專利名稱:使用納米管產(chǎn)生高能粒子的方法和其物品的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文揭示通過在存在活化能(諸如粒子的熱能、電磁能或動(dòng)能)的情況下使納米管 與氫同位素接觸來產(chǎn)生高能粒子的方法。還揭示通過將物質(zhì)暴露于根據(jù)揭示方法產(chǎn)生的 高能粒子來使所述物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方法。
背景技術(shù)：
需要替代能源來減輕我們社會(huì)當(dāng)前對(duì)烴燃料的依賴而不進(jìn)一步影響環(huán)境。發(fā)明者已 開發(fā)出納米管和使用所述納米管的裝置的多種用途。本揭示內(nèi)容以一種新穎的設(shè)計(jì)來以 環(huán)保方式滿足當(dāng)前和未來能量需要的表現(xiàn)形式，組合了納米管(且在一項(xiàng)具體實(shí)施例中 為碳納米管)的獨(dú)特性質(zhì)。
用基于納米管的核能系統(tǒng)發(fā)動(dòng)的裝置可實(shí)質(zhì)上改變當(dāng)前的配電狀態(tài)。舉例而言，基 于納米管的核能系統(tǒng)可減少(若非消除)對(duì)配電網(wǎng)、化學(xué)電池組、諸如太陽電池、風(fēng)力 發(fā)動(dòng)機(jī)、水力發(fā)電站的能量捕獲裝置、內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)、化學(xué)火箭發(fā)動(dòng)機(jī)或渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)以及 其它所有形式的用于動(dòng)力產(chǎn)生的化學(xué)燃燒的需要。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明揭示一種產(chǎn)生高能粒子的方法，其包含使納米管與氫同位素接觸和施 加活化能到所述納米管。在一項(xiàng)具體實(shí)施例中，所述氫同位素包含氕、氘、氚和其組合。 此外，所述氫同位素源可為固相、液相、氣相、等離子體相或超臨界相?；蛘?，所述氫 同位素源可受縛于分子結(jié)構(gòu)中。
本發(fā)明還揭示一種使物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方法，所述方法包含使納米管與氫同位素源接觸， 施加活化能到所述納米管，產(chǎn)生高能粒子和使所述待轉(zhuǎn)化物質(zhì)與所述高能粒子接觸。如
本文所使用，可轉(zhuǎn)化的物質(zhì)為從一種元素或同位素轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N元素或同位素的物質(zhì)。


圖1為用于液相反應(yīng)且具有根據(jù)本揭示內(nèi)容所使用的H^探測器的旋轉(zhuǎn)器型反應(yīng)器 的示意圖。
圖2為根據(jù)圖1的旋轉(zhuǎn)器類型的示意圖，其中所述H^探測器已由一排鍺探測器替代。
圖3為不具有用于電解根據(jù)本發(fā)明揭示內(nèi)容所用的液相的獨(dú)立電極的反應(yīng)器的示意圖。
圖4為根據(jù)圖3的反應(yīng)器的的示意圖，其進(jìn)一步包括用于電解液相的獨(dú)立電極。 圖5為根據(jù)本發(fā)明揭示內(nèi)容所用的氣相反應(yīng)反應(yīng)器的示意圖。 圖6為使用圖4的反應(yīng)器所產(chǎn)生的高能粒子數(shù)目圖。
具體實(shí)施方式
A.定義
本揭示內(nèi)容中所使用的下述術(shù)語或短語具有以下所略述的意義
術(shù)語"纖維"或其任何變體定義為高縱橫比材料。本揭示內(nèi)容中所使用的纖維可包 括由一種或許多種不同成分構(gòu)成的材料。
術(shù)語"納米管"是指通常具有在25人至100nm的閉區(qū)間內(nèi)的平均直徑的管形分子 結(jié)構(gòu)。可使用具有任何尺寸的長度。
術(shù)語"碳納米管"或其任何變體是指主要由排列于六角晶格(石墨片)中的碳原子 構(gòu)成的管形分子結(jié)構(gòu)，其中所述分子結(jié)構(gòu)自身圍攏以形成無縫圓柱管的壁。這些管形片 可單獨(dú)出現(xiàn)(單壁)或者可作為許多巢套層(多壁)出現(xiàn)以形成所述圓柱結(jié)構(gòu)。
短語"環(huán)境背景輻射"是指從各種自然源和人工源(包括地面源和宇宙射線(宇宙 輻射))發(fā)射出的電離輻射。
術(shù)語"功能化的"(或其任何變體)是指納米管具有附著于其表面的原子或原子群， 此原子或原子群可改變納米管的性質(zhì)(諸如動(dòng)電位(zeta potential))。
