JP2004507713A - 非平衡条件下での低温核融合 - Google Patents
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Abstract
低温核融合の生成方法および低温核融合を生成するための融合促進材料の製造方法が開示される。融合を生成させる方法は融合促進材料を選定すること、融合促進材料を同位体水素源で水素化すること、および融合促進材料において非平衡条件を樹立することを含む。融合を生成させる方法は融合促進材料を清浄化することを含む。さらに、融合を生成させる方法は、融合促進材料を熱処理することを含む。融合を生成させるための融合促進材料を製造する方法は融合促進材料を選定すること、および同位体水素源で融合促進材料を水素化することを含む。融合を生成させるための融合促進材料を製造する方法は融合促進材料を清浄化することを含む。さらに、融合を生成させるための融合促進材料を製造する方法は融合促進材料を熱処理することを含む。
Description
【0001】
発明の背景
発明の分野
本発明は融合エネルギーに関する。さらに詳しくは、本発明は低温核融合を生成させる方法、ならびに低温核融合を生成させるための融合促進材料の製造方法に関する。
【0002】
従来技術の説明
人類は多くのエネルギー源を使用する。油、石炭、天然ガス、水(水力発電)および核融合が主なこれらの源の中で含まれる。しかし、これらの源の大部分は、供給が限られ、一定の源の単位あたり比較的少量のエネルギーを生成し、または環境問題を生じさせる。このように、地球の人口およびエネルギー要求が劇的に上昇し続けるので、研究者はもっと豊富な、効率的なそして環境にやさしい源を探索し続けている。
【0003】
これらの要求は太陽の動力を供給する核融合のプロセスを研究者に考えさせた。第1に、核融合のための原料は我々の惑星に豊富にある。たとえば重水素は海水中に豊富である。第2に、原子の粒子および/または軽い核は他のいかなる既知のエネルギー源よりも実質的に一定量の材料についてもっと多くのエネルギーを生成する。最後に、核融合は環境に安全な方法として強い期待を保持する。これらの理由から、そして20世紀後半における主な技術的進歩にもとづいて、ここで多くの見識ある人々は、核融合は人類のエネルギー要求への長期の回答を与えうると期待する。
【0004】
しかし、現在は、核融合を生成し、抑制し、継続することは非常に当てにならないことを示す。巨額の金銭が商業的な融合エネルギー生成に向けられた50年を超える研究に投資されてきたが、現在これらの努力は商業的エネルギー使用には、はるかに不足する。研究者は熱核(thermonuclear)温度レベルで極端な条件を創出する試みに、この金銭と時間の大部分を向けてきた。これらの極端な条件は、巨大な技術的挑戦を示し、代わりに並はずれた資金投資を必要とする。成功の欠乏および資金的困難さは多くの熟練科学者および技術者にこのように研究の低減もしくは放棄をさせてきた。
【0005】
ある研究者たちは融合を生成するための代替法を研究した。これらの研究の最も公表されたものは、「重水」(”heavy water”)といわれる酸化重水素(D2O)を含む電気化学的電池を含んでいた。電気化学的電池の研究者はこの種の電池は過剰な熱を生成し、このような電池で生じた低温融合を示したと主張した。数多くの科学者が世界的にこれらの結果を再現しようと試みたが成功しなかった。肯定的な結果は科学者の社会により、なお繰り返し、もしくは証明されなければならない。その結果、核融合に向かって研究している世界中の圧倒的多数は電気化学的電池における核反応に関して主張された過剰な熱生成を捨て去った。
【0006】
しかし、融合反応の荷電(charged)粒子、中性子、ガンマ線およびエネルギー特性は低温融合(たとえばミュオン(muon)触媒なしに)を示すために代替法を提供する。
発明の要約
したがって、本発明は関連技術の制限および難点による多くの問題を実質的に除去する低温核融合を生成する方法に関する。本発明の特徴および利点は次の説明でその一部を説明され、そして一部はその説明から明らかであり、または本発明の実施により教示されうる。本発明の目的および他の利点は記載される説明およびその請求項ならびに添付図面で具体的に指摘される方法により実施され、そして得られる。
【0007】
これらの、および他の利点を達成するために、そして本発明の目的により、ここで具体的に幅広く説明されるように、融合の生成方法が提供される。本方法は融合促進材料を選定することを含む。本方法は融合促進材料を清浄化することを含む。清浄化は融合促進材料の水素化を促進するのが通常である。さらに本方法は融合促進材料を熱処理することを含みうる。通常、熱処理は融合促進材料の水素化を促進するであろう。さらに本方法は同位体水素源で融合促進材料を水素化することを含む。最終的に本方法は融合促進材料における非平衡条件を樹立することを含む。
【0008】
本発明のもう1つの態様において、融合を生成するための融合促進材料を製造する方法が提供される。本方法は融合促進材料を選定することを含む。さらに本方法は融合促進材料を清浄化することを含みうる。清浄化は融合促進材料の水素化を促進するのが通常である。最終的に、本方法は同位体水素源で融合促進材料を水素化することを含む。
【0009】
前述の一般的説明および次の詳細な説明は両方とも例示的で説明的であり、請求項記載の発明をさらに説明しようとするものである。
【0010】
添付の図面は本発明のさらなる理解を付与し、本明細書に組入れられ、その一部を構成する。これらの図面は本発明のいくつかの例を示し、そして説明とともに本発明の原理を説明するのに役立つ。
発明の詳細な説明
本発明の好適な態様について、添付の図面に広く例示されるように、ここで説明がなされる。
第1の態様
これらの、および他の利点を達成するために、そして本発明の目的により、ここで具体的に幅広く具体化されるように、本発明の例示的な態様は低温核融合を生成する方法である。
【0011】
ここで定義されるように、「融合」(”fusion”)という用語は軽い核が結合して比較的重い核を形成し、エネルギーを放出する核反応ならびに核子(nucleon)転移反応の両方を意味する。下の式(1)は核子転移反応の1例を与える。
【0012】
d+d→p(3.02MeV)+t(1.01MeV) (1)
この反応において、反応物は2つの重陽子(deutron)を含む(重陽子(「d」)は1つの陽子(「p」)および1つの中性子(「n」)を含む)。この反応の結果、中性子は1つの重陽子から他に転移され、1つの陽子および1つの三重陽子(トリトン)(トリトン(「t」)は1つの陽子および2つの中性子を含む)を生成するが、中間体である励起されたヘリウム−4核を必ずしも生成しない。
【0013】
ここで定義されるように、「低温核融合」(”cold nuclear fusion”)は熱核反応過程の温度より低い温度で生じる融合を意味する。平衡条件での低温融合反応物は100eVより小さい運動エネルギー(kinetic energies)を有するのが通常である。
【0014】
本方法は、融合促進材料を選定することを含む。ここで具体化されるように、融合促進材料が選定される。融合促進材料は金属、合金もしくは金属組成物を含みうる。融合促進材料はさらにリン酸重水素アンモニウム(ND4DPO4)、もしくは重水素で調製されたポルトランドセメントのような他の材料を含みうる。
【0015】
ここで定義されるように、「金属」(”metal”)という用語は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、イットリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金、亜鉛、カドミウム、水銀、アルミニウム、カリウム、インジウム、タリウム、炭素、ケイ素、スズ、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、セレン、テルル、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、トリウムおよびウランからなる群より選ばれる元素を意味する。ここで定義されるように、「合金」(”alloy”)という用語は固定された化学量論的な関係ではない多数の金属の組合わせを意味する。例はチタン662(アルミニウム約6wt%、バナジウム約6wt%、およびスズ約2wt%を有するチタン)、およびチタン64(アルミニウム6wt%および約バナジウム約4wt%を有するチタン)を含む。ここで定義されるように「金属化合物」(”metal compound)という用語は、固定された化学量論的な関係での1つより多い金属の組合わせを意味する。例はランタン3−ニッケル(La3Ni),ランタン−ニッケル5(LaNi5)、トリウム−コバルト(Th7Co3)、トリウム−鉄(Th7Fe3)、トリウム−マンガン(Th6Mn23)、トリウム−ニッケル(Th2Ni17)およびチタン−鉄(TiFe)を含む。ここで定義されるように「金属間化合物」(”intermetallic compound”)は固定された化学量論的関係の1つ以上の非金属との1つ以上の金属の組合わせを意味する。例はチタン酸バリウム(BaTiO3)および重水素化アルミニウムリチウム(LiAlD4)を含む。
【0016】
融合促進材料としてのチタンの選定はこの態様において最もよく融合を生成するようにみえる。
【0017】
ここで具体化され、図1に示されるように、融合促進材料は4つの実質的に長四角形の箔ストリップ10に形成されるのが好ましい。ここで定義されるように「箔ストリップ」(”foil strip”)という用語は薄いシートを意味する。各箔ストリップ10は対向する端部12および14、対向する側部16および18、前部20および後部22を有する。各箔ストリップ10は端部12から14まで約90mm、側部16から側部18まで約20mm、そして前部20から後部22まで厚さ約0.025mm〜0.25mmであるのが好適である。箔ストリップ10は実質的に平らであり、平滑な端部を有するべきである。
【0018】
孔24および26は貫通して、もしくはそうでなく各箔ストリップ10内に形成される。孔4および26は径が約3mmであるのが好ましい。孔24の中心は端部12から約10mmに位置し、側部16および18の間の略半分であるのが好適である。孔26の中心は端部14から約10mmに位置し側部16および18の間の略半分であるのが好適である。孔24および26は、粗い端部を避けるように、箔ストリップ10内に貫通して、もしくはそうでなく平滑に形成されることを確保するように留意されるべきである。
【0019】
ここで具体化され、図2に示されるように、融合促進材料はさらに5つの実質的に長四角形のタイバー28に形成されるのが好適である。ここで定義されるように、「タイバー」(”tie−bar”)という用語は薄いシートを意味する。あるいは、タイバー28はさらに、銅のような、電流を導くいかなる材料からも形成され得る。各タイバー28は対向する端部30および32、対向する側部34および36、前部38および後部40を有する。各タイバー28は、端部30から端部32が約41mm、側部34から側部36が約20mm、そして前部38から後部40が厚さ約0.025mm〜0.25mmであるのが好適である。タイバー28はさらに実質的に平らであり、平滑な端部を有するべきである。
【0020】
孔42および44は各タイバー28内に貫通して、もしくはそうでなく形成される。孔42および44は径が約3mmであるのが好適である。孔42の中心は端部30から約10mm、そして側部34および36の間の略半分に位置するのが好ましい。孔44の中心は端部32から約10mmで、側部34および36の間の略半分に位置するのが好ましい。孔42および44は、粗い端面を避けるために、タイバー28内に貫通して、もしくはそうではなく平滑に形成されることを確保するように留意されるべきである。
【0021】
さらに本方法は融合促進材料を清浄化することを含む。清浄化は融合促進材料の水素化を促進するのが通常である。ここで具体化されるように、融合促進材料の清浄化は一片の乾式−湿式研磨紙、サンドペーパーもしくは同等物で箔ストリップ10およびタイバー28を洗浄することにより達成される。研磨紙は100グリットの酸化アルミニウムの、耐水研磨紙もしくは同等物が好適であり、数多くの源から商業的に入手しうる。融合促進材料は洗浄中、脱イオン水および界面活性剤でぬらされるのが好ましく、ついで洗浄後に脱イオン水ですすがれる。界面活性剤は家事用の液体皿洗い界面活性剤もしくは同等物が好ましく、数多くの源から商業的に入手しうる。箔ストリップ10の前部20および後部22ならびにタイバー28の前部38および後部40は、洗浄領域が色が均一で、脱イオン水ですすぐと、水が洗浄領域にわたって滴を形成するよりもむしろシートにみえるまで、くりかえして洗浄およびすすがれるべきである。ついで、4つの箔ストリップ10および5つのタイバー28は布もしくは紙のタオル、または清浄な汚染物のない吸収材料上に置かれ、注意深く乾燥される。箔ストリップ10およびタイバー28の清浄化中および後に、箔ストリップ10およびタイバー28を扱う人は指の脂肪分もしくは汚染物の可能性を最小とするために、いつも実験用手袋(PVC型のような)を着用すべきであり、対向する端部12および14、または対向する側部16および18によりすべての箔ストリップ10を扱い、そして対向する端部30および32または対向する側部34および36によりすべてのタイバーを扱うべきである。
【0022】
清浄化された箔ストリップ10およびタイバー28は箔アレイ46を構成するように組立てられる。
【0023】
ここで具体化され、図3で示されるように、ファスナー48は杭垣(ピケフェンス)型(picket−fence−type)箔アレイ46にタイバー28および箔ストリップ10を結合する。タイバー28を箔ストリップ10に結合するために箔ストリップ10の孔24もしくは26はタイバー28の孔42もしくは44と提携される。ついでファスナー48は配列された孔により箔ストリップ10にタイバー28を締結する。ファスナー48はナットおよびボルト、基板付き爆発びょう(pop revet)、スポット溶接もしくは同等物のような、この分野で周知のいかなるファスナーでもありうる。ここで具体化されるように、電流のための通路は箔アレイ46を通って存在しなければならない。その結果、ファスナー48は好ましくは導電性であり、もし箔ストリップ10がそれぞれのタイバーと直接に接触しないならば電流を通さなければならない。箔ストリップ10は互に離れて間隔をあけられ、タイバー28およびファスナー48にのみ接続される。
【0024】
ここで具体化され、図3に示されるように、3つのタイバー28が端部30および32の両方の近くで箔ストリップ10に締結される。2つの他のタイバー28はただ1つの端部30もしくは32の近くで箔ストリップ10に締結され、1つの端部30もしくは32を有するこれらの2つの他のタイバー28を締結されないままにする。これらの2つの締結されていない端部30もしくは32は箔アレイ46への電気的接続として役立つ。
【0025】
本方法は、好適には重水素を含み同位体水素源で融合促進材料を水素化することを含む。ここで定義されるように、「同位体水素」(”isotopic hydrogen”)という用語は水素もしくはその同位体:水素−1、重水素もしくは三重水素の1つを意味する。ここで定義されるように、「水素化」(”hydriding)という用語は同位体が融合促進材料内に装入もしくは埋め込まれる方法をいう。融合促進材料は、もしそれが非平衡条件下で融合を支えるために十分な量の同位体水素をすでに含むならばさらに水素化を要求しない。重要なことには、トリチウムは放射性であり、そしてここでは説明されないが、多くは法律によって要求される広範な予防がこのような放射性材料を扱うときに観察されなければならない。
【0026】
ここで定義されるように、箔アレイ46は、側部からみられるときに実質的に平らにみえるように水平にされる。濃縮された重水素にもとづく酸を含む溶液の形態の同位体水素源は酸ブラシを用いて箔アレイ46における箔ストリップ10の上面に付着される。ここで定義されるように、「重水素にもとづく酸」(’deuterium−based acid”)という用語は1つ以上の水素核が1つ以上の重水素核により置換されていることを意味する。例は重水素−硫酸の変形(D2SO4もしくはHDSO4)、重水素−フッ酸(DF)、重水素−硝酸(DNO3)および重水素−酢酸の変形(CD3OH、CHD2OD、CH2DODもしくはCH3OD)を含む。この溶液は好ましくはD2SO4約25vol%および重水約75%vol%である。実験用手袋の使用は酸との接触による手の損傷に対する保護に重要である。さらに、典型的な実験室マスクが酸蒸気に対する保護のために着用されるべきであり、そして直接の領域はよく換気されるべきである。
【0027】
最小限60分間、融合促進材料を水素化した後に、余分な溶液は箔アレイ46における箔ストリップ10の上面から除去される。これは実験室用の溶媒のない清浄化用タオルもしくは同等物でふくことにより達成された後、それは多数の源から商業的に入手しうる。
【0028】
ここで具体化され、図4に示されるように、箔アレイ46は荷電検出器50に水平に置かれる。荷電粒子検出器50は下方の光電子増倍管52、ガラスシンチレーター54、下方のプラスチックシンチレーター56、エネルギー減衰器58、上方のプラスチックシンチレーター60、および上方の光電子増倍管62を含む。荷電粒子検出器50は測定および制御測定の間、光のもれない容器に収められているのが好ましい。ガラスシンチレーター54は、この分野で知られているように、宇宙線に対して区別するために下方の光電子増倍管52に接着される。接着剤は好ましくは光学的に透明なケイ素接着剤でもしくは同等物であり、数多くの源から商業的に入手しうる。真空はこの分野で知られているように、気泡を除去するために接着剤に加えられるのが好ましい。さらに、ガラスシンチレーター54は、この分野で知られているように圧力を用いて下方の光電子増倍管52に接着される。下方のプラスチックシンチレーター56は多数の源から商業的に入手しうる光学グリースもしくは同等物を用いてガラスシンチレーター54に、この分野で知られているように、付着されるのが好ましい。荷電粒子の相互作用により、下方のプラスチックシンチレーター56は光パルスを発生し、それは下方の光電子増倍管52により検出されうる。エネルギー減衰器58は好ましくは下方のプラスチックシンチレーター56に付着されない。エネルギー減衰器58は好ましくは1/4ミルのアルミ蒸着「マイラー」(Mylar)フィルムである。上方のプラスチックシンチレーター60は、多数の源から商業的に入手しうる光学グリースもしくは同等物を用いて上方の光電子増倍管62に、この分野で知られているように、付着されるのが好ましい。荷電粒子の相互作用により、上方のプラスチックシンチレーター60は光パルスを発生し、それは上方の光電子倍増管62により検出されうる。エネルギー減衰器58、箔アレイ46および上方のプラスチックシンチレーター60の間のキャップは最小にされるべきである。エネルギー減衰器58、上方のプラスチックシンチレーター60、または両方の箔アレイ46と接触しうる。
【0029】
荷電粒子検出器50有効径が少なくとも約125mmである実質的に円形の検出領域を有するのが好ましい。電気的な接続として作用する、箔アレイ36の2つの締結されていないタイバー端部30もしくは32は荷電粒子検出器50の検出領域の外側であるべきである。荷電粒子検出器50のすぐ近くで荷電粒子バックグラウンド強度を低下させることが重要である。これを達成するために、多数の源から商業的に入手しうる塩もしくは同等物のバッグがこの分野で知られているように、検出器の下に積重ねられるのが好適である。さらに、多数の源から商業的に入手しうるホウ砂もしくは同等物のボックスが、この分野で知られているように、検出器の全面のまわりに置かれるのが好ましい。ついで荷電粒子検出器50および関連エレクトロニクスは活性化される。
【0030】
荷電粒子検出器50の出力は、検出され、増幅され、ディジタル化され、そして解析されるのが好適である。検出、増幅、ディジタル化および解析はこの分野で知られている。荷電粒子検出器50の出力は、160μ秒のウィンドウを超える波形ディジタイダーを用いて100MHzでディジタル化されるのが好ましい。得られるディジタル化データは次の解析のためにコンピューターに記憶されうる。
【0031】
あるいは、荷電粒子検出器50および箔アレイ46は下方の光電子増倍管52、ガラスシンチレーター54、下方のプラスチックシンチレーター56およびエネルギー減衰器58のみを用いて配列されうる。
【0032】
荷電粒子バックグラウンドの強度を低下させた後に、制御実験は荷電粒子検出器50で実施される。これらの制御実験の目的は、検出器のすぐ近くで残存する荷電粒子バックグラウンドの強度を測定し、記録し、補償することである。この制御実験において、H2,H2OおよびH2SO4(すなわち、水素にもとづく酸)は、融合促進材料のための同位体水素源として、それぞれD2、D2OおよびD2SO4(すなわち水素にもとづく酸に対応する重水素にもとづく酸)の代わりに置換される。ついで記録されたバックグラウンドは、バックグラウンド補正測定を与えるために、そしてこの分野で知られているように出力値の統計的な意義を測定する過程で、実際の融合実験測定値から差引かれる。
【0033】
さらに、本方法は融合促進材料における非平衡条件を樹立することを含む。ここで定義されるように、「非平衡条件」(”non−equilibrium condition”)という用語は水素化の前、間もしくは後に融合促進材料の内部安定状態条件をひっくり返すことを意味する。非平衡条件は融合促進材料にエネルギーを供給することにより樹立されうる。このようにエネルギーは電流を融合促進材料に通すことにより、または融合促進材料に1つ以上の電場もしくは磁場、電磁波、レーザー放射、化学反応、機械的応力、加速粒子、温度変化、もしくは相変化、または同等物を加えることにより、供給される。ここで具体化されるように、非平衡条件は融合促進材料に電流を通すことにより樹立される。電気導線は電荷粒子検出器50の検出領域の外側で箔アレイ46の締結されていないタイバー端部に接続される。電気導線はこの分野で周知の方法により接続されうる。ここで具体化されるように、約3アンペアの直流が、適切な電力源を用いて電機導線により箔アレイ46に加えられる。荷電粒子検出器50が十分な感度を有するかぎり、荷電粒子検出器50は約12時間以内での融合によりバックグラウンドレベルを超える荷電粒子を検出すべきである。荷電粒子検出器50は最小で1時間につき5つの荷電粒子(源速度)感度を有するべきである。
【0034】
荷電粒子検出器50および関連エレクトロニクスは単位時間当りに検出された荷電粒子の数を示し、記録する。荷電粒子検出器50により検出されたこのような荷電粒子は、それらのエネルギーを測定し、そしてこの分野で知られているDelta−E/エネルギー望遠鏡もしくは同等装置のような、適切な検出設備により固定されうる。適切な検出設備により測定された荷電粒子は2つの重水素の溶融からの約3MeVの陽子を含み、次の反応に従って1つの陽子および1つのトリトンを生成する:
d+d→p(3.02MeV)+t(1.01MeV) (1)
上述のように、非平衡条件は融合促進材料に直流を通すことにより樹立されうる。もっと一般的には、非平衡条件は融合促進材料にエネルギーを供給することにより樹立されうる。このようなエネルギーは交流もしくは直流と交流の組合わせを融合促進材料に通すことにより、または融合促進材料に1つ以上の電場もしくは磁場、電磁波、レーザー放射、化学反応、機械的応力、加速粒子、温度変化、もしくは相変化、または同等物を加えることにより供給されうる。
【0035】
さらに本方法は融合促進材料の形態を選定することを含む。ここで具体化されるように、融合促進材料の形態は箔ストリップ10およびタイバー28、また配列、ボール、ブロック、セル、チップ、箔、格子、マトリックス、膜、メッシュ、焼結体、スポンジ、粉末、ワイア、もしくは他の同等な形態を含む。融合促進材料を選定することは選定された融合促進材料の形態を実質的に指示しうる。同様に融合促進材料の形態を選定することは選定された融合促進材料を指示しうる。
【0036】
さらに、本方法は融合促進材料を熱処理することを含む。熱処理は一般に融合促進材料の水素化を促進すべきである。ここで具体化されるように、融合促進材料は融合促進材料をその融点近くであるが、それより低い温度に加熱し、約30分間その温度を維持し、ついで約30分間以上にわたって外気温度まで融合促進材料を冷却することにより、熱処理されうる。もし融合促進材料が本質的に金属チタンからなるならば、融合促進材料は、少なくとも約750℃まで加熱し、少なくとも約30分間少なくとも約750℃の温度に維持され、ついで約30分間以上にわたって大気温度まで融合促進材料を冷却することにより熱処理されうる。融合促進材料をその融点温度に近すぎる温度に加熱しないように留意されるべきである。
【0037】
ここで具体化されるように、融合促進材料は少なくとも約1×10−7Torrの真空で熱処理されうる。このような熱処理および真空の組合わせは真空−アニール炉を必要とするのが通常である。あるいは、電流を融合促進材料に通すための電気的接続を有する真空チャンバーが、融合促進材料を熱処理するために使用されうる。この状況において、融合促進材料に電流を通すことは融合促進材料に加熱を生じさせる真空は、融合促進材料が外気温度に冷却されるまで維持されるべきである。
【0038】
熱処理炉もしくはチャンバーは不活性ガスを用いて金属蒸気および含有汚染物を清浄化されうる。ここで具体化されるように、アルゴンガスは対向する端部で炉もしくはチャンバーに導入され得、それにより真空は真空が約2×10−5Torrであるときに吸引される。このアルゴンガスは端部の方へ流れるのが通常であり、それにより真空が吸引され、「アルゴン風」(”argon wind”)を形成し、金属蒸気および他の含有汚染物を除去するのを助ける。
【0039】
ここで具体化されるように、熱処理された融合促進材料は実質的に残留応力がなく、全表面にわたって均一に明るい(bright)仕上げを有する。
【0040】
本発明のもう1つの態様において、融合を生成させるための融合促進材料の製造方法が提供される。本方法は融合促進材料を選定することを含む。本方法は融合促進材料を清浄化することを含みうる。清浄化は通常、融合促進材料の水素化を促進する。本方法は融合促進材料を熱処理することを含む。熱処理は融合促進材料の水素化を促進するのが通常である。さらに本方法は同位体水素源で融合促進材料を水素化することを含む。融合を生成させるために融合促進材料を製造する方法は実質的に上述のとおりである。
第2の態様
さらに、本発明の1つの代替的な態様は、融合促進材料を選定することを含む。ここで具体化されるように、融合促進材料が選定される。上述のように融合促進材料は金属、合金もしくは金属組成物を含みうる。融合促進材料はさらにリン酸重水素アンモニウム(ND4DPO4)、もしくは重水素で調製されたポルトランドセメントのような他の材料を含みうる。
【0041】
融合促進材料としてのチタンの選定はこの態様において最もよく融合を生成するようにみえる。
【0042】
ここで具体化され、図5に示されるように、融合促進材料は2つの実質的に長四角形の箔ストリップ66および68に形成されるのが好ましい。箔ストリップ66は対向する端部70および72、対向する側部74および76、前部78および後部80を有する。箔ストリップ66は端部70から72まで約300mm、側部74から側部76まで約20mm、そして前部78から後部80まで厚さ約0.25mmであるのが好適である。箔ストリップ68は対向する端部82および84、対向する側部86および88、前部90および後部92を有する。箔ストリップ68は端部82から84まで約350mm、側部86から88まで約20mm、そして前部90から後部92まで約0.25mmであるのが通常である。箔ストリップ66および68は実質的に平らであり、平滑な端部を有するべきである。
【0043】
孔94および96は貫通して、もしくはそうでなく箔ストリップ66内に形成され、孔98および100は貫通して、もしくはそうでなく箔ストリップ68内に形成される。孔94、96,98および100は径が約3mmであるのが好ましい。箔ストリップ66について、孔94の中心は端部70から約10mmに位置し、側部74および76の間の略半分であるのが好適である。孔96の中心は端部72から約10mmに位置し、側部74および76の間の略半分であるのが好適である。箔ストリップ68について、孔98の中心は端部82から約10mmに位置し、側部86および88の間の略半分であるのが好適である。孔100の中心は端部84から約10mmに位置し、側部86および88の間の略半分であるのが好適である。孔94、96,98および100は、粗い端部を避けるように、箔ストリップ66および68内に貫通して、もしくはそうでなく平滑に形成されることを確保するように留意されるべきである。
【0044】
さらに、本方法は融合促進材料を清浄化することを含む。清浄化は融合促進材料の水素化を促進するのが通常である。ここで具体化されるように、箔ストリップ66および68の清浄化は上述の融合促進材料を清浄化するのと同様な方法で達成される。
【0045】
ここで具体化され、図6に示されるように、箔ストリップ66および68は円筒形アセンブリー102の内側に置かれる。円筒管104は長さ約350mmおよび径約25mmであるのが好ましい。円筒形アセンブリー102はこの態様で特定される真空および圧力の両方に耐えることができなければならない。このような円筒形アセンブリーはこの分野で知られている。
【0046】
円筒形アセンブリーは円筒形104およびキャップ106を含む。キャップ106は頂部108、底部110、ガスアクセスポート112および4つの電気供給部114、116、118および120を含む。電気供給部116および118は電気供給部114および120よりもキャップ106の中心に近い。箔ストリップ66について、端部70は孔94を用いて供給部116に付着され、そして端部72は孔96を用いて供給部118に付着される。端部70および72はキャップ106の底部110でそれぞれ供給部116および118に付着される。箔ストリップ66はキャップ106の底部110からたれ下がるときU字形の形態をとる。
【0047】
箔ストリップ68について、端部82は孔98を用いて供給部114に付着され、端部84は孔100を用いて供給部120に付着される。端部82および84はキャップ106の底部110でそれぞれ供給部114および120に付着する。箔ストリップ68もキャップ106の底部からたれ下がるときU字形の形態をとる。その結果、箔ストリップ66および68は箔ストリップ68の内側に箔ストリップ66がある、同心U字形形態に配置される。
【0048】
ここで具体化されるように、箔ストリップ66および68の間の間隔は約3mmであるのが好ましく、そして箔ストリップ68および円筒形104の内壁の間隔は約3mmであるのが好ましい。数多くの源から商業的に入手しうるガラスウール122、好ましくはPyrex(登録商標)高温ガラスウール、のセグメントが箔ストリップ66および68の間およびまわりの絶縁に使用され、箔ストリップ66もしくは68セグメントと箔ストリップ66もしくは68の他のセグメント間、または箔ストリップ66もしくは68と円筒形104の間、の電気的接触を防止する。ガラスウール122のすべてのセグメントが図6に示されているわけではない。ついでキャップ106は円筒形104に付着され円筒形アセンブリー102を形成する。
【0049】
融合により生成される中性子は、関連エレクトロニクスを含む適切な中性子検出装置により検出されうる。ここで具体化され、図7に示されるように、円筒形アセンブリー102は中性子検出器124の中央ウェル134の内側に配置される。中性子検出器124、中央孔ウェル134、プラスチックシンチレーターコア126、ポリエチレンモデレーター128、16の比例計数管130、および光電子増倍管132を含む。
【0050】
円筒形アセンブリー102の円筒管104の物理的寸法は中央ウェル134に適合されるのが好ましい。中央ウェル134は深さ約500mmおよび内径約48mmを有するのが好ましい。中央ウェル134は深さ約500mmおよび内径約48mmを有する。
【0051】
約20アンペアの直流源の1端末は電気供給部114および116の両方に接続される。もう1つの端末は電気供給部118および120の両方に接続される。
【0052】
比例計数管のための充填ガスはヘリウム−3ガスを含む。ここで具体化されるように、数多くの測定が中性子検出器124のすぐ近くで粒子の強度および放射バックグラウンドを低下させるのになされる。これらの測定は比例計数管130のヘリウム−3ガスで箔ストリップ66および68における融合からは生じない粒子および放射による相互作用を低下させる。第1に、中性子検出器124は比例計数管130に到達する宇宙線を低下させるために地下トンネル内に収容されるのが好ましい。第2に、中性子検出器124は比例計数管130に到達する宇宙線をさらに低下させるためにプラスチックシンチレーターパネルより囲まれるのが好ましい。最後に、中性子検出器124は、多数の源から商業的に入手しうる塩もしくは同等物の多くのバッグにより、中性子検出器124の下に、そしてすべての面のまわりに積重ねて、さらに囲まれるのが好ましい。塩もしくは同等物のバッグは比例計数管130に到達するガンマ放射を低下させるのを助ける。
【0053】
粒子および放射バックグラウンドの強度を低下させた後に、制御実験は中性子検出器124で実施された。これらの制御実験の目的は中性子検出器124のすぐ近くで残存する粒子および放射バックグラウンドの強度を測定し、記録し、そして補償することである。制御実験において、H2およびH2Oは融合促進材料のための同位体水素源としてそれぞれD2およびD2Oに代わりに置換される。ついで、記録されたバックグラウンドは、この分野で知られているようにバックグラウンド補正測定値を与えるため、および出力値の統計的意義を決定する過程で、実際の融合実験測定値から引き去られる。
【0054】
融合は「高速中性子」(”fast neutron”)として知られる高エネルギーの中性子を生成する。円筒形アセンブリー102を出る高速中性子はプラスチックシンチレーターコア126に入る。プラスチックシンチレーターコア126における高速中性子の相互作用は反跳(recoil)陽子を発生する。プラスチックシンチレーターコア126における反跳陽子相互作用は光パルスを発生し、中性子検出器124の底部に中央ウェル134の内側に位置する光電子増倍管132により検出されうる。
【0055】
プラスチックシンチレーターコア126およびポリエチレンモデレーター128における高速中性子の相互作用は中性子の損失エネルギーをもたらし、比較的低いエネルギーの「熱」(”thermal”)中性子になる。これらの熱中性子の多くは比例計数管130に入り、そこでヘリウム−3核により捕えられ、比例計数管130内でパルスを生じる。円筒形アセンブリー102で生成される約2.45MeVの高速中性子を数えるこの態様において使用される中性子検出器124の全体的な効率は、約12%と高い。比例係数管130の数および物理的配置は光電子増倍管132および特に設計されたエレクトロニクスと組合わせて、にせの信号に対して区別し、採取される測定値の正確さと反復性を改良する。
【0056】
中性子検出器124に類似する適切な中性子検出装置についてのさらなる情報はH.O.Menlove & J.E.Swansen,A High Performance Neutron Time Correlation Counter,Nuclear Technology 71:497〜505,1985年11月、ならびにH.O.Menlove,Los Alamos National Laboratory Report LA−8939−MS(ISPO−142),8月(1981)に見出されうる。
【0057】
本方法は好ましくは重水素を含む同位体水素源で融合促進材料を水素化することを含む。ここで具体化されるように、円筒形アセンブリー102はガスアクセスポートにより約1×10−2Torrに排気されるが、電気供給部114、116、118および120により箔ストリップ66および68に約12アンペアの直流を加える。この第1のプロセスは箔ストリップ66および68を加熱し、ガス抜き(out−gassing)を生じさせる。約60分後に、円筒アセンブリー102はガスアクセスポート112によりガスで約5分間で約1気圧に加圧される。ガスは同位体水素源であるのが好ましく、もっと好ましくは研究用グレードの99.8%純度の重水素ガスのような高純度重水素(D2)ガスであり、数多くの源から商業的に入手しうる。ついで、円筒形アセンブリー102はガスアクセスポート112により約1×10−2Torrにふたたび排気される。約12アンペアの直流は全体に加えられたまま残存する。この第2プロセスは円筒形アセンブリー102から他のガスを実質的に流す。約60分後に、円筒形アセンブリー102は同位体水素源、好ましくは数多くの源から商業的に入手しうる約99.8%純度の研究用グレードの重水素ガスのような高純度重水素ガスで、ガスアクセスポート112により少なくとも約3気圧に加圧される。
【0058】
さらに、本方法は融合促進材料に非平衡条件を樹立することを含む。ここで具体化されるように、約12アンペアの直流が、電気供給部114,116,118および120により箔ストリップ66および68に平行に加えられる。中性子検出器124は、中性子検出器124が十分な感度を有する限り、約12時間内で融合によりバックグラウンドレベルを超える中性子を検出すべきである。中性子検出器124は1時間あたり最小5つの中性子(源速度)に感度を有するべきである。融合は次の反応により中性子を生成する:
d+d→n(2.45MeV)+3He(0.82MeV) (2)
好ましくは重水素を含む同位体水素で融合促進材料を水素化することは上述のように濃縮された重水素を含む酸溶液もしくは重水素ガスで、または重水素にもとづく酸のみ、重水のみ、電解充填(電流の影響下でD+イオンを含む電解質を有するような)、または加速器−ビーム注入(加速器からのD+イオンのビームを有するような)で達成されうる。十分な感度の実験装置は次の初期融合反応により荷電粒子、中性子、ガンマおよびエネルギーの検出を可能にすべきである。
【0059】
d+d→p(3.02MeV)+t(1.01MeV) (3)
d+d→n(2.45MeV)+3He(0.82MeV) (4)
d+d→4He(0.08MeV)+γ(23.77MeV) (5)
d+6Li→4He(11.2MeV)+4He(11.2MeV) (6)
d+7Li→24He+n+15.0MeV (7)
そして上述の初期融合反応の適切なシークエンシングにもとづいて、次のつづく融合反応によっても検出されるべきである:
p+d→3He+γ(5.4MeV) (8)
d+t→n(14.1MeV)+4He(3.5MeV) (9)
d+3He→p(14.7MeV)+4He(3.6MeV) (10)
t+t→2n+4He+11.3MeV (11)
t+3He→p+n+4He+12.1MeV (12)
4He(4.8MeV)+d(9.5MeV),
5He(2.4MeV)+p(11.9MeV)
p+6Li→4He(1.7MeV)+3He(2.3MeV) (13)
p+7Li→4He(8.65MeV)+4He(8.65MeV)(14)
p+11B→34He+8.7MeV (15)
n+6Li→4He(2.1Mev)+t(2.7MeV) (16)
上述のように、さらに本方法は融合促進材料の形態を選定することを含む。ここで具体化されるように、融合促進材料の形態は箔ストリップ66および68、もしくはアレイ、ボール、ブロック、セル、チップ、箔、格子、マトリックス、膜、メッシュ、焼結体、スポンジ、粉末、ワイアまたは他の同等な形態を含む。融合促進材料を選定することは選定された融合促進材料の形態を実質的に指示しうる。同様に、融合促進材料の形態を選定することは、選定された融合促進材料を実質的に指示しうる。
【0060】
さらに本方法は融合促進材料を熱処理することを含む。熱処理は一般に融合促進材料の水素化を促進するべきである。
【0061】
本発明のもう1つの態様において、融合を生成させるための融合促進材料の製造方法が提供される。本方法は融合促進材料を選定することを含む。さらに本方法は融合促進材料を清浄化することを含む。清浄化は融合促進材料の水素化を促進するのが通常である。さらに、本方法は融合促進材料を熱処理することを含みうる。熱処理は融合促進材料の水素化を促進するのが通常である。最後に、さらに本方法は同位体水素源で融合促進材料を水素化することを含む。融合を生成させるための融合促進材料の製造方法は実質的に上述のとおりである。
【0062】
融合反応はその反応生成物のなかに荷電および中性粒子の両方を放出する。これらの荷電および中性粒子のいくつかは実質的エネルギーで放出される。このようなエネルギーは、十分な強度で機械を動かし、または電気を生成するために引き出されうる。加えて、エネルギー粒子自体は使用するために適用されうる。
【0063】
その結果、融合を生成させるために、そして融合を生成させるための融合促進材料を製造するために開示される方法は多数の潜在的な利点を提供し、電力生成、食品保存、および商業的な加熱装置およびモーター、発電機、および浮遊、表面および水中用途のためのエンジンを含むが、これらに限定されない。融合から得られるエネルギー粒子も、正味のエネルギーが特定の用途で消費されても、充電用核にもとづく装置、保安および医療装置、および中性子断層撮影法のような多くの用途に直接に使用されうる。
【0064】
本発明の好適な態様についての上述の説明は、例示および説明のために示された。それらは徹底的なものではなく、開示された正確な形態に本発明を限定するものではない。修正、変更は上述の教示のもとづいて可能であり、または本発明の実施から得られうる。これらの態様は本発明の原理を説明するために説明されるものであり、そしてそれらの実際的な用途は当業者に、考えられる特定の用途に適合するように、種々の態様で、そして種々に変更して、本発明を利用することを可能にする。本発明の範囲は、請求項およびその均等物に規定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1態様による箔ストリップの正面図。
【図2】本発明の1態様によるタイバーの正面図。
【図3】本発明の1態様による箔アレイの正面図。
【図4】荷電粒子検出器における図3の箔アレイの略図。
【図5】本発明のもう1つの態様による箔ストリップの正面図。
【図6】円筒形アセンブリーにおける図5の2つの箔ストリップの斜視図。
【図7】中性子検出器における図6の円筒形アセンブリーの一部を切取った斜視図。
発明の背景
発明の分野
本発明は融合エネルギーに関する。さらに詳しくは、本発明は低温核融合を生成させる方法、ならびに低温核融合を生成させるための融合促進材料の製造方法に関する。
【0002】
従来技術の説明
人類は多くのエネルギー源を使用する。油、石炭、天然ガス、水(水力発電)および核融合が主なこれらの源の中で含まれる。しかし、これらの源の大部分は、供給が限られ、一定の源の単位あたり比較的少量のエネルギーを生成し、または環境問題を生じさせる。このように、地球の人口およびエネルギー要求が劇的に上昇し続けるので、研究者はもっと豊富な、効率的なそして環境にやさしい源を探索し続けている。
【0003】
これらの要求は太陽の動力を供給する核融合のプロセスを研究者に考えさせた。第1に、核融合のための原料は我々の惑星に豊富にある。たとえば重水素は海水中に豊富である。第2に、原子の粒子および/または軽い核は他のいかなる既知のエネルギー源よりも実質的に一定量の材料についてもっと多くのエネルギーを生成する。最後に、核融合は環境に安全な方法として強い期待を保持する。これらの理由から、そして20世紀後半における主な技術的進歩にもとづいて、ここで多くの見識ある人々は、核融合は人類のエネルギー要求への長期の回答を与えうると期待する。
【0004】
しかし、現在は、核融合を生成し、抑制し、継続することは非常に当てにならないことを示す。巨額の金銭が商業的な融合エネルギー生成に向けられた50年を超える研究に投資されてきたが、現在これらの努力は商業的エネルギー使用には、はるかに不足する。研究者は熱核(thermonuclear)温度レベルで極端な条件を創出する試みに、この金銭と時間の大部分を向けてきた。これらの極端な条件は、巨大な技術的挑戦を示し、代わりに並はずれた資金投資を必要とする。成功の欠乏および資金的困難さは多くの熟練科学者および技術者にこのように研究の低減もしくは放棄をさせてきた。
【0005】
ある研究者たちは融合を生成するための代替法を研究した。これらの研究の最も公表されたものは、「重水」(”heavy water”)といわれる酸化重水素(D2O)を含む電気化学的電池を含んでいた。電気化学的電池の研究者はこの種の電池は過剰な熱を生成し、このような電池で生じた低温融合を示したと主張した。数多くの科学者が世界的にこれらの結果を再現しようと試みたが成功しなかった。肯定的な結果は科学者の社会により、なお繰り返し、もしくは証明されなければならない。その結果、核融合に向かって研究している世界中の圧倒的多数は電気化学的電池における核反応に関して主張された過剰な熱生成を捨て去った。
【0006】
しかし、融合反応の荷電(charged)粒子、中性子、ガンマ線およびエネルギー特性は低温融合(たとえばミュオン(muon)触媒なしに)を示すために代替法を提供する。
発明の要約
したがって、本発明は関連技術の制限および難点による多くの問題を実質的に除去する低温核融合を生成する方法に関する。本発明の特徴および利点は次の説明でその一部を説明され、そして一部はその説明から明らかであり、または本発明の実施により教示されうる。本発明の目的および他の利点は記載される説明およびその請求項ならびに添付図面で具体的に指摘される方法により実施され、そして得られる。
【0007】
これらの、および他の利点を達成するために、そして本発明の目的により、ここで具体的に幅広く説明されるように、融合の生成方法が提供される。本方法は融合促進材料を選定することを含む。本方法は融合促進材料を清浄化することを含む。清浄化は融合促進材料の水素化を促進するのが通常である。さらに本方法は融合促進材料を熱処理することを含みうる。通常、熱処理は融合促進材料の水素化を促進するであろう。さらに本方法は同位体水素源で融合促進材料を水素化することを含む。最終的に本方法は融合促進材料における非平衡条件を樹立することを含む。
【0008】
本発明のもう1つの態様において、融合を生成するための融合促進材料を製造する方法が提供される。本方法は融合促進材料を選定することを含む。さらに本方法は融合促進材料を清浄化することを含みうる。清浄化は融合促進材料の水素化を促進するのが通常である。最終的に、本方法は同位体水素源で融合促進材料を水素化することを含む。
【0009】
前述の一般的説明および次の詳細な説明は両方とも例示的で説明的であり、請求項記載の発明をさらに説明しようとするものである。
【0010】
添付の図面は本発明のさらなる理解を付与し、本明細書に組入れられ、その一部を構成する。これらの図面は本発明のいくつかの例を示し、そして説明とともに本発明の原理を説明するのに役立つ。
発明の詳細な説明
本発明の好適な態様について、添付の図面に広く例示されるように、ここで説明がなされる。
第1の態様
これらの、および他の利点を達成するために、そして本発明の目的により、ここで具体的に幅広く具体化されるように、本発明の例示的な態様は低温核融合を生成する方法である。
【0011】
ここで定義されるように、「融合」(”fusion”)という用語は軽い核が結合して比較的重い核を形成し、エネルギーを放出する核反応ならびに核子(nucleon)転移反応の両方を意味する。下の式(1)は核子転移反応の1例を与える。
【0012】
d+d→p(3.02MeV)+t(1.01MeV) (1)
この反応において、反応物は2つの重陽子(deutron)を含む(重陽子(「d」)は1つの陽子(「p」)および1つの中性子(「n」)を含む)。この反応の結果、中性子は1つの重陽子から他に転移され、1つの陽子および1つの三重陽子(トリトン)(トリトン(「t」)は1つの陽子および2つの中性子を含む)を生成するが、中間体である励起されたヘリウム−4核を必ずしも生成しない。
【0013】
ここで定義されるように、「低温核融合」(”cold nuclear fusion”)は熱核反応過程の温度より低い温度で生じる融合を意味する。平衡条件での低温融合反応物は100eVより小さい運動エネルギー(kinetic energies)を有するのが通常である。
【0014】
本方法は、融合促進材料を選定することを含む。ここで具体化されるように、融合促進材料が選定される。融合促進材料は金属、合金もしくは金属組成物を含みうる。融合促進材料はさらにリン酸重水素アンモニウム(ND4DPO4)、もしくは重水素で調製されたポルトランドセメントのような他の材料を含みうる。
【0015】
ここで定義されるように、「金属」(”metal”)という用語は、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、スカンジウム、イットリウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、モリブデン、タングステン、マンガン、レニウム、鉄、ルテニウム、オスミウム、コバルト、ロジウム、イリジウム、ニッケル、パラジウム、白金、銅、銀、金、亜鉛、カドミウム、水銀、アルミニウム、カリウム、インジウム、タリウム、炭素、ケイ素、スズ、鉛、ヒ素、アンチモン、ビスマス、セレン、テルル、ランタン、セリウム、プラセオジム、ネオジム、サマリウム、ユーロピウム、ガドリニウム、テルビウム、ジスプロシウム、ホルミウム、エルビウム、ツリウム、イッテルビウム、ルテチウム、トリウムおよびウランからなる群より選ばれる元素を意味する。ここで定義されるように、「合金」(”alloy”)という用語は固定された化学量論的な関係ではない多数の金属の組合わせを意味する。例はチタン662(アルミニウム約6wt%、バナジウム約6wt%、およびスズ約2wt%を有するチタン)、およびチタン64(アルミニウム6wt%および約バナジウム約4wt%を有するチタン)を含む。ここで定義されるように「金属化合物」(”metal compound)という用語は、固定された化学量論的な関係での1つより多い金属の組合わせを意味する。例はランタン3−ニッケル(La3Ni),ランタン−ニッケル5(LaNi5)、トリウム−コバルト(Th7Co3)、トリウム−鉄(Th7Fe3)、トリウム−マンガン(Th6Mn23)、トリウム−ニッケル(Th2Ni17)およびチタン−鉄(TiFe)を含む。ここで定義されるように「金属間化合物」(”intermetallic compound”)は固定された化学量論的関係の1つ以上の非金属との1つ以上の金属の組合わせを意味する。例はチタン酸バリウム(BaTiO3)および重水素化アルミニウムリチウム(LiAlD4)を含む。
【0016】
融合促進材料としてのチタンの選定はこの態様において最もよく融合を生成するようにみえる。
【0017】
ここで具体化され、図1に示されるように、融合促進材料は4つの実質的に長四角形の箔ストリップ10に形成されるのが好ましい。ここで定義されるように「箔ストリップ」(”foil strip”)という用語は薄いシートを意味する。各箔ストリップ10は対向する端部12および14、対向する側部16および18、前部20および後部22を有する。各箔ストリップ10は端部12から14まで約90mm、側部16から側部18まで約20mm、そして前部20から後部22まで厚さ約0.025mm〜0.25mmであるのが好適である。箔ストリップ10は実質的に平らであり、平滑な端部を有するべきである。
【0018】
孔24および26は貫通して、もしくはそうでなく各箔ストリップ10内に形成される。孔4および26は径が約3mmであるのが好ましい。孔24の中心は端部12から約10mmに位置し、側部16および18の間の略半分であるのが好適である。孔26の中心は端部14から約10mmに位置し側部16および18の間の略半分であるのが好適である。孔24および26は、粗い端部を避けるように、箔ストリップ10内に貫通して、もしくはそうでなく平滑に形成されることを確保するように留意されるべきである。
【0019】
ここで具体化され、図2に示されるように、融合促進材料はさらに5つの実質的に長四角形のタイバー28に形成されるのが好適である。ここで定義されるように、「タイバー」(”tie−bar”)という用語は薄いシートを意味する。あるいは、タイバー28はさらに、銅のような、電流を導くいかなる材料からも形成され得る。各タイバー28は対向する端部30および32、対向する側部34および36、前部38および後部40を有する。各タイバー28は、端部30から端部32が約41mm、側部34から側部36が約20mm、そして前部38から後部40が厚さ約0.025mm〜0.25mmであるのが好適である。タイバー28はさらに実質的に平らであり、平滑な端部を有するべきである。
【0020】
孔42および44は各タイバー28内に貫通して、もしくはそうでなく形成される。孔42および44は径が約3mmであるのが好適である。孔42の中心は端部30から約10mm、そして側部34および36の間の略半分に位置するのが好ましい。孔44の中心は端部32から約10mmで、側部34および36の間の略半分に位置するのが好ましい。孔42および44は、粗い端面を避けるために、タイバー28内に貫通して、もしくはそうではなく平滑に形成されることを確保するように留意されるべきである。
【0021】
さらに本方法は融合促進材料を清浄化することを含む。清浄化は融合促進材料の水素化を促進するのが通常である。ここで具体化されるように、融合促進材料の清浄化は一片の乾式−湿式研磨紙、サンドペーパーもしくは同等物で箔ストリップ10およびタイバー28を洗浄することにより達成される。研磨紙は100グリットの酸化アルミニウムの、耐水研磨紙もしくは同等物が好適であり、数多くの源から商業的に入手しうる。融合促進材料は洗浄中、脱イオン水および界面活性剤でぬらされるのが好ましく、ついで洗浄後に脱イオン水ですすがれる。界面活性剤は家事用の液体皿洗い界面活性剤もしくは同等物が好ましく、数多くの源から商業的に入手しうる。箔ストリップ10の前部20および後部22ならびにタイバー28の前部38および後部40は、洗浄領域が色が均一で、脱イオン水ですすぐと、水が洗浄領域にわたって滴を形成するよりもむしろシートにみえるまで、くりかえして洗浄およびすすがれるべきである。ついで、4つの箔ストリップ10および5つのタイバー28は布もしくは紙のタオル、または清浄な汚染物のない吸収材料上に置かれ、注意深く乾燥される。箔ストリップ10およびタイバー28の清浄化中および後に、箔ストリップ10およびタイバー28を扱う人は指の脂肪分もしくは汚染物の可能性を最小とするために、いつも実験用手袋(PVC型のような)を着用すべきであり、対向する端部12および14、または対向する側部16および18によりすべての箔ストリップ10を扱い、そして対向する端部30および32または対向する側部34および36によりすべてのタイバーを扱うべきである。
【0022】
清浄化された箔ストリップ10およびタイバー28は箔アレイ46を構成するように組立てられる。
【0023】
ここで具体化され、図3で示されるように、ファスナー48は杭垣(ピケフェンス)型(picket−fence−type)箔アレイ46にタイバー28および箔ストリップ10を結合する。タイバー28を箔ストリップ10に結合するために箔ストリップ10の孔24もしくは26はタイバー28の孔42もしくは44と提携される。ついでファスナー48は配列された孔により箔ストリップ10にタイバー28を締結する。ファスナー48はナットおよびボルト、基板付き爆発びょう(pop revet)、スポット溶接もしくは同等物のような、この分野で周知のいかなるファスナーでもありうる。ここで具体化されるように、電流のための通路は箔アレイ46を通って存在しなければならない。その結果、ファスナー48は好ましくは導電性であり、もし箔ストリップ10がそれぞれのタイバーと直接に接触しないならば電流を通さなければならない。箔ストリップ10は互に離れて間隔をあけられ、タイバー28およびファスナー48にのみ接続される。
【0024】
ここで具体化され、図3に示されるように、3つのタイバー28が端部30および32の両方の近くで箔ストリップ10に締結される。2つの他のタイバー28はただ1つの端部30もしくは32の近くで箔ストリップ10に締結され、1つの端部30もしくは32を有するこれらの2つの他のタイバー28を締結されないままにする。これらの2つの締結されていない端部30もしくは32は箔アレイ46への電気的接続として役立つ。
【0025】
本方法は、好適には重水素を含み同位体水素源で融合促進材料を水素化することを含む。ここで定義されるように、「同位体水素」(”isotopic hydrogen”)という用語は水素もしくはその同位体:水素−1、重水素もしくは三重水素の1つを意味する。ここで定義されるように、「水素化」(”hydriding)という用語は同位体が融合促進材料内に装入もしくは埋め込まれる方法をいう。融合促進材料は、もしそれが非平衡条件下で融合を支えるために十分な量の同位体水素をすでに含むならばさらに水素化を要求しない。重要なことには、トリチウムは放射性であり、そしてここでは説明されないが、多くは法律によって要求される広範な予防がこのような放射性材料を扱うときに観察されなければならない。
【0026】
ここで定義されるように、箔アレイ46は、側部からみられるときに実質的に平らにみえるように水平にされる。濃縮された重水素にもとづく酸を含む溶液の形態の同位体水素源は酸ブラシを用いて箔アレイ46における箔ストリップ10の上面に付着される。ここで定義されるように、「重水素にもとづく酸」(’deuterium−based acid”)という用語は1つ以上の水素核が1つ以上の重水素核により置換されていることを意味する。例は重水素−硫酸の変形(D2SO4もしくはHDSO4)、重水素−フッ酸(DF)、重水素−硝酸(DNO3)および重水素−酢酸の変形(CD3OH、CHD2OD、CH2DODもしくはCH3OD)を含む。この溶液は好ましくはD2SO4約25vol%および重水約75%vol%である。実験用手袋の使用は酸との接触による手の損傷に対する保護に重要である。さらに、典型的な実験室マスクが酸蒸気に対する保護のために着用されるべきであり、そして直接の領域はよく換気されるべきである。
【0027】
最小限60分間、融合促進材料を水素化した後に、余分な溶液は箔アレイ46における箔ストリップ10の上面から除去される。これは実験室用の溶媒のない清浄化用タオルもしくは同等物でふくことにより達成された後、それは多数の源から商業的に入手しうる。
【0028】
ここで具体化され、図4に示されるように、箔アレイ46は荷電検出器50に水平に置かれる。荷電粒子検出器50は下方の光電子増倍管52、ガラスシンチレーター54、下方のプラスチックシンチレーター56、エネルギー減衰器58、上方のプラスチックシンチレーター60、および上方の光電子増倍管62を含む。荷電粒子検出器50は測定および制御測定の間、光のもれない容器に収められているのが好ましい。ガラスシンチレーター54は、この分野で知られているように、宇宙線に対して区別するために下方の光電子増倍管52に接着される。接着剤は好ましくは光学的に透明なケイ素接着剤でもしくは同等物であり、数多くの源から商業的に入手しうる。真空はこの分野で知られているように、気泡を除去するために接着剤に加えられるのが好ましい。さらに、ガラスシンチレーター54は、この分野で知られているように圧力を用いて下方の光電子増倍管52に接着される。下方のプラスチックシンチレーター56は多数の源から商業的に入手しうる光学グリースもしくは同等物を用いてガラスシンチレーター54に、この分野で知られているように、付着されるのが好ましい。荷電粒子の相互作用により、下方のプラスチックシンチレーター56は光パルスを発生し、それは下方の光電子増倍管52により検出されうる。エネルギー減衰器58は好ましくは下方のプラスチックシンチレーター56に付着されない。エネルギー減衰器58は好ましくは1/4ミルのアルミ蒸着「マイラー」(Mylar)フィルムである。上方のプラスチックシンチレーター60は、多数の源から商業的に入手しうる光学グリースもしくは同等物を用いて上方の光電子増倍管62に、この分野で知られているように、付着されるのが好ましい。荷電粒子の相互作用により、上方のプラスチックシンチレーター60は光パルスを発生し、それは上方の光電子倍増管62により検出されうる。エネルギー減衰器58、箔アレイ46および上方のプラスチックシンチレーター60の間のキャップは最小にされるべきである。エネルギー減衰器58、上方のプラスチックシンチレーター60、または両方の箔アレイ46と接触しうる。
【0029】
荷電粒子検出器50有効径が少なくとも約125mmである実質的に円形の検出領域を有するのが好ましい。電気的な接続として作用する、箔アレイ36の2つの締結されていないタイバー端部30もしくは32は荷電粒子検出器50の検出領域の外側であるべきである。荷電粒子検出器50のすぐ近くで荷電粒子バックグラウンド強度を低下させることが重要である。これを達成するために、多数の源から商業的に入手しうる塩もしくは同等物のバッグがこの分野で知られているように、検出器の下に積重ねられるのが好適である。さらに、多数の源から商業的に入手しうるホウ砂もしくは同等物のボックスが、この分野で知られているように、検出器の全面のまわりに置かれるのが好ましい。ついで荷電粒子検出器50および関連エレクトロニクスは活性化される。
【0030】
荷電粒子検出器50の出力は、検出され、増幅され、ディジタル化され、そして解析されるのが好適である。検出、増幅、ディジタル化および解析はこの分野で知られている。荷電粒子検出器50の出力は、160μ秒のウィンドウを超える波形ディジタイダーを用いて100MHzでディジタル化されるのが好ましい。得られるディジタル化データは次の解析のためにコンピューターに記憶されうる。
【0031】
あるいは、荷電粒子検出器50および箔アレイ46は下方の光電子増倍管52、ガラスシンチレーター54、下方のプラスチックシンチレーター56およびエネルギー減衰器58のみを用いて配列されうる。
【0032】
荷電粒子バックグラウンドの強度を低下させた後に、制御実験は荷電粒子検出器50で実施される。これらの制御実験の目的は、検出器のすぐ近くで残存する荷電粒子バックグラウンドの強度を測定し、記録し、補償することである。この制御実験において、H2,H2OおよびH2SO4(すなわち、水素にもとづく酸)は、融合促進材料のための同位体水素源として、それぞれD2、D2OおよびD2SO4(すなわち水素にもとづく酸に対応する重水素にもとづく酸)の代わりに置換される。ついで記録されたバックグラウンドは、バックグラウンド補正測定を与えるために、そしてこの分野で知られているように出力値の統計的な意義を測定する過程で、実際の融合実験測定値から差引かれる。
【0033】
さらに、本方法は融合促進材料における非平衡条件を樹立することを含む。ここで定義されるように、「非平衡条件」(”non−equilibrium condition”)という用語は水素化の前、間もしくは後に融合促進材料の内部安定状態条件をひっくり返すことを意味する。非平衡条件は融合促進材料にエネルギーを供給することにより樹立されうる。このようにエネルギーは電流を融合促進材料に通すことにより、または融合促進材料に1つ以上の電場もしくは磁場、電磁波、レーザー放射、化学反応、機械的応力、加速粒子、温度変化、もしくは相変化、または同等物を加えることにより、供給される。ここで具体化されるように、非平衡条件は融合促進材料に電流を通すことにより樹立される。電気導線は電荷粒子検出器50の検出領域の外側で箔アレイ46の締結されていないタイバー端部に接続される。電気導線はこの分野で周知の方法により接続されうる。ここで具体化されるように、約3アンペアの直流が、適切な電力源を用いて電機導線により箔アレイ46に加えられる。荷電粒子検出器50が十分な感度を有するかぎり、荷電粒子検出器50は約12時間以内での融合によりバックグラウンドレベルを超える荷電粒子を検出すべきである。荷電粒子検出器50は最小で1時間につき5つの荷電粒子(源速度)感度を有するべきである。
【0034】
荷電粒子検出器50および関連エレクトロニクスは単位時間当りに検出された荷電粒子の数を示し、記録する。荷電粒子検出器50により検出されたこのような荷電粒子は、それらのエネルギーを測定し、そしてこの分野で知られているDelta−E/エネルギー望遠鏡もしくは同等装置のような、適切な検出設備により固定されうる。適切な検出設備により測定された荷電粒子は2つの重水素の溶融からの約3MeVの陽子を含み、次の反応に従って1つの陽子および1つのトリトンを生成する:
d+d→p(3.02MeV)+t(1.01MeV) (1)
上述のように、非平衡条件は融合促進材料に直流を通すことにより樹立されうる。もっと一般的には、非平衡条件は融合促進材料にエネルギーを供給することにより樹立されうる。このようなエネルギーは交流もしくは直流と交流の組合わせを融合促進材料に通すことにより、または融合促進材料に1つ以上の電場もしくは磁場、電磁波、レーザー放射、化学反応、機械的応力、加速粒子、温度変化、もしくは相変化、または同等物を加えることにより供給されうる。
【0035】
さらに本方法は融合促進材料の形態を選定することを含む。ここで具体化されるように、融合促進材料の形態は箔ストリップ10およびタイバー28、また配列、ボール、ブロック、セル、チップ、箔、格子、マトリックス、膜、メッシュ、焼結体、スポンジ、粉末、ワイア、もしくは他の同等な形態を含む。融合促進材料を選定することは選定された融合促進材料の形態を実質的に指示しうる。同様に融合促進材料の形態を選定することは選定された融合促進材料を指示しうる。
【0036】
さらに、本方法は融合促進材料を熱処理することを含む。熱処理は一般に融合促進材料の水素化を促進すべきである。ここで具体化されるように、融合促進材料は融合促進材料をその融点近くであるが、それより低い温度に加熱し、約30分間その温度を維持し、ついで約30分間以上にわたって外気温度まで融合促進材料を冷却することにより、熱処理されうる。もし融合促進材料が本質的に金属チタンからなるならば、融合促進材料は、少なくとも約750℃まで加熱し、少なくとも約30分間少なくとも約750℃の温度に維持され、ついで約30分間以上にわたって大気温度まで融合促進材料を冷却することにより熱処理されうる。融合促進材料をその融点温度に近すぎる温度に加熱しないように留意されるべきである。
【0037】
ここで具体化されるように、融合促進材料は少なくとも約1×10−7Torrの真空で熱処理されうる。このような熱処理および真空の組合わせは真空−アニール炉を必要とするのが通常である。あるいは、電流を融合促進材料に通すための電気的接続を有する真空チャンバーが、融合促進材料を熱処理するために使用されうる。この状況において、融合促進材料に電流を通すことは融合促進材料に加熱を生じさせる真空は、融合促進材料が外気温度に冷却されるまで維持されるべきである。
【0038】
熱処理炉もしくはチャンバーは不活性ガスを用いて金属蒸気および含有汚染物を清浄化されうる。ここで具体化されるように、アルゴンガスは対向する端部で炉もしくはチャンバーに導入され得、それにより真空は真空が約2×10−5Torrであるときに吸引される。このアルゴンガスは端部の方へ流れるのが通常であり、それにより真空が吸引され、「アルゴン風」(”argon wind”)を形成し、金属蒸気および他の含有汚染物を除去するのを助ける。
【0039】
ここで具体化されるように、熱処理された融合促進材料は実質的に残留応力がなく、全表面にわたって均一に明るい(bright)仕上げを有する。
【0040】
本発明のもう1つの態様において、融合を生成させるための融合促進材料の製造方法が提供される。本方法は融合促進材料を選定することを含む。本方法は融合促進材料を清浄化することを含みうる。清浄化は通常、融合促進材料の水素化を促進する。本方法は融合促進材料を熱処理することを含む。熱処理は融合促進材料の水素化を促進するのが通常である。さらに本方法は同位体水素源で融合促進材料を水素化することを含む。融合を生成させるために融合促進材料を製造する方法は実質的に上述のとおりである。
第2の態様
さらに、本発明の1つの代替的な態様は、融合促進材料を選定することを含む。ここで具体化されるように、融合促進材料が選定される。上述のように融合促進材料は金属、合金もしくは金属組成物を含みうる。融合促進材料はさらにリン酸重水素アンモニウム(ND4DPO4)、もしくは重水素で調製されたポルトランドセメントのような他の材料を含みうる。
【0041】
融合促進材料としてのチタンの選定はこの態様において最もよく融合を生成するようにみえる。
【0042】
ここで具体化され、図5に示されるように、融合促進材料は2つの実質的に長四角形の箔ストリップ66および68に形成されるのが好ましい。箔ストリップ66は対向する端部70および72、対向する側部74および76、前部78および後部80を有する。箔ストリップ66は端部70から72まで約300mm、側部74から側部76まで約20mm、そして前部78から後部80まで厚さ約0.25mmであるのが好適である。箔ストリップ68は対向する端部82および84、対向する側部86および88、前部90および後部92を有する。箔ストリップ68は端部82から84まで約350mm、側部86から88まで約20mm、そして前部90から後部92まで約0.25mmであるのが通常である。箔ストリップ66および68は実質的に平らであり、平滑な端部を有するべきである。
【0043】
孔94および96は貫通して、もしくはそうでなく箔ストリップ66内に形成され、孔98および100は貫通して、もしくはそうでなく箔ストリップ68内に形成される。孔94、96,98および100は径が約3mmであるのが好ましい。箔ストリップ66について、孔94の中心は端部70から約10mmに位置し、側部74および76の間の略半分であるのが好適である。孔96の中心は端部72から約10mmに位置し、側部74および76の間の略半分であるのが好適である。箔ストリップ68について、孔98の中心は端部82から約10mmに位置し、側部86および88の間の略半分であるのが好適である。孔100の中心は端部84から約10mmに位置し、側部86および88の間の略半分であるのが好適である。孔94、96,98および100は、粗い端部を避けるように、箔ストリップ66および68内に貫通して、もしくはそうでなく平滑に形成されることを確保するように留意されるべきである。
【0044】
さらに、本方法は融合促進材料を清浄化することを含む。清浄化は融合促進材料の水素化を促進するのが通常である。ここで具体化されるように、箔ストリップ66および68の清浄化は上述の融合促進材料を清浄化するのと同様な方法で達成される。
【0045】
ここで具体化され、図6に示されるように、箔ストリップ66および68は円筒形アセンブリー102の内側に置かれる。円筒管104は長さ約350mmおよび径約25mmであるのが好ましい。円筒形アセンブリー102はこの態様で特定される真空および圧力の両方に耐えることができなければならない。このような円筒形アセンブリーはこの分野で知られている。
【0046】
円筒形アセンブリーは円筒形104およびキャップ106を含む。キャップ106は頂部108、底部110、ガスアクセスポート112および4つの電気供給部114、116、118および120を含む。電気供給部116および118は電気供給部114および120よりもキャップ106の中心に近い。箔ストリップ66について、端部70は孔94を用いて供給部116に付着され、そして端部72は孔96を用いて供給部118に付着される。端部70および72はキャップ106の底部110でそれぞれ供給部116および118に付着される。箔ストリップ66はキャップ106の底部110からたれ下がるときU字形の形態をとる。
【0047】
箔ストリップ68について、端部82は孔98を用いて供給部114に付着され、端部84は孔100を用いて供給部120に付着される。端部82および84はキャップ106の底部110でそれぞれ供給部114および120に付着する。箔ストリップ68もキャップ106の底部からたれ下がるときU字形の形態をとる。その結果、箔ストリップ66および68は箔ストリップ68の内側に箔ストリップ66がある、同心U字形形態に配置される。
【0048】
ここで具体化されるように、箔ストリップ66および68の間の間隔は約3mmであるのが好ましく、そして箔ストリップ68および円筒形104の内壁の間隔は約3mmであるのが好ましい。数多くの源から商業的に入手しうるガラスウール122、好ましくはPyrex(登録商標)高温ガラスウール、のセグメントが箔ストリップ66および68の間およびまわりの絶縁に使用され、箔ストリップ66もしくは68セグメントと箔ストリップ66もしくは68の他のセグメント間、または箔ストリップ66もしくは68と円筒形104の間、の電気的接触を防止する。ガラスウール122のすべてのセグメントが図6に示されているわけではない。ついでキャップ106は円筒形104に付着され円筒形アセンブリー102を形成する。
【0049】
融合により生成される中性子は、関連エレクトロニクスを含む適切な中性子検出装置により検出されうる。ここで具体化され、図7に示されるように、円筒形アセンブリー102は中性子検出器124の中央ウェル134の内側に配置される。中性子検出器124、中央孔ウェル134、プラスチックシンチレーターコア126、ポリエチレンモデレーター128、16の比例計数管130、および光電子増倍管132を含む。
【0050】
円筒形アセンブリー102の円筒管104の物理的寸法は中央ウェル134に適合されるのが好ましい。中央ウェル134は深さ約500mmおよび内径約48mmを有するのが好ましい。中央ウェル134は深さ約500mmおよび内径約48mmを有する。
【0051】
約20アンペアの直流源の1端末は電気供給部114および116の両方に接続される。もう1つの端末は電気供給部118および120の両方に接続される。
【0052】
比例計数管のための充填ガスはヘリウム−3ガスを含む。ここで具体化されるように、数多くの測定が中性子検出器124のすぐ近くで粒子の強度および放射バックグラウンドを低下させるのになされる。これらの測定は比例計数管130のヘリウム−3ガスで箔ストリップ66および68における融合からは生じない粒子および放射による相互作用を低下させる。第1に、中性子検出器124は比例計数管130に到達する宇宙線を低下させるために地下トンネル内に収容されるのが好ましい。第2に、中性子検出器124は比例計数管130に到達する宇宙線をさらに低下させるためにプラスチックシンチレーターパネルより囲まれるのが好ましい。最後に、中性子検出器124は、多数の源から商業的に入手しうる塩もしくは同等物の多くのバッグにより、中性子検出器124の下に、そしてすべての面のまわりに積重ねて、さらに囲まれるのが好ましい。塩もしくは同等物のバッグは比例計数管130に到達するガンマ放射を低下させるのを助ける。
【0053】
粒子および放射バックグラウンドの強度を低下させた後に、制御実験は中性子検出器124で実施された。これらの制御実験の目的は中性子検出器124のすぐ近くで残存する粒子および放射バックグラウンドの強度を測定し、記録し、そして補償することである。制御実験において、H2およびH2Oは融合促進材料のための同位体水素源としてそれぞれD2およびD2Oに代わりに置換される。ついで、記録されたバックグラウンドは、この分野で知られているようにバックグラウンド補正測定値を与えるため、および出力値の統計的意義を決定する過程で、実際の融合実験測定値から引き去られる。
【0054】
融合は「高速中性子」(”fast neutron”)として知られる高エネルギーの中性子を生成する。円筒形アセンブリー102を出る高速中性子はプラスチックシンチレーターコア126に入る。プラスチックシンチレーターコア126における高速中性子の相互作用は反跳(recoil)陽子を発生する。プラスチックシンチレーターコア126における反跳陽子相互作用は光パルスを発生し、中性子検出器124の底部に中央ウェル134の内側に位置する光電子増倍管132により検出されうる。
【0055】
プラスチックシンチレーターコア126およびポリエチレンモデレーター128における高速中性子の相互作用は中性子の損失エネルギーをもたらし、比較的低いエネルギーの「熱」(”thermal”)中性子になる。これらの熱中性子の多くは比例計数管130に入り、そこでヘリウム−3核により捕えられ、比例計数管130内でパルスを生じる。円筒形アセンブリー102で生成される約2.45MeVの高速中性子を数えるこの態様において使用される中性子検出器124の全体的な効率は、約12%と高い。比例係数管130の数および物理的配置は光電子増倍管132および特に設計されたエレクトロニクスと組合わせて、にせの信号に対して区別し、採取される測定値の正確さと反復性を改良する。
【0056】
中性子検出器124に類似する適切な中性子検出装置についてのさらなる情報はH.O.Menlove & J.E.Swansen,A High Performance Neutron Time Correlation Counter,Nuclear Technology 71:497〜505,1985年11月、ならびにH.O.Menlove,Los Alamos National Laboratory Report LA−8939−MS(ISPO−142),8月(1981)に見出されうる。
【0057】
本方法は好ましくは重水素を含む同位体水素源で融合促進材料を水素化することを含む。ここで具体化されるように、円筒形アセンブリー102はガスアクセスポートにより約1×10−2Torrに排気されるが、電気供給部114、116、118および120により箔ストリップ66および68に約12アンペアの直流を加える。この第1のプロセスは箔ストリップ66および68を加熱し、ガス抜き(out−gassing)を生じさせる。約60分後に、円筒アセンブリー102はガスアクセスポート112によりガスで約5分間で約1気圧に加圧される。ガスは同位体水素源であるのが好ましく、もっと好ましくは研究用グレードの99.8%純度の重水素ガスのような高純度重水素(D2)ガスであり、数多くの源から商業的に入手しうる。ついで、円筒形アセンブリー102はガスアクセスポート112により約1×10−2Torrにふたたび排気される。約12アンペアの直流は全体に加えられたまま残存する。この第2プロセスは円筒形アセンブリー102から他のガスを実質的に流す。約60分後に、円筒形アセンブリー102は同位体水素源、好ましくは数多くの源から商業的に入手しうる約99.8%純度の研究用グレードの重水素ガスのような高純度重水素ガスで、ガスアクセスポート112により少なくとも約3気圧に加圧される。
【0058】
さらに、本方法は融合促進材料に非平衡条件を樹立することを含む。ここで具体化されるように、約12アンペアの直流が、電気供給部114,116,118および120により箔ストリップ66および68に平行に加えられる。中性子検出器124は、中性子検出器124が十分な感度を有する限り、約12時間内で融合によりバックグラウンドレベルを超える中性子を検出すべきである。中性子検出器124は1時間あたり最小5つの中性子(源速度)に感度を有するべきである。融合は次の反応により中性子を生成する:
d+d→n(2.45MeV)+3He(0.82MeV) (2)
好ましくは重水素を含む同位体水素で融合促進材料を水素化することは上述のように濃縮された重水素を含む酸溶液もしくは重水素ガスで、または重水素にもとづく酸のみ、重水のみ、電解充填(電流の影響下でD+イオンを含む電解質を有するような)、または加速器−ビーム注入(加速器からのD+イオンのビームを有するような)で達成されうる。十分な感度の実験装置は次の初期融合反応により荷電粒子、中性子、ガンマおよびエネルギーの検出を可能にすべきである。
【0059】
d+d→p(3.02MeV)+t(1.01MeV) (3)
d+d→n(2.45MeV)+3He(0.82MeV) (4)
d+d→4He(0.08MeV)+γ(23.77MeV) (5)
d+6Li→4He(11.2MeV)+4He(11.2MeV) (6)
d+7Li→24He+n+15.0MeV (7)
そして上述の初期融合反応の適切なシークエンシングにもとづいて、次のつづく融合反応によっても検出されるべきである:
p+d→3He+γ(5.4MeV) (8)
d+t→n(14.1MeV)+4He(3.5MeV) (9)
d+3He→p(14.7MeV)+4He(3.6MeV) (10)
t+t→2n+4He+11.3MeV (11)
t+3He→p+n+4He+12.1MeV (12)
4He(4.8MeV)+d(9.5MeV),
5He(2.4MeV)+p(11.9MeV)
p+6Li→4He(1.7MeV)+3He(2.3MeV) (13)
p+7Li→4He(8.65MeV)+4He(8.65MeV)(14)
p+11B→34He+8.7MeV (15)
n+6Li→4He(2.1Mev)+t(2.7MeV) (16)
上述のように、さらに本方法は融合促進材料の形態を選定することを含む。ここで具体化されるように、融合促進材料の形態は箔ストリップ66および68、もしくはアレイ、ボール、ブロック、セル、チップ、箔、格子、マトリックス、膜、メッシュ、焼結体、スポンジ、粉末、ワイアまたは他の同等な形態を含む。融合促進材料を選定することは選定された融合促進材料の形態を実質的に指示しうる。同様に、融合促進材料の形態を選定することは、選定された融合促進材料を実質的に指示しうる。
【0060】
さらに本方法は融合促進材料を熱処理することを含む。熱処理は一般に融合促進材料の水素化を促進するべきである。
【0061】
本発明のもう1つの態様において、融合を生成させるための融合促進材料の製造方法が提供される。本方法は融合促進材料を選定することを含む。さらに本方法は融合促進材料を清浄化することを含む。清浄化は融合促進材料の水素化を促進するのが通常である。さらに、本方法は融合促進材料を熱処理することを含みうる。熱処理は融合促進材料の水素化を促進するのが通常である。最後に、さらに本方法は同位体水素源で融合促進材料を水素化することを含む。融合を生成させるための融合促進材料の製造方法は実質的に上述のとおりである。
【0062】
融合反応はその反応生成物のなかに荷電および中性粒子の両方を放出する。これらの荷電および中性粒子のいくつかは実質的エネルギーで放出される。このようなエネルギーは、十分な強度で機械を動かし、または電気を生成するために引き出されうる。加えて、エネルギー粒子自体は使用するために適用されうる。
【0063】
その結果、融合を生成させるために、そして融合を生成させるための融合促進材料を製造するために開示される方法は多数の潜在的な利点を提供し、電力生成、食品保存、および商業的な加熱装置およびモーター、発電機、および浮遊、表面および水中用途のためのエンジンを含むが、これらに限定されない。融合から得られるエネルギー粒子も、正味のエネルギーが特定の用途で消費されても、充電用核にもとづく装置、保安および医療装置、および中性子断層撮影法のような多くの用途に直接に使用されうる。
【0064】
本発明の好適な態様についての上述の説明は、例示および説明のために示された。それらは徹底的なものではなく、開示された正確な形態に本発明を限定するものではない。修正、変更は上述の教示のもとづいて可能であり、または本発明の実施から得られうる。これらの態様は本発明の原理を説明するために説明されるものであり、そしてそれらの実際的な用途は当業者に、考えられる特定の用途に適合するように、種々の態様で、そして種々に変更して、本発明を利用することを可能にする。本発明の範囲は、請求項およびその均等物に規定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1態様による箔ストリップの正面図。
【図2】本発明の1態様によるタイバーの正面図。
【図3】本発明の1態様による箔アレイの正面図。
【図4】荷電粒子検出器における図3の箔アレイの略図。
【図5】本発明のもう1つの態様による箔ストリップの正面図。
【図6】円筒形アセンブリーにおける図5の2つの箔ストリップの斜視図。
【図7】中性子検出器における図6の円筒形アセンブリーの一部を切取った斜視図。
Claims (96)
- 融合促進材料を選ぶこと;
同位体水素源で融合促進材料を水素化すること;ならびに
融合促進材料における非平衡条件を樹立すること、
を含む、融合の生成方法。 - 融合促進材料がチタンを含む請求項1記載の方法。
- 非平衡条件が融合促進材料に供給されるエネルギーにより樹立される請求項1記載の方法。
- 同位体水素源が重水素にもとづく酸、重水素ガス、もしくは重水を含む請求項1〜3のいずれか記載の方法。
- エネルギーが電流を融合促進材料に通すこと、または融合促進材料に1つ以上の電場もしくは磁場、電磁波、レーザー放射、化学反応、機械的応力、加速粒子、温度変化、もしくは相変化を加えることにより、供給される請求項3記載の方法。
- エネルギーが直流を融合促進材料に通すことにより供給される請求項5記載の方法。
- 融合促進材料がチタンを含む請求項6記載の方法。
- エネルギーが交流または直および交流の組合わせを融合促進材料に通すことにより供給される請求項5記載の方法。
- 1つ以上の化学反応における反応物が重水素化材料を含む請求項5記載の方法。
- 融合促進材料がチタンを含む請求項9記載の方法。
- 重水素化材料が重水素化リチウムを含む請求項9記載の方法。
- 融合促進材料がチタンを含む請求項11記載の方法。
- 同位体水素源が重水素にもとづく酸、重水素ガスもしくは重水を含む請求項5,6,7,8,9,10,11もしくは12記載の方法。
- 融合促進材料の形態を選定する段階をさらに含む請求項1記載の方法。
- 融合促進材料が金属を含む請求項1記載の方法。
- 非平衡条件がエネルギーを融合促進材料に供給することにより樹立される請求項15記載の方法。
- 同位体水素源が重水素にもとづく酸、重水素ガスもしくは重水を含む請求項15もしくは16記載の方法。
- エネルギーが電流を融合促進材料に通すこと、または融合促進材料に1つ以上の電場もしくは磁場、電磁波、レーザー放射、化学反応、機械的応力、加速粒子、温度変化、もしくは相変化を加えることにより供給される請求項16記載の方法。
- エネルギーが直流を融合促進材料に通すことにより供給される請求項18記載の方法。
- 金属がチタンを含む請求項19記載の方法。
- エネルギーが交流または直および交流の組合わせを融合促進材料に通すことにより供給される請求項18記載の方法。
- 1つ以上の化学反応における反応物が重水素化材料を含む請求項18記載の方法。
- 金属がチタンを含む請求項22記載の方法。
- 重水素化材料が重水素化リチウムを含む請求項22記載の方法。
- 金属がチタンを含む請求項24記載の方法。
- 同位体水素源が重水素にもとづく酸、重水素ガスもしくは重水を含む請求項18,19,21,22もしくは24記載の方法。
- 金属が、銅、鉄、ランタン、ニッケル、パラジウム、白金、タンタル、チタン、亜鉛もしくはジルコニウムを含む請求項15記載の方法。
- 金属がチタンを含む請求項27記載の方法。
- 融合促進材料の形態を選定する段階をさらに含む請求項15記載の方法。
- 融合促進材料が合金である請求項1記載の方法。
- 非平衡条件がエネルギーを融合促進材料に供給することにより樹立される請求項30記載の方法。
- 同位体源が重水素にもとづく酸、重水素ガスもしくは重水を含む請求項30もしくは31記載の方法。
- エネルギーが電流を融合促進材料に通すこと、または融合促進材料に1つ以上の電場もしくは磁場、電磁波、レーザー放射、化学反応、機械的応力、加速粒子、温度変化、もしくは相変化を加えることにより、供給される請求項31記載の方法。
- エネルギーが直流を融合促進材料に通すことにより供給される請求項33記載の方法。
- 合金がチタンを含む請求項34記載の方法。
- エネルギーが交流または直および交流の組合わせを融合促進材料に通すことにより供給される請求項33記載の方法。
- 1つ以上の化学反応における反応物が重水素化材料を含む請求項33記載の方法。
- 合金がチタンを含む請求項37記載の方法。
- 重水素化材料が重水素化リチウムを含む請求項37記載の方法。
- 合金がチタンを含む請求項39記載の方法。
- 同位体水素源が重水素にもとづく酸、重水素ガスもしくは重水を含む請求項33,34,36,37もしくは39記載の方法。
- 合金がアルミニウム約6wt%、バナジウム約6wt%およびスズ約2wt%を有するチタン、またはアルミニウム約6wt%およびバナジウム約4wt%を有するチタンを含む請求項30記載の方法。
- 合金がチタンを含む請求項30記載の方法。
- 融合促進材料の形態を選定する段階をさらに含む請求項30記載の方法。
- 融合促進材料が金属組成物を含む請求項1記載の方法。
- 非平衡条件がエネルギーを融合促進材料に供給することにより樹立される請求項45記載の方法。
- 同位体水素源が重水素にもとづく酸、重水素ガスもしくは重水を含む請求項45もしくは46記載の方法。
- エネルギーが電流を融合促進材料に通すこと、または融合促進材料に1つ以上の電場もしくは磁場、電磁波、レーザー放射、化学反応、機械的応力、加速粒子、温度変化、もしくは相変化を加えることにより供給される請求項46記載の方法。
- エネルギーが直流を融合促進材料に通すことにより供給される請求項48記載の方法。
- 金属組成物がチタンを含む請求項49記載の方法。
- エネルギーが交流または直および交流の組合わせを融合促進材料に通すことにより供給される請求項48記載の方法。
- 1つ以上の化学反応における反応物が重水素化材料を含む請求項48記載の方法。
- 金属組成物がチタンを含む請求項52記載の方法。
- 重水素化材料が重水素化リチウムを含む請求項52記載の方法。
- 金属組成物がチタンを含む請求項54記載の方法。
- 同位体水素源が重水素にもとづく酸、重水素ガスもしくは重水を含む請求項48,49,51,52もしくは54記載の方法。
- 金属組成物が、チタン酸バリウム、ランタン3−ニッケル、ランタン−ニッケル5、リチウム−重水素化アルミニウム、重水素化リチウム、トリウム−コバルト、トリウム−鉄、トリウム−マンガン、トリウム−ニッケルもしくはチタン−鉄を含む請求項45記載の方法。
- 金属組成物がチタンを含む請求項45記載の方法。
- 融合促進材料の形態を選定する段階をさらに含む請求項45記載の方法。
- 融合促進材料を選ぶこと;ならびに同位体水素源で融合促進材料を水素化すること、を含む、融合を生成するための融合促進材料の製造方法。
- 融合促進材料がチタンを含む請求項60記載の方法。
- 同位体水素源が重水素にもとづく酸、重水素ガスもしくは重水を含む請求項60もしくは61記載の方法。
- 融合促進材料の形態を選定する段階をさらに含む請求項60記載の方法。
- 融合促進材料が金属を含む請求項60記載の方法。
- 金属が、銅、鉄、ランタン、ニッケル、パラジウム、白金、タンタル、チタン、亜鉛もしくはジルコニウムを含む請求項64記載の方法。
- 金属がチタンを含む請求項64記載の方法。
- 同位体水素源が重水素にもとづく酸、重水素ガスもしくは重水を含む請求項64,65もしくは66記載の方法。
- 融合促進材料の形態を選定する段階をさらに含む請求項64記載の方法。
- 融合促進材料が合金を含む請求項60記載の方法。
- 合金がアルミニウム約6wt%、バナジウム約6wt%およびスズ約2wt%を有するチタン、またはアルミニウム約6wt%およびバナジウム約4wt%を有するチタンを含む請求項69記載の方法。
- 合金がチタンを含む請求項69記載の方法。
- 同位体水素源が重水素にもとづく酸、重水素ガスもしくは重水を含む請求項69,70もしくは71記載の方法。
- 融合促進材料の形態を選定する段階をさらに含む請求項69記載の方法。
- 融合促進材料が金属組成物を含む請求項60記載の方法。
- 金属組成物が、チタン酸バリウム、ランタン3−ニッケル、ランタン−ニッケル5、リチウム−重水素化アルミニウム、重水素化リチウム、トリウム−コバルト、トリウム−鉄、トリウム−マンガン、トリウム−ニッケルもしくはチタン−鉄を含む請求項74記載の方法。
- 金属組成物がチタンを含む請求項74記載の方法。
- 同位体水素源が重水素にもとづく酸、重水素ガスもしくは重水を含む請求項74,75もしくは76記載の方法。
- 融合促進材料の形態を選定する段階をさらに含む請求項74記載の方法。
- 融合促進材料を選ぶこと;
融合促進材料を清浄化すること;
同位体水素源で融合促進材料を水素化すること;ならびに
融合促進材料における非平衡条件を樹立すること、
を含む、融合の生成方法。 - 融合促進材料がチタンを含む請求項79記載の方法。
- 非平衡条件が融合促進材料に供給されるエネルギーにより樹立される請求項79記載の方法。
- 同位体水素源が重水素にもとづく酸、重水素ガス、もしくは重水を含む請求項79,80もしくは81記載の方法。
- エネルギーが電流を融合促進材料に通すこと、または融合促進材料に1つ以上の電場もしくは磁場、電磁波、レーザー放射、化学反応、機械的応力、加速粒子、温度変化、もしくは相変化を加えることにより、供給される請求項81記載の方法。
- エネルギーが直流を融合促進材料に通すことにより供給される請求項83記載の方法。
- 融合促進材料がチタンを含む請求項84記載の方法。
- エネルギーが交流または直および交流の組合わせを融合促進材料に通すことにより供給される請求項83記載の方法。
- 1つ以上の化学反応における反応物が重水素化材料を含む請求項83記載の方法。
- 融合促進材料がチタンを含む請求項87記載の方法。
- 重水素化材料が重水素化リチウムを含む請求項87記載の方法。
- 融合促進材料がチタンを含む請求項89記載の方法。
- 同位体水素源が重水素にもとづく酸、重水素ガスもしくは重水を含む請求項83,84,85,86,87,88,89もしくは90記載の方法。
- 融合促進材料の形態を選定する段階をさらに含む請求項79記載の方法。
- 融合促進材料を選ぶこと;
融合促進材料を清浄化すること;ならびに
同位体水素源で融合促進材料を水素化すること;
を含む、融合の生成方法。 - 融合促進材料がチタンを含む請求項93記載の方法。
- 同位体水素源が重水素にもとづく酸、重水素ガス、もしくは重水を含む請求項93もしくは94記載の方法。
- 融合促進材料の形態を選定する段階をさらに含む請求項93記載の方法。
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