用于核聚变的系统和方法交叉引用1.本技术要求于2019年3月20日提交的美国临时专利申请号62/821,244的优先权，其出于所有目的通过引用整体并入本文。
背景技术：
：：2.现有的用于动力或热量，或用于将热量转化为有用能量的方法可在一个或多个方面存在缺陷。例如，所述方法可能效率低下、能量密度低、使用不丰富的燃料供应或对社会产生有害影响，例如通过排放二氧化碳、放射性副产品或其他污染物或构成武器扩散风险。技术实现要素：3.本文认识到需要使用核聚变反应以有效方式提供动力或热量，或将热量转化为有用能量的方法和系统。4.本公开内容提供用于核聚变的方法和系统。该方法和系统可以利用宿主材料(例如金属纳米颗粒)来承载(host)可聚变材料(例如氘)。可以用电磁辐射照射宿主材料和/或可聚变材料，所述电磁辐射在宿主材料和/或可聚变材料中引发声子振动。声子振动可以屏蔽可聚变材料核之间的库仑斥力，从而即使在相对低的温度和压力下也能提高核聚变的速率。所述方法和系统可以引起提供动力或热量的核聚变反应。热量可以转化为有用的能量。5.在一个方面，本公开内容提供了一种用于核聚变的方法，其包括：(a)提供包含宿主材料的腔室，所述宿主材料具有与其偶联的可聚变材料；(b)向腔室中的宿主材料或可聚变材料提供电磁辐射，以在宿主材料或可聚变材料内产生振荡，所述振荡足以使可聚变材料进行核聚变反应，以在腔室中产生能量；和(c)从腔室中提取至少一部分能量。宿主材料可包含选自以下的一个或多个成员：金属、金属氢化物、金属碳化物、金属氮化物和金属氧化物。宿主材料可包含一种或多种具有至多约1,000纳米(nm)的特征尺寸的颗粒。可聚变材料可以包含选自以下的一个或多个成员：氢、氘、锂和硼。振荡可以包括一个或多个选自宿主材料和可聚变材料的成员的晶格振荡。晶格振荡可以包括相干振荡。晶格振荡可以持续至少约一个振荡周期。相干振荡可以包括声子振荡。声子振荡可以包括谐波声子振荡。声子振荡可以包括参量声子振荡。相干振荡可以包括非线性声子振荡。相干振荡可以包括空间局部化振荡。电磁辐射可以包括一个或多个在1太赫兹(thz)至50thz之间的频率。电磁辐射可以包括对应于宿主材料或可聚变材料或溶解在宿主材料中的可聚变材料的基波、谐波或次谐波晶格频率或表面振动频率的一个或多个频率。能量可以包括选自热量、带电粒子的动能、相干振荡和带电产物核的动力学运动的一个或多个成员。该方法还可以包括将宿主材料包含在配置为提取热量的传热材料中。所述传热材料可包括至少约1瓦特米-1开尔文-1(wm-1k-1)的热导率。热导率可为至少约1000wm-1k-1。所述传热材料可包括具有更靠近宿主材料的较高导热率区域和远离宿主材料的较低导热率区域的材料。较高热导率区域可包括多孔介质热导率材料。传热材料可以包括选自以下的一个或多个成员：碳纳米管(cnt)、单壁cnt、双壁cnt、多壁cnt、石墨、石墨烯、金刚石、氧化锆、氧化铝和氮化铝。该方法还可包括将传热材料包含在热交换流体中。该方法还可以包括使用热交换流体来驱动发电机。该方法还可以包括提供用于产生气态形式的可聚变材料的温度和压力振荡的系统，该振荡足以控制宿主材料表面处的化学活性。6.在另一方面，一种用于低能核聚变的方法可以包括：(a)在可聚变材料中催化诱导低能核聚变反应以产生能量；和(b)提取至少一部分能量。低能核聚变反应可包括一个或多个中间反应步骤。7.在另一方面，本公开内容提供了一种用于核聚变的系统，包括：(a)腔室，所述腔室包括宿主材料，所述宿主材料具有与其偶联的可聚变材料；(b)电磁辐射源，配置为在宿主材料或可聚变材料内产生振荡，所述振荡足以使可聚变材料进行核聚变反应以在腔室中产生能量；以及能量提取单元，配置为从腔室提取至少一部分能量。8.本公开内容的另一方面提供一种包括机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，所述机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行时实施上文或本文别处的任何方法。9.本公开内容的另一方面提供一种系统，所述系统包括一个或多个计算机处理器和与其耦合的计算机存储器。计算机存储器包括机器可执行代码，所述机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行时实施上文或本文别处的任何方法。10.根据以下详细描述，本公开内容的其他方面和优点对于本领域技术人员将变得显而易见，其中仅示出和描述了本公开内容的说明性实施方案。如将意识到的，本公开内容能够具有其他不同的实施方案，并且其若干细节能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都不背离本公开内容。因此，附图和描述在本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。援引并入11.本说明书中所提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度犹如具体地且单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请均通过引用而并入。如果通过引用而并入的出版物和专利或专利申请与本说明书中包含的公开内容相抵触，本说明书旨在取代和/或优先于任何此类矛盾的材料。附图说明12.本发明的新颖特征在所附权利要求书中具体阐述。通过参考以下对利用了本发明的原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述和附图(也称为“图”)，将会获得对本发明的特征和优点的更好理解，在附图中：13.图1示出了包含具有面心立方结构的钯纳米颗粒的聚变催化剂核的示例。14.图2示出了沉积在单壁碳纳米管内的聚变催化剂核的示例。15.图3示出了沉积在多壁碳纳米管内的聚变催化剂核的示例。16.图4示出了沉积在多孔陶瓷涂层内的多壁碳纳米管内的聚变催化剂核的示例。17.图5a示出了碳纳米管在平坦衬底上的生长过程的示例。18.图5b示出了在平坦结构上形成“林”状结构的长碳纳米管的示例。19.图6示出了聚变催化剂核的示例，所述聚变催化剂核包括板上的层。20.图7示出了使用聚变催化剂核的热力发电系统的示例，所述聚变催化剂核配置为产生蒸汽以驱动蒸汽涡轮机。21.图8示出了作为层沉积在热交换器表面上的聚变催化剂核的示例，所述热交换器表面配置为将热量传递给传热介质。22.图9示出了使用氘燃料和热电板的原电池设计的示例。23.图10示出了包括平板反应器的热产生系统的示例。24.图11示出了用于核聚变的方法的示例的流程图。25.图12示出了用于低能核聚变的方法的示例的流程图。26.图13示出了编程为或以其他方式配置为实施本文提供的方法的计算机控制系统。具体实施方式27.虽然本文已经示出并描述了本发明的各种实施方案，但对于本领域技术人员明显的是，这些实施方案仅以示例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员将会想到许多变化、改变和替换。应理解，可采用本文所述的本发明的实施方案的各种替代方案。28.除非另有定义，否则本文中使用的所有技术术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。如本说明书和所附权利要求书所用，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数形式。除非另有说明，否则本文中对“或”的任何引用旨在涵盖“和/或”。29.每当术语“至少”、“大于”或“大于或等于”在一系列两个或更多个数值中的第一个数值之前时，术语“至少”、“大于”或“大于或等于”适用于该系列数值中的每个数值。例如，大于或等于1、2或3等价于大于或等于1、大于或等于2，或大于或等于3。30.每当术语“不大于”、“小于”或“小于或等于”在一系列两个或更多个数值中的第一个数值之前时，术语“不大于”、“小于”或“小于或等于”适用于该系列数值中的每个数值。例如，小于或等于3、2或1等价于小于或等于3、小于或等于2，或小于或等于1。31.当值被描述为范围时，应理解，此类公开内容包括所述范围内所有可能的子范围的公开内容，以及落入所述范围内的特定数值，不管该特定数值还是特定的子范围是否被明确规定。32.如本文所用，相似的字符是指相似的元素。33.如本文所用，术语“可聚变材料”是指具有能够进行核聚变反应的原子核的任何材料。可聚变材料可以包括具有原子质量小于56原子质量单位(u)的原子核的任何材料。可聚变材料包括质子(氢-1)离子(h )或原子(h2)、氘(氢-2)离子(d )或原子(d2)、氚(氢-3)离子(t )或原子(t2)，氦-3离子(例如，3he )或原子(3he)、氦-4离子(例如，4he )或原子(4he)、锂-6离子(6li )或原子(6li)、锂-7离子(7li )或原子(7li)、硼-10离子(例如10b )或原子(10b)、硼-11离子(例如11b )或原子(11b)、碳-12离子(例如12c )或原子(12c)、碳-13离子(例如13c )或原子(13c)、氮-13离子(例如13n )或原子(13n)、氮-14离子(例如14n )或原子(14n)和氮-15离子(例如，15n )或原子(15n)等，或其任何化合物。如本文所述，可聚变材料可以经历多种核聚变反应中的任何一种。34.可聚变材料可以是单一材料(例如d2、h2)或材料的组合(例如d2和h2、d2和h2和he)。可聚变材料可以是至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多种材料的组合。可聚变材料可以是至多约10、9、8、7、6、5、4、3、2或1种材料的组合。可聚变材料可为在由前述值中的任意两个限定的范围内的多种材料的组合。材料可以以任何可能的比例组合。例如，可聚变材料可以是至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％或更多的第一可聚变材料(例如，d2)，与其余的第二可聚变材料(例如，h2)的组合。可聚变材料可以是至多约99％、98％、97％、96％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％或更少的第一可聚变材料(例如，d2)，其余为第二可聚变材料(例如，h2)。第一可聚变材料和第二可聚变材料的量可以在由前述值中的任意两个限定的范围内。例如，可聚变材料的混合物可以是10％-15％d2和90％-85％h2。可聚变材料可以作为气相提供给宿主材料。气体的压力可以随时间改变或变化。35.如本文所用，术语“核聚变反应”、“聚变反应”或“聚变”是指将一种或多种可聚变材料的两个或多个原子结合以由一种或多种可聚变材料产生一种或多种具有不同原子质量的产物的任何过程。核聚变反应可以包括但不限于以下反应中的任何一种，以及在g.r.caughlan和w.a.fowler,“thermonuclearreactionsratesv,”atomicdataandnucleardatatables40,283-334(1988)中举例说明的反应，出于所有目的，在此通过引用将其全文并入：氘 氚→氦-4 中子氘 氘→氚 质子氘 氘→氦-3 中子氘 氘→氦-4氚 氚→氦-4 2中子氘 氦-3→氦-4 质子质子 锂-6→氦-4 氦-3质子 锂-7→2氦-4质子 硼-11→3氦-4质子 质子→氘 正电子氘 质子→氦-3氦-3 氦-3→氦-4 2质子质子 碳-12→氮-13质子 碳-13→氮-14质子 氮-14→氧-15质子 氮-15→碳-12 氦-4碳-12 碳-12→钠-23 质子碳-12 碳-12→钠-20 氦-4碳-12 碳-12→镁-2436.核聚变反应可以包括涉及两种以上反应物打开衰变通道的反应，其中带电粒子带走动能而不是发射辐射，例如：h h d →3he h ꢀꢀꢀ(方程1)37.核聚变反应可以包括一系列反应，这些反应包括一个或多个中间反应(例如，不产生观察到的产物的反应)和过渡态，例如：h d d →3he2 d →4he2 h 23.8mevꢀꢀꢀ(方程2)38.核聚变反应可以产生除上面列出的核素之外的额外产物，例如光、热或粒子(例如中微子)形式的能量。核聚变反应可释放几兆电子伏特(mev)或几十兆mev的能量，其中1mev＝1.6x10-13焦耳(j)。产生热量的核聚变反应可特别适用于使用本文所述的系统和方法进行发电。39.本文所述的一种或多种核聚变反应可称为“低能核聚变反应”。与可需要可聚变材料以至少约106米每秒(m/s)的平均相对速度移动以实现核聚变反应的高温核聚变反应相比，这种低能核聚变反应可能发生在以低的相对速度(例如，在动量中心系中测量)运动的可聚变材料之间。相比之下，本文所述的低能核聚变反应可能发生在以以下相对速度运动的可聚变材料之间：至多约106m/s、9x105m/s、8x105m/s、7x105m/s、6x105m/s、5x105m/s、4x105m/s、3x105m/s、2x105m/s、105m/s、9x104m/s、8x104m/s、7x104m/s、6x104m/s、5x104m/s、4x104m/s、3x104m/s、2x104m/s、104m/s、9x103m/s、8x103m/s、7x103m/s、6x103m/s、5x103m/s、4x103m/s、3x103m/s、2x103m/s、103m/s或更小。本文所述的低能核聚变反应可以发生在以在由前述值中的任意两个限定的范围内的相对速度运动的可聚变材料之间。40.尽管本文描述为特别适用于涉及两个氘核的聚变或一个氘核和一个氢核的聚变的核聚变反应，但本文描述的系统和方法可适用于本文描述的任何核聚变反应(例如，3he核和氘核的聚变，7li核和氘核的聚变)。41.如本文所用，术语“宿主材料”、“聚变催化剂”和“聚变催化剂核”是指被构造成承载至少一种可聚变材料的任何材料。宿主材料可以通过将可聚变材料包含在或捕获在宿主材料内(例如，在宿主材料中的空腔或空置空间内)来承载可聚变材料。可聚变材料可以包含在或捕获在宿主材料中。可聚变材料可以溶解在宿主材料中。可聚变材料可以吸附到宿主材料上。可聚变材料可以化学键合到宿主材料上。42.宿主材料的尺寸或配置可以设置为承载任何量的可聚变材料。例如，宿主材料的尺寸或配置可以设置为承载至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1,000个或更多个可聚变材料的原子或离子。宿主材料的尺寸或配置可以设置为承载至多约1,000、900、800、700、600、500、400、300、200、100、90、80、70、60、50、40、30、20、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1个可聚变材料的原子或离子。宿主材料的尺寸或配置可以设置为承载在由前述值中的任意两个限定的范围内的可聚变材料的多个原子或离子。43.宿主材料可以包括一种或多种金属、金属合金、金属氢化物、金属碳化物、金属氮化物或金属氧化物。例如，宿主材料可以包括锂、铍、镁、铝、钙、钪、钛、钒、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锶、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、钡、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、铊、铅或铋金属、或其任何合金、氢化物、碳化物、氮化物或氧化物中的一种或多种。宿主材料可包含至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39或40种上述金属、或其合金、氢化物、碳化物、氮化物或氧化物。宿主材料可包含至多约40、39、38、37、36、35、34、33、32、31、30、29、28、27、26、25、24、23、22、21、20、19、18、17、16、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1种上述金属、或其合金、氢化物、碳化物、氮化物或氧化物。宿主材料可包含在由前述值中的任意两个限定的范围内的多种前述金属、或其合金、氢化物、碳化物、氮化物或氧化物。44.宿主材料可以包括颗粒。宿主材料可以包括纳米颗粒。纳米颗粒可包括至少约1纳米(nm)、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1,000nm或更大的特征尺寸(例如长度、宽度或半径)。纳米颗粒可包括至多约1,000nm、900nm、800nm、700nm、600nm、500nm、400nm、300nm、200nm、100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、10nm、9nm、8nm、7nm、6nm、5nm、4nm、3nm、2nm、1nm或更小的特征尺寸。纳米颗粒可以包括在由前述值中的任意两个限定的范围内的特征尺寸。45.如本文所用，术语“催化剂”、“催化的”和“催化地”是指加速化学、核或物理过程的装置、材料、方法和过程。例如，催化剂可以通过降低核聚变反应的活化能(例如两个原子核之间的库仑斥力)来加速本文所述的一种或多种核聚变反应，如j.schwinger在“nuclearenergyinanatomiclattice,”z.phys.d–atoms,moleculesandclusters15,221-225(1990)中所讨论的，其全文以引用方式并入本文。催化剂可以实现通过形成中间反应步骤，例如方程(2)，来选择所期望的反应产物，例如氦-4。46.在一个方面，本公开内容提供了一种用于核聚变的方法。该方法可以包括：提供包含宿主材料的腔室，所述宿主材料具有与其偶联的可聚变材料；向腔室中的宿主材料或可聚变材料提供电磁辐射以在宿主材料或可聚变材料内产生振荡，所述振荡足以使可聚变材料进行核聚变反应以在腔室中产生能量；并且从腔室中提取至少一部分能量。可在腔室中提供可聚变材料的温度和/或压力振荡以在宿主材料表面产生增加的化学活性。振荡可以是宿主材料、可聚变材料或其组合的振荡。47.图11示出了用于核聚变的方法1100的实例的流程图。48.在第一操作1110中，该方法可以包括提供包含宿主材料的腔室，所述宿主材料具有与其偶联的可聚变材料。宿主材料可包括本文所述的任何宿主材料。例如，宿主材料可包含选自以下的一个或多个成员：金属、金属氢化物、金属碳化物、金属氮化物和金属氧化物。宿主材料可以包括颗粒。宿主材料可包括纳米颗粒，例如本文所述的任何纳米颗粒。例如，宿主材料可包含一种或多种具有至多约1,000纳米(nm)的特征尺寸的颗粒。49.可聚变材料可包括本文所述的任何可聚变材料。例如，可聚变材料可以包括选自氢、氘、锂和硼的一个或多个成员。气态形式的可聚变材料的压力和/或温度可以在腔室内控制。由于来自控制器的一个或多个输入，腔室内的压力和/或温度可以改变。压力和/或温度可以以周期性方式独立地增加或减少。压力和/或温度可以至少部分地通过在聚变催化剂周围引起声压或冲击波来控制。引起声压或声波冲击波可以改变气相压力和/或温度。例如，声波冲击波可以增加可聚变气体的动能，从而提高温度。在该实例中，声波冲击波还可引起可聚变气体压力的周期性波动，从而影响气体与宿主材料的吸附动力学。50.在第二操作1120中，方法1100可以包括向腔室中的宿主材料和/或可聚变材料提供电磁辐射，以在宿主材料和/或可聚变材料内产生振荡，所述振荡足以使可聚变材料进行核聚变反应，以在腔室中产生能量。振荡可以包括宿主材料和/或可聚变材料的晶格振荡。振荡可以包括相干振荡。晶格振荡可以持续至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1,000或更多个振荡周期。晶格振荡可以持续至多约1,000、900、800、700、600、500、400、300、200、100、90、80、70、60、50、40、30、20、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1个或更少个振荡周期。晶格振荡可以持续多个振荡周期，所述周期在由前述值中的任何两个限定的范围内。相干振荡可以包括声子振荡。声子振荡可以包括谐波声子振荡。谐波声子振荡可以包括参量声子振荡。振荡可以包括非线性声子振荡。振荡可以包括空间局部化振荡。51.电磁辐射可以包括本文所述的任何电磁辐射。电磁辐射可以包括本文描述的一个或多个频率。例如，电磁辐射可以包括在1太赫兹(thz)和50thz之间的一个或多个频率。电磁辐射可以包括对应于宿主材料和/或可聚变材料的基波、谐波或次谐波晶格频率或表面振动频率的一个或多个频率。52.在第三操作1130中，方法1100可以包括从腔室中提取至少一部分能量。能量可以包括热量。可以使用本文描述的任何系统和方法来提取能量。可以使用传热机制提取能量，例如在r.w.serth和t.g.lestina“processheattransfer:principles,applicationsandrulesofthumb,”elsevierinc.第2版2014中描述的那些，其通过引用整体并入本文。53.方法1100还可以包括将宿主材料包含在配置为提取热量的传热材料中。传热材料可包括本文所述的任何传热材料。传热材料可包括本文所述的任何热导率。例如，传热材料可包括至少约1瓦特米-1开尔文-1(wm-1k-1)的热导率。传热材料可以包含选自以下的一个或多个成员：碳纳米管(cnt)、单壁cnt、双壁cnt、多壁cnt(例如，三壁cnt、四壁cnt等)、石墨、石墨烯、金刚石、氧化锆、氧化铝和氮化铝。54.方法1100还可包括将传热材料包含在热交换流体内。热交换流体可包括本文所述的任何热交换流体。55.方法1100还可包括使用热交换流体来驱动发电机或本文所述的任何其他能量转换系统。56.另一方面，本公开内容提供一种用于低能核聚变的方法。57.图12示出了用于低能核聚变的方法1200的实例的流程图。58.在第一操作1210中，方法1200可以包括在可聚变材料中催化诱导低能核聚变反应以产生能量。可聚变材料可包括本文所述的任何可聚变材料。59.在第二操作1220中，方法1200可以包括提取至少一部分能量。能量可以包括热量。可以使用本文描述的任何系统和方法来提取能量。60.方程3中所示的反应代表了氘-氘聚变的可能途径，其中d 是指带正电荷的氘核(也称为d 离子)。该反应可更可能发生在极端高温和极端高压下，例如在恒星的核中：d d →4he2 23.8mevꢀꢀꢀ(方程3)61.在较低的压力和温度下，发生方程1的反应的概率通常会非常小。高势能垒可阻止两个带正电的氘核靠得足够近，以产生核引力将两个d 离子结合并形成氦-4(4he)核，这可允许该反应仅在极端高压和高温下发生。然而，如果d原子或离子被限制在宿主材料中(例如在氢化钯金属晶格中)，宿主材料的分子振动可导致d原子或离子在局部势能最小值处振荡，即使在温度或压力显著低于方程3的反应或本文所述的任何其他核聚变反应可容易地发生的温度或压力下。在相对较低的温度下，可以向宿主材料提供外部刺激以激发宿主材料或可聚变材料的一些、多种或全部振动模式，以驱动核聚变反应(例如方程3描述的核聚变反应或本文所述的任何其他核聚变反应)。自然振荡频率附近的更高能量激发可以用指数因子热激活，所述指数因子取决于能量与温度的比率，如方程4中所述。62.此处，n(e)是具有能量e的模式的占有率，e是振动能量，k是玻尔兹曼常数，t是温度，e是自然对数的底数。通过以局部势能井的固有振动频率的次谐波或谐波相干地驱动宿主材料，相关的振荡可以被直接“泵浦”，使得d核位置的波动变得足够大(由于位置-动量不确定性原理)，导致库仑势垒减小。该库仑势垒减少使d-d核即使在相对较低的温度条件下也可以以更高的速率聚变。本文所述的系统和方法可利用聚变催化剂核，所述核将氘置于宿主材料(例如金属晶格)中，并将电磁辐射施加到该聚变催化剂核，以在显著降低的压力和温度下泵浦振动以实现方程1中描述的核聚变反应。尽管本文关于方程1的核聚变反应进行了描述，但是核聚变反应可以使用本公开内容的系统和方法来实现，例如7li h →8be→24he 17.2mev，以及核聚变反应涉及不同的氢同位素，包括氢、氘和氚或本文所述的任何其他核聚变反应。7li h →8be的聚变可为中间反应步骤的一个实例，因为8be然后分解形成观察到的2个4he核。63.低能核反应(lenr)可涉及氢同位素(如氢、氘或氚)的两个或多个原子或离子反应形成氦同位素(如氦-3或氦-4)，并伴随着以高能粒子、激发态核态或热量形式的能量的释放。在一个特定的核反应中，包含在宿主材料中(例如，溶解在钯金属晶格中)的两个氘原子或离子可以结合形成一个氦原子或离子，同时释放23.8mev的能量，如方程2所示。此类核聚变反应可视为基本上是瞬时的(即，发生在远短于1飞秒的时间尺度上)。虽然23.8mev可为小量的能量(相当于3.81x10-12焦耳)，但如果它是瞬间释放的并且热量注入少量材料中，则以热量形式释放的能量的量可使宿主材料内的局部温度大幅提高，并可导致固态结构的局部破坏甚至汽化。例如，如果单个核聚变反应向直径为100nm的钯金属区域或直径为100nm的钯纳米颗粒释放23.8mev的热量，则钯金属区域或纳米颗粒的温度可升高至大约2,600℃。如果将此热量释放到直径为10nm的钯金属区域或直径为10nm的钯纳米颗粒中，则该区域或颗粒的温度可升高至约2.6x106℃，这可足以使纳米颗粒蒸发，从而阻止后续的聚变反应的聚变速率提高。64.为了提高宿主材料的稳定性，宿主材料可以不单独位于真空中，而是可以与传热材料结合，所述传热材料可以将该热量传递给周围的物质，从而从宿主材料中除去一部分热量，这可导致较低的温升。聚变反应的催化位点65.用于聚变的位点可以包括负载有可聚变材料(例如氘形成氢化物或氘化物，例如氘化钯)的宿主材料的小颗粒。66.图1示出了包含具有面心立方结构的钯纳米颗粒100的聚变催化剂核的示例。对于构成面心立方晶格结构(fcc)的钯，粒子中心的钯原子可具有12个最近邻元素或配位数为12，或每个pd原子可具有12个最近邻元素并与这12个pd原子键合。在表面上，配位数可更小。例如，如图1所示，原子101的配位数可为8，因此可以与8个其他pd原子键合。虽然在图1中描述为包含钯，原子可以包含本文所述的任何宿主材料。其他表面原子可具有类似的低配位数。具有较低配位数的原子可不太紧密，因此可更容易振动。如本文所述，负载有可聚变材料(例如氘)的pd可以用辐射源激发以激发宿主材料原子和可聚变材料原子或离子的振动。在一些实施方案中，宿主材料可包括纳米颗粒。纳米颗粒可以包括核-壳纳米颗粒、核-多壳纳米颗粒(例如，核-壳-壳纳米颗粒)、合金纳米颗粒或金属间纳米颗粒。纳米颗粒可以包含多个具有低配位数的原子并且可以在更大或更小的程度上受到影响，并且有助于驱动方程1中描述的反应或本文描述的任何其他核聚变反应。由于局部能量释放可以非常大，因此这种纳米颗粒可以包含在传热材料中，如本文所述。无定形或双金属合金纳米颗粒可为多种晶型缺陷的宿主，这些晶型缺陷可进一步作为可聚变材料的原子或离子的吸引中心，从而以大振幅聚集和振荡。67.在一些实施方案中，宿主材料纳米颗粒100(此处可替代地称为聚变催化剂核)可制造并随后使用传热材料涂覆、放置在传热材料内或被传热材料包围。传热材料可包括高导热率。传热材料可包括至少约1瓦特米-1开尔文-1(wm-1k-1)、2wm-1k-1、3wm-1k-1、4wm-1k-1、5wm-1k-1、6wm-1k-1、7wm-1k-1、8wm-1k-1、9wm-1k-1、10wm-1k-1、20wm-1k-1、30wm-1k-1、40wm-1k-1、50wm-1k-1、60wm-1k-1、70wm-1k-1、80wm-1k-1、90wm-1k-1、100wm-1k-1、200wm-1k-1、300wm-1k-1、400wm-1k-1、500wm-1k-1、600wm-1k-1、700wm-1k-1、800wm-1k-1、900wm-1k-1、1,000wm-1k-1、2,000wm-1k-1、3,000wm-1k-1、4,000wm-1k-1、5,000wm-1k-1、6,000wm-1k-1、7,000wm-1k-1、8,000wm-1k-1、9,000wm-1k-1、10,000wm-1k-1或更高的热导率。传热材料可包括至多约10,000wm-1k-1、9,000wm-1k-1、8,000wm-1k-1、7,000wm-1k-1、6,000wm-1k-1、5,000wm-1k-1、4,000wm-1k-1、3,000wm-1k-1、2,000wm-1k-1、1,000wm-1k-1、900wm-1k-1、800wm-1k-1、700wm-1k-1、600wm-1k-1、500wm-1k-1、400wm-1k-1、300wm-1k-1、200wm-1k-1、100wm-1k-1、90wm-1k-1、80wm-1k-1、70wm-1k-1、60wm-1k-1、50wm-1k-1、40wm-1k-1、30wm-1k-1、20wm-1k-1、10wm-1k-1、9wm-1k-1、8wm-1k-1、7wm-1k-1、6wm-1k-1、5wm-1k-1、4wm-1k-1、3wm-1k-1、2wm-1k-1、1wm-1k-1或更低的热导率。传热材料可以包括在由前述值中的任意两个限定的范围内的热导率。一些材料的热导率如表1所示。表1.所选材料的热导率。表1.所选材料的热导率。68.将宿主材料的颗粒嵌入传热材料(例如碳化物、氮化物或氧化物，例如氧化锆、氧化铝或氮化铝)中可以提供一些用于散热的途径。其他传热材料(例如金刚石、石墨烯或碳纳米管(cnt))可以提供显著更高的途径来分布热量并降低局部热点温度。具体而言，在cnt内部的宿主材料纳米颗粒中进行聚变反应可以沿着cnt的长度快速传导热量，并将该热量消散到周围介质(例如氧化物或传热流体)，其中cnt嵌入在周围介质中。69.在一些实施方案中，宿主材料的小颗粒(例如图1中所示的)可以至少部分地沉积在cnt内。在一些实施方案中，宿主材料可以至少部分地沉积在梯度导热构造内。梯度导热构造可以在宿主材料周围具有高导热率，所述宿主材料本身被具有较低导热率的不同材料包围。例如，纳米颗粒宿主可以沉积在cnt内，所述cnt本身沉积在多孔介质导热材料内。传热材料可包括具有更靠近宿主材料的较高导热率区域和远离宿主材料的较低导热率区域的材料。传热材料可包括至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多种相互热接触的材料。传热材料可包括至多约10、9、8、7、6、5、4、3、2、1或更少的相互热接触的材料。传热材料可以包括在由前述值中的任意两个限定的范围内的相互热接触的多种材料。较高热导率区域可包括多孔介质热导率材料(例如，多孔氧化物材料)。70.图2示出了包括沉积在单壁碳纳米管内的聚变催化剂核的系统200的示例。宿主材料纳米颗粒100可以沉积在单壁cnt202内。cnt的一端或两端开口，以允许反应物进入宿主材料纳米颗粒。可替代地，cnt的两端都可以闭合。一种或多种宿主材料纳米颗粒100可位于cnt内，并沿其长度定位或靠着碳纳米管壁分布。在一些实施方案中，宿主材料纳米颗粒可以沉积在cnt的外部。沉积在cnt外部的宿主材料纳米颗粒也可以作为聚变催化剂核，这种纳米颗粒可以受益于cnt的高导热性。所述cnt可以是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管(mwcnt)。71.图3示出了包括沉积在多壁碳纳米管内的聚变催化剂核的系统300的示例。聚变催化剂核100可以位于mwcnt结构内，内部碳纳米管301被外部碳纳米管302包围。内部碳纳米管301和外部碳纳米管302可以类似于本文所述的任何碳纳米管。同样，mwcnt的一端或两端可开口，以允许反应物进入。可替代地，mwcnt的两端都可以闭合。其中包含宿主材料纳米颗粒的碳纳米管(如图2和图3所示)可以单独用作悬浮在流动的传热材料中的聚变催化剂，如本文所述。72.如本文所述，聚变催化剂可包含在填充床反应器内，传热材料流经该反应器，使得聚变催化剂中产生的热量可从反应器床中运出至可将热量用于某种目的(例如，驱动发电机或涡轮机)的位置。可替代地或组合地，聚变催化剂可以包括悬浮在传热材料中的颗粒，并且可以流经反应器区到热交换区，在所述热交换区热量可以从流动的介质中提取出，并且悬浮的催化剂可以返回到反应器，在所述反应器中可发生进一步的核聚变反应。73.碳纳米管的尺寸范围可为内径为至少约1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm或更大。碳纳米管可包含内径为至多约100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、10nm、9nm、8nm、7nm、6nm、5nm、4nm、3nm、2nm、1nm或更小。碳纳米管可包括在由前述值中的任意两个限定的范围内的内径。碳纳米管可以是单壁设计或多壁设计，其中一个或多个纳米管位于较大的纳米管内，如管内的管。宿主材料纳米颗粒可位于单壁纳米管内部，或位于多壁纳米管的最内侧碳纳米管内部，或位于构成多壁纳米管的一个或多个纳米管的壁之间。碳纳米管的末端可以是开口的；换言之，管的一端或两端都可以像开口管一样开口。74.聚变催化剂核的操作可以使用周围的纳米结构(例如多壁碳纳米管)来保持。嵌入在热传输不足的碳纳米管(例如特别短的cnt)内部的宿主材料纳米颗粒可受到局部放热(来自可聚变材料的核聚变反应)，所述局部放热可使宿主材料纳米颗粒加热或熔化。这可以允许捕获在宿主材料纳米颗粒中的核聚变产物(例如氦-3或氦-4)逃逸，从而避免核聚变产物的积累，同时进一步防止宿主材料纳米颗粒的聚集。这可以允许在熔化事件之后纳米颗粒在cnt内重构，并允许聚变催化剂核继续运行。可替代地或组合地，单个cnt或多个同心mwcnt，每个具有短的或长的cnt长度，可用于在核聚变反应期间改变聚变催化剂核温度，从而允许改进或优化的温升或改进或优化的最高温度。cnt内的纳米颗粒可以如j.p.tessonnier等人在“pdnanoparticlesintroducedinsidemulti-walledcarbonnanotubesforselectivehydrogenationofcinnamaldehyeintohydrocinnamaldehyde,”appliedcatalysisa:general288,203-210(2005)中所描述的进行合成，其全文以引用方式并入本文。包含在陶瓷内的催化位点75.图4示出了包括沉积在多孔陶瓷涂层内的多壁碳纳米管内的聚变催化剂核的系统400的示例。宿主材料纳米颗粒100可以沉积在碳纳米管401内(其可以类似于本文描述的任何碳纳米管，例如本文关于图2或图3描述的任何碳纳米管)，并且该结构可以嵌入陶瓷材料(例如多孔陶瓷材料)402内。一个或多个包含一个或多个聚变催化剂核的cnt或mwcnt单元可以位于这样的陶瓷材料，如束或棒状结构内。陶瓷结构可以与碳纳米管材料具有良好的热传递接触，并且陶瓷结构可以具有高热容和导热率。例如，陶瓷可具有本文所述的任何热导率。多孔陶瓷结构可具有孔结构，其中孔的尺寸允许可聚变材料(例如氘)接近cnt和宿主材料纳米颗粒。释放到聚变催化剂核中的热量可以有效地将可聚变材料的核聚变产生的热量传递到cnt或mwcnt，这可以有效地沿着cnt或mwcnt的长度传递热量，并将其传递至围绕cnt或mwcnt的陶瓷材料。具有高热导率的单壁cnt在沿其长度传递热量并将热量传递到周围介质方面可以非常有效。多壁cnt甚至可以更好，因为嵌套的mwcnt在传递宿主材料颗粒中产生的热量方面可以更有效。平板型聚变催化剂结构76.图5a示出了碳纳米管在平坦衬底上的生长过程的示例。平板催化剂结构500可由板501形成。催化剂结构可包括一种材料，在所述材料上cnt或mwcnt502(其可类似于本文所述的任何碳纳米管，例如本文关于图2、图3或图4所述的任何碳纳米管)生长为长线性结构，其可称为在平板501上生长的cnt“林”(如图5b中所示)。cnt或mwcnt林可具有沉积在cnt502内的宿主材料纳米颗粒，如本文所述(例如，关于图2、图3或图4所述)。在核聚变反应期间，聚变催化剂核处产生的热量可沿cnt传导并传递到平板501。77.图6示出了包括聚变催化剂核的系统600的示例，所述聚变催化剂核包括板上的层。高导热性支撑块或金属板601可以具有施加到一侧或两侧的薄涂层602。薄涂层602可以包含分散在陶瓷中的聚变催化剂，所述陶瓷施加到板601上，很像载体涂层或油漆层。聚变催化剂可以是单独的宿主材料纳米颗粒(例如，如图1所示)、分散在陶瓷或其他多孔材料中的宿主材料纳米颗粒，或位于cnt或mwcnt中的宿主材料纳米颗粒(例如，如图2和图3所示)。如本文所述，可以选择涂层的组成以具有高导热性，以帮助将热量从聚变催化剂传导出，并传导到板结构中。聚变催化剂的操作78.在操作中，关于图1、图2和图3描述的聚变催化剂核可以暴露于可聚变材料。例如，聚变催化剂核可暴露于氘气d2、氢气h2或其组合。d2、h2或其组合可以溶解到宿主材料(例如pd金属)中，并且可以作为d和/或h原子或离子存在于宿主材料的间隙空间中(例如在pd金属的间隙空间中)。聚变催化剂核可暴露于其他可聚变材料(例如，3he、7be)。所述可聚变材料可以是气体、液体、溶剂化物或固体。可以控制气体的温度和压力以增加或减少宿主材料表面处溶解的可聚变材料的浓度。例如，提高温度和降低压力可用于从宿主材料解吸可聚变材料。然后可以用来自电磁辐射源的电磁辐射激发含有可聚变材料的宿主材料，以非相干、半相干或相干的方式驱动纳米颗粒中的声子并诱导核聚变反应，例如方程1中描述的反应或本文描述的任何其他核聚变反应。该电磁辐射源可选择为激发聚变催化剂核中的声子，并且可调谐为发射具有激发声子的频率的电磁辐射。79.电磁辐射源可以包括激光器、灯、发光二极管(led)或太赫兹(thz)光源或具有或不具有光谱选择滤波器的宽带光源。光束几何形状或直径可以用扩束器优化以覆盖最大的聚变催化剂表面积。80.电磁辐射源可以包括一个或多个太赫兹(thz)源。电磁辐射源可以包括一个或多个光源，例如一个或多个激光源。电磁辐射源可以包括一个或多个量子级联激光源。电磁辐射源可配置为发射包括一个或多个至少约1thz、2thz、3thz、4thz、5thz、6thz、7thz、8thz、9thz、10thz、20thz、30thz、40thz、50thz、60thz、70thz、80thz、90thz、100thz或更大频率的电磁辐射。电磁辐射源可配置为发射包括一个或多个至多约100thz、90thz、80thz、70thz、60thz、50thz、40thz、30thz、20thz、10thz、9thz、8thz、7thz、6thz、5thz、4thz、3thz、2thz、1thz或更小频率的电磁辐射。电磁辐射源可配置为发射包括一个或多个在由前述值中的任意两个限定的范围内的频率的电磁辐射。例如，电磁辐射源可配置为发射包括一个或多个在约1thz至约60thz、约1thz至约55thz、约1thz至约50thz、约20thz至约60thz、约20thz至约55thz、约20thz至约50thz、约20thz至约45thz、约25thz至约60thz、约25thz至约55thz或约25thz至约50thz范围内的频率的电磁辐射。电磁辐射源可以包括一个或多个宽带光源，例如一个或多个发光二极管(led)。宽带光源可以被过滤以发射具有本文描述的一个或多个频率的电磁辐射。81.电磁辐射源可配置为发射包括一个或多个频率的电磁辐射，所述频率对应于可聚变材料良好感受的局部势能的固有频率的谐波或次谐波。在一些情况下，电磁辐射源可配置为发射包括一个或多个频率的电磁辐射，所述频率对应于宿主材料内部或表面上的可聚变材料的振动频率的两倍。通过中子散射实验可以确定各种含有可聚变材料的宿主材料的可聚变材料振动频率(如氘振动频率)。其他对晶格振动敏感的探针(例如拉曼光谱)可用于通过观察与可聚变材料振动相关的共振来确定所述频率。热能转换82.图7示出了使用聚变催化剂核的热力发电系统700的示例，所述聚变催化剂核配置为产生蒸汽以驱动蒸汽涡轮机。聚变催化剂701可以包含在填充床反应器702中。聚变催化剂可以是丸粒或珠粒的形式，如本文所述(例如，关于图4)。这些丸粒或珠粒可以允许含有可聚变材料的热交换流体(例如含有氘气d2、h2或其组合的热交换流体)流过聚变催化剂床，从聚变催化剂提取热量并加热传热材料。随着热交换流体中d2、h2或其组合的分压降低，可将其补充至所需分压范围，并可清除任何核聚变产物(例如氦-3或氦-4)。图7所示的系统示出了在热交换锅炉703中通过热交换利用的热量以及用于驱动蒸汽涡轮机704和发电机706的蒸汽。可以采用利用热量的替代方法。可替代地或组合地，聚变催化剂701可包括开放通道或通道状结构，其中聚变催化剂涂覆在开放通道结构的表面上。电磁辐射源705可以激发(例如，通过发射本文所述的任何电磁辐射)聚变催化剂核以引起聚变反应。在这种设计中，反应器壁和聚变催化剂床的材料对电磁辐射可以是完全或部分可穿透的，从而辐射可以到达聚变催化剂核，以诱导聚变反应。尽管参考h2、d2或其组合进行了描述，但可聚变材料可为如本文所述的任何可聚变材料。83.可替代地或组合地，聚变催化剂可以分散为悬浮在传热流体中的小颗粒，使得聚变催化剂可以随着传热流体运动。这可以允许反应器部分702由对电磁辐射具有高透射率的材料构成。此外，反应器702可以设计成使其具有面向电磁辐射源705的大表面积，这可以允许聚变催化剂核良好地暴露于电磁辐射。传热流体也可以被可聚变材料(例如氘气d2、h2或其组合)饱和，并且分压保持在目标值。可替代地或组合地，d2气或与其他气态组分混合(例如，与h2气混合)的d2气可用作传热流体，其中聚变催化剂悬浮在气流中并随气流流动。这可具有对电磁辐射具有高透射率的优点。84.图8示出了包括聚变催化剂核的反应器的示例，所述核聚变催化剂核作为层沉积在热交换器表面上，所述热交换器配置为将热量传递给热传递介质。反应器800可以包括聚变催化剂801作为固定到具有高导热率的固体板状结构802的层。该固体结构802可以将热量从聚变催化剂层801传导到热交换部分803，热交换介质804可流动通过该热交换部分803。d2气、h2气或其组合可以通过通道805提供，并且可以流过聚变催化剂层801。通道805的一侧可以由对于由电磁辐射源807(其可类似于本文所述的任何电磁辐射源)提供的电磁辐射具有高透射率的材料806组成。聚变催化剂层可由分散在陶瓷介质中的宿主材料纳米颗粒、分散在陶瓷介质中的cnt或mwcnt内部的宿主材料纳米颗粒(例如，如图4所示)、cnt或mwcnt内部生长为林的宿主材料纳米颗粒(例如，如图5所示)。85.图10示出了包括平板反应器的热产生系统的示例。反应器1000可以包括平板型反应器(在图10中的横截面中示出)，其中平板1001和1002分开以形成平的罐状反应器腔室1003。罐结构的内表面1004和1005可涂覆有反射镜材料，所述反射镜材料可以对由电磁辐射源1007(其可以类似于本文所述的任何电磁辐射源)产生的电磁辐射1006具有高反射率。反应器腔室1003的一端可由入口窗1008形成，该入口窗1008对电磁辐射1006可具有高透射率。反应器腔室1003的另一端可由镜面1009形成，该镜面1009可具有与涂覆到内表面1004和1005的涂层相类似的涂层，并且可以将电磁辐射1006反射回通道1003中。矩形腔室1003可以形成反应器，包含在热交换流体中的聚变催化剂材料可以流动通过该反应器，所述热交换流体可在反应器入口处流入通过管道1010并从出口1011流出。热交换流体可以是气体(例如d2、h2)、气体混合物(例如d2和h2的混合物)、含有聚变催化剂的气体，所述聚变催化剂以细小的固体形式分散在该气相中(例如，pd纳米颗粒分散在气体中的d2气体)，或含有聚变催化剂的液体，其中所述聚变催化剂与可聚变反应物一起悬浮在所述液体中(例如，溶解有h2和d2的乙醚并且pd纳米颗粒悬浮在其中)。该热交换流体可以通过聚变反应加热，所述聚变反应在反应器腔室中由聚变催化剂上的电磁辐射激发。热的热交换介质可以流动通过热交换器1012，然后流回反应器中。可以从热交换器提取热量以用于有用的目的。聚变催化剂可包括在cnt或mwcnt类型材料内部含有聚变催化剂核的细小颗粒或本文所述的任何其他形式。可替代地或组合地，聚变催化剂核可以包含在以长纤形式生长在镜面1004和1005上的cnt或mwcnt中。透明窗可以包括有机聚合物，例如聚乙烯。86.尽管在图10中描述为包括平板型反应器，反应器1000可以包括任何可能的几何形状。可以选择几何形状以增加或优化宿主材料和/或可聚变材料对电磁辐射的暴露和/或减少或最小化损失。例如，反应器1000可以包括圆柱形、球形、多面体、立方体、直角棱柱、棱锥或其他形式。87.可以使用各种热力学方法提取由本文所述的核聚变反应提供的热量以用于有用的目的。例如，可以使用各种热力学循环(例如斯特林循环(stirlingcycle)、布雷敦循环(braytoncycle)或兰金循环(rankinecycle))提取热量。热量可用于使用活塞、涡轮机、蒸汽机或任何其他能量转换装置产生线性或旋转能量。通过应用吸收式制冷循环，热量可用于制冷。原电池设计88.图9示出了使用氘燃料和热电板的原电池设计的示例。在该配置900中，热电发电机901可配置为向负载902产生电力。热电发电机的一侧可以涂覆有聚变催化剂903。聚变催化剂可以在结构901的表面上的涂层内。聚变催化剂可以是在结构901的表面上生长的碳纳米管林。连接到热电发电机901的所述林可以提供从聚变催化剂到热电发电机901的热传递。聚变催化剂903可包含在904的外壳内。结构907可以基本上是气密的，并且可以具有至少一个侧面909，所述侧面909包括一个或多个窗口结构，所述窗口结构对由电磁辐射源905(其可以类似于本文描述的任何电磁辐射源)的声子激发电磁辐射具有良好的透射率。可以提供d2气、h2气或其组合的源906，以通过阀908将d2、h2或其组合保持在聚变催化剂903上的基本恒定的分压下。热电板的冷侧911可以被环境空气或流过该表面的冷却传热介质冷却。d2、h2或其组合的分压可由传感器测量或从热电装置的电压输出估算。可替代地或组合地，氘和/或氢可以作为氢化物存储在氢化物存储材料中，并且d2、h2或其组合的分压可以通过加热该氢化物来控制。可以通过吹扫腔室907以除去诸如氦-3、氦-4的产物或其他产物并再装入d2、h2或其组合而周期性地使电池再充电。电池可以与常规电化学电池(例如铅酸电池、锂离子电池)耦合，所述电化学电池在连接到负载的同时被涓流充电以连续再充电。例如，可以将电池连接到使用来自电池的电力突发的负载上，聚变催化剂可以向电池提供少量电流以保持充电。在该实例中，电池的存在可以帮助减轻在负载强度尖峰期间快速增加和减少聚变反应的需要。热电发电机的至少一侧可以涂覆有半导体层910。半导体层910可以将核聚变产物的动能直接转化为电能。动能的转换可以通过电子散射机制、电离机制(例如，带电粒子留下由动能转移产生的激发电子和/或空穴的踪迹)等而实现。例如，在聚变反应中产生的带电氦核具有1mev的动能，可以通过与膜的非弹性相互作用在钙钛矿薄膜中产生多个激发的电子-空穴对，然后可以将其提取为电能。计算机系统89.图13示出了计算机系统1301，其编程为或以其他方式配置为运行本文所述的任何方法或系统(例如用于核聚变的任何方法或系统或本文所述的用于低能核聚变的任何方法或系统)。计算机系统1301可以调节本公开内容的各个方面。计算机系统1301可以是用户的电子设备或相对于电子设备位于远程的计算机系统。电子设备可以是移动电子设备。90.计算机系统1301包括中央处理单元(cpu，在此也称为“处理器”和“计算机处理器”)1305，其可以是单核或多核处理器，或用于并行处理的多个处理器。计算机系统1301还包括存储器或存储器位置1310(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪存)、电子存储单元1315(例如，硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口1320(例如，网络适配器)和外围设备1325(例如高速缓存、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器)。存储器1310、存储单元1315、接口1320和外围设备1325通过通信总线(实线)(如，母板)与cpu1305通信。存储单元1315可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据储存库)。计算机系统1301可以在通信接口1320的帮助下有效地耦合至计算机网络(“网络”)1330。网络1330可以是因特网、互联网和/或外联网、或内联网和/或与因特网通信的外联网。在一些情况下，网络1330是电信和/或数据网络。网络1330可以包括一个或多个计算机服务器，其可以实现分布式计算，例如云计算。在一些情况下，在计算机系统1301的帮助下，网络1330可以实现对等网络，其可以使耦合至计算机系统1301的设备充当客户端或服务器。91.cpu1305可以执行一系列机器可读指令，这些指令可以体现在程序或软件中。指令可以存储在存储器位置(如存储器1310)中。指令可以指向cpu1305，cpu1305可以随后对cpu1305进行编程或以其他方式进行配置以执行本公开内容的方法。由cpu1305执行的操作实例可以包括读取、解码、执行和写回。92.cpu1305可以是电路(例如集成电路)的一部分。系统1301的一个或多个其他组件可以包括在电路中。在一些情况下，该电路是专用集成电路(asic)。93.存储单元1315可以存储文件，例如驱动器、库和保存的程序。存储单元1315可以存储用户数据，例如用户偏好和用户程序。在一些情况下，计算机系统1301可以包括一个或多个位于计算机系统1301外部(例如位于通过内联网或因特网与计算机系统1301通信的远程服务器上)的附加数据存储单元。94.计算机系统1301可以通过网络1330与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统1301可以与用户的远程计算机系统通信。远程计算机系统的实例包括个人计算机(例如便携式pc)、平板电脑或板式电脑(例如ipad、galaxytab)、电话、智能手机(例如，iphone、支持android的设备、)或个人数字助理。用户可以通过网络1330访问计算机系统1301。95.本文所述的方法可以通过存储在计算机系统1301的电子存储位置(例如存储器1310或电子存储设备上单元1315)上的机器(例如，计算机处理器)可执行代码来执行。机器可执行代码或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用期间，代码可由处理器1305执行。在一些情况下，代码可从存储单元1315中检索并存储在存储器1310中以供处理器1305随时访问。在一些情况下，可以排除电子存储单元1315，并且机器可执行指令存储在存储器1310上。96.代码可预编译并且配置以与具有适于执行代码的处理器的机器一起使用，或可以在运行期间编译。代码可以以编程语言提供，可以选择编程语言以使代码以预编译或即时编译(as-compiled)的形式执行。97.本文提供的系统和方法的各方面，例如计算机系统1301，可以体现在编程中。本技术的各方面可以认为是“产品”或“制品”，其一般为携带在或体现在一种机器可读介质上的机器(或处理器)可执行代码和/或相关联数据的形式。机器可执行代码可以存储在电子存储单元上，例如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪存)或硬盘上。“存储”型介质可以包括计算机的任何或全部有形存储器、处理器等，或其相关联模块，例如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，其可在任何时间为软件编程提供非暂时性存储。有时，软件的全部或部分可以通过因特网或各种其他电信网络进行通信。所述通信例如可以使软件从一个计算机或处理器加载到另一个计算机或处理器，例如，从管理服务器或主计算机加载到应用服务器的计算机平台。因此，可以承载软件元件的另一种类型的介质包括光波、电波和电磁波，例如跨越本地设备之间的物理接口、通过有线和光学陆线网络以及通过各种空中链路使用。携带诸如有线或无线链路、光学链路等这种波的物理元件，也可以认为是承载软件的介质。如本文所用，除非限于非暂时性有形“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”等的术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。98.因此，诸如计算机可执行代码等机器可读介质可以采用多种形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，例如任何计算机中的任何存储设备等，例如可以用于实现附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，诸如这种计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴缆线；铜线和光纤，包括构成计算机系统内总线的线。载波传输介质可以采取电信号或电磁信号或声波或光波的形式，诸如在射频(rf)和红外(ir)数据通信期间产生的那些。因此，常见形式的计算机可读介质包括例如：软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、cd-rom、dvd或dvd-rom、任何其他光学介质、穿孔卡片纸带、具有孔洞图案的任何其他物理存储介质、ram、rom、prom和eprom、flash-eprom、任何其他存储器芯片或匣盒、传送数据或指令的载波、传送此类载波的缆线或链路、或计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。许多这些形式的计算机可读介质可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携带至处理器以供执行。99.计算机系统1301可以包括电子显示器1335或可与电子显示器1335通信，电子显示器1335包括用户界面(ui)1340。ui的示例包括但不限于图形用户界面(gui)和基于网络的用户界面。100.可以通过一种或多种算法来实现本公开内容的方法和系统。算法可以在由中央处理单元1305执行时通过软件实现。该算法可以例如使用来自核聚变的能量来指导发电，或使用来自低能核聚变的能量来指导发电。101.尽管本文已经示出和描述了本发明的优选实施方案，但是对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施方案仅以示例的方式提供。并非意图通过说明书中提供的具体实例来限制本发明。尽管已经参考前述说明书描述了本发明，但是本文中的实施方案的描述和图示并不意指以限制性的意义进行解释。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现在会想到许多变化、改变和替换。此外，应理解，本发明的所有方面不限于本文所阐述的具体描述、构造或相对比例，其取决于各种条件和变量。应理解，本文所述的本发明的实施方案的各种替代方案可用于实施本发明。因此，可预期本发明还应涵盖任何这样的替代方案、修改、变化或等同形式。旨在由以下权利要求限定本发明的范围，并且由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同形式。当前第1页12当前第1页12
背景技术：
：：2.现有的用于动力或热量，或用于将热量转化为有用能量的方法可在一个或多个方面存在缺陷。例如，所述方法可能效率低下、能量密度低、使用不丰富的燃料供应或对社会产生有害影响，例如通过排放二氧化碳、放射性副产品或其他污染物或构成武器扩散风险。技术实现要素：3.本文认识到需要使用核聚变反应以有效方式提供动力或热量，或将热量转化为有用能量的方法和系统。4.本公开内容提供用于核聚变的方法和系统。该方法和系统可以利用宿主材料(例如金属纳米颗粒)来承载(host)可聚变材料(例如氘)。可以用电磁辐射照射宿主材料和/或可聚变材料，所述电磁辐射在宿主材料和/或可聚变材料中引发声子振动。声子振动可以屏蔽可聚变材料核之间的库仑斥力，从而即使在相对低的温度和压力下也能提高核聚变的速率。所述方法和系统可以引起提供动力或热量的核聚变反应。热量可以转化为有用的能量。5.在一个方面，本公开内容提供了一种用于核聚变的方法，其包括：(a)提供包含宿主材料的腔室，所述宿主材料具有与其偶联的可聚变材料；(b)向腔室中的宿主材料或可聚变材料提供电磁辐射，以在宿主材料或可聚变材料内产生振荡，所述振荡足以使可聚变材料进行核聚变反应，以在腔室中产生能量；和(c)从腔室中提取至少一部分能量。宿主材料可包含选自以下的一个或多个成员：金属、金属氢化物、金属碳化物、金属氮化物和金属氧化物。宿主材料可包含一种或多种具有至多约1,000纳米(nm)的特征尺寸的颗粒。可聚变材料可以包含选自以下的一个或多个成员：氢、氘、锂和硼。振荡可以包括一个或多个选自宿主材料和可聚变材料的成员的晶格振荡。晶格振荡可以包括相干振荡。晶格振荡可以持续至少约一个振荡周期。相干振荡可以包括声子振荡。声子振荡可以包括谐波声子振荡。声子振荡可以包括参量声子振荡。相干振荡可以包括非线性声子振荡。相干振荡可以包括空间局部化振荡。电磁辐射可以包括一个或多个在1太赫兹(thz)至50thz之间的频率。电磁辐射可以包括对应于宿主材料或可聚变材料或溶解在宿主材料中的可聚变材料的基波、谐波或次谐波晶格频率或表面振动频率的一个或多个频率。能量可以包括选自热量、带电粒子的动能、相干振荡和带电产物核的动力学运动的一个或多个成员。该方法还可以包括将宿主材料包含在配置为提取热量的传热材料中。所述传热材料可包括至少约1瓦特米-1开尔文-1(wm-1k-1)的热导率。热导率可为至少约1000wm-1k-1。所述传热材料可包括具有更靠近宿主材料的较高导热率区域和远离宿主材料的较低导热率区域的材料。较高热导率区域可包括多孔介质热导率材料。传热材料可以包括选自以下的一个或多个成员：碳纳米管(cnt)、单壁cnt、双壁cnt、多壁cnt、石墨、石墨烯、金刚石、氧化锆、氧化铝和氮化铝。该方法还可包括将传热材料包含在热交换流体中。该方法还可以包括使用热交换流体来驱动发电机。该方法还可以包括提供用于产生气态形式的可聚变材料的温度和压力振荡的系统，该振荡足以控制宿主材料表面处的化学活性。6.在另一方面，一种用于低能核聚变的方法可以包括：(a)在可聚变材料中催化诱导低能核聚变反应以产生能量；和(b)提取至少一部分能量。低能核聚变反应可包括一个或多个中间反应步骤。7.在另一方面，本公开内容提供了一种用于核聚变的系统，包括：(a)腔室，所述腔室包括宿主材料，所述宿主材料具有与其偶联的可聚变材料；(b)电磁辐射源，配置为在宿主材料或可聚变材料内产生振荡，所述振荡足以使可聚变材料进行核聚变反应以在腔室中产生能量；以及能量提取单元，配置为从腔室提取至少一部分能量。8.本公开内容的另一方面提供一种包括机器可执行代码的非暂时性计算机可读介质，所述机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行时实施上文或本文别处的任何方法。9.本公开内容的另一方面提供一种系统，所述系统包括一个或多个计算机处理器和与其耦合的计算机存储器。计算机存储器包括机器可执行代码，所述机器可执行代码在由一个或多个计算机处理器执行时实施上文或本文别处的任何方法。10.根据以下详细描述，本公开内容的其他方面和优点对于本领域技术人员将变得显而易见，其中仅示出和描述了本公开内容的说明性实施方案。如将意识到的，本公开内容能够具有其他不同的实施方案，并且其若干细节能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都不背离本公开内容。因此，附图和描述在本质上被认为是说明性的，而不是限制性的。援引并入11.本说明书中所提及的所有出版物、专利和专利申请均通过引用并入本文，其程度犹如具体地且单独地指出每个单独的出版物、专利或专利申请均通过引用而并入。如果通过引用而并入的出版物和专利或专利申请与本说明书中包含的公开内容相抵触，本说明书旨在取代和/或优先于任何此类矛盾的材料。附图说明12.本发明的新颖特征在所附权利要求书中具体阐述。通过参考以下对利用了本发明的原理的说明性实施方案加以阐述的详细描述和附图(也称为“图”)，将会获得对本发明的特征和优点的更好理解，在附图中：13.图1示出了包含具有面心立方结构的钯纳米颗粒的聚变催化剂核的示例。14.图2示出了沉积在单壁碳纳米管内的聚变催化剂核的示例。15.图3示出了沉积在多壁碳纳米管内的聚变催化剂核的示例。16.图4示出了沉积在多孔陶瓷涂层内的多壁碳纳米管内的聚变催化剂核的示例。17.图5a示出了碳纳米管在平坦衬底上的生长过程的示例。18.图5b示出了在平坦结构上形成“林”状结构的长碳纳米管的示例。19.图6示出了聚变催化剂核的示例，所述聚变催化剂核包括板上的层。20.图7示出了使用聚变催化剂核的热力发电系统的示例，所述聚变催化剂核配置为产生蒸汽以驱动蒸汽涡轮机。21.图8示出了作为层沉积在热交换器表面上的聚变催化剂核的示例，所述热交换器表面配置为将热量传递给传热介质。22.图9示出了使用氘燃料和热电板的原电池设计的示例。23.图10示出了包括平板反应器的热产生系统的示例。24.图11示出了用于核聚变的方法的示例的流程图。25.图12示出了用于低能核聚变的方法的示例的流程图。26.图13示出了编程为或以其他方式配置为实施本文提供的方法的计算机控制系统。具体实施方式27.虽然本文已经示出并描述了本发明的各种实施方案，但对于本领域技术人员明显的是，这些实施方案仅以示例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员将会想到许多变化、改变和替换。应理解，可采用本文所述的本发明的实施方案的各种替代方案。28.除非另有定义，否则本文中使用的所有技术术语具有与本发明所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。如本说明书和所附权利要求书所用，除非上下文另有明确说明，否则单数形式“一个”、“一种”和“所述”包括复数形式。除非另有说明，否则本文中对“或”的任何引用旨在涵盖“和/或”。29.每当术语“至少”、“大于”或“大于或等于”在一系列两个或更多个数值中的第一个数值之前时，术语“至少”、“大于”或“大于或等于”适用于该系列数值中的每个数值。例如，大于或等于1、2或3等价于大于或等于1、大于或等于2，或大于或等于3。30.每当术语“不大于”、“小于”或“小于或等于”在一系列两个或更多个数值中的第一个数值之前时，术语“不大于”、“小于”或“小于或等于”适用于该系列数值中的每个数值。例如，小于或等于3、2或1等价于小于或等于3、小于或等于2，或小于或等于1。31.当值被描述为范围时，应理解，此类公开内容包括所述范围内所有可能的子范围的公开内容，以及落入所述范围内的特定数值，不管该特定数值还是特定的子范围是否被明确规定。32.如本文所用，相似的字符是指相似的元素。33.如本文所用，术语“可聚变材料”是指具有能够进行核聚变反应的原子核的任何材料。可聚变材料可以包括具有原子质量小于56原子质量单位(u)的原子核的任何材料。可聚变材料包括质子(氢-1)离子(h )或原子(h2)、氘(氢-2)离子(d )或原子(d2)、氚(氢-3)离子(t )或原子(t2)，氦-3离子(例如，3he )或原子(3he)、氦-4离子(例如，4he )或原子(4he)、锂-6离子(6li )或原子(6li)、锂-7离子(7li )或原子(7li)、硼-10离子(例如10b )或原子(10b)、硼-11离子(例如11b )或原子(11b)、碳-12离子(例如12c )或原子(12c)、碳-13离子(例如13c )或原子(13c)、氮-13离子(例如13n )或原子(13n)、氮-14离子(例如14n )或原子(14n)和氮-15离子(例如，15n )或原子(15n)等，或其任何化合物。如本文所述，可聚变材料可以经历多种核聚变反应中的任何一种。34.可聚变材料可以是单一材料(例如d2、h2)或材料的组合(例如d2和h2、d2和h2和he)。可聚变材料可以是至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多种材料的组合。可聚变材料可以是至多约10、9、8、7、6、5、4、3、2或1种材料的组合。可聚变材料可为在由前述值中的任意两个限定的范围内的多种材料的组合。材料可以以任何可能的比例组合。例如，可聚变材料可以是至少约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、25％、30％、35％、40％、45％、50％、55％、60％、65％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、96％、97％、98％、99％或更多的第一可聚变材料(例如，d2)，与其余的第二可聚变材料(例如，h2)的组合。可聚变材料可以是至多约99％、98％、97％、96％、95％、90％、85％、80％、75％、70％、65％、60％、55％、50％、45％、40％、35％、30％、25％、20％、19％、18％、17％、16％、15％、14％、13％、12％、11％、10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％或更少的第一可聚变材料(例如，d2)，其余为第二可聚变材料(例如，h2)。第一可聚变材料和第二可聚变材料的量可以在由前述值中的任意两个限定的范围内。例如，可聚变材料的混合物可以是10％-15％d2和90％-85％h2。可聚变材料可以作为气相提供给宿主材料。气体的压力可以随时间改变或变化。35.如本文所用，术语“核聚变反应”、“聚变反应”或“聚变”是指将一种或多种可聚变材料的两个或多个原子结合以由一种或多种可聚变材料产生一种或多种具有不同原子质量的产物的任何过程。核聚变反应可以包括但不限于以下反应中的任何一种，以及在g.r.caughlan和w.a.fowler,“thermonuclearreactionsratesv,”atomicdataandnucleardatatables40,283-334(1988)中举例说明的反应，出于所有目的，在此通过引用将其全文并入：氘 氚→氦-4 中子氘 氘→氚 质子氘 氘→氦-3 中子氘 氘→氦-4氚 氚→氦-4 2中子氘 氦-3→氦-4 质子质子 锂-6→氦-4 氦-3质子 锂-7→2氦-4质子 硼-11→3氦-4质子 质子→氘 正电子氘 质子→氦-3氦-3 氦-3→氦-4 2质子质子 碳-12→氮-13质子 碳-13→氮-14质子 氮-14→氧-15质子 氮-15→碳-12 氦-4碳-12 碳-12→钠-23 质子碳-12 碳-12→钠-20 氦-4碳-12 碳-12→镁-2436.核聚变反应可以包括涉及两种以上反应物打开衰变通道的反应，其中带电粒子带走动能而不是发射辐射，例如：h h d →3he h ꢀꢀꢀ(方程1)37.核聚变反应可以包括一系列反应，这些反应包括一个或多个中间反应(例如，不产生观察到的产物的反应)和过渡态，例如：h d d →3he2 d →4he2 h 23.8mevꢀꢀꢀ(方程2)38.核聚变反应可以产生除上面列出的核素之外的额外产物，例如光、热或粒子(例如中微子)形式的能量。核聚变反应可释放几兆电子伏特(mev)或几十兆mev的能量，其中1mev＝1.6x10-13焦耳(j)。产生热量的核聚变反应可特别适用于使用本文所述的系统和方法进行发电。39.本文所述的一种或多种核聚变反应可称为“低能核聚变反应”。与可需要可聚变材料以至少约106米每秒(m/s)的平均相对速度移动以实现核聚变反应的高温核聚变反应相比，这种低能核聚变反应可能发生在以低的相对速度(例如，在动量中心系中测量)运动的可聚变材料之间。相比之下，本文所述的低能核聚变反应可能发生在以以下相对速度运动的可聚变材料之间：至多约106m/s、9x105m/s、8x105m/s、7x105m/s、6x105m/s、5x105m/s、4x105m/s、3x105m/s、2x105m/s、105m/s、9x104m/s、8x104m/s、7x104m/s、6x104m/s、5x104m/s、4x104m/s、3x104m/s、2x104m/s、104m/s、9x103m/s、8x103m/s、7x103m/s、6x103m/s、5x103m/s、4x103m/s、3x103m/s、2x103m/s、103m/s或更小。本文所述的低能核聚变反应可以发生在以在由前述值中的任意两个限定的范围内的相对速度运动的可聚变材料之间。40.尽管本文描述为特别适用于涉及两个氘核的聚变或一个氘核和一个氢核的聚变的核聚变反应，但本文描述的系统和方法可适用于本文描述的任何核聚变反应(例如，3he核和氘核的聚变，7li核和氘核的聚变)。41.如本文所用，术语“宿主材料”、“聚变催化剂”和“聚变催化剂核”是指被构造成承载至少一种可聚变材料的任何材料。宿主材料可以通过将可聚变材料包含在或捕获在宿主材料内(例如，在宿主材料中的空腔或空置空间内)来承载可聚变材料。可聚变材料可以包含在或捕获在宿主材料中。可聚变材料可以溶解在宿主材料中。可聚变材料可以吸附到宿主材料上。可聚变材料可以化学键合到宿主材料上。42.宿主材料的尺寸或配置可以设置为承载任何量的可聚变材料。例如，宿主材料的尺寸或配置可以设置为承载至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1,000个或更多个可聚变材料的原子或离子。宿主材料的尺寸或配置可以设置为承载至多约1,000、900、800、700、600、500、400、300、200、100、90、80、70、60、50、40、30、20、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1个可聚变材料的原子或离子。宿主材料的尺寸或配置可以设置为承载在由前述值中的任意两个限定的范围内的可聚变材料的多个原子或离子。43.宿主材料可以包括一种或多种金属、金属合金、金属氢化物、金属碳化物、金属氮化物或金属氧化物。例如，宿主材料可以包括锂、铍、镁、铝、钙、钪、钛、钒、锰、铁、钴、镍、铜、锌、镓、锶、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钯、银、镉、铟、锡、钡、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、铊、铅或铋金属、或其任何合金、氢化物、碳化物、氮化物或氧化物中的一种或多种。宿主材料可包含至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39或40种上述金属、或其合金、氢化物、碳化物、氮化物或氧化物。宿主材料可包含至多约40、39、38、37、36、35、34、33、32、31、30、29、28、27、26、25、24、23、22、21、20、19、18、17、16、15、14、13、12、11、10、9、8、7、6、5、4、3、2或1种上述金属、或其合金、氢化物、碳化物、氮化物或氧化物。宿主材料可包含在由前述值中的任意两个限定的范围内的多种前述金属、或其合金、氢化物、碳化物、氮化物或氧化物。44.宿主材料可以包括颗粒。宿主材料可以包括纳米颗粒。纳米颗粒可包括至少约1纳米(nm)、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm、200nm、300nm、400nm、500nm、600nm、700nm、800nm、900nm、1,000nm或更大的特征尺寸(例如长度、宽度或半径)。纳米颗粒可包括至多约1,000nm、900nm、800nm、700nm、600nm、500nm、400nm、300nm、200nm、100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、10nm、9nm、8nm、7nm、6nm、5nm、4nm、3nm、2nm、1nm或更小的特征尺寸。纳米颗粒可以包括在由前述值中的任意两个限定的范围内的特征尺寸。45.如本文所用，术语“催化剂”、“催化的”和“催化地”是指加速化学、核或物理过程的装置、材料、方法和过程。例如，催化剂可以通过降低核聚变反应的活化能(例如两个原子核之间的库仑斥力)来加速本文所述的一种或多种核聚变反应，如j.schwinger在“nuclearenergyinanatomiclattice,”z.phys.d–atoms,moleculesandclusters15,221-225(1990)中所讨论的，其全文以引用方式并入本文。催化剂可以实现通过形成中间反应步骤，例如方程(2)，来选择所期望的反应产物，例如氦-4。46.在一个方面，本公开内容提供了一种用于核聚变的方法。该方法可以包括：提供包含宿主材料的腔室，所述宿主材料具有与其偶联的可聚变材料；向腔室中的宿主材料或可聚变材料提供电磁辐射以在宿主材料或可聚变材料内产生振荡，所述振荡足以使可聚变材料进行核聚变反应以在腔室中产生能量；并且从腔室中提取至少一部分能量。可在腔室中提供可聚变材料的温度和/或压力振荡以在宿主材料表面产生增加的化学活性。振荡可以是宿主材料、可聚变材料或其组合的振荡。47.图11示出了用于核聚变的方法1100的实例的流程图。48.在第一操作1110中，该方法可以包括提供包含宿主材料的腔室，所述宿主材料具有与其偶联的可聚变材料。宿主材料可包括本文所述的任何宿主材料。例如，宿主材料可包含选自以下的一个或多个成员：金属、金属氢化物、金属碳化物、金属氮化物和金属氧化物。宿主材料可以包括颗粒。宿主材料可包括纳米颗粒，例如本文所述的任何纳米颗粒。例如，宿主材料可包含一种或多种具有至多约1,000纳米(nm)的特征尺寸的颗粒。49.可聚变材料可包括本文所述的任何可聚变材料。例如，可聚变材料可以包括选自氢、氘、锂和硼的一个或多个成员。气态形式的可聚变材料的压力和/或温度可以在腔室内控制。由于来自控制器的一个或多个输入，腔室内的压力和/或温度可以改变。压力和/或温度可以以周期性方式独立地增加或减少。压力和/或温度可以至少部分地通过在聚变催化剂周围引起声压或冲击波来控制。引起声压或声波冲击波可以改变气相压力和/或温度。例如，声波冲击波可以增加可聚变气体的动能，从而提高温度。在该实例中，声波冲击波还可引起可聚变气体压力的周期性波动，从而影响气体与宿主材料的吸附动力学。50.在第二操作1120中，方法1100可以包括向腔室中的宿主材料和/或可聚变材料提供电磁辐射，以在宿主材料和/或可聚变材料内产生振荡，所述振荡足以使可聚变材料进行核聚变反应，以在腔室中产生能量。振荡可以包括宿主材料和/或可聚变材料的晶格振荡。振荡可以包括相干振荡。晶格振荡可以持续至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、20、30、40、50、60、70、80、90、100、200、300、400、500、600、700、800、900、1,000或更多个振荡周期。晶格振荡可以持续至多约1,000、900、800、700、600、500、400、300、200、100、90、80、70、60、50、40、30、20、10、9、8、7、6、5、4、3、2、1个或更少个振荡周期。晶格振荡可以持续多个振荡周期，所述周期在由前述值中的任何两个限定的范围内。相干振荡可以包括声子振荡。声子振荡可以包括谐波声子振荡。谐波声子振荡可以包括参量声子振荡。振荡可以包括非线性声子振荡。振荡可以包括空间局部化振荡。51.电磁辐射可以包括本文所述的任何电磁辐射。电磁辐射可以包括本文描述的一个或多个频率。例如，电磁辐射可以包括在1太赫兹(thz)和50thz之间的一个或多个频率。电磁辐射可以包括对应于宿主材料和/或可聚变材料的基波、谐波或次谐波晶格频率或表面振动频率的一个或多个频率。52.在第三操作1130中，方法1100可以包括从腔室中提取至少一部分能量。能量可以包括热量。可以使用本文描述的任何系统和方法来提取能量。可以使用传热机制提取能量，例如在r.w.serth和t.g.lestina“processheattransfer:principles,applicationsandrulesofthumb,”elsevierinc.第2版2014中描述的那些，其通过引用整体并入本文。53.方法1100还可以包括将宿主材料包含在配置为提取热量的传热材料中。传热材料可包括本文所述的任何传热材料。传热材料可包括本文所述的任何热导率。例如，传热材料可包括至少约1瓦特米-1开尔文-1(wm-1k-1)的热导率。传热材料可以包含选自以下的一个或多个成员：碳纳米管(cnt)、单壁cnt、双壁cnt、多壁cnt(例如，三壁cnt、四壁cnt等)、石墨、石墨烯、金刚石、氧化锆、氧化铝和氮化铝。54.方法1100还可包括将传热材料包含在热交换流体内。热交换流体可包括本文所述的任何热交换流体。55.方法1100还可包括使用热交换流体来驱动发电机或本文所述的任何其他能量转换系统。56.另一方面，本公开内容提供一种用于低能核聚变的方法。57.图12示出了用于低能核聚变的方法1200的实例的流程图。58.在第一操作1210中，方法1200可以包括在可聚变材料中催化诱导低能核聚变反应以产生能量。可聚变材料可包括本文所述的任何可聚变材料。59.在第二操作1220中，方法1200可以包括提取至少一部分能量。能量可以包括热量。可以使用本文描述的任何系统和方法来提取能量。60.方程3中所示的反应代表了氘-氘聚变的可能途径，其中d 是指带正电荷的氘核(也称为d 离子)。该反应可更可能发生在极端高温和极端高压下，例如在恒星的核中：d d →4he2 23.8mevꢀꢀꢀ(方程3)61.在较低的压力和温度下，发生方程1的反应的概率通常会非常小。高势能垒可阻止两个带正电的氘核靠得足够近，以产生核引力将两个d 离子结合并形成氦-4(4he)核，这可允许该反应仅在极端高压和高温下发生。然而，如果d原子或离子被限制在宿主材料中(例如在氢化钯金属晶格中)，宿主材料的分子振动可导致d原子或离子在局部势能最小值处振荡，即使在温度或压力显著低于方程3的反应或本文所述的任何其他核聚变反应可容易地发生的温度或压力下。在相对较低的温度下，可以向宿主材料提供外部刺激以激发宿主材料或可聚变材料的一些、多种或全部振动模式，以驱动核聚变反应(例如方程3描述的核聚变反应或本文所述的任何其他核聚变反应)。自然振荡频率附近的更高能量激发可以用指数因子热激活，所述指数因子取决于能量与温度的比率，如方程4中所述。62.此处，n(e)是具有能量e的模式的占有率，e是振动能量，k是玻尔兹曼常数，t是温度，e是自然对数的底数。通过以局部势能井的固有振动频率的次谐波或谐波相干地驱动宿主材料，相关的振荡可以被直接“泵浦”，使得d核位置的波动变得足够大(由于位置-动量不确定性原理)，导致库仑势垒减小。该库仑势垒减少使d-d核即使在相对较低的温度条件下也可以以更高的速率聚变。本文所述的系统和方法可利用聚变催化剂核，所述核将氘置于宿主材料(例如金属晶格)中，并将电磁辐射施加到该聚变催化剂核，以在显著降低的压力和温度下泵浦振动以实现方程1中描述的核聚变反应。尽管本文关于方程1的核聚变反应进行了描述，但是核聚变反应可以使用本公开内容的系统和方法来实现，例如7li h →8be→24he 17.2mev，以及核聚变反应涉及不同的氢同位素，包括氢、氘和氚或本文所述的任何其他核聚变反应。7li h →8be的聚变可为中间反应步骤的一个实例，因为8be然后分解形成观察到的2个4he核。63.低能核反应(lenr)可涉及氢同位素(如氢、氘或氚)的两个或多个原子或离子反应形成氦同位素(如氦-3或氦-4)，并伴随着以高能粒子、激发态核态或热量形式的能量的释放。在一个特定的核反应中，包含在宿主材料中(例如，溶解在钯金属晶格中)的两个氘原子或离子可以结合形成一个氦原子或离子，同时释放23.8mev的能量，如方程2所示。此类核聚变反应可视为基本上是瞬时的(即，发生在远短于1飞秒的时间尺度上)。虽然23.8mev可为小量的能量(相当于3.81x10-12焦耳)，但如果它是瞬间释放的并且热量注入少量材料中，则以热量形式释放的能量的量可使宿主材料内的局部温度大幅提高，并可导致固态结构的局部破坏甚至汽化。例如，如果单个核聚变反应向直径为100nm的钯金属区域或直径为100nm的钯纳米颗粒释放23.8mev的热量，则钯金属区域或纳米颗粒的温度可升高至大约2,600℃。如果将此热量释放到直径为10nm的钯金属区域或直径为10nm的钯纳米颗粒中，则该区域或颗粒的温度可升高至约2.6x106℃，这可足以使纳米颗粒蒸发，从而阻止后续的聚变反应的聚变速率提高。64.为了提高宿主材料的稳定性，宿主材料可以不单独位于真空中，而是可以与传热材料结合，所述传热材料可以将该热量传递给周围的物质，从而从宿主材料中除去一部分热量，这可导致较低的温升。聚变反应的催化位点65.用于聚变的位点可以包括负载有可聚变材料(例如氘形成氢化物或氘化物，例如氘化钯)的宿主材料的小颗粒。66.图1示出了包含具有面心立方结构的钯纳米颗粒100的聚变催化剂核的示例。对于构成面心立方晶格结构(fcc)的钯，粒子中心的钯原子可具有12个最近邻元素或配位数为12，或每个pd原子可具有12个最近邻元素并与这12个pd原子键合。在表面上，配位数可更小。例如，如图1所示，原子101的配位数可为8，因此可以与8个其他pd原子键合。虽然在图1中描述为包含钯，原子可以包含本文所述的任何宿主材料。其他表面原子可具有类似的低配位数。具有较低配位数的原子可不太紧密，因此可更容易振动。如本文所述，负载有可聚变材料(例如氘)的pd可以用辐射源激发以激发宿主材料原子和可聚变材料原子或离子的振动。在一些实施方案中，宿主材料可包括纳米颗粒。纳米颗粒可以包括核-壳纳米颗粒、核-多壳纳米颗粒(例如，核-壳-壳纳米颗粒)、合金纳米颗粒或金属间纳米颗粒。纳米颗粒可以包含多个具有低配位数的原子并且可以在更大或更小的程度上受到影响，并且有助于驱动方程1中描述的反应或本文描述的任何其他核聚变反应。由于局部能量释放可以非常大，因此这种纳米颗粒可以包含在传热材料中，如本文所述。无定形或双金属合金纳米颗粒可为多种晶型缺陷的宿主，这些晶型缺陷可进一步作为可聚变材料的原子或离子的吸引中心，从而以大振幅聚集和振荡。67.在一些实施方案中，宿主材料纳米颗粒100(此处可替代地称为聚变催化剂核)可制造并随后使用传热材料涂覆、放置在传热材料内或被传热材料包围。传热材料可包括高导热率。传热材料可包括至少约1瓦特米-1开尔文-1(wm-1k-1)、2wm-1k-1、3wm-1k-1、4wm-1k-1、5wm-1k-1、6wm-1k-1、7wm-1k-1、8wm-1k-1、9wm-1k-1、10wm-1k-1、20wm-1k-1、30wm-1k-1、40wm-1k-1、50wm-1k-1、60wm-1k-1、70wm-1k-1、80wm-1k-1、90wm-1k-1、100wm-1k-1、200wm-1k-1、300wm-1k-1、400wm-1k-1、500wm-1k-1、600wm-1k-1、700wm-1k-1、800wm-1k-1、900wm-1k-1、1,000wm-1k-1、2,000wm-1k-1、3,000wm-1k-1、4,000wm-1k-1、5,000wm-1k-1、6,000wm-1k-1、7,000wm-1k-1、8,000wm-1k-1、9,000wm-1k-1、10,000wm-1k-1或更高的热导率。传热材料可包括至多约10,000wm-1k-1、9,000wm-1k-1、8,000wm-1k-1、7,000wm-1k-1、6,000wm-1k-1、5,000wm-1k-1、4,000wm-1k-1、3,000wm-1k-1、2,000wm-1k-1、1,000wm-1k-1、900wm-1k-1、800wm-1k-1、700wm-1k-1、600wm-1k-1、500wm-1k-1、400wm-1k-1、300wm-1k-1、200wm-1k-1、100wm-1k-1、90wm-1k-1、80wm-1k-1、70wm-1k-1、60wm-1k-1、50wm-1k-1、40wm-1k-1、30wm-1k-1、20wm-1k-1、10wm-1k-1、9wm-1k-1、8wm-1k-1、7wm-1k-1、6wm-1k-1、5wm-1k-1、4wm-1k-1、3wm-1k-1、2wm-1k-1、1wm-1k-1或更低的热导率。传热材料可以包括在由前述值中的任意两个限定的范围内的热导率。一些材料的热导率如表1所示。表1.所选材料的热导率。表1.所选材料的热导率。68.将宿主材料的颗粒嵌入传热材料(例如碳化物、氮化物或氧化物，例如氧化锆、氧化铝或氮化铝)中可以提供一些用于散热的途径。其他传热材料(例如金刚石、石墨烯或碳纳米管(cnt))可以提供显著更高的途径来分布热量并降低局部热点温度。具体而言，在cnt内部的宿主材料纳米颗粒中进行聚变反应可以沿着cnt的长度快速传导热量，并将该热量消散到周围介质(例如氧化物或传热流体)，其中cnt嵌入在周围介质中。69.在一些实施方案中，宿主材料的小颗粒(例如图1中所示的)可以至少部分地沉积在cnt内。在一些实施方案中，宿主材料可以至少部分地沉积在梯度导热构造内。梯度导热构造可以在宿主材料周围具有高导热率，所述宿主材料本身被具有较低导热率的不同材料包围。例如，纳米颗粒宿主可以沉积在cnt内，所述cnt本身沉积在多孔介质导热材料内。传热材料可包括具有更靠近宿主材料的较高导热率区域和远离宿主材料的较低导热率区域的材料。传热材料可包括至少约1、2、3、4、5、6、7、8、9、10或更多种相互热接触的材料。传热材料可包括至多约10、9、8、7、6、5、4、3、2、1或更少的相互热接触的材料。传热材料可以包括在由前述值中的任意两个限定的范围内的相互热接触的多种材料。较高热导率区域可包括多孔介质热导率材料(例如，多孔氧化物材料)。70.图2示出了包括沉积在单壁碳纳米管内的聚变催化剂核的系统200的示例。宿主材料纳米颗粒100可以沉积在单壁cnt202内。cnt的一端或两端开口，以允许反应物进入宿主材料纳米颗粒。可替代地，cnt的两端都可以闭合。一种或多种宿主材料纳米颗粒100可位于cnt内，并沿其长度定位或靠着碳纳米管壁分布。在一些实施方案中，宿主材料纳米颗粒可以沉积在cnt的外部。沉积在cnt外部的宿主材料纳米颗粒也可以作为聚变催化剂核，这种纳米颗粒可以受益于cnt的高导热性。所述cnt可以是单壁碳纳米管或多壁碳纳米管(mwcnt)。71.图3示出了包括沉积在多壁碳纳米管内的聚变催化剂核的系统300的示例。聚变催化剂核100可以位于mwcnt结构内，内部碳纳米管301被外部碳纳米管302包围。内部碳纳米管301和外部碳纳米管302可以类似于本文所述的任何碳纳米管。同样，mwcnt的一端或两端可开口，以允许反应物进入。可替代地，mwcnt的两端都可以闭合。其中包含宿主材料纳米颗粒的碳纳米管(如图2和图3所示)可以单独用作悬浮在流动的传热材料中的聚变催化剂，如本文所述。72.如本文所述，聚变催化剂可包含在填充床反应器内，传热材料流经该反应器，使得聚变催化剂中产生的热量可从反应器床中运出至可将热量用于某种目的(例如，驱动发电机或涡轮机)的位置。可替代地或组合地，聚变催化剂可以包括悬浮在传热材料中的颗粒，并且可以流经反应器区到热交换区，在所述热交换区热量可以从流动的介质中提取出，并且悬浮的催化剂可以返回到反应器，在所述反应器中可发生进一步的核聚变反应。73.碳纳米管的尺寸范围可为内径为至少约1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、20nm、30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm、90nm、100nm或更大。碳纳米管可包含内径为至多约100nm、90nm、80nm、70nm、60nm、50nm、40nm、30nm、20nm、10nm、9nm、8nm、7nm、6nm、5nm、4nm、3nm、2nm、1nm或更小。碳纳米管可包括在由前述值中的任意两个限定的范围内的内径。碳纳米管可以是单壁设计或多壁设计，其中一个或多个纳米管位于较大的纳米管内，如管内的管。宿主材料纳米颗粒可位于单壁纳米管内部，或位于多壁纳米管的最内侧碳纳米管内部，或位于构成多壁纳米管的一个或多个纳米管的壁之间。碳纳米管的末端可以是开口的；换言之，管的一端或两端都可以像开口管一样开口。74.聚变催化剂核的操作可以使用周围的纳米结构(例如多壁碳纳米管)来保持。嵌入在热传输不足的碳纳米管(例如特别短的cnt)内部的宿主材料纳米颗粒可受到局部放热(来自可聚变材料的核聚变反应)，所述局部放热可使宿主材料纳米颗粒加热或熔化。这可以允许捕获在宿主材料纳米颗粒中的核聚变产物(例如氦-3或氦-4)逃逸，从而避免核聚变产物的积累，同时进一步防止宿主材料纳米颗粒的聚集。这可以允许在熔化事件之后纳米颗粒在cnt内重构，并允许聚变催化剂核继续运行。可替代地或组合地，单个cnt或多个同心mwcnt，每个具有短的或长的cnt长度，可用于在核聚变反应期间改变聚变催化剂核温度，从而允许改进或优化的温升或改进或优化的最高温度。cnt内的纳米颗粒可以如j.p.tessonnier等人在“pdnanoparticlesintroducedinsidemulti-walledcarbonnanotubesforselectivehydrogenationofcinnamaldehyeintohydrocinnamaldehyde,”appliedcatalysisa:general288,203-210(2005)中所描述的进行合成，其全文以引用方式并入本文。包含在陶瓷内的催化位点75.图4示出了包括沉积在多孔陶瓷涂层内的多壁碳纳米管内的聚变催化剂核的系统400的示例。宿主材料纳米颗粒100可以沉积在碳纳米管401内(其可以类似于本文描述的任何碳纳米管，例如本文关于图2或图3描述的任何碳纳米管)，并且该结构可以嵌入陶瓷材料(例如多孔陶瓷材料)402内。一个或多个包含一个或多个聚变催化剂核的cnt或mwcnt单元可以位于这样的陶瓷材料，如束或棒状结构内。陶瓷结构可以与碳纳米管材料具有良好的热传递接触，并且陶瓷结构可以具有高热容和导热率。例如，陶瓷可具有本文所述的任何热导率。多孔陶瓷结构可具有孔结构，其中孔的尺寸允许可聚变材料(例如氘)接近cnt和宿主材料纳米颗粒。释放到聚变催化剂核中的热量可以有效地将可聚变材料的核聚变产生的热量传递到cnt或mwcnt，这可以有效地沿着cnt或mwcnt的长度传递热量，并将其传递至围绕cnt或mwcnt的陶瓷材料。具有高热导率的单壁cnt在沿其长度传递热量并将热量传递到周围介质方面可以非常有效。多壁cnt甚至可以更好，因为嵌套的mwcnt在传递宿主材料颗粒中产生的热量方面可以更有效。平板型聚变催化剂结构76.图5a示出了碳纳米管在平坦衬底上的生长过程的示例。平板催化剂结构500可由板501形成。催化剂结构可包括一种材料，在所述材料上cnt或mwcnt502(其可类似于本文所述的任何碳纳米管，例如本文关于图2、图3或图4所述的任何碳纳米管)生长为长线性结构，其可称为在平板501上生长的cnt“林”(如图5b中所示)。cnt或mwcnt林可具有沉积在cnt502内的宿主材料纳米颗粒，如本文所述(例如，关于图2、图3或图4所述)。在核聚变反应期间，聚变催化剂核处产生的热量可沿cnt传导并传递到平板501。77.图6示出了包括聚变催化剂核的系统600的示例，所述聚变催化剂核包括板上的层。高导热性支撑块或金属板601可以具有施加到一侧或两侧的薄涂层602。薄涂层602可以包含分散在陶瓷中的聚变催化剂，所述陶瓷施加到板601上，很像载体涂层或油漆层。聚变催化剂可以是单独的宿主材料纳米颗粒(例如，如图1所示)、分散在陶瓷或其他多孔材料中的宿主材料纳米颗粒，或位于cnt或mwcnt中的宿主材料纳米颗粒(例如，如图2和图3所示)。如本文所述，可以选择涂层的组成以具有高导热性，以帮助将热量从聚变催化剂传导出，并传导到板结构中。聚变催化剂的操作78.在操作中，关于图1、图2和图3描述的聚变催化剂核可以暴露于可聚变材料。例如，聚变催化剂核可暴露于氘气d2、氢气h2或其组合。d2、h2或其组合可以溶解到宿主材料(例如pd金属)中，并且可以作为d和/或h原子或离子存在于宿主材料的间隙空间中(例如在pd金属的间隙空间中)。聚变催化剂核可暴露于其他可聚变材料(例如，3he、7be)。所述可聚变材料可以是气体、液体、溶剂化物或固体。可以控制气体的温度和压力以增加或减少宿主材料表面处溶解的可聚变材料的浓度。例如，提高温度和降低压力可用于从宿主材料解吸可聚变材料。然后可以用来自电磁辐射源的电磁辐射激发含有可聚变材料的宿主材料，以非相干、半相干或相干的方式驱动纳米颗粒中的声子并诱导核聚变反应，例如方程1中描述的反应或本文描述的任何其他核聚变反应。该电磁辐射源可选择为激发聚变催化剂核中的声子，并且可调谐为发射具有激发声子的频率的电磁辐射。79.电磁辐射源可以包括激光器、灯、发光二极管(led)或太赫兹(thz)光源或具有或不具有光谱选择滤波器的宽带光源。光束几何形状或直径可以用扩束器优化以覆盖最大的聚变催化剂表面积。80.电磁辐射源可以包括一个或多个太赫兹(thz)源。电磁辐射源可以包括一个或多个光源，例如一个或多个激光源。电磁辐射源可以包括一个或多个量子级联激光源。电磁辐射源可配置为发射包括一个或多个至少约1thz、2thz、3thz、4thz、5thz、6thz、7thz、8thz、9thz、10thz、20thz、30thz、40thz、50thz、60thz、70thz、80thz、90thz、100thz或更大频率的电磁辐射。电磁辐射源可配置为发射包括一个或多个至多约100thz、90thz、80thz、70thz、60thz、50thz、40thz、30thz、20thz、10thz、9thz、8thz、7thz、6thz、5thz、4thz、3thz、2thz、1thz或更小频率的电磁辐射。电磁辐射源可配置为发射包括一个或多个在由前述值中的任意两个限定的范围内的频率的电磁辐射。例如，电磁辐射源可配置为发射包括一个或多个在约1thz至约60thz、约1thz至约55thz、约1thz至约50thz、约20thz至约60thz、约20thz至约55thz、约20thz至约50thz、约20thz至约45thz、约25thz至约60thz、约25thz至约55thz或约25thz至约50thz范围内的频率的电磁辐射。电磁辐射源可以包括一个或多个宽带光源，例如一个或多个发光二极管(led)。宽带光源可以被过滤以发射具有本文描述的一个或多个频率的电磁辐射。81.电磁辐射源可配置为发射包括一个或多个频率的电磁辐射，所述频率对应于可聚变材料良好感受的局部势能的固有频率的谐波或次谐波。在一些情况下，电磁辐射源可配置为发射包括一个或多个频率的电磁辐射，所述频率对应于宿主材料内部或表面上的可聚变材料的振动频率的两倍。通过中子散射实验可以确定各种含有可聚变材料的宿主材料的可聚变材料振动频率(如氘振动频率)。其他对晶格振动敏感的探针(例如拉曼光谱)可用于通过观察与可聚变材料振动相关的共振来确定所述频率。热能转换82.图7示出了使用聚变催化剂核的热力发电系统700的示例，所述聚变催化剂核配置为产生蒸汽以驱动蒸汽涡轮机。聚变催化剂701可以包含在填充床反应器702中。聚变催化剂可以是丸粒或珠粒的形式，如本文所述(例如，关于图4)。这些丸粒或珠粒可以允许含有可聚变材料的热交换流体(例如含有氘气d2、h2或其组合的热交换流体)流过聚变催化剂床，从聚变催化剂提取热量并加热传热材料。随着热交换流体中d2、h2或其组合的分压降低，可将其补充至所需分压范围，并可清除任何核聚变产物(例如氦-3或氦-4)。图7所示的系统示出了在热交换锅炉703中通过热交换利用的热量以及用于驱动蒸汽涡轮机704和发电机706的蒸汽。可以采用利用热量的替代方法。可替代地或组合地，聚变催化剂701可包括开放通道或通道状结构，其中聚变催化剂涂覆在开放通道结构的表面上。电磁辐射源705可以激发(例如，通过发射本文所述的任何电磁辐射)聚变催化剂核以引起聚变反应。在这种设计中，反应器壁和聚变催化剂床的材料对电磁辐射可以是完全或部分可穿透的，从而辐射可以到达聚变催化剂核，以诱导聚变反应。尽管参考h2、d2或其组合进行了描述，但可聚变材料可为如本文所述的任何可聚变材料。83.可替代地或组合地，聚变催化剂可以分散为悬浮在传热流体中的小颗粒，使得聚变催化剂可以随着传热流体运动。这可以允许反应器部分702由对电磁辐射具有高透射率的材料构成。此外，反应器702可以设计成使其具有面向电磁辐射源705的大表面积，这可以允许聚变催化剂核良好地暴露于电磁辐射。传热流体也可以被可聚变材料(例如氘气d2、h2或其组合)饱和，并且分压保持在目标值。可替代地或组合地，d2气或与其他气态组分混合(例如，与h2气混合)的d2气可用作传热流体，其中聚变催化剂悬浮在气流中并随气流流动。这可具有对电磁辐射具有高透射率的优点。84.图8示出了包括聚变催化剂核的反应器的示例，所述核聚变催化剂核作为层沉积在热交换器表面上，所述热交换器配置为将热量传递给热传递介质。反应器800可以包括聚变催化剂801作为固定到具有高导热率的固体板状结构802的层。该固体结构802可以将热量从聚变催化剂层801传导到热交换部分803，热交换介质804可流动通过该热交换部分803。d2气、h2气或其组合可以通过通道805提供，并且可以流过聚变催化剂层801。通道805的一侧可以由对于由电磁辐射源807(其可类似于本文所述的任何电磁辐射源)提供的电磁辐射具有高透射率的材料806组成。聚变催化剂层可由分散在陶瓷介质中的宿主材料纳米颗粒、分散在陶瓷介质中的cnt或mwcnt内部的宿主材料纳米颗粒(例如，如图4所示)、cnt或mwcnt内部生长为林的宿主材料纳米颗粒(例如，如图5所示)。85.图10示出了包括平板反应器的热产生系统的示例。反应器1000可以包括平板型反应器(在图10中的横截面中示出)，其中平板1001和1002分开以形成平的罐状反应器腔室1003。罐结构的内表面1004和1005可涂覆有反射镜材料，所述反射镜材料可以对由电磁辐射源1007(其可以类似于本文所述的任何电磁辐射源)产生的电磁辐射1006具有高反射率。反应器腔室1003的一端可由入口窗1008形成，该入口窗1008对电磁辐射1006可具有高透射率。反应器腔室1003的另一端可由镜面1009形成，该镜面1009可具有与涂覆到内表面1004和1005的涂层相类似的涂层，并且可以将电磁辐射1006反射回通道1003中。矩形腔室1003可以形成反应器，包含在热交换流体中的聚变催化剂材料可以流动通过该反应器，所述热交换流体可在反应器入口处流入通过管道1010并从出口1011流出。热交换流体可以是气体(例如d2、h2)、气体混合物(例如d2和h2的混合物)、含有聚变催化剂的气体，所述聚变催化剂以细小的固体形式分散在该气相中(例如，pd纳米颗粒分散在气体中的d2气体)，或含有聚变催化剂的液体，其中所述聚变催化剂与可聚变反应物一起悬浮在所述液体中(例如，溶解有h2和d2的乙醚并且pd纳米颗粒悬浮在其中)。该热交换流体可以通过聚变反应加热，所述聚变反应在反应器腔室中由聚变催化剂上的电磁辐射激发。热的热交换介质可以流动通过热交换器1012，然后流回反应器中。可以从热交换器提取热量以用于有用的目的。聚变催化剂可包括在cnt或mwcnt类型材料内部含有聚变催化剂核的细小颗粒或本文所述的任何其他形式。可替代地或组合地，聚变催化剂核可以包含在以长纤形式生长在镜面1004和1005上的cnt或mwcnt中。透明窗可以包括有机聚合物，例如聚乙烯。86.尽管在图10中描述为包括平板型反应器，反应器1000可以包括任何可能的几何形状。可以选择几何形状以增加或优化宿主材料和/或可聚变材料对电磁辐射的暴露和/或减少或最小化损失。例如，反应器1000可以包括圆柱形、球形、多面体、立方体、直角棱柱、棱锥或其他形式。87.可以使用各种热力学方法提取由本文所述的核聚变反应提供的热量以用于有用的目的。例如，可以使用各种热力学循环(例如斯特林循环(stirlingcycle)、布雷敦循环(braytoncycle)或兰金循环(rankinecycle))提取热量。热量可用于使用活塞、涡轮机、蒸汽机或任何其他能量转换装置产生线性或旋转能量。通过应用吸收式制冷循环，热量可用于制冷。原电池设计88.图9示出了使用氘燃料和热电板的原电池设计的示例。在该配置900中，热电发电机901可配置为向负载902产生电力。热电发电机的一侧可以涂覆有聚变催化剂903。聚变催化剂可以在结构901的表面上的涂层内。聚变催化剂可以是在结构901的表面上生长的碳纳米管林。连接到热电发电机901的所述林可以提供从聚变催化剂到热电发电机901的热传递。聚变催化剂903可包含在904的外壳内。结构907可以基本上是气密的，并且可以具有至少一个侧面909，所述侧面909包括一个或多个窗口结构，所述窗口结构对由电磁辐射源905(其可以类似于本文描述的任何电磁辐射源)的声子激发电磁辐射具有良好的透射率。可以提供d2气、h2气或其组合的源906，以通过阀908将d2、h2或其组合保持在聚变催化剂903上的基本恒定的分压下。热电板的冷侧911可以被环境空气或流过该表面的冷却传热介质冷却。d2、h2或其组合的分压可由传感器测量或从热电装置的电压输出估算。可替代地或组合地，氘和/或氢可以作为氢化物存储在氢化物存储材料中，并且d2、h2或其组合的分压可以通过加热该氢化物来控制。可以通过吹扫腔室907以除去诸如氦-3、氦-4的产物或其他产物并再装入d2、h2或其组合而周期性地使电池再充电。电池可以与常规电化学电池(例如铅酸电池、锂离子电池)耦合，所述电化学电池在连接到负载的同时被涓流充电以连续再充电。例如，可以将电池连接到使用来自电池的电力突发的负载上，聚变催化剂可以向电池提供少量电流以保持充电。在该实例中，电池的存在可以帮助减轻在负载强度尖峰期间快速增加和减少聚变反应的需要。热电发电机的至少一侧可以涂覆有半导体层910。半导体层910可以将核聚变产物的动能直接转化为电能。动能的转换可以通过电子散射机制、电离机制(例如，带电粒子留下由动能转移产生的激发电子和/或空穴的踪迹)等而实现。例如，在聚变反应中产生的带电氦核具有1mev的动能，可以通过与膜的非弹性相互作用在钙钛矿薄膜中产生多个激发的电子-空穴对，然后可以将其提取为电能。计算机系统89.图13示出了计算机系统1301，其编程为或以其他方式配置为运行本文所述的任何方法或系统(例如用于核聚变的任何方法或系统或本文所述的用于低能核聚变的任何方法或系统)。计算机系统1301可以调节本公开内容的各个方面。计算机系统1301可以是用户的电子设备或相对于电子设备位于远程的计算机系统。电子设备可以是移动电子设备。90.计算机系统1301包括中央处理单元(cpu，在此也称为“处理器”和“计算机处理器”)1305，其可以是单核或多核处理器，或用于并行处理的多个处理器。计算机系统1301还包括存储器或存储器位置1310(例如，随机存取存储器、只读存储器、闪存)、电子存储单元1315(例如，硬盘)、用于与一个或多个其他系统通信的通信接口1320(例如，网络适配器)和外围设备1325(例如高速缓存、其他存储器、数据存储和/或电子显示适配器)。存储器1310、存储单元1315、接口1320和外围设备1325通过通信总线(实线)(如，母板)与cpu1305通信。存储单元1315可以是用于存储数据的数据存储单元(或数据储存库)。计算机系统1301可以在通信接口1320的帮助下有效地耦合至计算机网络(“网络”)1330。网络1330可以是因特网、互联网和/或外联网、或内联网和/或与因特网通信的外联网。在一些情况下，网络1330是电信和/或数据网络。网络1330可以包括一个或多个计算机服务器，其可以实现分布式计算，例如云计算。在一些情况下，在计算机系统1301的帮助下，网络1330可以实现对等网络，其可以使耦合至计算机系统1301的设备充当客户端或服务器。91.cpu1305可以执行一系列机器可读指令，这些指令可以体现在程序或软件中。指令可以存储在存储器位置(如存储器1310)中。指令可以指向cpu1305，cpu1305可以随后对cpu1305进行编程或以其他方式进行配置以执行本公开内容的方法。由cpu1305执行的操作实例可以包括读取、解码、执行和写回。92.cpu1305可以是电路(例如集成电路)的一部分。系统1301的一个或多个其他组件可以包括在电路中。在一些情况下，该电路是专用集成电路(asic)。93.存储单元1315可以存储文件，例如驱动器、库和保存的程序。存储单元1315可以存储用户数据，例如用户偏好和用户程序。在一些情况下，计算机系统1301可以包括一个或多个位于计算机系统1301外部(例如位于通过内联网或因特网与计算机系统1301通信的远程服务器上)的附加数据存储单元。94.计算机系统1301可以通过网络1330与一个或多个远程计算机系统通信。例如，计算机系统1301可以与用户的远程计算机系统通信。远程计算机系统的实例包括个人计算机(例如便携式pc)、平板电脑或板式电脑(例如ipad、galaxytab)、电话、智能手机(例如，iphone、支持android的设备、)或个人数字助理。用户可以通过网络1330访问计算机系统1301。95.本文所述的方法可以通过存储在计算机系统1301的电子存储位置(例如存储器1310或电子存储设备上单元1315)上的机器(例如，计算机处理器)可执行代码来执行。机器可执行代码或机器可读代码可以以软件的形式提供。在使用期间，代码可由处理器1305执行。在一些情况下，代码可从存储单元1315中检索并存储在存储器1310中以供处理器1305随时访问。在一些情况下，可以排除电子存储单元1315，并且机器可执行指令存储在存储器1310上。96.代码可预编译并且配置以与具有适于执行代码的处理器的机器一起使用，或可以在运行期间编译。代码可以以编程语言提供，可以选择编程语言以使代码以预编译或即时编译(as-compiled)的形式执行。97.本文提供的系统和方法的各方面，例如计算机系统1301，可以体现在编程中。本技术的各方面可以认为是“产品”或“制品”，其一般为携带在或体现在一种机器可读介质上的机器(或处理器)可执行代码和/或相关联数据的形式。机器可执行代码可以存储在电子存储单元上，例如存储器(例如，只读存储器、随机存取存储器、闪存)或硬盘上。“存储”型介质可以包括计算机的任何或全部有形存储器、处理器等，或其相关联模块，例如各种半导体存储器、磁带驱动器、磁盘驱动器等，其可在任何时间为软件编程提供非暂时性存储。有时，软件的全部或部分可以通过因特网或各种其他电信网络进行通信。所述通信例如可以使软件从一个计算机或处理器加载到另一个计算机或处理器，例如，从管理服务器或主计算机加载到应用服务器的计算机平台。因此，可以承载软件元件的另一种类型的介质包括光波、电波和电磁波，例如跨越本地设备之间的物理接口、通过有线和光学陆线网络以及通过各种空中链路使用。携带诸如有线或无线链路、光学链路等这种波的物理元件，也可以认为是承载软件的介质。如本文所用，除非限于非暂时性有形“存储”介质，否则诸如计算机或机器“可读介质”等的术语是指参与向处理器提供指令以供执行的任何介质。98.因此，诸如计算机可执行代码等机器可读介质可以采用多种形式，包括但不限于有形存储介质、载波介质或物理传输介质。非易失性存储介质包括例如光盘或磁盘，例如任何计算机中的任何存储设备等，例如可以用于实现附图中所示的数据库等。易失性存储介质包括动态存储器，诸如这种计算机平台的主存储器。有形传输介质包括同轴缆线；铜线和光纤，包括构成计算机系统内总线的线。载波传输介质可以采取电信号或电磁信号或声波或光波的形式，诸如在射频(rf)和红外(ir)数据通信期间产生的那些。因此，常见形式的计算机可读介质包括例如：软盘、柔性盘、硬盘、磁带、任何其他磁性介质、cd-rom、dvd或dvd-rom、任何其他光学介质、穿孔卡片纸带、具有孔洞图案的任何其他物理存储介质、ram、rom、prom和eprom、flash-eprom、任何其他存储器芯片或匣盒、传送数据或指令的载波、传送此类载波的缆线或链路、或计算机可以从中读取编程代码和/或数据的任何其他介质。许多这些形式的计算机可读介质可以涉及将一个或多个指令的一个或多个序列携带至处理器以供执行。99.计算机系统1301可以包括电子显示器1335或可与电子显示器1335通信，电子显示器1335包括用户界面(ui)1340。ui的示例包括但不限于图形用户界面(gui)和基于网络的用户界面。100.可以通过一种或多种算法来实现本公开内容的方法和系统。算法可以在由中央处理单元1305执行时通过软件实现。该算法可以例如使用来自核聚变的能量来指导发电，或使用来自低能核聚变的能量来指导发电。101.尽管本文已经示出和描述了本发明的优选实施方案，但是对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施方案仅以示例的方式提供。并非意图通过说明书中提供的具体实例来限制本发明。尽管已经参考前述说明书描述了本发明，但是本文中的实施方案的描述和图示并不意指以限制性的意义进行解释。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现在会想到许多变化、改变和替换。此外，应理解，本发明的所有方面不限于本文所阐述的具体描述、构造或相对比例，其取决于各种条件和变量。应理解，本文所述的本发明的实施方案的各种替代方案可用于实施本发明。因此，可预期本发明还应涵盖任何这样的替代方案、修改、变化或等同形式。旨在由以下权利要求限定本发明的范围，并且由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同形式。当前第1页12当前第1页12
再多了解一些
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