術(shù)語"摻雜"碳納米管是指六角碳的巻片的晶體結(jié)構(gòu)中存在除了碳以外的離子或原 子。摻雜碳納米管意指六角環(huán)中至少一個(gè)碳被非碳原子所替代。
術(shù)語"轉(zhuǎn)化"或其衍生詞定義為原子核狀態(tài)的改變，無論是其原子核中的質(zhì)子或中 子數(shù)目的改變，或是通過捕捉或發(fā)射粒子所致的原子核中能量的改變。使物質(zhì)轉(zhuǎn)化因此
定義為改變包含所述物質(zhì)的原子核的狀態(tài)。
在一項(xiàng)具體實(shí)施例中，揭示一種利用納米管結(jié)構(gòu)由同位素的轉(zhuǎn)化來產(chǎn)生高能粒子的 方法。在此具體實(shí)施例中，轉(zhuǎn)化是同位素的核成分的改變，其伴隨能量的釋放或吸收。 為了從穩(wěn)定的同位素的結(jié)合或分裂產(chǎn)生能量，可能需要施加活化能。
此活化能可直接或間接地以電磁刺激的形式出現(xiàn)，而賦予所述同位素動(dòng)量溫度、壓 力或電磁場。初始活化能可為電流脈沖或電磁輻射的形式。此外，活化能可以由本文所 描述的轉(zhuǎn)化反應(yīng)(也已知為連鎖反應(yīng)(chain reaction))所產(chǎn)生的能量的形式出現(xiàn)。
在某些同位素轉(zhuǎn)化反應(yīng)中，活化能是克服兩個(gè)原子核靠近時(shí)所產(chǎn)生的庫侖斥力所需 的能量。用于此反應(yīng)的主要同位素為氘211,但氫'H、氚SH和氦三SHe也可用來產(chǎn)生能 量和氦四4He。以引用方式包括的有同位素列表，其可用于產(chǎn)生能量的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，且可 見于漢斯C.瓦尼安(Hans C. Ohanian ) (1987)的"現(xiàn)代物理學(xué)(Modern Physics)" 的第507頁至第521頁，所述頁以引用的方式并入本文中。
為了克服轉(zhuǎn)化所需的同位素的庫侖斥力，可供應(yīng)形式為粒子的熱能、電磁能或動(dòng)能 的活化能。電磁能包含一個(gè)或多個(gè)選自以下各物的源x射線、光子、a、 p或Y射線、 微波輻射、紅外線輻射、紫外線輻射、聲子、宇宙射線、處于吉赫(gigahertz)至太赫 (terahertz)頻率范圍中的輻射或其組合。
活化能也可包含具有動(dòng)能的粒子，其經(jīng)定義為運(yùn)動(dòng)中的任何粒子，諸如原子或分子。 非限定性實(shí)施例包括質(zhì)子、中子、反質(zhì)子、基本粒子和其組合。如本文所使用，"基本 粒子"為不可進(jìn)一步分解為粒子的基礎(chǔ)粒子?；玖Ｗ拥膶?shí)例包括電子、反電子、介子、 派(兀)介子、強(qiáng)子、輕子(其為電子的形式)、重子、放射同位素和其組合。
其它在本揭示方法中可用作活化能的粒子包括引自漢斯C.瓦尼安(Hans C. Ohanian)的"現(xiàn)代物理學(xué)(Modern Physics)"第460頁至第494頁的粒子，所述頁以 引用的方式并入本文中。
相似地，由本揭示方法產(chǎn)生的高能粒子可包含先前所述的相同的高能粒子，亦即中 子、質(zhì)子、電子、P輻射、a輻射、介子、派(7i)介子、強(qiáng)子、輕子、重子和其組合。換 言之，由本揭示方法所產(chǎn)生的活化能可包含用以引發(fā)反應(yīng)的相同的高能粒子。
因?yàn)楸疚乃枋龅霓D(zhuǎn)化反應(yīng)所需的能量產(chǎn)生將使用活化能，故我們可通過控制存在 的活化能的量或在發(fā)明性過程中將同位素饋入納米管結(jié)構(gòu)的速率，來控制所產(chǎn)生的能 量。舉例而言，通過凍結(jié)納米管/重水混合物、從而從核轉(zhuǎn)化過程奪取熱能且減慢氘向納 米管(諸如碳納米管)中的擴(kuò)散，可顯著減少能量的產(chǎn)生。
在一個(gè)實(shí)施例中，使物質(zhì)轉(zhuǎn)化可通過使物質(zhì)與納米管結(jié)構(gòu)接觸、使所述物質(zhì)限于所
述納米管結(jié)構(gòu)的尺寸內(nèi)并使具有限于其中的所述物質(zhì)的所述納米管結(jié)構(gòu)暴露于活化能 下來實(shí)現(xiàn)。
在不被任何理論束縛的情況下，本文所描述的用于產(chǎn)生高能粒子和進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)的 方法為(至少部分地)納米管結(jié)構(gòu)的表現(xiàn)。相信當(dāng)原子尺度的物質(zhì)受限于納米管結(jié)構(gòu)的 有限尺寸時(shí)，包含所述物質(zhì)的原子的原子核將很可能會(huì)進(jìn)行交互作用和因此進(jìn)行所述物 質(zhì)的轉(zhuǎn)化。換言之，納米尺度限制增加了物質(zhì)的原子核發(fā)生交互作用的機(jī)率。類似理論 已被描述為在一維玻色氣體(Bose gas)中的篩濾，其描述可見于N.M.博戈柳博夫(N.M. Bogolyubov)等人的文章在一維玻色氣體中的完全篩濾(CompZefe Scree"/ g !>i a Owe-W new".onaZ 5ose Gas) , Zapiski Nauchnykh Seminarov Leningradskogo Otdeleniya Matematicheskogo Instituta im. V.A. Steklova AN SSSR (1986)第150巻第3-6頁中。
因此，在一個(gè)實(shí)施例中，相信當(dāng)諸如脈沖形式的電流被施加到碳納米管時(shí)通過所述 受限的碳納米管系統(tǒng)內(nèi)部的高密度電子等離子體(且當(dāng)氘存在時(shí))，庫侖斥力得以減少 或消除。電子可非常接近原子核，因此平均起來將抵消氘同位素間的庫侖斥力。此又將 會(huì)減少轉(zhuǎn)化所需的活化能。
任何具有空心內(nèi)部的納米尺度結(jié)構(gòu)可用于本揭示過程中，其中所述空心內(nèi)部可輔助 或賦能納米尺度限制，且能夠承受與揭示方法相關(guān)聯(lián)的內(nèi)部條件。在一項(xiàng)具體實(shí)施例中，納米管包含碳和其同素異形體。舉例而言，根據(jù)本揭示內(nèi)容 所使用的碳納米管為長度范圍從500 至10 cm(諸如從2 mm至10 mm)的多壁碳納米 管。根據(jù)本揭示內(nèi)容的納米管結(jié)構(gòu)可具有至多100nm(諸如從25人至100nm)的內(nèi)徑。
納米管材料也可包含非碳材料，諸如絕緣材料、金屬材料或半導(dǎo)體材料或所述材料 的組合。
應(yīng)了解，氫同位素可位于納米管的內(nèi)部、多壁納米管(當(dāng)使用時(shí))的壁之間的空間內(nèi)、 由一個(gè)或多個(gè)納米管形成的至少一個(gè)環(huán)狀物(loop)內(nèi)或其組合內(nèi)。
在一項(xiàng)具體實(shí)施例中，納米管可端與端對(duì)準(zhǔn)、平行對(duì)準(zhǔn)或以其任何組合對(duì)準(zhǔn)。另外 或另一選擇為，納米管可由至少一層無機(jī)材料的原子層或分子層完全地或部分地涂布或 摻雜。
在某些實(shí)施例中，當(dāng)納米管結(jié)構(gòu)與限于其中的物質(zhì)以催化方式交互作用時(shí)，使物質(zhì) 轉(zhuǎn)化的方法可得以增強(qiáng)。此可通過選擇特定納米管(諸如碳)或用可改變引發(fā)揭示反應(yīng) 所需的活化能的數(shù)量或類型的分子來摻雜或涂布納米管實(shí)現(xiàn)。
如本文所使用，"催化劑"和自其衍生的任何字經(jīng)定義為改變活化能的物質(zhì)。在一 項(xiàng)具體實(shí)施例中，改變活化能經(jīng)定義為減少發(fā)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)所需的能量。 當(dāng)納米管結(jié)構(gòu)進(jìn)一步充當(dāng)催化劑時(shí)，其可作為攜帶許多低能量光子、聲子或粒子且 附帶將其能量傳送到轉(zhuǎn)化原子核的整合體來進(jìn)行。先前所提及的活化能形式也可用于此 過程中。
在某些狀況下，活化能可由多種能量形式的總和產(chǎn)生，諸如x射線納米管捕捉與電 子核散射同時(shí)發(fā)生以推進(jìn)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，諸如氖轉(zhuǎn)化為4e和中子。
在某個(gè)實(shí)施例中，將有可能通過在納米管內(nèi)加載氫同位素來產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，以使得 由一個(gè)轉(zhuǎn)化事件釋放的能量會(huì)推進(jìn)較多的轉(zhuǎn)化事件。
如上所述，使物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方法可導(dǎo)致由高能粒子的釋放而產(chǎn)生能量。在非限定性實(shí) 施例中，由揭示方法產(chǎn)生的能量可包含具有動(dòng)能的中子、氚核、氦同位素和質(zhì)子。
本文所揭示的納米管結(jié)構(gòu)可包含單壁、雙壁或多壁納米管或其組合。納米管可具有 在申請(qǐng)人同時(shí)申請(qǐng)的諸申請(qǐng)案中所描述的已知形態(tài)，包括(諸如)2005年4月22日申 請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)案第11/111,736號(hào)、2004年3月8日申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)案第 10/794,056號(hào)和2006年9月1日申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)案第11/514,814號(hào)，所有申請(qǐng)案皆
以引用的方式并入本文中。
上文描述的形狀中的一些形狀更詳細(xì)地定義于M.S.卓瑟霍斯(M.S.Dresselhaus)、 G.卓瑟霍斯(G. Dresselhaus)和P.艾弗瑞斯(P. Avouris)等人的碳納米管合成、結(jié) 構(gòu)、特性和應(yīng)用(Carbon Nanotubes: Synthesis, Structure, Properties, and Applications), 應(yīng)用物理專題(7bp!'c"rtApp"edf/^;^'") .80.2000,德國施普林格(Springer-Verlag) 和"碳的化學(xué)路徑(A Chemical Route to Carbon)" 納米巻，Nanoscrolls，麗莎M.維 克里斯(LisaM. Viculis)，朱利安J.馬克(Julia J. Mack)和理查德B.凱納(Richard B. Kaner)，科學(xué)(Science) 2003年2月28日；299，兩者皆以引用的方式并入本文中。
當(dāng)使用具有上述形態(tài)的納米管結(jié)構(gòu)時(shí)，限制尺寸(定義為進(jìn)行轉(zhuǎn)化的物質(zhì)被限于其 中的尺寸)選自納米管的內(nèi)部、多壁納米管的壁之間的空間內(nèi)、由一個(gè)或多個(gè)納米管形 成的至少一個(gè)環(huán)狀物內(nèi)或其組合內(nèi)。
如先前所述，根據(jù)本揭示內(nèi)容的方法通常使用活化能來協(xié)助轉(zhuǎn)化。所述活化能的非 限定性實(shí)例包括微波輻射、紅外線輻射、熱能、聲子、光子、紫外線輻射、x射線、Y 射線、a輻射、(3輻射和宇宙射線。
當(dāng)然納米管結(jié)構(gòu)可包含視情況可處于磁場、電場或電磁場中的納米管網(wǎng)絡(luò)。在一項(xiàng) 非限定性具體實(shí)施例中，所述磁場、電場或電磁場可由納米管結(jié)構(gòu)本身提供。
此外，所述方法可進(jìn)一步包括將交流電、直流電或電流脈沖施加到納米管結(jié)構(gòu)或其 組合。
本文所揭示的納米管結(jié)構(gòu)可具有金屬或合金磊晶層。
據(jù)所知，納米管的成分對(duì)于本文所揭示的方法而言并非關(guān)鍵所在。在不為理論所束 縛的情況下，似乎將物質(zhì)限制在納米管內(nèi)會(huì)導(dǎo)致本文所揭示的效應(yīng)，而非所揭示實(shí)施例 中所用的納米管中的碳與由限制氘供給能量的物質(zhì)的一些交互作用。為此，盡管本文所 描述的納米管特定描述為碳，但其更通?？砂沾刹牧?包括玻璃)、金屬材料(和 其氧化物)、有機(jī)材料和所述材料的組合。據(jù)所知，除對(duì)被供給能量的物質(zhì)的尺寸提供 限制外，納米管的形態(tài)(幾何構(gòu)型)非關(guān)鍵所在。在一個(gè)實(shí)施例中，揭示多壁碳納米管。 本文所揭示的納米管結(jié)構(gòu)可具有單個(gè)或多個(gè)在本文所述納米管上形成外殼或涂層的原 子層或分子層。除所述涂層之外，所述納米管結(jié)構(gòu)可由至少一層無機(jī)或有機(jī)材料的原子 層或分子層加以摻雜。
對(duì)用于納米管的涂層和涂布納米管的方法的描述在申請(qǐng)人共同申請(qǐng)的申請(qǐng)案中被 描述，所述申請(qǐng)案先前以引用的方式并入，亦即2005年4月22日申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng) 案第11/111,736號(hào)、2004年3月8日申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)案第10/794,056號(hào)和2006年 9月1日申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)案第11/514,814號(hào)。
本文所描述的方法可進(jìn)一步包含使用至少一個(gè)有機(jī)基團(tuán)來使碳納米管功能化。功能 化通常通過使用化學(xué)技術(shù)(包括濕化學(xué)反應(yīng)或蒸汽、氣體或等離子體化學(xué)反應(yīng))和微波 輔助化學(xué)技術(shù)改變碳納米管的表面，和利用表面化學(xué)反應(yīng)將材料粘接至碳納米管的表面 來執(zhí)行。這些方法是用于"活化"所述碳納米管，其經(jīng)定義為破壞至少一個(gè)C-C或C-雜原子鍵，從而提供表面以便向其附著分子或分子團(tuán)。
功能化碳納米管可包含附著于碳納米管的表面(諸如外側(cè)壁)的化學(xué)基團(tuán)(諸如羧基)。 此外，納米管功能化可通過多步驟程序發(fā)生，其中官能團(tuán)依序添加到所述納米管以獲得 特定的、所要的功能化納米管。
與功能化碳納米管不同，經(jīng)涂布的碳納米管覆蓋有一層材料和/或一個(gè)或許多個(gè)粒 子，其與官能團(tuán)不同，未必化學(xué)地鍵接至納米管，且其覆蓋納米管的表面區(qū)域。
本文所使用的碳納米管也可摻雜成分來協(xié)助所揭示的過程。如上所述，"摻雜"碳 納米管是指六角碳的巻片的晶體結(jié)構(gòu)中存在除碳以外的離子或原子。摻雜碳納米管是指 六角環(huán)中的至少一個(gè)碳由非碳原子替代。
還揭示一種使物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方法，所述方法包含使納米管與氫同位素源接觸、施加活 化能到所述納米管、產(chǎn)生高能粒子和將待轉(zhuǎn)化的所述物質(zhì)與所述高能粒子接觸。
由轉(zhuǎn)化產(chǎn)生的輻射形式的能量的一部分可直接用以推進(jìn)第二產(chǎn)生轉(zhuǎn)化反應(yīng)。所述方 法可用于不斷產(chǎn)生動(dòng)力直到消耗所需的程度。
在一個(gè)實(shí)施例中，本文所描述的方法可用于使具有長半衰期且被視為放射性污染物 的同位素轉(zhuǎn)化為具有較短半衰期的同位素。此可通過中子捕獲來實(shí)現(xiàn)。在所述實(shí)施例中， 需要將氘饋入納米管，因?yàn)槟繕?biāo)同位素可捕獲碳納米管中緊密聚集在一起的許多中子。 原子核中的大量中子將推進(jìn)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，此將放射性同位素的半衰期從數(shù)百或數(shù)千年減少 到數(shù)毫秒。
在另一實(shí)施例中，氘轉(zhuǎn)化為SHe和中子可通過使碳納米管與氘氣和活化能接觸而進(jìn) 行。在這個(gè)實(shí)施例中，由限制容器將氘保持為高濃度，所述限制容器包圍元素成份，例 如氘氣、碳納米管和附著電極。另外，碳納米管應(yīng)成束以在束的任一端與電極電接觸。 電線連接到電極且將來自產(chǎn)生400V脈沖達(dá)10ns的電路的活化能供應(yīng)給碳納米管。這個(gè) 實(shí)施例的示意圖示于圖5中。
本揭示內(nèi)容進(jìn)一步由下述非限定性實(shí)例加以說明，所述實(shí)例僅意在示例性說明本揭 示內(nèi)容。
實(shí)例
實(shí)例l.使用已處理的碳納米管產(chǎn)生高能粒子
a) 碳納米管材料的產(chǎn)生
將5g的碳納米管在室溫下與250 ml的試劑級(jí)硝酸混合。所述碳納米管為多壁的， 其具有在10nm至50nm之間的直徑和在100 nm至100um之間的長度。20分鐘之后， 從硝酸去除所述碳納米管且用水將其沖洗三次。在設(shè)于室溫之上的烘箱中干燥碳納米管 以將水份去除。自所述批次(batch)，將100 mg的碳納米管與35 ml至40 ml的99.9%純 020在50 ml的玻璃燒杯中組合(樣品A)。所述D20是取自購買自美國西格瑪奧德里 奇公司(Sigma Aldrich)的新250克樣品(部件號(hào)151882-250G，批號(hào)08410KC)。
b) 對(duì)碳納米管材料的測量
用下述方式對(duì)由樣品A發(fā)射的各種高能粒子加以測量
樣品A由透明塑料包裹覆蓋，以使D20的蒸發(fā)和吸水成為吸濕性D20的吸水性最 小化。其接著被置于可旋轉(zhuǎn)的樣品架中，所述樣品架在測量期間保持相對(duì)于地面45度 的角度且以大約lrpm的速率旋轉(zhuǎn)，以便保持使碳納米管的表面至少部分潮濕。所述旋 轉(zhuǎn)樣品架的示意圖展示于圖1中。
高于背景的能量是使用SHe中子探測器和Nal (碘化鈉)Y/x射線探測器加以測量。 在沒有任何樣品存在的情況下進(jìn)行背景測量。樣品A最初是在暗室中被測量。在樣品由 UV過濾鹵素?zé)粽丈涞那闆r下重復(fù)所述測量。制備在成分和形態(tài)上與樣品A相同的第二 樣品(B)。樣品B分別由(a)UV過濾鹵素?zé)艉?b)紅色激光器照射。
盡管所有樣品(包括在暗室中被測量的樣品)展示高于背景的正偏壓，但當(dāng)使用光 源時(shí)，注意到增強(qiáng)的信號(hào)，其中最強(qiáng)的響應(yīng)發(fā)生于使用UV過濾鹵素?zé)魰r(shí)。 這個(gè)實(shí)例展示通過使經(jīng)處理的碳納米管與D20組合，可產(chǎn)生高能粒子。 實(shí)例2.使用未經(jīng)處理的碳納米管產(chǎn)生高能粒子
a) 碳納米管材料的產(chǎn)生
這個(gè)實(shí)例實(shí)質(zhì)上類似于實(shí)例1，其例外為在這個(gè)實(shí)例中使用未經(jīng)處理的多壁碳納米 管。所述碳納米管具有在10nm至50nm之間的直徑和在100 nm至100 um之間的長度。 將約100 mg的碳納米管與35 ml至40 ml的99.9%純D20在50 ml的玻璃燒杯中組合。
b) 對(duì)碳納米管材料的測量
用下述方式對(duì)由根據(jù)本發(fā)明所制得的樣品發(fā)射的高能粒子加以測量 如同實(shí)例l，根據(jù)這個(gè)實(shí)例的樣品由透明塑料包裹覆蓋，以使D20的蒸發(fā)和吸水成 為吸濕性D20的吸水性最小化。其接著被置于可旋轉(zhuǎn)的樣品架中，所述樣品架在測量期
間保持相對(duì)于地面45度的角度且以大約1 rpm的速率旋轉(zhuǎn)，以便保持使碳納米管的表面 至少部分潮濕。
這個(gè)實(shí)例中所用的配置的示意圖展示于圖2中，其類似于圖l，其中3He探測器由 一排鍺探測器替代。具體來說，在施加活化能之前，將兩排放置于裝置的任一側(cè)上的鍺 中子探測器校準(zhǔn)以測定實(shí)驗(yàn)場所的中子的背景速率。探測器是當(dāng)前工藝水平的中子探測 器，其屬于美國勞倫斯利弗摩爾國家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Livermore National Laboratories)
的財(cái)產(chǎn)且探測器的操作方式是屬于實(shí)驗(yàn)室所有人的專利。
在沒有任何樣品存在的情況下進(jìn)行背景測量。在樣品由UV過濾鹵素?zé)粽丈涞耐瑫r(shí) 進(jìn)行測量。盡管所有的測量(包括背景測量)展示高于背景的正偏壓，但當(dāng)使用UV過 濾鹵素?zé)魰r(shí)，注意到增強(qiáng)的信號(hào)。
這個(gè)實(shí)例展示通過使未經(jīng)處理的碳納米管與D20組合，同時(shí)施加活化能，可產(chǎn)生高 能粒子。
實(shí)例3.通過液相轉(zhuǎn)化產(chǎn)生高能粒子-不具有電解電極
在這個(gè)實(shí)例中，納米管為購自納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(Nano TechLabs)(美國北卡羅來納 州亞德金縣409 W.楓樹大街納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室公司(NanoTechLabs Inc.， 409 W. Maple St,, Yadkinville， NC) 27055)的商業(yè)純碳納米管。其具有約3 mm的長度，具有6元環(huán)結(jié)構(gòu) 且直線取向。所述碳納米管實(shí)質(zhì)上無缺陷且在用于裝置之前未經(jīng)處理。
將含有大約l，OOO個(gè)單獨(dú)納米管的對(duì)準(zhǔn)碳納米管束在其每一末端連接到不銹鋼電 極。所述碳納米管電極系統(tǒng)經(jīng)測量具有大約200Q電阻。 一個(gè)納米管電極通過電容器接地且連接到與高壓電源連接的19.5 Q電阻器。參考圖3。另一個(gè)納米管電極通過30 ns 上升時(shí)間晶體管接地。晶體管上的柵極連接到脈沖發(fā)生器。
在室溫和大氣壓下將碳納米管電極系統(tǒng)浸沒于陶瓷反應(yīng)皿中的2克液體D20中。以 大約10KHz的重復(fù)率將電壓以200伏電壓峰形式施加到碳納米管歷時(shí)200毫微秒范圍內(nèi) 的時(shí)間。
信號(hào)發(fā)生器將9V的150 ns寬脈沖傳送到晶體管以觸發(fā)電容器通過加載氖的碳納米 管放電。在不銹鋼電極因電腐蝕而腐蝕并且不再與碳納米管接觸之前中子猝發(fā)2小時(shí)。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄這段時(shí)間中高于背景的數(shù)據(jù)。
在施加電壓之前，將兩排放置于裝置的任一側(cè)上的鍺中子探測器校準(zhǔn)以測定實(shí)驗(yàn)場 所的中子的背景速率。探測器是當(dāng)前工藝水平的中子探測器，其屬于美國勞倫斯利弗摩 爾國家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Livermore National Laboratories)的財(cái)產(chǎn)且探測器的操作方式 是屬于實(shí)驗(yàn)室所有人的專利。
在施加電壓之前，探測器無明顯探測周期地間歇性探測中子。這可與背景輻射相比。 在將電壓施加碳納米管之后，探測器再次間歇性地探測中子。探測到中子短時(shí)期猝發(fā)且 為高于背景的低水平穩(wěn)定流形式，其中探測事件4倍到100倍于背景探測的大小。當(dāng)中 斷施加電壓時(shí)，探測再次以背景水平的大小表征并且未觀察到猝發(fā)的周期性。使用所用 設(shè)備不能測量所探測中子的動(dòng)能。
實(shí)驗(yàn)裝置不能測量裝置操作期間所產(chǎn)生的任何熱量。同樣也不能檢驗(yàn)可能會(huì)在過程 中產(chǎn)生的氣體的成分。
實(shí)例4.通過液相轉(zhuǎn)化產(chǎn)生高能粒子-具有電解電極
在這個(gè)實(shí)例中，納米管為購自納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室(Nano TechLabs)(美國北卡羅來納 州亞德金縣409 W.楓樹大街納米技術(shù)實(shí)驗(yàn)室公司(NanoTechLabs Inc., 409 W. Maple St., Yadkinville, NC ) 27055)的商業(yè)純碳納米管。其具有約6mm的長度，具有6元環(huán)結(jié)構(gòu) 且直線取向。所述碳納米管實(shí)質(zhì)上無缺陷且在用于裝置之前未經(jīng)處理。
將含有大約1，000個(gè)單獨(dú)納米管的對(duì)準(zhǔn)碳納米管束在其每一末端連接到鉑電極。所 述碳納米管電極系統(tǒng)經(jīng)測量具有大約8Q電阻。 一個(gè)納米管電極通過電容器接地。另一 個(gè)納米管電極通過晶體管接地。第三個(gè)電解電極保持緊鄰于碳納米管束中心且通過6KQ 電阻器連接到490V5mA電源。這種配置的示意性描述示于圖4中。
在室溫和大氣壓下將碳納米管電極系統(tǒng)浸沒于陶瓷反應(yīng)皿中的2克液體D20中。以 大約730 Hz的重復(fù)率將電壓以490伏電壓峰形式施加到碳納米管歷時(shí)10到100毫微秒 范圍內(nèi)的時(shí)間。在毫秒期間，電容器內(nèi)充電，充電電流也用于電解D20從而在納米管表
面產(chǎn)生D2氣體。進(jìn)行電解以增加D2擴(kuò)散到碳納米管中。信號(hào)發(fā)生器將9V的150ns寬 脈沖傳送到晶體管以觸發(fā)電容器通過加載氖的碳納米管放電。產(chǎn)生中子猝發(fā)并且由數(shù)據(jù) 采集系統(tǒng)記錄不存在于背景中的中子猝發(fā)。
根據(jù)這個(gè)實(shí)例所產(chǎn)生的高能粒子數(shù)圖示于圖6中。
在施加電壓之前，將兩排放置于裝置的任一側(cè)上的鍺中子探測器校準(zhǔn)以測定實(shí)驗(yàn)場 所的中子的背景速率。探測器是當(dāng)前工藝水平的中子探測器，其屬于美國勞倫斯利弗摩 爾國家實(shí)驗(yàn)室(Lawrence Livermore National Laboratories)的財(cái)產(chǎn)且探測器的操作方式是 屬于實(shí)驗(yàn)室所有人的專利。
在施加電壓之前，探測器間歇性地探測中子且未觀察到探測周期性。這可與背景輻 射相比。在將電壓施加碳納米管之后，探測器再次間歇性地探測中子。如圖6所示，探 測到中子呈短時(shí)期猝發(fā)狀態(tài)，其中探測事件4倍到1萬倍于背景探測的大小。此外，隨 時(shí)間流逝觀察到猝發(fā)的周期性，猝發(fā)頻率為大約10分鐘。當(dāng)中斷施加電壓時(shí)，探測再 次顯示那些背景水平下的大小特征并且未觀察到猝發(fā)的周期性。使用所用設(shè)備不能測量 所探測中子的動(dòng)能。
實(shí)驗(yàn)裝置不能測量裝置操作期間所產(chǎn)生的任何熱量。同樣也不能檢驗(yàn)可能會(huì)在此過 程中產(chǎn)生的氣體的成分。測定實(shí)驗(yàn)后剩余的液體成分，且樣品中的重水量減少。
通過赫斯特(Hurst)分析統(tǒng)計(jì)分析這個(gè)實(shí)例中生成的數(shù)據(jù)以確定所述結(jié)果的統(tǒng)計(jì)顯 著性。赫斯特分析為產(chǎn)生優(yōu)值的事件的隨機(jī)和非隨機(jī)發(fā)生的相關(guān)分析。以0.5為中心且 靠近0.5的優(yōu)值指示隨機(jī)數(shù)據(jù)?？拷?.0的優(yōu)值指示正相關(guān)?？拷麿的優(yōu)值指示反相關(guān)。 這個(gè)實(shí)例的數(shù)據(jù)靠近0.9，指示高度正相關(guān)。換言之，這個(gè)實(shí)例數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析提供非 隨機(jī)信號(hào)的力證。
除非另外指示，否則本說明書和權(quán)利要求
書中所使用的表示成分?jǐn)?shù)量、反應(yīng)條件等 的所有數(shù)字應(yīng)理解為在任何情況下均由詞語"大約"修飾。因此，除非指示相反含義， 否則在下述說明書和隨附權(quán)利要求
書中所闡述的數(shù)值參數(shù)為近似值，其可取決于本發(fā)明 力求獲得的所要性質(zhì)而改變。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員若考慮本說明書和本文所揭示的本發(fā)明的實(shí)踐，本發(fā)明的其它 實(shí)施例將為顯而易見。希望本說明書和實(shí)例僅被視為示范性的，而本發(fā)明的真正范疇由 下述權(quán)利要求
書指示。
權(quán)利要求
1.一種產(chǎn)生高能粒子的方法，所述方法包含使納米管與氫同位素接觸，和施加活化能到所述納米管。
2. 如權(quán)利要求
l所述的方法，其中所述氫同位素包含氕、氘、氚和其組合。
3. 如權(quán)利要求
l所述的方法，其中所述氫同位素是由呈固相、液相、氣相、等離子體 相或超臨界相的來源提供。
4. 如權(quán)利要求
l所述的方法，其中所述氫同位素是由受縛于分子結(jié)構(gòu)中的來源提供。
5. 如權(quán)利要求
l所述的方法，其中所述氫同位素是通過D20提供。
6. 如權(quán)利要求
l所述的方法，其中所述活化能包含粒子的熱能、電磁能或動(dòng)能。
7. 如權(quán)利要求
6所述的方法，其中所述電磁能包含一個(gè)或多個(gè)選自以下的來源x射 線、光子、y射線、微波輻射、紅外線輻射、紫外線輻射、聲子、處于吉赫至太赫 頻率范圍中的輻射或其組合。
8. 如權(quán)利要求
6所述的方法，其中含有動(dòng)能的所述粒子選自中子、質(zhì)子、電子、P輻 射、a輻射、介子、派(7t)介子、強(qiáng)子、輕子、重子和其組合。
9. 如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述高能粒子包含中子、質(zhì)子、電子、P輻射、a 輻射、介子、派(7t)介子、強(qiáng)子、輕子、重子和其組合。
10. 如權(quán)利要求
l所述的方法，其中所述納米管包含碳納米管。
11. 如權(quán)利要求
l所述的方法，其中所述納米管為多壁碳納米管。
12. 如權(quán)利要求
l所述的方法，其中所述納米管為具有500 pm至10 cm長度范圍的多 壁碳納米管。
13. 如權(quán)利要求
l所述的方法，其中所述納米管為具有2mm至10mm長度范圍的多壁 碳納米管。
14. 如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述氫同位素位于納米管的內(nèi)部、多壁納米管的壁 之間的空間內(nèi)、由一個(gè)或多個(gè)納米管形成的至少一個(gè)環(huán)狀物內(nèi)，或其組合內(nèi)。
15. 如權(quán)利要求
1所述的方法，其進(jìn)一步包括形成碳納米管束和將呈電能形式的活化能 提供到所述碳納米管束。
16. 如權(quán)利要求
13所述的方法，其中所述電能呈電脈沖的形式。
17. 如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述納米管端與端對(duì)準(zhǔn)、平行對(duì)準(zhǔn)或以其任何組合 對(duì)準(zhǔn)。
18. 如權(quán)利要求
l所述的方法，其中所述納米管結(jié)構(gòu)具有至多100nm的內(nèi)徑。
19. 如權(quán)利要求
1所述的方法，其中所述納米管包含絕緣材料、金屬材料或半導(dǎo)體材料 和所述材料的組合。
20. 如權(quán)利要求
l所述的方法，其中所述納米管基本上由碳和其同素異形體組成。
21. 如權(quán)利要求
1所述的方法，其進(jìn)一步包含在施加所述活化能之前至少部分地涂布或 摻雜至少一層無機(jī)材料的原子層或分子層。
22. 如權(quán)利要求
l所述的方法，其中所述活化能包含環(huán)境背景輻射。
23. 如權(quán)利要求
22所述的方法，其中所述環(huán)境背景輻射包含宇宙射線。
24. —種使物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方法，所述方法包含使納米管與氫同位素來源接觸，施加活化能 到所述納米管，產(chǎn)生高能粒子和將待轉(zhuǎn)化物質(zhì)與所述高能粒子接觸。
專利摘要
本發(fā)明揭示一種產(chǎn)生高能粒子的方法，其包含使納米管與氫同位素來源(諸如D₂O)接觸和施加活化能到所述納米管。在一個(gè)實(shí)施例中，所述氫同位素包含氕、氘、氚和其組合。本發(fā)明還揭示一種使物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方法，此方法基于增加受限于納米管結(jié)構(gòu)有限尺寸的原子的原子核交互作用可能性，所述方法產(chǎn)生足以使物質(zhì)轉(zhuǎn)化的高能粒子，且將待轉(zhuǎn)化物質(zhì)暴露于這些粒子中。
文檔編號(hào)G21B3/00GKCN101356588SQ200680050547
公開日2009年1月28日 申請(qǐng)日期2006年11月30日
發(fā)明者克里斯托弗·H·庫珀, 威廉·K·庫珀, 艾倫·G·卡明斯, 詹姆斯·F·洛恩 申請(qǐng)人:塞爾頓技術(shù)公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan