CN109285610A - 移动体 - Google Patents

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CN109285610A
CN109285610A CN201810802839.5A CN201810802839A CN109285610A CN 109285610 A CN109285610 A CN 109285610A CN 201810802839 A CN201810802839 A CN 201810802839A CN 109285610 A CN109285610 A CN 109285610A
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Abstract

本发明提供移动体，其目的在于实现简单且安全的核聚变炉。核聚变炉具备：作为炉体的容器；使收容于容器内的氘固溶的金属发热体；收容于容器内并且能够使原子数比为0.005％～5％的氘固溶于在金属发热体的量的氘气；及向金属发热体照射离子束的机构。由此，在金属发热体的金属晶体中，产生将离子束引导至晶格间原子的原子核的沟道效应和通过联星核模型说明的金属内核聚变概率增大效应。其结果是，发生不产生γ射线、中子束的“平稳的核聚变”，能够通过金属内核聚变连锁反应，有效地将核能转换为热。

Description

移动体
技术领域
本发明涉及核聚变炉，尤其涉及利用由金属的晶体结构带来的沟道效应和核聚变概率增大效应的核聚变炉及使用该核聚变炉的技术。
背景技术
以往，作为核聚变炉，计划托卡马克型的等离子磁场约束式炉。另外，就利用核裂变的原子炉而言，作为冷却材料使用水，且该原子炉被用作蒸汽轮机的热源，主要用于发电。将来，在能够实现更高温的核裂变炉的情况下，计划使用如下的联合循环：作为冷却剂使用氦等反应性低的气体来使闭合回路的燃气轮机运转，并且利用排出热使蒸汽轮机运转。上述的蒸汽轮机、闭合回路的燃气轮机是外燃机，斯特林发动机也是外燃机的一种。另外，还已知多个直接从热源发电的热电元件组合而成的热电模块等。
就核聚变炉的开发而言，等离子磁场约束式的核聚变炉与所获得的热量相比，为了保持等离子而投入的电力较大，使电力收支增加非常困难。另外，对超高温的等离子进行约束的超导磁铁、与等离子接触的内壁材料等困难课题还较多，实际实用的前景尚未确定。
另外，就利用了核裂变的原子炉而言，由于铀的临界量确定，因此原子炉的小型化有限。并且，由于通过控制棒的进出来调整输出，因此在发生控制棒脱落、动作不良的情况下，可能无法进行控制，在停止供给冷却水而丧失了冷却能力的情况下也不能控制，最终可能使炉心熔毁。另外，以铀那样的放射性的重原子作为燃料，通过核反应大量放出穿透力高的中子束、γ射线，所以需要厚的防曝壁，还存在产生较多未确定处置方法的放射性废弃物的问题。
对此，作为利用核聚变、核裂变的代替方法之一，研究了利用所谓的低温核聚变的方法。关于低温核聚变，固溶了氘(2H)的钯(Pd)发热的现象被报告了，例如专利文献1等专利申请也较多。另外，使用了固溶有氘的钯的核转换现象也被报告了，作为利用该现象的技术提出了例如专利文献2中所记载的核素转换装置。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平2-297093号公报
专利文献2：日本特开2010-159994号公报
发明内容
但是，低温核聚变中的上述现象的再现性差，使用低温核聚变作为能量源的方法、装置还未投入实际使用。因此，本发明人以实现简单且安全的核聚变炉为目的进行了专心研究，其结果发现这些现象起因于由金属的晶体结构的核聚变概率增大现象引起的核聚变连锁反应以及在专利文献1中引用的电解实验中的电解液(氢氧化锂溶液)所含有的锂有助于发热现象，从而完成了本发明。
即，当2H彼此发生核聚变(以下，D-D核聚变)时，通常以以下的式(A)～(C)表示的反应以冒号后所记载的概率(％)进行。
(A)2H+2H→3H(1MeV)+1H(3MeV)：50％
(B)2H+2H→3He(0.8MeV)+n(2.5MeV)：50％
(C)2H+2H→4He+γ(23.8MeV)：10-5％
在此，在式(A)～(C)中，1H表示氕，3H表示氚，3He表示质量数为3的氦的原子核，生成这些作为高能量的离子束。另外，n表示中子，γ表示γ射线。当发生通常的D-D核聚变时，应该放出较多的穿透力高的中子，但是实际上，在上述的使用钯的电解实验中，对于发热而言微量的中子被光测到的例子具备一定程度。
主张这些效应由核聚变连锁反应引起时的最大的课题在于，反应核截面积即使最大也小到0.1b左右。并且，在原子核形成离子束而在物质内前进时，因为原子核具备电荷，所以受到因物质侧的电子、原子核的影响产生的阻止能而减速，只能前进10μm左右的距离。因此，由于这些理由，至今，发生核聚变连锁反应的可能性在理论性的研究阶段被排除。
但是，作为晶体结构的特性之一，已知将离子束的前进方向约束在物质的晶体面之间、晶体轴向的疏散部分的沟道效应。例如，在日本特开平5-343344号公报中记载有如下的方法：以在半导体制造中的离子注入时不使离子进入得过深的方式防止沟道效应。这样在含有金属的晶体固体内，具备因沟道效应而离子束集中于存在晶格间原子的原子核的部分的性质。
与此不同地，在向含有不具备晶体结构的液体金属的金属照射离子束时，通常核聚变概率增加的金属内核聚变率放大效应得到确认。该效应能够通过本发明人提倡的联星核模型来说明。
即，离子束核和晶格间原子的原子核因都具有正电荷所以彼此作用有库伦斥力，但当接近140fm左右时，核力比库伦斥力更占优势，两者相互吸引，因此相互旋转。但是，在真空中、非金属中，即使两者通过核力相互吸引开始旋回，也能够保存能量，所以两者一定脱离。另一方面，在金属内，自由电子吸收作为带电粒子的原子核通过旋转而放出的磁力线，因此两者不脱离而能够形成联星核。若一旦形成联星核，则通过带电粒子的旋转持续放出电磁波，所以旋转的动能逐渐丧失，两原子核的距离逐渐更靠近，最终发生核聚变。
这样，根据联星核模型，因为能够使反应截面积的大小接近核力区的大小，所以能够与沟道效应一并解决因反应核截面积过小引起的问题。另外，在从形成联星核到核聚变的过程中，核聚变能量的一大半转换为热，因此能够实现不放出中子、强力的γ射线的“平稳的核聚变”。
在此，作为具有易于固溶氢的性质的金属，已知Li、Sc、Y、La、Ce、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Pd等。这些金属的温度越高，则平衡氘压越高，所以在相同的压力下当温度上升时，氘作为气体喷出。
就这些金属中的Pd而言，根据Pd-H状态图等可知在298℃以下分为氢固溶浓度低的α相和氢固溶浓度高的α’相。另外，Pd在大气压的氘气中，在160℃以下与上述2相不同，此时的α相的氢浓度以原子数比表示为5％以下，α’相的氢浓度以原子数比表示为50％以上。
需要说明的是，在常温下难以固溶氢，但是具有温度越高则平衡氘压越低的性质，作为若温度上升则一定程度上固溶氘的金属，已知Mg、Al、Cr、Mo、W、Fe、Ru、Co、Rh、Ni、Pt、Cu、Au等。
另外，一般，在照射离子束时，列举使用离子加速器或使用放射粒子束的放射性同位素的方法。作为粒子束，列举α粒子、电子、中子、质子等粒子束，这些中的具有除了阳电子的正电荷的粒子束是氢、氦等轻的原子核获得高的能量而成的粒子束。例如，质子束、重质子束及α射线分别是氢、氘及氦的各原子核(以下，分别表示为1H、2H及4He)离子束化而成的。
因此，本发明的核聚变炉的一例具备：作为炉体的容器；使收容于容器内的氘固溶的金属发热体；收容于容器内并且能够使原子数比为0.005％～5％的氘固溶于金属发热体的量的氘气；及向金属发热体照射离子束的机构。需要说明的是，金属发热体的金属不包括不具有晶体结构的不定形金属、液体金属。具有该结构的核聚变炉通过以某种形式向固溶了氘的金属发热体照射离子束而起动并发热。
作为照射离子束的装置(机构)未特别限定，代表性地能够列举离子加速器，除此以外，作为放射粒子束的放射性同位素、通过α衰变放射强的α离子束的物质，能够列举210Po等。另外，在并不需要大的射线量的情况下，将含有比较便宜的贫铀的合金、镅(241Am)等金属形成薄板并与金属发热体相邻，安全性高，能够再次利用，这是合理的。而且，作为其他的照射离子束的物质，α射线量微小，但是作为通常流通的物质，能够列举铀玻璃、焊接用加入有钍的钨电极棒等。
另外，使金属发热体的一部分露出于容器的表面的离子束导入口也相当于“向所述金属发热体照射离子束的机构”。即，通过向该离子束导入口照射离子束，能够向金属发热体照射离子束。在这种情况下，优选在该离子束导入口设置开闭式的盖。由此，能够抑制氘从离子束导入口扩散而作为气体放出至大气中。而且，即使在离子束导入口设置厚度为离子束能够透过的程度的氘不透过层(氘扩散防止层)，也能够起到同样的效果，因而优选。作为构成氘不透过层的物质，能够列举Fe、Cu、W、Cr、Mo、Al等金属、粘土晶体等无机材料等。
另外，在上述结构中，所述金属发热体可以是在被供给所述离子束的部分或整体固溶有原子数比为0.0005％～1％的锂。
另外，在上述结构中，可以使所述金属发热体的使所述锂固溶的部分与所述氘气相面对，可以在所述氘气中混入有放射所述离子束的物质。作为放射离子束的气体，能够列举例如产生α射线的反应性低的气体，更具体地能够例示氡气。需要说明的是，由于在大气、新的建筑物中含有氡气，所以即使不有意地向氘气中混入氡气，例如制作大的炉的情形也属于“向氘气混入放射离子束的物质”。
另外，在上述结构中，可以构成为，具备安装有放射所述离子束的物质的设置台，在载置有所述金属发热体的情况下，放射所述离子束的物质与使所述锂固溶的部分相邻。
另外，在上述结构中，所述锂可以是主要包括作为锂的同位素的6Li的(以6Li为主体的)锂。
另外，在上述结构中，可以具备与所述金属发热体相邻并且含有(例如植入)被实施核转换的物质的金属。
另外，在上述结构中，可以具备对所述金属发热体中的氘的固溶量进行调整的装置。作为对氘的固溶量进行调整的装置，例如能够列举氘气的压力调整装置、质量流量控制器等。
另外，在上述结构中，可以形成为，所述金属发热体是温度越高则平衡氘压越高的金属，对所述氘的固溶量进行调整的装置将所述氘的固溶量调整为比所述金属发热体最活跃地发生核聚变的固溶量小的固溶量。
另外，相反可以形成为，所述金属发热体是温度越高则平衡氘压越低的金属，对所述氘的固溶量进行调整的装置将所述氘的固溶量调整为比所述金属发热体最活跃地发生核聚变的固溶量大的固溶量。
另外，在上述结构中，所述金属发热体可以具有形成于该金属发热体的内部的连通气孔。连通气孔大致均匀地分布于金属发热体的内部为优选，另外，连通气孔的端部需要在金属发热体的表面开放。
另外，在上述结构中，可以在所述氘气中混入有作为所述金属发热体的冷媒的氦气。
另外，在上述结构中，可以具备从所述氘气除去氦的装置。
另外，本发明的核聚变炉的另一例中，沿着一冷却介质的流动方向直列地配置有多个上述各结构的核聚变炉。
另外，本发明的温热器的一例中，上述各结构的核聚变炉被用作热源。在这种情况下，可以具有被设置为收容加热对象物或供加热对象物流通并且使在所述核聚变炉中产生的热传递至所述加热对象物的空间。
另外，本发明的外燃机的一例中，上述各机构的核聚变炉被用作热源。在这种情况下，可以构成为，具备含有工作介质的高温部，通过被所述高温部中的工作介质在所述核聚变炉中产生的热加热，来产生动力。
另外，本发明的发电装置的一例中，上述各机构的核聚变炉被用作热源。在这种情况下，可以构成为，具备将在该核聚变炉中产生的热转换为电力的热电转换部，通过在所述核聚变炉中产生的热来产生所述电力。另外，可以构成为，具备将在所述核聚变炉中产生的热转换为动力的外燃机，具备将该外燃机的动力转换为电力的发电机，通过在所述核聚变炉中产生的热来产生所述电力。
另外，本发明的移动体的一例中，使用将上述各机构的核聚变炉用作热源的外燃机作为动力源。
另外，本发明的移动体的另一例中，使用将上述各机构的核聚变炉用作热源的发电装置作为电力源。
发明效果
下面，以金属发热体被照射α离子束的情况为一例来说明本发明的核聚变炉的动作及效果。
金属发热体因具有晶体结构，所以产生沟道效应，由此，α离子束被准确地引导至偏向金属发热体的晶体面之间且固溶于金属发热体的晶格间原子即氘的原子核。由于α离子束的能量大，所以超越作为晶格间原子所固溶的氘的原子核的库伦屏障而接近其原子核，通过核力拉动这些原子核，在金属发热体的内部生成离子束。所生成的2H离子束同样通过沟道效应，被引导至作为晶格间原子的氘的原子核，所以如果能量适当，则这两个2H核形成以彼此如联星那样旋转的联星核。需要说明的是，在所生成的2H离子束的能量过小的情况下，不能超越氘的原子核的库伦屏障，相反在所生成的2H离子束的能量过大时，不能通过2H的核力捕获而不形成联星核的可能性高。
这样形成的联星核具有与形成该联星核以前的2H离子束所具有的动能相同的动能，因此成为在相同的沟道路径经过的离子束。另一方面，联星核的具有正电荷的2H核向同一方向旋转，所以放出磁力线。因此，在联星核进入金属中的情况下，产生涡电流而作用强的阻止能。其结果是，如果金属发热体中的2H浓度低，则联星核不会撞击2H核而停止，保持联星核不变地取入周围的电子，作为伪原子处于金属发热体的晶体结构中的晶格间。构成联星核的带电粒子即氘的2个原子核通过彼此的核力被持续加速，所以通过轫致辐射逐渐丧失能量而逐渐接近，最终上述的2个氘的原子核撞击而发生核聚变。
就此时的核聚变而言，由于氘的原子核因轫致辐射等已经丧失一部分能量，所以不发生上述式(A)、式(B)的反应，优选发生相当于式(C)的反应，其结果生成4He。在这种情况下，剩余的能量也几乎转换为用于旋转的动能，另外，在发生了核聚变时，该动能作为声子放出，因此通过式(C)的反应放出的γ射线的能量低。这样，金属发热体在从联星核形成到核聚变期间，收到涡电流、轫致辐射及声子而被加热。也就是说，氘的原子核彼此的反应经由联星核形成，从而不放出透过力高的中子束、高能量的γ射线，而能够实现能效率良好地取出热能的下述式(1)所表示的“平稳的核聚变”。
