JPWO2004034406A1 - 水素凝結体およびそれを用いた発熱方法 - Google Patents

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Abstract

本発明は、水素凝結体を用いて熱を発生させる発熱方法を提供する。水素凝結体は、金属ナノ超微粒子に含まれた複数の金属原子と、複数の金属原子間に固溶された複数の水素同位体原子とを含む。複数の水素同位体原子のうち少なくとも２個の水素同位体原子は、２個の水素同位体原子の原子核間距離が２個の水素同位体原子からなる分子の核間隔以下となるように凝集されている。発熱方法は、水素凝結体にエネルギーを加える工程と、エネルギーによって前記少なくとも２個の水素同位体原子を反応させることにより、熱を発生させる工程とを包含する。

Description

本発明は、複数の金属原子間に複数の水素同位体原子が固溶された水素凝結体と、水素凝結体を用いて熱を発生させる発熱方法とに関する。
本発明は、人類が求めている安全でしかも資源の永久性が保証される新エネルギーおよび有用であるが存在率が極めて少ないヘリウムガスの生産を可能にする。さらに、本発明は、エネルギー理工学、材料理工学、冷媒工学、航空工学などの広分野にわたる新しい科学と技術の発展、また、人類が存続するためのあらゆる活動、ひいては地球環境の保全に計り知れないほど寄与する。
従来のエネルギー源は、化石燃料、水力、原子力、風力、水素、太陽光などである。しかし、これらのエネルギー源を利用する場合には、資源の枯渇、環境破壊、非効率等の深刻な問題が伴うために、将来にわたってこれらのエネルギー源を利用することは憂慮されている。一方、新しいエネルギー源として超高温核融合が挙げられるが、現時点では、超高温核融合の実用化への道は遠い。
近年、エネルギー源として、パラジウム（Ｐｄ）電極の電気分解を利用する方法が開発されている。しかし、開発されたほとんどの方法によっても、エネルギー源としての実用化が疑問視されている。
例えば、本願発明者らが唯一成功したＤＳ−カソード（Ｄｏｕｂｌｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｃａｔｈｏｄｅ）を利用した方法によっても、熱の発生効率が悪く、工業化は不可能な実情にあった（「Ｙｏｓｈｉａｋｉ Ａｒａｔａ，Ｍ．Ｊ．Ａ．，ａｎｄ Ｙｕｅ−Ｃｈａｎｇ Ｚｈａｎｇ，Ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｎｄｅｎｓｅｄ ｍｅｔａｌｌｉｃ ｄｅｕｔｅｒｉｕｍ ｌａｔｉｃｅ ａｎｄ ｎｕｃｌｅａｒ ｆｕｓｉｏｎ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ａｃａｄｅｍｙ，日本学士院，２００２年３月２８日，第７８巻，Ｓｅｒ．Ｂ，第３号，ｐ．５７−６２．」参照）。
上述した方法において用いられるＤＳ−カソードは、例えば、超微粒子のＰｄブラックを用いたＤＳ−カソード（国際公開第９５／３５５７４号参照）または金属ナノ粒子（特開２００２−１０５６０９号公報参照）を用いたＤＳ−カソードである。
さらに、本願発明者らは、重水（Ｄ２Ｏ）をインプラントしたバルク（金属塊）やフォイル（金属箔）に超音波エネルギーを加えることによって熱を発生させることを試みた。しかし、熱の発生効率が悪く、工業化が疑問視される（「Ｙｏｓｈｉａｋｉ Ａｒａｔａ，Ｍ．Ｊ．Ａ．，ａｎｄ Ｙｕｅ−Ｃｈａｎｇ Ｚｈａｎｇ，Ｎｕｃｌｅａｒ ｆｕｓｉｏｎ ｒｅａｃｔｅｄ ｉｎｓｉｄｅ ｍｅｔａｌｓ ｂｙ ｉｎｔｅｓｅ ｓｏｎｏｐｌａｎｔａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ，Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｊａｐａｎ Ａｃａｄｅｍｙ，日本学士院，２００２年３月２８日，第７８巻，Ｓｅｒ，Ｂ，第３号，ｐ．６３−６８．」参照）。
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、（１）従来のものより多くの水素同位体原子を金属原子間に固溶した水素凝結体を提供すること、（２）その水素凝結体を用いて熱を発生させる発熱方法を提供することを目的とする。
本発明は、本発明の水素凝結体が従来のバルク（金属塊）やフォイル（金属箔）とは異質の機能あるいは挙動を呈し、しかも、核融合反応の材料として有用であるという知見に基づき完成された。即ち本発明は、従来のバルクやファイルの踏襲使用下での条件の改変ではなく、本発明の水素凝結体を用いる新規かつ斬新な諸条件の模索・選別・組み合わせ設定により完成された。
本願発明者は、約半世紀にわたる刻苦勉励と鋭意研究を重ねた結果、従来の定説を覆した。従来の定説とは、最も水素を固溶することが知られているパラジウム（Ｐｄ）粒子に重水素を固溶させた場合は、（重水素原子の数／パラジウム原子の数）が７０〜８０％であり、１００％を超えることは不可能であるという説である。しかも、驚くべきことに、本願発明者は、実用的な加圧下（約０．３〜約１００気圧の加圧下）で水素ガスへの数億気圧に相当する加圧効果を実現し、実用的な加圧下で作製された水素凝結体を核融合反応に活用した。この発明は、本願発明者のかかる偉業と洞察に基づき完成された。本発明の発熱方法により発生するエネルギーを「ＡＲＡＴＡ ＥＮＥＲＧＹ」と呼ぶ。
本発明の方法は、水素凝結体を用いて熱を発生させる発熱方法であって、前記水素凝結体は、複数の金属原子を含む金属ナノ超微粒子と、前記複数の金属原子間に固溶された複数の水素同位体原子とを含み、前記複数の水素同位体原子のうち少なくとも２個の水素同位体原子は、前記２個の水素同位体原子の原子核間距離が前記２個の水素同位体原子からなる分子の核間隔以下となるように凝集されており、前記発熱方法は、前記水素凝結体にエネルギーを加える工程と、前記エネルギーによって前記少なくとも２個の水素同位体原子を反応させることにより、熱を発生させる工程とを包含し、これにより、上記目的が達成される。
前記複数の金属原子は、パラジウム、チタン、ジルコニウム、銀、鉄、ニッケル、銅および亜鉛の金属群から選ばれる少なくとも１種の金属の原子であってもよい。
本発明の他の方法は、水素凝結体を用いて熱を発生させる発熱方法であって、前記水素凝結体は、複数の金属原子を含む金属合金のコンポジットと、前記複数の金属原子間に固溶された複数の水素同位体原子とを含み、前記複数の水素同位体原子のうち少なくとも２個の水素同位体原子は、前記２個の水素同位体原子の原子核間距離が前記２個の水素同位体原子からなる分子の核間隔以下となるように凝集されており、前記発熱方法は、前記水素凝結体にエネルギーを加える工程と、前記エネルギーによって前記少なくとも２個の水素同位体原子を反応させることにより、熱を発生させる工程とを包含し、これにより、上記目的が達成される。
前記エネルギーは、超音波、強磁場、高圧、レーザ、レーザ爆縮、高密度電子ビーム、高密度電流、放電および化学反応のうちの少なくとも１つに基づいて生成されるエネルギーであってもよい。
前記熱を発生させる工程において、前記少なくとも２個の水素同位体原子を反応させることにより、前記熱に加えてヘリウム分子が発生する。
本発明の水素凝結体は、複数の金属原子を含む金属ナノ超微粒子と、前記複数の金属原子間に固溶された複数の水素同位体原子とを含み、前記複数の水素同位体原子のうち少なくとも２個の水素同位体原子は、前記２個の水素同位体原子の原子核間距離が前記２個の水素同位体原子からなる分子の核間隔以下となるように凝集されており、これにより、上記目的が達成される。
前記複数の金属原子は、パラジウム、チタン、ジルコニウム、銀、鉄、ニッケル、銅および亜鉛の金属群から選ばれる少なくとも１種の金属の原子であってもよい。
本発明の他の水素凝結体は、複数の金属原子を含む金属合金のコンポジットと、前記複数の金属原子間に固溶された複数の水素同位体原子とを含み、前記複数の水素同位体原子のうち少なくとも２個の水素同位体原子は、前記２個の水素同位体原子の原子核間距離が前記２個の水素同位体原子からなる分子の核間隔以下となるように凝集されており、これにより、上記目的が達成される。
図１は、水素凝結体１００の構造の一例を模式的に示す図である。
図２は、発熱装置２００の構成の一例を示す図である。
図３は、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスを固溶させることによって発生した熱の経時的な変化および反応炉容器２０１の内圧の経時的な変化を示す図である。
図４は、超高密度重水素化ナノ粒子に超音波を加える前の熱の発生と超音波を加えている最中の熱の発生とを対比して示す図である。
図５は、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された超高密度重水素化ナノ粒子に超音波を加える前（核融合反応前）の超高密度重水素化ナノ粒子の試料と超音波を加えた後（核融合反応後）の超高密度重水素化ナノ粒子の試料とを対比して示す図である。
図６Ａは、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された超高密度重水素化ナノ粒子に超音波を加えている最中（核融合反応中）に発生したガスの分析結果を示す図である。
図６Ｂは、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された超高密度重水素化ナノ粒子に超音波を加える後（核融合反応後）に発生したガスの分析結果を示す図である。
図６Ｃは、Ｍ４のスペクトルを示す図である。
図７は、水素凝結体３００の構造の一例を模式的に示す図である。
図８は、Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子に重水素ガスを固溶させることによって発生した熱の経時的な変化および反応炉容器２０１の内圧の経時的な変化を示す図である。
図９は、重水素ガスを利用するより、重水素ガスとヘリウムガスとを含む混合ガスを利用するほうが、Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子に重水素原子が固溶され難いことを示す図である。
図１０は、Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された重水素凝結体に超音波を加えている最中（核融合反応中）に発生したガスの分析結果を示す図である。
図１１は、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された重水素凝結体に超音波を加えることによって発生するヘリウムの量よりもＺｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された重水素凝結体に超音波を加えることによって発生するヘリウムの量のほうが多いことを示す図である。
（用語の定義）
以下、本明細書で使用する用語を定義する。
「金属ナノ超微粒子」：金属ナノ超微粒子とは、「金属ナノ超微粒子とその集団」および「２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層」をも併せて意味する。
金属ナノ超微粒子（球形）および２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層（円形）の平均径は、少なくとも金属原子１３個で構成される格子サイズから求められる。その平均径は、金属ナノ超微粒子が埋め込み型の場合には最大５ｎｍまでの範囲にあり、金属ナノ超微粒子が孤立型の場合には最大１５ｎｍまでの範囲にある。金属ナノ超微粒子は、パラジウム、チタン、ジルコニウム、銀などの金属から構成される金属群から選ばれる少なくとも１種の金属を含む。なお、２種以上の金属は、これらの各金属ナノ超微粒子が混合または共存した形で、あるいは、これらの金属原子が混在する合金の形で用いることができる。
物質を細分化していくと、ある臨界サイズ以下になったとき、その物質の性質が急速に変化するという現象が生じる（Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ，ＪＩＭ，Ｖｏｌ．３５，Ｎｏ．９，ｐｐ．５６３−５７５，１９９４）。このような物質の性質の急変は、その物質の原子間の結合に弾性が生じる現象であると認識される。例えば、４原子からなる格子を想定すると、その現象は、あたかも木製の非弾性格子がバネ製のそれに変化するような現象である。本発明では、超微細分により物性が急変した金属粒子あるいは金属結晶格子および金属表面層を、後述する超高密度重水素化ナノ粒子の作製に正に有効な材料として（すなわち、前述した金属ナノ超微粒子あるいは２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層として）用いる。
金属ナノ超微粒子は、アモルファス合金の酸化法を用いて製造することができる。例えば、平均径が約５ｎｍのＺｒＯ２・Ｐｄは、Ｚｒ６５・Ｐｄ３５アモルファス合金を酸化することにより製造することができる。その詳細は、特開２００２−１０５６０９号公報に記載されている。また、金属ナノ超微粒子を蒸着法を用いて調製することができる。その詳細は、「Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ，ＪＩＭ，Ｖｏｌ．３５（前述）」に記載されている。
金属ナノ超微粒子には、互いに接触することなく粒子ごとに独立した状態で支持体に埋め込まれた「埋め込み型」粒子と、互いに接触することなく粒子ごとに独立し状態で液体、気体、基盤等に分散させた「孤立型」粒子とがある。
「埋め込み型」粒子の平均径は、少なくとも金属原子１３個で構成される格子サイズから最大５ｎｍまでの範囲であり、「孤立型」粒子の平均径は、少なくとも金属原子１３個で構成される格子サイズから最大１５ｎｍまでの範囲が必要である。なお、金属ナノ超微粒子および２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層は、核融合反応用材料として単独で提供あるいは市販することができる。
「超高密度重水素化ナノ粒子」：超高密度重水素化ナノ粒子とは、「超高密度重水素化ナノ粒子とその集団」および「２次元超高密度重水素化ナノ粒子に相当する超高密度重水素化表面層」をも併せて意味する。上述の金属ナノ超微粒子および２次元金属ナノ超微粒子に相当する表面層をホストとして用いることにより、原子数比（重水素原子数／金属原子数）２００％以上の重水素原子を固溶させることが可能となる。本発明では、例えば、加圧下で平均径５ｎｍ以下の埋め込み型金属ナノ超微粒子に重水素を吸蔵させる。かかる加圧により、１０気圧以下で原子数比２５０％以上、また、１００気圧で原子数比約３００％の重水素を固溶させ、金属結晶格子内の局所に容易に超高密度重水素の凝縮体を形成させることが可能であり、これにより、超高密度重水素化ナノ粒子を得ることができる。かかる重水素凝縮体の形成は、その重水素２原子の核間隔を核融合が可能な０．６Å以下に縮めるために行い、その重水素凝縮体は、数億気圧を負荷した重水素ガスに相当する加圧効果（正確には原子数比４００％の場合）を受けていると概算される。なお、重水素は市販のものを用いることができる。また、この発明に係る超高密度重水素化ナノ粒子とその集団および２次元金属ナノ超微粒子に相当する超高密度重水素化表面層は、核融合反応用材料として単独で提供あるいは市販することができる。
「エネルギー」：エネルギーとは、衝撃エネルギーおよび定常エネルギーの両者を併せて意味する。超高密度重水素化ナノ粒子とその集団および２次元金属ナノ超微粒子に相当する超高密度重水素化表面層への負荷エネルギーの手段あるいはエネルギー源として、超音波、強磁場、高圧、レーザー、レーザー爆縮、高密度電子ビーム、高密度電流、放電、化学反応などを用いることができる。これらのエネルギーは、単独または２種以上を組み合せて用いることができる。なお、超音波を使用する場合には、そのエネルギーを核融合反応体に伝導させるための伝導媒体が必要であり、これには、例えば、Ｄ２Ｏ（市販）やＨ２Ｏ等を用いることができる。また、加えるエネルギーの程度として、例えば、超音波では３００ワットで１９ｋＨｚの強度の様に、核融合反応を誘導するか惹起させるだけの強度あるいは量が必要である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。
１．水素凝結体１００の構造
図１は、水素凝結体１００の構造の一例を模式的に示す。
水素凝結体１００は、金属ナノ超微粒子（ホスト）と、金属ナノ超微粒子に含まれた複数の金属原子１０１間に固溶されている複数の水素同位体原子（ゲスト）１０２とを含む。
金属ナノ超微粒子には、金属ナノ超微粒子よりも大きい金属粒子（バルク金属粒子）に比べて、多くの水素同位体原子を固溶することができる。なぜなら、バルク金属粒子の金属原子間の結合に比べて、金属ナノ超微粒子の金属原子間の結合が弾性を有するため、水素同位体原子を固溶させるために金属ナノ超微粒子と水素同位体原子とに加える圧力は、水素同位体原子を固溶させるためにバルク金属粒子と水素同位体原子とに加える圧力よりも低くてもよいからである。
図１において、○は金属原子の２０面サイトを示し、●は金属原子の１４面サイトを示し、矢印Ａは金属ナノ超微粒子の金属原子間の結合の弾性を示す。
このように、金属ナノ超微粒子の金属原子間の結合が弾性を有するという現象は、物質が固有の臨界サイズ以下にまで細分化された場合には、急速に物性が変化し、原子間の結合に弾性が生じるという原理に基づいている。
上述した金属ナノ超微粒子をホストとして用いることにより、原子数比（水素同位体原子の数／金属原子の数）が２００％以上となるように、水素凝結体に水素同位体原子を含むことが可能になる。
水素凝結体に含まれることが可能な水素同位体原子の量は、金属ナノ超微粒子と水素同位体原子とにかかる圧力の大きさに依存する。例えば、１０気圧の加圧下では、原子数比が約２５０％以上となるように、金属ナノ超微粒子に水素同位体原子を固溶することができる。例えば、１００気圧の加圧下では、原子数比が約３００％以上となるように、金属ナノ超微粒子に水素同位体原子を固溶することができる。金属ナノ超微粒子に固溶された複数の水素同位体原子は、金属ナノ超微粒子の金属格子間に凝集された水素凝集体（局所凝集体）として存在する。
上述したように、金属ナノ超微粒子には、バルク金属粒子に比べて、単位粒子あたり多くの水素同位体原子を固溶することができる。したがって、金属ナノ超微粒子に固溶された複数の水素同位体原子間の距離は、バルク金属粒子に固溶された複数の水素同位体原子間の距離よりも狭くなる。その結果、水素凝結体には、バルク金属粒子と複数の水素同位原子とを含む粒子に加えるエネルギーよりも低いエネルギーを加えることによって水素同位体原子を反応させることができる。
水素凝結体は、少なくとも２個の水素同位体原子を含む必要がある。その２個の水素同位体原子を反応させるためである。水素凝結体において反応する２個の水素同位体原子の組合せは、同じ種類の水素同位体原子であってもよいし、異なる種類の水素同位体原子であってもよい。水素凝結体に含まれる少なくとも２個の水素同位体原子は、その２個の水素同位体原子の原子核間距離がその２個の水素同位体原子からなる分子の核間隔以下となるように凝集されている。水素凝結体に含まれる水素同位体原子数が多い程、水素凝結体は、核融合反応用の燃料として有用である。
１．１ 水素凝結体のゲスト
水素凝結体のゲストとして用いることができる２個の水素同位体原子の組合せは、例えば、重水素原子（Ｄ）と重水素原子（Ｄ）との組合せ、重水素原子（Ｄ）と三重水素原子（Ｔ）との組合せ、重水素原子（Ｄ）と水素原子（Ｈ）との組合せ、三重水素原子（Ｔ）と水素原子（Ｈ）との組合せ、三重水素原子（Ｔ）と三重水素原子（Ｔ）との組合せなどである。核融合反応の経済性、核融合反応の制御のしやすさ、核融合反応の安全性あるいは核融合反応のクリーン度を考慮すると、２個の水素同位体原子の組合せのうちゲストとして使用されることが望ましい組合せは、望ましい順に、重水素原子（Ｄ）と重水素原子（Ｄ）との組合せ、重水素原子（Ｄ）と水素原子（Ｈ）との組合せ、三重水素原子（Ｔ）と水素原子（Ｈ）との組合せ、重水素原子（Ｄ）と三重水素原子（Ｔ）との組合せである。特に重水素原子（Ｄ）と重水素原子（Ｄ）との組合せが推奨される。
なお、水素凝結体のゲストとして用いられる重水素原子（Ｄ）と水素原子（Ｈ）との原子数比、三重水素原子（Ｔ）と水素原子（Ｈ）との原子数比、および重水素原子（Ｄ）と三重水素原子（Ｔ）との原子数比は、任意でよい。また、水素凝結体に含まれる原子の組合せの２つ以上を共存、混在または混合させてもよい。
水素凝結体は、後述するホストの表層または内部において、水素同位体原子が凝集あるいは凝縮することによって形成される。かかる凝集・凝縮を形成するには、ホストに含まれる２個の水素同位体原子の原子核間距離がその２個の水素同位体原子からなる分子（例えば、Ｄ２、ＤＨ、ＴＨ、ＤＨなど）の核間隔内となるように、その２個の水素同位体原子を凝集する必要がある。具体的には、例えば、水素凝結体に複数の重水素原子が含まれる場合には、Ｄ−Ｄの２原子間、Ｄ−Ｄ−Ｄの３原子間相互、Ｄ−Ｄ−Ｄ−Ｄの４原子間相互などの距離がそれぞれＤ分子（Ｄ２）の核間隔を越えない範囲内（例えば、０．０７４ｎｍ以下）になるように、重水素原子をホストに詰め込み、捕捉・調整する必要がある。
１．２ 水素凝結体のホスト
ホストは、上述した２個以上の水素同位体の組み合わせを、その分子の原子核間隔以下となるように捕捉・調整するため、ないしは強制的に詰め込むための容器またはカプセルとして用いられる。かかるカプセルとしてのホストが表層または内部に保有する空間または余地は、ｎｍサイズ（例えば、球とみなした空間の平均径が約０．００２〜約２００ｎｍ、好ましくは、約０．００５〜約５０ｎｍ）が望ましい。なお、水素同位体の捕獲数／水素凝結体は、最小２個必要であり、捕獲数が大きいほど、核融合反応用の燃料としての水素凝結体の性能あるいは効率が高いと考えられる。また、上述したカプセルないし容器としてのホストの外壁担当部位は、原子あるいは分子レベルで弾性を有することが望まれる。
１．３ ホストとしての原子構造体
格子を形成する金属結晶を細分化したナノサイズの超微粒子であり、その平均径が１格子単位サイズから最大５０ｎｍ間での範囲内にある原子構造体をホストとして用いることができる。なお、体心立方格子、面心立方格子、六方最密充填などの公知の格子結晶を形成する公知の金属（例えば、パラジウム、チタン、ジルコニウム、銀、鉄、ニッケル、銅、亜鉛など）およびこれらの金属の２種以上の組み合わせをホスト候補として挙げることができる。
１．４ ホストとしての分子構造物
水素同位体原子を捕捉・調整するための容器あるいはカプセルとしての単位の形状が、格子状、立方体状、長方体状、四角柱状、六角柱状、蜂の巣状、上記以外の多角柱状、円筒状、チューブ状、球状、多形、無定形などの無機化合物とその集合体あるいは結晶構造物をホストとして用いることができる。例えば、スズ、亜鉛、鉄、ジルコニウム、チタンなどの酸化物や水酸化物の集合体あるいは結晶構造物、カーボンナノチューブなどをホスト候補として挙げることができる。
また、ゲストとしての水素同位体原子の組合せ（例えば、ＤとＤ、ＤとＨ、ＴとＨ、ＤとＴなど）を巻き込むことにより捕捉・調整することができる長さの単鎖、２本鎖または分岐状などの高分子有機化合物（例えば、タンパク質、ＤＮＡ、ＲＮＡ、デンプン、高分子炭化水素、それらの誘導体または合成繊維用の高分子化合物など）をホスト候補として挙げることができる。さらに、一次、二次または三次構造の表層または内部にゲスト物質を埋め込むことにより捕捉・調整することができる空間ないしは余地を有する単鎖、２本鎖または分岐状などの高分子有機化合物、更にまた、円筒状や球状などの分子構造の内部または表層にゲスト物質を捕捉・調整することができる有機化合物（例えば、シクロデキストリン、フラーレンなど）をホスト候補として挙げることができる。
１．５ 水素凝結体の調製
真空および／または加熱によりホスト物質内に存在する気体を除去した後、これにゲストを添加して共存させるか両者を混合し、これらを静置および／または凍結しない温度の範囲内で低温化するとともに、１０〜１００気圧で加圧して、ゲストをホストに捕捉あるいは固溶させることにより、水素凝結体を形成することができる。
１．６ 水素凝結体の提供形態
水素凝結体は、フィルム、パウダー、カプセルなどの固体、あるいは液状の形で市販に供することができる。
２．水素凝結体１００を用いて熱を発生させる方法
図２は、発熱装置２００の構成の一例を示す。発熱装置２００は、金属ナノ超微粒子に含まれた複数の金属原子１０１間に水素同位原子１０２を固溶することによって水素凝結体１００を作製するために用いられるとともに、水素凝結体１００を用いて熱を発生するためにも用いられる。
発熱装置２００は、反応炉容器２０１と、真空排気口２０２と、水素同位体ガスを注入するガス注入口２０３と、伝導媒体注入口２０４と、ガス取出口２０５と、超音波発生手段２０６と、超音波振動子２０７とを含む。発熱装置２００は、発電、電池、暖房、冷房などの手段あるいはこれらへの用途として、従来では実用化ができなかった小型化や携帯化が可能である。
反応炉容器２０１は、水素凝結体１００を収納する。真空排気口２０２からは、反応炉容器２０１内の空気が排気される。伝導媒体注入口２０４からは、超音波を水素凝結体１００に伝導するための媒体（Ｄ２ＯやＨ２Ｏなど）が注入される。ガス取出口２０５からは、高温高圧ガスおよびヘリウムガスが取り出される。超音波発生手段２０６は、超音波を発生する。超音波振動子２０７は、超音波を超音波伝導媒体に伝導する。
図２に示される例では、水素凝結体１００に超音波エネルギーが加えられる。そのエネルギーによって、水素凝結体１００に固溶された複数の重水素原子のうちの少なくとも２個の重水素原子を反応させることにより、熱とヘリウムガスとを発生させることができる。
なお、水素凝結体１００に加えられるエネルギーは、超音波エネルギーに限定されない。水素凝結体１００に加えられるエネルギーとしては、任意の衝撃エネルギーまたは任意の定常エネルギーを用いることができる。例えば、水素凝結体１００に加えられるエネルギーは、超音波、強磁場、高圧、レーザー、レーザー爆縮、高密度電子ビーム、高密度電流、放電および化学反応のうちの少なくとも１つに基づいて生成されるエネルギーであってもよい。これらのエネルギーの２種以上を組合せて用いてもよい。
なお、発熱装置２００の構成は、図２に示されるものに限定されない。図２は、発熱装置２００の構成の一例を示したものにすぎないからである。発熱装置２００と同等の機能を達成できる装置である限り、任意の構成を有する装置を発熱装置２００の代わりに使用することができる。発熱装置２００は、核融合反応体を用いて熱を発生する装置として機能し得る。この場合には、発熱装置２００は、好ましくは、核融合反応体を収納する核融合反応炉容器と、核融合反応を制御する手段と、核融合反応体に衝撃エネルギーおよび／または定常エネルギーを加え、核融合反応を誘導するかまたは惹起させる手段と、発生した熱を取り出す手段と、生成されたヘリウムを採取する手段とを含む。また、発熱装置２００に含まれる各手段は、適宜、必要に応じて追加・省略が可能である。
ジルコニア（ＺｒＯ２）を支持体として用いて、平均径が約５ｎｍのＺｒＯ２・Ｐｄを支持体に埋め込むことにより、埋め込み型の金属ナノ超微粒子（ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子）を作製した。この金属ナノ超微粒子（ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子）を反応炉容器２０１に挿入した後、反応炉容器２０１に重水素ガス（Ｄ２ガス）を注入した。金属ナノ超微粒子（ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子）と重水素ガス（Ｄ２ガス）とに加圧し、金属ナノ超微粒子（ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子）に重水素原子を吸蔵させることによって、核融合反応体（超高密度重水素化ナノ粒子）を調製した。次いで、超音波振動子２０７の作動による衝撃エネルギーを超音波伝導媒体（Ｄ２Ｏ）を通して超高密度重水素化ナノ粒子に加えることによって、核融合反応を行った。
以下、発熱装置２００の操作の手順を説明する。
操作Ｉ：反応炉容器２０１に、３．５ｇのＺｒＯ２・Ｐｄ粒子を収納した。反応炉容器２０１内を高真空（１０−７Ｔｏｒｒ）にするために、真空排気口２０２から排気しながら、１５０℃で反応炉容器２０１の焼きだしを行った。
操作ＩＩ：ガス注入口２０３から反応炉容器２０１内に重水素ガス（Ｄ２ガス）を注入した。重水素ガス（Ｄ２ガス）の注入は、一定速度（２０ｃｃ／ｍｉｎ）で行った。反応炉容器２０１内の内圧を約１０気圧にし、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させ、かつ、凝縮体を形成させることにより、原子数比２５０％以上からなる超高密度重水素化ナノ粒子を得た。なお、固溶原子の量は、注入ガス流速と反応炉容器内のガス圧上昇までの時間とから算出した。
重水素ガスは、重水素分子の状態ではなく、重水素原子の状態で超高密度重水素化ナノ粒子に固溶される。
なお、ガス注入口２０３から注入されるガスは、重水素ガスに限らない。重水素ガスと他の水素同位体ガス（例えばＨ２ガス）との混合ガスが注入されてもよい。水素同位体ガスとそれと異なる種類の水素同位体ガスとの混合ガスが注入されてもよい。また、重水素ガスと異種ガスとを混合してもよい。例えば、重水素ガスとヘリウムガスとの混合は、重水素原子の固溶速度を増大させるので（図９）、この混合ガスの使用は好ましい。しかし、重水素ガスとネオンとの混合は、重水素原子の固溶を阻害するので、この混合ガスの使用は好ましくない。混合に用いる異種ガスとしては、その原子直径が重水素原子のそれに近似のものが望ましいと思われる。
図３は、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスを固溶させることによって発生した熱の経時的な変化および反応炉容器２０１の内圧の経時的な変化を示す。図３において、縦軸（左）は温度（℃）を示し、縦軸（右）は反応炉容器２０１の内圧（ａｔｍ）を示し、横軸は時間（分）を示す。
ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスを固溶させる場合には、固溶によって発生する化学反応熱によって反応炉容器２０１の外壁表面の温度は最大４５℃にまで上昇する。また、反応炉容器２０１の内圧が１０ａｔｍになるのに、５５分〜６０分かかる。
なお、反応炉容器２０１の外壁表面の温度を測定した。反応炉容器２０１の内部の温度は、非常に高くなる場合があり、その場合には、反応炉容器２０１の内部の温度を測定することができないからである。
操作ＩＩＩ：超音波振動子２０７が超音波伝導媒体２１０に十分に浸かるように、伝導媒体注入口２０４から反応炉容器２０１に超音波伝導媒体２１０を注入した。超音波伝導媒体２１０としては、例えば、水（Ｈ２Ｏ）、水蒸気または市販の重水（Ｄ２Ｏ）が用いられる。
操作ＩＶ：超音波振動子２０７の端面から超音波エネルギーを、超音波伝導媒体２１０を介して超高密度重水素化ナノ粒子に与えた。
超音波の強度は、例えば、３００ワット、１９ｋＨｚである。なお、超高密度重水素化ナノ粒子に固溶された複数の重水素原子が反応する強度である限り、超音波の強度は３００ワット、１９ｋＨｚに限らない。
核融合反応に用いる元素としては、原子番号が４以下の元素とその同位元素を使用することができる。これらの元素のうち取り扱いの容易さを考慮すると、重水素（Ｄ）単体、重水素（Ｄ）と水素（Ｈ）との組合せ、重水素（Ｄ）とトリチウム（Ｔ）との組合せのいずれかが好ましい。
超高密度重水素化ナノ粒子にエネルギーを加えることによって、複数の重水素原子が反応し、熱に加えてヘリウム分子が発生する。その反応式を以下に示す。
２Ｄ＋２Ｄ＝４Ｈｅ＋格子エネルギー（２３．８ＭｅＶ）
この反応は、中性子を生じず核融合反応それ自体が緩和であるので、後述するＤＤ核融合反応に比べ優れて望ましい。従って、環境保全の観点から、本発明の超高密度重水素化ナノ粒子を核融合反応として使用することが推奨される。重水素原子の超過激な衝突によりＴと中性子とが生成される周知のＤＤ核融合反応は、非常に危険であるので、産業上利用および環境保全の観点から望まれない。
重水素の反応によって、反応炉容器２０１内で、高温高圧ガスやヘリウムガスが生成される。高温高圧ガスやヘリウムガスは、ガス取出口２０５から取り出される。
高温高圧ガスは、例えば、タービン発電機に送られ、タービン発電機を駆動するための駆動源として利用される。タービン発電機に送られる高温高圧ガスは、ジェットガス状態であるために、発生した熱を蒸気や位置エネルギーに変換することなく、タービン発電機を駆動することができる。さらに、発生した熱は、水力、火力、風力、石炭、石油、原子力などの代替えエネルギーとして、また、地球環境の再生と保全を可能にするクリーンエネルギーとして、あらゆる分野で利用することができる。
反応炉容器２０１内で生成されたヘリウムに混在する不純ガスは約５０Ｋ付近で液化または固化するため、その不純ガスを極低温で冷却液化又は固化することによりその不純ガスをヘリウムから除去することができる。これにより、ヘリウムを気体として量産採取することができる。また、不純物を精製用カラムに吸着させ除去することにより、ヘリウムを採取することも可能である。この発明により生産されるヘリウムは、周知の用途、例えば、溶接用保護ガス、気球用充填ガス、放電管用封入ガス、潜水用人工空気などに用いることができる。また、採取されるヘリウムガスは、大量かつ低廉であるので、ヘリウムの新規な用途の開発をも促す。
図４は、超高密度重水素化ナノ粒子に超音波を加える前の熱の発生と超音波を加えている最中の熱の発生とを対比して示す。図４において、縦軸は温度（℃）を示し、横軸は時間（分）を示す。
図４の曲線Ａは、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させた場合（核融合反応前）に発生した熱の経時的な変化を示す。図４の曲線Ｂは、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された超高密度重水素化ナノ粒子に超音波を加えている最中（核融合反応中）に発生された熱の経時的な変化を示す。なお、反応炉容器２０１の外壁表面の温度を測定した。反応炉容器２０１の内部の温度は、非常に高く、測定することができないからである。
ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させた時に、化学反応熱（約４０ｋＪ／ｍｏｌ）が発生し、反応炉容器２０１の外壁表面でわずかな温度上昇が検出された（図４の曲線Ａ）。
ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された超高密度重水素化ナノ粒子に超音波を加えている最中（核融合反応中）に、反応炉容器２０１の外壁表面の温度が急激に上昇し、特異的な温度特性が見られた（図４の曲線Ｂ）。反応炉容器２０１の外壁表面の急激な温度上昇は、核融合反応が約１０分間、継続したことを示す。反応炉容器２０１内の超音波伝導媒体２１０である重水（Ｄ２Ｏ）がほとんど気化しており、重水（Ｄ２Ｏ）は、Ｄ２又はＤに分解していた。反応炉容器２０１内は高温・高圧状態であることが予想され、核融合反応のすさまじさを示している。
図５は、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された超高密度重水素化ナノ粒子に超音波を加える前（核融合反応前）の超高密度重水素化ナノ粒子の試料と超音波を加えた後（核融合反応後）の超高密度重水素化ナノ粒子の試料とを対比して示す。
図５における［Ａ］および［Ｂ］は、超音波を加える前（核融合反応前）の超高密度重水素化ナノ粒子の試料を示す。図５における［Ｃ］および［Ｄ］は、超音波を加えた後（核融合反応後）の超高密度重水素化ナノ粒子の試料を示す。
図５における［Ｃ］および［Ｄ］から、超音波を加えた後には、超高密度重水素化ナノ粒子に含まれるジルコニア（ＺｒＯ２）が高温のため溶けていることがわかる。反応炉容器２０１の内部の温度は、非常に高く、測定することができないが、ジルコニア（ＺｒＯ２）の融点は約１８５０℃であるため、反応炉容器２０１の内部の温度は、約１８５０℃以上であると考えられる。
以上の知見に基づき、生じた核融合反応は、２Ｄ＋２Ｄ＝４Ｈｅ＋格子エネルギー（２３．８ＭｅＶ）であると判断された。
なお、原子数比が２００％未満になるように重水素原子を固溶させることによって作製（操作ＩＩ）された超高密度重水素化ナノ粒子に超音波を加えた（操作ＩＩＩおよび操作ＩＶ）場合には、反応炉容器２０１内の超音波伝導媒体２１０である重水（Ｄ２Ｏ）は気化蒸発することなく、反応炉容器２０１内にほぼ残存することが確認された。
図６Ａは、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された超高密度重水素化ナノ粒子に超音波を加えている最中（核融合反応中）に発生したガスの分析結果を示す。図６Ａにおいて、縦軸は圧力（ｐｐｍ）を示し、横軸は時間（秒）を示す。四重極質量分析計（ＱＭＳ：Ｑｕａｄｒｕｐｏｌｅ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）によって、反応炉容器２０１内で生成されたガスを分析した。
図６Ａにおいて、Ｍ２はＤを示し、Ｍ３はＤＨを示し、Ｍ４はＨｅを示す。核融合反応によって、超高密度重水素化ナノ粒子に固溶されている重水素原子が反応し、多量のヘリウム（Ｈｅ）ガスが生成されていることがわかる。
図６Ｂは、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された超高密度重水素化ナノ粒子に超音波を加える後（核融合反応後）に発生したガスの分析結果を示す。図６Ｂにおいて、縦軸は圧力（ｐｐｍ）を示し、横軸は時間（秒）を示す。
反応終了後の試料を反応炉容器２０１から取り出し、その試料をＱＭＳの試料容器内で約１，３００℃で加熱した。このとき発生したガスをＱＭＳによって分析した。
図６Ｂにおいて、Ｍ２はＤを示し、Ｍ３はＤＨを示し、Ｍ４はＤ２を示す。核融合反応終了後には、超高密度重水素化ナノ粒子には、ＨｅとＤとが殆ど存在していないことがわかる。
図６Ｃは、Ｍ４のスペクトルを示す。図６Ｃにおいて、縦軸はスペクトルの強度（１０−９Ａ）を示し、横軸は経過時間（分）を示す。図６Ｃから、時間の経過とともに、Ｄ２が消滅し、多くのＨｅが残留していることがわかる。
図６Ａと図６Ｂと図６Ｃとを参照して特筆すべきことは、核融合反応中（図６Ａ）のＭ４（＝Ｈｅ）の生成量は桁違いに多く、超高密度重水素化ナノ粒子に固溶されている重水素原子のほとんどが反応してヘリウムガスが生成されたことである。これに対し、核融合反応後（図６Ｂ）は、反応終了後の超高密度重水素化ナノ粒子にはＨｅとＤがほとんど存在しない。
上述したように、金属ナノ超微粒子には、バルク金属粒子に比べて、単位粒子あたり多くの重水素原子を固溶することができる。したがって、金属ナノ超微粒子に固溶された複数の重水素原子間の距離は、バルク金属粒子に固溶された複数の重水素原子間の距離よりも狭くなる。その結果、超高密度重水素化ナノ粒子には、バルク金属粒子と複数の重水素原子とを含む粒子に加えるエネルギーよりも低いエネルギーを加えることによって、低温で持続時間が長い発熱反応を起こすことができる。
３．水素凝結体３００の構造
図７は、水素凝結体３００の構造の一例を模式的に示す。
水素凝結体３００は、ジルコニウム・ニッケル合金のコンポジット（ホスト）と、ジルコニウム・ニッケル合金のコンポジットに含まれた複数の金属原子３０１間に固溶されている複数の水素同位体原子（ゲスト）３０２とを含む。ジルコニウム・ニッケル合金のコンポジットには、バルク金属粒子に比べて、多くの水素同位体原子を固溶することができる。なぜなら、バルク金属粒子の金属原子間の結合に比べて、ジルコニウム・ニッケル合金のコンポジットの金属原子間の結合が弾性を有するため、水素同位体原子を固溶させるためにジルコニウム・ニッケル合金のコンポジットと水素同位体原子とに加える圧力は、水素同位体原子を固溶させるためにバルク金属粒子と水素同位体原子とに加える圧力よりも低くてもよいからである。
図７において、矢印Ｂはジルコニウム・ニッケル合金のコンポジットの金属原子間の結合の弾性を示す。
水素凝結体３００は、例えば、Ｚｒ−Ｐｄ−Ｎｉ粒子（Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子）と、Ｚｒ−Ｐｄ−Ｎｉ粒子（Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子）に含まれた複数の金属原子間に固溶されている複数の重水素原子とを含む。
Ｚｒ−Ｐｄ−Ｎｉ粒子の作製方法の詳細は、例えば、特願２００３−３４０２８５号（２００３年９月３０日提出）に記載されている。
なお、水素凝結体３００のホストおよび／またはゲストとして、上記１．１〜１．４で説明したホストおよび／またはゲストを用いることもできる。
ジルコニウム・ニッケル合金のコンポジットは、例えば、Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子であってもよいし、Ｚｒ４Ｎｉ２Ｏｘ（０．３−１）であってもよい。
なお、ジルコニウム・ニッケル合金のコンポジット以外の金属合金のコンポジットをホストとして用いることもできる。水素凝結体３００は、金属合金のコンポジット（ホスト）と、その金属合金のコンポジットに含まれた複数の金属原子間に固溶されている複数の水素同位体原子（ゲスト）とを含んでいてもよい。この場合、その金属合金のコンポジットに含まれた複数の金属原子は、例えば、ジルコニウム、チタン、ニッケル、パラジウム、マグネシウムおよびボロンの金属群から選ばれる少なくとも２種の金属の原子である。金属合金のコンポジットは、例えば、金属合金の酸化物である。
４．水素凝結体３００を用いて熱を発生させる方法
水素凝結体３００を用いて熱を発生させる装置として、例えば、図２に示される発熱装置２００が使用される。発熱装置２００は、ジルコニウム・ニッケル合金のコンポジットに含まれた複数の金属原子３０１間に水素同位体原子３０２を固溶することによって水素凝結体３００を作製するために用いられるとともに、水素凝結体３００を用いて熱を発生するためにも用いられる。
水素凝結体３００にエネルギーを加えることによって、複数の水素同位体原子が反応し、熱が発生する。例えば、複数の重水素原子を含む水素凝結体３００にエネルギーを加えることによって、複数の重水素原子が反応し、熱に加えてヘリウム分子が発生する。その反応式を以下に示す。
２Ｄ＋２Ｄ＝４Ｈｅ＋格子エネルギー（２３．８ＭｅＶ）
この反応は、中性子を生じず核融合反応それ自体が緩和であるので、後述するＤＤ核融合反応に比べ優れて望ましい。従って、環境保全の観点から、本発明の水素凝結体３００を核融合反応として使用することが推奨される。重水素原子の超過激な衝突によりＴと中性子とが生成される周知のＤＤ核融合反応は、非常に危険であるので、産業上利用および環境保全の観点から望まれない。
重水素の反応によって、反応炉容器２０１内で、高温高圧ガスやヘリウムガスが生成されることは、上記２．で説明したとおりである。
ジルコニウム・ニッケル合金のコンポジット（Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子、Ｚｒ４Ｎｉ２Ｏｘ（０．３−１）を含む）を作製した。反応炉容器２０１にジルコニウム・ニッケル合金のコンポジットを挿入し、反応炉容器２０１に重水素ガス（Ｄ２ガス）を注入した。ジルコニウム・ニッケル合金のコンポジットと重水素ガス（Ｄ２ガス）とに加圧し、ジルコニウム・ニッケル合金のコンポジットに重水素原子を吸蔵させることにって、核融合反応体（超高密度重水素化金属合金）を調製した。次いで、超音波振動子２０７の作動による衝撃エネルギーを超音波伝導媒体（Ｄ２Ｏ）を通して超高密度重水素化金属合金に加えることによって、核融合反応を行った。
発熱装置２００の操作の手順（操作Ｉ〜操作ＩＶ）は、＜実施例１＞において説明した手順と同様であるので、ここではその説明を省略する。
図８は、Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子に重水素ガスを固溶させることによって発生した熱の経時的な変化および反応炉容器２０１の内圧の経時的な変化を示す。図８において、縦軸（左）は温度（℃）を示し、縦軸（右）は反応炉容器２０１の内圧（ａｔｍ）を示し、横軸は時間（分）を示す。
反応炉容器２０１の内圧を１０ａｔｍにするために、７０分以上かかっている。ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素ガスとヘリウムガスとの混合ガスを固溶させる場合には、反応炉容器２０１の内圧を１０ａｔｍにするために、５５分〜６０分かかっている（図３参照）。したがって、Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子に固溶される重水素原子の数は、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に固溶される重水素原子の数よりも、多いことがわかる。
図９は、重水素ガスを利用するより、重水素ガスとヘリウムガスとを含む混合ガスを利用するほうが、Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子に重水素原子が固溶され難いことを示す。図９において、縦軸（左）は温度（℃）を示し、縦軸（右）は反応炉容器２０１の内圧（ａｔｍ）を示し、横軸は時間（分）を示す。
曲線Ｐ＊ Ｈｅは、Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子に重水素ガスとヘリウムガスとを含む混合ガスを固溶させる場合の反応炉容器２０１の内圧の経時的な変化を示す。曲線Ｐ＊は、Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子に重水素ガスを固溶させる場合の反応炉容器２０１の内圧の経時的な変化を示す。曲線Ｐ＊ Ｈｅの立ち上がりは、曲線Ｐ＊の立ち上がりよりも早い。したがって、重水素ガスより、重水素ガスとヘリウムガスとを含む混合ガスのほうが、Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子に重水素原子が固溶され難いことがわかる。
図１０は、Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された重水素凝結体に超音波を加えている最中（核融合反応中）に発生したガスの分析結果を示す。図１０において、縦軸は圧力（ｐｐｍ）を示し、横軸は時間（秒）を示す。ＱＭＳによって、反応炉容器２０１内で生成されたガスを分析した。
図１０において、Ｍ２はＤを示し、Ｍ３はＤＨを示し、Ｍ４はＨｅを示す。核融合反応によって、重水素凝結体に固溶されている重水素原子が反応し、多量のヘリウム（Ｈｅ）ガスが生成されていることがわかる。
図１１は、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された重水素凝結体に超音波を加えることによって発生するヘリウムの量よりもＺｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された重水素凝結体に超音波を加えることによって発生するヘリウムの量のほうが多いことを示す。図１１において、縦軸は４Ｈｅ濃度（ｐｐｍ）を示す。線Ａの長さは、ＺｒＯ２・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された重水素凝結体に超音波を加えることによって発生するヘリウムの量（２．４５×１０４ｐｐｍ）を示す。線Ｂの長さは、Ｚｒ３ＮｉＯ・Ｐｄ粒子に重水素原子を固溶させることによって作製された重水素凝結体に超音波を加えることによって発生するヘリウムの量（１．２３×１０５ｐｐｍ〜１．６×１０５ｐｐｍ）を示す。
上述したように、ジルコニウム・ニッケル合金のコンポジットには、バルク金属粒子に比べて、単位粒子あたり多くの重水素原子を固溶することができる。したがって、ジルコニウム・ニッケル合金のコンポジットに固溶された複数の重水素原子間の距離は、バルク金属粒子に固溶された複数の重水素原子間の距離よりも狭くなる。その結果、超高密度重水素化ジルコニウム・ニッケル合金のコンポジットには、バルク金属粒子と複数の重水素原子とを含む粒子に加えるエネルギーよりも低いエネルギーを加えることによって、低温で持続時間が長い発熱反応を起こすことができる。
本発明によれば、燃料として有用な水素凝結体および水素凝結体を用いた熱発生方法が提供される。本発明は、人類が求めている安全でしかも資源の永久性が保証される新エネルギーおよび有用であるが存在率が極めて少ないヘリウムガスの生産を可能にする。さらに、本発明は、エネルギー理工学、材料理工学、冷媒工学、航空工学などの広分野にわたる新しい科学と技術の発展、また、人類が存続するためのあらゆる活動、ひいては地球環境の保全に計り知れないほど寄与する。

Claims (8)

  1. 水素凝結体を用いて熱を発生させる発熱方法であって、
    前記水素凝結体は、複数の金属原子を含む金属ナノ超微粒子と、前記複数の金属原子間に固溶された複数の水素同位体原子とを含み、前記複数の水素同位体原子のうち少なくとも２個の水素同位体原子は、前記２個の水素同位体原子の原子核間距離が前記２個の水素同位体原子からなる分子の核間隔以下となるように凝集されており、
    前記発熱方法は、
    前記水素凝結体にエネルギーを加える工程と、
    前記エネルギーによって前記少なくとも２個の水素同位体原子を反応させることにより、熱を発生させる工程と
    を包含する発熱方法。
  2. 前記複数の金属原子は、パラジウム、チタン、ジルコニウム、銀、鉄、ニッケル、銅および亜鉛の金属群から選ばれる少なくとも１種の金属の原子である、請求の範囲第１項に記載の発熱方法。
  3. 水素凝結体を用いて熱を発生させる発熱方法であって、
    前記水素凝結体は、複数の金属原子を含む金属合金のコンポジットと、前記複数の金属原子間に固溶された複数の水素同位体原子とを含み、前記複数の水素同位体原子のうち少なくとも２個の水素同位体原子は、前記２個の水素同位体原子の原子核間距離が前記２個の水素同位体原子からなる分子の核間隔以下となるように凝集されており、
    前記発熱方法は、
    前記水素凝結体にエネルギーを加える工程と、
    前記エネルギーによって前記少なくとも２個の水素同位体原子を反応させることにより、熱を発生させる工程と
    を包含する発熱方法。
  4. 前記エネルギーは、超音波、強磁場、高圧、レーザ、レーザ爆縮、高密度電子ビーム、高密度電流、放電および化学反応のうちの少なくとも１つに基づいて生成されるエネルギーである、請求の範囲第１項または請求の範囲第３項に記載の発熱方法。
  5. 前記熱を発生させる工程において、前記少なくとも２個の水素同位体原子を反応させることにより、前記熱に加えてヘリウム分子が発生する、請求の範囲第１項または請求の範囲第３項に記載の発熱方法。
  6. 複数の金属原子を含む金属ナノ超微粒子と、
    前記複数の金属原子間に固溶された複数の水素同位体原子と
    を含み、
    前記複数の水素同位体原子のうち少なくとも２個の水素同位体原子は、前記２個の水素同位体原子の原子核間距離が前記２個の水素同位体原子からなる分子の核間隔以下となるように凝集されている、水素凝結体。
  7. 前記複数の金属原子は、パラジウム、チタン、ジルコニウム、銀、鉄、ニッケル、銅および亜鉛の金属群から選ばれる少なくとも１種の金属の原子である、請求の範囲第６項に記載の水素凝結体。
  8. 複数の金属原子を含む金属合金のコンポジットと、
    前記複数の金属原子間に固溶された複数の水素同位体原子と
    を含み、
    前記複数の水素同位体原子のうち少なくとも２個の水素同位体原子は、前記２個の水素同位体原子の原子核間距離が前記２個の水素同位体原子からなる分子の核間隔以下となるように凝集されている、水素凝結体。
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