있다. 이 에너지는 입사 핵들에 전달된 펄스에, 그리고 특히 전자 포획 반응에 관연하는 핵들을 추출하기 위해 인가된 전기 전위에 의존할 수 있다.
그의 양태들 중 또 다른 양태에 따르면, 본 발명의 또 다른 요지는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법으로서, 그 방법은,
a) 양성자들 (수소 핵들), 중양성자들 (중수소 핵들) 및/또는 삼중양성자들 (삼중수소 핵들) 중에서 선택된 핵들이 전기장을 받게 하여 상기 핵들을 추출하고 적절히 추출된 핵들을 자유 전자들을 포함하는 타겟을 향하여 보내는 단계,
b) 핵들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을, 특히 타겟을 향하는 핵들의 가속 동안, 부여하도록 상기 핵들이 제 1 자기장의 공간적 및/또는 시간적 기울기를 받게 하는 단계,
c) 타겟이 그의 초상자성의 성질들을 트리거하기에 충분한 온도를 받게 하는 단계로서, 타겟은 초상자성 성질들을 갖는, 상기 충분한 온도를 받게 하는 단계를 포함한다.
타겟이 초상자성 성질들을 갖는 경우, 타겟의 가열은 그의 초상자성 성질들을 트리거하는 것을 가능하게 한다.
타겟이 초상자성 성질들을 갖는 경우, 타겟의 자유 전자들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 타겟이 제 2 자기장을 받게 하는 것이 또한 가능하다. 제 2 자기장에의 이러한 노출은 자화된 나노입자들의 배향에 우선 방향을 부여하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이 우선 방향은 예를 들어 입사 양성자들의 빔의 방향 또는 양성자들의 빔의 역방향일 수 있다.
입사 핵들
핵들은 아래에서 설명될 바와 같은 무선주파수들, 또는 고 전압의 인가에 의해, 수소 및/또는 중수소 및/또는 삼중수소의 플라즈마를 생성함으로써 획득될 수 있다. 무선주파수들의 존재 시의 집중 자기장의 존재는 마그네트론 유형의 전자 사이클로트론 공진 (electron cyclotronic resonance, ECR) 에서 플라즈마의 여기 프로세스로 이어지며, 이는 플라즈마의 봉쇄 (containment) 및 유지보수를 실질적으로 개선하는 것을 가능하게 할 수 있다.
"플라즈마"는 공간 영역에 포함되는 음이온들 및 전자들의 세트인 것으로 이해되어야 한다. 바람직하게는, 수소, 및/또는 중수소 및/또는 삼중수소의 중성 가스가 제어된 압력으로 유지되는 인클로저 속에 도입된다. 이 인클로저는 진공 펌프에 의한 매우 낮은 압력, 특히 진공 압력에서 유지될 수 있다. 인클로저에서의 압력은 예를 들어 10-9 mbar와 100 mbar 사이, 더 좋게는 10-7 mbar와 10-3 mbar 사이에 놓인다.
변형예로서, 플라즈마는 전기 방전에 의해 획득될 수 있다. 수소 및/또는 중수소 및/또는 삼중수소의 핵들은 가스에의 고 전압 인가에 의해 획득될 수 있다.
다른 변형예로서, 핵들은, 예를 들어 Monogan-M100, ECR 이온 소스 또는 Proton 소스라는 상품명들로 예를 들어 시장에서 입수 가능할 수 있는 핵들의 소스 또는 양성자들의 소스에 의해 획득될 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 수소 및/또는 중수소 및/또는 삼중수소 가스는, 이 또는 이들 가스들의 플라즈마를 발생시키기 위해서, 특히 기울기가 있거나 또는 없는 자기장의 영향 하에서, 10 MHz와 400 MHz 사이에 놓일 수 있는 무선주파수 장을 받게 된다.
핵들의 소스들의 성질
본 발명에 따른 방법은, 단계 a) 전에, 핵들의 빔의 발생의 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 맥락에서 사용될 수 있는 핵들의 소스로서, MILEY 등에 의한 "Ion GunInjection In Support Of FusionShip II Research And Development" 또는 Kiss 등에 의한 "Modified extraction geometry in a radio-frequency ion source" 공개물에서 교시된 소스를 인용하는 것이 가능하다.
핵들의 소스들은 그들 내에 직선 또는 선형 가속기들, 사이클로트론들 또는 싱크로트론들 같은 원형 가속기들과 같은 사용될 수 있는 핵들의 임의의 유형의 가속기를 포함할 수 있다.
핵들의 빔의 특성들
핵들의 빔은, 그의 발생 순간에, 10-8과 10-1 m 사이, 예를 들어 10-6과 10-1 m 사이, 예를 들어 5.10-4과 5.10-2 m 사이에 놓이는 직경을 가질 수 있다. "빔의 직경"은 횡단면에서의 상기 빔의 최대 치수를 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
핵들의 빔은 109 및 1023 핵/s 사이에 놓이는 플럭스를 가질 수 있다.
핵들의 빔을 구성하는 핵들의 적어도 50%, 예를 들어 적어도 75%, 예를 들어 실질적으로 모두가, 1 μeV와 25 MeV 사이, 예를 들어 0.025 eV와 10 keV 사이, 예를 들어 0.01 eV와 100 eV 사이에 놓이는 에너지를 가질 수 있다.
핵들의 빔은 연속적으로 방출될 수 있다. 변형예로서, 핵들의 빔은 펄스화될 수 있다. "펄스화 빔 (Pulsed beam)" 은 예를 들어 1초 이하, 심지어 1 ms 이하, 예를 들어 1 ㎲ 이하, 예를 들어 1 ns 이하, 예를 들어 10 ps 이하, 심지어 1 ps 미만의 지속기간의 펄스들의 형태로 빔이 방출된다는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 펄스들은 예를 들어 1 ps와 1 ms 사이에 놓인 지속기간을 가진다. 두 개의 연속 펄스들을 분리하는 시간은 예를 들어 1 ms 이하, 예를 들어 1 ㎲ 이하, 예를 들어 1 ps 이하이다.
특히 펄스화 추출은 빔의 핵들로 진공에서 인클로저에서의 분자들로부터 및/또는 원자들로부터 리폼된 과잉 입자들 사이의 교란 상호작용들을 제한하는 것을 가능하게 한다.
핵들의 빔이 펄싱될 때, 펄스 당 발생된 중성자들의 수는 예를 들어 펄스 당 1 및 1019 사이의 중성자/cm², 심지어 펄스 당 106 및 1017 사이의 중성자/cm2, 더 좋게는 펄스 당 1012 및 1015 사이의 중성자/cm2에 놓일 수 있다.
중성자들의 생산은 연속형으로 또는 펄스형으로 수행될 수 있다.
타겟이 강자성 및/또는 초상자성 재료들을 포함하는 경우, 타겟의 자유 전자들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 타겟이 자기장을 받게 하는 것이 또한 가능하다.
무선주파수들
상기 핵들은 핵들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 무선주파수들을 받게 될 수 있다. 특히 이들 무선주파수들의 인가는 잘못 배향된 핵들의 자기 모멘트들에 원하는 방향으로 배향을 제공하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이들 무선주파수들은 예를 들어 40 MHz 정도일 수 있다.
타겟은 그 타겟의 자유 전자들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 무선주파수들을 받게 될 수 있다. 특히 이들 무선주파수들의 인가는 잘못 배향된 타겟의 자유 전자들의 자기 모멘트들에 원하는 방향으로 배향을 제공하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이들 무선주파수들은 예를 들어 25 GHz 정도일 수 있다.
"무선주파수들을 받게 하는" 이란 표현은 "무선주파수 방사선을 받게 하는" 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.
무선주파수들의 주파수는 수반되는 자기장들의 세기뿐만 아니라 빔의 유형 (전자, 양성자, 중양성자 또는 삼중양성자) 에 특히 의존한다. 무선주파수들은 무선주파수 발생기를 사용하여, 10 kHz와 50 GHz 사이, 50 kHz와 50 GHz 사이에 놓이는 주파수로 인가될 수 있다. 생성된 무선주파수들은 10 MHz와 25 GHz 사이, 심지어 100 MHz와 2.5 GHz 사이에 놓일 수 있으며, 예를 들어 45 MHz 정도이다. 무선주파수들은 핵들 및/또는 전자들의 각각의 빔에 대해 인클로저 내부에 배치된 안테나 또는 인클로저를 둘러싸는 무선주파수 발생기의 안테나에 의해 인가될 수 있다. 무선주파수들의 방출 배향은 핵들의 빔의 축에 직각들 또는 평행일 수 있다.
플라즈마를 생성하기 위해 사용되는 무선주파수들은 1 MHz와 10 GHz 사이, 심지어 10 MHz와 1 GHz 사이, 더 좋게는 100 MHz와 700 MHz 사이일 수 있으며, 예를 들어 200 MHz 정도이다.
자기장들
인가되는 제 1 자기장은, 0.005 테슬라와 25 테슬라 사이에 놓이는 세기, 심지어 0.1 테슬라와 1 테슬라 사이에 놓이는 세기와, 상기 핵들을 포함하는 인클로저의 부피에 대해, 0.001 테슬라/미터와 1000 테슬라/미터 사이에, 심지어 0.01 테슬라/미터와 100 테슬라/미터 사이에 놓이는 공간적 기울기를 가질 수 있으며, 예를 들어 그 인클로저의 부피에 대해 10 테슬라/미터 정도의 변동을 가진다.
