宏觀貝塞裝置的制作方法

專利名稱:宏觀貝塞裝置的制作方法
本發明涉及產生用作各種目的的能源的帶電玻色子的相干束，能這樣有效地產生相干帶電玻色子的裝置稱為“貝塞”(baser)。
在兩能級衰變模式中，以及在一個小體積內的獨立多粒子產生模型中，已經描述并進一步研究了微觀貝塞(玻色子和激光相似物)的機制。C.S.Lam和S.Y.Lo解釋了上述現象(1984年《物理評論通信》52卷1184頁)。雖然在微觀的小體積中，這里所描述的模型是成立的，但是它能用來實現宏觀貝塞，即在一宏觀尺度上能有效地產生相干帶電玻色子的貝塞，則是并不明顯的。
本發明的目的是提供一個能產生一個宏觀貝塞的系統。
本發明以其最廣泛的形式提供了一個宏觀貝塞，它包括在一個真空區域中提供玻色子的裝置和使所述玻色子產生誘導散射以產生一相干的聚焦玻色子束的裝置。
更準確地說，本發明提供了一個貝塞，它包括在一個真空區域中產生玻色子的裝置，在所述真空區域中反射所述玻色子的裝置，在所述真空區域中聚焦玻色子束的裝置和使聚焦的玻色子束相干的裝置。
在本發明的一種最佳形式中，使聚焦的玻色子束相干是用一束沿著所述玻色子聚焦線方向的激光束實現的。
另一種形式是用一束帶電粒子，例如質子或電子，沿所述離子束的聚焦線方向使玻色子束相干。
在玻色子是帶電粒子例如離子時，玻色子束的聚焦可用磁聚焦裝置例如四極磁鐵實現。類似地，反射玻色子的裝置可以包括例如放在真空區域兩端的彎曲磁鐵。另外，可以用電鏡實現類似目的。
玻色子最好是帶電的。一個帶電玻色子是其中B＝Z+N+l，且B是偶數(Z質子數;N中子數;l電子數)的任何原子物質。帶電玻色子包括帶電核玻色子，其中l＝0且Z+N是偶數，例如氘核和α粒子(氦核)，l≠0的帶電原子玻色子，例如帶負電的氫原子和帶負電的氦原子，或帶電分子玻色子，例如帶負電的氫分子。
一般說來，最好用帶電玻色子，它便于在貝塞內或從貝塞中引出時用磁的或靜電的方法控制和定向。但是用帶電玻色子也有這樣的后果，即在貝塞內的或從貝塞中引出的束流的定向或聚焦，當用于某些目的時，可能不象要求的那樣完全令人滿意。這是由于在束流中或貝塞輸出束流中離子間存在庫侖力(由于這些離子帶有相同電荷)，它使離子在預定的運動方向的垂直方向上有一運動分量，從而趨向于互相分離。
在貝塞自身內或在其引出束流中發生散焦或引錯方向的可能性至少可以通過本發明貝塞的特殊結構來減少，這樣可以使用許多帶不同電荷的玻色子。
產生離子誘導散射的裝置能有效地散射至少帶一種所述的電荷的玻色子，從而產生相干的聚焦玻色子束。
在一個實施例中，兩種帶不同極性電荷的玻色子進入路徑，該路徑至少在相應的共同部分是實質上重合的。特別，兩種帶不同電荷的玻色子可在封閉的實質上重合的路徑，例如回路形路徑上運動，但是運動方向相反，所提供的裝置從所述路徑中至少周期性地引出所述的一種電荷的離子，以形成所述的離子束。在這個例子中，雖然引出的束流包括帶電玻色子，但是在貝塞本身內環行的，事實上是由帶相反電荷的玻色子組成的兩種分量流的復合流，因此玻色子在貝塞內偏離要求路徑的可能性減少了。比較合適的是，帶第一種所述電荷的玻色子由氘核組成，帶第二種所述電荷的離子由帶單個負電的氘離子組成，實際上，引出的束流可以包括選用所述兩種電荷的任一種的玻色子。
在根據本發明構成的宏觀貝塞的另一形式中，兩種帶相反電荷的玻色子在閉合路徑上運動，該路徑僅對其相應的所述部分是實質上重合的。例如，該路徑可以是細長的形式，它們有各自的相反的第一個和第二個延伸的平行路徑部分，其在各自回路的相反的端部由回路的端部互相連接。這些回路可以并排放置，這樣實質上重合的相應路徑部分包括每一回路的兩個延伸路徑部分中相應的一個。在這個例子中，帶相反電荷的玻色子可以繞每一回路以相反的轉動方向環行運動，在該路徑實質上重合的部分，在每一路徑上運動的玻色子并排地或混合地在同一方向上運動。在這個例子中，兩種帶不同電荷的玻色子可以在細長回路的各自相鄰的端部的位置注入到運動路徑中，這樣在其一端注入到實質上重合的路徑部分而從貝塞引出的束流，從兩個細長回路之間的實質上重合的路徑部分的另一端位置射出。在這種情況下，沿兩回路共同部分通過的復合束流將包括兩種帶不同電荷的玻色子的混合物，得到的射出束流也包括它們的混合物。在這個例子中，產生誘導散射的裝置可以包括把相干光束、光子或其它粒子在沿所述路徑的適當位置射入束流中的裝置。和以前一樣，帶第一種所述電荷的玻色子可以由氘核組成，帶第二種所述電荷的玻色子可以由帶單個負荷的氘離子組成。
