JP2003130978A - 核融合エネルギー供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】イオンビームの発生及び照射が金属蒸気の影響
を受けずに安定に、且つ溶融金属の飛散による損失を防
止することにある。 【解決手段】液体状の核融合原料物質、又はこの核融合
原料物質と核融合反応の触媒作用をもつ金属４が収容さ
れ、且つイオンビーム発生部に水素又は重水素が封入さ
れる密閉容器１と、この密閉容器の前記イオンビーム発
生部に配設された電極７と、この電極と液体状の核融合
原料物質、又はこの核融合原料物質と核融合反応の触媒
作用をもつ金属との間に電圧を印加する電源９と、前記
イオンビーム発生部と前記液体状の核融合原料物質、又
はこの核融合原料物質と核融合反応の触媒作用をもつ金
属との間に設けられ、前記イオンビームの照射により核
融合反応を誘発する際に前記イオンビームを発生する側
への金属蒸気の飛散を防止する隔壁１０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融金属リチウム
を核燃料および触媒溶剤とする核融合反応により得られ
る核融合エネルギーを供給する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から今日に至るまで、核融合反応の
実用に充分な高密度のイオン・電子プラズマは未だ実現
していないが、最近出願された特願2001-00156号「溶融
リチウム核融合反応生成方法及び核融合エネルギー供給
装置」、特願2001-177670「核融合発電方法および核融
合発電装置」、特願2001-216026「非熱核融合発電方法
および非熱核融合発電装置」によると、既存の手段によ
って高密度のイオン・電子プラズマの達成が可能であ
り、これを利用したエネルギー供給装置の構成例が紹介
されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような核
融合反応を実用化するにあたっては、イオンビームの利
用効率の低下を最小限に抑え、且つイオンビームのエネ
ルギー損失を極力少なくして効率の良いクリーンエネル
ギーを供給できることが要望されている。

【０００４】本発明はかかる要望に応えるためになされ
たもので、高密度のイオン・電子プラズマを発生させ、
且つ放射性廃棄物を排出しない環境にやさしいクリーン
エネルギーを効率よく供給することができる核融合エネ
ルギー供給装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、次のような手段により核融合エネルギー供
給装置を構成する。

【０００６】請求項１に対応する発明は、液体状の核融
合原料物質、又はこの核融合原料物質と核融合反応の触
媒作用をもつ金属が収容され、且つイオンビーム発生部
に水素又は重水素が封入される密閉容器と、この密閉容
器の前記イオンビーム発生部に配設された電極と、この
電極と液体状の核融合原料物質、又はこの核融合原料物
質と核融合反応の触媒作用をもつ金属との間に電圧を印
加する電源と、前記イオンビーム発生部と前記液体状の
核融合原料物質、又はこの核融合原料物質と核融合反応
の触媒作用をもつ金属との間に設けられ、前記イオンビ
ームの照射により核融合反応を誘発する際に前記イオン
ビームを発生する側への金属蒸気の飛散を防止する隔壁
とを備えたものである。

【０００７】上記構成の核融合エネルギー供給装置にお
いては、隔壁によりイオンビームを発生する側への金属
蒸気の飛散によるイオンビームの利用効率の低下を防止
することにより安定な核融合反応を維持可能である。

【０００８】また、請求項２に対応する発明は、請求項
１に対応する発明の核融合エネルギー供給装置におい
て、上記隔壁を密度の小さい金属箔と補強部材とを組み
合わせたものである。

【０００９】上記構成では、補強部材を用いない場合と
比較して隔膜の厚さを薄くする事が可能でかつ密度の小
さい金属を使うことで隔壁でのイオンビームのエネルギ
ー損失を低減することが可能であり、装置の効率を向上
させることができる。

【００１０】請求項３に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の核融合エネルギー供給装置において、上記
補強部材を多孔板で構成し、この補強部材の上方にイオ
ン引き出し孔を有するイオン引き出し電極を設け、且つ
多孔板の孔と引き出し電極の孔との位相を合わせたもの
である。

【００１１】上記構成では、イオンビームの引き出し部
分に合わせて隔壁を配置することができるため、隔壁の
補強材部分によるイオンビームのロスがなくなり、効率
が向上する。

【００１２】請求項４に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の核融合エネルギー供給装置において、上記
水素イオンビーム照射領域の溶融金属を搬送するための
駆動機構を設けたものである。

【００１３】上記構成では、ビーム照射領域の温度上昇
を抑えてかつ温度分布を均一化することが可能である。
また、熱の輸送を効率的に行なうことが可能である。

【００１４】請求項５に対応する発明は、請求項１に対
応する発明の核融合エネルギー供給装置において、上記
水素イオンビーム照射領域の溶融金属を攪拌するための
駆動機構を設けたものである。