2H+2H→4He…(1)
因此，通过该核聚变生成的4He保持不变成为晶格间原子而蓄积于金属发热体中的晶体结构中，当向该4He原子核导入2H离子束时，与前述的联星核的形成机制同样，由氘的原子核和氦的原子核形成联星核，发生用下述式(2)表示的“平稳的核聚变”而生成6Li。
2H+4He→6Li…(2)
而且，通过该核聚变生成的6Li原封不动地成为晶格间原子而蓄积于金属发热体的晶体结构中，当向该6Li原子核导入2H离子束式时，与前述的联星核的形成机制同样，通过氘的原子核和锂的原子核形成联星核。当这样形成的联星核发生核聚变时，不形成不稳定核即8Be核，在发生核聚变的同时，通过用下述式(3)表示的反应分裂为2个α核。此时，联星核所具有的转动动能变为所生成的α离子束的动能。
2H+6Li→4He(6.2MeV)+4He(6.2MeV)…(3)
需要说明的是，在上述式(3)的反应中，若根据质量变化进行计算，则各α离子束的能量为11.2MeV，但是在发生核聚变之前因轫致辐射使联星核的一部分能量丧失，所以各α离子束的能量为比计算值低的6.2MeV左右的能量。
这样新生成的α离子束再次通过沟道效应导入晶格间原子的原子核，产生多个离子束，所以发生上述式(1)～(3)的连锁反应。这样，在用式(1)～(3)表示的金属晶体内核聚变连锁反应中，不产生强的γ射线、中子束，作为金属发热体的发热能够有效地取出核聚变能量。
并且，如上所述，本发明的核聚变炉利用沟道效应，所以即使在由于某些异常不能控制温度而使温度过度升高的情况下，在金属发热体的金属溶解前，晶体晶格塌陷，从而也不会发生因沟道效应引起的核聚变。由此，原理上不会发生金属发热体的熔毁，丧失晶体结构而形成液体金属的金属也不会进一步被加热。另外，通过金属发热体的晶体结构来保持被照射的离子束、在金属发热体的内部产生的离子束，所以具有如下的优点：不需要保持磁场的电力、装置，而且，由于不产生强的γ射线、中子束，所以简单的防曝壁即可，并且也不会产生放射性废弃物。
在本发明的核聚变炉中，为了持续进行用上述式(1)～(3)表示的连锁反应，金属发热体是易于产生沟道效应的物质为优选。根据该观点，作为金属发热体，原子密度高且比重大的物质有利，如果是相同的金属，则晶格缺陷少的更有利。另外，作为金属发热体，优选具有在受到沟道效应的离子束所经过的沟道路径存在晶格间原子的fcc或bcc晶体结构的金属。而且，虽然晶格间原子的氘原子数量越少则越易于产生金属发热体中的沟道效应，但是若金属发热体的原子数量过少，则离子束在到达晶格间的原子核前丧失动能，具有不发生核聚变的趋势。因此，为了使以上述式(1)～(3)表示的连锁反应持续，需要适当调整金属发热体的固溶氘量。
为了通过以上述式(1)～(3)表示的反应发生连锁反应，通过式(3)的反应生成的2个6.2MeV的4He离子束使在金属发热体(例如Pd)内移动期间相遇的2H核形成离子束，而且，该2H离子束在金属移动体内移动期间，必须以具有能够形成联星核的能量的状态与2H、4He及6Li核相遇。这样，虽然不知道用于使2H核形成离子束的能量，但是6.2MeV的4He离子束能够在作为金属发热体的例如Pd内移动的距离为17μm左右，所以需要在一个沟道路径的每约5.5μm存在一个2H核。
在此，氘能够进入Pd的晶体晶格中的O位置间的距离为所以必须在金属发热体中存在原子数比为0.005％以上的2H。另外，若氘浓度超过以原子数比表示为5％，则就Pd而言，在大气压的氘气中，在160℃以下分为2相，晶体不连续，并且因产生内部应力使晶体结构变形，所以具有不产生沟道效应的趋势。因此，在本发明的核聚变炉中，金属发热体的氘浓度需要处于原子数比为0.005％～5％的范围。
当以这样的浓度固溶有氘的金属发热体被持续供给离子束时，不久就蓄积4He和6Li，开始从金属发热体中的被供给离子束的部分发热，金属发热体整体逐渐发热。
另外，若金属发热体的被照射离子束的部分固溶原子数比为0.0005％～1％的锂，则能够通过简单的离子束供给装置快速地发生连锁反应，因此优选。
在此，如果通过上述式(3)的反应生成的具有6.2MeV的能量的4He的离子束生成2H离子束，其中的一个氘原子核与锂原子核形成联星核的概率为50％以上，则能够发生连锁反应。由此，优选在金属发热体含有浓度为氘的需要下限浓度(前述的0.005％)的一半即0.0025％以上的锂。但是，若考虑锂不是起动连锁反应所必须的，则通过在被照射离子束的部分固溶最低限0.0005％的锂，能够起到较早起动连锁反应的效果。另外，若考虑锂的原子核的电荷为2H核的3倍，在固溶于金属发热体的情况下晶体晶格的变形大，则锂妨碍沟道效应的效果为氘的5倍左右。因此，为了使连锁反应发生，优选作为锂的浓度为氘的需要上限浓度(前述的5％)的1/5左右。鉴于以上情况，优选锂浓度处于原子数比为0.0005％～1％的范围。
而且，自然界的锂存在6Li和7Li这两个同位素，6Li的存在比为7.5％，剩余为7Li。当向使具有该天然的同位素存在比的Li固溶的部分照射离子束，来在金属发热体内部产生2H离子束时，对于6Li发生上述式(3)的反应，对于7Li发生以下述式(4)表示的反应。通过该式(4)的反应生成的5He快速衰变，如下述式(5)表示的反应那样，放出中子并裂变为4He。
2H+7Li→4He(7.9MeV以下)+5He(6.3MeV以下)…(4)
5He→4He(0.18MeV)+n(0.71MeV)…(5)
由于5He的衰变在非常短的时间内发生，所以通过该衰变生成的4He大致保持不变地继续接受在式(4)的反应中5He所获得的6.3MeV以下的能量。这样，虽然在7Li的反应中也放出中子，但是与6Li的反应同样，生成两个α离子束，所以7Li也有助于连锁反应的继续，7Li的帮助程度与6Li等同。
这样通过Li参与的反应所生成的这些α离子束超越库伦屏障而靠近氘的原子核，借助核力拉动2H原子核，并且在金属发热体的内部形成离子束。所生成的2H离子束使式(1)的反应发生，α离子束丧失能量而停止，由此作为晶格间原子的4He蓄积于金属发热体内。如果蓄积4He，则上述式(2)的反应也活跃而生成6Li。
也就是说，在本发明的核聚变炉中，在金属发热体固溶有锂的结构中，通过向金属发热体的固溶有Li的部分照射离子束，快速地起动上述式(1)～(3)的连锁反应。并且，从被照射离子束的部分依次蓄积4He和6Li，由此金属发热体整体开始发热。
在此，作为使锂固溶于金属发热体的方法，能够列举使锂作为离子束注入金属发热体的方法、对含有锂离子的溶液进行电解使锂浸渍于阴极侧金属的表面的方法。另外，作为其他方法，还能够应用如下的方法：在真空中使固体锂在金属发热体的表面摩擦，或使液体锂流动，使锂附着于金属发热体，然后进行热处理而向内部扩散。
另外，在本发明的核聚变炉中，使金属发热体的使锂固溶的部分与氘气相面对，即使向该氘气中混入放射离子束的物质，也能够起动上述式(1)～(3)的连锁反应。
另外，作为“向氘气放射离子束的物质”，例如列举大气、新的建筑物中所含有的氡气，越大的炉则向氘气混入氡气的可能性越高。另外，有时在宇宙射线中混入有质子束等具有超高能量的粒子，当该粒子冲入大气层时，与大气中的原子撞击而生成高能量的粒子束。在这种情况下，即使不特别向氘气中混入氡气等，也向金属发热体中的使锂固溶的部分供给粒子束，所以就核聚变炉而言，如果满足金属发热体中的氘浓度等条件，则自然地开始发热。
另外，如后所述，金属发热体具备核转换功能，所以所生成的6Li转换为更重的核子，作为晶格间原子进入的金属原子进行核转换并蓄积杂质原子，因此需要更换金属发热体。
因此，本发明的核聚变炉在载置有所述金属发热体的情况下，若具备设置为在与该金属发热体中的使锂固溶的部分相邻的位置安装有放射离子束的物质的设置台，则金属发热体的更换变得容易，另外，在金属发热体为多个的情况下，易于使金属发热体全部同时起动，因此优选。
如上所述，即使作为固溶于金属发热体的一部分的锂而使用自然界的锂，也能够使核聚变炉起动。但是，自然界的锂的主体为7Li，虽然微量，但如上述式(5)所示放出穿透力高的中子束，因此在处理上需要注意。因此，若在本发明的核聚变炉中使用的锂是主要含有6Li的锂，则产生非常少的中子束，处理变得容易。在此情况下，本发明的核聚变炉尤其作为难以确保防曝壁的厚度的小型炉是有利的。
另外，本发明的核聚变炉若使含有(例如植入)被实施核转换的物质的金属(下面称为“母材金属”)与所述金属发热体相邻，则能够体现核转换功能。即，通过使母材金属与金属发热体相邻，通过上述连锁反应生成的α离子束的氦原子核和用于被实施核转换的物质的原子核进行核聚变，发生核转换。若金属发热体自身含有(植入)被实施核转换的物质(被核转换物质)，则能够抑制连锁反应，因此使母材金属与金属发热体相邻是有用的。
在此，作为母材的金属可以是与金属发热体相同的金属，也可以是与金属发热体不同的金属。另外，需要在α离子束仅丧失2MeV左右的能量时通过的距离(距离发生连锁反应的部分几μm以下)存在用于被实施核转换的物质，所以优选母材金属的厚度比该距离薄。而且，在母材金属中“植入”用于被实施核转换的物质的情况下，能够使用于被实施核转换的物质以使离子束易于撞击的方式以原子为单位分散，形成母材金属的晶格间原子，因此优选。在用于被实施核转换的物质具有与母材金属形成化合物或与母材金属聚集的性质的情况下，能够将用于被实施核转换的物质作为离子束注入母材金属。
另外，作为用于被实施核转换的物质，例如是长时间持续放出放射线的核素，能够列举熔点比核聚变炉内的温度高的99Tc、93Zr。这些物质通过下述式(6)及(7)表示的反应而核转换为103Rh、97Mo这样的稳定核素。
4 2He+99 43Tc→103 45Rh…(6)
4 2He+93 40Zr→97 42Mo…(7)
另外，本发明的核聚变炉若具备对所述金属发热体的氘的固溶量进行调整的装置，则能够控制金属发热体的氘固溶量，因此能够实现可控制输出的核聚变炉。在这种情况下，作为金属发热体，能够使用具有平衡氘压相对于温度变化的性质的金属。此时，如果是当作为晶格间原子的2H的数量变少时反应被抑制的特性，则能够通过减少氘的固溶量来抑制输出，相反如果是当作为晶格间原子的2H的数量增加时反应被抑制的特性，则能够通过增加氘的固溶量来抑制输出。
另外，在使少量的锂固溶于金属发热体的被供给离子束的部分或整体的情况下，在起动时没有蓄积4He，所以晶格间原子的数量少，易于使反应变得活跃。因此，在起动时调整金属发热体的氘固溶量来抑制反应，另一方面，随着4He的蓄积增加，以使反应变得活跃的方式调整金属发热体的氘固溶量，由此能够获得稳定的输出。
更具体地说，作为所述金属发热体，使用温度越高则平衡氘压越高的金属，通过对氘的固溶量进行调整的装置，将氘的固溶量调整为比金属发热体最活跃地发生核聚变的固溶量少的固溶量，从而当温度上升时喷出氘的反应被抑制，因此体现自调整功能。另外，例如在对氘的固溶量进行调整的装置是氘气的压力调整装置的情况下，在相同压力下，金属发热体的温度越高的位置则越抑制反应，所以起到能够适当地使金属发热体的温度均匀的效果。
相反地，作为所述金属发热体，使用温度越高则平衡氘压越低的金属，通过对氘的固溶量进行调整的装置，将氘的固溶量调整为比金属发热体最活跃地发生核聚变的固溶量大的固溶量，从而若温度上升则吸收氘，难以产生沟道效应而抑制反应，因此体现自调整功能。其结果是，与上述同样地，能够适当地使金属发热体的温度均匀。
另外，在本发明的核聚变炉中，若在所述金属发热体的内部形成连通气孔，则金属发热体的表面积增大，能够通过扩散促进4He气体的排出，因此优选。通过上述的核聚变连锁反应生成4He，但是进行反应而过剩的4He形成晶格缺陷，妨碍沟道效应，因此抑制核聚变连锁反应。另外，4He与2H相比，扩散速度慢，易于滞留于金属发热体内。因此，通过在金属发热体的内部形成连通气孔，能够使金属发热体内的连锁反应活跃，保持高的发热量。
另外，在本发明的核聚变炉中，若在进入所述容器中的氘气中混入氦气，将该氦气用作所述金属发热体的冷媒，则能够实现金属发热体在被供给氘气的同时被冷却的混合气体炉，因此优选。在这种情况下，如上所述，在金属发热体中消耗氘气而生成的氦气被放出，因此在容器内的氘气混合有氦气，其结果是减小氘气的分压。
另外，在本发明的核聚变炉中，若具备从所述容器内的氘气除去氦的装置，则实现能够从氘气除去过剩的氦气并且能够持续保持高的发热量的核聚变炉，因此优选，即使应用于上述混合气体炉也是有效的。
另外，若本发明的核聚变炉是对于一冷媒沿着流动方向直列配置多个具备对氘的压力进行调整的装置的核聚变炉而成的核聚变炉，则能够单独地控制各核聚变炉各自的氘固溶量，因此优选。在这种情况下，冷媒依次与核聚变炉进行热交换，从而冷媒的温度上升，所以通过以阶梯式升高的方式调整各核聚变炉的温度，具有负载均等、作为核聚变炉整体的输出高且寿命变长的优点。
使用本发明的核聚变炉作为热源的温热装置中，中子、γ射线那样的穿透力高的放射线的产生量极少，只要简单遮挡即可，操作容易，没有熔毁的危险，还能够减少残留放射性物质。由此，与以往的原子炉不同，使简单化及小型化变得容易，能够用作工业厂房的热源、发电用热源、动力用热源、家庭用热源等各种温热装置。
使用本发明的核聚变炉作为热源的外燃机中，能够使炉体小型化，并且能够用作斯特林发动机等小型外燃机的热源。另外，通过使用耐热性高的材料，能够作为高温的热源，能够用作使用没有蒸气-水分离器的贯流锅炉的蒸汽轮机、将氦气作为冷媒的联合循环机等热效率比以往的以沸腾水型为中心的原子炉高的外燃机。
使用本发明的核聚变炉作为热源的发电装置中，金属发热体例如即使是硬币大小也能发热，因此通过与热电模块等组合，能够用作超小型的发电装置。
另外，如上所述，本发明的核聚变炉能够实现小型化，针对负载变动的应对也容易，因此适用于具有负载变动的移动体的动力用热源。因此，使用本发明的外燃机作为动力源的移动体能够用作一般船舶、一般车辆、机器人等涵盖大型到小型的移动体。
而且，使用本发明的发电装置作为电力源的移动体中，简单化及小型化变得容易，因此也能够应用于一般船舶、一般车辆、机器人等小型的移动体。因此，安装有以现有的原子炉作为热源的发电机的移动体实际上仅用于军用的船舶，与之相比，可以说使用本发明的发电装置作为电力源的移动体的利用范围广泛。
附图说明
图1是温热马克杯的局部剖视图(实施例1)。
图2是发电装置的主视图(实施例2)。
图3是发电装置的侧视图(实施例2)。
图4是机器人的主视图(实施例2)。
图5是贯流锅炉的主视图(实施例3)。
图6是贯流锅炉的侧剖视图(实施例3)。
图7是贯流锅炉的主视局部放大剖视图(实施例3)。
图8是贯流锅炉的核聚变炉中的氘压控制系统图(实施例3)。
图9是使用贯流锅炉的发电装置的系统图(实施例3)。
图10是安装有贯流锅炉的船舶的驱动系统图(实施例3)。
图11是高温气体炉的主视图(实施例4)。
图12是高温气体炉的左视图(实施例4)。
图13是高温气体炉的仰视图(实施例4)。
图14是高温气体炉的离子束导入口的周边部分的放大剖视图(实施例4)。
图15是高温气体炉的氘压控制系统图(实施例4)。
图16是使用高温气体炉的发电装置的系统图(实施例4)。
图17是安装有使用高温气体炉的发电装置的船舶的驱动系统图(实施例4)。
图18是混合气体炉的主视剖视图(实施例5)。
图19是混合气体炉的俯视剖视图(实施例5)。
图20是混合气体炉中的金属发热体的俯视图(实施例5)。
图21是混合气体炉中的金属发热体的局部放大剖视图(实施例5)。
图22是使用混合气体炉的发电装置的系统图(实施例5)。
图23是混合气体炉中的金属发热体的另一例的局部放大图(实施例6)。
图24是混合气体炉中的金属发热体的又一例的局部放大剖视图(实施例7)。
图25是发电装置的侧视图(实施例8)。
图26是发电装置的主视剖视图(实施例8)。
图27是发电装置中的核聚变炉的俯视剖视图(实施例8)。
图28是发电装置中的热电模块的立体图(实施例8)。
图29是发电装置的局部打开俯视图(实施例8)。
附图标记说明
1,1a,1aL,1aR,1b,1c,1cL,1cR,1d,1e…核聚变炉(温热器)、1A…核聚变炉直列配置多个而成的核聚变炉(温热器)、2…钯板,镍管,镍板,钽板(金属发热体)、2b…植入有用于被实施核转换的物质的金属(母材金属)、3…氘气、3C…氦与氘的混合气体(工作介质)、3R…氡与氘的混合气体、4…作为炉体的容器(高温部)、4a…支撑臂、4B…容器的一部分、4C…作为容器的盖、4d…水管、10…离子束导入口、12…氘扩散防止层、14…盖、20…贫铀合金,不锈钢垫圈,铀玻璃,镅(离子束放射物质)、30…氘瓶31,31aL,31aR…气体入口、32…氘气导管、32aL,32aR,32bL,32bR…导管、33,33a,33aL,33aR,33b,33c,33d,33e…气体出口、34…减压阀、35,35a,35b,35c,35d,35e…调压机(对氘的固溶量进行调整的装置)、36…泵、36a,36b,36c,36d,36e,37…压缩泵、38…氘透过装置、39…储备罐、40…水路(高温部)、41…给水口、42…蒸汽出口、45…蒸汽轮机、47…蒸汽导管、48…冷却器、49…高压泵、50…气体路径(高温部)、51…氘分压计、55…燃气轮机、56…压缩机、57…送风机、58…热交换器、60,61…发电机、60A,60B…发电装置(温热器)、80…双脚行走机器人(移动体)、81…冷却空气取入口、82…排气口、90…船舶(移动体)、91…减速机、92…螺旋桨、93…电动马达、94…控制装置、95…蓄电池、96…输电线、100…温热马克杯(温热器)、110…隔热层、130…热饮料、200…斯特林发动机、201…气体通路、202…隔热材料、210…曲轴、211…曲柄销、214…锥形环、215…飞轮、216…磁铁、218…螺母、221…动力活塞、222…低温室、233,243…连接棒、241…冷却扇、242…热交换活塞、250…曲柄支架、400…贯流锅炉(温热器)、470…氦气瓶、471…泵、500…高温气体炉(温热器)、520…气体室(高温部)、521…气体入口、522…气体出口、600…混合气体炉(温热器)、610…低温气体室、611…分配口、612…分配路径、613…喷嘴、620…高温气体室(高温部)、621…高温气体排出口、630…设置台、640…连通气孔、650…恒压控制阀、661…质量流量控制器(对氘的固溶量进行调整的装置)、730…热管、731…冷却扇、733…芯构件、735…内壁、740…电动扇、741…马达、742…电动扇的上部、745…取入口、746…排出口、747…扇叶、750热电模块(热电转换部)、751…p型热电元件、752…n型热电元件、753,754,755,756…导体、760…绝缘膜、770…隔热容器、771…盖、771s…引导板、780…氘吸存箱、781…氘吸存构件。
具体实施方式
下面，使用实施例对用于实施本发明的方式(下面称为“本实施方式”)进行详细说明，本发明并不限于此，在不脱离其宗旨的范围内能够进行各种变形。
实施例1
图1是使用本发明的一实施方式的核聚变炉作为热源的温热器的一例的局部剖视图。作为温热器的温热马克杯100具备核聚变炉1，该核聚变炉1安装于设置有隔热层110的保温型马克杯的底部。在核聚变炉1中，在设置于温热马克杯100的内侧槽与外侧层之间的作为炉体的容器4的内表面贴有作为金属发热体的钯板2。由此，易于向收容于温热马克杯100的热饮料130传递热。另外，在钯板2的下表面侧固溶有微量的6Li。
在具有该结构的温热马克杯100中，在核聚变炉1内以比大气压低的压力封入有氘和微量的氡的混合气体3R，从而核聚变炉1开始发热。由此，在出厂时预先在核聚变炉1内加入混合气体3R的情况下，希望以用隔热材料包围马克杯100整体的状态出厂。另外，钯板2具有温度越低则越取入氘气的趋势，因此通过使温度下降而核聚变连锁反应活跃使发热量增加，能够将热饮料130保持为稳定的温度。需要说明的是，核聚变炉1是热源，可以说其自身相当于“温热器”的一例。
实施例2
图2及图3分别是使用本发明的一实施方式的核聚变炉作为热源的外燃机及发电装置的一例的主视图及侧视图。需要说明的是，图3中的截面部分示出图2的Z-Z截面，图2中的截面部分示出图3的Y-Y截面。发电装置60A使用具备核聚变炉1的作为外燃机的γ型斯特林发动机200。另外，发电装置60A在使用核聚变炉1作为热源这一点可以说相当于“温热器”的一例。
在本实施例中，核聚变炉1具有的如下的构造：构成斯特林发动机200的高温室，通过热交换活塞242在容器4中上下运动，使高温室的内部容积变化。另外，作为斯特林发动机200的工作气体，氦和氘的混合气体3C进入高温室内。通过混合气体3C向核聚变炉1中的作为金属发热体的钽板2供给氘并且还进行冷却，从而本实施例的核聚变炉1作为混合气体炉600发挥功能。另外，钽板2通过与容器4的一部分4B形成一体的4个支撑臂4a，隔着作为4个离子束放射物质的铀玻璃20向容器4的盖4C侧弹性地按压(施力)。在钽板2的上表面侧固溶有微量的6Li，铀玻璃20被制造为有意使铀借助重力分离至下表面侧。如上所述，容器4也相当于“高温部”的一例，混合气体3C也相当于“工作介质”的一例。
另外，利用隔热材料202覆盖核聚变炉1的上部和侧面。热交换活塞242通过设置于其下部的气体通路201而与低温室222连通。低温室222构成为容积通过动力活塞221发生变化，通过冷却扇241冷却。
而且，以与容器4一体的方式设置有曲柄支架250，被曲柄支架250支撑的曲轴210在图2中向逆时针方向旋转。动力活塞221和热交换活塞242分别通过连接棒233、243而与附设于曲轴210的曲柄销211连接，动力活塞221和热交换活塞242以彼此相差90度的相位往复移动。在图3所示的状态下，热交换活塞242位于上止点，所以高温室中的热交换活塞242下侧的低温侧的容积变大。此时，作为工作气体的混合气体3C的平均温度最低，所以其压力也低，因此能够以小的力使图2所示的状态的动力活塞221朝向图中左侧移动。并且，当曲轴210旋转180度时，热交换活塞242位于下止点，所以高温室中的热交换活塞242上侧的高温侧的容积变大。这样，混合气体3C的平均温度变高，其压力也变高，所以要以大的力朝向图中右侧驱动动力活塞221。
这样当斯特林发动机200获得驱动力而例如以200rpm～2000rpm左右旋转时，每转一周，混合气体3C的压力变化3倍左右。对应于此，氘分压也发生变化，但钽板2中的氘的扩散速度不会快到能够追随氘压力的变动，所以钽板2中的氘浓度与平均氘分压大致相等。
另外，在曲轴210与飞轮215之间设置有1对锥形环214，通过紧固螺母218将曲轴210和飞轮215固定为一体。在飞轮215上安装有磁铁216，斯特林发动机200的输出通过与磁铁216相对配置的发电机60转换为电力。
能够通过发电机60控制自身的转速，来以短时间控制斯特林发动机200的输出。如果斯特林发动机200停止则输出为0，通过发电机60变为与飞轮215的旋转方向对应的磁铁，斯特林发动机200起动。如果核聚变炉1的温度稳定，则开始旋转的斯特林发动机200产生大致恒定的扭矩，因此发电装置60A产生与转速大致成正比的电力。
图4是使用本发明的发电装置作为电力源的移动体的一例的主视图。作为移动体的双脚行走机器人80具备安装于其身体部的内部的发电装置60A。在机器人80中，为了对发电装置60A中的斯特林发动机200的冷却扇241进行冷却，在左腋下的腹部设置有冷却空气取入口81，另外，在相当于嘴的位置设置有排热用的排气口82。
实施例3
图5、图6及图7分别是具备本发明的核聚变炉直列配置多个而成的核聚变炉的贯流锅炉的一例的主视图、侧剖视图及主视局部放大剖视图。需要说明的是，图6是图5中的X-X截面的放大图，图7是图6中的W-W剖视图。
贯流锅炉400具备将全部5个核聚变炉1a～1e直列配置而成的核聚变炉1A。在贯流锅炉400运转时，上述的核聚变炉1a～1e的温度依次变高，彼此不同的5个压力的氘气3分别供给至各核聚变炉1a～1e。另外，核聚变炉1a～1e分别具有：气体入口31a～31e，供压力彼此不同的氘气3供给；及气体出口33a～33e，排出含有作为核聚变反应的生成物的氦气在内的氘气3。需要说明的是，贯流锅炉400在使用核聚变炉1a～1e直列配置而成的核聚变炉1A作为热源这一点，也可以说相当于“温热器”的一例。
在核聚变炉1A的内部设置有在核聚变炉1a～1e内贯通且与壁4构成一体的水管4d，在水管4d的内侧形成有具有螺旋槽的水路40。利用形成为呈螺旋状的鳍状的镍管2包围核聚变炉1a～1e内的水管4d的外径部。在镍管2中含有微量的锂，如图7的右上方的圆内的放大图所示，作为炉体的容器4和镍管2的端部经由不锈钢垫圈20而接触。不锈钢垫圈20是将利用不锈钢夹持离子束放射物质的铀合金而成的构件较薄地延伸而成的，利用CaO涂敷不锈钢垫圈20的表面，由此防止不锈钢垫圈20的表面熔敷。在这样构成的贯流锅炉400中，当向核聚变炉1a～1e内供给氘气3时，氘固溶于镍管2，由此开始发热，从给水口41流入的水在水路40内被加热，所产生的蒸汽从蒸汽出口42排出。这样，水路40相当于“高温部”的一例，在水路40中流通的水相当于“冷却介质”及“工作介质”的一例。
图8是贯流锅炉400的核聚变炉1A中的氘压控制系统图。从氘瓶30通过减压阀34向各核聚变炉1a～1e供给氘气，或者，从储备罐39向各核聚变炉1a～1e供给氘气。在本实施例中，向各核聚变炉1a～1e的氘气3的供给压高于储备罐的内压，在各核聚变炉1a～1e的气体入口31侧设置有压缩泵36a～36e，在气体出口33侧设置有作为调整氘的固溶量的装置的调压机35a～35e。通过该结构，分别相对于各核聚变炉1a～1e的温度适当地调整向各核聚变炉1a～1e供给的氘气3的压力。另外，从各调压机35a～35e排出的含有氦的氘气3通过压缩泵37整体送至氘透过装置38，分离为氘和氦。透过氘透过装置38的氘气3返回储备罐39，被分离浓缩的氦气被泵471压送并贮存于氦气瓶470。
图9是使用贯流锅炉400的发电装置60A的系统图。从蒸汽出口42排出的蒸汽经过蒸汽导管47驱动蒸汽轮机45，蒸汽轮机45的输出通过发电机61转换为电力。在蒸汽轮机45中经过的蒸汽导入冷却器48而被液化。在冷却器48中变为液体的水通过高压泵49被加压，再次从给水口41供给至贯流锅炉400。
图10是安装有贯流锅炉400的船舶90的驱动系统图。就作为移动体的船舶90而言，与贯流锅炉400连接的蒸汽轮机45的驱动力通过减速机91减速后使螺旋桨92转动，由此来获得推动力。
实施例4
图11、图12及图13分别是本发明的核聚变炉直列配置多个而成的核聚变炉的主视图、左视图及仰视图。需要说明的是，图12中的截面部分示出图11的V-V截面，图11中的截面部分示出图12的T-T截面。核聚变炉1A在图11的主视图中左右对称，标注R的构件和标注L的构件处于彼此对称的位置，所以省略一部分附图标记。例如，气体入口31eR和导管32gL分别相对于气体入口31eL和导管32gR处于对称的位置，在左视图的图12中重叠。
在本实施例中，核聚变炉1A构成高温气体炉500，全部具备23个核聚变炉。就这些核聚变炉而言，越是设置于上方的核聚变炉，则温度越高，因此彼此不同的5个压力的氘气3分别供给至5个或4个核聚变炉。例如，从气体入口31aL、31aR流入的氘气3经过导管32aL、32aR、32bL、32bR供给至核聚变炉1aL、1aR、1b、1cL、1cR。由此，向上述的5个核聚变炉供给具有共同的压力的氘气3。另外，含有作为核聚变反应的生成物的氦气在内的氘气3从气体出口33aL、33aR排出。需要说明的是，高温气体炉500在使用核聚变炉1A作为热源这一点也可以说相当于“温热器”的一例。
各核聚变炉通过以被压缩的状态从气体入口521流入并在气体路径50内流通的气体被冷却，变为高温的气体从气体出口522流出。各核聚变炉的气体路径50由壁4划分形成，在氘气的流路上沿着壁4设置有金属发热体2，根据该结构，金属发热体所发出的热传递至气体路径50内的气体。在核聚变炉1A中，配置于最上部的核聚变炉1aL、1aR、1b、1cL、1cR的温度最高，所以这些核聚变炉的金属发热体2例如使用金，除了这些以外的核聚变炉的金属发热体2例如使用钯。这样，气体路径50相当于“高温部”的一例，在气体路径50中流通的气体相当于“冷却介质”及“工作介质”的一例。
图14是图11的U-U部中的离子束导入口10的周边部分的放大剖视图。在各核聚变炉的容器4的后表面各设置有一个离子束导入口10。离子束导入口10和金属发热体2通过薄的氘扩散防止层12隔离，另外，离子束导入口10用盖14封固，由此，抑制氘从金属发热体2放出到外部。通过打开该盖14，向离子束导入口10插入离子加速器，使离子束导入口10的内部形成真空并供给离子束，能够起动核聚变炉。此时，若作为离子束使用2H、4He及6Li则效率好，因此优选。另外，可以将放射强的α离子束的物质例如210Po插入到离子束导入口10，来代替离子加速器。
而且，可以在金属发热体2的整体固溶微量的锂，在这种情况下，能够将容易处理的241Am等离子束放射物质插入到离子束导入口10并接近氘扩散防止层12，从而起动各核聚变炉开始发热。
图15是构成高温气体炉500的核聚变炉1A的氘压控制系统图。从氘瓶30经过减压阀34向各核聚变炉供给氘气3，或从储备罐39向各核聚变炉供给氘气3。向使用钯制成的金属发热体2的各核聚变炉供给的氘气3的供给压比储备罐的内压低，在各气体入口31侧设置有作为调整氘的固溶量的装置的调压机35b～35e，并且在各气体出口33侧设置有压缩泵36b～36e。根据该结构，针对各核聚变炉的温度分别适当地调整向各核聚变炉供给的氘气3的压力。
另一方面，由于金制成的金属发热体2所需的氘气3的压力比储备罐的内压高，所以在气体入口31侧设置有压缩泵36a，并且在气体出口33侧设置有调压机35a，由此，适当地调整要供给的氘气3的压力。从调压机35a及各压缩泵36b～36e排出的含有氦的氘气3被输送至氘透过装置38，分离为氘和氦。透过了氘透过装置38的氘气3返回储备罐39，被分离浓缩的氦气通过泵471压送而贮存于氦气瓶470。
图16是使用高温气体炉500的发电装置60A的系统图。从气体出口522排出的高温的气体经过气体路径50驱动燃气轮机55，然后导入热交换器58。在热交换器58中被冷却的气体通过压缩机56加压而从气体入口521返回高温气体炉500。在热交换器58中被加热的水变为蒸汽，在经过蒸汽导管47驱动蒸汽轮机45后，导入冷却器48并被液化。在冷却器48中变为液体的水通过高压泵49加压，再次供给至热交换器58。燃气轮机55的输出和蒸汽轮机45的输出通过各自的发电机60、61转换为电力。需要说明的是，发电装置60A在使用核聚变炉1A作为热源这一点也可以说相当于“温热器”的一例。
图17是安装有使用高温气体炉500的发电装置60A的船舶90的驱动系统图。就作为移动体的船舶90而言，来自发电机60、61的电力通过输电线96输送至控制装置94，驱动电动马达93使螺旋桨92转动，由此获得推动力。剩余电力存储于蓄电池95，供船舶90内的电力消耗，并且在船舶90移动时作为加速时的补充电力使用。
实施例5
图18及图19分别是本发明的另一实施方式的核聚变炉的一例的主视剖视图及俯视剖视图。需要说明的是，图18是图19中的R-R剖视图，图19是图18中的S-S剖视图。
在本实施例中，核聚变炉1构成使用氘和氦的混合气体3C的混合气体炉600，在作为炉体的容器4和由其盖4C划分形成的空间内容置有多层设置台630。在设置台630上以能够简单拆卸的方式每1层各设置有6张(全部12层共计72张)呈圆板状的金属发热体2。另外，在设置台630上，以与各金属发热体2相邻的方式固定有相同数量的作为离子束放射物质的贫铀合金20。需要说明的是，在附图中，贫铀合金20用半圆形描绘，但实际上呈薄板状，贫铀合金20设置为其一面与金属发热体2紧贴。需要说明的是，混合气体炉600在使用核聚变炉1作为热源这一点也可以说相当于“温热器”的一例。
在本实施例的核聚变炉1中，从气体入口521流入的低温的冷媒气体从低温气体室610分配给各分配口611并被导入6处分配路径612，从在各分配路径612中沿着图示的纵向各设置有13个的喷嘴613送入气体室520。在该核聚变炉1中，为了使各金属发热体2的温度均等，以使各金属发热体2的上下表面侧的冷媒气体不滞留且在气体室520形成顺时针的回旋流的方式，确定各喷嘴613的方向和位置。例如，在图18中，位于核聚变炉1的右侧部分的喷嘴613描绘冷媒气体的喷出部，位于核聚变炉1的左侧部分的喷嘴613描绘分配路径612的截面形状。变为高温的冷媒气体从在位于设置台630的中央的圆筒状的支柱形成开口的高温气体排出口621流入高温气体室620，并从气体出口522排出。如上所述，气体室520及高温气体室620相当于“高温部”的一例，冷媒气体相当于“工作介质”的一例。
图20是混合气体炉600中的金属发热体2单体的俯视图，图21是图20中的P部分的Q-Q放大剖视图。本实施例的金属发热体2由含有微量的锂的钽制成，是以低密度烧结具有0.5mm左右的尺寸的球状粒而成的。该金属发热体2的空孔多，另外该金属发热体2形成有空孔连续而成的连通气孔640，因此具有在金属发热体2的内部生成的氦易于排出到外部的优点。
图22是使用混合气体炉600的发电装置60A的系统图。从混合气体炉600排出的高温的混合气体3C经过气体路径50在热交换器58中被冷却，通过送风机57再次返回混合气体炉600。在热交换器58中被加热的水变为蒸汽，在经过蒸汽导管47驱动蒸汽轮机45后，被导入冷却器48而被液化。在冷却器48中变为液体的水通过高压泵49被加压，再次供给至热交换器58。蒸汽轮机45的输出通过发电机61转换为电力。需要说明的是，发电装置60A在使用核聚变炉1作为热源这一点也可以说相当于“温热器”的一例。
另外，在本实施例的发电装置60A中，通过设置于低温侧的气体路径50上的氘分压计51计测混合气体3C中所含有的氘的分压。基于计测结果，在混合气体3C中的氘的分压不足的情况下，通过作为调整氘的固溶量的装置的质量流量控制器661对从氘瓶30通过减压阀34减压了的氘气的量进行调整，并通过泵36对该氘气进行压缩后供给至气体路径50。另一方面，在所生成的氦增加且混合气体3C的压力高的情况下，该混合气体3C的一部分通过恒压控制阀650送至氘透过装置38，分离为氘和氦。透过了氘透过装置38的氘经过导管32而与来自质量流量控制器661的氘气一起被泵36压缩，然后返回气体路径50。在氘透过装置38中分离浓缩的氦被泵471压送并贮存于氦气瓶470。
实施例6
图23是混合气体炉600中的金属发热体2的另一例的相当于图20中的P部分的局部放大图。本实施例的金属发热体2是对含有微量的锂的一定长度的钽制线材进行捆扎压缩为平面并进行烧结而成的。在该金属发热体2中，线材间的间隙保持不变地形成为直线状的连通气孔640。
实施例7
图24是混合气体炉600中的金属发热体2的又一例的相当于图21的局部放大剖视图。本实施例的金属发热体2除了通过电镀在钽制成的球状粒的表面形成有1.5μm的钯层、并在该层具有植入有被核转换物质的母材金属2b以外，具有与图21所示的实施例5的金属发热体2同样的构造。根据本实施例的金属发热体2，在通过混合气体炉600进行数周反应后，能够使母材金属2b熔融，回收进行了核转换的物质和残存的被核转换物质。
实施例8
图25及图26分别是使用本发明的核聚变炉作为热源的发电装置的另一例的侧视图及主视剖视图。需要说明的是，图26中的单点划线的右侧部分示出图25中的N-N截面，该单点划线的左侧部分示出图25中的N-N2截面。
在本实施例中，发电装置60B是组合核聚变炉1和热电模块750而成的。在发电装置60B的最上部设置有电动扇740，从取入口745吸入的空气在冷却扇731中进行冷却，从设置于电动扇740的上部742的排出口746排出。另外，在发电装置60B的下部以包围核聚变炉1的方式设置有隔热容器770。在该隔热容器770的盖771的上方前表面和上方后表面分别排列设置有4个热管730(合计8个)，与上述的热管730相邻地配置有引导板771s。由此，防止空气迂回，使得空气通过冷却扇731。需要说明的是，发电装置60B在使用核聚变炉1作为热源这一点也可以说相当于“温热器”。另外，热电模块750相当于“热电转换部”的一例。
在隔热容器770的下方设置有氘吸存箱780，在该氘吸存箱780中收容有氘吸存构件781。核聚变炉1和氘吸存箱780通过氘气导管32连接，当消耗氘时，氘吸存构件781喷出氘气，从而核聚变炉1内的氘气的分压保持稳定。
另外，热电模块750配置在核聚变炉1与电动扇740之间，隔着绝缘膜760设置在核聚变炉1的容器4的上表面。另外，在热电模块750的上表面隔着绝缘膜760共计贴附有8个热管730。需要说明的是，在图26中的单点划线的右侧部分描绘热管730的侧面，在图26中的单点划线的左侧部分用截面描绘热管730。在上述的热管730的底面设置有使金属细线交叉层叠而成的芯构件733，芯构件733浸渍于动作液中。由于存在该芯构件733，即使装置稍微倾斜，动作液也与热管730的整个底面接触，动作液在此气化。另外，当通过电动扇740的马达741使扇叶747转动时，空气从取入口745吸入并在冷却扇731之间经过，由此热管730的上部被冷却。已气化的动作液在该部位被冷却而液化，附着于热管730的内壁735，进而在从芯构件733的中央附近立起设置的线状的部分中传递并落下至热管730底面。
图27是发电装置60B中的核聚变炉1单体的俯视剖视图，示出图26中的M-M截面。氘气3进入核聚变炉1中的作为炉体的容器4，在容器4的内侧上表面贴附有作为金属发热体的镍板2。在镍板2的下表面以包于金箔内的状态贴附有9个作为离子束放射物质的镅20。另外，在镍板2的下表面侧固溶有6Li，通过向核聚变炉1注入氘气3，开始发热。
图28是发电装置60B中的热电模块750的立体图。热电模块750包括8对p型热电元件751和n型热电元件752，各个元件通过导体753、754串联连接。这样连接的元件的两端与用于向外部取出电力的导体755、756连接。
图29是发电装置60B的局部打开俯视图。在该图中的单点划线的下侧部分，省略电动扇740，打开地描绘电动扇740的下方的4个热管730。如该图所示，在热管730的上部，冷却扇731占据大半部分的容积，内壁735内的空间狭小。
以上说明的实施方式及实施例是为了容易理解本发明，并不用于限定解释本发明。实施方式及实施例所具备的各要素及其配置、材料、条件、形状及尺寸等并不限定于例示的情况，能够适当变更。另外，在不同的实施方式及实施例中示出的结构能够彼此部分置换或组合。而且，本发明也能够如下那样表示。
工业实用性
根据本发明的核聚变炉，能够实现如下的核聚变炉：不需要等离子磁场约束装置，不放出γ射线、中子束，另外，与以往的利用核裂变的原子炉不同，不担心能源枯竭，并且放射能少，易于控制且安全，小型到大型的炉都便宜。因此，本发明能够广泛应用于与能量源、热源、动力源、电力源及使用这些能源的装置、系统及方法等相关的工业上的各种领域。

Claims (16)

1.一种移动体，具备核聚变炉，并使用外燃机作为动力源或者使用发电装置作为电力源，所述外燃机使用该核聚变炉作为热源，所述发电装置使用该核聚变炉作为热源，
所述核聚变炉具备：
作为炉体的容器；
使收容于所述容器内的氘固溶的金属发热体；
收容于所述容器内并且能够使原子数比为0.005％～5％的氘固溶于所述金属发热体的量的氘气；及
向所述金属发热体照射离子束的机构。
2.根据权利要求1所述的移动体，其中，
所述金属发热体在被供给所述离子束的部分或整体固溶有原子数比为0.0005％～1％的锂。
3.根据权利要求2所述的移动体，其中，
所述金属发热体的使所述锂固溶的部分与所述氘气相面对，
在所述氘气中混入有放射所述离子束的物质。
4.根据权利要求2所述的移动体，其中，
具备安装有放射所述离子束的物质的设置台，
在载置有所述金属发热体的情况下，放射所述离子束的物质与使所述锂固溶的部分相邻。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的移动体，其中，
所述锂主要含有6Li。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的移动体，其中，
具备与所述金属发热体相邻并且含有被实施核转换的物质的金属。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的移动体，其中，
具备对所述金属发热体中的氘的固溶量进行调整的装置。
8.根据权利要求7所述的移动体，其中，
所述金属发热体是温度越高则平衡氘压越高的金属，
对所述氘的固溶量进行调整的装置将所述氘的固溶量调整为比所述金属发热体最活跃地发生核聚变的固溶量小的固溶量。
9.根据权利要求7所述的移动体，其中，
所述金属发热体是温度越高则平衡氘压越低的金属，
对所述氘的固溶量进行调整的装置将所述氘的固溶量调整为比所述金属发热体最活跃地发生核聚变的固溶量大的固溶量。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的移动体，其中，
所述金属发热体具有形成于该金属发热体的内部的连通气孔。
11.根据权利要求1～10中任一项所述的移动体，其中，
在所述氘气中混入有作为所述金属发热体的冷媒的氦气。
12.根据权利要求11所述的移动体，其中，
具备从所述氘气除去氦的装置。
13.一种移动体，沿着一冷却介质的流动方向，直列地配置有多个权利要求7的核聚变炉。
14.根据权利要求1～13中任一项所述的移动体，其中，
具备包括工作介质的高温部，
所述高温部中的工作介质被在所述核聚变炉中产生的热加热，从而产生动力。
15.根据权利要求1～13中任一项所述的移动体，其中，
作为所述发电装置，具备将在所述核聚变炉中产生的热转换为电力的热电转换部。
16.根据权利要求1～13中任一项所述的移动体，其中，
作为所述发电装置，具备将在所述核聚变炉中产生的热转换为动力的外燃机并且具备将该外燃机的动力转换为电力的发电机。
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