在另一實施例中，多個(例如四個)玻色子流在貝塞內的各自的閉合路徑上運動，它們放置在沿兩個方向延伸的陣列上，該陣列在垂直于玻色子束射出方向的平面中。在一個實施例中，提供了四個這樣的束流，每一束流在各自的細長的閉合路徑上運動，同時在陣列中環流的相鄰束流是帶有相應的相反極性電荷的玻色子。相鄰的路徑可以有沿貝塞縱向延伸的共同部分，以使在這些相鄰部分上，兩種帶不同電荷的玻色子都通過那里。在這種情況下，會有四個這種共同路徑部分，最好布置成當從橫截面方向看時為一方形陣列。在陣列中兩個相對的部分，帶一種電荷極性的玻色子和帶另一種電荷極性的玻色子分別在路徑的相鄰端部的位置注入。在路徑的相鄰相對端部和在貝塞相應的一端，兩束帶電玻色子從貝塞中引出，在另兩個相對的路徑部分，在路徑的所述一端，相干光束或者可以引起誘導散射的其他粒子被注入，以便在引出束流中引起相干。
現在參考附圖描述本發明的幾個最佳實施例，其中圖1-8是各種不同的貝塞的示意圖，圖1-7是不同貝塞的側視圖，圖8是圖7中貝塞的橫截面圖。
在描述這些根據本發明的系統的最佳實施例之前，應該討論一下每一最佳系統實現的機制的理論。在下述討論中，描述了用激光導致離子束成為相干束，盡管應該知道上面一般確定的其它機制中的任何一種都可以用來取得類似的效果。
考慮一束在1米×1厘米2的管子中的一個封閉路徑中運動的稱為α的玻色子。由于波函數的離散歸一化，量子化的要求允許在動量絕對值的間隔為1電子伏/光速(1ev/c)中有1016離散動量態。由于隨機分布，對粒子數為n～1013，動量分布為1千電子伏/光速(1Kev/c)的通常粒子束，事實上沒有兩個波色子會占據同一量子態。但是由于α粒子是玻色子，所以能用稱為γ的另一組粒子來緩緩地散射α粒子束，使束中的α玻色子在多次散射以后成群地進入相同動量態。
假定α玻色子與粒子γ之間的彈性散射的表象哈密頓算符密度為H(X)＝gφ(X)φ(X)A(X)A(X) (1)其中φ(X)和A(X)分別為α和γ的量子場，g是表象的無量綱耦合常數。自旋在這里是不必要考慮的，因而略去。用N階微擾理論，躍遷率由下式給出W＝2π∑｜＜f｜H( 1/(△E) H)n-1｜i＞｜2δ(Ef-Eo) (2)用它可以導出各類彈性散射的公式。
最簡單的彈性散射是兩粒子散射α(P)+γ(K)→α(P′)+γ(K′)，P、K、P′、K′標記動量，其幾率P1，躍遷率W1和截面σ1給出如下
其中V為歸一化體積，T為粒子繞封閉管運動的周期，Vrel是α和γ之間的相對速度，E0＝P0+K0為總能量，→K′，K0均在質心系中計算。對于在動量態(P′)中已存在一組本底α玻色子的兩粒子彈性散射，將把α粒子誘導散射到與n個α粒子相同的終態α(P)+γ(K)+nα(P′)→(n+1)α(P′)+γ(K′) (4)應用(2)式，躍遷幾率Wn可給出為Wn＝(n+1)ηW1(5)其中
這一公式有個簡單的物理表述。因子(n+1)來自終態α玻色子的湮滅算符＜n|aα＝＜n+1|n + 1]]>，因子η是由于P′動量態僅為許多可利用的動量態之一η＝1/可利用的動量態總數。可利用的動量態數為(Vx4πP′2△P′)/((2π)3) = (VP′2)/(2π2) (△P′)/(△P′O) △P′O- 1/(η) ( 7 )最后一式利用了這樣的事實V＝A(束截面)×1(管長)，ν(管中α束的速度)×T(α束環行周期)＝1和由不確定原理△E～2π/T。
與一束nγ個γ粒子散射所建立的態P′中的n個相干α玻色子增長的速率方程為(dn)/(dt) ＝(-nW1+Wnni)nγ (8)其中ni是束中那些α粒子的數目，它們是運動學上可能被具有初始動量K的α粒子散射到確定終態P′的。第一項nW1是n個相干α粒子被nγ個γ粒子散射變成具有不同動量態的終態的損失率。第二項是由于γ粒子與α束散射的相干α玻色子的增長率。(5)與(8)結合產生出現宏觀貝塞現象的臨界條件，其為ηni＞1 (9)貝塞束增加的增長常數λ定義為(dn)/(dt) ＝nλ (10)n＝n0eλt如果沒有其它損耗，λ由下式給出λ＝nγW1(niη-1)＝nγW1niη (11)為理解方程(9)和(11)的真實性，討論一個特殊情況是有幫助的α粒子(＝氦原子核)被激光的光子(γ)散射。
考慮一個α粒子束，其動能為K，動量為P，動量分布以某中心動量P0為中心，其均方根偏差△為高斯形分布S(P)＝( 1/(π△) )3/2exp〔-(P-P0)2/△2〕 (12)運動學上只有α束中粒子的一小部分(△N/N)能被具有動量K0的光子散射到一固定終態動量P′，它由下式給出( (△N)/(N) )≈8π－3／2( (KO)/(△) )3(△KO)/(KO) (13)所以ni＝N( (△N)/(N) )其中N是束中α粒子的總數。臨界條件變成N＞ (N)/(△N) 1/(η) (14)表1給出了動能K＝1千電子伏，10千電子伏，100千電子伏，束截面A＝1厘米2和1毫米2時，η與N的值。動量分布△/P取為0.1%，光子能量為K0＝1電子伏。表1中各種參數的范圍是現代技術很容易做到的。為計算增長常數，需要低能的光子-α散射的截面值為σ＝8πα2/em2α＝1.3×10-32Cm2一些典型值在下表中給出
-1K A (△N)/(N) nγN λ(1/秒)1Kev 1Cm24.4×10-15102410242841Kev 1mm24.4×10-1410211020284所以較細的束比較粗的束優越得多，因為λ正比于1/A2。
因為激光束本身是由相干光子組成的，所以使用激光誘導α束使之成為相干束，有一非常有用的效應。令nγ和n分別是具有動量K和P的相干光子數和α粒子數，且nγ＞n，對于它們的彈性散射nγ(K)+n(P)→(nγ-n)(K)+K1′+…Kn′+P1′+…Pn′其中Ki′，Pi′是終態光子和α粒子的動量，它們不一定是相干的，其躍遷幾率為WO=nγ( n1)2( nγ- n )1∏in-1〔P1( 1 + i η ) 〕W1( 15 )]]>此結果來自嚴格地應用方程(2)的N階微擾理論，但它確實有一個簡單的解釋。當n個相干玻色子一起參予時，由于玻色子湮沒算符的性質，在反應率中容易出現n！的因子，例如aa…a｜n(K)＞＝n1]]>｜O＞ (16)散射中初始的nγ個光子給出nγ(nγ-1)……(nγ-n+1)，因為只有nγ-n個初始光子參予了相互作用。分子上的(n1)2來自于初態與終態中n個α粒子。最后的因子來自對所有終態求和，它們可以是相干的，也可以是非相干的。即使終態中的n(γ)和n(α)是具有相同動量Ki′＝K′，Pi′＝P′，并且是相干的，它們也極不可能與初始的動量相同。因此上述躍遷代表相干束的損耗。因為躍遷幾率P1＝(Vrel/V)(σ/△)～10-29是一個極其小的數，所以在開始時是不重要的。僅當n增加到約為107量級時，它才變得重要了。但是當相干束的數目n增加時，存在一個有利的情況能增加相干束。不象激光那樣在其束中只有一個動量，從誘導彈性散射得到的相干束可在不同的動量態周圍增長。假定有n1(P1)個具有動量P1的α粒子，n2(P2)個具有動量P2的α粒子，就存在下述類型的誘導彈性散射nγ(K)+n1(P1)+n2(P2)→(nγ-n1)(K)+(n1+n2)(P2)+K1′+……+K′n1(17)原來的n2個α粒子和(nγ-n1)(K)個光子不改變動量。除了n2(P2)個α粒子的存在誘導n1(P1)個α粒子被散射到動量態P2之外，它們就象旁觀者一樣。躍遷幾率由下式給出WC=nγ( nγ- n1) 1( n1+ n2)n21( n 1 )2P1n 1 - 1 η n1iW1( 18 )]]>Wc/Wo的比值為
γ= (Wc)/(Wo) = ((n1+ n2)1)/(n21) η (19)當n1～n2＞＞10時，它變得大于1。因此誘導彈性散射有利于相干束整個地增長，只要這在運動學上是許可的。這個現象可以稱為整塊轉換(14)。
如果方程(18)對過程(17)按躍遷幾率重寫，它取下述形式P c =nγ1( n γ - n1) 1( n1+ n2) 1n21( n1 1)2( P1η )n 1( 20 )]]>躍遷幾率隨n1迅速增加，但是由于幺正性，它不能超過1。當對于P1～10-29，η～10-5，n～6×108時，將達到極限。很清楚當達到極限時，N階微擾理論就不夠用了，然后需要對任何階微擾處理該散射過程。
宏觀貝塞的可利用性有很多實際的結果。與激光比較，立即可以看出貝塞可由帶電玻色子組成，這些玻色子就可以用通常機制加速到高得多的能量百萬電子伏(Mev)，十億電子伏(Gev)，萬億電子伏(Tev)等等。與光子不同，通常帶電玻色子是相互作用很強的粒子。象激光能幫助研究在原子及分子水平上的非線性效應和稀有效應一樣，貝塞可以用來產生和研究在核和強子水平上的非線性效應、奇異態、奇異散射和產生過程等等。
現在參考附圖的圖1到圖4說明本發明的幾個實施例首先參考圖1，系統包括真空管1(或者整個裝置可以放在一個真空室里)，在真空管內產生氘核(d)束的離子源2，一對使d束在真空管1內反射的彎曲磁鐵3和4，一對用來聚焦d束的四極磁鐵5和6，把一束激光對準被四極磁鐵5和6聚焦的d束並穿過真空管1壁上的透明孔射入真空管1的激光器7，激光器7包括一個能以適當方式反射激光束的反射鏡或棱鏡8。如同上面的理論描述中所述，激光束能使d束變成相干束。系統還有一個射出機構9使相干d束從裝置中釋放出來，在本實施例中，這個機構以一個裝置的形式抑制彎曲磁鐵的磁場，它的位置如圖1中所示。另外也可以用電射出機構。
如果要求單色氘核束，四極磁鐵可以關閉。上面描述的激光誘導的氘核貝塞(d貝塞)的運行可以是連續方式，也可以是脈沖方式。d-貝塞的一種應用是用于熱核聚變。
在上述實施例中，離子源2可以包括1千電子伏到100千電子伏的氘α粒子(或其它核離子)源，例如由美國田納西州橡樹嶺的奧泰克公司(Ortec Inc.of Oakridge Tennesse U.S.A)制造的粒子源。
彎曲磁鐵3和4應該能夠把動量為百萬電子伏/光速范圍的粒子轉過180°。同樣地，四極磁鐵5和6應該能夠把上述動量范圍的粒子聚焦。這種適用的磁鐵由新西蘭奧克蘭的核組件有限公司(Nuclear Accessories Co.Ltd.of Auckland，New Zealand)制造。
激光器7可以是由美國加利福尼亞州圣馬可的加利福尼亞激光公司(California Laser Corporation of San Marco California，U.S.A)制造的20瓦或更大功率的二氧化碳激光器。
射出機構9可以是上述類型的彎曲磁鐵。
現在參看附圖2的實施例，該裝置的結構與圖1的實施例相似，因此類似的元件用類似的標號來標記。在該實施例中，放置了另一個離子源12，發射質子流P。該質子流被四極磁鐵15和16聚焦。離子源12的位置使質子流P與氘核流d對準。其它機構與附圖1相應的描述類似。但是由于質子比前述實施例中激光器發射的光子引起的相互作用要強，所以反應率會比前述實施例中的高得多。可以期望反應率增益達105。
現在參看圖3，這個實施例也與圖1的實施例相似，不同之處在于提供了另一離子源22發射電子束e，該電子束被四極磁鐵25和26聚焦，并且用彎曲磁鐵23和24反射，與氘核束d對準。在這個設施中，用電子束使氘核束相干有這樣的優點，即束的負電荷能幫助減少靜電能產生的問題。因為電子束中的電子質量比氘核質量要小得多，所以必須有一弱得多的彎曲磁鐵來正確地決定電子束的位置。
現在參考圖4，用一個電鏡機構實現與前述實施例中的彎曲磁鐵3和4同樣的作用。在這個實施例中，用一個彎曲磁鐵10使氘核束d與真空管30的軸線對準，在真空管30的兩端有一對導電極31、32，并保持在電位Vt＝2Vi，(離子源能量為qVi)。激光器7通過電極32中心的透明孔射入一光子束，一可移動的反射鏡33蓋住管30另一端的電極31上的小孔34。氘核d的相干束一產生，可移動的反射鏡就被移去，使相干束能發射出去。假如要聚焦離子束，可在真空管30的外面放一四極磁鐵(未示于圖中)。這個裝置最好用來產生低能相干氘核束。
上述這些實施例的一些應用包括1.熱核聚變，其中相干氘束用通常方法加速到要求的水平后就被引向氘或氘小球。這一方法除了由于使用d-貝塞使裝置的功率大了許多倍以外，與使用激光的內爆方法相似。
2.作為加速器的離子源。這種情況下貝塞的優點在于它有離散的動量，并且因為束的相干性而簡化了高能加速器。
3.作為顯微鏡的顯微探針或核模擬物的離子源。
4.產生核全息圖、原子全息圖或分子全息圖。其原理與用激光產生的全息圖相似。
可以把適當的材料放在相干的帶電玻色子束前面得到相干的中性粒子束。例如H--→H+e-e-原子H--2→H2+e-+e-圖5表示一個細長回路形的真空室1，它包括一對平行管56、58，兩管的一對相鄰端部用彎管部分62相連接，另一對端部用彎管部分60相連接。用來產生氘核的離子源2放在貝塞的一端，更準確地說是在靠近彎管部分62的管58的端部，它把氘核流從該端部注入管58，進入真空室1，以便走過沿管58延伸的，繞過端部60，通過管56，再繞過端部62，回到管58的回路形路徑70，從而所用的氘核連續地繞路徑70環行。
氘核繞過端部60、62的導向是用彎曲磁鐵3和4實現的，在管56中有兩個四極磁鐵5和6組成的聚焦裝置，用來使氘核流保持在一聚焦的流動路徑上。
提供第二個離子源52有效地產生帶單個負電荷的氘離子。這個離子源放在貝塞的與離子源2相同的端部，而在靠近彎管部分62的管56端部，從那里將上述的負氘離子注入管56、進入真空室，從而走過沿管56延伸的繞過端部60，通過管58，繞過端部62再回到管56的閉合回路形路徑72。路徑72在很大程度上與路徑70重合，但是可以看出負氘離子沿順時針方向越過真空室1，而氘核則是沿著逆時針方向越過真空室。
產生相干光的激光器7放在貝塞的靠近真空室1的彎部60的端部，它在靠近彎部60的管56的端部把相干光注入管56，并使其沿管56運動。一個反射鏡或棱鏡8放在管56的另一端，把該相干光反射回管56靠近彎部60的那一端。
在管58靠近真空室1的彎部60的端部有一射出裝置9，它可以有效地利用例如使彎曲磁鐵3去激勵，使在路徑70上沿管58運行的氘核，在靠近彎部60的管58的端部從真空室1中發射出去，而不再被引導繞彎部60運動。例如，射出裝置可以包括瞬間或非瞬間使彎曲磁鐵3去激勵的裝置，這樣氘核束74就能通過射出裝置射出貝塞。
從激光器7來的光引起在路徑70和72上運行的氘核和負氘離子散射，從而使這兩種束流變成相干態，這樣射出的氘核束74包括氘核的相干束。
雖然在所描述的裝置中，束74因為形成這個束的氘核帶正電而帶正電，但是流動在實質上重合的路徑70、72上的氘核和負氘離子的共存束流的凈電荷為零。氘核的正電荷被氘離子的負電荷抵消，所以沿路徑70、72運動的兩種粒子組成的復合流是中性的，因此氘核因庫侖力的影響而形成垂直于路徑70、72的運動分量的機會就大大減少了，這樣在真空室1中束流的散焦傾向減少，而相干性增強。
在圖5中，射出裝置9取出氘核，形成射出貝塞的束流74，但也可以取出負氘離子，形成負氘離子的相干束，這可以簡單地交換激光器7和射出裝置9的位置來實現。
當然，如四極磁鐵5和6那樣的進一步聚焦的裝置可以放在真空室1中，以利于保持氘核和負氘離子的聚焦束流，特別是可以以在管56中放置四極磁鐵5和6的類似方式，在管58中放置這些聚焦裝置。
在圖6中，真空室1包括三個平行并列的管80、82、84。管80和82在其相鄰一端由真空室1的端部85相連，另一相鄰端則由真空室1的端部86相連。類似地管82和84在其相鄰一端由真空室1的端部88相連，另一相鄰端由真空室1的端部90相連。在這個裝置中，帶單個負電的氘離子和氘核在真空室1一端，準確地說是在真空室靠近端部85、88的一端，并排地射入管82中，并由彎曲磁鐵和四極磁鐵導向各自的路徑98和100，進入真空室1中，其方式與圖1中描述的相似。具體地，負氘離子的路徑98是從這些離子引入點沿管82延伸，通過端部86，沿管80再繞過端部85回到管82的細長的閉合回路形路徑。另一方面，氘核運動的路徑100是沿管82延伸，繞過真空室1的端部90，通過管84，再繞過真空室1的端部88回到管82的類似的細長回路形路徑。
為使在路徑98、100上運動的負氘離子和氘核中產生誘導散射，相干光束87、89中的光子在圖6所示的位置，即在靠近真空室1的85和88的管80、84的各自的端部被導入管80和84。這些光束87、89可象以前描述的那樣由激光器產生，并被反射鏡或棱鏡反射。沿管82運動的氘核和負氘離子從靠近真空室1的86、90的管82的一端被引到一個射離貝塞的束流中。這同樣可以用類似于前面描述的射出機構9來實現。在這個例子中，射出束流102由負氘離子和氘核的混合物組成。
圖6裝置的優點在于貝塞產生的束流因為混合了帶相反電荷的負氘離子和氘核，而是一個電中性的相干束。而且負氘離子和氘核在真空室1的運動路徑的一個相當大的部分，即在管82中的那部分，氘核和負氘離子的復合流也是中性的。
在圖7和圖8的裝置中，真空室1包括4個縱向延伸的平行管120、122、124、126，從真空室1的模截面方向看去成方形排列，這具體表示在圖8中。為清楚起見，在圖7中管子表示成并排排列。管126和120的第一對和第二對相鄰端分別由端部130和132相連接。管120和122的第一對和第二對相鄰端分別由端部134和136相連接。管122和124的第一對和第二對相鄰端分別由端部138和140相連接。管124和126的第一對和第二對相鄰端分別由真空室1的端部142和144相連接。這樣，管120和126加上端部130、132組成了第一個細長回路形的真空室部分，管120、122和端部134、136組成了第二個細長回路形的真空室部分，管122、124和端部138、140組成了第三個細長回路形的真空室部分。管124、126和端部142、144組成了第四個細長回路形的真空室部分。第四個和第一個真空室部分在管126的長度上是共同的，第一個和第二個真空室部分在管120的長度上是共同的，第二個和第三個真空室部分在管122的長度上是共同的，第三個和第四個真空室部分在管124的長度上是共同的。
如圖7所示在貝塞的一端，負氘離子和氘核被注入真空室1。一方面負氘離子和氘核在管120靠近真空室端部130、134的那端注入管120，另一方面，另外的負氘離子和氘核在管124靠近真空室端部138、142的那端注入管124。注入管120的負氘離子通過管120，繞過端部132，通過管126再繞過端部130，以一個閉合的細長回路形路徑145走過上述的第一個真空室部分。類似地，注入管120的氘核通過管120，繞過端部136，通過管122，繞過端部134再回到管120，在第二個真空室部分走過一個閉合的細長回路形路徑146。注入管124的負氘離子通過管124，繞過端部140，通過管122，再繞過端部138回到管124，在上述的第三個真空室部分走過一個閉合的細長回路形路徑148。注入管124的氘核通過管124，繞過端部144，通過管126再繞過端部142，回到管124，在上述的第四個真空室部分走過一個閉合的細長回路形路徑150。負氘離子和氘核在這些路徑上的導向和必要的聚焦是由上面提及的圖1和圖2中的實施例的彎曲磁鐵和四極磁鐵實現的。