변형예로서, 제 1 자기장은 신호의 주파수 및/또는 형태에 의해, 시간적으로 가변적이다. 생성된 제 1 자기장의 최대 세기는 0.005 테슬라와 25 테슬라 사이에 놓일 수 있다. 인클로저 내에서, 기울기는 예를 들어 0.1 T/m와 1000 T/m 사이에 놓인다.
입자들의 자기 모멘트들의 배향이 타겟 전부에 걸쳐 자기장의 기울기에 의존하므로, 이 기울기를 타겟 전부에 대해 제어하기 위해, 동일한 축 상에 배치된 하나 또는 두 개의 코일들에 의해 획득될 수 있는 기울기를 정정하는 것이 필요하다면 추가적인 코일들을 가지는 것이 아마도 유용하다. 따라서, 자기장의 기울기의 형태는 타겟들의 사이즈 및 형태에 따라 수정될 수 있을 것이다.
생성되는 제 1 자기장은 하나 이상의 영구 자석들 또는 하나 이상의 전자석들에 의해 생성될 수 있다. 제 1 자기장은 예를 들어 정현파형 또는 피크형을 갖는 가변 전류에 의해 발생될 수 있다. 전자석에 연관된 전기 발생기는 예를 들어 1 Hz와 25 MHz 사이에 놓인 주파수들을 갖는 가변 전압 및/또는 연속 전압을 생성할 수 있다. 이 제 1 자기장의 인가는 핵들의 자기 모멘트들의 배향을 허용한다.
타겟의 자유 전자들은 제 2 자기장의 공간적 및/또는 시간적 기울기를 받게 될 수 있다. 따라서, 제 2 자기장은 공간적 및/또는 시간적 기울기를 가질 수 있다. 변형예로서, 이 제 2 자기장은 시간적으로 및/또는 공간적으로 일정할 수 있다. 제 2 자기장은 상기 전자들을 포함하는 타겟의 부피에서 0.01 T/m와 1000 T/m 사이에 놓이는, 예를 들어 타겟의 부피에서 10 T/m 정도인 공간적 기울기를 가질 수 있다. 변형예로서, 제 2 자기장은 신호의 주파수 및/또는 형태에 의해, 시간 가변적이다. 생성된 제 2 자기장의 세기는 0.005 테슬라와 25 테슬라 사이에 놓일 수 있다.
생성된 제 2 자기장은 하나 이상의 영구 자석들 또는 하나 이상의 전자석들에 의하여, 또는 심지어 무선주파수 발생기, 또는 심지어 그 조합에 의해 생성될 수 있다. 제 2 자기장은 예를 들어 정현파형 또는 피크형을 갖는 가변 전류에 의해 발생될 수 있다. 전자석에 연관된 전기 발생기는 예를 들어 1 Hz와 25 MHz 사이에 놓인 주파수들을 갖는 가변 전압 및/또는 연속 전압을 생성할 수 있다. 이 제 2 자기장의 인가는 전자들의 자기 모멘트들의 배향을 허용한다.
제 1 및/또는 제 2 자기장은 신호 발생기에 의해 제어되는 전력 공급부를 갖는 전자석들에 의해 생성될 수 있다. 그 신호들은, 예를 들어 사이리스터들에 의해, 예를 들어 그레츠 (Graetz) 브리지로 발생된 정사각형, 정현파 또는 정류된 신호들일 수 있다. 예를 들어, 웹 페이지 https://fr.wikipedia.org/wiki/Thyristor 상에서 나타난 바와 같이, 20° 와 동일한 사이리스터들의 지연각과 함께, 그레츠 브리지로부터 나오는 전압들 및 전류들을 사용하는 것이 가능하다. 이 유형의 전류들은 시간적인 자기장 변동들을 발생시킬 수 있다.
전자석(들)은 강자성 코어가 있거나 또는 없을 수 있으며, 예를 들어 하나의 전자석은 코어가 있고 다른 전자석은 코어가 없으며, 이는 자기장의 공간적 기울기를 획득하는 것에 유리한 것을 가능하게 할 수 있다.
다른 실시형태에서, 전자석의 코어는 플라즈마에 가스를 공급하기 위해 피어싱 (piercing) 될 수 있다. 다른 실시형태에서, 가스의 유입은 인클로저의 벽을 통해 일어날 수 있다.
제 1 및/또는 제 2 자기장은, 예를 들어 1 Hz와 25 MHz 사이에 놓인 주파수들의 발생이 수반될 수 있다. 무선주파수들의 인가 또는 인가들은 전자들 및 핵들의 자기 모멘트들의 배향에 추가적인 도움을 제공하고 따라서 본 발명의 방법의 수율의 증가를 허용할 수 있다. 무선주파수들은 대략 1 테슬라의 자기장 하에서 1 MHz와 50 GHz 사이에, 예를 들어 핵들에 대해서는 42 MHz에 그리고 전자들에 대해서는 25 GHz에 놓일 수 있다. 그 주파수들은 인가된 자기장에 의존한다.
본 발명의 다른 변형 실시형태에 따르면, 단일 코일이 두 개의 자기장들을 대체하는 자기장을 발생시킬 수 있다. 이 코일은 코어가 있거나 또는 없는 코일일 수 있다.
전기장과 전위차
특히 플라즈마에 인가되는 전기장은, 핵들이 전위차를 받게 하기 위하여, 하나 이상의 전극(들), 특히 애노드/접지 또는 접지/캐소드 전극들의 쌍에 의해 획득될 수 있다.
전극들의 쌍은 전극 홀더에 의해 유지될 수 있다. 전극과 접지는 그 극성 내에서 동일한 형태일 수 있다. 전극 홀더는 동일한 형태일 수 있는 전극과 접지를 위한 두 개의 하우징들을 포함하는 링의 형태를 가질 수 있다.
더욱이, 전극 홀더는 방사상 오리피스들, 예를 들어 두 개의 오리피스들에 의해 피어싱될 수 있고, 그 오리피스들은 정반대일 수 있다. 이들 방사상 오리피스들은 디바이스에서 전극 홀더를 고정시키는데 사용될 수 있다.
전극 홀더는 횡단 오리피스들을 또한 포함할 수 있다. 횡단 오리피스들은 인클로저의 중심축에서 가장 멀리 있는 인클로저의 측들 상에서, 전기 커넥션들의 통과를 위해 사용될 수 있다. 이들 횡단 오리피스들은 또한 더 작은 직경일 수 있다. 인클로저의 중심축 주위에 대칭적으로 배치되는 여섯 개의 오리피스들이 있을 수 있다.
횡단 오리피스들은 타겟의 지지체의 그리고 전극들의 유지를 허용하는 스페이서들의 통과를 위해 또한 사용될 수 있다. 이들 스페이서들은 하나 이상의 열 전달 유체(들)의 순환과 디바이스에서 생성된 열의 추출을 위해 사용될 수 있다. 스페이서들처럼, 네 개의 스페이서들이 있을 수 있고, 그것들은 인클로저의 중심축 주위에 대칭적으로 배치될 수 있다.
마지막으로, 다른 횡단 오리피스들은 자유롭게 두어지며, 따라서 디바이스에서 압력들을 균형 잡기 위해 그리고 가스들의 순환을 위해 사용될 수 있다. 인클로저의 중심축 주위에 대칭적으로 배치될 수 있는, 여섯 개의 오리피스들이 있을 수 있다.
이 전극들의 쌍은 플라즈마로부터 미리 정의된 거리에, 바람직하게는 그 바로 옆에, 그리고/또는 타겟에서부터 미리 정의된 거리에 배치될 수 있다. 타겟까지의 거리는 1 mm와 1 m 사이에 놓일 수 있으며, 예를 들어 60 mm 정도이다.
플라즈마의 애노드 전극은 0 V와 10 000 V 사이에 놓이는, 예를 들어 6 kV 정도의 전위에 이르게 될 수 있다. 전기장은 100 V/m와 10 MV/m 사이에 놓일 수 있으며, 예를 들어 MV/m 정도이다. 여러 전극 쌍들이 타겟 상에서의 핵들의 펄싱을 증가시키기 위하여 사용될 수 있다.
변형예로서, 플라즈마에 대해, 캐소드와 접지를 사용하는 것이 가능하다. 그러면 캐소드는 0 V와 -10 000 V 사이에 놓이는, 예를 들어 -6 kV 정도의 전위에 이르게 될 수 있다.
애노드 또는 캐소드 전압은 구상 중에 있는 응용들에 따라 원하는 펄스를 핵들에 배정하는 것을 가능하게 한다.
특히 타겟 상에 인가되는 전기장은, 타겟의 전자들이 전위차를 받게 하기 위하여, 하나 이상의 전극(들), 특히 접지/캐소드, 또는 애노드/접지, 전극들의 쌍에 의해 획득될 수 있다.
전극들 중 적어도 하나의 전극이 전극 홀더에 의해 유지될 수 있으며, 이는 위에서 설명된 바와 같을 수 있다. 다른 전극은 일반적으로 테이퍼진 형태일 수 있다.