【００１５】上記構成では、ビーム照射領域の温度上昇
を抑えてかつ温度分布を均一化することが可能である。
また、熱の輸送を効率的に行なうことが可能である。

【００１６】請求項６乃至請求項８に対応する発明は、
請求項１に対応する発明の核融合エネルギー供給装置に
おいて、ビーム照射領域の溶融金属を、装置上部よりカ
ーテン状に流して、装置中心部に配置した水素イオン源
から同軸状にイオンビームを発生させ、カーテン状の溶
融金属に照射するものである。

【００１７】上記構成にすることで、カーテン状の溶融
金属に均一に水素イオンビームを照射することが可能な
ため核融合反応による発熱分布も均一になり、さらにカ
ーテン状に溶融金属を流すことで熱の輸送が効率よくで
きるため核融合装置の大出力化が可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。

【００１９】図１は、本発明による核融合エネルギー供
給装置の第１の実施の形態を示す構成図である。

【００２０】図１において、１は密閉容器で、この密閉
容器１は上半部が絶縁材からなる反応槽２と下半部が陰
極を兼ね、且つ溶融リチウム４を収容するリチウム収容
槽３とから構成されている。

【００２１】上記反応槽２には水素、重水素補給口５が
設けられ、溶融リチウム収容槽３にはリチウム補給口６
が設けられている。

【００２２】また、反応槽２内のイオンビーム発生部８
に一対の陽極７が図示しない支持部材により支持されて
設けられ、これら陽極７と陰極を兼ねたリチウム収容槽
３との間には、容器外部の電源９が接続されている。

【００２３】さらに、密閉容器１内の反応槽２とリチウ
ム収容槽３との境界面に隔壁１０が設けられる。この隔
壁１０は、水素を通すが、リチウムは通さない薄い金属
材料で構成されている。

【００２４】このように構成された核融合エネルギー供
給装置において、隔壁１０を溶融リチウム４とイオン発
生部８との間に配置することにより、溶融リチウム４か
ら発生する金属蒸気がイオンビーム発生部側への飛散を
防止することができる。

【００２５】本実施の形態によれば、隔壁１０によりイ
オンビーム発生部８への金属蒸気の飛散を防止すること
が可能なので、イオンビーム発生が金属蒸気の影響を受
けずに安定にでき、かつ溶融リチウム４の飛散による損
失を防止することができる。

【００２６】図２は、本発明による核融合エネルギー供
給装置の第２の実施の形態における隔壁部分の構成を示
すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【００２７】図２（ａ），（ｂ）において、隔壁１０が
溶融リチウム４に密接して配置されている。なお、隔壁
１０は必ずしも溶融リチウム４に密接させて配置する必
要はなく、適宜の間隔を存して配置することも可能であ
る。

【００２８】上記隔壁１０としては、イオンビームのエ
ネルギーロスを少なくして通過させるために極力薄い金
属が望ましいが、単体では薄くすることが機械強度上問
題となる。

【００２９】そこで、本実施の形態では、図２に示すよ
うに多数の孔１３を有する補強部材１２を隔壁１０に重
ね合わせて設けるようにしたものである。

【００３０】このような構成とすることにより、薄く、
かつ強度のある隔壁が使用可能で、さらに密度の小さい
金属を使うことで隔壁でのイオンビームのエネルギー損
失を低減することが可能である。

【００３１】本実施の形態によれば、隔壁１０が薄くて
密度の小さい金属を使うことでイオンビームのエネルギ
ー損失を抑えることができるため、イオンビームのエネ
ルギー利用効率を高めることができ、しかも隔壁部での
エネルギーロスによる熱負荷を低減することが可能とな
り、エネルギー効率がよく、安定に核融合エネルギー供
給装置を運転することができる。

【００３２】なお、上記では多数の孔を有する補強部材
１２を一例として示したが、ハニカム形状や格子状の補
強部材を用いてもよい。

【００３３】図３は、本発明による核融合エネルギー供
給装置の第３の実施の形態における隔壁部分の構成を示
す断面図である。

【００３４】第３の実施の形態では、図３に示すように
隔壁１０に重ね合せて補強部材１２を設け、その上方に
イオン引き出し電極１４を配置する構成とするものであ
る。この場合、イオンビームの引き出し電極１４の孔と
補強部材１２の孔が、図３に矢印で示されたイオンビー
ムの進行方向に位相を合わせた状態で配置されている。

【００３５】ここで、上記隔壁１０は補強部材１２によ
り機械的強度が補強されることにより、隔壁１０として
第２の実施の形態で述べたように薄くて密度の小さい金
属を用いることができる。さらに、補強部材１２の孔は
イオンビームの引き出し電極からのビーム広がりを考慮
して、イオン引き出し電極１４の孔より大きくすること
もできる。

【００３６】本実施の形態によれば、イオン引き出し電
極１４の引き出し用孔と隔壁の補強部材１２の孔がイオ
ンビーム方向に位相がそろった配置になっているため、
引き出し電極１４から引き出されたイオンビームが補強
部材１２に衝突しないで隔壁１０に入射することが可能
となり、補強部材１２でのイオンビームの損失を低減す
ることができる。

【００３７】さらに、隔壁１０は補強部材１２を利用す
ることで薄く、かつ低密度の金属からなる隔壁１０にイ
オンビームを入射できるため、イオンビームの隔壁１０
でのエネルギー損失を低減することが可能となり、イオ
ンビームのエネルギー利用効率が高く、かつ隔壁１０の
エネルギー損失による熱負荷を低減させることができ、
安定に核融合エネルギー供給装置を運転することができ
る。

【００３８】図４は、本発明による核融合エネルギー供
給装置の第４の実施の形態を示す構成図で、図１と同一
部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは
異なる点について説明する。

【００３９】本実施の形態では、図４に示すように密閉
容器１の外部にリチウム収容槽３との間で溶融リチウム
４を循環させる駆動機構１５を配置し、この駆動機構１
５とリチウム収容槽３との間をリチウム取出口１６およ
びリチウム補給口６により接続する構成とするものであ
る。

【００４０】このような構成とすれば、リチウム収容層
３内の溶融リチウム４は、駆動機構１５との間で循環さ
れることで、熱輸送が効率的に行われる。

【００４１】本実施の形態によれば、密閉容器１の外部
に設置された駆動機構１５によりビーム照射領域の溶融
リチウム４を循環輸送され、ビーム照射領域の温度上昇
を抑えることが可能となる。従って、溶融リチム４のイ
オンビーム照射部からの熱輸送が効率的にできるため、
溶融リチウム４の温度の均一化を図ることができ、核融
合反応装置を安定に運転できる。

【００４２】図５は、本発明による核融合エネルギー供
給装置の第５の実施の形態を示す構成図で、図１と同一
部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは
異なる点について説明する。

【００４３】本実施の形態では、図５に示すように密閉
容器１のリチウム収容槽３内に駆動機構１５を配設し、
この駆動機構１５により溶融リチウム４を強制的に攪拌
可能な構成とするものである。この場合、駆動装置１５
にはリチウム取出し口１６とリチウム戻し口１７が溶融
リチウム中に水平方向に突出させて設けられる。また、
リチウム収容槽３の外周部には熱電素子１８が設けられ
ている。

【００４４】本実施の形態によれば、溶融リチウム駆動
機構１５により溶融リチウム４の攪拌が可能となるた
め、溶融リチウム４のイオンビーム照射部の温度と非照
射部の温度を均一にすることが可能となり、しかも陰極
を兼ねたリチウム収容槽３から熱電素子１８を通して効
率的に熱輸送ができるので、核融合反応装置を安定に運
転できる。

【００４５】なお、熱電素子１８の代わりに、他の熱除
去手段を用いることも可能である。

【００４６】次に本発明の第６乃至第８の実施の形態を
図６乃至図８を参照して説明する。

【００４７】図６は、核融合反応装置１の溶融リチウム
４および隔壁１０とイオンビーム発生部８の関係を模式
的に示す図である。

【００４８】溶融リチウム４は、イオンビーム発生部の
周囲を円筒のカーテン状に流れている。溶融リチウム４
の形状は、図７に示したように上下方向に径が連続的に
増加する末広がり形のカーテン状に流れるものであって
もよい。さらに、溶融リチウム４の形状は円筒状から楕
円形状にしてもよく、図８に示すように６角形のような
任意の多角形形状にすることもできる。図７は、上下方
向に径が連続的に増加する末広がりの形状としている
が、逆に上下方向に径が減少する配置もできる。

【００４９】図６および図７の模式図に、破線で溶融リ
チウム４の流れ方向を示す。さらに、図６および図７の
断面図に示したように円筒状の溶融リチウム４に対し
て、中心のイオンビーム発生部８で発生したイオンは矢
印で示したように同軸放射状に照射される。

【００５０】このようにすることで、溶融リチウムに対
して均一にイオンビーム照射が可能となる。

【００５１】本実施の形態によれば、溶融リチウムをカ
ーテン状に循環させて、かつイオンビームを中心から同
軸放射状に照射することが可能となるため、溶融リチウ
ム４の熱輸送効率が高くかつイオンビーム照射が均一に
行なわれるため大出力でしかも安定な核融合反応装置と
なる。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、イオ
ンビームの発生及び照射が金属蒸気の影響を受けずに安
定に、しかも溶融金属の飛散による損失を防止して、高
密度のイオン・電子プラズマを発生させ、且つ放射性廃
棄物を排出しない環境にやさしいクリーンエネルギーを
効率よく供給することができる核融合エネルギー供給装
置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による核融合エネルギー供給装置の第１
の実施の形態を示す構成図。

【図２】本発明による核融合エネルギー供給装置の第２
の実施の形態における隔壁部分の構成を示すもので、
（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図。

【図３】本発明による核融合エネルギー供給装置の第３
の実施の形態における隔壁部分の構成を示す断面図。

【図４】本発明による核融合エネルギー供給装置の第４
の実施の形態を示す構成図。

【図５】本発明による核融合エネルギー供給装置の第５
の実施の形態を示す構成図。

【図６】本発明の第６の実施の形態における溶融リチウ
ム形状およびイオンビーム発生部の概略図。

【図７】本発明の第７の実施の形態における溶融リチウ
ム形状およびイオンビーム発生部の概略図。

【図８】本発明の第８の実施の形態における溶融リチウ
ム形状およびイオンビーム発生部の概略図。

【符号の説明】

１：密閉容器 ２：反応槽 ３：陰極を兼ねたリチウム収容槽 ４：溶融リチウム ５：水素、重水素補給口 ６：リチウム補給口 ７：陽極 ８：イオンビーム発生部 ９：電源 １０：隔壁 １２：補強部材 １３：孔 １４：イオン引き出し電極 １５：駆動機構 １６：リチウム取出口 １７：リチウム戻し口 １８：熱電素子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鷹野 廣久 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 奥山 利久 神奈川県横浜市鶴見区末広町２丁目４番地 株式会社東芝京浜事業所内 (72)発明者 中山 光一 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体状の核融合原料物質、又はこの核融
   合原料物質と核融合反応の触媒作用をもつ金属が収容さ
   れ、且つイオンビーム発生部に水素又は重水素が封入さ
   れる密閉容器と、この密閉容器の前記イオンビーム発生
   部に配設された電極と、この電極と液体状の核融合原料
   物質、又はこの核融合原料物質と核融合反応の触媒作用
   をもつ金属との間に電圧を印加する電源と、前記イオン
   ビーム発生部と前記液体状の核融合原料物質、又はこの
   核融合原料物質と核融合反応の触媒作用をもつ金属との
   間に設けられ、前記イオンビームの照射により核融合反
   応を誘発する際に前記イオンビームを発生する側への金
   属蒸気の飛散を防止する隔壁とを備えたことを特徴とす
   る核融合エネルギー供給装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の核融合エネルギー供給装
   置において、上記隔壁を密度の小さい金属箔と補強部材
   とを組み合わせたことを特徴とする核融合エネルギー供
   給装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載の核融合エネルギー供給装
   置において、上記補強部材を多孔板で構成し、この補強
   部材の上方にイオン引き出し孔を有するイオン引き出し
   電極を設け、且つ多孔板の孔と引き出し電極との孔との
   位相を合わせたことを特徴とする核融合エネルギー供給
   装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の核融合エネルギー供給装
   置において、上記水素イオンビーム照射領域の溶融金属
   を搬送するための駆動機構を設けたことを特徴とする核
   融合エネルギー供給装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の核融合エネルギー供給装
   置において、上記水素イオンビーム照射領域の溶融金属
   を攪拌するための駆動機構を設けたことを特徴とする核
   融合エネルギー供給装置。
6. 【請求項６】 請求項１記載の核融合エネルギー供給装
   置において、上記水素イオンビーム照射領域の溶融金属
   を、装置上部より筒形のカーテン状にして流し、装置中
   心部に配置した水素イオン源から同軸状にイオンビーム
   を発生させカーテン状の溶融金属に照射することを特徴
   とする核融合エネルギー供給装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載の核融合エネルギー供給装
   置において、上記水素イオンビーム照射領域の溶融金属
   を、装置上部より筒形のカーテン状にして流す場合に、
   カーテンの形状を円筒形又は上下方向で径を変化させた
   ことを特徴とする核融合エネルギー供給装置。
8. 【請求項８】 請求項６記載の核融合エネルギー供給装
   置において、上記水素イオンビーム照射領域の溶融金属
   を、装置上部より筒形のカーテン状にして流す場合に、
   カーテンの形状を多角形状としたことを特徴とする核融
   合エネルギー供給装置。