標號為160、162的相干光射入管126和122，使在路徑150中運動的氘核和在路徑148中運動的負氘離子，以及在路徑146中運動的氘核和在路徑145中運動的負氘離子產生誘導散射。如果需要的話，前面描述過的反射鏡或棱鏡8一類的反射器可放在管126和122遠離光注入點的那一端，把光反射回注入點。和前面一樣，相干光可以用激光器產生。
用適當的偏轉射出裝置，例如前述的裝置9，每一個都是由混合的負氘離子和氘核組成的相干束，能夠從管120和124的相反于氘核和負氘離子注入端的那一端射離貝塞裝置。
圖7和圖8裝置的優點在于產生的每一相干離子束都是不同極性的混合物，因而是中性的，而同時在路徑150、148、146和145上運動的氘核和負氘離子流在幾乎整個路徑上同樣也是混合的，因而也是中性的。這樣，射出流的散焦傾向減到最小，而同時在貝塞本身內運動的離子流的散焦傾向也減到最小。
當然，圖7和圖8的裝置可以推廣到包括比所示的4個路徑145、146、148和150更多的數目，例如，可以構成從橫截面看去包括8個、12個、16個或更多的這類路徑的陣列。
在所描述的裝置中，真空室1由端部管連接的管子構成，以確定回路形的真空室部分。但這并非實質性的。特別在每一個例子中真空室1可以簡單地由把貝塞中粒子的整個運動路徑包圍成一組的一個室構成。
另外，雖然在圖5到圖8所描述的實施例中，所述的貝塞是用負氘離子和氘核組成的離子流運行的，但是前面描述過的其他帶電粒子也可以使用。
本發明可用于形成聚變反應堆，通過過程d+d＝3He+n來釋放能量。即通過兩個氘原子核(氘核)的聚變過程形成一個氦3核和一個電子。
兩個氘核中的一個可以由氘的化合物提供，例如氧化氘(D2O)，作成例如小球的形式，另一氘核可以由本發明的貝塞提供。然后通過上述過程，氧化氘受到由本發明的一個或多個貝塞提供的一個或多個相干氘核束流的轟擊。
這樣，束流可以以三維陣列的形式從各種不同方向導向含氘材料的小球，這些小球可以順序地，比如連續地置入反應區。
與用眾所周知的內爆方法把相干光子束導向含氘材料的核聚變過程以產生核聚變能相比，由本發明的貝塞產生的相干氘核束有兩個顯著的優點。首先，相干氘核束中每一氘核粒子的能量約千電子伏到102千電子伏，它大約是激光產生的光子能量的103到105倍。其次相干氘核束本身能直接與氘小球反應，因此能更有效和迅速地產生核聚變。
所以，這種核聚變反應堆的尺寸可以比較小，可能使裝置做成輕便式的。
本發明的核聚變過程可以用非氘核的其它相干核來實行聚變，該過程可以使用氘核和氚核的混合物。
所描述的裝置僅是作為說明提出的，在其中還可以做許多修正而并不偏離本發明的范圍和精神，這些都定義在所附的權利要求
里。
權利要求
1.一種宏觀貝塞，包括在一真空區域產生玻色子的裝置和產生所述玻色子的誘導散射從而產生一個相干的聚焦玻色子束的裝置。
2.根據權利要求
1的一種宏觀貝塞，還包括在所述真空區域中反射所述玻色子的反射裝置。
3.根據權利要求
2的一種宏觀貝塞，其中所述的反射裝置包括裝在真空區域每一端部的彎曲磁鐵。
4.根據權利要求
2或權利要求
3的一種宏觀貝塞，其中所述的反射裝置由電鏡組成。
5.根據權利要求
2到權利要求
4中任一條的一種宏觀貝塞，其中所述的反射裝置用來有效地使所述玻色子沿真空區域中一實質上共同的路徑來回運動。
6.根據權利要求
2到權利要求
4中任一條的一種宏觀貝塞，其中所述的反射裝置用來有效地使玻色子在真空區域內進行環行運動。
7.根據前述權利要求
中任一條的一種宏觀貝塞，包括在所述真空區域中使玻色子聚焦成一束流的聚焦裝置。
8.根據權利要求
7的一種宏觀貝塞，其中所述的聚焦裝置由磁聚焦裝置組成。
9.根據上述權利要求
中任一條的一種宏觀貝塞，其中所述的產生誘導散射的裝置包括一個被導入所述玻色子中的激光束。
10.根據權利要求
1到8中任一條的一種宏觀貝塞，其中所述產生誘導散射的裝置包括一束被導入所述玻色子中的帶電粒子。
11.根據權利要求
10的一種宏觀貝塞，其中所述的帶電粒子束包括一束質子。
12.根據權利要求
10的一種宏觀貝塞，其中所述的帶電粒子束包括一束電子。
13.根據前述權利要求
中任一條的一種宏觀貝塞，其中所述在真空區域中提供玻色子的裝置有效地用來提供多種帶不同電荷的玻色子。
14.根據權利要求
13的一種宏觀貝塞，其中所述的產生玻色子誘導散射的裝置有效地用來散射至少帶有一種所述電荷的玻色子，以產生這些玻色子的相干的聚焦玻色子束。
15.根據權利要求
14的一種宏觀貝塞，布置和構造得用來使兩種帶相反電荷的玻色子在路徑上運動，該路徑至少在相應的共同部分是實質上重合的。