이 전극들의 쌍은 타겟에서부터 미리 정의된 거리, 바람직하게는 그 바로 옆에 배치될 수 있다.
변형 실시형태에서, 타겟은 자체가 접지에 접속될 수 있다.
변형예로서, 타겟은 캐소드에 접속될 수 있다. 다음으로, 캐소드는 0 V와 -10 000 V 사이에, 더 좋게는 -5 V와 -500 V 사이에 놓이는, 예를 들어 -300 V 정도의 전위에 이르게 될 수 있다. 이 경우, 위에서 언급된 전극 홀더는 접지를 지지한다.
타겟 또는 그것의 인클로저는 자신의 표면 상에 적어도 하나의 전기 커넥션을 포함할 수 있다.
타겟
타겟은 금속성, 심지어 완전히 금속일 수 있는데, 특히 방법이 에너지를 생산하기 위하여 사용될 때 그러할 수 있다.
변형예로서, 타겟은 비-금속성일 수 있는데, 특히 방법이 예를 들어 핵변환의 목적으로 사용될 때 그러할 수 있다. 이 경우, 그것은 강자성 또는 초상자성 금속 재킷을 포함할 수 있다. 그것은 예를 들어, Fe, Ni, Mo, Co, FeOFe2O3, MnBi, Ni, MnSb, MnOFe2O3, CrO2, MnAs, Gd, Dy, EuO, U, W 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이 목록은 비제한적이다. 이 경우, 타겟 또는 그의 금속 재킷은, 위에서 설명된 바와 같이, 캐소드에 또는 접지에 링크될 수 있다.
타겟은 고체, 액체 또는 가스 상태일 수 있다. 그것은 예를 들어, 특히 초상자성 재료들의 경우에, 적어도 나노입자들, 파우더, 발포체 (foam), 다공성 재료들, 복합 재료들, 및/또는 졸-겔 형태의 재료들을 포함할 수 있다. 그것은 기울기가 있거나 또는 없는 자기장을 받게 되는 금속성 및/또는 전기적으로 전도성 재료들을 또한 함유할 수 있으며, 이 목록은 비제한적이다.
타겟이 유체일 때, 유체는 순환할 수 있거나 또는 순환 용매에 함유될 수 있다. 디바이스는 타겟의 유체를 순환시키는 수단을 포함할 수 있다. 이들 수단들은 예를 들어 펌프, 믹서 또는 웜 스크류를 포함할 수 있다. 유체 및/또는 용매는 비제한적인 다음의 목록, 즉, 수은, 나트륨 (Na), 물로부터 선택될 수 있다. 가능한 용매는 예를 들어 파우더, 예를 들어, Ni 또는 Mo의 파우더를 운반하는 것을 가능하게 할 수 있다.
변형 실시형태에서, 특히 에너지의 생산을 위해, 타겟은 물을 함유하는 금속 인클로저일 수 있다.
타겟은 100℃ 와 4000℃ 사이, 심지어 200℃와 2000℃ 사이, 더 좋게는 200℃와 1700℃ 사이, 심지어 300℃와 1500℃ 사이에 놓일 수 있는 온도로 가열될 수 있다. 예를 들어 타겟을 가열하기 위해 전기 저항기 또는 다른 가열 소스를 사용하는 것이 가능하다. 이러한 가열은, 특히 타겟이 강자성 및/또는 초상자성 재료들을 함유하는 경우, 자기 모멘트들, 타겟 또는 그의 금속 재킷의 금속 부분의 전도 전자들의 배향을 개선시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
타겟의 가열은 그의 자유 전자들이 재료 매체의 영향을 덜 받게 하는 것을 허용하고 그러므로 외부 장들의 영향을 더 받게 하는 것을 허용할 수 있다. 배향된 전자들의 수를 증가시키기 위해, 블로흐 (Bloch) 층의 "자유" 전자들이 함께 덜 상호작용하고 외부 장의 영향을 더 받게 하도록 타겟의 온도를 증가시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법은 10-7을 초과하는 중성자 생산 수율을 가질 수 있다. "중성 생산 수율"은 다음으로서 정의된다: [변환들의 수/타겟에 링크된 캐소드로부터 추출된 전자들의 수].
유도된 전자 포획이, 자체가 중성자들을 갖는 핵들에 의해 수행되면, 유리된 중성자들의 양은, 단순히 현존 중성자들의 유리 (freeing) 를 통해, 유도된 전자 포획에 의해 생성된 중성자들의 양보다 더 많을 수 있다.
생성된 중성자들의 수는 예를 들어 103 중성자/cm2.s를 초과, 심지어 1013 중성자/cm2.s를 초과, 심지어 더 좋게는 1019 중성자/cm2.s를 초과할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 중성자들의 빔의 발생을 허용할 수 있다. "빔" 은 하나 이상의 주어진 공간적 방향(들)로 소스에 의해 생성된, 어떤 레이트로 구동된, 입자들의 세트인 것으로 이해되어야 한다. 이 경우, 타겟은 전자들의 빔에 의해 대체된다.
본 발명의 또 다른 요지는, 상기한 바와 독립적으로 또는 조합하여, 생산된 중성자들의 펄스를 제어하는 방법인데, 여기서 핵들을 추출하기 위해 인가된 전위의 세기가 제어된다. 사실상, 추출 전기장의 세기는 핵들에 그리고 이에 따라 생산된 중성자들에 더 많거나 또는 더 적은 펄스를 부여한다. 이런 식으로, 생산된 중성자들의 펄스를 타겟 재료들의 최적의 유효 중성자 포획 섹션들에 적합하도록 조절하는 것이 가능하다.
자기장 기울기는 나노미터, 원자 및 핵 스케일까지 타겟의 재료들의 자기 거동과 자기장 발생 디바이스의 조합에 의해 국부적으로 생성될 수 있다.
디바이스
또한 본 발명의 요지는, 상기한 바와는 독립적으로 또는 조합하여, 위에서 정의된 바와 같은 방법을 구현하는 디바이스이다.
그의 양태들 중 또 다른 양태에 따르면, 본 발명의 또 다른 목적은, 예를 들어 위에서 설명된 바와 같은 방법을 구현하는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하기 위한 디바이스로서,
a) 예를 들어, 진공 펌프에 의한 제어된 압력 하에서, 예를 들어 중성 수소 또는 중수소 및/또는 삼중수소 가스를 내부에 도입함으로써 양성자들 (수소 핵들), 중양성자들 (중수소 핵들) 및/또는 삼중양성자들 (삼중수소 핵들) 중에서 선택된 핵들을 배치하는 것이 가능한 인클로저,
b) 인클로저에 존재하는 핵들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 제 1 자기장의 공간적 및/또는 시간적 기울기를 인가하는 수단,
c) 상기 핵들을 추출하고 적절히 추출된 핵들을 전자들을 향하여 보내기 위하여 전기장을 인가하는 수단으로서, 이들 전자들은 자유롭거나 또는 하나의 타겟에 속할 수 있는, 상기 전기장을 인가하는 수단,
d) 전자들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 상기 전자들에 제 2 자기장을 인가하는 수단을 포함한다.
디바이스는, 타겟이 초상자성 성질들을 갖는 경우, 타겟의 초상자성 성질들을 활성화하기 위해 전자들을 포함하는 타겟을 가열하는 수단을 또한 포함할 수 있다.
핵들의 자기 모멘트들과 자유 전자들의 자기 모멘트들은 동일한 방향으로, 특히 인클로저에서 핵들의 변위 방향으로 정렬될 수 있다. 핵들 및 자유 전자들의 이들 자기 모멘트들은 인클로저에서 핵들의 변위 방향에서 평행하며, 동일한 방향 또는 반대 방향일 수 있다. 그것들은 따라서 단계 c) 에서 추출된 핵들의 빔의 축과 동일선상에 있을 수 있다.
다음으로, 전자들의 그리고 핵들의 자기 모멘트들은 동일한 방향으로 정렬될 수 있으며, 이는 그의 충돌 시 전자들의 포획에 유리한 것을 가능하게 한다. 제 2 자기장은 공간적 및/또는 시간적 기울기를 가질 수 있다. 변형예로서, 이 제 2 자기장은 시간적으로 및/또는 공간적으로 일정할 수 있다.
디바이스는, 예를 들어 플라즈마의 발생에 의해 그리고 전기장을 인가하는 수단, 그리고 따라서 전기 전위차를 사용한 이 플라즈마로부터 핵들의 추출에 의해 가스로부터 핵들을 발생시키는 수단을 포함할 수 있다. 디바이스는 특히, 위에서 설명된 바와 같이, 인클로저에서 수소 또는 중수소 및/또는 삼중수소의 플라즈마를 생성하는 것을 가능하게 하는, 인클로저 주위의 또는 인클로저에 포함되는 무선주파수 발생기를 포함할 수 있다.
전기장을 인가하는 수단은 위에서 설명된 바와 같이, 하나 이상의 전극(들)과 하나 이상의 접지(들)를 포함할 수 있다. 전기장을 인가하는 이들 수단들은 특히, 제 1 예시적인 실시형태에서, 핵들이 도착하는 인클로저 측의 애노드와, 반대측, 다시 말해서 전자들을 포함하는 타겟 측의 접지에의 커넥션을 특히 포함할 수 있다. 제 2 예시적인 실시형태에서, 전기장을 인가하는 이들 수단들은 핵들이 도착하거나 및/또는 플라즈마가 생성되는 인클로저 측의 접지에의 커넥션 및 반대측, 다시 말해서 전자들을 포함하는 타겟 측의 캐소드에의 커넥션을 포함할 수 있다.
디바이스는 특히, 각각의 전극 또는 전극들의 쌍이 전극 홀더에 의해 유지되는 애노드/접지 또는 접지/캐소드 전극들의 하나 이상의 쌍들을 포함할 수 있다.
전극 홀더는, 동일한 형태일 수 있는 전극과 접지를 위한 두 개의 하우징들을 포함하는 링의 형태를 가질 수 있다. 전극 홀더는 전기 커넥션들을 위한 통로, 스페이서들을 위한 통로, 및/또는 디바이스에서의 압력들을 균형 잡기 위한 그리고 가스들의 순환을 위한 것 중 적어도 하나를 위한 횡단 오리피스들을 포함할 수 있다.
디바이스는, 추출 전극을 유지하는, 위에서 설명된 바와 같은 절연 전극 홀더, 그리고, 위에서 언급된 전극 홀더에 의해 유지되지 않을 수도 있는 포커싱 전극을 또한 포함할 수 있다. 포커싱 전극은 일반적으로 테이퍼진 형태를 가질 수 있다. 그것은 또 다른 전극 홀더에 의해 유지될 수 있다. 그것은 디바이스에서 압력들을 균형 잡기 위한 그리고 가스들의 순환을 위한 오리피스들로 피어싱될 수 있다.
전자 추출 전극들과 핵들의 가속도 전극들과 타겟 사이에, 디바이스는 무선주파수 안테나들을 포함할 수 있다. 위에서 언급된 전극들은 무선주파수 안테나로서 또한 역할을 할 수 있다.
빔
디바이스는 전자들의 빔을 생성하는 것을 가능하게 하는 전자들의 소스를 포함할 수 있다. 그것은 예를 들어 전극, 예를 들어 캐소드와, 타겟으로부터 전자들의 추출을 허용하는 접지 전극일 수 있다. 전극은 타겟 자체일 수 있다. 그것은 예를 들어 100℃와 4000℃ 사이, 더 좋게는 200℃와 1700℃ 사이에 놓이는 온도에 이를 수 있다. 또 다른 변형예에서, 캐소드는 전계-효과 캐소드일 수 있다.
제 2 자기장의 인가는 전자들의 자기 모멘트들의 배향을 허용한다. 따라서, 상기 빔을 형성하는 입자들의 예를 들어, 적어도 50%, 예를 들어 적어도 75%, 예를 들어 실질적으로 전부가 배향된 자기 모멘트들을 가지는 것을 허용하는 것이 가능하다.
핵들의 빔과 전자들의 빔은 따라서, 자기장의 공간적 및/또는 시간적 기울기가 있거나 또는 없는 자기장 하에서 두 개의 전극 쌍들 사이에 포함되는 공간에서 정렬된 자신들의 자기 모멘트들을 갖는 두 개의 빔들의 입자들을 상호작용하게 만들어진다.
추출 전극 또는 전극들은 금속 격자의 형태로, 예를 들어, 비제한적인 다음 목록들: 텅스텐, 티타늄, 탄탈룸, 금, 백금, 니켈, 철로부터의 재료들 중 하나 이상의 재료로 생성될 수 있다. 전극은 서로로부터의 접속들의 절연을 허용하는 세라믹 또는 플라스틱 재료의 아웃라인을 가질 수 있다. 하나의 실시형태에서, 이들 플라스틱 또는 세라믹 아웃라인들은 진공 펌프로의 디바이스의 인클로저 내의 가스들의 순환을 촉진시키기 위해 피어싱될 수 있다.
타겟
디바이스는 핵들을 수용하도록 의도되는, 전도 전자들을 포함하는 타겟을 포함할 수 있다. 다음으로, 전자들 및 핵들의 자기 모멘트들은 입사 핵들의 속도의 방향과 동일한 방향으로 정렬될 수 있는데, 이는, 금속의 전자 바다 (electronic sea) 의 자유 전자들, 다른 말로 하면 전도 층의 전자들이 위치되는 타겟에서, 특히 타겟의 금속 부분의 표면 상에서, 빔의 핵들에 의해 그것들의 충돌 시 적절히 배향된 전자들의 포획을 촉진시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
타겟은 강자성 및/또는 초상자성 재료들을 포함할 수 있다. 타겟은, 전자들 및 핵들의 자기 모멘트들의 배향 및 유지를 그들의 충돌 순간에 개선시킬 수 있는, 자기장들과 결합되는, 강자성 및/또는 초상자성 재료들로 부분적으로는 또는 전체적으로 구성될 수 있다.
타겟의 변환될 원소들이 금속 부분 자체의 원소들 또는 금속 부분 바로 뒤에 함유되는 다른 원소들일 수 있다.
이 금속 부분은, 원하는 응용들에 따라, 예를 들어 1 ㎛에서부터 수 미터 (예를 들어 10 m) 까지의 정도의 두께를 갖는 얇은 부분일 수 있다. 응용들은, 방사성 원소들의 생산, 악티나이드들 및 방사성 재료들의 변환, 중성자 포획에 의한 열에너지의 생산일 수 있다.
타겟의 금속 부분은 접지 또는 캐소드 전극에 또한 링크될 수 있다.
디바이스는, 위에서 설명된 바와 같이, 전자들을 포함하는 타겟을 가열하는 수단을 또한 포함할 수 있다. 디바이스는, 위에서 설명된 바와 같이, 타겟으로부터 열을 추출하는 수단을 또한 포함할 수 있다.
인클로저
인클로저는 1 mm3과 100 m3, 더 좋게는 1 cm3과 1 m3 사이, 심지어 10 cm3과 1 dm3 사이에 놓일 수 있는 내부 부피를 가질 수 있다. 인클로저는 추구되는 응용들과 생산될 중성자들의 수에 따라, 작거나 또는 클 수 있다.
진공 및 온도
인클로저는 예를 들어 1 Pa 이하, 예를 들어 10-5 Pa (10-7 mbar) 미만의 압력에 이를 수 있다. 낮은 압력을 갖는 인클로저는 입자들의 밀도를 제한하는 것을 가능하게 하고 그러므로 빔들의 전위 교란의 소스들을 제한하는 것을 가능하게 할 수 있다.
이러한 압력들은, 예를 들어, 이온 진공 펌프들의 사용에 의해 또는 본 발명에 적합할 수 있는 임의의 수단에 의해 획득될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 충돌에 참여하도록 의도된 입자들 외의 재료를 실질적으로 포함하지 않은 인클로저에서 일어날 수 있다.
인클로저의 벽
인클로저의 벽을 형성하는 재료의 두께 및 성질은, 충돌하도록 의도된 임의의 빔들을 뿐만 아니라, 전자 포획 및/또는 충돌 단계 후에 생성된 방사선 및 입자들을 포함하도록 선택될 수 있을 것이다. 인클로저를 위한 적어도 하나의 재료는, 비제한적인 다음의 목록, 즉, 석영, 스테인레스강, 티타늄, 지르콘으로부터 선택될 수 있다.
출력 다이어프램
본 발명에 따른 디바이스는, 특히 자유 중성자들을 생산하도록 의도될 때, 출력 다이어프램을 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 디바이스가 진공 하에서 또 다른 인클로저에 링크되는 경우, 출력 다이어프램은 중성자들의 빔이 통과하는 것을 허용하기 위해서 중성자들과 거의 상호작용하지 않는 재료들로 생산된 디스크일 수 있다. 출력 다이어프램은, 예를 들어, 중성자들의 약한 흡수체들인 하나 이상의 재료(들)로 구성될 수 있다. 출력 다이어프램은, 예를 들어 탄소, 마그네슘, 납, 실리카, 지르코늄 또는 알루미늄을 포함할 수 있다. 출력 다이어프램은 임의의 형태, 예를 들어 원형, 계란형, 타원형, 다각형일 수 있다.
냉각 및/또는 에너지 수득
디바이스는, 특히 열 교환기에 의한, 에너지, 더 상세하게는 1차 열에너지의 생산을 위한 에너지 수득 수단 및/또는 냉각 수단을 포함할 수 있다. 다음으로, 이 1차 열에너지는 필요와 응용에 따라 기계 또는 전기 에너지로 변환될 수 있다.
냉각의 경우, 열 교환기는 하나 이상의 열 전달 유체(들)의 폐회로를 포함할 수 있다. 그것은 이들 열 전달 유체들을 회수하는 수단을 포함할 수 있다. 열 전달 유체는 예를 들어, 비제한적인 다음의 리스트 즉, 공기, 물, 오일, 및 구상되는 응용에 적절한 임의의 열 전달 유체로부터 선택될 수 있다.
에너지 수득 경우에, 단일 회로 또는, 변형예로서, 여러 회로들을 사용할 수 있다.
단일 회로의 사용의 경우, 에너지 수득을 위해 사용되는 유체는 상태 변화, 예를 들어, 액체 상태에서부터 가스 상태로 변화될 수 있다. 이 경우, 그것은 기술적 발생 모드에 따라 선택되거나 또는 일정한 압력 하에서 상태 변화될 수 있거나, 또는 심지어 부피를 변화시킴으로써 주변 압력에서 상태 변화될 수 있다. 그러므로, 가장 적절한 실시형태, 예를 들어, 피스톤 엔진, 터빈 회전 또는 심지어 예를 들어 추진 수단으로서 사용되는 것에 따라 압력과 부피가 변화될 수 있다.
변형예로서, 예를 들어, 중성자 반응기의 직접적인 환경에 영향을 미치는 제 1 회로의 방사능 오염을 피하기 위해 여러 회로들을 순서대로 사용하는 것이 가능하다. 따라서 제 2 회로, 심지어 제 3 회로를 사용하는 것이 가능하다. 마지막 회로는 단일 회로의 경우에 위에서 설명된 바와 같이 동작하여, 상이한 회로들 사이에서 연속하는 열 교환기들을 통해 생산된 열에너지를 수득하는 것을 가능하게 한다.
열에너지 형태의 및/또는 기계적 에너지 형태의 이 에너지를, 터빈들, 피스톤들, 스털링 (sterling) 엔진들 또는 임의의 다른 적절한 시스템들을 통해, 또는 심지어 위에서 언급된 기계 에너지 변환 시스템들에, 공지된 디바이스들, 이를테면 교류발전기들을 추가하여 전기 에너지로 변환함으로써, 사용 또는 변환하는 것이 가능하다.
수득 및 열 교환 회로들에서 사용되는 열 전달 유체들은 물, 오일, 용융 염 (salt) 또는 예를 들어, 나트륨, 납, 염과 같이 고온들에서 유체가 되는 임의의 유형의 재료로부터 선택될 수 있다. 각각의 회로는 필요에 따라 상이한 유체를 포함할 수 있다.
자기장들
제 1 및 제 2 자기장들은 디바이스의 축으로 또는 그것에 직각들로 배향될 수 있다. 바람직하게는, 제 1 및 제 2 자기장들은 핵들 및/또는 전자들의 빔들의 축에 평행하다.
"자기장 기울기"는 공간적으로 또는 시간적으로 불균일한 자기장 세기를 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 공간적 또는 시간적 변동은 예를 들어 1 μT와 100 테슬라 사이, 더 좋게는 1 mT와 50 테슬라, 심지어 1 테슬라와 10 테슬라 사이에 놓인다. 자기장이 인가되는 공간의 사이즈는 1 nm3과 100 m3 사이, 더 좋게는 1 ㎛3과 1 m3 사이, 심지어 1 mm3과 1 dm3 사이에 놓일 수 있다. 자기장은 시간적으로 가변적일 수 있으며, 긴 또는 짧은 시간 기간들에 걸쳐, 예를 들어 1 ps와 10 s 사이, 더 좋게는 1 ns와 1 s 사이, 심지어 1 ㎲와 10 ms 사이, 심지어 10 ㎲와 1 ms 사이에 놓이는 시간 기간에 걸쳐, 서서히 또는 급격히 변화할 수 있다.
제 1 자기장의 기울기를 인가하는 수단은, 위에서 설명된 바와 같이, 제 1 자기장을 생성하는 제 1 전자석을 포함할 수 있다. 변형예로서, 또는 부가적으로, 이들 수단들은 무선주파수 발생기를 포함할 수 있다.
제 2 자기장을 상기 전자들에 인가하는 수단은, 위에서 설명된 바와 같이, 제 2 자기장을 생성하기 위한 제 2 전자석을 포함할 수 있다. 변형예로서, 또는 부가적으로, 이들 수단들은 무선주파수 발생기를 포함할 수 있다. 무선주파수들은 1 MHz와 1000 GHz 사이, 더 좋게는 5 MHz와 100 GHz 사이에 놓일 수 있다. 이 제 2 자기장의 인가는 전자들의 자기 모멘트들의 배향을 허용한다. 하나의 실시형태에서, 무선주파수들은 1 테슬라의 제 2 자기장에 대해 25 GHz일 수 있다.
전자 포획들을 생성하기 위한 핵들과 링크된 또는 자유 전자들 사이의 상호작용들은 제 2 전자석의 장 내에서 일어날 수 있다.
본 발명에 따른 방법 또는 디바이스에서 구현되는 하나 이상의 자기장들을 발생시키는 것을 가능하게 하는 수단은 초전도성 코일들, 저항성 코일들 또는 저항성 코일과 초전도성 코일을 포함하는 "하이브리드" 코일들로부터 선택될 수 있다. 적어도 하나의 공진 코일을 포함하는 예를 들어 RLC 유형의 공진 회로들을 사용하는 것이 또한 가능하다.
자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하는데 사용되는 자기장들
본 발명에 따른 방법은 적어도,
i. 핵들의 자기 모멘트들을 정의된 상태에 두도록 구성되는, 1 μT와 100 T 사이에 놓인 세기 및/또는 충돌의 축 상에서만 비영의 기울기의 시간적으로 정적인 성분을 갖는, 제 1 자기장, 및
ii. 전자들의 자기 모멘트들을 정의된 상태에 두도록 구성되는, 1 μT와 100 T 사이에 놓인 세기 및/또는 충돌의 축 상에서만 비영의 기울기의 시간적으로 정적인 성분을 갖는, 제 2 자기장
을 인가하는 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 자기장들은 동일하거나 또는 다를 수 있다. 제 1 및 제 2 자기장들은 동일한 소스에 의해 또는 다른 소스들에 의해 발생될 수 있다.
제 1 및 제 2 자기장들 중 적어도 하나, 예를 들어 각각이 정적일 수 있다.
변형예로서, 제 1 및 제 2 자기장들 중 적어도 하나, 예를 들어 각각은, 정적 성분과 비영의 가변 성분을 포함할 수 있다.
이하, 주어진 자기장
Figure pct00002
, 그것의 정적 성분
Figure pct00003
및 그것의 가변 성분
Figure pct00004
은 다음을 만족시키는 것으로서 정의된다:
Figure pct00005
식중
Figure pct00006
는 시간 독립적인 양이고
Figure pct00007
는 항을 포함하지 않는 시간 불변적인 양이다. 다르게 말하면,
Figure pct00008
의 주파수 스펙트럼은 중심이 영의 주파수인 피크를 갖지 않는다.
정적 성분들
아래에서 설명되는 정적 성분들에 관한 특징들은 영의 가변 성분을 갖는 정적 자기장들에 대해 또한 유효하다. 제 1 자기장의 정적 성분은 예를 들어 1 μT와 100 테슬라 사이의 세기를 가질 수 있다. 제 2 자기장의 정적 성분은 예를 들어 1 μT와 100 테슬라 사이의 세기를 가질 수 있다. 본 발명에 적합한 정적 성분들은 초전도성 코일들, 저항성 코일들 또는 저항성 코일과 초전도성 코일을 포함하는 "하이브리드" 코일들에 의해 발생될 수 있다.
제 1 및 제 2 자기장들은 상이한 가변 성분들을 가질 수 있다. 제 1 및/또는 제 2 자기장들의 가변 성분들은 예를 들어 광자들의 적어도 하나의 빔의 형태로 인가될 수 있다. 가변 성분의 인가는, 관여되는 입자들에 대해, 충돌 시 중성자들 또는 핵들의 발생의 확률을 증가시키기 위하여 정적 성분의 방향으로 배향된 자기 모멘트들의 비율을 증가시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
사실상, 양자론에 의하면, 예를 들어, 자기 모멘트들의 공진 주파수와 동일한 주파수에 중심을 둔 적어도 하나의 피크를 포함하는 주파수 스펙트럼을 갖는 적어도 하나의 가변 성분의 인가가 예를 들어 상이한 에너지 준위들 사이에서 천이들을 유도하는 것을 가능하게 한다. 이 공진 주파수는 라머 (Larmor) 세차운동이라 불리는 인가된 장의 정적 성분 주위의 자기 모멘트들의 세차운동 주파수에 대응한다. 그러면 예를 들어 가변 성분의 인가 전에 배향된 자기 모멘트들이, 정적 성분의 인가 방향의 역방향에서, 인가된 가변 성분의 에너지의 적어도 일부를 흡수하는 것과 상기 자기 모멘트들이 정적 성분과는 동일한 방향으로 배향되는 배향된 상태로 천이하는 것이 가능하게 된다.
예를 들어 정적 성분과 동시에 가변 성분을 인가하는 것이 가능하다.
충돌을 받지 않은 광자들에 의해 생성된 전위 또는 편향된 광자들의 생산된 중성자들의 양의 측정은, 예를 들어, 오퍼레이터가 제 1 및/또는 제 2 자기장(들)의 가변 성분을 인가하기 위한 필요성에 대한 표시자들을 갖는 것을 허용한다.
가변 성분의 필드 라인 (field line) 들은 입자들의 빔들과 동일선상에 있을 수 있다. 변형예로서, 그것들은 정적 성분의 필드 라인들과는 비-동일선상에 있을 수 있다. 그것들은, 예를 들어, 10o를 초과하는, 예를 들어 45°를 초과하는 각도를 형성할 수 있다. 특히, 가변 성분의 필드 라인들은 정적 성분의 필드 라인들과 85°와 95° 사이에 놓인 각도를 형성할 수 있다.
제 1 자기장의 가변 성분은 알려진 방식으로 인가될 수 있다. 변형예로서, 제 1 자기장의 가변 성분은 본 기술분야의 통상의 기술자가 결정할 수 있을 지속기간을 갖는 펄스들의 형태로 인가될 수 있다. 일 표시로서, 펄스들의 지속기간은 예를 들어 0.01 ㎲와 1 s 사이, 예를 들어 1 ㎲와 20 ms 사이에 놓일 수 있다.
제 2 자기장의 가변 성분은 연속 방식으로 인가될 수 있다. 변형예로서, 제 2 자기장의 가변 성분은 본 기술분야의 통상의 기술자가 결정할 수 있을 지속기간을 갖는 펄스들의 형태로 인가될 수 있다. 일 표시로서, 펄스들의 지속기간은 예를 들어 0.01 ㎲와 1 s 사이, 예를 들어 1 ㎲와 20 ms 사이에 놓일 수 있다.
제 1 자기장의 가변 성분은 예를 들어 1 Hz와 50 MHz 사이에, 예를 들어 50 Hz와 50 kHz 사이에, 예를 들어 100 Hz와 1 kHz 사이에 놓인 주파수에 중심을 둔 적어도 하나의 피크를 포함하는 주파수 스펙트럼을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 맥락 내에서, 제 2 자기장의 가변 성분은 예를 들어 1 Hz와 50 MHz 사이에, 예를 들어 50 Hz와 50 kHz 사이에, 예를 들어 100 Hz와 1 kHz 사이에 놓인 주파수에 중심을 둔 적어도 하나의 피크를 포함하는 주파수 스펙트럼을 가질 수 있다.
제 1 및 제 2 자기장들의 가변 성분들은, 적어도 하나의 공진 코일을 포함하는 예를 들어 RLC 유형의 공진 회로들에 의해 발생될 수 있다.
충돌 축 상의 기울기들
위에서 언급된 바와 같이, 제 1 및/또는 제 2 자기장(들)은 충돌 축 상에 비영의 기울기를 가질 수 있다.
양자론에 의하면 비영의 기울기를 갖는 자기장의 인가가 자기 모멘트들을 정의된 상태에 두고 장과 동일 선상으로 정렬시키는 것을 가능하게 할 수 있다. 입자들의 속도, 충돌 축 및 자기 모멘트들 사이의 각도가 작게, 예를 들어 10° 미만, 심지어 5° 미만, 바람직하게는 0°에 가깝게 되는 것이 또한 중요하다.
기울기의 방향은 충돌 축과는 실질적으로 영의 각도를 형성할 수 있다. 후자의 경우, 제 1 및/또는 제 2 자기장(들) 각각이, 추가적으로, 정적 성분들과 비영의 가변 성분을 포함하는 것이 가능하다. 상기 정적 및 가변 성분들은 위에서 설명된 바와 같을 수 있다. 양 경우들에서, 자신들의 자기 모멘트의 방향에 따라 입자들을 분리하는 것이 가능하다. 그러면, 입자들의 하나의 그리고 동일한 빔으로부터, 인가된 기울기의 동일한 방향 및 반대 방향으로 배향된 자기 모멘트들을 갖는 입자들을 포함하는 빔 또는 하나의 그리고 동일한 방향으로 배향된 자기 모멘트들을 갖는 입자들을 각각 내부에 갖는 복수의 빔들 중 어느 일방을 획득하는 것이 가능하다.
더구나, 제 1 및/또는 제 2 자기장(들)은, 충돌 축 상에, 비영의 세기의 기울기를, 예를 들어, 1000 T/m 미만으로 가질 수 있다. 충돌 축 상에 비영의 기울기를 갖는 제 1 및/또는 제 2 자기장(들)은 연속적으로 인가될 수 있다.
변형예로서, 충돌 축 상에 비영의 기울기를 갖는 제 1 및/또는 제 2 자기장(들)은, 펄스들의 형태로 인가될 수 있다.
본 발명에 적합한 자기장 기울기들은 예를 들어 슈테른 (Stern) 및 게를라흐 (Gerlach) 시험에서 구현된 것들과 유사한 두 개의 에어 갭들에 의해 또는 상이한 수들의 루프들 및/또는 상이한 직경들 및/또는 전류들을 갖는 복수의 권선들에 의해 생성될 수 있다.
에너지 생산 및 수득
포획 및/또는 충돌 단계는 예를 들어 열의 형태의 에너지 방출을 발생시킬 수 있다. 이 단계에서 생성된 열은 예를 들어, 위에서 설명된 바와 같이, 하나 이상의 열 전달 유체(들)이 순환하는 열 교환기에 의해 수득될 수 있다.
그의 양태들 중 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 생산된 에너지가 수득되는 위에서 설명된 바와 같은 방법들 및/또는 디바이스들 중 하나에 의해 에너지를 생산하는 방법에 관련된다.
그것의 양태들 중 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 에너지를 생산하기 위해 위에서 설명된 바와 같은 방법들 및/또는 디바이스들에 의해 발생된 중성자들의 사용에 관련된다. 저속이고 높은 수율로, 생산된 중성자들은 중성자 포획에 의해 에너지를 생산하는 것을 가능하게 할 수 있다. 사실상, 중성자 포획에 의한 원자 핵들의 변환은 에너지를 발생시킨다는 것이 확립되어 있다. 이 에너지 소스는 이례적인 경제적 효율을 성취하고 에너지의 다른 소스들을 점진적으로 대체할 수 있다. 이러한 시스템들의 효율은 200%를 초과하는, 심지어 1000% (소비된 에너지의 10 배의 생산) 를 초과하는, 심지어 그 이상일 수 있다.
중성자 포획의 몇몇 예들이 아래에서 주어지며, 하기 웹 사이트에 따라 에너지들이 획득된다
Figure pct00009
용도
중성자들은 많은 응용들에서, 특히 이미징의 분야, 의료 산업을 위한 방사성-동위원소 생산 및 중성자들이 에너지 생산의 소스인 핵 에너지의 분야, 핵반응 최적화의 분야, 발전소의 동작 안전의 분야, 및 마이너 악티나이드들 같은 방사능 폐기물의 처리의 분야에서 유용할 수 있다.
그의 양태들 중 하나의 양태에 따르면, 본 발명은, 예를 들어 인간 또는 동물의 암 세포를 파괴하는 것을 포함하는 의료 설비로서, 적어도,
- 처치할 환자의 위치를 정하는 수단, 및
- 위에서 정의된 디바이스를 포함하는 의료 설비에 관련된다.
본 발명에 따라 발생된 중성자들은 따라서 예를 들어 하드론 치료 (hadron therapy) 를 위해 또는 예를 들어 핵 의학을 위해 사용될 수 있다.
그의 양태들 중 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 방사성-동위원소들을 생산하는 것을 가능하게 한다. 의료 분야에서, 방사성-동위원소들의 두 개의 주요한 용도들: 즉, 생리 대사에 대한 정확한 이미지들을 생성하거나, 또는 특정 의료 행위들을 수행하는 것을 가능하게 하는 방사성-약제 (트레이서) 의 투입에 의한 영상화와 감마 방사에 의한 의료 장비의 소독이 있다. 생산된 중성자들은 예를 들어 수술 기구들의 소독에서 사용되는 감마 선들을 발생시키는 것을 가능하게 할 수 있다.
그의 양태들 중 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 핵 변환을 위한 또는, 더 일반적으로는, 실험물리학에서 핵들을 획득하기 위한, 중성자 포획에 의한 방사성-동위원소들의 생산을 위한, 위에서 설명된 바와 같은 방법들 및/또는 디바이스들에 의해 발생된 중성자들의 사용에 관련된다.
그의 양태들 중 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 변환에 의한 핵폐기물의 처리를 위해 위에서 설명된 바와 같은 방법들 및/또는 디바이스들에 의해 발생된 중성자들의 사용에 관련된다. 고속일 수 있는 생산된 중성자들은, 더 가볍고 더 짧은 수명을 가지고 그러므로 덜 위험한 방사성 원소들을 획득하기 위하여 핵반응들로부터 폐기물에 전송될 수 있다.
그의 양태들 중 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 영상화 및 중성자 분석을 위해 위에서 설명된 바와 같은 방법들 및/또는 디바이스들에 의해 발생된 중성자들의 사용에 관련된다. 중성자들의 빔을 생성하는 것을 가능하게 하는 디바이스가 더 상세하게는 이 경우에 사용된다. 생산된 중성자들은, 엘리먼트들을 통해, 임의의 물체의 구조를 촬상하는 것을 가능하게 할 수 있다. 이 방법은 산업 부품들의 정밀 분석을 허용한다. 마찬가지로, 생산된 중성자들은 토양 및 지질학적 탐침, 예를 들어 특정한 탐사 드릴 구멍들의 분석들을 허용할 수 있다. 마지막으로, 중성자 분석은 군사 및 방위 목적들을 위해 사용되는데, 다른 사용들에 대한 것과는 동일한 조건들에서, 중성자들의 소스가 폭발물을, 그것의 성질이 무엇이든, 검출하는 것을 가능하게 하기 때문이다.
그의 양태들 중 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 이화학 (physico-chemical) 시스템들에서의 결함들의 생성을 위한 위에서 설명된 바와 같은 방법들 및/또는 디바이스들에 의해 발생된 중성자들의 사용에 관련된다. 중성자들의 빔을 생성하는 것을 가능하게 하는 디바이스는 더 상세하게는 이 경우에 사용된다. 생산된 중성자들은 핵 스트레스를 받는 임베디드 장치들 및 기구들의 방사선 저항성을 테스트하는 것을 가능하게 할 수 있다.
그의 양태들 중 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 핵 발전소에서 위에서 설명된 바와 같은 방법들 및/또는 디바이스들에 의해 발생된 중성자들의 사용에 관련된다. 생산된 중성자들은 미임계 (sub-critical) 동작 핵분열 발전소의 저렴한 설계를 허용할 수 있으며, 이는 핵 폭주 (nuclear runaways) 의 위험과 우라늄 농축 (enrichment) 에 대한 필요를 제거하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 더 낮은 에너지 생산 비용과 함께 핵 위험이 상당히 감소될 수 있다. 이는 또한 화석 에너지 소비를 제한하는 것을 가능하게 한다.
본 발명은 그것을 구현하는 비제한적인 예들의 다음의 상세한 설명의 검토와 첨부된 도면들의 학습으로 더 잘 이해될 것인데, 도면들 중:
도 1은 본 발명에 따른 중성자 생산 및/또는 포획 디바이스의 일 예의 개략적 부분 사시도이며,
도 2는 화살표 II에 따른 도면이며,
도 3은 도 1 및 도 2의 디바이스의 III-III에 따른 길이방향 단면에서의 도면이며,
도 4는 도 1 내지 도 3의 디바이스의 상세의 개략적 부분 사시도이며,
도 5는 화살표 V에 따른 도면이며,
도 6은 도 4 및 도 5의 디바이스의 VI-VI에 따른 길이방향 단면에서의 도면이며,
도 7은 전극 홀더 어셈블리 및 그것의 전극들의 개략적 부분 사시도이며,
도 7a는 도 7의 어셈블리의 개략적 부분 사시도이며,
도 7b는 도 7 및 도 7a의 전극 홀더의 개략적 부분 사시도이며,
도 7c 내지 도 7e는 각각 도 7, 도 7a 및 도 7b의 전극 홀더의 화살표들 C, D 및 E 에 따른 도면들이며,
도 8은 연관된 전극에 의해 둘러싸인 타겟의 개략적 부분 사시도이며,
도 8a 및 도 8b는 각각 도 8의 캐소드의 화살표들 A 및 B 에 따른 도면들이며, 그리고
도 9 및 도 10은 변형 실시형태들의 도 3과 유사한 도면들이다.
도 1 내지 도 3은 핵들이 진공 게이지 (5) 에 의해 제어되는 압력에 배치될 수 있는 인클로저 (2) 를 포함하는 본 발명에 따른 디바이스 (1) 를 개략적으로 도시한다. 인클로저 (2) 는 일반적으로 실린더 형태를 가지고, 자신의 출력단 (2c) 을 향해, 두 개의 측방향 브랜치들 (2a 및 2b), 즉, 전기 커넥션들 (7) 의 통과를 허용하는 하나의 측방향 브랜치 (2a) 와, 나타내어지지 않은 진공 펌프로의 가스들의 방전을 허용하는 다른 하나의 측방향 브랜치 (2b) 를 포함한다. 출력단 (2c) 은 생산된 중성자들을 위한 출력으로서 역할을 할 수 있거나 및/또는 열 교환기 또는 교환기들에서 에너지를 수득하거나 및/또는 냉각하는데 사용되는 열 전달 유체를 위한 입력 및 출력이다.
핵들은 양성자들 (수소 핵들), 중양성자들 (중수소 핵들) 및/또는 삼중양성자들 (삼중수소 핵들) 로부터 선택될 수 있고 예를 들어 가스 입력 (6) 를 통해 인클로저 내에 중성 수소 또는 중수소 및/또는 삼중수소 가스를 도입함으로써 획득된다. 가스는 인클로저 (2) 를 둘러싸는 안테나 (9) 를 포함하는 무선주파수 발생기 (8) 에 의해 플라즈마로 변환될 수 있다.
디바이스 (1) 는 인클로저 (2) 에 존재하는 핵들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록, 제 1 자기장의 공간적 및/또는 시간적 기울기를 인가하는 수단을 더 포함한다. 이는, 기재된 실시예에서, 코어 (10a) 를 갖는 전자석 (10) 이다. 코어 (10a) 는 가스의 입력을 허용하는 채널 (10b) 을 포함한다.
디바이스 (1) 는 상기 핵들을 추출하고 적절히 추출된 핵들을 전자들을 향하여 보내기 위하여 전기장을 인가하는 수단을 또한 포함한다. 기재된 실시예에서, 이들 수단은 전극 (12) 이며, 이 전극은 기재된 실시예에서, 도 7과 도 7a 내지 도 7e에 더 상세히 나타낸, 절연 전극 홀더 (24) 의 타측에 배치된 접지 (13) 에 연관된 애노드이다.
이들 도면들에서 알 수 있는 바와 같이, 전극 (12) 과 접지 (13) 는 그것들의 극성 까지 동일하고, 전극 홀더 (24) 는, 동일한 형태인 전극 (12) 및 접지 (13) 를 위한 두 개의 하우징들 (40) 을 포함하는 링의 형태를 취한다.
더욱이, 전극 홀더 (24) 에는 방사상 오리피스들 (41) 이 피어싱되고, 실시예에서는 두 개의 오리피스들이 기재되어 있으며 정반대이다. 이들 방사상 오리피스들 (41) 은 디바이스에서 전극 홀더를 고정시키는데 사용될 수 있다.
전극 홀더 (24) 는 횡단 오리피스들 (42, 43 및 44) 을 또한 포함한다. 오리피스들 (42) 은, 인클로저 (2) 의 측면상에서, 전기 커넥션들 (7) 의 통과를 위해 사용될 수 있으며, 인클로저의 중심축에서 가장 멀리 있다. 이들 오리피스들 (42) 은 또한 더 작은 직경으로 된다. 기재된 실시예에서, 6 개의 오리피스들이 있으며, 이들은 인클로저의 중심축 주위에 대칭적으로 배치된다.
횡단 오리피스들 (43) 은 전극들의 유지와 타겟의 지지를 허용하는 스페이서들 (30) 의 통과를 위해 사용될 수 있다. 이들 스페이서들은 하나 이상의 열 전달 유체(들)의 순환과 디바이스에서 생성된 열의 추출을 위해 사용될 수 있다. 스페이서들 (30) 과 같이, 이 실시예에서 4개의 스페이서들이 있으며, 그것들은 인클로저의 중심축 주위에서 대칭적으로 배치된다.
마지막으로, 다른 횡단 오리피스들 (44) 은 자유롭게 간직될 수 있으며, 따라서 디바이스에서 압력들을 균형 잡기 위해 그리고 가스들의 순환을 위해 사용될 수 있다. 기재된 실시예에서 6개의 오리피스들이 있으며, 이들은 인클로저의 중심축 주위에 대칭적으로 배치된다.
위에서 언급된 전자들은, 기재된 실시예에서, 추출 전극 (25) 및 포커싱 전극 (21) 뒤의, 절연 전극 홀더 (23) 에 의해 유지된 타겟 (20) 으로부터 추출된 전자들의 빔으로부터 도출된다. 포커싱 전극 (21) 은, 도 8a 및 도 8b에 예시된 바와 같이, 일반적으로 테이퍼진 형태를 갖는다. 추출 전극 (25) 은 앞에서 더 상세히 설명된 전극 홀더 (24) 와 동일한 전극 홀더 (26) 상에 유지되고, 타겟 및 포커싱 전극 (21) 은, 또한 전극 홀더들 (24 및 26) 과 동일한 전극 홀더 (23) 상에 유지된다. 방사상 오리피스들 (41) 은 도 8, 도 9 및 도 10에 예시된 바와 같은 전극 홀더 (23) 에서 타겟 (20) 을 고정하는데 일반적으로 사용될 수 있다.
포커싱 전극 (21) 은, 기재된 실시예에서, 예를 들어 -300 V의 전위에 이르는 캐소드일 수 있고, 그러면 추출 전극 (25) 은 접지이다. 변형예에서, 그것은 물론 그렇지 않으면, 포커싱 전극 (21) 이 접지가 되고, 추출 전극 (25) 이, 예를 들어 대략 +300 V의 전위로 되는 애노드일 수 있다. 추출 전극 (25) 은 따라서 사용 모드에 따라, 상이한 전위들, 즉, 접지, 또는 포지티브가 될 수 있다. 도 8에서 더 상세히 예시된 포커싱 전극 (21) 은 캐소드 또는 접지이다.
타겟 (20) 으로부터의 전자들은, 접지에 링크되거나 또는 포지티브 전위로 되는 추출 전극 (25) 의 작용에 의해 타겟으로부터 추출되고, 이 실시예에서 캐소드, 또는 접지인 포커싱 전극 (21) 에 의해 핵들을 향하여 포커싱된다.
디바이스는 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이, 추출 전극 및 포커싱 전극 중에서 하나의 전극만을 포함할 수 있다.
전극들의 각각은 금속 격자의 형태로 생산될 수 있고, 커넥션들 서로간의 절연을 허용하는, 세라믹 또는 플라스틱 재료의 아웃라인을 갖는 대응하는 전극 홀더에 의해 유지된다.
전자들이 빔 형태로 방출되는 경우, 충돌은 접지에 양자 모두 링크된 전극들 (13 및 25) 사이의 중간 공간 (28) 에서 일어난다.
디바이스는, 코어를 갖는 전자석 (10) 과 전극들 (12 및 13) 다음에, 전자들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 상기 전자들에 제 2 자기장을 인가하는 수단을 포함한다. 이는 기재된 실시예에서 코어 없는 전자석 (14) 이다. 이 전자석 (14) 의 코어에, 예시된 바와 같이, 그것의 지지체 (23) 상에 전극 (13) (접지), 전극 (25) (접지), 전극 (21) (캐소드) 및 타겟 (20) 이 있다. 따라서, 전자들은 플라즈마로부터의 핵들과 충돌하기 전에 제 2 자기장을 받게 된다.
출력에서, 그러면 인클로저 (2) 의 단부 (2c) 에서 수득될 수 있는 중성자들의 빔이 획득된다.
도 9에 도시된 변형 실시형태에서, 디바이스는, 전자들이 전자석 (14) 의 제 2 자기장과 안테나 (50) 에 의해 방출된 무선주파수의 조합을 받게 되도록, 제 2 자기장을 변조하기 위한 특정 무선주파수 안테나 (50) 를 포함할 수 있다. 이 안테나 (50) 는, 인클로저 (2) 주위의 자석 (14) 내부에 배치된다.
방금 설명된 예들에서, 중성자들의 빔의 생산은 빔의 핵들에 의해 타겟 (20) 으로부터 추출된 전자들의 포획에 의해 획득된다.
전자들은, 변형예로서, 이 경우 핵들을 수용하도록 의도되는 타겟 내에 포함될 수 있다. 이 경우, 전자/핵들의 충돌은 바로 타겟 (20) 상에서 또는 내에서 일어나서 그의 자기 모멘트들의 정렬 덕분에 중성자들을 발생시킬 수 있고, 생산된 중성자들의 포획에 의해 타겟의 원자들 (핵들) 의 변환을 획득하는 것이 가능하다. 바로 타겟에서의 중성자 생산 및 포획의 이 예시적인 실시형태에서, 타겟의 전자들 및/또는 핵들의 자기 모멘트들의 정렬의 레이트를 개선시키고, 따라서 생산되는 중성자들의 수를 증가시키기 위하여, 전극 및/또는 접지 (12, 13 및 25) 는 무선주파수 안테나들로서 사용될 수 있다. 이를 위해, 그들은 도 10에서 예시된 변형예에서 적합한 무선주파수 발생기에 접속될 수 있다.
일 예로서, 도 10은 전극 (21) 없는 타겟 (20) 의 존재가 앞서 설명된 것들과는 상이하고, 접지에 접속되는 디바이스를 도시한다. 더욱이, 전극 (25) 은 무선주파수 생성만을 위한 것이고 고정된 전압을 받게 되지 않는다. 도시되지 않은 변형 실시형태에서, 이 전극 (25) 은 심지어 제거될 수 있다.
타겟 (20) 은, 가능한 최대 수의 원자들의 변환을 용이하게 하기 위해서 특히 출력 (2c) 의 방향에서 기다란 형태를 가질 수 있다. 타겟 (20) 은 고체, 또는 액체이거나 또는 분말을 포함하는 유체일 수 있다.
"포함하는"이란 표현은 "적어도 하나를 포함하는"을 의미하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (26)

  1. 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법으로서,
    a) 양성자들, 중양성자들 및/또는 삼중양성자들 중에서 선택된 핵들이 전기장을 받게 하여 상기 핵들을 추출하고 적절히 추출된 핵들을 자유 전자들을 포함하는 타겟 (20) 을 향하여 보내는 단계,
    b) 상기 핵들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 상기 핵들이 제 1 자기장의 공간적 및/또는 시간적 기울기를 받게 하는 단계,
    c) 상기 타겟의 자유 전자들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 상기 타겟이 제 2 자기장을 받게 하는 단계
    를 포함하는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 핵들의 자기 모멘트들 및 상기 자유 전자들의 자기 모멘트들은 동일한 방향으로 정렬되는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 핵들의 자기 모멘트들 및 상기 자유 전자들의 자기 모멘트들은 상기 타겟을 향하여 상기 핵들의 변위 방향에 평행하며, 동일한 방향 또는 반대 방향인, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핵들은 무선주파수 또는 전기 방전의 인가에 의해 수소 및/또는 중수소 및/또는 삼중수소의 플라즈마를 생성함으로써 획득되는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핵들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 상기 핵들이 무선주파수를 받게 되는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟은 강자성 및/또는 초상자성 재료들을 함유하고, 상기 타겟의 상기 자유 전자들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 상기 타겟이 자기장을 받게 되는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟의 자유 전자들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 부여하도록 상기 타겟은 무선주파수를 받게 되는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법.
  8. 제 5 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 무선주파수는 무선주파수 발생기 (8) 를 사용하여, 10 kHz와 50 GHz 사이에 놓인 주파수로 인가되는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인가되는 상기 전기장은 하나 이상의 전극(들), 특히 애노드/접지 전극들 (12, 13) 의 쌍에 의해 획득되며, 상기 전극들의 쌍은 전극 홀더 (24) 에 의해 유지되는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인가되는 상기 제 1 자기장은 상기 핵들을 포함하는 인클로저 (2) 의 부피에 대해 0.001 테슬라/미터와 1000 테슬라/미터 사이에 놓인 공간적 기울기를 가지는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟의 자유 전자들은 상기 제 2 자기장의 공간적 및/또는 시간적 기울기를 받게 되는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟 (20) 은 금속인, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타겟 (20) 은 100℃와 4000℃ 사이, 더 좋게는 200℃와 1700℃ 사이에 놓이는 온도로 가열되는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 방법.
  14. 중성자들을 생산 및/또는 포획하기 위한 디바이스로서,
    a) 양성자들, 중양성자들 및/또는 삼중양성자들 중에서 선택된 핵들이 배치될 수 있는 인클로저 (2),
    b) 상기 인클로저에 존재하는 핵들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 제공하도록 제 1 자기장의 공간적 및/또는 시간적 기울기를 인가하는 수단,
    c) 상기 핵들을 추출하고 적절히 추출된 핵들을 전자들을 향하여 보내도록 전기장을 인가하는 수단, 및
    d) 전자들의 자기 모멘트들에 미리 정의된 배향을 제공하도록 상기 전자들에 제 2 자기장을 인가하는 수단
    을 포함하는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 핵들의 자기 모멘트들 및 자유 전자들의 자기 모멘트들은 동일한 방향으로 정렬되는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 디바이스.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 핵들의 자기 모멘트들 및 상기 자유 전자들의 자기 모멘트들은 상기 인클로저에서의 상기 핵들의 변위 방향에 평행하며, 동일한 방향 또는 반대 방향인, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 디바이스.
  17. 제 14 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인클로저에서 수소 또는 중수소 및/또는 삼중수소의 플라즈마를 생성하는 것을 가능하게 하는, 상기 인클로저를 둘러싸는 무선주파수 발생기를 포함하는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 디바이스.
  18. 제 14 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 자기장의 상기 기울기를 인가하는 수단은 상기 제 1 자기장을 생성하기 위한 제 1 전자석 (10) 을 포함하는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 디바이스.
  19. 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    타겟은 강자성 및/또는 초상자성 재료들을 함유하는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 디바이스.
  20. 제 14 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기장을 인가하는 수단은 하나 이상의 전극(들)과 하나 이상의 접지(들), 특히 애노드/접지 전극들 (12, 13, 21, 25) 의 하나 이상의 쌍들을 포함하며, 각각의 전극 또는 전극들의 쌍은 전극 홀더 (24, 23, 26) 에 의해 유지되는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 디바이스.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 전극 홀더 (24, 23, 26) 는 링의 형태이며, 상기 전극과 상기 접지를 위한, 동일한 형태일 수 있는 두 개의 하우징들을 포함하는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 디바이스.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 전극 홀더 (24, 23, 26) 는 전기 커넥션들을 위한 통로, 스페이서들을 위한 통로, 및/또는 상기 디바이스에서의 압력들을 균형 잡기 위한 그리고 가스들의 순환을 위한 것 중 적어도 하나를 위한 횡단 오리피스들을 포함하는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 디바이스.
  23. 제 14 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전자들에 제 2 자기장을 인가하는 수단은 상기 제 2 자기장을 생성하기 위한 제 2 전자석 (14) 을 포함하는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 디바이스.
  24. 제 14 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전자빔을 생성하는 것을 가능하게 하는 전자들의 소스를 포함하는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 디바이스.
  25. 제 14 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 핵들을 수신하도록 의도된, 전자들을 함유하는 타겟 (20) 을 포함하는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 디바이스.
  26. 제 14 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    에너지의 생산을 위한, 특히 열 교환기를 위한, 에너지 수득 수단 및/또는 냉각 수단을 포함하는, 중성자들을 생산 및/또는 포획하는 디바이스.
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