局部能量集中制造技术

一种产生局部能量集中的方法，包括制造至少一个冲击波（10），该冲击波（10）传播通过非气态介质（8），以便入射到该介质（8）中的气囊（2）上。该气囊（2）附着于包括凹陷（4）的表面（6），该表面（6）成形为部分地容纳该气囊（2）。一种产生局部能量集中的设备，包括非气态介质（8），其内具有气囊（2）。该气囊（2）附着于包括凹陷（4）的表面（6），该凹陷（4）成形为部分地容纳该气囊（2）。该设备进一步包括用于制造至少一个冲击波（10）的装置，该冲击波（10）传播通过该介质（8），以便入射到该气囊（2）上。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于产生非常高的局部能量的方法及装置。其特别地、但并非唯一地涉及产生高到足够引起核聚变的局部能量。
技术介绍
多年来，核变发电的开发已成为投资大量时间和金钱的领域。此投资已以高成本大量集中在开发大规模聚变反应堆。然而，存在预见简单和便宜得多的用于制造核聚变的机制的其它理论。本专利技术感兴趣的是伞式概念“惯性约束聚变”，其使用机械力(例如冲击波)将能量集中并聚集到非常小的区域。对惯性约束聚变的各替代方法的潜在的大部分信心来自于对一种称为声致发光 的现象的观察。在用特定频率的超声波激发包含合适大小的气泡的液体时发生此现象。压力波引起气泡扩张，并随即剧烈地坍塌，这个过程通常被称为惯性空化。气泡的迅速坍塌导致不均衡压缩，该不均衡压缩引起内容物升温至使其发光的程度[Gaitan，D. F. ,Crum, L.A.、Church, C. C.以及 Roy, R. A.，美国声学学会，91 (6)，3166-3183 六月(1992)]。已进行了各种努力来加剧这个过程，并且有团体已经声称看到核聚变[Taleyarkhan, R. P.，、West, C. D.、Cho, J.S.、Lahey，R.T. ,Nigmatul in, R. I·,以及 Block, R. C.，科学，295 (5561)，1868-1873三月(2002)]。然而，尽管已进行了大量的努力[Shapira，D.以及Saltmarsh，Μ·，物理评论快报，89 (10)，104302九月(2002)]，观察到的结果仍未被证实或得以重现。这不是唯一提出的已由坍塌的气泡引起发光的机制；但是，它是最具文件证明的。也已从由强大的冲击波造成的坍塌的气泡中观察到了发光[Bourne，N. K.以及Field，J. E.，皇家学会哲学汇刊伦敦系列A-数学物理和工程科学357(1751)，295-311 二月(1999)]。这是第二种机制，即利用冲击波的气泡坍塌，本专利技术涉及该机制。在US 7445319中已经提出将以非常高的速度rikm/s)移动的球状水滴射向坚硬的目标，以生成强烈的冲击波。这种冲击波能够用于使已在该水珠内成核并随后在其内扩张的气泡坍塌。上述专利期望核聚变在该坍塌的气泡内发生。之前已实验性地并以数据方式研究了通过高速液滴撞击在一表面上而生成冲击波的机制，且已很好地记录了该机制(包括本专利技术专利专利技术人之一的成果[Haller, K. K.、Ventikos, K、Poulikakos, D.、以及Monkewitz, P.应用物理杂志，92 (5)，2821-2828九月(2002)])。即使基本的物理机制类似，由于其不使用高速液滴撞击，本专利技术与US7445319不同。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供上述技术的替换方案，且也可具有其它应用。当从本专利技术的第一方面来看时，其提供了一种产生局部能量集中的方法，包括制造至少一个冲击波，该冲击波传播通过非气态介质，以入射到该介质内的气囊上，其中，该气囊附着于包括凹陷的表面上，该凹陷成形以部分地容纳该气囊。本专利技术也扩展至一种产生局部能量集中的设备，包括非气态介质，其内具有气囊，其中，所述气囊附着于包括凹陷的表面，所述凹陷成形以部分容纳所述气囊；以及制造至少一个冲击波的装置，所述冲击波传播通过所述介质，以便入射到所述气囊上。本领域技术人员已知的是，通常，非气态介质中的冲击波与该介质中的气泡之间的相互作用能够生成该非气态介质的高速横向喷流，该横向喷流移动穿过该气泡，撞击下风方向上的气泡壁。这是导致众所周知的、当存在形成在该表面上的微气泡而生成冲击波时表面气蚀损伤问题的机制之一。然而，根据本专利技术，各专利技术人意识到，能够适当地调整并驾驭此自然发生的现象来产生非常高的局部能量集中，该局部能量集中能够如将在随后解释的那样用于例如造成核聚变。在本专利技术的各实施例中，控制在气泡坍塌期间正形成的喷流现象，以促进此横向喷流的形成并提高其速度，并且，该表面凹陷设计为容纳该横向喷流撞击，同时将小体积的原始气囊捕集在该撞击喷流及该表面凹陷自身之间。这引起各种物理机制，这些物理机制导致在所捕集的气体体积中聚集非常大的能量。更特别地，通过明确地设计该表面凹陷，以容纳由入射的冲击波与该气囊的相互作用形成的高速喷流，然后，随着该入射的冲击波与该气囊的表面的相互作用，形成传输的冲击和反射的稀薄。如果该接触是正确的形状(即背离该入射的冲击波而弯曲)，那么，此稀薄将作用于将该流聚集到一点。然后，这导致该高速横向喷流的形成，该高速横向喷流能够例如完全达到对于IGPa的冲击波高于2000ms-l。当此喷流冲击该凹陷的表面时，由该撞击力，以与US7445319中描述的高速液滴撞击情形类似的方式，在该凹陷内生成强烈的冲击波。与该冲击波入射位置相对的凹陷中的该表面的形状可为平坦的，使得该喷流接触该表面的一点。然而，在一组优选的实施例中，该表面凹陷和气囊设置为使得最初的接触区域是形成闭环的曲线-例如环形。这使得能够将该气囊的一部分捕集到该喷流的尖端和该凹陷的边缘之间。为了实现这一点，目标表面的一部分具有比该喷流的该尖端的曲率大的曲率，并且该表面的此部分设置在使得该喷流撞击到其中的位置。撞击的时候生成环形冲击波，该冲击波的内边缘朝向该凹陷的基部并朝向所捕集到的部分气体而传播。将此与用于停止该撞击喷流的运动的该气体的‘活塞’效应结合，产生对捕集到的气体的极其强烈的加热。例如，对于给定强度的冲击波，与附着于平面表面上的气泡相比，可通过这些设置将峰值温度提高一个数量级。该凹陷可采用大量的形状。在一组实施例中，其横截面背离开口逐渐锥形化。该凹陷可类似于盘子-例如持续弯曲。然而，该表面不需要持续弯曲。在一组实施例中，该表面更接近地类似于裂纹而不是盘子形状。这可以通过规定深度大于宽度或通过在该裂纹尖端处存在曲率的区域来限定，在该尖端的曲率大于容纳于其中的气囊的部分的曲率(或最大曲率)。在一组实施例中，该表面包括多个离散部分，例如其间具有不连续的梯度。各部分本身可为部分椭圆、抛物线形等等，但是同样也可以为直的。可将由各离散部分组成的各表面的一组特别的实施例描述为分段多项式。如上所述，该气泡的尺寸可比该裂纹小，使得其仅附着于一侧上，或该气泡可具有类似的大小，以将该裂纹封闭。可以仅具有一个凹陷以部分地容纳该气囊；气囊可以横向扩展，并部分地由多个凹陷容纳。但这不是必要的。在一组特别的实施例中，该高速喷流被设置为冲击表面区域，该表面已制备为具有特别的粗糙度或微观形状，使得将该气囊的许多小的部分捕集到该喷流的尖端和目标表面之间，即这些小的凹陷的尺寸比该横向喷流的尖端小。当从本专利技术的第二方面来看时，其提供了一种产生局部能量集中的方法，包括制造至少一个冲击波，该冲击波传播通过非气态介质，以入射到悬浮在该介质中的气囊上，其中，该气囊与一表面间隔开，该表面成形为以将所述冲击波导向所述气囊的方式至少部分反射所述冲击波。本专利技术还扩展至一种产生局部能量集中的设备，包括非气态介质，其内具有气囊，其中，所述气囊与一表面间隔开；以及制造至少一个冲击波的装置，所述冲击波传播通过所述介质，以便入射到所述气 囊上，其中，所述表面成形为以将所述冲击波导向所述气囊上的方式至少部分地反射所述冲击波本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.07 GB 1007655.21.一种产生局部能量集中的方法，包括制造至少一个冲击波，所述冲击波传播通过非气态介质，以便入射到所述介质中的气囊上，其中，所述气囊附着于一表面，所述表面包括凹陷，所述凹陷成形为部分地容纳所述气囊。2.一种如权利要求I所述的方法，包括在所述气囊坍塌期间控制横向喷流的形成，其中，表面凹陷被设计为接收横向喷流撞击，使得将气囊的至少一部分捕集在撞击中的喷流与所述表面凹陷之间。3.—种如权利要求2所述的方法，其中，所述喷流被设置为冲击表面上的一区域，所述区域已被制备为具有特别的粗糙度或微观形状，使得将所述气囊的小的部分捕集到所述喷流的尖端与目标表面之间。4.一种如权利要求1、2或3所述的方法，其中，所述表面凹陷和气囊被设置为使得最初的接触区域是形成闭环的曲线。5.一种如权利要求4所述的方法，其中，所述表面凹陷的一部分具有比所述喷流的所述尖端的曲率更大的曲率，并且其中，所述表面凹陷的所述部分被设置为使得所述喷流撞击到其中。6.一种如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述表面凹陷的横截面背离所述表面凹陷的开口而锥形化。7.一种如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述表面凹陷的深度大于其宽度。8.一种如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述表面凹陷包括多个离散部分。9.一种如权利要求8所述的方法，其中，所述离散部分为分段多项式。10.一种产生局部能量集中的方法，包括制造至少一个冲击波，所述冲击波传播通过非气态介质，以便入射到悬浮在所述介质中的气囊上，其中，所述气囊与一表面间隔开，所述表面成形为以将所述冲击波导向所述气囊上的方式，至少部分地反射所述冲击波。11.一种如权利要求10所述的方法，其中，所述表面被设置为将所述冲击波反射和/或聚集到所述气囊上。12.—种如权利要求11所述的方法，其中，被反射和/或聚集的冲击波与所述气囊相互作用。13.—种如权利要求10、11或12所述的方法，其中，所述表面是非平面的。14.一种如权利要求10至13中任一项所述的方法，其中，所述表面包括多个离散部分。15.一种如权利要求14所述的方法，其中，所述离散部分为分段多项式。16.—种如权利要求10至15中任一项所述的方法，其中，所述表面以这样的方式成形将被反射的冲击波聚集到所述气囊上。17.—种如权利要求16所述的方法，其中，所述表面成形为将被反射的冲击波聚集到一点。18.—种如权利要求10至17中任一项所述的方法，其中，所述气囊被放置为使其与所述表面的距离不大于所述表面的最接近部分的最大曲率半径的三倍。19.一种如权利要求18所述的方法，其中，最接近所述表面的、所述气囊的边缘与所述表面间隔开一定距离，所述距离小于所述气泡气囊的最宽部分的尺寸的五倍，优选地，小于最宽尺寸的三倍，例如，小于最宽尺寸的两倍。20.一种产生局部能量集中的方法，包括制造至少一个冲击波，所述冲击波传播通过非气态介质，以便入射到所述介质内的气囊上，其中，所述气囊附着于一非平面表面，所述非平面表面成形为集中入射到所述气囊上的所述冲击波的强度。21.一种如权利要求20所述的方法，其中，所述表面是凹的。22.—种如权利要求21所述的方法，其中，所述表面包括多个离散部分。23.一种如权利要求22所述的方法，其中，所述离散部分为分段多项式。24.一种如权利要求21至23中任一项所述的方法，其中，所述气囊附着于所述凹的表面的底部或中心点。25.—种如权利要求21至24中任一项所述的方法，其中，所述表面的深度大于其宽度。26.—种如权利要求21至25中任一项所述的方法，其中，所述表面包括多个凹的部分。27.一种如权利要求21至26中任一项所述的方法，其中，所述凹的部分或每个凹的部分具有附着于其上的多个气囊。28.一种如前述权利要求中任一项所述的方法，包括使用引爆装置以制造具有O. IGPa和50GPa之间的压力的冲击波。29.—种如权利要求I至27中任一项所述的方法，包括使用碎石装置制造具有IOOMPa和IGPa之间的压力的冲击波。30.一种如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用预制膜构成所述气囊，所述预制膜限定所述气囊和所述非气态介质之间的边界。31.一种如权利要求30所述的方法，其中，所述膜是易碎的且被设置为在受到所述冲击波撞击时破裂。32.—种如权利要求30或31所述的方法，其中，所述预制膜包括薄弱线或薄弱区域。33.一种如前述权利要求中任一项所述的方法，利用其生成核聚变反应。34.一种产生局部能量集中的设备，包括 非气态介质，其内具有气囊，其中，所述气囊附...

【专利技术属性】
技术研发人员：亚尼斯·温迪克斯，尼古拉斯·霍克，
申请(专利权)人：牛津大学技术转移公司，
类型：
国别省市：