16.根據權利要求
15的一種宏觀貝塞，布置和構造得用來使所述的帶兩種相反電荷的玻色子在一閉合的實質上重合的路徑上以相反方向運動，所提供的裝置至少周期地把帶有一種所述電荷的玻色子從相應的所述路徑上引出，以形成所述玻色子束。
17.根據權利要求
14的一種宏觀貝塞，布置和構造得用來使所述各路徑是閉合的，并且其共同部分包括每一各自路徑的一部分，在共同部分上形成所述兩種帶相反電荷的玻色子的復合流，該復合流被引出貝塞形成所述的玻色子束。
18.根據權利要求
17的一種宏觀貝塞，其中所述的各路徑是細長回路形的，每一路徑確定相反延伸的第一、第二平行路徑部分，對每一回路，在各自回路的相反端由回路的端部連接。
19.根據權利要求
18的一種宏觀貝塞，其中所述的各回路是并排安置的，從而它們的共同部分包括每一回路的兩個延伸路徑部分中相應的一個。
20.根據權利要求
19的一種宏觀貝塞，布置和構造得用來使玻色子沿每一回路以相反的轉動方向運動，在各路徑的共同部分，在每一路徑上運動的玻色子或是并排地或是混合地沿同樣方向運動。
21.根據權利19或20的一種宏觀貝塞，布置和構造得用來使所述的兩種帶相反電荷的玻色子在相鄰的所述共同部分的入口點注入到運動路徑中。
22.根據權利要求
21的一種宏觀貝塞，其中產生誘導散射的裝置包括把相干光束中的光子或其它粒子在沿每一所述路徑的相應位置注入到在每一路徑中運動的玻色子中的裝置。
23.根據權利要求
15的一種宏觀貝塞，布置和構造得用來使玻色子以至少四個束流在各自閉合的路徑上運動，這些閉合路徑在垂直于需要引出玻色子束的方向的平面上排成沿兩個方向延伸的陣列。
24.根據權利要求
23的一種宏觀貝塞，其中陣列中相鄰的閉合路徑上有帶相反電荷的玻色子在運動。
25.根據權利要求
24的一種宏觀貝塞，其中每一所述路徑有兩個共同部分，它們的相應部分與陣列中兩個并排的所述路徑的相應部分是實質上互相重合的，所述共同部分沿貝塞的縱向延伸，兩種帶不同電荷的玻色子沿每一所述共同路徑部分以同樣方向前進。
26.根據權利要求
25的一種宏觀貝塞，其中共同路徑部分從橫截面方向看去組成一個方形陣列。
27.根據權利要求
26的一種宏觀貝塞，其中在陣列中所述共同路徑部分的兩個橫向相對部分中，帶一種極性電荷的玻色子和帶相反極性電荷的玻色子在向著靠近路徑一個端部的位置被注入，從而所述兩種帶相反電荷的每一種玻色子隨后在這兩個共同路徑部分組成實質上是中性的復合束流。
28.根據權利要求
27的一種宏觀貝塞，布置和構造得用來在路徑的與其所述端部相對的相鄰端部，使兩束玻色子從貝塞中射出，這兩個束流每一束都包括所述兩種帶不同極性電荷的玻色子中的每一種，使所述束流實質上是電中性的。
29.根據權利要求
28的一種宏觀貝塞，構造和布置得用來在所述共同路徑部分的另兩個相對部分，使相干光束或其它粒子注入，以產生誘導散射，使在這些路徑部分中運動的玻色子成為相干的。
30.根據上述權利要求
中任一條的一種宏觀貝塞，其中玻色子包括離子。
31.根據權利要求
15到29中任一條的一種宏觀貝塞，其中帶有第一種所述電荷的所述玻色子包括氘核，帶有第二種所述電荷的玻色子包括帶單個負電荷的氘離子。
32.一種形成相干玻色子束的方法，包括在一個真空區域中提供所述玻色子和產生所述玻色子的誘導散射。
33.根據權利要求
32的一種方法，其中所述玻色子在所述真空區域中被反射。
34.根據權利要求
33的一種方法，其中所述的反射是在該真空區域中沿一實質上共同的路徑實現來回運動。
35.根據權利要求
33的一種方法，其中所述的反射是在該真空區域中使玻色子進行環行運動。
36.根據權利要求
32到35中任一條的一種方法，還包括在所述真空區域中聚焦所述束流。
37.根據權利要求
32到36中任一條的一種方法，其中所述散射是通過將一束相干光注入所述玻色子中引起的。
38.根據權利要求
32到36中任一條的一種方法，其中所述誘導散射是通過將一束帶電粒子注入所述玻色子中實現的。
39.根據權利要求
38的一種方法，其中所述帶電粒子包括質子。
40.根據權利要求
38的一種方法，其中所述帶電粒子包括電子。
41.根據權利要求
32到40中任一條的一種方法，其中多種帶不同電荷的玻色子被引入所述真空區域中。
42.根據權利要求
41的一種方法，其中所述散射對至少帶一種所述電荷的玻色子實現，以產生這些玻色子的相干玻色子束。
43.根據權利要求
42的一種方法，其中所述兩種帶相反電荷的玻色子在路徑上運動，該路徑至少在相應的共同部分是實質上重合的。
44.根據權利要求
43的一種方法，其中兩種帶相反電荷的玻色子在閉合的實質上重合的路徑上以相反方向運動。
45.根據權利要求
42的一種方法，其中所述路徑是閉合的，并且其共同部分包括每一各自路徑的一部分，在共同部分上形成所述兩種帶相反電荷的一個共同束流，該束流被導出形成所述玻色子束。
46.根據權利要求
45的一種方法，其中所述各路徑是細長回路形的，每一路徑確定相反延伸的第一和第二平行路徑部分，對每一回路，在各自回路的相反端由回路的端部相連接。
47.根據權利要求
46的一種方法，其中所述的各回路是并排的，從而其共同部分包括每一回路的兩個延伸路徑部分中相應的一個。
48.根據權利要求
47的一種方法，其中玻色子沿每一回路以相反的轉動方向環行，在各路徑的共同部分，在每一路徑上運動的玻色子或是并排地或是混合地沿同樣方向運動。
49.根據權利要求
47或權利要求
48的一種方法，其中所述的兩種帶相反電荷的玻色子在相鄰的所述共同部分的入口點注入到運動路徑中。
50.根據權利要求
49的一種方法，其中散射是通過把一相干束中的光子或其它粒子在沿每一所述路徑的相應位置注入到在每一路徑中運動的玻色子中實現的。
51.根據權利要求
43的一種方法，其中玻色子以至少四個束流在各自閉合的路徑上運動，這些閉合路徑在垂直于所述玻色子束方向的平面上排成沿兩個方向延伸的陣列。
52.根據權利要求
51的一種方法，其中陣列中相鄰的閉合路徑上有帶相反極性電荷的玻色子在運動。
53.根據權利要求
52的一種方法，其中每一所述路徑有兩個共同部分，它們的相應部分與陣列中兩個并排的所述路徑的相應部分是實質上重合的，所述共同部分沿貝塞的縱向延伸，所述兩種帶不同電荷的玻色子沿每一所述共同路徑部分以同樣方向前進。
54.根據權利要求
53的一種方法，其中共同路徑部分從橫截面方向看去組成一個方形陣列。
55.根據權利要求
54的一種方法，其中在陣列中所述共同路徑部分的兩個橫向相對部分中，帶一種極性電荷的玻色子和帶相反極性電荷的玻色子在靠近路徑一個端部的位置被注入，從而所述兩種帶相反電荷的每一種玻色子隨后在這兩個共同路徑部分組成實質上是電中性的復合束流。
56.根據權利要求
55的一種方法，其中在路徑的與其所述端部相對的相鄰端部，兩束帶電玻色子被提取出來。
57.根據權利要求
56的一種方法，其中在所述共同路徑部分的另兩個相對部分。注入相干光束或其它誘導散射的粒子，以使在這些路徑部分中運動的玻色子成為相干的。
58.根據權利要求
32到57中任一條的一種方法，其中所述玻色子包括離子。
59.根據權利要求
43到57中的任一條的一種方法，其中帶有第一種所述電荷的所述玻色子包括氘核，帶有第二種所述電荷的玻色子包括帶單個負電荷的氘離子。
60.一種通過使用兩個核聚變產生能量的過程，其特征在于，至少一種所述的核是以被導向另一核的核束的形式提供的。
61.根據權利要求
60的一種過程，其中所述的核是氘核。
62.根據權利要求
61的一種過程，其中所述的核束是被導向所述另一核的多種氘核束中的一個。
63.根據權利要求
61或62的一種過程，其中所述的另一核是氘化合物小球的許多氘原子之一的核。
64.根據權利要求
63的一種過程，其中所述化合物是氧化氘(D2O)。
65.根據權利要求
64的一種過程，其中所述化合物包括氘的化合物。
66.根據權利要求
60到65中任一條的一種過程，其中所述的束或每一所述的束是由根據權利要求
1到59中任一條的至少一個宏觀貝塞所提供的。
67.通過權利要求
60的過程有效地產生能量的核聚變反應堆，包括一個有效地產生至少一束相干核束的宏觀貝塞，和為使所述束流射到其它核上而確定其它核的位置的裝置。
68.根據權利要求
67的一種核聚變反應堆，其中所述貝塞是產生被導向所述其它核的多種相干核束的多種貝塞中的一個。
69.根據權利要求
67或68的一種核聚變反應堆，其中所述裝置包括提供氘化合物小球的裝置。
70.根據權利要求
67到69中任一條的一種核聚反應堆，其中所述的貝塞或每一所述的貝塞能產生一相干氘核束，用來射到所述其它核上。
專利摘要
一種宏觀貝塞(激光的玻色子等價物)，離子源(2)產生的象氘粒子那樣的玻色子被注入真空管(1)，以在其中一個環形路徑上運動。玻色子在這種路徑上的運動可用彎曲磁鐵(3)和(4)實現，四極磁鐵(5)和(6)幫助玻色子聚焦成環行流。激光器發出的相干光束被引入真空室的玻色子流中，以實現流中玻色子的誘導散射，使其變成玻色子相干束，并通過適當偏轉環行流(如彎曲磁鐵的去激勵)從貝塞中引出。在其他實施例中，玻色子可以以線性形式反射。
文檔編號G21B1/00GK86105630SQ86105630
公開日1987年2月25日 申請日期1986年7月25日
發明者羅兌恩 申請人:阿普里科特公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan