用于將第一物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙镔|(zhì)的裝置、系統(tǒng)和方法
【專利摘要】一種用于將第一物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙镔|(zhì)的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括：混合反應(yīng)器，被配置成提供包括第一反應(yīng)物、第二反應(yīng)物和溶劑的反應(yīng)物混合物；以及高剪切力設(shè)備，流體連接至混合反應(yīng)器，其中，高剪切力設(shè)備包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)子/定子組，至少一個(gè)轉(zhuǎn)子/定子組包括轉(zhuǎn)子和關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱布置并且分離剪切間隙的互補(bǔ)形狀的定子，其中，剪切間隙在從約10微米至約250微米的范圍內(nèi)；以及電動(dòng)機(jī)，被配置成關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，由此能量可以從轉(zhuǎn)子被傳遞至反應(yīng)物，由此在第一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物之間引入反應(yīng)，以形成產(chǎn)物。
【專利說明】用于將第一物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙镔|(zhì)的裝置、系統(tǒng)和方法
[0001 ] 關(guān)于聯(lián)邦政府資助的研究或開發(fā)的聲明
[0002]不適用。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明總體涉及打破和創(chuàng)建亞原子粒子和/或原子粒子之間的鍵。更特別地，在實(shí)施例中，本發(fā)明涉及將亞原子粒子添加到原子的原子核，從原子的原子核去除亞原子粒子，和/或改變?cè)拥脑雍酥械膩喸恿Ｗ印８貏e地，在實(shí)施例中，本發(fā)明涉及添加質(zhì)子和/或中子和/或從原子核去除質(zhì)子和/或中子，和/或?qū)①|(zhì)子轉(zhuǎn)變?yōu)橹凶?，?或?qū)⒅凶愚D(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子。甚至更特別地，在實(shí)施例中，本發(fā)明涉及從氦-4獲取氦-3。甚至更特別地，在實(shí)施例中，本發(fā)明涉及將一種元素或同位素轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N元素或同位素。

【背景技術(shù)】
[0004]氦-3是氦的輕且非放射性同位素，具有兩個(gè)質(zhì)子和一個(gè)中子。例如，氦-3在研究和工業(yè)中具有多種用途。氦-3在低溫下被使用，以實(shí)現(xiàn)約十分之幾開爾文數(shù)量級(jí)的溫度，并且在稀釋冷卻器中與氦-4結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)低到千分之幾開爾文的溫度。氦-3還是用于中子探測(cè)的儀器中的重要同位素。氦-3的其他用途包括醫(yī)學(xué)成像。氦-3還被用于一些聚變處理。
[0005]雖然存在用于氦-3的很多用途，但是地球上的氦-3的數(shù)量非常稀少。實(shí)際上，雖然氦在整個(gè)宇宙中是普遍的，但是氦在地球上非常稀少。而且，不僅氦在地球上非常稀少，而且作為氦-3的氦的比例非常低。例如,近地表大氣的氦-3含量為7.27±0.20兆體積分率(pptv)，并且對(duì)于大氣氦的氦-3/氦-4比約為1.393X10'來自任何地源的比率都不大于5分率的氦-3比百萬分率的氦_4。從而,從自然存在的資源獲取大量氦-3很難。
[0006]氦-3還可以作為氚(包含兩個(gè)中子和一個(gè)質(zhì)子的氫的放射性同位素)衰變的產(chǎn)物來被獲取。這是當(dāng)前獲取氦-3的最普遍商業(yè)方法。因?yàn)殡笆欠派湫缘?，如果吸入或者吸收可能很危險(xiǎn)。而且，氚可以與氧結(jié)合，以形成可以通過皮膚中的毛孔吸收的氚化水分子。除了危險(xiǎn)之外，氚也非常稀少。氚通常通過鋰-6的中子活化，在核反應(yīng)器中被產(chǎn)生。然而，該方法昂貴，并且可能致使反應(yīng)器組件具有放射性。
[0007]其他元素同樣稀少并且很難獲得。更特別地，諸如鑭系元素的稀土元素隨著更多的應(yīng)用被商業(yè)化而發(fā)現(xiàn)增加了更多應(yīng)用，在自然界中很難獲得。例如，稀土元素在用于計(jì)算機(jī)監(jiān)視器和電視的液晶顯示器、光纖電纜、磁體、玻璃拋光、DVD、計(jì)算機(jī)中的USB驅(qū)動(dòng)器、催化轉(zhuǎn)換器、石油裂化催化劑、電池組、熒光燈、導(dǎo)彈、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、以及衛(wèi)星中被使用。
[0008]從而，針對(duì)本領(lǐng)域，需要一種用于從更有效且經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)、裝置和方法來從更便宜且豐富的元素獲取氦-3和其他稀有元素。此外，需要一種獲取氦-3的系統(tǒng)、裝置和方法，其更加安全并且得到比當(dāng)前方法提供的更少的放射性副產(chǎn)品。另外，需要一種用于從更便宜且更豐富的元素獲取稀土元素的有效且經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)。還需要一種用于將元素的同位素轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N同位素或元素的經(jīng)濟(jì)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]在此公開一種高剪切力系統(tǒng)和處理，其推動(dòng)中子削裂和原子重排，對(duì)于給定元素，其可能得到原子數(shù)量的改變和/或同位素形成的改變。高剪切力設(shè)備引入局部化高壓和高溫，其使核子-核子相互作用，實(shí)現(xiàn)核重排。特別是，來自高剪切力設(shè)備的轉(zhuǎn)子和定子的機(jī)械能被傳送至元素的原子核。在實(shí)施例中，機(jī)械能經(jīng)由諸如金屬(例如，銀)的無機(jī)粒子被傳遞。所得到的能量傳遞可以產(chǎn)生高壓和高溫的高度局部化區(qū)域，其足以克服庫侖勢(shì)壘，并且允許多種元素原子核之間的核子-核子相互作用。
[0010]在一個(gè)實(shí)施例中，公開一種用于將氦-4轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3的高剪切力系統(tǒng)和處理。高剪切力設(shè)備引入局部化高壓和高溫，其使核子-核子相互作用，導(dǎo)致氫和氦-4反應(yīng)，以生成氦-3。具體地，來自高剪切力設(shè)備的轉(zhuǎn)子和定子的機(jī)械能通過諸如金屬(例如，銀)的無機(jī)粒子，被傳送到氫和氦。所得到的能量傳遞可能導(dǎo)致高壓和高溫的高度局部化區(qū)域，其足以克服庫侖勢(shì)壘，并且允許多種元素的原子核之間(例如，氫和氦核之間)或中的核子-核子相互作用。
[0011]在本公開的實(shí)施例中，處理采用高剪切力機(jī)械反應(yīng)器，以提供增強(qiáng)的壓力和溫度反應(yīng)條件，其促進(jìn)氦-4到氦-3的轉(zhuǎn)變。而且，在在此描述的實(shí)施例中公開的處理包括將氦-3溶解在氫氧化銨溶液中，用于長期存儲(chǔ)氦_3。
[0012]在本公開的實(shí)施例中，提供一種用于將第一物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙镔|(zhì)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:混合反應(yīng)器，攪拌混合物，以提供反應(yīng)物，其中，混合物包括與溶劑結(jié)合的第一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物，并且可選地，懸浮和/或溶解在溶劑中的固體的粒子。該系統(tǒng)還包括:高剪切力設(shè)備，流體連接至混合反應(yīng)器，其中，高剪切力設(shè)備包括至少一級(jí)。高剪切力設(shè)備的至少一級(jí)包括:轉(zhuǎn)子，關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱布置并且圍繞內(nèi)部空間。高剪切力設(shè)備的級(jí)還包括外殼，其中，外殼和轉(zhuǎn)子被環(huán)形空間分隔，其中，轉(zhuǎn)子和外殼之間的距離大于約10微米并且小于或等于約250微米。高剪切力設(shè)備還包括:電動(dòng)機(jī)，被配置為關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，其中，來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的能量可選地經(jīng)由固體粒子，被從轉(zhuǎn)子傳遞至反應(yīng)物，由此誘發(fā)第一反應(yīng)物和第二反應(yīng)物之間的反應(yīng)，以形成產(chǎn)物。
[0013]在本公開的實(shí)施例中，提供一種用于將氦-4轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括:混合反應(yīng)器，被配置成攪拌混合物，以提供反應(yīng)物，其中，混合物包括氫、氦、和溶劑，并且可選地?zé)o機(jī)固體的粒子，其可以懸浮在溶劑中。該系統(tǒng)還包括:高剪切力設(shè)備，流體連接至混合反應(yīng)器。高剪切力設(shè)備包括:轉(zhuǎn)子，關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱定位并且圍繞內(nèi)部空間；外殼，其中，夕卜殼和轉(zhuǎn)子被環(huán)形空間分隔，其中，轉(zhuǎn)子和外殼之間的距離大于或等于約250微米；電動(dòng)機(jī)，被配置成關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子，其中，來自旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的能量從轉(zhuǎn)子被傳送到氫和氦，可選地借助于存在的無機(jī)固體粒子，由此引起高壓和高溫的局部化區(qū)域，促進(jìn)氫和氦核的相互作用，使得氦中的一些氦-4被轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3 ;進(jìn)料口，被配置成從混合反應(yīng)器接收反應(yīng)物，所述進(jìn)料口沿著旋轉(zhuǎn)軸布置并且與內(nèi)部空間以及混合反應(yīng)器的第一出口流體連接；以及第一出口，其中，第一出口與內(nèi)部空間以及與混合反應(yīng)器的再循環(huán)入口流體連接，以向混合反應(yīng)器提供包括溶解在溶劑中的轉(zhuǎn)變后的氦-3的產(chǎn)物混合物。該系統(tǒng)還包括分離單元，用于從溶劑中分離至少一部分氦-3，其中，分離單元包括與混合反應(yīng)器的第二出口流體連接的入口和用于獲取氦-3的取樣出口。
[0014]在本公開的實(shí)施例中，提供一種用于長期存儲(chǔ)氦-3的方法。該方法包括:獲取氦_3，在使得氦-3溶解在氫氧化銨溶液中的壓力下混合氦-3與氫氧化銨溶液，并且保持氦-3溶解在氫氧化銨中的壓力。
[0015]在本公開中描述的實(shí)施例中，提供一種將氦-4轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3的方法。該方法可以包括結(jié)合氫、氦和溶劑，并且可選地使金屬粒子懸浮和/或溶解在溶劑中，以形成原料流，并且將原料流引入高剪切力設(shè)備的內(nèi)部空間中，內(nèi)部空間包含至少一個(gè)轉(zhuǎn)子和分離從約10微米至約250微米范圍內(nèi)的間隙并且關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱定位的至少一個(gè)互補(bǔ)形狀的定子。該方法進(jìn)一步包括:關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至少一個(gè)轉(zhuǎn)子，由此機(jī)械能從旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子被傳遞至氫和氦的原子核，從而引起高壓和高溫的局部化區(qū)域，促進(jìn)核反應(yīng)，導(dǎo)致至少一些氦-4到氦-3的轉(zhuǎn)變。該方法進(jìn)一步包括:從內(nèi)部空間中提取產(chǎn)物流，其中，產(chǎn)物流包括從氦-4轉(zhuǎn)換的氦-3，并且可以進(jìn)一步包括一種或多種未反應(yīng)的氫、未反應(yīng)的氦和固體粒子。
[0016]在本公開的實(shí)施例中，提供一種用于將第一元素轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙鼗蛘叩谝辉氐耐凰氐姆椒āＴ摲椒梢园?提供包括氫、第一元素和溶劑的原料流或乳液。該方法可以進(jìn)一步包括:將原料流引入高剪切力設(shè)備的內(nèi)部空間中，內(nèi)部空間包含至少一個(gè)轉(zhuǎn)子和在轉(zhuǎn)子和定子之間分離一間隙并且關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱布置的至少一個(gè)互補(bǔ)形狀的轉(zhuǎn)子，并且關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)至少一個(gè)轉(zhuǎn)子，由此機(jī)械能從旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子被傳遞至各個(gè)原子核，從而引起高壓和高溫的局部化區(qū)域，促進(jìn)元素的各個(gè)原子核和氫核之間的核反應(yīng)，得到至少一些第一元素到不同元素或者第一元素的同位素的轉(zhuǎn)變。該方法可以進(jìn)一步包括:從高剪切力設(shè)備提取產(chǎn)物流，其中，產(chǎn)物流包括不同元素或第一元素的同位素。提供原料流可以進(jìn)一步包括:經(jīng)由混合反應(yīng)器將氫溶解在溶劑中，并且該方法可以進(jìn)一步包括:將產(chǎn)物流再循環(huán)至混合反應(yīng)器，并且將至少一部分產(chǎn)物流從混合反應(yīng)器提取到分離單元，由此至少一部分不同元素或第一元素的同位素可以與至少一部分溶劑分離。該溶劑可以選自由氫氧化銨溶液、水、油、及其組合構(gòu)成的組。在實(shí)施例中，原料流進(jìn)一步包括固體。在實(shí)施例中，固體粒子選自由金屬、陶瓷、金屬氧化物、及其組合構(gòu)成的組。在實(shí)施例中，固體包括金屬粒子。固體可以包括具有在從約2微米至約8微米范圍內(nèi)的平均尺寸。關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子可以產(chǎn)生大于約100，000, OOOs 1的剪切率。在實(shí)施例中，剪切間隙大于約250微米。在實(shí)施例中，剪切間隙小于約250微米。
[0017]在方法的實(shí)施例中，第一元素選自由稀土元素構(gòu)成的組，并且不同元素是更高階稀土元素。在實(shí)施例中，第一元素是放射性的。在實(shí)施例中，第一元素選自由銫和鍶的放射性核構(gòu)成的組，并且第一元素的同位素選自由第一元素的穩(wěn)定同位素構(gòu)成的組。在實(shí)施例中，第一元素選自由鍶-89、鍶-90、及其組合構(gòu)成的組。第一元素的同位素可以選自由鍶-84、鍶-86、鍶-87、鍶-88、及其組合構(gòu)成的組。第一元素的同位素可以主要包括鍶_88。在實(shí)施例中，第一元素選自由銫-129、銫-131、銫-132、銫134、銫-135、銫136、銫137、及其組合構(gòu)成的組。在實(shí)施例中，第一元素選自由銫-134、銫-135、銫-137、及其組合構(gòu)成的組。第一元素的同位素可以包括銫-133。
[0018]原料流可以包括包含第一元素、固體粒子、水、以及油的被污染流體。固體粒子可以包括沙子。該方法可以進(jìn)一步包括:將去氧劑引入原料流。在實(shí)施例中，去氧劑包括肼。
[0019]這些和其他實(shí)施例和可能優(yōu)點(diǎn)將在以下詳細(xì)說明書和附圖中變得顯而易見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]為了更詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，現(xiàn)在將對(duì)附圖作出參考，其中:
[0021]圖1是根據(jù)本公開的實(shí)施例的用于將氦-4轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3的系統(tǒng)的示意圖。
[0022]圖2是根據(jù)本公開的實(shí)施例的用于將一種同位素或元素轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌凰鼗蛟氐南到y(tǒng)的示意圖。
[0023]圖3是根據(jù)本公開的實(shí)施例的高剪切力設(shè)備的示意圖。
[0024]圖4是示出將氦-4轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3的示例性測(cè)試結(jié)果。
[0025]符號(hào)和術(shù)語
[0026]如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指示，術(shù)語“氫”的使用是指氫的所有同位素和形式。如在此使用，除非另外明確或者由上下文指示，術(shù)語“氫_1”、“氕”、“輕氫”、“Η-?！?!!”的使用均是指氫的單質(zhì)子同位素。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“氘”、“氫-2”、“2H”、“H-2”、以及“D”均是指具有一個(gè)中子的氫的同位素。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“氚”、“氫-3”、“3H”、“H-3”、以及“T”均是指具有兩個(gè)中子的氫的同位素。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“氦”的使用是指氦的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“氦-3”、“3He”和“He-3”的使用均是指具有一個(gè)中子的氦的同位素。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“氦_4”、“4He”和“He-4”的使用是指具有兩個(gè)中子的氦的同位素。
[0027]如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“釔”和“Y”的使用是指釔的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“鈧”和“Sc”的使用是指鈧的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“鈰”和“Ce”的使用是指鈰的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“鑭”和“La”的使用是指鑭的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“鐠”和“Pr”的使用是指鐠的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“釹”和“Nd”的使用是指釹的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“钷”和“Pm”的使用是指钷的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“釤”和“Sm”的使用是指釤的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“銪”和“Eu”的使用是指銪的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“釓”和“Gd”的使用是指釓的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“鋱”和“Tb”的使用是指鋱的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“鏑”和“Dy”是指鏑的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“欽”和“Ho”的使用是指欽的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“鉺”和“Er”的使用是指鉺的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“銩”和“Tm”的使用是指銩的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“鐿”和“Yb”的使用是指鐿的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“镥”和“Lu”的使用是指镥的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“鈣”和“Ca”的使用是指鈣的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“鍶”和“Sr”的使用是指鍶的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“銫”和“Cs”的使用是指銫的所有同位素和形式。如在此使用的，除非另外明確或通過上下文指出，術(shù)語“鋇”和“Ba”的使用是指鋇的所有同位素和形式。
[0028]如在此使用的，術(shù)語“剪切模塊”、“剪切泵”、以及“高剪切力設(shè)備”可交換使用。如在此使用的，術(shù)語“psi ”是指“每平方英寸磅數(shù)”，術(shù)語“hz”是指“赫茲”并且是頻率的通用單位，術(shù)語“rpm”是指“每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)”。術(shù)語“反應(yīng)器”、“攪拌反應(yīng)器”和“混合反應(yīng)器”在整個(gè)公開中可交換使用。

【具體實(shí)施方式】
[0029]1.概述。在此公開一種打破原子和/或亞原子粒子之間的鍵和/或創(chuàng)建原子和/或亞原子粒子之間的新鍵的系統(tǒng)和方法。更具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，在此公開一種用于從原子的原子核去除亞原子粒子的系統(tǒng)和方法。甚至更具體地，在一個(gè)實(shí)施例中，在此公開一種將氦-4轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3的系統(tǒng)和方法。
[0030]盡管在一個(gè)實(shí)施例中，在此參考從氦-4創(chuàng)建氦-3來描述該處理，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在此公開的系統(tǒng)和方法還可以被應(yīng)用至其他原子核，用于將一個(gè)同位素或元素轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌凰鼗蛟?例如，鋰-7至鋰_6、以及氦-4至氚)。
[0031]所公開的系統(tǒng)和方法依靠使用剪切泵產(chǎn)生高壓和高溫，以產(chǎn)生足以打破和創(chuàng)建原子和/或亞原子粒子之間的鍵。在一個(gè)實(shí)施例中，該能量足以從氦-4原子核去除中子，以產(chǎn)生氦-3。在實(shí)施例中，氦和氫在氫氧化銨中被結(jié)合(例如，溶解)，以提供溶液。在實(shí)施例中，氦、氫和氫氧化銨的溶液進(jìn)一步包括肼、銀粉、或兩者，其也可以懸浮和/或溶解在溶液中。在不希望被理論限制的情況下，肼可以用作去氧劑，防止或最小化由剪切泵的壓力釋放的游離氧與氫的相互作用。銀粉可以包括具有在從約2微米至8微米范圍內(nèi)的平均尺寸的銀粒子。銀粉可以使能量從剪切模塊的轉(zhuǎn)子傳遞到原子核(例如，到氫和氦核)，得到足以促進(jìn)核子-核子相互作用的非常高壓力和溫度的高局部化區(qū)域。通過多種不同反應(yīng)，氫-1原子核(即，質(zhì)子)從氦-4原子核有效地去除中子，由此得到氦-3和副產(chǎn)品。
[0032]雖然在此參考氦作為元素、銀粉作為將機(jī)械能從剪切模塊傳遞至原子核的媒介、以及氫氧化銨作為溶液對(duì)處理進(jìn)行描述，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，根據(jù)實(shí)施例，可以轉(zhuǎn)換其他元素，可以利用其他材料，諸如但不限于純無機(jī)材料，包括金屬、金屬氧化物、以及陶瓷、和/或其他溶劑，諸如但不限于合成油、機(jī)油、石蠟油、以及豆油。在實(shí)施例中，諸如金屬粒子的非固體需要實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。只要剪切力足以實(shí)現(xiàn)核反應(yīng)，固體粒子可以不存在。在實(shí)施例中，固體粒子的結(jié)合可以增強(qiáng)反應(yīng)的程度或速率。在實(shí)施例中，例如，無機(jī)材料選自由鎳、鋁、鈦、及其組合構(gòu)成的組?？梢岳么罅咳軇?。在實(shí)施例中，將被轉(zhuǎn)換的元素、氫、和/或機(jī)械傳遞媒體可以溶解在溶劑中。在實(shí)施例中，溶劑包括選自水、油和氫氧化銨中的一種或多種成分。在實(shí)施例中，溶劑選自諸如但不限于豆油、機(jī)油、石蠟油、合成油、脂類、及其組合的油。剪切力可以經(jīng)由加入更粘稠的油而增加。使用更粘稠的油作為溶劑或溶劑的成分可以使得使用更少的量或者基本沒有固體微粒材料成為可能。
[0033]在一些反應(yīng)中，不是從氦-4原子核去除中子之外，而是去除質(zhì)子，得到氚和自由質(zhì)子，其可以與其他氦-4原子核反應(yīng)。雖然氚是放射性的，但是除非被吸收或吸入，其對(duì)人體相對(duì)無害。而且，到氦-3的氚衰變可以增加經(jīng)由所公開的系統(tǒng)和處理產(chǎn)生的氦-3的最終產(chǎn)率。
[0034]在此公開的將氦-4轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3的系統(tǒng)和處理看起來不產(chǎn)生過多高能量自由中子。從而，由于所利用的裝置和設(shè)備通過自由中子轟擊而不呈現(xiàn)放射性，所公開的處理對(duì)于產(chǎn)生氦-3是相對(duì)安全的。
[0035]I1.用于將氦-4轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3的系統(tǒng)。本公開的氦-3生成系統(tǒng)包括至少一個(gè)攪拌反應(yīng)器、一個(gè)剪切泵(也被稱為高剪切力設(shè)備或剪切模塊)、液體進(jìn)料泵、氣體壓縮器、蓄能脈沖阻尼器、以及冷阱。除了以下描述的那些之外，該系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)泵。氦-3生成系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)流量控制閥。該系統(tǒng)可以與用于監(jiān)視和控制流入和流出各個(gè)組件的流量的控制系統(tǒng)電通信。
[0036]現(xiàn)在將參考圖1A至圖1C描述根據(jù)本公開的用于氦-3生成的系統(tǒng)。圖1A至圖1C是根據(jù)本公開的實(shí)施例的氦-3生成系統(tǒng)100的示意圖。圖1A是在啟動(dòng)模式期間的系統(tǒng)100的示意圖。圖1B是在運(yùn)行模式期間的系統(tǒng)的示意圖。圖1C是在真空模式期間的系統(tǒng)的示意圖。氦-3生成系統(tǒng)100包括攪拌反應(yīng)器110、液體進(jìn)料泵120、剪切泵130、氣體壓縮器140、蓄能脈沖阻尼器150、分離單元160、以及真空泵165。系統(tǒng)100還包括氫源170和氦源172。在本實(shí)施例中，分離單元160是冷阱。然而，在其他實(shí)施例中，可以采用其他分離單元，以從溶劑中分離氦。例如，在實(shí)施例中，分離單元160選自由蒸餾塔和低溫分餾塔構(gòu)成的組。
[0037]在運(yùn)行模式下，如在圖1B中所示的，來自氫源170的氫和來自氦源172的氦被結(jié)合(可以被溶解)在溶劑中，諸如，例如在攪拌反應(yīng)器I1中的氫氧化銨溶液。來自氦源172的氦主要包含氦-4，但是可以按照氦-3自然存在的比例，包含微量的氦_3。游離氧通過例如與氫結(jié)合以產(chǎn)生水并且降低可用于將氦-4轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3的核處理的氫的量，來減少氦-3的生成。因此，在實(shí)施例中，去氧劑也與氫氧化銨溶液混合?？梢岳帽绢I(lǐng)域中已知的任何合適去氧劑。在實(shí)施例中，去氧劑包括肼。去氧劑可以用于去除或減少當(dāng)由剪切模塊130處理混合物時(shí)可能釋放的游離氧，并且由此防止或最小化氧與氫反應(yīng)物的相互作用。諸如純金屬的無機(jī)材料的小粒子還被引入到混合物中并且變?yōu)樵谄渲袘腋?。在?shí)施例中，所利用的機(jī)械轉(zhuǎn)移劑被溶解在溶劑中。在實(shí)施例中，氫可以不溶解在溶劑中，但是可以在剪切模塊130中被剪切。期望氫和/或機(jī)械能轉(zhuǎn)移劑被溶解和/或溶解在溶劑中(例如，在水、油和/或其他液體中)。在實(shí)施例中，金屬粒子在從約2微米至約8微米的范圍內(nèi)。在實(shí)施例中，金屬是純金屬。在實(shí)施例中，金屬包括、基本由、或者由銀粉構(gòu)成。金屬粒子可以包括選自鎳、鋁和鈦構(gòu)成的組中的一種或多種金屬。在實(shí)施例中，用一種或多種其他金屬、金屬氧化物、和/或陶瓷替換銀粉。在實(shí)施例中，攪拌反應(yīng)器110以600RPM的反應(yīng)器攪拌運(yùn)行，以混合混合物的多種成分。然而，主要是剪切模塊130提供氣體和液體原料流的緊密混合。混合物通過進(jìn)料泵120從攪拌反應(yīng)器110的出口被泵送至剪切模塊130的入口。剪切模塊包含分隔剪切間隙的轉(zhuǎn)子和定子。在實(shí)施例中，剪切間隙大于約10微米。在實(shí)施例中，剪切間隙小于或等于約250微米。在實(shí)施例中，剪切間隙在從約10微米至約250微米的范圍內(nèi)。在實(shí)施例中，剪切間隙約為250微米的數(shù)量級(jí)。在實(shí)施例中，剪切模塊130以約7500rpm運(yùn)行。轉(zhuǎn)子的高速度和每個(gè)轉(zhuǎn)子與互補(bǔ)形狀的定子之間的小距離(即，小剪切間隙)與存在的金屬粒子結(jié)合，得到能量從剪切模塊到正被處理的元素(例如，到氫和氦)的傳遞。不希望被理論限制的情況下，相信多組原子核(例如，氫和氦核)周圍的高度局部化區(qū)域中的壓力和溫度可以在短持續(xù)時(shí)間內(nèi)變得非常高，從而使得核反應(yīng)能夠發(fā)生在原子核之間(例如，在氫和氦-4原子核之間)，并且最終得到轉(zhuǎn)變(例如，至少一部分氦-4反應(yīng)物轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3)。混合物通過連接至攪拌反應(yīng)器110上的再循環(huán)入口的出口，從剪切模塊130排出。
[0038]來自氣源190的空氣是用于將壓縮后的氣體傳送至脈沖阻尼器150的入口的空氣壓縮機(jī)140的功率源。脈沖阻尼器150確?；旌衔锏倪B續(xù)流被提供給剪切模塊130。
[0039]位于頂部空間氣體所在的攪拌反應(yīng)器110的頂部處或附近的出口流體連接至冷阱160的入口。冷阱160用于壓縮并且防止液體進(jìn)入氣體壓縮器140。冷阱160包括取樣出口，以從系統(tǒng)100去除氣體。被去除的氣體包括已通過氦-4的轉(zhuǎn)變生成的氦-3。冷阱160還包括流體連接至氣體壓縮器140的入口的出口，由此可以通過剪切模塊130再循環(huán)材料。
[0040]在運(yùn)行模式之前，系統(tǒng)100可以在啟動(dòng)模式下操作，如圖1A中所示，以從系統(tǒng)去除雜質(zhì)。在啟動(dòng)模式下，諸如氫氧化銨溶液的溶劑被添加至反應(yīng)器110，并且反應(yīng)器110通過來自氫源170的氫被一次或多次(例如，兩次)以及通過來自氦源172的氦被一次或多次(例如,兩次)凈化。真空泵165吸取反應(yīng)器110上的真空(例如，60mm的真空)，并且隨后反應(yīng)物的混合物(例如，50%氫和50%氦)經(jīng)由第一反應(yīng)物(例如，氫)源170和第二反應(yīng)物(例如，氦)源172被添加至反應(yīng)器110。
[0041]一旦系統(tǒng)100通過反應(yīng)物(例如，氫和氦)被凈化，系統(tǒng)100就被設(shè)置到如圖1B中所示的運(yùn)行模式，并且將在下面進(jìn)一步描述。在運(yùn)行模式下，圖1A中所示的真空泵165可以被隔離并且不被使用。當(dāng)完成運(yùn)行模式時(shí)，系統(tǒng)被設(shè)置到如圖1C中描述的真空模式。來自攪拌反應(yīng)器110的頂部空間的氣體被抽真空到冷阱160中，在其中，液體被濃縮，并且溶解液體釋放的氣體?？梢詮睦溱?60的取樣點(diǎn)提取氣體。通過從攪拌反應(yīng)器110抽真空液體而釋放的氣體包括經(jīng)由氦-4的轉(zhuǎn)變獲得的氦_3。
[0042]溶解在氫氧化銨中的氦-3可以以不損失氦-3的方式被無期限地存儲(chǔ)。在實(shí)施例中，容器被關(guān)閉，從那里提取氣體，并且氨冷凝在冰夾套容器中。剩余氣體可以被分析，和/或液體冷凝物被再循環(huán)至反應(yīng)器。
[0043]如上所述，雖然在此參考從氦-4獲取氦-3描述了一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在此描述的方法和系統(tǒng)可以被應(yīng)用至其他原子核，以獲得不同同位素或元素。從而，本公開的公開不限于從氦-4獲取氦-3。
[0044]II1.用于將一種同位素或元素轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N同位素或元素的系統(tǒng)。本公開的用于將原子元素轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌氐南到y(tǒng)包括:至少一個(gè)攪拌反應(yīng)器、一個(gè)剪切泵(還被稱為高剪切力設(shè)備或剪切模塊)、液體進(jìn)料泵、氣體壓縮器、蓄能脈沖阻尼器、以及冷阱。除了以下描述的那些之外，該系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)流量控制泵。該系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括一個(gè)或多個(gè)流量控制閥。該系統(tǒng)可以與用于監(jiān)控和控制流入和流出多種組件的控制系統(tǒng)電通信。
[0045]如以下進(jìn)一步論述的，經(jīng)由所公開的系統(tǒng)和方法，一種稀土元素可以被轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N稀土元素。在這樣的實(shí)施例中，一種稀土元素可以用作質(zhì)子或中子供體，另一種元素用作質(zhì)子或中子受體。從而，例如，為了產(chǎn)生具有Y質(zhì)子的元素E3，具有Y-1質(zhì)子的第一元素El可以與具有Y+n質(zhì)子的第二元素Ε2結(jié)合，并且質(zhì)子從元素Ε2到元素El的傳送可以被用于將元素El轉(zhuǎn)變?yōu)槠谕卅?。在實(shí)施例中，質(zhì)子/中子供體和受體是相同元素。
[0046]例如，在實(shí)施例中，來自氫原子的質(zhì)子可以與鈣原子的原子核相互作用，以通過將鈣原子的原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子來產(chǎn)生鈧。類似地，來自氫原子的質(zhì)子可以與鍶原子的原子核相互作用，以通過將鍶原子的原子核中的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子來產(chǎn)生釔。在其他實(shí)施例中，來自氫原子的質(zhì)子可以與鋇原子的原子核相互作用來以產(chǎn)生鑭。在實(shí)施例中，如果反應(yīng)物和產(chǎn)物通過系統(tǒng)被再循環(huán)，則諸如例如鑭原子的原子核的產(chǎn)物的原子核可以與來自氫原子的質(zhì)子相互作用，以產(chǎn)生更高階稀土元素，諸如從鑭產(chǎn)生鈰。除了從鋇獲得鑭之夕卜，如果允許處理繼續(xù)足夠時(shí)間，則可以從鋇的初始源獲得除了鑭之外的其他稀土元素。這樣，處理被提供用于產(chǎn)生鑭、鋪、鐠、釹、钷、衫、銪、禮、鋪、鏑、欽、鉺、錢、鐿、以及镥。
[0047]現(xiàn)在將參考圖2Α至圖2C描述根據(jù)本公開的用于轉(zhuǎn)變?cè)氐南到y(tǒng)。圖2Α至圖2C是根據(jù)本公開的實(shí)施例的用于轉(zhuǎn)變?cè)氐南到y(tǒng)300的示意圖。圖2Α是在啟動(dòng)模式期間的系統(tǒng)300的示意圖。圖2Β是在運(yùn)行模式期間的系統(tǒng)的示意圖。圖2C是在真空模式期間的系統(tǒng)的示意圖。元素轉(zhuǎn)變系統(tǒng)300包括攪拌反應(yīng)器310、液體進(jìn)料泵320、剪切泵330、氣體壓縮器340、蓄能脈沖阻尼器350、分離單元360、以及真空泵365。系統(tǒng)300還包括氫源370和反應(yīng)物元素源372。反應(yīng)物源372中的反應(yīng)物元素在溶液中。在實(shí)施例中，反應(yīng)物元素是鈣、鍶、和鋇中的一個(gè)。在實(shí)施例中，鋇為溶解在水中的氫氧化鋇的形式。在實(shí)施例中，鍶為溶解在水中的碳酸鍶的形式。在本實(shí)施例中，分離單元360是冷阱。然而，在實(shí)施例中，從溶劑中分離反應(yīng)產(chǎn)物的其他方法包括蒸餾和低溫分餾。
[0048]在運(yùn)行模式下，如圖2Β中所示，來自元素反應(yīng)物源372的元素與諸如例如攪拌反應(yīng)器310中的水或氫氧化銨溶液的溶劑結(jié)合(例如，溶解在其中)。在被引入到剪切模塊330之前，來自源372的反應(yīng)物元素應(yīng)該為可溶解形式。諸如純金屬的無機(jī)材料的小粒子還被引入到混合物中，并且變?yōu)閼腋≡诨旌衔镏?。在?shí)施例中，金屬粒子在從約2微米至約8微米的范圍內(nèi)。在實(shí)施例中，金屬是純金屬。在實(shí)施例中，金屬包括銀粉。在實(shí)施例中，金屬包括選自由鎳、鋁、鈦、及其組合構(gòu)成的組中的一種或多種金屬。在實(shí)施例中，用另一種金屬、金屬氧化物、和/或陶瓷替換銀粉。在實(shí)施例中，攪拌反應(yīng)器310以600RPM的反應(yīng)攪拌操作，以混合混合物的多種成分。然而，剪切模塊330主要提供氣體和液體原料流的緊密混合?；旌衔镉蛇M(jìn)料泵320從攪拌反應(yīng)器310的出口被泵送至剪切模塊330的入口。剪切模塊包含至少一個(gè)轉(zhuǎn)子和如上所述的互補(bǔ)形狀的定子。在實(shí)施例中，剪切模塊130以約7500rpm操作。與金屬粒子的存在結(jié)合，轉(zhuǎn)子的高速度和每個(gè)互補(bǔ)轉(zhuǎn)子/定子組之間的小距離導(dǎo)致能量從剪切模塊傳遞到元素。能量從轉(zhuǎn)子傳遞到氫的各個(gè)原子核，并且反應(yīng)物元素使能在氫的各個(gè)原子核與反應(yīng)物元素之間的相互作用，以將一些反應(yīng)物元素轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌鼗蛘叻磻?yīng)物元素的不同同位素。混合物通過連接至攪拌反應(yīng)器310上的再循環(huán)入口的出口從剪切模塊330排出。
[0049]來自氣源390的空氣是將壓縮后的氣體注入脈沖阻尼器350的入口的氣體壓縮器340的功率源。脈沖阻尼器350被配置成保持混合物到剪切模塊330的連續(xù)流。
[0050]位于頂部空間氣體所在的攪拌反應(yīng)器310的頂部處或附近的出口流體連接至冷阱360的入口。冷阱360用于濃縮并且防止和/或最小化進(jìn)入氣體壓縮器340的液體的量。冷阱360包括取樣出口，以從系統(tǒng)300去除氣體。冷阱360進(jìn)一步包括流體連接至氣體壓縮器340的入口的出口，由此材料可以通過剪切模塊330被再循環(huán)。
[0051]在運(yùn)行模式之前，系統(tǒng)300可以在啟動(dòng)模式下操作，如圖2A中所示，以從系統(tǒng)去除雜質(zhì)。在啟動(dòng)模式下，諸如氫氧化銨溶液的溶劑被添加至反應(yīng)器310，并且反應(yīng)器310通過來自氣源370的合適氣體，被一次或多次(例如，兩次)凈化。真空泵365可操作以抽取反應(yīng)器310上的真空(例如，60mm真空)，并且隨后，氣體從第一氣源370和/或第二氣源372被添加至反應(yīng)器310。
[0052]一旦系統(tǒng)300通過氣體被凈化，系統(tǒng)300就被設(shè)置為如圖2B中所示并且如上所述的運(yùn)行模式。在運(yùn)行模式下，圖2A中所示的真空泵365可以被隔離并且不被使用。當(dāng)運(yùn)行模式完成時(shí)，系統(tǒng)被設(shè)置為如圖2C中所示的真空模式。來自攪拌反應(yīng)器310的頂部空間的氣體被抽真空到冷阱360，在其中，液體被濃縮并且溶解從液體釋放的氣體?？梢詮睦溱?60的取樣點(diǎn)提取氣體。通過來自攪拌反應(yīng)器110的液體的真空化釋放的氣體包括轉(zhuǎn)變后的元素(即，通過處理形成的不同元素或同位素)。
[0053]如上所述，一種稀土元素可以經(jīng)由所公開的系統(tǒng)和方法的實(shí)施例被轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N稀土金屬。在實(shí)施例中，期望在存在無機(jī)固體(例如，銀粉)的情況下，液體形式(例如，通過混合并且將稀土金屬鹽溶解在適當(dāng)?shù)妮d體流體或溶劑中，諸如但不限于氨水、硫磺酸或金屬鹽可溶解的其他流體載體)的稀土金屬穿過在此公開的高剪切力系統(tǒng)。
[0054]雖然在此描述了從鈣、鍶、和鋇獲得稀土元素的一些實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可以使用其他反應(yīng)物元素，并且可以根據(jù)所選的特定反應(yīng)物元素和處理的持續(xù)時(shí)間，獲得不同產(chǎn)物元素。而且，雖然已經(jīng)使用氫描述了處理和系統(tǒng)，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，可以用其他元素代替氫。選擇氫，以最小化傾向于使原子核互斥的電磁力的抑制效應(yīng)，并且由此防止原子核變得足夠近而在它們之間經(jīng)受核反應(yīng)。
[0055]還注意到，所公開的系統(tǒng)和方法可以適于并且被用于凈化被放射性質(zhì)子污染的飲用水。在這樣的實(shí)施例中，在存在氫的情況下，被污染的水經(jīng)過高剪切力設(shè)備。一次或多次經(jīng)過系統(tǒng)可以被用于將反應(yīng)質(zhì)子和氫轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3和/或氦_4。在消耗之前，可以將氯添加到水中。在這樣的實(shí)施例中，在添加氫之前，少量可食用或不可食用油可以被引入到高剪切力設(shè)備/水中。油可以可以用作氫的載體，幫助在幾分之一秒(例如，十億分之一秒)內(nèi)打破氫，并且使得反應(yīng)能夠發(fā)生。通過利用氫載體，可以執(zhí)行多次經(jīng)過高剪切力設(shè)備。氫可以被基本連續(xù)地添加，直到油/水充滿氫氣為止。在氣體將被重新恢復(fù)和上市并且可能存在氧的情況下(如在水的情況下)，可以利用去氧劑(諸如，肼)。在使用非含氧烴的情況下，可以不要求去氧劑。
[0056]在試圖生產(chǎn)氦-3的情況下，諸如但不限于基本純銀的純非氧化金屬可以被用作傳遞媒體，以幫助氣體分子的碰撞。在氦-3不是期望最后產(chǎn)物的實(shí)施例或應(yīng)用中，可以利用其它傳遞媒體。另一種傳遞媒體的實(shí)例包括但不限于具有乳化劑的被污染海水。以此方式，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)可以用于通過經(jīng)由利用氫的轉(zhuǎn)變，將在此的污染物轉(zhuǎn)變?yōu)椴惶泻蛘叻怯泻ξ镔|(zhì)，減少或消除被污染或有害臟水的存在。
[0057]IV.用于一種元素或同位素到另一種元素或同位素的轉(zhuǎn)變的高剪切力設(shè)備
[0058]以下提供對(duì)于適于用作將氦-4轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3的圖1A至圖1C中的剪切模塊130或者圖2A至圖2C中將一種同位素或元素轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N同位素或元素的剪切模塊330的高剪切力設(shè)備(HSD)的說明。
[0059]通過HSD輸入到流體的能量近似值(kW/L/min)可以通過測(cè)量電動(dòng)機(jī)能量(kW)和流體輸出(L/min)作出。在實(shí)施例中，高剪切力設(shè)備的能量消費(fèi)大于1000W/m3。在實(shí)施例中，高剪切力設(shè)備的能量消耗在從約1000W/m3至約7500kW/m3的范圍內(nèi)。在實(shí)施例中，能量消耗在最多約7500W/m3的范圍內(nèi)。在還有的其他實(shí)施例中，高剪切力設(shè)備的能量消耗大于7500W/m3。在高剪切力設(shè)備中生成的剪切率可以廣泛地改變，并且取決于轉(zhuǎn)子的直徑、轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、以及轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙的尺寸。在實(shí)施例中，由高剪切力設(shè)備生成的剪切率大于約100，000, OOOs'例如，在一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)于以15，OOOrpm操作的具有I微米間隙的12英寸直徑的轉(zhuǎn)子，剪切率約為119，700, OOOs'
[0060]尖端速度是與將能量發(fā)送至反應(yīng)物的一個(gè)或多個(gè)旋轉(zhuǎn)元件的端部相關(guān)的速度(m/sec)。對(duì)于旋轉(zhuǎn)元件，尖端速度是每單位時(shí)間轉(zhuǎn)子的頂部所經(jīng)過的圓周距離，并且通常由等式VOn/sec) = π.?.η限定，其中，V是尖端速度，D是轉(zhuǎn)子的直徑，單位為米，以及η是轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度，單位為每秒的轉(zhuǎn)數(shù)。因此，尖端速度是轉(zhuǎn)子直徑和旋轉(zhuǎn)速度的函數(shù)。而且，尖端速度可以通過將由轉(zhuǎn)子尖端經(jīng)過的圓周距離2 JiR(其中，R是轉(zhuǎn)子的半徑(例如，米))乘以旋轉(zhuǎn)頻率(例如，每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)，rpm)來計(jì)算。
[0061]對(duì)于所公開的高剪切力設(shè)備的實(shí)施例，典型旋轉(zhuǎn)速度約為15，OOOrpm以上的數(shù)量級(jí)。尖端速度取決于電動(dòng)機(jī)的尺寸。在實(shí)施例中，典型尖端速度超過23m/sec (4500ft/min)，并且可以超過40m/sec (7900ft/min)。為了本公開的目的，術(shù)語“高剪切”是指機(jī)械轉(zhuǎn)子_定子設(shè)備，諸如磨粉機(jī)或混合器，其能夠具有超過5m/sec (1000ft/min)的尖端速度并且要求外部機(jī)械驅(qū)動(dòng)的功率設(shè)備將能量驅(qū)動(dòng)到將反應(yīng)的產(chǎn)品流中。高剪切力設(shè)備將高尖端速度與非常小的剪切間隙結(jié)合，以對(duì)正被處理的材料產(chǎn)生顯著剪切。從而，在操作期間，產(chǎn)生非常高的壓力和升高的溫度。在其他實(shí)施例中，壓力取決于溶液的粘性、轉(zhuǎn)子尖端速度、以及剪切間隙。而且，用于局部化區(qū)域的壓力可以在短時(shí)間段內(nèi)明顯超過1050Mpa。另外，這些局部化區(qū)域還在這些短時(shí)間段內(nèi)經(jīng)受溫度的極度上升。
[0062]在不限制于將一種元素或同位素轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N元素或同位素(諸如例如，氦-4到氦-3)的特定理論的情況下，認(rèn)為該局部化超高壓力和溫度可能是高壓機(jī)械引入或水力空化的結(jié)果。認(rèn)為在這些短時(shí)間段內(nèi)的局部化溫度可以超過100，000K。破裂氣泡壁的慣性限制能量，由此限制到高局部化區(qū)域的超高溫度。從而，在短時(shí)間段內(nèi)，在高局部化區(qū)域中，壓力和溫度足以導(dǎo)致例如氫和氦-4原子核之間的核相互作用。這些相互作用中的一些導(dǎo)致氦-4轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3。在其他實(shí)施例中，來自氫原子的質(zhì)子可以與鈣原子的原子核相互作用，以通過將鈣原子的原子核中的一個(gè)中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子產(chǎn)生鈧。類似地，來自氫原子的質(zhì)子可以與鍶原子的原子核相互作用，以通過將鍶原子的原子核中的中子轉(zhuǎn)變?yōu)橘|(zhì)子來產(chǎn)生釔。在其他實(shí)施例中，來自氫原子的質(zhì)子可以與鋇原子的原子核相互作用，以產(chǎn)生鑭。在實(shí)施例中，如果反應(yīng)物和產(chǎn)物通過系統(tǒng)被再循環(huán)，則諸如例如鑭原子的原子核的產(chǎn)物的原子核可以與來自氫原子的質(zhì)子相互作用，以產(chǎn)生更高階稀土元素，諸如，從鑭產(chǎn)生鈰。除了從鋇獲得鑭之外，如果允許處理繼續(xù)足夠次數(shù)，可以從初始的鋇源獲取除了鑭之外的其他稀土元素。從而，提供了用于產(chǎn)生鑭、鋪、鐠、釹、钷、衫、銪、禮、鋪、鏑、欽、鉺、錢、鐿和镥。
[0063]現(xiàn)在參考圖3，呈現(xiàn)高剪切力設(shè)備200的示意圖。高剪切力設(shè)備200包括至少一個(gè)轉(zhuǎn)子-定子組合。在不限制的情況下，轉(zhuǎn)子-定子組合還可以被稱作發(fā)生器220、230、240或級(jí)。高剪切力設(shè)備200包括至少兩個(gè)發(fā)生器，并且最優(yōu)選地，高剪切力設(shè)備包括至少三個(gè)發(fā)生器。
[0064]第一發(fā)生器220包括轉(zhuǎn)子222和定子227。第二發(fā)生器230包括轉(zhuǎn)子223、以及定子228 ;第三發(fā)生器包括轉(zhuǎn)子224和定子229。對(duì)于每個(gè)發(fā)生器220、230、240，轉(zhuǎn)子通過輸入250被可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)。發(fā)生器220、230、240在旋轉(zhuǎn)方向265上關(guān)于軸260旋轉(zhuǎn)。定子227可固定地連接至高剪切力設(shè)備壁255。
[0065]發(fā)生器包括轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙。第一發(fā)生器220包括第一間隙225 ;第二發(fā)生器230包括第二間隙235 ;以及第三發(fā)生器240包括第三間隙245。間隙225、235、245可以在I和250微米寬之間。在特定實(shí)例中，用于第一發(fā)生器220的間隙225大于約用于第二發(fā)生器230的間隙235，其大于約用于第三發(fā)生器240的間隙245。
[0066]另外，間隙225、235、245的寬度可以包括粗糙、中間、精細(xì)、以及超精細(xì)特征。轉(zhuǎn)子222,223和224以及定子227、228和229可以是齒狀設(shè)計(jì)。每個(gè)發(fā)生器都可以包括兩組以上轉(zhuǎn)子-定子齒，如本領(lǐng)域中已知的。轉(zhuǎn)子222、223和224可以包括關(guān)于每個(gè)轉(zhuǎn)子的圓周沿圓周隔開的多個(gè)轉(zhuǎn)子齒。定子227、228和229可以包括關(guān)于每個(gè)定子的圓周沿圓周隔開的多個(gè)定子齒。在實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子的內(nèi)徑約為11.8cm。在實(shí)施例中，定子的外徑約為15.4cm。在其他實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子和定子可以具有約60_的外徑用于轉(zhuǎn)子，以及約64_的外徑用于定子。可替換地，轉(zhuǎn)子和定子可以具有替換(alternate)直徑，以改變尖端速度和剪切壓力。在特定實(shí)施例中，三級(jí)中的每個(gè)都以超精細(xì)發(fā)生器操作，包括小于或等于約250微米的間隙。在其他實(shí)施例中，三個(gè)發(fā)生器220、230和240(發(fā)生器在此還可以稱為級(jí))中的一個(gè)或多個(gè)都以超精細(xì)發(fā)生器操作，包括在約I至250微米之間的間隙。在實(shí)施例中，高剪切力設(shè)備200包括三個(gè)以上級(jí)或發(fā)生器，例如，四級(jí)或發(fā)生器。在其他實(shí)施例中，高剪切力設(shè)備200包括少于所示出的三個(gè)發(fā)生器220、230和240。
[0067]高剪切力設(shè)備200被供給包括原料流205的反應(yīng)混合物。在實(shí)施例中，原料流205包括氫、氦、以及被混合有去氧劑和金屬的微米大小粒子(其可以懸浮在混合物中)的溶齊U。在本公開的實(shí)施例中，溶劑是氫氧化銨溶液，以及去氧劑是肼。然而，不要求去氧劑用于所有實(shí)施例。原料流205通過發(fā)生器220、230、240被泵送，從而形成產(chǎn)物流210。除了一些原始氦-4被轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3之外，產(chǎn)物210包含與原料流205相同的化工混合物。在每個(gè)發(fā)生器中，轉(zhuǎn)子222、223、224相對(duì)于固定定子227、228、229高速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)在轉(zhuǎn)子222的外表面和定子227的內(nèi)表面之間泵送諸如原料流205的流體，產(chǎn)生局部化高剪切力條件。間隙225、235、245產(chǎn)生處理原料流205的高剪切力。轉(zhuǎn)子和定子之間的高剪切力用于處理原料流205，以產(chǎn)生產(chǎn)物流210。特別是，銀粉將機(jī)械能從轉(zhuǎn)子222、223和224和定子227、228和229傳遞至諸如例如氫和氦核的元素。轉(zhuǎn)子被設(shè)置為以與以上所述的轉(zhuǎn)子的直徑相當(dāng)?shù)乃俣群推谕舛怂俣刃D(zhuǎn)。
[0068]高剪切力設(shè)備200的選擇取決于吞吐量要求和分散出口 210中的期望粒子或氣泡尺寸。在特定實(shí)例中，高剪切力設(shè)備200包括北卡羅來納州威爾明頓的IK? Works公司的DISPAX REACTOR?和馬薩諸塞州威爾明頓的APV North Ameria公司的ModelDR2000/4，例如，包括皮帶傳動(dòng)、4M發(fā)生器、PTFE密封環(huán)、入口法蘭I”衛(wèi)生級(jí)卡箍、出口法蘭3/4”衛(wèi)生級(jí)卡箍、2HP功率、7900rpm的輸出速度、約300_7001/h (取決于發(fā)生器)的流量(水)、從9.4m/s至41m/s (約1850ft/min至約8070ft/min)的尖端速度。具有多種入口/出口連接、馬力、標(biāo)稱尖端速度、輸出rpm、以及標(biāo)稱流率的多個(gè)可選模型可用。
[0069]在不希望限于特定理論的情況下，相信高剪切力混合的水平或程度足以產(chǎn)生局部化高壓和高溫，其使核反應(yīng)能夠發(fā)生，而不是否則被期望發(fā)生的。相信局部化條件在高剪切力設(shè)備內(nèi)發(fā)生，得到增加的溫度和壓力。高剪切力設(shè)備內(nèi)的壓力和溫度的增加是瞬間的，并且被局部化和快速地回復(fù)到一旦退出高剪切力設(shè)備時(shí)的總體或平均系統(tǒng)條件。在一些情況下，相信局部化壓力和溫度足以克服庫侖勢(shì)壘，并且允許不同原子的原子核之間的核子-核子反應(yīng)。用于多種反應(yīng)的機(jī)制不被知曉。然而，相信在將氦-4轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3的實(shí)施例中，至少一些反應(yīng)涉及質(zhì)子對(duì)氦-4原子核的高能量碰撞，使得從氦-4原子核去除中子，形成氦-3原子核。除了氦-3之外的產(chǎn)物還可以經(jīng)由所公開的系統(tǒng)和方法產(chǎn)生。例如，可以產(chǎn)生氚。然而，因?yàn)殡白罱K衰變?yōu)楹3，所以該元素的產(chǎn)生被視為有益的。因?yàn)楹?4是非常穩(wěn)定的原子核，比氦-3具有更高的結(jié)合能，處理消耗能量而不是釋放能量。而且，因?yàn)楹?4非常穩(wěn)定，很多氦-4從高剪切力設(shè)備200排出，而不被轉(zhuǎn)變?yōu)楹3。然而，在實(shí)現(xiàn)本公開的實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)中，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了氦-3的產(chǎn)量的增加，使得氦-3的數(shù)量比處理之前增加3 %、5 %、7 %、10 %、12 %、14%或更多。從而，在相信使得從一些氦_4原子核去除中子有效的條件下，本系統(tǒng)和方法的特定實(shí)施例的高剪切力混合設(shè)備被操作，由此將一些氦-4原子核轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3原子核。
[0070]如上所述，在實(shí)施例中，所公開的系統(tǒng)被用于將第一元素轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝辉氐耐凰?。雖然不意味著限于在此詳細(xì)論述的特定實(shí)施例，但是可以想象，所公開的系統(tǒng)和方法對(duì)于元素的放射性同位素(即，元素的‘放射性核’)到元素的非放射性同位素的轉(zhuǎn)變或“轉(zhuǎn)化”特別有用。例如，所公開的系統(tǒng)和方法對(duì)于處理諸如但不限于被一種或多種放射性核污染的水和/或污泥的被污染流體可能有用，由此至少一部分放射性核可以經(jīng)由與氫接觸的高剪切，被轉(zhuǎn)變?yōu)樵氐姆欠派湫曰蜉^少放射性形式(例如，其中，放射性核被轉(zhuǎn)變?yōu)樵氐淖匀话l(fā)生的非放射性同位素)。高剪切提供原子氫，其可以與元素反應(yīng)，如上所述。期望將被處理的被污染流體包括油。如果沒有，則在引入到高剪切力設(shè)備之前，油可以被添加至被污染流體。油可以包括回收植物油、機(jī)油、融化的蠟等。在引入到高剪切力設(shè)備之前，諸如但不限于肼的去氧劑可以被添加至被污染液體中。
[0071 ] 在實(shí)施例中，包含銫和/或鍶的一種或多種放射性核的被污染流體如在此所述被處理，以提供包含元素的穩(wěn)定(或‘更穩(wěn)定’)同位素的處理后液體?！€(wěn)定’同位素可以具有比放射性核短一半的壽命。被污染流體可以包含第一元素和固體粒子，諸如但不限于水和/或油中的沙子。
[0072]在實(shí)施例中，被污染流體包括鍶(即，鍶-89和/或鍶-90)的至少一種放射性同位素，并且至少一種放射性同位素的至少一部分被轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N或多種非放射性鍶同位素(即，轉(zhuǎn)變?yōu)殒J-85、鍶86、鍶87、和/或鍶88)。在實(shí)施例中，鍶的放射性同位素主要被轉(zhuǎn)變?yōu)殂y-88。
[0073]在實(shí)施例中，被污染液體包括銫的至少一種放射性同位素(即，銫-129、銫-131、銫-132、銫134、銫-135、銫-136、和/或銫-137)，并且至少一種放射性同位素的至少一部分被轉(zhuǎn)變?yōu)殇C-133。在實(shí)施例中，被污染液體包括選自銫-134、銫-135、和銫-137中的銫的至少一種放射性同位素，并且至少一種放射性同位素的至少一部分被轉(zhuǎn)變?yōu)殇C-133。
[0074]在閱讀本公開時(shí)，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解所公開的系統(tǒng)和方法適用于轉(zhuǎn)變其他元素/同位素。
[0075]氦-4到氦-3處理的實(shí)例:在氦-4到氦-3處理的特定實(shí)施例中，反應(yīng)物含量包括兩⑵瓶銀，99.9%金屬基底，5-8微米，每個(gè)50克；兩⑵瓶肼，98%，每個(gè)100克；兩(2)瓶銀，99.9%金屬基底，2-3.5微米，每個(gè)50克；以及三(3)瓶氫氧化銨溶液，每個(gè)2.5公升。用于添加反應(yīng)物含量的啟動(dòng)過程包括:將三(3)瓶氫氧化銨添加至反應(yīng)器110。系統(tǒng)100通過氫和氦被凈化兩次，每次在反應(yīng)器110上的抽真空60mm。一旦執(zhí)行反應(yīng)器110的氦和氫凈化，肼就被添加至反應(yīng)器110，以去除氧。在添加肼之后，將銀粉添加至反應(yīng)器110。
[0076]—旦完成啟動(dòng)過程,就在反應(yīng)器上以20_30psi的50體積或摩爾百分?jǐn)?shù)氫和50體積或摩爾百分?jǐn)?shù)氦的比率，將來自源170和172的氫和氦添加至反應(yīng)器110。反應(yīng)器110的攪拌為600rpm，以保持液體和固體成分以及氣體成分在反應(yīng)器110中均勻混合。泵120將混合物從反應(yīng)器110泵送至剪切模塊130。剪切模塊以7900rpm操作。液體從剪切模塊130排出，并且返回到攪拌反應(yīng)器110，并且處理在7個(gè)小時(shí)周期內(nèi)重復(fù)多次。在運(yùn)行時(shí)間后，并且在真空蒸餾進(jìn)入冷阱160的反應(yīng)器110液體之后，從冷阱160采集取樣。根據(jù)以下概述的過程分析取樣，并且在圖4中所示的表中呈現(xiàn)分析的結(jié)果。在反應(yīng)器110經(jīng)受真空之前收集的取樣被稱為取樣13A，并且在真空蒸餾進(jìn)入冷阱160的反應(yīng)器110液體之后采集的取樣被稱為取樣13B。從而，取樣13A是處理前氦，S卩，在經(jīng)受通過剪切設(shè)備與氫相互作用之前的氦。取樣13B是處理后氦，S卩，在通過剪切設(shè)備與氫相互作用之后的氦。從圖4可以看出，包含從氦-4轉(zhuǎn)變的氦-3的取樣13B(處理后氦取樣)比取樣13A(處理前氦取樣)明顯包含更多氦_3。
[0077]用于氚和氦的分析方法
[0078]空氣取樣(0.5cc空氣)在由不銹鋼和Corning-1724玻璃構(gòu)成的高真空流水線上被處理，以最小化氦擴(kuò)散。在分別在_90°C和_95°C下去除H2O蒸汽和CO2之后，使用校準(zhǔn)體積和電容壓力計(jì)測(cè)量非冷凝性氣體(例如，He、Ne、Ar、02、N2,以及CH4)的量。在裝配有可變漏閥的Dycor四極質(zhì)譜儀上分析氣體比率(N2N2、Ar、CH4)。結(jié)果與電容壓力計(jì)測(cè)量結(jié)合，以獲得氣體濃度(+/-2% )。在氦同位素分析之前，通過與Zr-Al合金(SAES-ST707)的反應(yīng)去除N2和O2, Ar和Ne分別以77K和40K被吸收在活性炭上。SAES-ST-101吸氣劑(一個(gè)在入口線中以及兩個(gè)在質(zhì)譜儀中)將HD+基底減小到?1000離子/秒。
[0079]在裝配有法拉第圓筒(分辨率為200)和Johnston電子倍增器(分辨率為600)的VG5400稀有氣體質(zhì)譜儀上分析氦同位素比率和濃度，用于順序分析4He (F-圓筒)和3He (倍增器)光束。在軸向收集器(分辨率為600)上，3He+與HD+完全分離，基線分離〈2%的HD+峰值。在1000離子/秒的HD+下，HD+對(duì)3He峰值的貢獻(xiàn)為〈0.1離子/秒。對(duì)于具有一空氣比率(2xlO_4Amp/托的靈敏度)的2.0 μ cc的He，由于分散的4He離子或4He離子在質(zhì)譜儀的源內(nèi)的較低電壓電位處的形成，3He信號(hào)平均2500離子/秒，基底信號(hào)為?15cps。使用空氣氦作為絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)告相對(duì)于大氣比率(Ra)的所有3HeAfe比率。3HeAfe比率的誤差由取樣測(cè)量(0.2% )的準(zhǔn)確度和空氣中的比率測(cè)量的改變(0.2% )獲得，并且對(duì)于所報(bào)告的氦同位素值在2 σ給出0.3%的總誤差。從總?cè)优c已知尺寸的標(biāo)準(zhǔn)的比較，獲得氦濃度。如由峰值高度比較測(cè)量的值精確到1% (20)。
[0080]使用3He “內(nèi)生長”技術(shù)分析氚值。150g水在高真空線上被脫去所有He，并且被密封在3”0.D.1724玻璃安瓿中60至90天。玻璃安瓿在無氦的氮?dú)庵性?50°C下被烘培，以最小化玻璃中的氦的溶解度。在密封之后，安瓿被存儲(chǔ)在_20°C下，以在取樣存儲(chǔ)期間限制氦到球管(bulb)的擴(kuò)散。在該時(shí)間間隔期間，從氚的衰變產(chǎn)生的3He累積在燒瓶中。典型取樣空白是?10_9cc的4He和10_15CC的3He。對(duì)3He的空白校正使用4He含量作出，并且假設(shè)空白具有空氣3He/4He比率。存儲(chǔ)安瓿的3He含量使用以上過程在VG5400上被測(cè)量，并且與空氣標(biāo)準(zhǔn)的3He含量相比較。用于包含10T.U.并且被存儲(chǔ)90天的取樣的典型3He信號(hào)是?8xl05原子(±2%)和3He的3± IxlO4原子的空白。所報(bào)告的氣值的誤差取決于氣的量，并且在10T.U.下為2% (20)。可以通過更大取樣和更長存儲(chǔ)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)更高精度。
[0081]雖然已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是在不脫離本發(fā)明的精神和教導(dǎo)的情況下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)其進(jìn)行修改。在此描述的實(shí)施例僅是示例性的，并且不旨在限制。在此公開的本發(fā)明的多個(gè)改變和修改都是可以的，并且在本發(fā)明的范圍內(nèi)。其中，數(shù)值范圍或極限被明確闡述，這樣的明確范圍或極限應(yīng)該被理解為包括就像落在明確闡述的范圍或極限(例如，從約I至約10包括2、3、4等；大于0.10包括0.11,0.12,0.13等)內(nèi)的幅度的重復(fù)范圍或極限。關(guān)于權(quán)利要求的任何元素的術(shù)語“可選地”的使用旨在意味著該主體元素被要求或者可替換地不被要求。兩種選擇都旨在在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。諸如包括、包含、具有等的更廣泛術(shù)語的使用應(yīng)該被理解為提供對(duì)更窄術(shù)語的支持，諸如，由...構(gòu)成、基本由...構(gòu)成、主要由...構(gòu)成等。
[0082]因此，保護(hù)范圍不由以上闡述的說明書限制，而是僅通過以下權(quán)利要求限制，其范圍包括權(quán)利要求的主題的所有等價(jià)物。每個(gè)和每一個(gè)權(quán)利要求均被結(jié)合到說明書中作為本發(fā)明的實(shí)施例。從而，權(quán)利要求是進(jìn)一步說明，并且是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的增加。在此闡述的所有專利、專利申請(qǐng)、以及公開出版物的公開都被結(jié)合于此作為參考，它們給在此闡述的提供示例性、程序或其他詳情補(bǔ)充。
【權(quán)利要求】
1.一種用于將第一物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙镔|(zhì)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 混合反應(yīng)器，被配置成提供包括第一反應(yīng)物、第二反應(yīng)物、和溶劑的反應(yīng)物混合物；以及 高剪切力設(shè)備，流體連接至所述混合反應(yīng)器，其中，所述高剪切力設(shè)備包括: 至少一個(gè)轉(zhuǎn)子/定子組，包括轉(zhuǎn)子和關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱定位并且分離剪切間隙的互補(bǔ)形狀的定子，其中，所述剪切間隙在從約10微米至約250微米的范圍內(nèi)；以及 電動(dòng)機(jī)，被配置用于關(guān)于所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子，由此能量可以從所述轉(zhuǎn)子被傳遞至所述反應(yīng)物，從而引起所述第一反應(yīng)物和所述第二反應(yīng)物之間的反應(yīng)，以形成產(chǎn)物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng): 其中，所述第一反應(yīng)物和所述第二反應(yīng)物基本相同； 其中，所述第一反應(yīng)物主要包括選自由鈣、鍶和鋇構(gòu)成的組中的元素的可溶形式； 其中，所述第一反應(yīng)物主要包括氫； 其中，所述第一反應(yīng)物主要包括第一元素，所述第二反應(yīng)物主要包括第二元素，以及所述產(chǎn)物主要包括第三元素；和/或 其中，所述第一反應(yīng)物主要包括第一元素，所述第二反應(yīng)物的至少一部分是第二元素的第一同位素，并且所述產(chǎn)物主要包括所述第二元素的第二同位素。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述第一反應(yīng)物主要包括第一元素，所述第二反應(yīng)物的至少一部分是第二元素的第一同位素，以及所述產(chǎn)物主要包括所述第二元素的第二同位素；以及其中，所述第一元素主要包括氫，所述第二元素的所述第一同位素是氦_4，以及所述第二元素的所述第二同位素是氦_3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述高剪切力設(shè)備包括至少三個(gè)轉(zhuǎn)子/定子組。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中，所述剪切間隙對(duì)于所述至少三個(gè)轉(zhuǎn)子/定子組中的至少兩個(gè)是不同的，和/或其中，所述剪切間隙對(duì)于所述至少三個(gè)轉(zhuǎn)子/定子組中的至少兩個(gè)是基本相同的。
6.一種用于將氦-4轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括: 混合反應(yīng)器，被配置成提供反應(yīng)物的混合物，其中，所述混合物包括氫、氦、和溶劑； 高剪切力設(shè)備，流體連接至所述混合反應(yīng)器，其中，所述高剪切力設(shè)備包括: 至少一個(gè)轉(zhuǎn)子/定子組，包括:轉(zhuǎn)子和關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱定位并且分離剪切間隙的互補(bǔ)形狀的定子，其中，所述剪切間隙在從約10微米至約250微米的范圍內(nèi)； 電動(dòng)機(jī)，被配置用于關(guān)于所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子，由此能量可以從所述轉(zhuǎn)子被傳遞至所述氫和氦，由此引入促進(jìn)氫和氦核的反應(yīng)的高壓和高溫的局部區(qū)域，使得所述氦中的至少一部分所述氦-4被轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3 ； 進(jìn)料口，從所述混合反應(yīng)器接收所述反應(yīng)物混合物，所述進(jìn)料口將所述高剪切力設(shè)備與所述混合反應(yīng)器的第一出口流體連接；以及 第一出口，將所述高剪切力設(shè)備與所述混合反應(yīng)器的再循環(huán)入口流體連接，以給所述混合反應(yīng)器提供包括溶解在所述溶劑中的轉(zhuǎn)變后的氦-3的產(chǎn)物混合物；以及分離單元，被配置成從所述溶劑去除至少一部分所述轉(zhuǎn)變后的氦_3。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng): 其中，所述溶劑包括選自由氫氧化銨、水和油構(gòu)成的組中的至少一種成分； 其中，所述混合物進(jìn)一步包括去氧劑； 其中，所述混合物進(jìn)一步包括選自由銀、鋁、鎳、和鈦構(gòu)成的組中的至少一種金屬；和/或 其中，所述混合物進(jìn)一步包括金屬粒子，并且其中，所述金屬粒子具有在從約2微米至約8微米范圍內(nèi)的平均尺寸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中，所述混合物包括去氧劑，并且其中，所述去氧劑包括肼。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的系統(tǒng): 其中，所述電動(dòng)機(jī)能夠提供高達(dá)至少約7900RPM的所述轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)頻率； 其中，所述混合反應(yīng)器可在從約20psi和約30psi的范圍內(nèi)的壓力下操作； 其中，所述混合物包括摩爾比的比例約為I的氫和所述氦；和/或 其中，所述氦主要包括氦_4。
10.一種長期存儲(chǔ)氦-3的方法，所述系統(tǒng)包括: 獲取氦-3 ； 在使得所述氦-3被溶解在所述氫氧化銨溶液中的壓力下，混合所述氦-3與氫氧化銨溶液；以及 保持所述氦-3溶解在所述氫氧化銨中的壓力。
11.一種將氦-4轉(zhuǎn)變?yōu)楹?3的方法,所述方法包括: 將氫、氦和溶劑引入高剪切力設(shè)備，所述高剪切力設(shè)備包括轉(zhuǎn)子和分離從約10微米至約250微米范圍內(nèi)的剪切間隙并且關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱定位的互補(bǔ)形狀的定子；以及 關(guān)于所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子，由此機(jī)械能夠從旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子被傳遞至所述氫和氦的原子核，由此引入促進(jìn)核反應(yīng)的高壓和高溫的局部區(qū)域，得到至少一些所述氦-4到氦-3的轉(zhuǎn)變；以及 從所述高剪切力設(shè)備提取產(chǎn)物，其中，所述產(chǎn)物包括從所述氦-4轉(zhuǎn)變的溶解的氦_3。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括:經(jīng)由混合反應(yīng)器結(jié)合所述溶劑中的氫和氦，以形成原料流，將所述產(chǎn)物再循環(huán)到所述混合反應(yīng)器，并且將至少一部分所述產(chǎn)物從所述混合反應(yīng)器提取到冷阱中，由此使至少一部分所述轉(zhuǎn)變后的氦-3與至少一部分所述溶劑分離。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法: 其中，所述原料流進(jìn)一步包括去氧劑； 其中，所述溶劑包括氫氧化銨溶液；和/或 其中，關(guān)于所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子產(chǎn)生大于約100，000，OOOiT1的剪切率。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，所述原料流進(jìn)一步包括去氧劑，并且其中，所述去氧劑包括餅。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，進(jìn)一步包括:將固體引入所述高剪切力設(shè)備。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，所述固體包括金屬，和/或其中，所述固體包括具有在從約2微米至約8微米范圍內(nèi)的平均尺寸的金屬粒子。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述金屬包括銀。
18.一種用于將第一元素轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌鼗蛘咚龅谝辉氐耐凰氐姆椒?，所述方法包? 將氫、所述第一元素、以及溶劑引入高剪切力設(shè)備，所述高剪切力設(shè)備包括轉(zhuǎn)子和分離剪切間隔并且關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸對(duì)稱定位的互補(bǔ)形狀的定子； 關(guān)于所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子，由此機(jī)械能從所述旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子到各個(gè)原子核的傳遞引入促進(jìn)所述元素的各個(gè)原子核和所述氫核之間的核反應(yīng)的高壓和高溫的局部區(qū)域，得到至少一些所述第一元素到所述不同原子或所述第一元素的同位素的轉(zhuǎn)變；以及 從所述高剪切力設(shè)備提取產(chǎn)物流，其中，所述產(chǎn)物流包括所述不同元素或所述第一元素的同位素。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，進(jìn)一步包括:經(jīng)由混合反應(yīng)器結(jié)合所述溶劑中的氫，將所述產(chǎn)物流再循環(huán)到所述混合反應(yīng)器，并且將至少一部分所述產(chǎn)物流從所述混合反應(yīng)器提取到分離單元，由此所述不同元素或所述第一元素的同位素的至少一部分與至少一部分所述溶劑分離；和/或進(jìn)一步包括:將去氧劑引入所述原料流。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法包括:將去氧劑引入所述原料流，其中，所述去氧劑包括餅。
21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法: 其中，所述溶劑包括選自由氫氧化銨溶液、水、及其組合構(gòu)成的組中的至少一種成分； 其中，所述原料流進(jìn)一步包括固體粒子； 其中，關(guān)于所述旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)所述轉(zhuǎn)子產(chǎn)生大于約100，000，OOOs 1的剪切率； 其中，所述剪切間隙大于約250微米； 其中，所述第一元素選自由稀土元素構(gòu)成的組，并且其中，所述不同元素為更高階稀土元素； 其中，所述第一元素選自由銫和鍶的放射性核構(gòu)成的組，并且其中，所述第一元素的同位素選自由所述第一元素的穩(wěn)定同位素構(gòu)成的組；和/或其中，所述第一元素是放射性核。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述原料流進(jìn)一步包括固體粒子，其中，所述固體粒子選自由金屬、陶瓷、金屬氧化物、及其組合構(gòu)成的組，和/或其中，所述固體粒子具有在從約2微米至約8微米范圍內(nèi)的平均尺寸。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中，所述第一元素是放射性核，以及: 其中，所述第一元素選自由鍶-89、鍶-90、及其組合構(gòu)成的組； 其中，所述第一元素選自由銫-129、銫-131、銫-132、銫-134、銫-135、銫-136、銫-137、及其組合構(gòu)成的組；和/或 其中，所述原料流包括包含所述第一元素、固體粒子、水和油的被污染液體。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述第一元素的同位素選自由鍶-84、鍶-86、鍶-87、鍶-88、以及其組合構(gòu)成的組。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，所述第一元素的同位素主要包括鍶-88。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述第一元素選自由銫-134、銫-135、銫-137、及其組合構(gòu)成的組。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述第一元素的同位素包括銫-133。
28.根據(jù)權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述原料流包括包含所述第一元素、固體粒子、水和油的被污染液體，并且其中，所述固體粒子包括沙子。
【文檔編號(hào)】B01J19/18GK104203396SQ201380014878
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2013年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年3月21日
【發(fā)明者】阿巴斯·哈桑, 阿齊茲·哈桑, 雷福德·G·安東尼, 阿莉莎·哈桑 申請(qǐng)人:Hrd有限公司