获得屏蔽宇宙、核和电磁辐射的化合物的系统和方法，屏蔽宇宙、核和电磁辐射的化合物及其用途与流程

1.本发明涉及用于防辐射的方法、设备和材料的领域。
2.引言
3.本发明涉及用于获得屏蔽辐射(更具体地屏蔽宇宙辐射、核辐射和电磁辐射)的化合物的系统和方法，其中该化合物通过将氢和碳氢化合物置于电子陷阱而获得。


背景技术：

4.由暴露于不同形式的辐射(例如α射线、β射线和γ射线、x-射线、太阳风、紫外线辐射、宇宙辐射等)所造成的损害是众所周知的。对于物理结构、建筑物和船舶而言，这种损害包括开裂、断裂、腐蚀和破碎。对于人体而言，这种损害包括烧伤、器官衰竭、感染，甚至细胞突变和癌症发展。
5.为了屏蔽辐射并保护航空器、潜艇、航天器、设备和个人免受其影响，在该技术领域中已知并使用了多种解决方案。这些解决方案包括使用屏蔽、重金属(例如铅)、特定衣物和插入不同化合物以便从它们的不同优势中获益的各种多层组合物。
6.然而，注意到现有技术并未提供从电子陷阱作为原子压缩介质和氢生长介质所提供的特性和优势中获益的通用且经济的解决方案。这种陷阱允许产生由低成本获得的轻分子网络构成的化合物。
7.现有技术
8.现有技术中已知的用于获得具有氢的石墨烯网络的解决方案可以在现有技术文献中得到证实，例如题为“graphene containing composition,multilayered hydrogen graphene composition,method of making both compositions,and applications of both compositions”的美国专利文献us 2018/0277279，其涉及包含多层石墨烯和石墨的混合物的含石墨烯的组合物，所述含石墨烯的组合物具有许多理想的性质并且在各个行业中具有许多应用。一种方法以相对温和的机械力在水基共溶剂中产生所述含石墨烯的组合物。一种方法产生氢键合的石墨烯叠层或多层氢石墨烯，其包括易于识别的多层石墨烯组分和石墨组分。在氢-石墨烯叠层(多层氢-石墨烯组合物)中，氢键将各层分开并充分削弱石墨片之间的范德华力，以产生石墨烯的叠层。多层氢-石墨烯组合物还具有许多理想的性质并且在各个行业中具有许多应用。
9.然而，注意到文献us 2018/0277279并没有教导用于产生电子陷阱的条件。除了依赖于需要在加热下高速搅拌数小时的混合物之外，其获得组合物的教导还包括使用其他化合物，例如丙酮、水和石墨粉。此外，其关于使用氢的教导包括氢-石墨烯和氢-石墨层的复杂嵌入。最后，它关于使用这些化合物防护/屏蔽各种辐射的教导和建议非常肤浅，而指出了它们在太阳能电池板中的用途。
10.可以提及的解决方案的另一篇专利文献是题为“device and method for protection from radiation in space”的us 10,276,273，其描述了一种用于保护身体免
受辐射的设备，该设备包括至少一件柔性服装。柔性服装的每个部分配置为屏蔽身体表面的区域。每个部分通过该区域和身体内部区域之间的内部结构互补地衰减自屏蔽，使得内部区域中的辐射被衰减到预定的衰减水平。
11.然而，在us 10,276,273中也没有提供用于产生电子陷阱、其化合物和使用该化合物来屏蔽辐射的条件。甚至注意到其主要目标是获得一种设备(例如柔性服装)来屏蔽身体的某个区域免受辐射，其中该设备可以衰减辐射并具有用于填充其他材料以防辐射的空间或口袋。因此，很明显，文献us 10,276,273的主题复杂、昂贵并且对其使用者几乎没有实用性。
12.最后，值得提及的是，一些现有技术解决方案可以在其他专利文献中得到证实，例如us 7,186,474、us 5,470,680、us 6,159,538、jp2013076693、us 9,754,690和jp2010133772。在这些文献中，证实了对氢、石墨烯和碳氢化合物的操纵和衍生的尝试，以及不同类型的防辐射材料的获得。然而，不能从这些文献中得出通过电子陷阱捕获氢而获得屏蔽辐射化合物的教导。
13.对于多种应用来说，使用电子陷阱有许多优点，其中值得提及的是节省功耗(与仅使用简单电解相比)，易于适应各种实际系统，连续和分批，简单且经济的商业应用，高处理速度，以及清洁和可持续的过程。
14.因此，考虑到现有技术的教导，对于解决相关现有技术没有克服的问题的屏蔽辐射化合物存在明显的需求。
15.因此，目前公开的主题旨在通过一种获得屏蔽辐射化合物的系统和方法来解决这些问题，该屏蔽辐射化合物通过电子陷阱与火花隙或微电流阻断器获得，从而提供所讨论的合适电子陷阱所需的电位差。


技术实现要素：

16.本发明的一个目的是提供一种用于获得屏蔽辐射化合物的系统，其中将氢置于设有电极的室内，所述电极通过火花(火花隙)形成电子陷阱。所述电子陷阱迫使基于氢化氢(hydrogen hydride)的材料在阳极上生长。随着碳氢化合物的随后注入及其电离，该系统形成了捕获氢化氢的石墨烯/富勒烯网络。
17.本发明的另一个目的是提供一种由上述系统进行的方法，其中所述获得屏蔽辐射化合物的方法基于将氢引入真空室，将氢置入电子陷阱，在阳极处生长基于氢化氢的材料、引入碳氢化合物、电离碳氢化合物以及随后形成由碳氢化合物电离产生的石墨烯/富勒烯捕获的氢化氢网络。
18.本发明的另一个目的是通过根据本发明的系统和方法获得的屏蔽宇宙辐射、核辐射和电磁辐射的化合物。
19.最后，本发明的另一个目的是屏蔽宇宙辐射、核辐射和电磁辐射的化合物的用途。
附图说明
20.为了更好地理解和形象化本发明的目的，现在将参考附图进行描述，所述附图代表了通过示例性实施方案获得的技术效果，所述示例性实施方案并不限制本发明的范围，在所述附图中：
21.图1示出了屏蔽辐射化合物获得系统的示意图；
22.图2示出了用于获得屏蔽辐射化合物的系统的阶段1(一)的示意图；以及
23.图3示出了用于获得屏蔽辐射化合物的系统的阶段2(二)的示意图。
具体实施方式
24.系统
25.根据本发明，一种用于获得屏蔽辐射化合物的系统(100)或仅系统(100)包括氢储存器(110)、碳氢化合物储存器(120)、真空室(130)、火花电源(200)以及电解电源(300)，所述火花电源(200)具有至少一个用于阴极(220)的火花隙(210)和一个用于阳极(230)的火花隙(210)，所述电解电源(300)具有至少一个用于阴极(320)的火花隙(310)和一个用于阳极(330)的火花隙(310)。
26.本系统(100)的氢储存器(110)是现有技术中已知的储存器，例如钢瓶和高压罐。所述钢瓶和罐旨在使氢(h2)不与其他气体和化合物、导电材料或任何火花或火焰接触，因为它们有易燃特性，当然还会自燃。所述氢储存器(110)与碳氢化合物储存器(120)隔离并且与真空室(130)的内部流体连通。
27.本领域技术人员将理解，氢储存器(110)与真空室(130)内部的连接，以及其打开和关闭以向真空室(130)内释放氢(h2)或阻挡氢(h2)通过现有技术中已知的常用装置完成，例如管道、阀门、仪表和闸门(111)。
28.本系统(100)的碳氢化合物储存器(120)是现有技术中已知的储存器，例如高压钢瓶和罐。所述钢瓶和罐旨在使碳氢化合物不与其他气体和化合物、导电材料或任何火花或火焰接触，因为它们有易燃特性，当然还会自燃。所述碳氢化合物储存器(120)与氢储存器(110)隔离并且与真空室(130)的内部流体连通。
29.本领域技术人员将理解，碳氢化合物储存器(120)与真空室(130)内部的连接，以及其打开和关闭以向真空室(130)内释放碳氢化合物或阻挡碳氢化合物与氢储存器(110)的连接相同或类似，即通过现有技术中已知的常用装置完成，例如管道、阀门、仪表和闸门(121)。
30.如现有技术中已知的，根据本发明的系统(100)的真空室(130)是允许零真空/绝对真空的室。所述真空室(130)与氢储存器(110)和碳氢化合物储存器(120)流体连通。本领域技术人员将理解，本发明的真空室(130)的外部必须涂覆有介电材料以使其适当绝缘。因此，在本发明所描述和要求的条件下，若干绝缘层是合适的，例如聚合物、油漆、涂层和用于绝缘的其他合适形式。
31.本领域技术人员还将理解，根据本发明的系统(100)的真空室(130)需要避免因氢(h2)和碳氢化合物与氧气接触而导致的与燃烧相关的已经可预见的问题。
32.本系统(100)还包括火花电源(200)，该火花电源(200)为高压火花电源(200)并设有2个火花隙(210)或类似设备，随后是连接至真空室(130)的阴极(220)和阳极(230)。注意，所述火花隙(210)或类似设备能够用作通过火花(火花隙)(即没有电接触)传输电力的装置。因此，本发明避免了不希望的接地或漏电，因为接地是俘获电子的障碍。必须存在这样的火花隙以获得产生电子陷阱的必要条件。
33.本系统(100)还设有电解电源(300)、所述电解电源(300)为高压电解电源(300)并
设有两个火花隙(310)或类似设备，随后是插入真空室(130)的阴极(320)和阳极(330)。还要注意，电解电源(300)的火花隙(310)能够作为通过火花(火花隙)(即没有电接触)传输电力的装置，以避免本发明不希望的接地或漏电，因为电解电源(300)用于进行电解。
34.本发明的系统(100)预见到固定至真空室(130)的火花电源(200)的阴极(220)和阳极(230)需要介电绝缘，如现有技术中已知的，以防止不希望的漏电。反过来，由于它们被插入真空室(130)内部，电解电源(300)的阴极(320)和阳极(330)不需要介电绝缘，从而为氢化氢的电解和生长创造条件。
35.还应该说明的是，为了获得产生电子陷阱的必要条件，适用于本发明的真空室(130)的内部需要涂覆至少一种介电材料以保持电子被捕获，没有接地或漏电的可能性。
36.本领域技术人员将注意到，上述教导的变化不会脱离本发明的范围。仅出于说明目的，注意到此处所示的实施方案是静态真空室(130)。然而，系统(100)也可以在连续流动的真空室中进行，这为本发明提供了额外的优点，例如在倾析之后消除碎屑和去除屏蔽辐射化合物。
37.方法
38.一种获得根据本发明的屏蔽辐射化合物的方法包括阶段1(一)和阶段2(二)，分为以下方法步骤：
39.阶段1
40.i.在真空室(130)中引入氢(h2)；
41.ii.启动火花电源(200)和电解电源(300)；
42.iii.通过连接至它们各自的阴极(220、320)和阳极(230、330)的火花隙(210、310)在真空室(130)中发射火花；
43.iv.在真空室(130)内部产生电子陷阱；
44.v.通过阴极(320)和阳极(330)产生重复的短时间电解；
45.vi.在阳极(330)处生长基于氢化氢的材料；以及
46.vii.电离阳极(330)处的基于氢化氢的材料的生长部分。
47.阶段2
48.viii.在第一次电解放电之后在真空室(130)中引入碳氢化合物并随着电子陷阱的形成而嵌入；
49.ix.完全电离碳氢化合物；以及
50.x.产生捕获步骤vi的氢化氢的石墨烯/富勒烯网络。
51.在真空室(130)内部产生电子陷阱的目的是提供电子封存环境。如果存在正电势差且缺乏电子，则会强制进行局部酸化，从而实现高氢(h2)压实。显然，基于氢化氢的材料的生长被强制在阳极(330)上，随后其完全电离。因此，发展的氢化氢比起始氢(h2)紧凑得多。
52.然而，本领域技术人员将注意到，这种氢化氢高度易燃，甚至比起始氢(h2)更容易发生自爆和意外燃烧。因此，本发明预见到使用必须完全电离的碳氢化合物，从而形成与发展的氢化氢互连并包封的石墨烯/富勒烯网络。这种石墨烯/富勒烯网络起到保护氢化氢的作用，防止它们自发氧化，保持排斥核力。本领域技术人员将容易地注意到数种碳氢化合物可用于本技术，其中本发明考虑优先使用甲烷(ch4)，也允许使用乙烷(c2h6)、乙烯(c2h4)、己
烷(c6h
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)、丙烷(c3h8)以及其他碳氢化合物。
53.本方法使用的气体压缩迫使本发明的化合物以颗粒形式固化。固化和倾析之后，该化合物可以压实成块，便于运输和储存。很容易证实，它的固化和颗粒化有数个优点，包括易于处理和掺入其他物质中。
54.还应该注意的是，为了产生电子陷阱，本发明设置成电源(200、300)提供高电压，特别是在220v至10gv之间，优选在1kv至5gv之间，甚至更优选在5kv至100kv之间的高电压。反过来，所需的电流可以在10ma至1ga之间，更优选在1a至100ka之间，甚至更优选在5a至1ka之间变化。
55.出于这样的目的，本发明预见到直流电和交流电的使用，而不影响其目的，使得存在电子的封存和介质的酸化。本领域技术人员将注意到，为了本发明的适当应用，支持范围为10hz至10ghz的频率。
56.本领域技术人员将注意到，可以以多种方式应用根据本发明的方法，而不限于所示的实施方案。因此，该方法在真空室(130)中的动态应用是可能的，因此，该原理可以应用于连续流动系统，以及分批应用。类似地，阴极(220、320)和阳极(320、330)的数量可以根据所使用的真空室(130)的比例而变化。
57.完成该系统所需的一组元件和设备对于本领域技术人员来说是广泛易得到的且易于知晓，不需要零件、部件、组件或任何其他难以得到或复杂的组合装置。
58.此外，为了控制真空室(130)中氢(h2)的流入，可以包括若干设备，例如传感器、探针和用于监测体积、流量、压力、温度和其他相应变量的各种设备。
59.考虑到形成本电子陷阱所需的火花(火花隙)的本质，本发明提供的另一个优点是低电消耗。通过应用本发明的方法有助于如本文所教导的系统的商业可行性。该特征的明显结果也是实现本发明目的的更可持续的逻辑。另一方面，开发用于屏蔽辐射的化合物、系统和设备(通过屏蔽方法、多层组合物等)的能源和资源消耗最终成为巨大的商业障碍。
60.通过本发明的方法形成的具有氢化氢的石墨烯/富勒烯网络表现出多个有利的性质，例如高辐射屏蔽能力，以及法拉第笼功能，这是由于其高导电能力和氢化氢的俘获能力造成的。
61.还考虑到它以颗粒形式固化，该化合物具有多种形式的屏蔽辐射应用。例如，本领域技术人员将看到，该化合物可以经过挤出或类似工艺，然后被掺入至航空航天涂料中以保护船舶、火箭和卫星。作为额外的优势，它的使用允许保护层非常薄，在发射和导航上述船舶、火箭和卫星时产生更少的摩擦。
62.类似地，该材料可以被挤出然后掺入至织物纤维、服装和多种防护设备中。在这种情况下，可以在电磁辐射(如紫外线辐射)、来自电话通信、wi-fi、无线电频率、使用电子设备产生的静电和医疗用途x射线等的有害辐射的绝缘中享用其主要性质。
63.因此，仍然清楚的是，根据本发明的屏蔽宇宙辐射、核辐射和电磁辐射的化合物的用途适用于纤维、织物纤维、油漆、漆、覆盖层、涂层和其他合适的表面涂层。
64.除了这些，预期通过本发明的系统和方法获得的化合物还有许多其他应用，例如在多层结构、潜艇舱室、x射线防护室以及其他领域(如燃料电池、太阳能电池板的光电池和超级原子的产生)中替代混凝土或铅和类似的重金属。因此，除了显著减轻质量之外，这些物体和车辆的制造成本和维护成本也将降低。
65.因此，注意到，本发明涵盖多个技术领域，允许通用、经济、可持续和实用的实施。
66.结论
67.本领域技术人员将容易理解，可以对本发明进行修改而不脱离上述描述中阐述的概念。这种修改被认为在本发明的范围内。因此，以上详细描述的特定实施方案仅是说明性和示例性的，并不限制本发明的范围，本发明的范围应在所附权利要求书及其任何和所有等价物的全部范围内给出。