JP2005504956A - マイクロ波パワーセル、化学反応炉、及びパワー変換装置 - Google Patents

マイクロ波パワーセル、化学反応炉、及びパワー変換装置 Download PDF

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Abstract

要約書なし。

Description

【技術分野】
【０００１】
本願は、本願の援助文献である、2001年3月7日出願の米国特許、シリアル番号60/273,556と、2001年3月30日出願の60/279,764、2001年4月5日出願の60/281,408と、2001年4月20日出願の60/284,865と、2001年5月11日出願の60/290,067と、2001年6月4日出願の60/295,024と、2001年7月13日出願の60/304,783と、2001年8月9日出願の60/310,848と、2001年10月4日出願の60/326,731と、2001年10月12日出願の60/328,446と、2001年10月29日出願の60/330,688と、2001年11月28日出願の60/333,534と、2001年7月13日出願の60/304,783、2001年8月9日出願の60/310,848と、2001年10月4日出願の60/326,731と,2001年10月12日出願の60/328,446と、2001年10月29日出願の60/330,688号と、2001年11月28日出願の60/333,534号の優先権を主張するものである。
【背景技術】
【０００２】
目次
Ｉ．序論
１．発明の属する技術分野
２．発明の背景
２．１ ハイドリノ
２．２ 水素化物イオン
２．３ 水素プラズマ
２．４ 電磁流体力学
２．５ 磁気ミラー
２．６ プラズマ力学
II．発明の概要
１．新規の水素種を形成する水素の触媒反応と新しい形態の水素を含む物質の化合物
２．水素化物反応炉
３．触媒
３．１ 原子とイオンの触媒反応
３．２ ハイドリノ触媒
【０００３】
４．触媒反応速度の調整
５．希ガス触媒と生成物
６．水素触媒反応から生じるプラズマと光源
７．エネルギー反応炉
８．マイクロ波プラズマセル水素化物パワー反応炉
９．容量／誘導性結合ＲＦプラズマセル水素化物パワー反応炉
１０．磁気ミラー電磁流体パワー変換装置
１１．プラズマダイナミックパワー変換装置
１２．ハイドリノ水素化物電池
【０００４】
III．図面の簡単な説明
IV．発明の実施の形態
１．パワーセルと水素化物反応炉とパワー変換装置
１．１プラズマ電解反応セル水素化物反応炉
１．２ ガスセル水素化物反応炉とパワー反応炉
１．３ ガス放電セル水素化物反応炉
１．４ 無線周波数（ＲＦ）バリア電極放電セル
１．５ プラズマトーチセル水素化物反応炉
２．マイクロ波ガスセル水素化物パワー反応炉
３．容量／誘導性結合ＲＦプラズマガスセル水素化物パワー反応炉
【０００５】
４．パワー変換装置
４．１ 空間制御触媒反応によるプラズマ閉込め
４．２ 磁束不変性に基づくパワー変換装置
４．２．１ イオン流パワー変換装置
４．２．２ 磁気ミラーパワー変換装置
４．２．３ 磁気瓶パワー変換装置
４．３ 磁気空間電荷分離に基づくパワー変換装置
４．４ プラズマ力学パワー変換装置
４．５ 陽子バンチングＲＦパワー変換装置
【０００６】
Ｉ．序論
１．発明の属する技術分野
本発明は、電源やパワー変換装置に関する。電源は、新しい水素種や新しい水素構成をもつ物質の組成を形成するための原子状水素の触媒のためのセルを含む。マイクロ波やグロー放電水素プラズマと触媒源によって、反応が開始したり継続する。水素の触媒反応から生じたパワーは直接電気に変換される。何故ならば、それがエネルギーを形成して、そのエネルギーがプラズマに与えられるからである。電磁流体パワー変換装置は、断熱不変量ｖ⊥ ２／Ｂ＝一定に基づく磁気ミラー磁気ミラーを使って形成さによって作られるイオンの特定方向の流れ性フローによってから、プラズマのパワーを電気に変換することができる。また、パワー変換装置には、少なくとも１つのパワーを用いて陽イオンを電子から分離させて、負荷に接続された少なくとも１つの対電極に応じた電圧を生成する磁界がある
【０００７】
２．発明の背景
２．１ハイドリノ
水素原子の結合エネルギーは、次の式で与えられる：
１３．６ｅＶ／（ｌ／Ｐ）２ （１）
ここで、ｐは１より大きな整数であり、２〜２００であることが好ましい。このことは、以下の文献で開示されている。即ち、R. L. Mills「古典量子力学の統一論（The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics）、2000年１月版、BlackLight Power Inc, Cranbury, NJ、（「00 Mills GUT」）Amazon．com配信、BlackLight Power、Inc．提供、493 Old Trenton Road, Cranbury, NJ, 08512」と、R. L. Mills「古典量子力学の統一論（The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics）、2001年９月版、BlackLight Power Inc, Cranbury, NJ、（「00 Mills GUT」）Amazon.com配信、BlackLight Power Inc．提供、493 Old Trenton Road, Cranbury, NJ, 08512（ HYPERLINK "http://www.blacklightpower.com" www.blacklightpower.com）」と、
【０００８】
R. L. Mills、P. Ray、R. Mayo、「特定グループＩ触媒と共に白熱加熱された水素ガスから形成された定常反転ライマン分布に基づくCW HIレーザ（CW HI Ｌaser Based on a Stationary Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Group I Catalysts）、IEEE Transactions on Plasma Science提出」と、R． L． Mills、P. Ray、J． Dong、M. Nansteel、B. Dhandapani、J. He、「分数量子エネルギー準位の分子状水素のスペクトル放射(Spectral Emission of Fractional-Principal-Quantum-Energy-Level Molecular Hydrogen)、Int., J. Hydrogen Energy提出」と、R. L. Mills、P. Ray、E. Dayalan、B. Dhandapani、J. He「特定触媒を用いた誘電性／容量結合ＲＦとマイクロ波とグロー放電の水素プラズマのバルマーα線の過剰広がりの比較（Comparison of Excessive Balmer Line Broadening of Inductively and Capacitively Coupled RF, Microwave, and Glow Discharge Hydrogen Plasmas with Certain Catalysts）、Spectrochimica Acta、Part A提出」と、R. Mayo、R. L. Mills、M. Nansteel、「プラズマ熱パワーの電気への直接プラズマ力学変換（Direct Plasmadynamic Conversion of Plasma Thermal Power to Electricity）、IEEE Transactions on Plasma Science提出」と、H．Conrads、R. L. Mills、Th. Wrubel、「炭酸カリウムセルの白熱駆動プラズマから生じる真空深極紫外線放射（Emission in the Deep Vacuum Ultraviolet from an Incandescently Driven Plasma in a Potassium Carbonate Cell）、Plasma Sources Science and Technology提出」と、
【０００９】
R. L. Mills、P. Ray、「特定触媒と共に白熱加熱された水素ガスから形成された定常反転ライマン分布（Stationary Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Catalysts）、Chem. Phys. Letts.提出」と、R. L. Mills、B. Dhandapani、J. He、「高安定アモルファスシリコン水素化物の合成と特徴（Synthesis and Characterization of a Highly Stable Amorphous Silicon Hydride）、Int．, J．Hydrogen Energy提出」と、R. L. Mills、A． Voigt、B． Dhandapani、J. He、「リチウムクロロ水素化物の合成と特徴（Synthesis and Characterization of Lithium Chloro Hydride）、Int., J. Hydrogen Energy提出」と、
【００１０】
R. L. Mills、P. Ray、「アルゴンと水素の結合によるマイクロ波プラズマの特徴の実質的変化（Substantial Changes in the Characteristics of a Microwave Plasma Due to Combining Argon and Hydrogen）、New Journal of Physics提出」と、R. L. Mills、P. Ray、「原子状水素の分数リュードベリ状態に対応するバウンドフリー微細レベルの新しい水素化物イオンの高解像度分光観測（High Resolution Spectroscopic Observation of the Bound−Free Hyperfine Levels of a Novel Hydride Ion Corresponding to a Fractional Rydberg State of Atomic Hydrogen）、Int., J. Hydrogen Energy印刷中」と、R. L. Mills、E. Dayalan、「高電圧高エネルギー密度バッテリ用の新しいアルカリとアルカリ土類水素化物（Novel Alkali and Alkaline Earth Hydrides for High Voltage and High Energy Density Batteries）、Proceedings of the 17th Annual Battery Conference on Applications and Advances, California State University, Long Beach, CA、（2002年１月15〜18日、1〜6頁）」と、
【００１１】
R. Mayo、R. L. Mills、M．Nansteel、「微小分布パワーアプリケーション用の、新しいプラズマ源からのパワーの電気への直接変換とＭＨＤ変換のポテンシャルについて（On the Ｐotential of Direct and MHD Conversion of Power from a Novel Plasma Source to Electricity for Microdistributed Power Applications）、IEEE Transactions on Plasma Science提出」と、R. L. Mills、P. Ray、J. Dong、M. Nansteel、W. Good、P. Jansson、B. Dhandapani、J. He、「バルマーα線の過剰広がりと、パワーバランスと、特定の触媒と共に白熱加熱された水素ガスから形成されたプラズマの新しい水素化物イオン生成物（Excessive Balmer Line Broadening, Power Balance, and Novel Hydride Ion Product of Plasma Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Catalysts）」、Int., J. Hydrogen Energy提出」と、
【００１２】
R. L. Mills、E. ayalan、P. Ray、B. Dhandapani、J. He、「水性電解反応とプラズマ電解反応から生じた新しい高安定無機水素化物（Highly Stable Novel Inorganic Hydrides from Aqueous Electrolysis and Plasma Electrolysis）、Japanese Journal of Applied Physics提出」と、R. L. Mills、P. Ray、B. Dhandapani、J. He、「特定の触媒を用いたマイクロ波水素プラズマとグロー放電のバルマーα線の過剰広がりの比較（Comparison of Excessive Balmer α Line Broadening of Glow Discharge and Microwave Hydrogen Plasmas with Certain Catalysts）、Chem. Phys.提出」と、
【００１３】
R. L. Mills、P. Ray、B. Dhandapani、J. He、「原子状水素の分数リュードベリ状態の分光識別（Spectroscopic Identification of Fractional Rydberg States of Atomic Hydrogen）、J. of Phys. Chem.（letter）提出」と、R. L. Mills、P. Ray、B. Dhandapani、M. Nansteel、X. Chen、J. He、「原子状水素の分数リュードベリ状態から得た新しいパワー源（New Power Source from Fractional Rydberg States of Atomic Hydrogen）、Chem. Phys. Letts.印刷中」と、R. L. Mills、P. Ray、B. Dhandapani、M. Nansteel、X. Chen、J. He、「原子状水素の分数リュードベリ状態遷移の分光識別（Spectroscopic Identification of Transitions of Fractional Rydberg States of Atomic Hydrogen）提出」と、
【００１４】
R. L. Mills、P. Ray、B. Dhandapani、M. Nansteel、X. Chen、J. He、「内部燃焼を超えた原子状水素の分数量子エネルギー準位から得た新しいパワー源（New Power Source from Fractional Quantum Energy Levels of Atomic Hydrogen that Surpasses Internal Combustion）、Spectrochimica Acta, Part A提出」と、R. L. Mills、P. Ray、「ルビジウムイオンと、原子状水素と水素化物イオン生成物との新しい触媒反応の分光識別（Spectroscopic Identification of a Novel Catalytic Reaction of Rubidium Ion with Atomic Hydrogen and the Hydride Ion Product）、Int., J. Hydrogen Energy印刷中」と、
【００１５】
R. L. Mills、J. Dong、W. Good、P. Ray、J. He、B. Dhandapani、「カルヴェ熱量測定を用いた希ガス／水素放電プラズマのエネルギーバランスの測定（Measurement of Energy Balances of Noble Gas-Hydrogen Discharge Plasmas Using Calvet Calorimetry）、Int., J． Hydrogen Energy印刷中」と、R. L. Mills、A. Voigt、P. Ray、M. Nansteel、B. Dhandapani、「水素のバルマー線広がりと希ガス／水素放電プラズマの熱パワーバランスの測定（Measurement of Hydrogen Balmer Line Broadening and Thermal Power Balances of Noble Gas-Hydrogen Discharge Plasmas）、Int., J. Hydrogen Energy、第27巻、No．6、2002年、671〜685頁」と、R. L. Mills、P. Ray、「水素分子イオンの分数量子エネルギー準位の振動スペクトラル放射（Vibrational Spectral Emission of Fractional-Principal-Quantum-Energy-Level Hydrogen Molecular Ion）、Int., J. Hydrogen Energy、第27巻、No．5、2002年、533〜564頁」と、
【００１６】
R. L. Mills、P. Ray、「ヘリウム−水素プラズマから生じた原子状水素の分数量子エネルギー準位のスペクトラル放射と暗黒物質の関係（Spectral Emission of Fractional Quantum Energy Levels of Atomic Hydrogen from a Helium-Hydrogen Plasma and the Implications for Dark Matter）、Int. J. Hydrogen Energy、第27巻、No．3、301〜322頁」と、R. L. Mills、P. Ray、「カリウムと、原子状水素と水素化物イオン生成物との新しい触媒反応の分光識別（Spectroscopic Identification of ａ Novel Catalytic Reaction of Potassium and Atomic Hydrogen and the Hydride Ion Product）、Int., J. Hydrogen Energy、第27巻、No．2、2002年、183〜192頁」と、
【００１７】
R. L. Mills、「ブラックライトパワーテクノロジー：直接電気変換のためのポテンシャルを有する新しくクリーンな水素エネルギー源（BlackLight Power Technology-A New Clean Hydrogen Energy Source with the Potential for Direct Conversion to Electricity）、Proceedings of the National Hydrogen Association, 12th Annual U．S. Hydrogen Meeting and Exposition, Hydrogen：The Common Ｔhread, The Washington Hilton and Towers, Washington DC、(2001年3月6〜8日、671〜697頁)」と、R. L. Mills、W. Good、A. Voigt、Jinquan Dong、「カリウムヨード水素化物の形成のための最低加熱（Minimum Heat of Formation of Potassium Iodo Hydride）、Int., J. Hydrogen Energy、第26巻、No．11、2001年、1199〜1208頁」と、
【００１８】
R. L. Mills、「原子状水素と水素化物イオン生成物との新しい触媒反応の分光識別（pectroscopic Identification of a Novel Catalytic Reaction of Atomic Hydrogen and the Hydride Ion Product）、Int., J. Hydrogen Energy、第26巻、No．10、2001年、1041〜1058頁」と、R. L. Mills、N. Greenig、S. Hicks、「アルゴン蒸気、水素蒸気、カリウム蒸気、ルビジウム蒸気、セシウム蒸気、ストロンチウム蒸気の混合体のグロー放電に関して光学測定されたパワーバランス（Spectroscopic Identification of ａ Novel Catalytic Reaction of Potassium and Atomic Hydrogen and the Hydride Ion Product）、Int., J. Hydrogen Energy、第27巻、No．6、2002年、651〜670頁」と、
【００１９】
R. L. Mills、「古典量子力学統一論（The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics）」、Global Foundation、Inc., Orbis Scientiae、「粒子の宇宙加速における引力と反発力の役割（The Role of Ａttractive and Repulsive Gravitational Forces in Cosmic Acceleration of Particles）」、「宇宙ガンマ線バーストの起源（The Origin of the Cosmic Gamma Ray Bursts）」、29th Conference、「高エネルギー物理学と宇宙論」Since 1964年 Dr. Behram N. Kursunoglu, Chairman、2000年１2月14〜17日、Lago Mar Resort, Fort Lauderdale, FL, Kluwer Academic／Plenum Publishers, New York、243〜258頁と、
【００２０】
R. L. Mills、「古典量子力学統一論（The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics）、Int., J. Hydrogen Energy、第27巻、No．5、2002年、565〜590頁」と、R. L. Mills、M. ansteel、P. Ray、「アルゴン／水素／ストロンチウム放電光源（Argon-Hydrogen-Strontium Discharge Light Source）、IEEE Transactions on Plasma Science、印刷中」と、
【００２１】
R. L. Mills、B. Dhandapani、M. Nansteel、J. He、A. Voigt、「核磁気共鳴分光法による新しい水素化物イオンを含む化合物の識別（Identification of Compounds Containing Novel Hydride Ions by Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy）、Int., J. Hydrogen Energy、第26巻、No．9、2001年、965〜979頁」と、R. L. Mills、「ブラックライトパワーテクノロジー：直接電気変換のためのポテンシャルを有する新しいクリーンなエネルギー源（BlackLight Power Technology-A New Clean Hydrogen Energy Source with the Potential for Direct Conversion to Electricity）」と、「地球温暖化とエネルギー政策（Global Warming and Energy Policy）に関するGlobal Foundation International Conference、Dr. Behram N. Kursunoglu、Chairman、Fort Lauderdale、FL、2000年11月26〜28日、Kluwer Academic／Plenum Publishers、New York、1059〜1096頁」と、
【００２２】
R. L. Mills、「超流動ヘリウム内の自由電子の性質−古典量子力学的テストと、その基礎理論の再考および古典理論との比較のための基本論（The Nature of Free Electrons in Superfluid Helium-ａ Test of Quantum Mechanics and a Basis to Review its Foundations and Make a Comparison to Classical Theory）、Int., J. Hydrogen Energy、第26巻、No．10、2001年、1059〜1096頁」と、
【００２３】
R. L. Mills、M. Nansteel、Y. Lu、「水素とストロンチウムのエネルギー共鳴による水素／ストロンチウムプラズマ過輝度光源（Excessively Bright Hydrogen-Strontium Plasma Light Source Due to Energy Resonance of Strontium with Hydrogen）、Plasma Chemistry and Plasma Processing提出」と、R. L. Mills、J. Dong、Y. Lu、「特定の触媒と共に白熱加熱された水素ガスから生じる極紫外線水素放射の観察（Observation of Extreme Ultraviolet Hydrogen Emission from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Catalysts）、Int., J. Hydrogen Energy、第25巻、2000年、919〜943頁」と、
【００２４】
R. L. Mills、「中空陰極放電によって生成された水素／ＫＩプラズマから生じる極紫外線放射の観察（Observation of Extreme Ultraviolet Emission from Hydrogen-KI Plasmas Produced by a Hollow Cathode Discharge）、Int., J. Hydrogen Energy、第26巻、No．6、2001年、579〜592頁」と、R. L. Mills、「Ti／K2CO3／Hセルから生じる可視スペクトル範囲での光放射の時間的ふるまい（Temporal Behavior of Light-Emission in the Visible Spectral Range from a Ti-K2CO3-H-Cell）、Int., J. Hydrogen Energy、第26巻、No．4、2001年、327〜332頁」と、
【００２５】
R. L. Mills、T. Onuma、Y. Lu、「異常アフターグロー継続時間での白熱加熱された水素触媒ガス混合体からの水素プラズマの形成（Formation of a Hydrogen Plasma from an Incandescently Heated Hydrogen-Catalyst Gas Mixture with an Anomalous Afterglow Duration）、Int., J. Hydrogen Energy、第26巻、No．7、2001年7月、749〜762頁」と、R. L. Mills、M. Nansteel、Y. Lu、「異常光学測定パワーバランスを生じるストロンチウムと共に白熱加熱された水素ガスからの極紫外線水素放射の観察（Observation of Extreme Ultraviolet Hydrogen Emission from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Strontium that Produced an Anomalous Optically Measured Power Balance）、Int., J. Hydrogen Energy、第26巻、No．4、2001年、309〜326頁」と、
【００２６】
R. L. Mills、「古典量子力学の総括統一論（The Grand Unified Theory of Classical Quantum Mechanics）、2001年9月版、BlackLight Power Inc．, Cranbury, NJ, Amazon.com配信」と、R. L. Mills、B. Dhandapani、N. Greenig、J. He、「カリウムヨード水素化物の合成と特徴（Synthesis and Characterization of Potassium Iodo Hydride）、Int., J. Hydrogen Energy、第25巻、2000年１2月１2日発行、1185〜1203頁」と、
【００２７】
R. L. Mills、「新しい無機水素化物（Novel Inorganic Hydride）、Int., J. Hydrogen Energy、第25巻、2002年、669〜683頁」と、R. L. Mills、B. Dhandapani、M. Nansteel、J. He、T. Shannon、A. Echezuria、「新しい水素化物化合物の合成と特徴（Synthesis and Characterization of Novel Hydride Compounds）、Int., J. Hydrogen Energy、第26巻、No．4、2001年、339〜367頁」と、R. L. Mills「新しい高安定無機水素化物（Highly Stable Novel Inorganic Hydrides）、Journal of New Materials for Electrochemical Systems印刷中」と、R. L. Mills、「炭酸カリウム電解セルから生じる新しい水素化合物（Novel Hydrogen Compounds from a Potassium Carbonate Electrolytic Cell）、Fusion Technology、第37巻、No．2、2000年３月、157〜182頁」と、R. L. Mills、「水素原子の再考（The Hydrogen Atom Revisited）、Int., J. Hydrogen Energy、第25巻、2000年12月12日発行、1171〜1183頁」と、
【００２８】
R. L. Mills、W. Good「水素の分数量子エネルギー準位（Fractional Quantum Energy Levels of Hydrogen）、Fusion Technology、第28巻、No．4、1995年11月、1697〜1719頁」と、R. L. Mills、Good W．、Shaubach R．、「二価ハイドリノ分子識別（Dihydrino Molecule Identification）、Fusion Technology、第25巻、103、1994年と、R. L. Mills、S． Kneizys、Fusion Technology、第20巻、65、1991年と、V. Noninski、Fusion Technology、第21巻、163、1992年」と、Niedra J．、Meyers I．、Fralick G. C.、Baldwin R.、「軽水／炭酸カリウム／ニッケル電解セル内の明確な過剰加熱効果の再現（Replication of the Apparent Excess Heat Effect in ａ Light Water-Potassium Carbonate-Nickel Electrolytic Cell）、NASA Technical Memorandum 107167、1996年2月、1〜20頁」と、Niedra J．、Baldwin R．、Meyers I.、「NASA Presentation of Light Water Electrolytic Tests」、1994年5月15日、
【００２９】
並びに先行するＰＣＴ出願、PCT／US00／20,820、PCT／US00／20,819、PCT／US99／17,171、PCT／US99／17,129、PCT／US98／22,822、PCT／US98／14,029、PCT／US96／07,949、PCT／US94／02,219、PCT／US91／08,496、PCT／US90／01,998、並びに、先行する米国特許出願「シリアル番号09／225,687、1999年1月6日出願」、「シリアル番号60／095,149、1998年8月3日出願」、「シリアル番号60／101,651、1998年9月24日出願」、「シリアル番号60／105,752、1998年10月26日出願」、「シリアル番号60／113,713、1998年12月24日出願」、「シリアル番号60／123,835、1999年3月11日出願」、「シリアル番号60／130,491、1999年4月22日出願」、「シリアル番号60／141,036、1999年6月29日出願」、「シリアル番号09／009,294、1998年1月20日出願」、
【００３０】
「シリアル番号09/111,160、1998年7月7日出願」、「シリアル番号09／111,170、1998年7月7日出願」、「シリアル番号09／111,016、1998年7月7日出願」、「シリアル番号09／111,003、1998年7月7日出願」、「シリアル番号09／110,694、1998年7月7日出願」、「シリアル番号09／110,717、1998年7月7日出願」、「シリアル番号60／053,378、1997年7月22日出願」、「シリアル番号60／068,913、1997年12月29日出願」、「シリアル番号60／090,239、1998年6月22日出願」、「シリアル番号09／009,455、1998年1月20日出願」、「シリアル番号09／110,678、1998年7月7日出願」、
【００３１】
「シリアル番号60／053,307、1997年7月22日出願」、「シリアル番号60／068,918、1997年12月29日出願」、「シリアル番号60／080,725、1998年4月3日出願」、「シリアル番号09／181,180、1998年10月28日出願」、「シリアル番号60／063,451、1997年10月29日出願」、「シリアル番号09／008,947、1998年1月20日出願」、「シリアル番号60／074,006、1998年2月9日出願」、「シリアル番号60／080,647、1998年4月3日出願」、「シリアル番号09／009,837、1998年1月20日出願」、「シリアル番号08／822,170、1997年3月27日出願」、「シリアル番号08／592,712、1996年1月26日出願」、シリアル番号08／467,051、1995年6月6日出願」、
【００３２】
「シリアル番号08／416,040、1995年4月3日出願」、「シリアル番号08／467,911、1995年6月6日出願」、「シリアル番号08／107,357、1993年8月16日出願」、「シリアル番号08／075,102、1993年6月11日出願」、「シリアル番号07／626,496、1990年12月12日出願」、「シリアル番号07／345,628、1989年4月28日出願」、及び「シリアル番号07／341,733、1989年4月21日出願」の全ての開示を本願の援助文献する。（これ以後、「先行するMillsの出願」と呼ぶ）
【００３３】
また、イオン化エネルギーとして公知の原子やイオンや分子の結合エネルギーも、原子やイオンや分子から１つの電子を取り除くために必要なエネルギーである。これ以後、式１で与えられる結合エネルギーをもつ水素原子を、ハイドリノ原子もしくはハイドリノと呼ぶ。ハイドリノの半径ａＨ／ｐはＨ［ａＨ／ｐ］で示される。ここで、ａＨは通常の原子状水素の半径であり、ｐは整数である。以後、半径ａＨの水素原子を「通常の水素原子」、即ち「標準水素原子」と呼ぶ。通常の水素原子の結合エネルギーは１３．６ｅＶであることが特徴である。
ハイドリノは、通常の水素原子と触媒の反応によって作られるが、その触媒の実効反応エンタルピーは、
ｍ・２７．２ｅＶ （２ａ）
ここで、ｍは整数である。また、先行するMillsの出願では、この触媒を「エネルギーホール」もしくは「エネルギーホールのソース」と呼んでいる。実効反応エンタルピーがｍ・２７．２ｅＶに極めて近くなると、触媒反応は速まると考えられる。実効反応エンタルピーがｍ・２７．２ｅＶの±１０％、好適には±５％である触媒が、多くのアプリケーションに適していることが判明している。
【００３４】
別の実施形態では、ハイドリノを作るための触媒の実効反応エンタルピーは、
ｍ／２・２７．２ｅＶ （２ｂ）
である。ここで、ｍは１より大きな整数である。実効反応エンタルピーがｍ／２・２７．２ｅＶに極めて近いと、触媒反応は速まると考えられる。実効反応エンタルピーがｍ／２・２７．２ｅＶの±１０％、好適には±５％である触媒が、多くのアプリケーションに適していることが判明している。
本発明の触媒は、ｍ・２７．２ｅＶの実効エンタルピーを提供できる。ここで、ｍは、整数、即ち、ｍ／２・２７．２ｅＶである。水素からのエネルギー伝達に伴って共振励起状態のエネルギーレベルへ遷移すると、ｍは１より大きな整数となる。例えば、ｎ＝１のエネルギーレベルからｎ＝２のエネルギーレベルへの遷移時に、Ｈｅ＋は４０．８ｅＶを吸収するが、この値は、（ｍ／２・２７．２ｅＶでｍが３の場合の）３／２・２７．２ｅＶに相当する。このエネルギーは、式（２ｂ）で与えられるｐ＝２とｐ＝１での原子状水素の状態のエネルギー差と共振する。従って、Ｈｅ＋は、これらの水素の状態間を遷移させるための触媒として作用することができる。
【００３５】
本発明の触媒は、ｍ・２７．２ｅＶの実効エンタルピーを提供することができる。ここで、ｍは整数である。また、共振エネルギー伝達時にイオン化すると、ｍは１より大きな整数、即ち、ｍ／２・２７．２ｅＶとなる。例えば、アルゴンの第３のイオン化エネルギーは４０．７４ｅＶなので、Ａｒ３＋にイオン化されるときに、Ａｒ２＋は４０．８ｅＶを吸収するが、この値は３／２・２７．２ｅＶに相当する（式（２ｂ）で、ｍ＝３）。このエネルギーは、式（１）で与えられるｐ＝２とｐ＝１での原子状水素の状態のエネルギー差と共振する。従って、Ａｒ２＋は、これらの水素の状態間を遷移させる触媒として作用することができる。
【００３６】
この触媒反応によってエネルギーが水素原子から放出され、ｒｎ＝ｎａＨで水素原子サイズが小さくなる。例えば、Ｈ（ｎ＝１の）からＨ（ｎ＝１／２の）への触媒反応によって、４０．８ｅＶが放出され、水素の半径はａＨから１／２ａＨに小さくなる。ｔ個の電子のイオン化エネルギーの合計が約ｍ×２７．２ｅＶになるように、各原子からのｔ個の電子の各々をイオン化して特定の連続エネルギーレベルにする触媒反応系を実現している。ここで、ｍは整数である。そのような触媒反応系の１つでは、カリウム金属が必要である。カリウムの第１のイオン化エネルギーは４．３４０６６ｅＶであり、第２のイオン化エネルギーは３１．６３ｅＶであり、第３のイオン化エネルギーは４５．８０６ｅＶである[D．R．Linde、CRC Handbook of Chemistry and Physics、第78版、CRC Press, Boca Raton, Florida、1997年、10〜214頁、及び10〜216頁］。ＫからＫ３＋の３重イオン化（ｔ＝３）反応の実効反応エンタルピーは、８１．７４２６ｅＶであって、この値は、式（２ａ）でｍ＝３の場合に相当する。
【００３７】
【数１】
そして、全ての反応は、
【数２】
で与えられる。また、ルビジウムの第２のイオン化エネルギーは２７．２８ｅＶなので、ルビジウムイオン（Ｒｂ＋）も触媒となる。この場合の触媒反応は、
【数３】
で与えられる。そして、全ての反応は、
【数４】
で与えられる。
【００３８】
また、ヘリウムの第２のイオン化エネルギーは５４．４１７ｅＶなので、ヘリウムイオン（Ｈｅ＋）も触媒となる。この場合の触媒反応は、
【数５】
で与えられる。そして、全ての反応は、
【数６】
で与えられる。
アルゴンの第２のイオン化エネルギーは、２７．６３ｅＶなので、アルゴンイオンも触媒になる。
【数７】
そして、全ての反応は、
【数８】
で与えられる。
【００３９】
ネオンイオンとプロトンも、水素原子のポテンシャルエネルギーのものの倍数となる実効エンタルピーを提供することができる。ネオンの第２のイオン化エネルギーは４０．９６ｅＶであり、Ｈ＋がＨに還元される時に１３．６ｅＶを放出する。そして、Ｎｅ＋からＮｅ２＋への反応と、Ｈ＋からＨへの反応の組みのを合わせた正味反応エンタルピー実効反応エンタルピーは、２７．３６ｅＶであって、る。この値は、式（２ａ）でｍ＝１の場合にのｍ・２７．２ｅＶに相当する。
【数９】
そして、全ての反応は、
【数１０】
で与えられる。
【００４０】
また、ネオンイオンは、水素原子のポテンシャルエネルギーのものの倍数となる実効エンタルピーを提供することができる。Ｎｅ＋の励起状態Ｎｅ＋＊は、２７．２ｅＶ（４６．５ｎｍ）であって、その状態では、２７．２ｅＶの反応の実効反応エンタルピーをもつ。これは、式（２ａ）でｍ＝１の場合に相当する。
【数１１】
そして、全ての反応は、
【数１２】
で与えられる。
【００４１】
また、第１のネオンエキシマ連続体Ｎｅ２ ＊は、水素原子のポテンシャルエネルギーのものの倍数となる実効エンタルピーを提供することができる。ネオンの第１イオン化エネルギーは２１．５６４５４ｅＶであり、第１のネオンのエキシマ連続体Ｎｅ２ ＊の励起状態のエネルギーは１５．９２ｅＶである。そして、Ｎｅ２ ＊から２Ｎｅ＋への反応の組み合わせの実効反応エンタルピーは、２７．２１ｅＶであろ、この値は、式（２ａ）でｍ＝１の場合に相当する。
【数１３】
そして、全ての反応は、
【数１４】
で与えられる。
【００４２】
また、ヘリウムの場合も同様に、より短い波長のヘリウムエキシマ連続体Ｈｅ２ ＊も、水素原子のポテンシャルエネルギーのものの倍数となる実効エンタルピーを提供することができる。ヘリウムの第１イオン化エネルギーは２４．５８７４１ｅＶであり、ヘリウムのエキシマ連続体Ｈｅ２ ＊の励起状態エネルギーは２１．９７ｅＶである。Ｈｅ２ ＊から２Ｈｅ＋への反応の組み合わせの実効反応エンタルピーは２７．２１ｅＶであって、この値は式（２ａ）でｍ＝１の場合に相当する。
【数１５】
そして、全ての反応は、
【数１６】
で与えられる。
【００４３】
水素のイオン化エネルギーは１３．６ｅＶである。２つの原子は、第３の水素原子の場合、水素原子のポテンシャルエネルギーのものの倍数となる実効エンタルピーを提供することができる。２つの水素原子のイオン化エネルギーは２７．２１ｅＶであり、この値は式（２ａ）でｍ＝１の場合に相当する。従って、水素型原子のｐサイクルの遷移カスケードは、Ｈ［ａＨ／ｐ］であり、２つの水素原子の場合Ｈ［ａＨ／１］となる。この遷移反応を引き起こす触媒反応は、
【数１７】
で与えられる。
そして、全ての反応は、
【数１８】
で与えられる。
【００４４】
また、窒素分子も、水素原子のポテンシャルエネルギーのものの倍数となる実効エンタルピーを提供することができる。窒素分子の結合エネルギーは９．７５ｅＶであり、窒素原子の第１イオン化エネルギーは１４．５３４１４ｅＶであり、第２イオン化エネルギーは２９．６０１３ｅＶである。Ｎ２から２Ｎへの反応と、ＮからＮ２＋への反応の組み合わせの実効反応エンタルピーは５３．９ｅＶであて、この値は式（２ａ）でｍ＝１の場合に相当する。
【数１９】
そして、全ての反応は、
【数２０】
で与えられる。
【００４５】
また、炭素分子も、水素原子のポテンシャルエネルギーのものの倍数となる実効エンタルピーを提供することができる。炭素分子の結合エネルギーは６．２９ｅＶであり、炭素原子の第１から第６までのイオン化エネルギーはそれぞれ、１１．２６０３ｅＶ、２４．３８３３２ｅＶ、４７．８８７８ｅＶ、６４．４９３９ｅＶ、３９２．０８７ｅＶである。そして、Ｃ２から２Ｃへと、ＣからＣ５＋への反応の組み合わせの実効反応エンタルピーは、５４６．４０２３２ｅＶであって、この値は式（２ａ）でｍ＝２０の場合に相当する。
【数２１】
そして、全ての反応は、
【数２２】
で与えられる。
【００４６】
また、酸素分子も、水素原子のポテンシャルエネルギーのものの倍数となる実効エンタルピーを提供することができる。酸素分子の結合エネルギーは５．１６５ｅＶであり、酸素原子の第１イオン化エネルギーは１３．６１８０６ｅＶであり、第２イオン化エネルギーは３５．１１７３０ｅＶである。そして、Ｏ２から２Ｏへの反応と、ＯからＯ２＋への反応の組合せの実効反応エンタルピーは５３．９ｅＶであって、この値は式（２ａ）でｍ＝２の場合に相当する。
【数２３】
そして、全ての反応は、
【数２４】
で与えられる。
【００４７】
また、酸素分子は、別の反応によっても、水素原子のポテンシャルエネルギーのものの倍数となる実効エンタルピーを提供することができる。酸素分子の結合エネルギーは５．１６５ｅＶであり、酸素原子の第１から第３のイオン化エネルギーは１３．６１８０６ｅＶ、３５．１１７３０ｅＶ、５４．９３５５ｅＶである。そして、Ｏ２から２Ｏへの反応と、ＯからＯ３＋への反応の組合せの実効反応エンタルピーは、１０８．８３ｅＶであって、この値は式（２ａ）でｍ＝４の場合に相当する。
【数２５】
そして、全ての反応は、
【数２６】
で与えられる。
【００４８】
また、酸素分子は、別の反応によっても、水素原子のポテンシャルエネルギーのものの倍数となる実効エンタルピーを提供することができる。酸素分子の結合エネルギーは５．１６５ｅＶであり、酸素原子の第１から第５のイオン化エネルギーはそれぞれ、１３．６１８０６ｅＶ、３５．１１７３０ｅＶ、５４．９３５５ｅＶ、７７．４１３５３ｅＶ、１１３．８９９ｅＶである。そして、Ｏ２から２Ｏへの反応と、ＯからＯ５＋への反応の組み合わせの実効反応エンタルピーは、３００．１５ｅＶであって、この値は式（２ａ）でｍ＝１１の場合に相当する。
【数２７】
そして、全ての反応は、
【数２８】
で与えられる。
【００４９】
触媒の一例としての窒素分子と炭素分子と酸素分子に加えて、本発明によれば、その他の分子も触媒となる可能性がある。その場合、分子結合を壊し、解離した分子の１つの原子からのｔ個の電子を連続体のエネルギーレベルにまでイオン化するエネルギーは、ｔ個の電子のイオン化エネルギーの合計が約ｍ・２７．２ｅＶとなるエネルギーである。尚、ｔとｍは整数である。結合エネルギーとイオン化エネルギーについては、［R. Linde、「CRC Handbook of Chemistry and Physics」、第79版、CRC Press，Boca Raton，Florida、1999年、9〜51頁、及び９〜69頁］と、［R. Linde、「CRC Handbook of Chemistry and Physics」、第79版、CRC Press，Boca Raton，Florida、1998〜9年、10〜175頁、及び10〜177頁］などの一般的文献に記載されている。従って、当業者であれば、ｍ・２７．２ｅＶの正のエンタルピーを提供して、原子状水素からエネルギーを放出させる分子触媒を見いだすことができる。
【００５０】
約ｍ×２７．２ｅＶの実効反応エンタルピーを提供してハイドリノを生成することができる分子状水素触媒を以下に示す。尚、ｍは整数であって、ハイドリノは、分子結合を壊し、ｔ個の電子を、対応する分子の自由原子からイオン化させるものである。第１列で示される分子の結合が壊わされ、第１の列で示される原子もイオン化されて、第１１列で与えられるｍ×２７．２ｅＶの実効反応エンタルピーが提供される。尚、ｍは第１２列で示されるものである。本願の援用文献であるLinde［R. Linde, CRC Handbook of Chemistry and Physics、第79版、CRC Press, Boca Raton, Florida、1999年、9〜51頁、及び9〜69頁］で説明されている、壊される結合エネルギーは、第２列で示されており、イオン化される電子は、イオン化ポテンシャル（これは、イオン化エネルギーもしくは結合エネルギーとも呼ばれる）で示される。原子の第ｎ電子のイオン化ポテンシャル、即ちイオンはＩＰｎで示され、本願の援用文献であるLinde［R. Linde, CRC Handbook of Chemistry and Physics、第79版、CRC Press, Boca Raton, Florida，1998〜9年、10〜175頁、及び10〜177頁］で示されている。例えば、酸素分子の結合エネルギーＢＥ＝５．１６５ｅＶは第２列で示されている。また、第１のイオン化ポテンシャルＩＰ１＝１３．６１８０６ｅＶと、第２のイオン化ポテンシャルＩＰ２＝３５．１１７３０ｅＶはそれぞれ、第３と第４列で示されている。そして、Ｏ２から２Ｏへの反応と、ＯからＯ２＋への反応の組合せの実効反応エンタルピーは、エンタルピー列で示されているように、５４．２６ｅＶであって、式（２ａ）のｍ＝２は、第１２列で示されている。
【００５１】
【表１】
【００５２】
一実施形態では、窒素などの分子触媒は、Ａｒ＋（式（１２−１４））やＨｅ＋（式（９−１１））などの触媒と結合される。アルゴンと窒素の組合せ触媒の一実施形態では、窒素の割合は１〜１０％である。アルゴンと窒素の組合せ触媒の一実施形態では、水素原子源はＨＦなどのハロゲン化水素である。
触媒反応時に放出されるエネルギーは、触媒に奪われるエネルギーよりはるかに大きい。放出されたエネルギーは、従来の化学反応と比べても大きい。例えば、水素ガスと酸素ガスが酸化して水を作る場合は、
Ｈ２（ｇ）＋１／２Ｏ２（ｇ）→Ｈ２Ｏ（ｌ） （４２）
水の形成に係る周知のエンタルピーは、水素原子当たり△Ｈｆ＝−２８６ｋＪ／ｍｏｌｅ、即ち、１．４８ｅＶである。対照的に、触媒反応による（ｎ＝１の）通常の水素原子の各々は、実４０．８ｅＶを放出する。さらに、触媒反応がｎ＝１／２→１／３、１／３→１／４、１／４→１／５の様に遷移することがある。一旦触媒反応が始まると、ハイドリノはさらに不均化反応と呼ばれるプロセスで自触媒作用を起こす。このメカニズムは、無機イオン触媒反応のメカニズムと同様である。しかし、ハイドリノの触媒反応は、エンタルピーがｍ・２７．２ｅＶと極めて一致するので、無機イオン触媒反応の反応速度より速い。
【００５３】
２．２水素化物イオン
水素化物イオンには、陽子と結合した、識別不可能な２つの電子がある。アルカリとアルカリ土類水素化物は水と激しく反応して水素ガスを放出するが、水素ガスは、水との反応熱によって発火して空気中で燃焼する。一般的に、金属水素化物は、ベースメタルの溶解点よりかなり低い温度で加熱すると分解する。
２．３水素プラズマ
歴史的に、水素ガスから放出が発生すると言わせたものは、最初に、唯一の周知の光源、即ち、太陽の水素スペクトルが記録されたことである。適切なソースとスペクトロメータが開発されて、極紫外線（ＥＵＶ）帯域での観察が可能になった。開発された適切な強度を備えるソースは、高電圧放電シンクロトロン装置と、誘導性結合プラズマ生成器と、磁気的に閉込められるプラズマである。後者のソースと異なる重要なものは、トカマク装置であって、抵抗性加熱や、ＲＦ結合や、環状磁場内での中性ビームの注入によって、プラズマが生成され、極高温（例えば、１０６Ｋ以上）に加熱される。
【００５４】
２．４電磁流体力学
本技術分野では、交差磁界内でイオン質量流量の形成に基づく電荷分離は、電磁流体（ＭＨＤ）パワー変換として周知である。陽イオンと陰イオンは、反対方向のローレンツディレクションを受けて、対応する電極でそれを受けて、その間の電圧に影響を与える。イオン質量流量を形成する一般的なＭＨＤ方式では、イオンを含む高圧ガスをノズルで膨張させて、偏向場に対して交差する一連の電極に交差する磁界で高速流を作りだすものである。尚、それらの電極は偏向したイオンを受けるものである。現在の水素化物反応炉の圧力は、大気中の圧力より通常低いが、必ずしもそうである必要はない。流れの向きは、磁気ミラーや熱力学的手段やその他の適切な手段によって制御することができる。
【００５５】
２．５磁気ミラー
パワー変換装置は、所望のイオン流の方向での磁場勾配ソースである磁気ミラーを備えていてもよい。尚、軌道速度ｖ⊥が断熱不変量ｖ⊥ ２／Ｂ＝一定に基づくエネルギー保存則に従って減速すると、線エネルギーが軌道運動のエネルギーから引き出され、プラズマ電子ｖ‖の初期平行速度が上がる。磁束Ｂが減少するにつれ、磁束πα２Ｂが一定であるように半径ａが長くなる。軌道とリンクする磁束の不変性が、「磁気ミラー」メカニズムの基本である。磁気ミラーの原理は、荷電粒子の初速度が鏡に向かうものである場合に、荷電粒子が強磁場領域で反射したり、さもなければ、鏡ではじき返されることである。イオン軌道を通る断熱不変量の磁束が、本発明の手段であって、これは、Ｚ軸方向のイオン流を形成して、ｖ‖＞ｖ⊥となるようにｖ⊥をｖ‖に変換する。
【００５６】
２つ以上の磁気ミラーによって、水素触媒反応によって形成されたプラズマを閉じ込める磁気瓶を形成することができる。磁気瓶内の中心場で生成されたイオンは、軸方向にらせん状に動くが、磁気ミラーの各端で反射する。所望の軸に平行方向の高速度成分をもつ高エネルギーのイオンは、磁気瓶の端部から脱出する。従って、磁気瓶は、瓶の端部から電磁流体変換器へのイオンの基本的に直線的な流れを作り出すことができる。電子は陽イオンより質量が小さいために優先的に閉じ込められるので、本発明のプラズマ力学的実施形態で電圧が作り出される。閉じ込められた電子と接触する陽極と、陽イオンを集める反応炉容器壁などの陰極の間でパワー流が発生する。パワーは負荷で放散する。
【００５７】
２．６プラズマ力学
プラズマの正帯電イオンの質量は、少なくとも電子の質量の１８００倍であるので、サイクロトロンの軌道も１８００倍大きくなる。これにより、電子が磁力線に磁気的に捕らえられる一方で、イオンは浮遊できる。電荷分離が発生して、電圧を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５８】
本発明の目的は、原子状水素の触媒反応によって新しい組成の水素含有物質の新しい水素種と化合物とパワーを生成することである。
別の目的は、水素の触媒反応から放出されたエネルギー生成物として生成されたプラズマからのパワーを変換することである。変換されたパワーは電気源として使用することができる。
本発明の別の目的は、原子状水素の触媒反応から、高エネルギー光、極紫外光、紫外光などの光源とプラズマを生成することである。
【課題を解決するための手段】
【００５９】
１．新しい組成の水素含有物質の新しい水素種と化合物を形成する水素触媒反応
上記の目的およびその他の目的は、パワーソース、水素化物反応炉、パワー変換装置を備える本発明によって達成される。パワーソースには、新しい組成の水素含有物質の新しい水素種と化合物を形成する原子状水素触媒反応用セルが備えられている。水素触媒反応から得られるパワーを直接電気に変換することができる。個々の実施形態のパワー変換装置には、新しい組成の水素含有物質の新しい水素種と化合物を形成するための水素触媒反応によって形成され増加したプラズマから、パワーを受ける電磁流体パワー変換装置やプラズマ力学パワー変換装置が含まれる。新種の物質の水素化合物には、
（ａ）特定の結合エネルギーをもつ中性、陽性、陰性の水素種（以後、「結合エネルギー増大水素種」）うちの少なくとも１つであって、前記特定の結合エネルギーは、
（ｉ）対応する通常の水素種の結合エネルギーより大きいか、
（ii）通常の水素種の結合エネルギーが周囲環境（標準の温度、圧力、ＳＴＰ）での熱エネルギーより小さいかマイナスであるため、対応する通常の水素種が不安定であったり観察されない水素種の結合エネルギーよりも大きい、当該結合エネルギー増大水素種と、
（ｂ）少なくとも１つのその他の元素が含まれる。以後、本発明の化合物を「結合エネルギー増大水素化合物」と呼ぶ。
【００６０】
この文脈での「その他の元素」とは、結合エネルギー増大水素種以外の元素を意味する。従って、その他の元素は、通常の水素種や水素以外の元素であってもよい。あ特定のグループの化合物のその他の元素と結合エネルギー増大水素種は、中性である。別のグループの化合物のその他の元素と結合エネルギー増大水素種は帯電すると、その他の元素が平衡帯電して、中性化合物が形成される。前者のグループの化合物は、分子結合と配位結合によって特徴づけられ、後者のグループは、イオン結合によって特徴づけられる。
【００６１】
また、形成される新しい化合物と分子イオンには、
（ａ）特定の総エネルギーをもつ少なくとも１つの中性、陽性、陰性の水素（以後、「結合エネルギー増大水素種」）であって、前記総エネルギーは、
（ｉ）対応する通常の水素種の総エネルギーよりも大きいか、
（ii）通常の水素種の総エネルギーが周囲環境での熱エネルギーより小さいかもしくはマイナスであるため、対応する通常の水素種が不安定であったり観察されない水素種の総エネルギーよりも大きい、当該結合エネルギー増大水素種と、
（ｂ）少なくとも１つのその他の元素が含まれる。
【００６２】
水素種の総エネルギーは、水素種から全電子を除去するエネルギーの合計に相当する。本発明の水素種は、対応する通常の水素種よりも大きな総エネルギーを有する。また、本発明の総エネルギー増加水素種は「結合エネルギー増大水素種」と呼ばれるが、これは、一部の実施形態の総エネルギー増加水素種の第１の電子の結合エネルギーが、対応する通常の水素種の第１の電子の結合エネルギーより小さい場合でも、そう呼ばれる。例えば、ｐ＝２４の場合の式（４３）の水素化物イオンの第１の結合エネルギーは、通常の水素化物イオンの第１の結合エネルギーより小さく、ｐ＝２４の場合の式（４３）の水素化物イオンの総エネルギーは、対応する通常の水素化物イオンの総エネルギーよりもはるかに大きい。
【００６３】
また、形成される新しい化合物と分子イオンには、
（ａ）特定の結合エネルギーをもつ複数の中性、陽性、陰性の水素種（以後「結合エネルギー増大水素種」）であって、前記結合エネルギーは、
（ｉ）対応する通常の水素種の結合エネルギーより大きいか、
（ii）通常の水素種の結合エネルギーが周囲環境での熱エネルギーより小さいかマイナスであるため、対応する通常の水素種が不安定であったり観察されない水素種の結合エネルギーより大きい、当該結合エネルギー増大水素種と、
（ｂ）オプションとしてその他の１つの元素が含まれる。以後、本発明の化合物を、「結合エネルギー増大化合物」と呼ぶ。
【００６４】
電子、ハイドリノ原子、結合エネルギー増大水素種のうちの少なくとも１つのを含む化合物と、少なくとも１つのその他の原子、結合エネルギー増大水素種以外の原子、分子、イオンのうちの少なくとも１つを、１つ以上のハイドリノ原子と反応させることによって、結合エネルギー増大水素種が形成される。
また、形成される新しい化合物と分子イオンには、
（ａ）特定の総エネルギーをもつ複数の中性や陽性や陰性の水素種（以後「結合エネルギー増大水素種」）であって、前記総エネルギーは、
（ｉ）通常の分子状水素の総エネルギーよりも大きいか、
（ii）通常の水素種の総エネルギーが周囲環境での熱エネルギーより小さいかもしくはマイナスであるため、対応する通常の水素種が不安定であったり観察されない水素種の総エネルギーより大きい、当該結合エネルギー増大水素種と、
【００６５】
（ｂ）オプションとしてその他の１つの元素が含まれる。これ以後、本発明の化合物を、「結合エネルギー増大水素化合物」と呼ぶ。
総エネルギー増加水素種の総エネルギーは、総エネルギー増加水素種から全電子を除去するエネルギーの合計に相当する。通常の水素種の総エネルギーは、通常の水素種から全電子を除去するエネルギーの合計に相当する。総エネルギー増加水素種は、結合エネルギー増大水素種と呼ばれるが、これは、結合エネルギー増大水素種の一部の第１の電子の結合エネルギーが、通常の分子状水素の第１の電子の結合エネルギーより小さい場合でも、そう呼ばれる。しかしながら、結合エネルギー増大水素種の総エネルギーは、通常の分子状水素の総エネルギーよりはるかに大きい。
【００６６】
本発明の一実施形態の結合エネルギー増大水素種は、ＨｎやＨｎ −（ここで、ｎは正の整数）であったり、Ｈｎ ＋（ここで、ｎは１より大きな正整数）であってもよい。結合エネルギー増大水素種はＨｎやＨｎ −であって、ここでのｎは１〜約１×１０６の整数であることが好ましく、また、１〜約１×１０４の整数であることがより好ましく、さらに、１〜約１×１０２の整数であることがさらに好ましく、また、１〜約１０の整数であることが最も好ましい。また、結合エネルギー増大水素種はＨｎ ＋であって、ここでのｎは２〜約１×１０６の整数であり、また、２〜約１×１０４の整数であることがより好ましく、さらに、２〜約１×１０２の整数であることがさらに好ましく、また、２〜約１０の整数であることが最も好ましい。Ｈｎ −の具体的な一例は、Ｈ１６ −である。
【００６７】
本発明の一実施形態では、結合エネルギー増大水素種は、Ｈｎ ｍ−（ここで、ｎとｍは正の整数）やＨｎ ｍ＋（ここで、ｎはｍより大きな正整数）である。結合エネルギー増大水素種は、Ｈｎ ｍ−（ここで、ｎは、１〜約１×１０６の整数であり、１〜約１×１０４の整数であることがより好ましく、また、１〜約１×１０２の整数であることがさらに好ましく、１〜１０の整数であることが最も好ましく、ｍは１〜１００や１〜１０である）や、Ｈｎ ｍ＋（ここで、ｎは、２〜約１×１０６の整数であり、２〜約１×１０４であることがより好ましく、また、２〜約１×１０２であることがさらに好ましく、２〜約１０であることが最も好ましく、ｍは１〜約１００であることが好ましく、また、１〜１０のＨｎ ｍ＋であることがさらに好ましい）である。
【００６８】
本発明の好適な実施形態によれば、（ａ）ｐ＝２〜２３の場合の式（４３）の通常の水素化物イオンの結合エネルギー（約０．８ｅＶ）より大きく、ｐ＝２４での通常の水素化物イオンの結合エネルギーより小さい結合エネルギーをもつ水素化物イオン（「結合エネルギー増大水素化物イオン」、即ち、「ハイドリノ水素化物イオン」）と、（ｂ）通常水素原子の結合エネルギー（約１３．６ｅＶ）より大きな結合エネルギーをもつ水素原子（「結合エネルギー増大水素原子」、即ち、「ハイドリノ」と、（ｃ）約１５．５ｅＶより大きな第１の結合エネルギーをもつ水素分子（「増加結合エネルギーの水素分子」、即ち、「二価ハイドリノ」と、（ｄ）約１６．４ｅＶより大きな結合エネルギーをもつ分子状水素イオン（「増加結合エネルギーの分子状水素イオン」、即ち、「二価ハイドリノ分子イオン」）から選択された結合エネルギー増大水素種のうちの少なくとも１つを含む化合物が形成される。
【００６９】
そのような通常の水素の化合物が存在する場合には、本発明の化合物は、通常の水素を含む化合物と識別可能な１つ以上のユニークな特性をもつことになる。ユニークな特性には、例えば、（ａ）ユニークな化学量論性、（ｂ）ユニークな化学構造、（ｃ）導電性、溶解点、沸点、密度、屈折率などの１つ以上の際立った化学特性、（ｄ）その他の元素や化合物とのユニークな反応性、（ｅ）室温以上での高安定性、（ｆ）大気や水中での高安定性が含まれる。通常の水素の化合物と結合エネルギー増大水素含有化合物を識別する方法には、（１）元素分析、（２）溶解度、（３）反応性、（４）溶解点、（５）沸点、（６）温度に応じた蒸気圧、（７）屈折率、（８）Ｘ線電子分光法（ＸＰＳ）、（９）ガスクロマトグラフィー、（１０）Ｘ線回折（ＸＲＤ）、（１１）熱量測定、（１２）赤外分光法（ＩＲ）、（１３）ラマン分光法、（１４）メスバウアー分光法、（１５）極紫外線（ＥＵＶ）放射と吸収分光法、（１６）紫外線（ＵＶ）放射と吸収分光法、（１７）可視光放射と吸収分光法、（１８）核磁気共振分光法、（１９）加熱された試料の気相質量分析法（４本式固体プローブ・直接照射プローブと磁気セクタ質量分光法）、（２０）時間分解二次イオン質量分析法（ＴＯＦＳＩＭＳ）、（２１）エレクトロスプレーイオン化時間分解質量分析法（ＥＳＩＴＯＦＭＳ）、（２２）熱重量分析（ＴＧＡ）、（２３）示差熱分析（ＤＴＡ）、（２４）示差走査熱測定（ＤＳＣ）、（２５）液体クロマトグラフィ／質量分析法（ＬＣＭＳ）、（２６）ガスクロマトグラフィー質量分析法（ＧＣＭＳ）が含まれる。
【００７０】
本発明によれば、ｐ＝２〜２３では、式（４３）の通常の水素化物イオンの結合エネルギー（約０．８ｅＶ）より大きく、ｐ＝２４の場合には、それより小さな結合エネルギーをもつハイドリノ水素化物イオン（Ｈ−）が形成される。式（４３）でｐ＝２〜２４の場合、水素化物イオンの増加結合エネルギーはそれぞれ、3、6.6、11.2、16.7、22.8、29.3、36.1、42.8、49.4、55.5、61.0、65.6、69.2、71.5、72.4、71.5、68.8、64.0、56.8、47.1、34.6、19.2、0.65ｅＶとなる。また、新しい水素化物イオンを含む化合物も形成される。
【００７１】
新しいハイドリノ水素化物イオンの結合エネルギーは、
【数２９】
で表わされる。ここで、ｐは１より大きな整数、ｓ＝１／２、πはパイ、ｈはプランク定数バー、μ０は真空の透磁率、ｍｅは電子の質量、μｅは減少した電子質量、ａ０はボーア半径、ｅは電気素量である。半径は、
【数３０】
で与えられる。
本発明のハイドリノ水素化物イオンは、電子源と、ハイドリノ、即ち、約１３．６ｅＶ／ｎ２の結合エネルギーをもつ水素原子との反応によって形成される。ここで、ｎ＝１／ｐであり、ｐは、１より大きな整数である。ハイドリノ水素化物イオンは、Ｈ−（ｎ＝１／ｐ）もしくはＨ−（１／ｐ）で示される。
【数３１】
【００７２】
ハイドリノ水素化物イオンは、通常の水素の原子核と、約０．８ｅＶの結合エネルギーをもつ２つの電子を含む通常の水素化物イオンと識別される。これ以後、後者を「通常の水素化物イオン」、即ち、「標準水素化物イオン」と呼ぶ。ハイドリノ水素化物イオンは、プロチウム、重水素、三重水素を含む水素の原子核と、式（４３）の結合エネルギーの２つの識別不可能な電子が含まれる。
Ｈ−（ｎ＝１／ｐ）のハイドリノ水素化物イオンの結合エネルギーを表２に示す。ここで、ｐは整数である。
【００７３】
【表２】
【００７４】
１つ以上のハイドリノ水素化物イオンと、１つ以上のその他の元素を含む新しい化合物が形成される。そのような化合物をハイドリノ水素化物化合物と呼ぶ。
通常の水素種の結合エネルギーは、（ａ）水素化物イオン（「通常の水素化物イオン」）、０．７５４ｅＶ、（ｂ）水素原子（「通常の水素原子」）、３．６ｅＶ、（ｃ）二原子状水素分子（「通常の水素分子」）、５．４６ｅＶ、（ｄ）水素分子イオン（「通常の水素分子イオン」）、６．４ｅＶ、（ｅ）Ｈ３ ＋（「通常の三水素分子イオン」）、２．６ｅＶであることを特徴とする。本願で水素の組成を表す「標準」、「通常」という言葉は同義である。
【００７５】
本発明のその他の好適な実施形態によれば、以下に示すような結合エネルギー増大水素種の少なくとも１つを含む化合物が形成される。即ち、
（ａ）約１３．６ｅＶ／（１／ｐ）２の結合エネルギーをもつ水素原子であって、±１０％の範囲以内であることが好ましく、±５％の範囲以内であることがより好ましい。ここで、ｐは整数であり、２〜２００の整数であることが好ましい。
（ｂ）
【数３２】
以内であることが好ましく、また、±５％の範囲以内であることがより好ましい。ここで、ｐは整数であり、２〜２００の整数であることが好ましく、ｓ＝１／２、ｈはプランク定数バー、μ０は真空の透磁率、ｍｅは電子の質量、μｅは減少した電子質量、ａ０はボーア半径、ｅは電気素量である。
（ｃ）Ｈ４ ＋（１／ｐ）
（ｄ）約２２．６ｅＶ／（１／ｐ）２の結合エネルギーをもつ三水素分子イオンＨ３ ＋（１／ｐ）であって、±１０％の範囲以内であることが好ましく、±５％の範囲以内であることがより好ましい。ここで、ｐは整数であり、２〜２００の整数であることがより好ましい。
（ｅ）約１５．５ｅＶ／（１／ｐ）２の結合エネルギーをもつ二価ハイドリノであって、±１０％の範囲以内であることが好ましく、±５％の範囲以内であることがより好ましい。ここで、ｐは整数であり、２〜２００の整数であることがより好ましい。（ｆ）約１６．４ｅＶ／（１／ｐ）２の結合エネルギーをもつ二価ハイドリノ分子イオンであって、±１０％の範囲以内であることが好ましく、±５％の範囲以内であることがより好ましい。ここで、ｐは整数であり、２〜２００の整数であることがより好ましい。
【００７６】
化合物が負に帯電した結合エネルギー増大水素種を含む、本発明の一実施形態によれば、化合物は、陽子、通常のＨ２ ＋、通常のＨ３ ＋などの陽イオンを１つ以上含む。
結合エネルギー増大水素化物イオンを少なくとも１つ含む化合物を生成する方法を提供する。以後、その化合物を「ハイドリノ水素化物化合物」と呼ぶ。本方法には、約ｍ／２・２７ｅＶの実効反応エンタルピーをもつ触媒と原子状水素を反応させて、約１３．６ｅＶ／（１／ｐ）２の結合エネルギーをもつ結合エネルギー増大水素原子を生成することが含まれる。ここで、ｐは整数であり、２〜２００の整数であることがより好ましい。また、ｍは１より大きい整数であり、４００より小さい整数であることがより好ましい。触媒反応のさらに別の生成物は、エネルギーである。結合エネルギー増大水素原子は、電子源と反応して、結合エネルギー増大水素化物イオンを生成することができる。結合エネルギー増大水素化物イオンは、１つ以上の陽イオンと反応して、結合エネルギー増大水素化物イオンを少なくとも１つ含む化合物を生成することができる。
【００７７】
２．水素化物反応炉
また、本発明は、ハイドリノ水素化物化合物などの結合エネルギー増大水素化合物を生成する反応炉に関する。触媒反応でのその他の生成物は、エネルギーである。これ以後、その反応炉を「ハイドリノ水素化物反応炉」と呼ぶ。ハイドリノ水素化物反応炉には、ハイドリノと電子源を生成するセルが備えられている。反応炉では、式（４３）の結合エネルギーをもつ水素化物イオンが生成される。ハイドリノ生成用のセルは、例えば、ガスセルや、ガス放電セルや、プラズマトーチセルや、マイクロ波パワーセルの形態を採ってよい。ガスセルとガス放電セルとプラズマトーチセルについては、Millsの先の公開特許に記載されている。これらの各セルには、原子状水素源と、ハイドリノ生成用の固体触媒か溶解触媒か液体触媒か気体触媒の少なくとも１つと、水素とハイドリノ生成用触媒を反応させるための容器が備えられている。特に明記しない限り、本発明で考慮され、本願で使用された「水素」という用語には、プロチウム（１Ｈ）だけでなく、重水素（２Ｈ）、三重水素（３Ｈ）も含まれる。電子源からの電子は、ハイドリノと接触して反応し、ハイドリノ水素化物イオンが形成される。
【００７８】
本願で記述された反応炉である「ハイドリノ水素化物反応炉」とは、ハイドリノ水素化物イオンとその化合物だけでなく、本発明のその他の結合エネルギー増大水素化合物を生成ができるものである。一方、「ハイドリノ水素化物反応炉」の定義については、生成された結合エネルギー増大水素化合物の性質を限定するものとして理解すべきではない。
本発明の一態様によれば、新しい化合物はハイドリノ水素化物イオンと陽イオンから形成される。ガスセルの陽イオンは、セルの物質の酸化種、原子状水素を生成する分子状水素解離物質に含まれる陽イオン、添加された還元剤に含まれる陽イオン、セル内にある（触媒に含まれる陽イオンなど）陽イオンであってもよい。放電セルの陽イオンは、陰極と陽極の物質の酸化種、添加された還元剤の陽イオン、（触媒に含まれる陽イオンなどの）セル内にある陽イオンであってもよい。プラズマトーチセルの陽イオンは、セルの物質の酸化種、添加された還元剤の陽イオン、セル内にある（触媒に含まれる陽イオンなどの）陽イオンであってもよい。
【００７９】
一実施形態では、水素触媒反応で放出されるエネルギーによってハイドリノ水素化物セル内でプラズマが形成される。本願の援用文献であるKikuchi他の[J. Kikuchi、M. Suzuki、H. Yano、S. Fujimura、「roceedings SPIE-The International Society for Optical Engineering」、1993年、1803(先端集積回路技術プロセッシンク゛)、70〜76頁］によって示されたように、水素濃度を高くするために、水蒸気がプラズマに与えられることがある。
【００８０】
３．触媒
３．１原子及びイオン触媒
一実施形態では、ｔ個の電子のイオン化エネルギー合計が約ｍ×２７．２ｅＶになるように、原子、イオン、分子、イオン化合物や分子化合物などの関連種からのｔ個の電子をイオン化して、連続的なエネルギー準位にするための触媒反応系が提供される。ここで、ｍは整数である。そのような触媒反応系の１つには、セシウムが必要である。セシウムの第１のイオン化エネルギーは、３．８９３９０ｅＶであり、第２のイオン化エネルギーは、２３．１５７４５ｅＶである[David R. Linde、「CRC Handbook of Chemistry and Physics」、第74版、CRC Press, Boca Raton, Florida、1993年、10〜207頁]。ＣｓからＣｓ２＋への２重イオン化反応（ｔ＝２）の実効反応エンタルピーは、２７．０５１３５ｅＶであって、この値は、式（２ａ）でｍ＝１の場合に相当する。
【００８１】
【数３３】
そして、全反応は、
【数３４】
で示される。熱エネルギーによって、反応エンタルピーを高くすることができる。運動エネルギーと温度の関係は、
Ｅｋｉｎｅｔｉｃ＝３／２ｋＴ （４９）
で与えられる。
【００８２】
温度が１２００Ｋの場合、熱エネルギーは０．１６ｅＶであり、セシウム金属から得られる実効反応エンタルピーは、所望のエネルギーに等しい２７．２１ｅＶである。
【００８３】
約ｍ×２７．２ｅＶの実効反応エンタルピーを提供し、ハイドリノを生成することができる分子状水素触媒を以下に示す。ここで、ｍは整数である。また、これによって、原子もしくはイオンからｔ個の電子がイオン化される。触媒反応によるその他の生成物は、エネルギーである。第１列で示される原子もしくはイオンをイオン化して、第１０列で示されるｍ×２７．２ｅＶの実効反応エンタルピーが提供される。ここで、ｍは第１１列で与えられる。イオン化電子は、イオン化ポテンシャル（イオン化エネルギーもしくは結合エネルギーとも呼ばれる）で示される。原子もしくはイオンの第ｎ電子のイオン化ポテンシャルはＩＰｎで示され、本願の援用文献であるLinde[David R. Linde、「CRC Handbook of Chemistry and Physics」、第78版、CRC Press, Boca Raton, Florida、1997年、10〜214頁、及び10〜216頁]に示されている。即ち、例えば、Ｃｓ＋３．８９３９０ｅＶ→Ｃｓ＋＋ｅ−、Ｃｓ＋＋２３．１５７４５ｅＶ→Ｃｓ２＋＋ｅ−である。第１のイオン化ポテンシャル、即ち、ＩＰ１＝３．８９３９０ｅＶと、第２のイオン化ポテンシャル、即ち、ＩＰ２＝２３．１５７４５ｅＶについては、第２列、第３列にそれぞれ示されている。Ｃｓの２重イオン化反応の実効反応エンタルピーは、第１０列で示されているように、２７．０５１３５ｅＶであり、式（２ａ）でｍ＝１の場合の値が表３の第１１列に示されている。
【００８４】
【表３】
【００８５】
【表４】
【００８６】
一実施形態では、式（６〜８）の触媒Ｒｂ＋は、ルビジウム金属をイオン化することによって生成される。イオン化ソースは、ＵＶ光やプラズマであってもよい。ＵＶ光やプラズマソースの少なくとも１つは、１つ以上の水素触媒、例えば、カリウム金属やＫ＋イオンと水素の触媒反応によって形成される。後者の場合では、カリウムイオンも、水素原子のポテンシャルエネルギーの倍数である実効エンタルピーを提供することができるカリウムの第２のイオン化エネルギーは３１．６３ｅＶであり、Ｋ＋は、Ｋに還元される際に、４．３４ｅＶを放出する。Ｋ＋からＫ２＋への反応と、Ｋ＋からＫへの反応の組合せ実効反応エンタルピーは、２７．２８ｅＶであって、この値は式（２ａ）でｍ＝１の場合に相当する。
【００８７】
一実施形態の触媒Ｋ＋／Ｋ＋は、カリウム金属をイオン化することによって形成される。イオン化ソースは、ＵＶ光やプラズマであってもよい。ＵＶ光やプラズマソースの少なくとも１つは、カリウム金属やＫ＋イオンなどの１つ以上の水素触媒と水素との触媒反応によって形成される。
一実施形態では、式（６〜８）の触媒Ｒｂ＋や触媒Ｋ＋／Ｋ＋は、対応するアルカリ水素化物を生成するための水素とルビジウム金属、もしくは、水素とカリウム金属の反応によってか、あるいは、分子状水素を原子状水素に解離する働きもする熱フィラメントでのイオン化によっても形成される。熱フィラメントは、例えば、１０００度〜２８００度の高温で動作するタングステンやモリブデンなどの耐熱性金属で作られる。
【００８８】
本方法の触媒は、約ｍ／２・２７ｅＶの実効反応エンタルピーをもつ結合エネルギー増大水素化合物であって、約１３．６ｅＶ／（１／ｐ）２の結合エネルギーをもつ結合エネルギー増大水素原子を生成することができる。ここで、ｍは１より大きい整数であって、４００より小さい整数であることが好ましい。また、ｐは整数であって、２〜２００の整数のであることが好ましい。
本発明の触媒の別の実施形態では、ハイドリノは、通常の水素原子との触媒反応によって生成されるが、その触媒の実効反応エンタルピーは、約ｍ／２・２７．２ｅＶである。
【００８９】
ここで、ｍは整数である。実効反応エンタルピーがｍ／２・２７．２ｅＶに極めて近いと、触媒反応は速まると考えられる。実効反応エンタルピーがｍ／２・２７．２ｅＶ±１０％、好適には±５％である触媒が、多くのアプリケーションに適していることが判明している。
【００９０】
一実施形態の触媒は、本願の援用文献であるMills [R. L. Mills、J. Dong、Y. Lu、「特定触媒と共に白熱加熱された水素ガスから生じる極紫外線水素放射の観察（Observation of Extreme Ultraviolet Hydrogen Emission from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Catalysts）」、Int., J. Hydrogen Energy、第25巻、2000年、919〜943頁］に記載されているように、低電圧でのプラズマ形成によって特定される。別の実施形態では、触媒を特定して触媒反応速度を監視する手段は、１〜０．０１Åの高解像度の可視スペクトロメータを備えていることが好ましい。水素のバルマー線やその他の原子線のドップラー幅の程度によって、触媒と触媒反応速度を特定することができる。
【００９１】
３．２ハイドリノ触媒
不均化と呼ばれるプロセスでは、ハイドリノ原子のイオン化エネルギー、共振励起、不安定励起の各々は、ｍ×２７．２ｅＶであるので、低エネルギー水素原子、即ち、ハイドリノは、触媒として作用する。第２のハイドリノ原子の影響を受ける第１のハイドリノ原子の遷移反応のメカニズムには、各々が２７．２１ｅＶのポテンシャルエネルギーをもつｍ縮退多重極原子間の共振結合が含まれる。第１のハイドリノ原子から第２のハイドリノ原子にｍ×２７．２ｅＶのエネルギー伝達が起きることによって、第１の原子の中心場がｍ増大し、その電子半径はａＨ／ｐからａＨ／ｐ＋ｍにｍレベル縮小する。第２の相互作用低エネルギー水素は、励起して不安定状態なったり、励起して共振状態になったり、共振エネルギー伝達によってイオン化される。共振遷移は複数の段階で起きる可能性がある。例えば、多重極結合による非輻射遷移が起きることがある。その状態では、第１の中心場がｍ増大し、第１の電子の半径がａＨ／ｐからａＨ／ｐ＋ｍにｍレベル縮小し、さらに、共振エネルギー伝達が起こる。多重極結合によって伝達されたエネルギーは、仮想準位への励起を伴うフォトン吸収に似たメカニズムによって生じることがある。あるいは、第１のハイドリノ原子の電子が遷移する際の多重極結合によって発生するエネルギー伝達は、以下のメカニズムによって生じることがある。即ち、仮想準位への第１の励起と、共振準位もしくは連続準位への第２の励起に関する２つのフォトン吸収に類似したメカニズムである［B. J. Thompson、「Handbook of Nonlinear Optics」、Marcel Dekker Inc., New York、1996年、497〜548頁；Y. R. Shen、「The Principles of Nonlinear Optics」、John Wiley & Sons, New York、1984年、203〜210頁；B. de Beauvoir、F. Nez、L. Julien、B. Cagnac、F. Biraben、D. Touahri、L. Hilico、O. Acef、A. Clairon、J. J. Zondy、「Physical Review Letters」、第７８巻、No.３、1997年、440〜443頁］。第２のハイドリノ原子に伝達されるエネルギーより大きな伝達エネルギーが、真空媒体内でフォトンとして現れることがある。
【００９２】
Ｈ［ａＨ／ｐ’］で励起した共振状態Ｈ［ａＨ／ｐ’−ｍ’］で、ｍ・２７．２１ｅＶの多重極共振伝達と［（ｐ’）２−（ｐ’−ｍ’）２］×１３．６ｅＶ−ｍ・２７．２ｅＶの伝達によって誘発されたＨ［ａＨ／ｐ］からＨ［ａＨ／ｐ＋ｍ］への遷移は、
【数３５】
で与えられる。ここで、ｐ、ｐ’、ｍ、ｍ’は整数である。
【００９３】
ハイドリノは、共振エネルギー伝達による不均一化反応中にイオン化する可能性がある。初期低エネルギー状態の量子数ｐ、半径ａＨ／ｐのハイドリノ原子は、初期低エネルギー状態の量子数ｍ’、初期半径ａＨ／ｍ’、最終半径がａＨで、その実効エンタルピーがｍ×２７．２ｅＶであるハイドリノ原子との反応によって、低エネルギー状態の量子数（ｐ＋ｍ）、半径ａＨ／（ｐ＋ｍ）の状態に遷移する。従って、共振エネルギー伝達によってイオン化されて、遷移反応を引き起こす、水素型原子Ｈ［ａＨ／ｐ］と水素型原子Ｈ［ａＨ／ｍ’］の反応は、
【数３６】
で与えられる。そして、全反応は、
【数３７】
で与えられる。
【００９４】
４．触媒反応速度の調整
実効反応エンタルピーがｍ・２７．２ｅＶに極めて近くなると、触媒反応速度が上がると考えられる。ここで、ｍは整数である。本発明の結合エネルギー増大水素化合物を生成するためのハイドリノ水素化物反応炉の一実施形態は、電場もしくは磁場源をさらに備える。電場もしくは磁場源は調整可能であって、触媒反応速度を制御することができる。電場や磁場源によって形成された電場や磁場を調整することによって、１つ以上の電子を連続エネルギー準位にイオン化し、約ｍ×２７．２ｅＶの実効反応エンタルピーをもたらす触媒の連続エネルギー準位を変えることができる。連続エネルギー準位の変えることよって、触媒の実効反応エンタルピーがｍ・２７．２ｅＶに極めて近くなる。電場の範囲は、好適には約０．０１〜１０６Ｖ／ｍであり、より好適には０．１〜１０４Ｖ／ｍであり、最も好適には１〜１０３Ｖ／ｍである。磁束の範囲は、約０．０１〜５０テスラであることが好ましい。磁場は、大きな勾配をもつことができる。磁束勾配の範囲は、１平方センチメートル当たり約１０−４〜１０２テラスであることが好ましく、１０−３〜１テスラであることがより好ましい。
【００９５】
一実施形態の電場Ｅと磁場Ｂは直交しているため、ＥＸＢ電子ドリフトを引き起こす。水素触媒反応速度を制御するように調整可能な印加電場方向に電流が流れるので、水素触媒反応によって生成された高エネルギー電子が最小量のパワーを散失する方向に、ＥＸＢ電子ドリフトが発生する。
【００９６】
一実施形態のエネルギーセルでは、磁場によって、セルの特定の領域に電子が閉じ込められるので、壁面との相互作用が減少して電子エネルギーが増加する。この磁場は、環状磁場であっても磁気ミラーの磁場であってもよい。磁場は調整可能であって、水素触媒反応速度を制御することができる。
一実施形態では、高周波電場などの電場によって、最小電流が生成される。別の一実施形態では、ガス、例えば、希ガスなどの不活性ガスを反応混合物に添加して、水素の触媒反応から放出されるエネルギーによって生成されるプラズマの導電性が低下する。導電性は、ガスの圧力を制御することによって調整されるので、水素の触媒反応速度を制御する最適な電圧を得ることができる。別の一実施形態では、原子状水素と分子状水素の比率を増やす反応性混合物に不活性ガスなどのガスを添加することがある。
【００９７】
例えば、セルには、分子状水素を原子状水素に解離する熱フィラメントが備えられており、水素解離剤をさらに加熱することができる。この水素解離剤は、例えば、遷移元素、内遷移元素、鉄、プラチナ、パラジウム、ジルコニウム、バナジウム、ニッケル、チタン、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＣＯ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｖｂ、Ｌｕ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、活性炭（炭素）、炭酸セシウム層間化合物（グラファイト）である。さらに、熱フィラメントによって、反応炉のセル内に電場を形成することができる。電場によって、１つ以上の電子を連続エネルギー準位にイオン化して、約ｍ×２７．２ｅＶの実効反応エンタルピーをもたらす触媒の連続エネルギー準位を変えることができる。別の一実施形態では、可変電圧源によって荷電された電極によって、電場が形成される。触媒反応速度は制御可能である。この制御は、連続エネルギー準位を変えることによって触媒反応速度を制御する印加磁場を規定するための印加電圧を制御することによって行われる。
【００９８】
ハイドリノ水素化物反応炉の別の一実施形態では、電場や磁場源によって原子やイオンがイオン化されて、約ｍ×２７．２ｅＶの実効反応エンタルピーをもつ触媒が形成される。例えば、カリウム金属がＫ＋にイオン化されたり、ルビジウム金属がＲｂ＋にイオン化されて、触媒が形成される。電場源は、分子状水素を原子状水素に解離する熱フィラメントであってもよい。
マイクロ波セルで以前に観察された高パワーレベルは、高エネルギー物質の蓄積に依存する。この物質は、例えば、ヘリウム含有プラズマと反応する水晶管壁のＨｅＨ（１／ｐ）やＡｒＨ（１／ｐ）であって、Beenakker空胴や、ＡｒＨ（１／ｐ）の赤−黄コーティングで見られる極めて高いパワーを生成することができる[R. L. Mills、P. Ray、B. Dhandapani、M. Nansteel、X. Chen、J. He、「原子状水素の分数リュードベリ状態から得た新しいパワー源（New Power Source from Fractional Rydberg States of Atomic Hydrogen）」、Chem. Phys. Letts.提出］。一実施形態のマイクロ波パワーセルと水素化物反応炉では、マイクロ波を長時間与えて、それらの物質を分解してパワーを生成し、触媒としてのハイドリノと不均化反応用還元剤を形成することができる。
【００９９】
一方、ヘリウム−水素マイクロ波プラズマでは、反応炉チャンバ内にあるＫＩと共に、８ナノメートルに至る極めて強いハイドリノ線が見られた。また、チタン遮壁も実験の一部で使用された。ＫＩとＴｉの両方共に電子源として作用し、ハイドリノ水素化物化合物が形成される。これらが十分に蓄積されると、不均化反応が発生し、反応や移動によってハイドリノが無くなる速度を上回る十分に高速な触媒反応を維持することができる。マイクロ波パワーセルと水素化物反応炉の一実施形態では、ＫＩ、Ｓｒ、Ｔｉなどの電子源と共にセルを作動させて、ハイドリノ水素化物化合物を形成し、高パワー状態にする。特定のケースでは、還元剤はセルに直接与えられる。別のケースでは、槽を加熱して、還元剤を蒸発させることもある。
【０１００】
化合物中空陰極とマイクロ中空放電パワーセルと水素化物反応炉の一実施形態では、セルの壁面にはステンレス鋼などの電気導電性物質が含まれている。グロー放電パワーは、所定の入力パワー得るために、最高パワー出力利得、もしくは、所望の出力パワー利得を与えるレベルに操作されることが好ましい。出力パワーと入力パワーの比が入力パワーと共に増える場合、それは、導電性セル壁面への放電をアーチ形に曲げることによって制限される。導電性壁面を水晶やアルミナなどの物質によって絶縁することによって、中空陰極や陰極の内側にプラズマを保持することが好ましい。一実施形態のステンレス鋼セルには、水晶やアルミナ製のスリーブが配置される。
【０１０１】
中空陰極は、モリブデンやタングステンなどの非溶解性物質から形成されることが好ましい。好適な中空陰極には、中空化合物陰極が含まれる。中空化合物陰極を用いた放電セルの好適な触媒源はネオンであり、それについては、本願の援用文献であるR. L. Mills、P. Ray、J. Dong、M. Nansteel、B. Dhandapani、J. He、「分数量子エネルギー準位の分子状水素のスペクトル放射（Spectral Emission of Fractional-Principal-Quantum-Energy-Level Molecular Hydrogen）、Int., J. Hydrogen Energy提出」に記載されている。化合物中空陰極と水素触媒源としてネオンを備えるセルの一実施形態では、ネオンの分圧は、例えば、約９０パーセント〜約９９．９９原子パーセントであり、水素の分圧は、約０．０１パーセント〜約１０パーセントである。ネオンの分圧の範囲は約９９パーセント〜約９９．９パーセントであることが好ましく、水素の分圧は、約０．１〜約１原子パーセントであることが好ましい。
【０１０２】
化合物中空陰極、マイクロ波セル、誘導性結合ＲＦセルなどのパワーセルと水素化物反応炉の一実施形態では、セルの温度は室温より高い。約２５度〜約１５００度の高温でセルを動作させることが好ましい。約２００度〜約１０００度の温度でセルを動作させることがより好ましい。約２００度〜約６５０度の温度でセルを動作させることが最も好ましい。
このセルの一実施形態の高い壁面温度に関する要件は、マイクロ波セルなどのセルをガスギャップ壁や周囲水管壁で取り囲むガスギャップ壁を備えることである。ガスギャップ内は高温である。ガスギャップの熱伝導性は、ギャップ内のガスの熱伝導性や圧力を変えることによって調整可能である。
【０１０３】
５．希ガス触媒と生成物
本発明の新しい組成の水素含有物質の新しい水素種と化合物を形成する原子状水素触媒反応用エネルギーセルを備えたパワーソースと、水素化物反応炉と、パワー変換装置の一実施形態の触媒には、第１の触媒の混合物と第２の触媒源が含まれる。一実施形態の第１の触媒によって、第２の触媒源から第２の触媒が生成される。一実施形態では、第１の触媒による水素の触媒反応から放出されるエネルギーによって、エネルギーセルでプラズマが生成される。そのエネルギーによって第２の触媒源がイオン化されて、第２の触媒が生成される。第２の触媒は、グロー放電の場合に通常必要となる強電場を使用することなく生成される１つ以上のイオンであってもよい。弱電場によって第２の触媒の触媒反応速度が上がり、触媒の反応エンタルピーがｍ×２７．２ｅＶに近づいて、水素触媒反応を引き起こすことができる。エネルギーセルの実施形態では、第１の触媒は、カリウムやストロンチウムなどの表３に示した触媒のグループから選択される。第２の触媒源は、ヘリウムとアルゴンから選択される。第２の触媒は、Ｈｅ＋とＡｒ＋のグループから選択されてもよい。この場合、第１の触媒による水素触媒反応から生成されたプラズマによって、触媒イオンが、対応する原子から生成される。例えば、
１）エネルギーセルはストロンチウムとアルゴンを含み、ストロンチウムによる水素触媒反応によって、第２の触媒として作用するＡｒ＋を含むプラズマを生成する（式（１２〜１４））。
２）エネルギーセルはカリウムとヘリウムを含み、カリウムによる水素触媒反応によって、第２の触媒として作用するＨｅ＋を含むプラズマを生成する（式（９〜１１））。
一実施形態の第２の触媒源の圧力は、約１ミリトール〜約１気圧である。水素の圧力は、約１ミリトール〜約１気圧である。好適な実施形態の全体の圧力は、約０．５トール〜約２トールである。一実施形態の第２の触媒源と水素の圧力比は、１より大きい。好適な実施形態の水素は、約０．１％〜９９％であり、第２の触媒源によって、セル内の気体の平衡がとられている。水素は、約１％〜約５％の範囲内であることが好ましく、第２の触媒源は、約９５％〜約９９％の範囲内であることが好ましい。最も好適には、水素は約５％で、第２の触媒源は約９５％である。これらの圧力の範囲は代表的な例であって、当業者であれば、所望の結果を得るために所望の圧力で本発明を実施することが可能である。
【０１０４】
パワーセルとパワー変換装置の一実施形態の触媒には、Ｈｅ＋とＡｒ＋から選択された少なくとも１つが含まれる。尚、グロー放電や誘電性結合マイクロ波放電などの方法によって生成されたプラズマによって、イオン化された触媒イオンが、対応する原子から生成される。対応する反応炉、例えば、放電セルやプラズマトーチセルハイドリノ水素化物反応炉は、電場強度の低い領域があるので、触媒の反応エンタルピーがｍ×２７．２ｅＶに近づいて水素触媒反応が生じる。一実施形態の反応炉は、Kuraica、Konjevic［Kuraica M．、Konjevic N．、「Physical Review A」、第46巻、No．７、1992年10月，4429〜4432頁］に記述されている中空陽極を備える放電セルである。別の一実施形態の反応炉は、中空陰極を備えた放電セルである。この陰極は、例えば、ステンレスメッシュやニッケルメッシュなどの同心中空陰極や、中心線、即ち、空洞陽極をもつ中空陰極である。好適な一実施形態のセルは、マイクロ波プラズマによって触媒を形成するマイクロ波セルである。一実施形態の原子状水素は、分子状水素ガスのマイクロ波プラズマによって形成され、式（２４〜２６）で与えられる触媒反応の触媒として使用される。水素マイクロ波プラズマの水素圧の範囲は、好適には約１ミリトール〜約１０，０００トールであり、より好適には約１０ミリトール〜約１００トールであり、最も好適には約１０ミリトール〜約１０トールである。
【０１０５】
Ｈｅ＋やＡｒ＋などの陽イオンを含む触媒の触媒反応速度を電場によって制御するセルの一実施形態では、水素の触媒反応は主に陰極で起きる。所望の電場を形成できるように、陰極が選択される。そのセルの一実施形態では、ストロンチウムなどの第１の触媒は、水素ガスと、アルゴンやヘリウムなどの第２の触媒源と共に働く。一実施形態の水素の触媒反応によって、第２の触媒として使用されるアルゴンやヘリウムから得られるＡｒ＋やＨｅ＋などの第２の触媒源から第２の触媒が生成される。水素触媒反応によって生成されるプラズマは磁化されて閉じ込められる。そのセルの一実施形態の反応は、環状や最小（最小Ｂ）磁場を形成する磁石で起き、Ａｒ＋などの第２の触媒を捉えて長い半減期が得られる。プラズマを閉じ込めることによって電子などのイオンが高エネルギーとなるので、Ａｒ＋などの第２の触媒量が増加する。また、閉込めによって、プラズマのエネルギーも増大し、原子状水素がより一層生成される。第２の触媒と原子状水素の濃度を高くすることにより、水素の触媒反応速度が上がる。ストロンチウム金属はＡｒ＋と反応するので、触媒として働く量が減少する。セルの少なくとも一部でセルの温度を制御して、ストリンチウム蒸気圧を制御することによって、所望の触媒反応速度を得ることができる。ストロンチウムの蒸気圧は、高濃度のＡｒ＋が存在する陰極領域で調整されることが好ましい。
【０１０６】
その化合物の化学式は、例えば、ＭＨｎである。ここで、ｎは１〜１００の整数であって、１〜１０がより好ましく、１〜６が最も好ましく、Ｍは、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトンなどの希ガス原子である。化合物の水素含有物Ｈｎは、結合エネルギー増大水素種を少なくとも１つ含む。
ＡｒＨｎの結合エネルギーを増大させる合成方法には、触媒Ａｒ＋を含むアルゴンと水素の混合物の放電が含まれる。ここで、ｎは１〜１００の整数であって、１〜１０であることがより好ましく、１〜６であることが最も好ましい。生成物ＡｒＨｎは、液体窒素冷却槽などの冷却槽で収集される。
ＨｅＨｎの結合エネルギーを増大させる合成方法には、触媒Ｈｅ＋を含むヘリウムと水素の混合物の放電が含まれる。ここで、ｎは１〜１００の整数であって、１〜１０であることがより好ましく、１〜６であることが最も好ましい。生成物ＨｅＨｎは、液体窒素冷却槽などの冷却槽で収集される。
【０１０７】
少なくとも１つの希ガス原子を含む結合エネルギー増大水素化合物を合成する実施形態には、ハイドリノ水素化物反応炉の還元剤としての希ガスを原子状水素源と水素触媒と共に加えることが含まれる。
希ガス含有源からの希ガスを質的に向上させる一実施形態には、希原子源と結合エネルギー増大水素を反応させて、希ガスを得るために分離し分解できる結合エネルギー増大水素化合物を形成することが含まれる。一実施形態では、質が改善される希ガスを含むガス流は、ガスセル、ガス放電セル、マイクロ波セルハイドリノ水素化物反応炉などのハイドリノ水素化物反応炉を通り、反応炉内で生成された結合エネルギー増大水素種が希ガス流と反応して、希ガスの少なくとも１つの原子を含む結合エネルギー増大水素化合物が形成される。化合物は、質が改善された希ガスを供給するために、分離、分解される。
触媒が、陽イオン、例えば、Ｈｅ＋とＡｒ＋のグループから選択された少なくとも１つのものである一実施形態のプラズマセルでは、結合エネルギー増大水素化合物である鉄ハイドリノ水素化物が、セル内にある鉄と反応するハイドリノ原子として形成される。鉄源はステンレス鋼製セルから供給することができる。別の一実施形態では、ストロンチウム、セシウム、カリウムなどの触媒がさらに存在する。
【０１０８】
６．水素触媒反応からのプラズマと光源
一般的に、高電圧放電、シンクロトロン装置、高パワー誘電性結合プラズマ生成器を用いることによって、水素ガスから真空紫外光が放射される。あるいは、環状磁場によって形成される閉込め状態でのＲＦ結合によってプラズマが生成され、極高温（例えば、１０６ケルビン以上）に加熱される。フィラメントの低温（例えば、約１０３ケルビン）加熱により蒸発するチタン解離剤と、本発明の特定の気体原子やイオンの触媒を加熱するタングステンフィラメントで生成された原子状水素からの極紫外線（ＥＵＶ）の強い放射に関しては、[R. L. Mills、J. Dong、Y. Lu、「特定の触媒と共に白熱加熱された水素ガスから生じる極紫外線水素放射の観察（Observation of Extreme Ultraviolet Hydrogen Emission from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Catalysts）」、Int., J. Hydrogen Energy、第25巻、2000年、919〜943頁］で報告されている。カリウム原子、セシウム原子、ストロンチウム原子、Ｒｂ＋は、強いＥＵＶ放射を伴うｒｔ（共振転移）プラズマと呼ばれる低温極低電圧プラズマで形成された原子状水素のポテンシャルエネルギーの整数倍にイオン化する。同様に、Ａｒ＋のイオン化エネルギーは２７．６３ｅＶであり、原子状ストロンチウムによって生成されるプラズマの放射強度は、Ａｒ＋の放射が観察された時だけにアルゴンガスを投入することによって、大幅に増大した。対照的に、化学的に類似の原子、ソジウム、マグネシウム、バリウムは、原子状水素のポテンシャルエネルギーの整数倍にイオン化されず、プラズマも形成されず、放射も生じなかった。
【０１０９】
その他の特性については、水素単独、ストロンチウムもしくは水素含有マグネシウム、ヘリウム、ネオン、アルゴン、もしくは、１０パーセント水素含有キセノンのグロー放電プラズマとマイクロ波から放出される線幅６５６．２ナノメートルのバルマーα線が、高解像度可視スペクトロメータで記録された［R． L． Mills、A. Voigt、P. Ray、M． Nansteel、B. Dhandapani「水素のバルマー線広がりと希ガス／水素放電プラズマの熱パワーバランスの測定（Measurement of Hydrogen Balmer Line Broadening and Thermal Power Balances of Noble Gas-Hydrogen Discharge Plasmas）」、Int., J. Hydrogen Energy提出］と、R． L． Mills、P. Ray、B. Dhandapani、J. He、「特定の触媒を用いたマイクロ波水素プラズマとグロー放電のバルマーα線の過剰広がりの比較（Comparison of Excessive Balmer α Line Ｂroadening of Glow Discharge and Microwave Hydrogen Plasmas with Certain Catalysts）」、実験セクション参照］。ストロンチウム−水素マイクロ波プラズマは、２７〜３３ｅＶのグロー放電セルで観察されたものと同様の広がり見せ、また、マグネシウム−水素の場合には、両方の源で広がりが観察されなかった。希ガスと水素の混合物の場合、特定の希ガスでの広がりの傾向は、両方の源で同じであったが、広がりの大きさは大きく異なる。ヘリウム−水素とアルゴン−水素のマイクロ波プラズマはそれぞれ、１１０〜１３０ｅＶと１８０〜２１０ｅＶの水素原子の平均温度に対して異常な広がりを見せた。グロー放電プラズマから得られた結果はそれぞれ、３０〜３５ｅＶ、３３〜３８ｅＶであった。一方、どちらか一方の源に貯蔵されている純水素、ネオン−水素、クリプトン−水素、キセノン−水素のプラズマでは、約３ｅＶの水素原子の平均温度に対して過大な広がりはなかった。ヘリウム−水素とアルゴン−水素の混合物のマイクロ波プラズマの場合では、Ｈｅの５０１．６ナノメートル線と４９２．２ナノメートル線の強度比と、Ａｒの１０４．８ナノメートルと４２０．０６ナノメートルの強度比からそれぞれ、電子の温度Ｔｅが測定された。同様に、ヘリウム−水素とアルゴン−水素のプラズマの電子の平均温度はそれぞれ、２８，０００ケルビンと１１，６００ケルビンと高く、ヘリウムとアルゴン単独の温度はそれぞれ、６８００ケルビンと４８００ケルビンであった。強磁場の存在は観察されなかったので、（例えば、１０ｋＶ／ｃｍより大きな）強磁場による荷電種のシュタルク広がりもしくは加速度から、マイクロ波の結果を説明できない。むしろ、その結果は、原子状水素と原子ストロンチウム間の共振エネルギー伝達によって説明することができ、Ａｒ＋やＨｅ２＋は、原子状水素のポテンシャルエネルギーの整数倍でイオン化する。
【０１１０】
パワーセルの好適な実施形態では、本願で開示した磁気ミラー電磁流体パワー変換装置やプラズマ力学パワー変換装置などのパワー変換装置のうちの少なくとも１つによって、電気に変換されるプラズマが生成される。また、パワーセルには、極紫外線、紫外線、可視光、赤外線、マイクロ波、電波放射のうちの少なくとも１つの光源が備えられている。
本発明の光源は、本発明のセルを備えている。このセルは、所望の波長もしくは所望の波長範囲で所望の放射を得るための光伝搬構造もしくはウィンドーを備えるものである。例えば、水晶ウィンドーを使って、セルから紫外線、可視光、赤外光、マイクロ波、無線光を送ることができる。何故ならば、セルは、対応する波長を透過するからである。同様に、ガラスウィンドーを使って、セルから可視光、赤外光、マイクロ波、無線光を送ったり、セラミックウィンドーを使って、セルから赤外光、マイクロ波、無線光を送ることができる。セルの壁面に、光伝搬構造やウィンドーを備えることができる。セルの壁面やウィンドーは、１つ以上の短波を所望の長い波長に変換する発光体で被覆することができる。例えば、紫外線や極紫外線を可視光に変換することができる。光源から短波光が直接供給され、フォトリソグラフィなどの当技術分野で周知のアプリケーションに、その短波長線放射を適用することができる。
【０１１１】
可視光源などの本発明の光源は、透過性セル壁を備えており、そのセル壁は、セルを高温に維持できるように断熱可能なものである。一実施形態の壁面は、真空空間を分離する二重壁であってもよい。解離器は、タングステンフィラメントなどのフィラメントであってもよい。フィラメントは、気体触媒を形成する触媒を加熱することもできる。第１の触媒は、カリウム金属、ルビジウム金属、セシウム金属、ストロンチウム金属のグループから選択された少なくとも１つであってもよい。第２の触媒は第１の触媒によって生成することができる。一実施形態では、ストロンチウムなどの第１の触媒による水素触媒反応で形成されたプラズマによって、ヘリウムとアルゴンのうちの少なくとも１つがそれぞれ、Ｈｅ＋とＡｒ＋にイオン化される。水素を、時間経過と共に分解していく水素化物から供給することにとって、所望の圧力を維持することができる。この圧力は、セルの温度によって決定可能である。セルの温度は、ヒータとヒータ調整器によって調整可能である。一実施形態の温度は、パワー調整器からフィラメントに供給されるパワーによって決めることができる。
【０１１２】
光源に関する本発明のその他の実施形態には、コヒーレント光やレーザ光を供給する調整可能な光源が含まれている。極紫外線（ＥＵＶ）分光法によって、１０パーセント水素含有ヘリウムもしくはアルゴンのマイクロ波放電が記録されている。Ｈ２ ＊［ｎ＝１／４、ｎ＊＝２］＋の振動遷移の予測値に合致する新しい放出線のエネルギーは、予測解離境界Ｈ２ ＊［ｎ＝１／４］＋のＥＤ、即ち、ＥＤ＝ｅＶ（２８．９２ｎｍ）で終結するυ １．１８５ｅＶ（υ＝１７３８）が記録された［本願の援用文献であるMills、P.Ray、「水素分子イオンの分数量子エネルギー準位の振動スペクトラル放射（Vibrational Spectral Emission of Fractional-Principal-Quantum-Energy-Level Hydrogen Molecular Ion）」、Int., J. Hydrogen Energy］。υ １．１８５ｅＶ（υ＝整数）のエネルギーをもつＨ２ ＊［ｎ＝１／４、ｎ＊＝２］＋などの二価ハイドリノ分子イオンの振動線は、調整可能なレーザ光源であってもよい。本発明の調整可能な光源には、ガス、ガス放電、プラズマトーチ、マイクロ波プラズマセルのうちの少なくとも１つが含まれる。尚、ガスセルは、レーザ空胴を備える。調整可能なレーザ光源は、M. L. Stitch、North-Holland Publishing Company、1979年編集のレーザハンドブックに記載された当技術分野で周知のシステムと手段を用いて、二価ハイドリノ分子イオンから放出される光を備えている。
【０１１３】
本発明の光源には、ガス、ガス放電、プラズマトーチ、マイクロ波プラズマセルのうちの少なくとも１つが含まれていてもよく、そこでは、ヘリウム、ヘリウム、ネオン、ネオン−水素の混合物、アルゴンガスからそれぞれ得られるＨｅ＋、Ｈｅ２ ＊、Ｎｅ２ ＊、Ｎｅ＋／Ｈ＋、Ａｒ＋などの触媒源から触媒として作用するイオンもしくはエキシマが効果的に形成される。その光は、ライマンαやライマンβといったライマン系列の線放射などの単色光であってもよい。
【０１１４】
ヘリウムとネオンの混合物は、Ｈｅ／Ｎｅレーザにとって基本的なものある。また、これらの両方の原子は触媒源でもある。マイクロ波セルなどのプラズマパワーセルの一実施形態の触媒源には、水素、ヘリウム、ネオンの混合物が含まれる。ヘリウム−ネオンのレージング状態（２０．６６ｅＶの不安定状態から、６３２．８ｎｍのレーザ放射を伴う１８．７０ｅＶの励起状態）の分布は、原子状水素の触媒反応によって変わる。触媒源として、ネオンやヘリウムの少なくとも１つを使用するマイクロ波セルと放電セルの実施例は、Mills［R. L. Mills、P. Ray、J. Dong、M. Nansteel、B. Dhandapani、J. He、「分数量子エネルギー準位の分子状水素のスペクトル放射（Spectral Emission of Fractional-Principal-Quantum-Energy-Level Molecular Hydrogen）」、Int., J. Hydrogen Energy提出］及び、[R. L. Mills、P. Ray、B. Dhandapani、M. Nansteel、X. Chen、J. He、「原子状水素の分数リュードベリ状態から得た新しいパワー源（New Power Source from Fractional Rydberg States of Atomic Hydrogen）」、Chem．Phys．Letts］と、[R. L. Mills、P. Ray、「ヘリウム／水素プラズマから生じた原子状水素の分数量子エネルギー準位のスペクトラル放射と暗黒物質の関係（Spectral Emission of Fractional Quantum Energy Levels of Atomic Hydrogen from a Helium-Hydrogen Plasma and the Implications for Dark Matter）」、Int., J. Hydrogen Energy、第27巻、No．3、301〜322頁]に示されている。
Ｒｂ＋からＲｂ２＋への反応と、２Ｋ＋からＫ＋Ｋ２＋への反応はそれぞれ、原子状水素のポテンシャルエネルギーに等しい実効エンタルピーを提供する。熱解離された水素と共に気体イオンが存在すると、定常反転ライマン分布の強いＶＵＶ放射を行うプラズマが形成される。非常に安定な新種の水素化物イオンを作るために、我々は、水素原子、Ｒｂ＋、２Ｋ＋の間での共振エネルギー伝達を伴う高エネルギー触媒反応を提案する。３．０４６８ｅＶの結合エネルギーの予測値が、ＥＨＦ＝ｊ２３．００５６Ｘ１０−５ｅＶ＋３．０５７５ｅＶ（ｊは整数値）をもつ複数の予測バウンドフリー超微細構造線４０７０．０Åで観測された。それらは、ｊ＝１〜３７で、１０５分の１の範囲内で一致する。この触媒反応によって、ＣＷ ＨＩ レーザが出力される。実施可能な説明が、本願の援用文献であるMills［R. L. Mills、P. Ray、R. Mayo「特定のグループＩ触媒と共に白熱加熱された水素ガスから形成された定常反転されたライマン分布に基づくＣＷ ＨＩレーザ（CW HI Laser Based on a Stationary Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Group I Catalysts）」、IEEE Transactions on Plasma Science提出、及び、[R. L. Mills、P. Ray「特定の触媒と共に白熱加熱された水素ガスから形成された定常反転ライマン分布（Stationary Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Catalysts）」、Chem. Phys. Letts.提出]に記載されている。
【０１１５】
Chem. Phys. Letts.に提出されたR. L. Mills、P. Ray、「特定の触媒と共に白熱加熱された水素ガスから形成された定常反転ライマン分布（Stationary Inverted Lyman Population Formed from Incandescently Heated Hydrogen Gas with Certain Catalysts）」に記載されているように、反転分布については、短寿命の高エネルギー媒体である原子からの共振無放射エネルギー伝達によって説明されている。その原子は、触媒遷移によって、式（１）と（３）で与えられる状態へ遷移し、多重極結合［R. L. Mills、P. Ray、B. Dhandapani、J. He、「原子状水素の分数リュードベリ状態の分光識別（Spectroscopic Identification of Fractional Rydberg States of Atomic Hydrogen）」、J. of Phys. Chem. （letter）提出］によってＨ（ｎ＞２）原子と高速原子Ｈ（ｎ＝１）を直接生成するものである。背景Ｈ２との衝突によって励起した高速Ｈ（ｎ＝１）原子からのＨ（ｎ＝３）の放出については、Radovanov他［S. B. Radovanov, K. Dzierzega, J. R. Roberts, J. K. Olthoff「低圧、無線周波数水素放電下での時間的分解による高速水素原子からのバルマーアルファ線放出（Time-resolved Balmer-alpha emission from fast hydrogen atoms in low pressure, radio-frequency discharges in hydrogen）」, Appl. Phys. Lett.、第66巻、No．20、1995年、2637〜2639頁］で議論されている。また、３Ｂ節で論じたイオン温度に関して非熱平衡でのＨ＋の形成も予測されている。Akatsuka他［H. Akatsuka、M. Suzuki、「アーク加熱された磁気捕捉膨張水素ヘリウムプラズマジェットでの水素の定常反転分布（Stationary population inversion of hydrogen in arc-heated magnetically trapped expanding hydrogen-helium plasma jet）」、Phys. Rev. E、第49巻、1994年、1534〜1544頁］では、局所熱力学平衡（ＬＴＥ）で高いライイングレベルを有することが低温再結合プラズマの特徴であり、低ライイングレベルの場合にボルツマン・サハ計算式で示されているように、適切な電子密度でＴｅが低くなると分布反転が起きることを示している。
【０１１６】
触媒へのｍ・２７．２ｅＶの無放射エネルギー伝達の結果、水素原子は不安定になり、式（１）と（３）で得られる主エネルギー準位をもつ低エネルギー無放射状態となるまでエネルギーをさらに放出する。従って、これらの中間状態も反転分布に相当し、対応する緩和リュードベリ状態の原子Ｈ（１／（ｐ＋ｍ））の励起に無放射プロセスの関与が必要なので、文献１４、１９で示されているｑ・１３．６ｅＶ（ｑ＝１、２、３、４、６、７、８、９、１１、１２）のエネルギーをもつ状態からの放射が、ＥＵＶレーザ、軟Ｘ線レーザの基本である［H. Conrads、R. L. Mills、Th．Wrubel、「炭酸カリウムセル内の白熱駆動プラズマから生じる真空深極紫外線放射（Emission in the Deep Vacuum Ultraviolet from an Incandescently Driven Plasma in a Potassium Carbonate Cell）」、Plasma Sources Science and Technology提出］。
【０１１７】
７．エネルギー反応炉
本発明のエネルギー反応炉５０を図１に示す。これには、エネルギー反応混合物５４を貯蔵する容器５２、熱交換器６０、蒸気発生器６２やタービン７０などのパワー変換装置が備えられている。水素と触媒からなる反応混合物が反応して低エネルギーの水素を形成する際に、熱交換器６０は、触媒反応によって放出される熱を吸収する。熱交換器は、交換器６０から熱を奪って蒸気を発生させる蒸気発生器６２と熱交換する。エネルギー反応炉５０は、蒸気発生器６２からの蒸気を受けるタービン７０をさらに備える。機械的パワーは、蒸気エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機８０に供給される。電気エネルギーは、負荷９０で受け取られて、仕事をしたり消費されたりする。
【０１１８】
エネルギー反応混合物５４には、水素同位体原子源や分子状水素同位体源を含むエネルギー放出物質５６と、約ｍ×２７．２１ｅＶを共振に基づいて除去して低エネルギー原子状水素を形成したり、約ｍ×４８．６ｅＶを共振に基づいて除去して低エネルギー分子状水素を形成する触媒源５８が含まれる。ここで、ｍは整数である。また、そこでは、水素と触媒が接触することによって低エネルギー状態の水素反応が起きる。触媒反応によって、熱、低エネルギー水素同位体原子、その分子などの形態でエネルギーが放出される。
【０１１９】
水素源は、水素ガスや、熱解離を含む水の解離や、水の触媒反応や、水素化物から得られる水素や、金属水素化物溶液から得られる水素であってもよい。一実施形態の触媒源は、電気化学反応、化学反応や光化学反応、熱反応、フリーラジカル反応、音性反応、核反応、非弾性フォトン反応、粒子散乱反応のうちの１つ以上のものであってもよい。後者の２つの反応の場合は、本発明のエネルギー反応炉には、触媒を供給する粒子源７５ｂやフォトン源７５ａが備えられている。この場合に得られる反応エンタルピーは、フォトンや粒子の共振衝突に対応する。図９に示したエネルギー反応炉の好適な一実施形態では、原子状水素は、マイクロ波源、ＵＶ源などのフォトン源７５ａの分子状水素から形成される。
【０１２０】
また、フォトン源によって、約ｍ×２７．２１ｅＶ、ｍ／２×２７．２１ｅＶ、４０．８ｅＶのエネルギーの少なくとも１つをもつフォトンが生成され、水素原子が低エネルギー状態に遷移する。別の好適な一実施形態では、約ｍ×４８．６ｅＶ、９５．７ｅＶ、ｍ×３１．９４ｅＶのエネルギーの少なくとも１つをもつフォトンを生成するフォトン源７５ａによって、水素分子が低エネルギー状態に遷移する。全ての反応混合物では、選択された外部エネルギーデバイス７５、例えば、電極を使って静電ポテンシャルや電流（磁場）を供給することによって、反応活性化エネルギーを減少させることができる。別の一実施形態の混合物５４には、エネルギー放出物質５６の原子や分子を解離したり、吸収する面や物質がさらに含まれていてもよい。水素、重水素、三重水素を解離したり、吸収するそのような面や物質には、元素、化合物、合金か、遷移元素、内遷移元素、鉄、プラチナ、パラジウム、ジルコニウム、バナジウム、ニッケル、チタン、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＣＯ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｖｂ、Ｌｕ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、活性炭（炭素）、炭酸セシウム層間化合物（グラファイト）の混合物が含まれてもよい。
【０１２１】
触媒は、原子やイオンからのｔ個の電子を連続エネルギー準位にイオン化することによって形成されが、これは、ｔ個の電子のイオン化エネルギーの合計が約ｍ×２７．２ｅＶになるように行われる。ここで、ｔとｍは整数である。また、触媒は、関連するイオン間でｔ個の電子を遷移させることによっても形成される。１つのイオンから別のイオンへｔ個の電子を遷移させることによって、実効反応エンタルピーがもたらされる。イオンを提供する電子のイオン化エネルギーから、イオンを受ける電子のイオン化エネルギーを差し引いた値は、約ｍ・２７．２ｅＶに相当する。ここで、ｔとｍは整数である。
好適な一実施形態の水素原子触媒のソースには、一般的に、約ｍ×２７．２１ｅＶ±１ｅＶの実効エンタルピーをもたらす触媒物質５８が含まれている。好適な一実施形態の水素分子触媒源には、一般的に、約ｍ×４８．６ｅＶ±５ｅＶの実効反応エンタルピーをもたらす触媒物質５８が含まれている。触媒には、表１と表３に示したものと、援用文献である先行するMillsの出願に記載の原子、イオン、分子、ハイドリノが含まれる。
【０１２２】
その他の一実施形態には、溶解体、液体、気体、固体状態の触媒を貯蔵する容器５２と、水素化物と気体水素を含む水素源が含まれる。さらに、水素原子の触媒用反応炉の実施形態には、元素、化合物、合金か、遷移元素、内遷移元素、鉄、プラチナ、パラジウム、ジルコニウム、バナジウム、ニッケル、チタン、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＣＯ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｖｂ、Ｌｕ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、活性炭（炭素）、炭酸セシウム層間化合物（グラファイト）の混合物を含む原子状水素に分子状水素を解離する手段と、フォトン源７５ａから出力されるＵＶ光を含む電磁放射が含まれる。
本発明の電解セルエネルギー反応炉、圧力ガスエネルギー反応炉、ガス放電エネルギー反応炉、マイクロ波セルエネルギー反応炉には、水素源と、固体、溶解体、液体、気体の触媒源のうちの１つと、水素と触媒を貯蔵する容器と、低エネルギー水素生成物を除去する手段が含まれている。尚、低エネルギー水素を生成する反応は、水素と触媒の接触によって生じる。本発明のエネルギーについては、援用文献である先行するMillsの出願でさらに説明されている。
【０１２３】
好適な一実施形態の水素の触媒反応によって、プラズマが生成される。また、マイクロ波生成器によって、プラズマの少なくとも一部を維持することができる。尚、マイクロ波は、調整可能なマイクロ波空胴で同調され、導波管で送られ、ＲＦ透過ウィンドーやアンテナ６１５を介して反応チャンバに送られる。分子状水素から原子状水素を効率的に形成するように、マイクロ波の周波数を選択してもよい。また、それによって、触媒源から触媒として作用するイオンやエキシマが効率的に形成される。触媒源には、例えば、ヘリウム、ヘリウム、ネオン、ネオン／水素の混合物とアルゴンガスからのＨｅ＋、Ｈｅ２ ＊、Ｎｅ２ ＊、Ｎｅ＋／Ｈ＋、Ａｒ＋などがある。
【０１２４】
８．マイクロ波ガスセル水素化物パワー反応炉
結合エネルギー増大水素種と結合エネルギー増大水素化合物を形成するために、原子状水素触媒反応のための本発明のマイクロ波ガスセル水素化物パワー反応炉は、真空、もしくは、大気より高い圧力のチャンバを備える容器と、原子状水素源と、プラズマを形成するマイクロ波パワー源と、ｍ／２・２７．２±０．５ｅＶの実効反応エンタルピーを得ることができる触媒を備えている。尚、ｍは整数であり、ｍは４００より小さな整数であることが好ましい。マイクロ波パワー源は、マイクロ波生成器、調整可能なマイクロ波空胴、導波管、アンテナを備えていてもよい。さらに、セルは、プラズマを保持するために、原子状水素触媒反応のパワーの少なくとも一部をマイクロ波に変換する手段を備えていてもよい。
【０１２５】
９．容量誘導性結合ＲＦプラズマガスセル水素化物パワー反応炉
結合エネルギー増大水素種と結合エネルギー増大水素化合物を形成するために、本発明の原子状水素触媒反応用の容量／誘導性結合無線（ＲＦ）プラズマセル水素化物パワー反応炉は、真空、もしくは、大気より高い圧力のチャンバを備える容器と、原子状水素源と、プラズマを形成するＲＦパワー源と、ｍ／２・２７．２±０．５ｅＶの実効反応エンタルピーを得ることができる触媒を備えている。ここで、ｍは整数であり、ｍは４００より小さな整数であることが好ましい。さらにセルは、少なくとも２つの電極とＲＦ発振器を備えていてもよく、ＲＦパワー源はＲＦ発振器によって駆動される電極を備えていてもよい。さらに、セルは、ソースコイルと、アースに接続可能なセルの導電セル壁と、セルのプラズマにＲＦパワーを誘導的もしくは容量的に与えることができるＲＦ発振器を備えていてもよい。尚、このソースコイルは、セル内で形成されるプラズマにＲＦパワーを伝えることができるセル壁の外側に配置することができる。
【０１２６】
１０．磁気ミラー電磁流体パワー変換装置
原子状水素の触媒反応によって形成されるプラズマは、所望の領域で選択的に生成可能な高エネルギーの電子とイオンを含む。図１０に示した磁気ミラー電磁流体パワー変換装置の磁気ミラー９１３は、電子とイオンがｘ、ｙ、ｚ方向に一様な速度分布から、磁気ミラーの磁場勾配の軸、即ち、ｚ軸方向の速度に優先的に変えられるように、所望の領域に配置されていてもよい。断熱不変性ｖ⊥ ２／Ｂ＝一定であるため、ｚ軸方向に垂直な電子の動き成分ｖ⊥の少なくとも一部は、平行な動きｖ‖に変換される。さらに、磁気ミラー電磁流体パワー変換装置は、ｚ軸に対して横断方向の磁束源を備える図１０の電磁流体パワー変換装置９１１、９１５を備える。従って、イオンは、ｚ軸方向の速度を優先的に有し、横断方向の磁束源から横断方向の磁束領域に伝搬する。伝搬するイオンに対するローレンツ力は、速度と磁場に対して横断方向であり、陽イオンと陰イオンに対しては反対方向である。従って、横断方向の電流が生成される。さらに、電磁流体パワー変換装置は、少なくとも２つの電極を備えている。これらの電極は、磁場に対して横断方向に配置され、横方向にローレンツ偏向されたイオンを受けとることができる。この偏向されたイオンによって、電極間に電圧が与えられる。電圧は、電気負荷を介して電流を流すことができる。
【０１２７】
１１．プラズマ力学パワー変換装置
プラズマの正帯電イオンの質量は、電子質量の少なくとも１８００倍であるので、サイクロトロンの軌道も１８００倍大きくなる。この結果、イオンは浮遊し、電子は磁場線上で磁気的に捕らえられる。本発明のプラズマ力学パワー変換装置の基礎となる電荷分離が発生して、２つの電子間に電圧が発生する。
【０１２８】
１２．ハイドリノ水素化物電池
カソード４０５’と、酸化剤を含むカソード区画４０１’と、アノード４１０’と、還元性剤を含むアノード区画４０２’と、カソード区画とアノード区画の間の回路を完成させる塩橋４２０と、電気的負荷４２５’を備える電池４００が図２に示されている。結合エネルギー増大水素化合物は、電池陰極での途中の反応のための酸化剤として使用可能である。酸化剤は、結合エネルギー増大水素化合物であってもよい。陽イオンもしくは原子Ｍ（ｎ−１）＋の結合エネルギーが、ハイドリノ水素化物イオンＨ−（１／ｐ）の結合エネルギーよりも小さくなるように、ハイドリノ水素化物イオンに拘束される陽イオンＭｎ＋（ｎは整数）を酸化剤として使用することができる。さらに、ハイドリノ水素化物イオンは、陽イオンによって酸化されないように、所定の陽イオンに合わせて選択してもよい。従って、酸化剤Ｍｎ＋Ｈ−（１／ｐ）ｎは、陽イオンＭｎ＋（ｎは整数）と、ハイドリノ水素化物イオンＨ−（１／ｐ）（ｐは１より大きな整数）を備え、その結合エネルギーがＭ（ｎ―１）＋よりも大きくなるように選択される。安定な陽イオンとハイドリノ水素化物陰イオンの化合物を選択することによって、電池の酸化剤が形成される。ここで、還元剤のポテンシャルは、酸化剤の陽イオンと陰イオンの結合エネルギーによって決定される。
【０１２９】
並外れた結合エネルギーをもつハイドリノイオンによって、リチウムの場合には＋２であるような、並外れて高い酸化状態で陽イオンＭｘ＋は安定する。従って、これらの水素化物イオンを、ロッキングチェア設計の高電圧電池の基礎として使うことができる。ここで、水素化物イオンは、放電と充電の周期内で、陰極と陽極のハーフセルの間を行き来することができる。また、リチウムイオンＬｉ＋などの陽イオンは、放電と充電の周期中に、陰極と陽極のハーフセルの間を行き来することができる。Ｌｉ２＋などの陽イオンＭｘ＋の一般的な反応は、次の通りである。
カソードの反応：
ＭＨｘ＋ｅ−＋Ｍ＋→ＭＨｘ−１＋ＭＨ （５５）
アノードの反応：
Ｍ→Ｍ＋＋ｅ− （５６）
全反応：
Ｍ＋ＭＨｘ→２ＭＨｘ−１ − （５７）
リチウムイオンの適切な固体電解質には、ポリフォスファーゼンとセラミック粉末が含まれている。
電池の一実施形態では、酸化剤や還元剤は、電池の内部抵抗や外部ヒータ４５０’によって供給される熱によって溶解する。溶解した電池の還元剤のリチウムイオンは、塩橋４２０’を移動することによって回路が完成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１３０】
以下の本発明の好適な実施形態では、電圧や電流や圧力や温度などの非常の多くの特性を開示しているが、それらは一例に過ぎず、本発明がそれらに限定されることはない。当業者であれば、本願の詳細な説明に基づいて、その他の特性で本発明を容易に実施することが可能であって、不適切な実験を行うことなく、所望の結果を得ることができる。
【０１３１】
１．パワーセル、水素化物反応炉、及びパワー変換装置
本発明の一実施形態には、図１に示した水素化物反応炉を備えるパワーシステムが含まれる。ハイドリノ水素化物反応炉は、触媒反応用混合体５４を含む容器５２を備える。触媒反応用混合体５４には、水素供給路４２に提供される原子状水素源５６と、触媒供給路４１に提供される触媒５８が含まれる。触媒５８の実効反応エンタルピーは、約ｍ／２・２７．２１±０．５ｅＶである。ここで、ｍは整数であり、４００より小さい整数であることが好ましい。触媒反応には、触媒５８と反応する、原料５６の原子状水素が必要であり、これによって、低エネルギーの水素、即ち、「ハイドリノ」が形成され、パワーが生成される。さらに、水素化物反応炉には、ハイドリノと電子を接触させて、ハイドリノをハイドリノ水素化物イオンに還元させるための電子源が備えられている。
水素源は、水素ガス、水、通常の水素化物、金属水素溶液であってもよい。水は解離され、例えば、熱解離もしくは電気分解によって水素原子が形成される。本発明の一実施形態によれば、分子状水素は、分子状水素を解離する触媒によって解離されて、原子状水素が生成される。そのような解離触媒には、例えば、パラジウムやプラチナなどの貴金属と、モリブデンやタングステンなどの耐熱金属と、ニッケルやチタンなどの遷移金属と、ニオブやジルコニウムなどの内部遷移金属と、その他にも、先行するMillsの出願に記載されている物質などが含まれる。
【０１３２】
本発明の別の一実施形態によれば、マイクロ波やＵＶフォトン源などのフォトン源によって、水素分子が水素原子に解離される。
本発明のハイドリノ水素化物反応炉のハイドリノ形成手段は、電気化学反応、化学反応、光化学反応、熱反応、フリーラジカル反応、音性反応、核反応、非弾性フォトン反応もしくは粒子散乱反応のうちの１つ反応か、もしくは、複数の反応でよい。後半に挙げた２つの反応の場合、水素化物反応炉には、図１に示したように、反応として非弾性散乱反応を行うために粒子源７５ｂやフォトン源７５ａが備えられている。ハイドリノ水素化物反応炉の一実施形態の溶融触媒、液相触媒、気相触媒、固体触媒には、表１と表３に示したものや、先行するMillsの出願（例えば、PCT/US90/01,998の表4と、PCT/US94/02,219の25〜46頁、及び80〜108頁）で記載されたものが含まれる。
【０１３３】
触媒反応が気相で起きる時、大気より低い圧力、好適には約１０ミリトール〜１００トールの環境に触媒を置いてもよい。また、原子状水素反応物もしくは分子水素反応物も、大気より低い圧力、好適には約１０ミリトール〜１００トールの環境に置いてもよい。しかしながら、必要に応じて、大気よりはるかに高い圧力を利用してもよい。
ハイドリノ水素化物反応炉には、原子状水素源と、ハイドリノを生成するための固体触媒か溶融触媒か液体触媒か気相触媒のうちの少なくとも１つと、原子状水素と触媒を入れる容器が備えられている。ハイドリノ生成方法とその装置については、先行するMillsの出願に記載されているが、これには、効果的な触媒や水素原子源のリストが含まれている。また、ハイドリノを識別する方法も記載されている。このように生成されたハイドリノは、電子と反応して、ハイドリノ水素化物イオンが形成される。ハイドリノをハイドリノ水素化物イオンに還元する方法には、例えば、ガスセル水素化物反応炉での反応物による化学還元と、ガス放電セル水素化物反応炉でのプラズマ電子による還元やガス放電セルの陰極による還元と、プラズマトーチセル水素化物反応炉でのプラズマ電子による還元が含まれる。
【０１３４】
さらに、パワーシステムは、水素触媒反応の速度を調整するために使用可能な電場源７６を備えていてもよい。さらに、それは、セル内でイオンを集めるものであってもよい。さらに、それは、セル内のイオンの浮遊速度を指示できるものであってもよい。セルは、進行波管、クライストロン、マグネトロン、サイクロトロン共鳴メーザ、ジャイロトロン、自由電子レーザなどの当技術分野で周知のマイクロ波パワーソースを備えていてもよい。現在のパワーセルは、マイクロ波の内部源であってよく、水素触媒反応から生成されたプラズマを磁化することによってマイクロ波を生成するものである。
【０１３５】
１．１プラズマ電解反応セル水素化物反応炉
低エネルギーの水素化合物を生成する本発明のプラズマ電解パワー／水素化物反応炉には、図１の反応器５２を形成する電解セルが備えられているが、これには、溶解電解セルが含まれている。図３に電解セル１００の概略を示す。電源１１０のパワーで動作するパワー調整器１０８が、陽極１０４と陰極１０６に電圧を印加することによって、電流が触媒を含む電解液１０２に流れる。また、振動手段１１２が、陰極１０６と電解液１０２に超音波エネルギーや機械エネルギーを印加してもよい。ヒータ１１４によって電解液１０２が加熱される。圧力調整手段１１６は、電解セル１００の圧力を調整することができ、そのセルは密閉可能である。さらに、反応炉は、低エネルギー（分子）水素を除去する手段１０１を備えているが、これは、例えば、発熱収縮反応が平衡状態になることを防ぐ選択可能通気バルブである。
【０１３６】
さらに、一実施形態の電解セルには、水素源１２１から水素が供給されるが、圧力調整手段１２２、１６６によって過圧力が調整される。一実施形態の電解セルエネルギー反応炉は、真空下で低エネルギー水素を除去するためのリバース燃料セルジオメトリを備えている。容器１００上面のコンデンサー１４０との接続部を除いて、反応器は密閉可能である。セルは、沸点で沸騰電解液１０２から放出される蒸気をコンデンサー１４０で液化し、液化された水を容器１００に戻す動作を行う。低エネルギー状態の水素を、コンデンサー１４０の上面から排出することができる。一実施形態のコンデンサーは、発生する電解ガスと接触する水素−酸素再結合器１４５を備える。水素と酸素を再結合して、その結果生じた水を容器１００に戻すことができる。水素の触媒反応から放出される熱と、電解生成された通常の水素と酸素の再結合から放出される熱は、コンデンサー１４０に接続された図１の熱交換器６０によって取り出される。
【０１３７】
陰極１０６で生成された水素原子と電解液１０２の触媒が接触することにより、ハイドリノ原子が陰極１０６で形成される。さらに、電解セル水素化物反応装置は、セル内で生成されたハイドリノと接触する電子源を備え、ハイドリノ水素化物イオンを生成する。ハイドリノは電解セル内で還元（即ち、電子を得て）して、ハイドリノ水素化物イオンになる。還元は、ハイドリノと以下のいずれかが接触することによって発生する。即ち、
１）陰極１０６
２）セル容器１００に含まれる還元剤
３）陽極１０４や電解液１０２と呼ばれる反応炉の構成要素のいずれか
４）還元剤やセルでの処理と無関係のその他の成分１６０（即ち、外部源からセルに添加される消費還元剤）。
これらの還元剤は、ハイドリノをハイドリノ水素化物イオンに還元する電子源を含んでいてもよい。
化合物は、電解セル内のハイドリノ水素化物イオンと陽イオンで形成される。陽イオンには、例えば、陰極や陽極の物質からなる酸化種や、添加された還元剤の陽イオンや、（触媒に含まれる陽イオンなどの）電解質の陽イオンが含まれていてもよい。
【０１３８】
原子状水素触媒反応によって、結合エネルギー増大水素種と、結合エネルギー増大水素化合物を形成する本発明のプラズマ形成電解パワーセルと水素化物反応炉は、容器と、陰極と、陽極と、電解液と、高電圧電解電源と、ｍ／２・２７．２±０．５ｅＶの実効反応エンタルピーを提供可能な触媒を備える。ここで、ｍは整数である。ｍは、４００より小さな整数であることが好ましい。一実施形態の電圧範囲は約１０Ｖ〜５０ｋＶであり、電流密度は約１〜１００Ａ／ｃｍ２以上のように高くてもよい。一実施形態のＫ＋は、カリウム原子に還元され、触媒として作用する。セルの陰極はタングステン・ロッドなどのタングステンでよく、セルの陽極はプラチナでよい。セルの触媒には、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｋｒ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｃｓ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｈｅ＋、Ｎａ＋、Ｒｂ＋、Ｆｅ３＋、Ｍｏ２＋、Ｍｏ４＋、Ｉｎ３＋から選択された少なくとも１つを含むことができる。セルの触媒は、触媒源から形成される。触媒を形成する触媒源には、Ｌｉ、Ｂｅ、Ｋ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｓ、Ｓｅ、Ｋｒ、Ｒｂ、Ｓｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｐｄ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｃｓ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｇｄ、Ｄｙ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｈｅ＋、Ｎａ＋、Ｒｂ＋、Ｆｅ３＋、Ｍｏ２＋、Ｍｏ４＋、Ｉｎ３＋、Ｋ＋／Ｋ＋の単体か化合物から選択された少なくとも１つを含むことができる。触媒源には、電解反応中に触媒であるカリウム原子に還元されるＫ＋を備える化合物が含まれていてもよい。
【０１３９】
形成される化合物には、
（ａ）
（ｉ）対応する通常の水素種の結合エネルギーより大きいか
（ii）通常の水素種の結合エネルギーが、周囲環境での熱エネルギーより低いか、もしくは、マイナスであるので、対応する通常の水素種が不安定であったり観察されない水素種の結合エネルギーより大きい結合エネルギーを有する、中性か陽性か陰性の結合エネルギー増大水素種のうちの少なくとも１つと、
（ｂ）その他の元素のうちの少なくとも１つが含まれている。
結合エネルギー増大水素種は、ＨｎとＨｎ −とＨｎ ＋から選択することができる。ここで、ｎは正の整数である。但し、Ｈが正電荷を有する時にはｎは２以上になる。形成される化合物は、結合エネルギー増大水素種を以下のグループから選択可能であることを特徴とする。即ち、
（ａ）
【数３８】
で表される結合エネルギーで、ｐが２〜２３の場合に、通常の水素化物イオンの結合エネルギー（約０．８ｅＶ）より大きな結合エネルギーを有する水素化物イオン。ここで、ｐは１より大きな整数、ｓ＝１／２、πはパイ、ｈはプランク定数バー、μ０は真空の透磁率、ｍｅは電子の質量、μｅは還元された電子質量、ａ０はボーア半径、ｅは電気素量である。
【０１４０】
（ｂ）約１３．６ｅＶより大きな結合エネルギーを有する水素原子。
（ｃ）約１５．５ｅＶより大きな第１の結合エネルギーを有する水素分子。
（ｄ）約１６．４ｅＶより大きな結合エネルギーを有する分子状水素イオン。その化合物は、結合エネルギー増大水素種が約3.0、6.6、11.2、16.7、22.8、29.8、36.1、42.8、49.4、55.5、61.0、65.6、69.2、71.5、72.4、71.5、68.8、64.0、56.8、47.1、34.6、19.2、0.65ｅＶの結合エネルギーを有する水素化物イオンであることを特徴としてもよい。その化合物は、結合エネルギー増大水素種が、結合エネルギーを有する水素化物イオンであることを特徴としてもよい。
【数３９】
【０１４１】
ここで、ｐは１より大きな整数、ｓ＝１／２、πはパイ、ｈはプランク定数バー、μ０は真空の透磁率、ｍｅは電子の質量、μｅは還元された電子の質量、ａ０はボーア半径、ｅは電気素量である。その化合物は、増加する結合エネルギーが増加する水素種が以下のグループから選択されることを特徴とする。即ち、
（ａ）約１３．６／（１／ｐ）２ｅＶの結合エネルギーを有する水素原子。ここで、ｐは整数。
【０１４２】
（ｂ）およそ下記式で表される結合エネルギーを有する；
【数４０】
結合エネルギー増大水素化物イオン（Ｈ−）、ここで、ｓ＝１／２、πはパイ、ｈはプランク定数バー、μ０は真空の透磁率、ｍｅは電子の質量、μｅは還元された電子の質量、ａ０はボーア半径、ｅは電気素量である、
（ｃ）結合エネルギー増大水素種Ｈ４ ＋（１／ｐ）
（ｄ）約２２．６／（１／ｐ）２ｅＶの結合エネルギーを有する結合エネルギー増大水素種の三水素化合物の分子イオン。ここで、ｐは整数。
（ｅ）約１５．５／（１／ｐ）２ｅＶの結合エネルギーを有する結合エネルギー増大水素分子と、
（ｆ）約１６．４／（１／ｐ）２ｅＶの結合エネルギーを有する結合エネルギー増大水素分子イオン。
【０１４３】
１．２ガスセル水素化物反応炉とパワー変換装置
本発明の一実施形態によれば、ハイドリノ水素化物イオンとパワーを生成するための反応炉は、水素ガスセル水素化物反応炉の形態をとることができる。本発明のガスセル水素化物反応炉を図４に示す。反応物質のハイドリノは、例えば、表１、表３に示したもののうちの少なくとも１つの触媒との触媒反応や、不均衡反応によって生成される。触媒反応は、気相で起きることもある。
図４の反応炉は、真空、もしくは、大気圧より高い圧力を閉込めることが可能なチャンバ２００を装備した反応容器２０７を備える。チャンバ２００と通じる水素源２２１は、水素供給路２４２を介して水素をチャンバに送る。制御装置２２２は、水素供給路２４２を介して容器へ流れ込む水素の圧力と流れを調整するために配備されている。圧力センサ２２３は、容器内の圧力を監視するものである。真空ポンプ２５６は、真空配管２５７を介してチャンバを真空にするために使用される。さらに、この装置は、ハイドリノと接触する電子源を備え、ハイドリノ水素化物イオンを形成することができる。
【０１４４】
一実施形態では、チャンバ２００と通じる水素源２２１は、水素を水素供給路２４２を介してチャンバに送るものであって、水素を透過する電解セル中空陰極である。水の電気分解によって、中空陰極を通過する水素が生成される。陰極は、ニッケル、鉄、チタンなどの遷移金属や、パラジウム、プラチナなどの貴金属や、タンタル、パラジウム被覆タンタル、パラジウム被覆ニオブであってもよい。電解液は基本的なものであって、陽極はニッケルでもよい。電解液は水性Ｋ２ＣＯ３であってもよい。セルへの水素の流れは、電解パワー制御器を用いて電解流を調整することによって制御可能である。
ハイドリノ原子を生成する触媒２５０は、触媒槽２９５に貯蔵される。気相触媒には、表１、表３に示した触媒と、先行するMillsの出願に記載されている触媒が含まれてもよい。反応炉容器２０７は、触媒槽２９５から反応炉チャンバ２００へ気相触媒を通す触媒供給路２４１を備える。別の方法では、触媒は、反応炉容器内の舟形容器などの化学的耐性のある開口容器に貯蔵してもよい。
反応炉容器２０７内の分子状水素と原子状水素の分圧と触媒の分圧は、約１０ミリトール〜約１００トールに維持されることが好ましい。反応炉容器２０７の水素の分圧は、約２００ミリトールに維持されることが最も好ましい。
【０１４５】
分子状水素は、容器内で解離物質によって解離されて、原子状水素になる。解離物質には、例えば、プラチナ、パラジウムなどの貴金属や、ニッケル、チタンなどの遷移金属や、ニオブ、ジルコニウムなどの内遷移金属や、タングステン、モリブデンなどの耐火性金属などが含まれていてもよい。解離物質は、水素触媒反応（ハイドリノ生成）と、反応炉で生じたハイドリノ還元により発散した熱によって高温に維持される。また、解離物質は、図４の断面図に示した加熱コイルの形態をとることができる温度制御手段２３０によって高温に維持されてもよい。加熱コイルは、電源２２５からパワーが供給される。
分子状水素は、フォトン源２０５から出されるＵＶ光などの電磁放射により、原子状水素に解離される。
【０１４６】
分子状水素は、電源２８５からパワーが供給される熱フィラメントもしくはグリッド２８０によって、原子状水素に解離される。
水素の解離が発生し、解離した水素原子が、溶解触媒、液相触媒、気相触媒、もしくは、固体触媒と接触することによって、ハイドリノ原子が生成される。電源２７２のパワーで働く触媒槽ヒータ２９８を用いて触媒槽２９５の温度を調整することによって、触媒の蒸気圧は、所望の圧力に維持される。触媒が反応炉内の舟形容器に貯蔵される場合、舟形容器のパワー供給を調整して触媒用舟形容器の温度を調整することによって、触媒の蒸気圧は所望の値に維持される。
【０１４７】
ハイドリノの生成速度と、ガスセル水素化物反応炉によるパワーは、気相触媒量を調整したり、原子状水素濃度を調整することによって制御される。ハイドリノ水素化物イオンの生成速度は、ハイドリノの生成速度を調整するなどハイドリノの濃度を調整することによって制御される。容器チャンバ２００内の気相触媒濃度は、チャンバ２００内にある揮発性触媒の初期量を調整することによって制御される。また、チャンバ２００内の気相触媒濃度も、触媒温度を調整したり、触媒槽用ヒータ２９８を調整したり、触媒が反応炉内部の舟形容器内に貯蔵される場合には触媒用舟形容器のヒータを調整したりすることによって制御される。チャンバ２００内の揮発性触媒２５０の蒸気圧は、触媒槽２９５の温度や触媒用舟形容器の温度によって求められる。これは、それらの各温度が反応炉容器２０７の温度より低いからである。反応炉容器２０７の温度は、水素触媒反応（ハイドリノ生成）とハイドリノ還元により発散される熱によって、触媒槽２９５の温度より高い動作温度に維持される。また、反応炉容器の温度は、図４の断面図に示した加熱コイル２３０などの温度制御手段によって維持可能である。加熱コイル２３０は、電源２２５からパワーが供給される。さらに、反応炉の温度によって、水素解離や触媒反応などの反応速度が制御される。
【０１４８】
一実施形態の触媒には、触媒槽２９５から供給される第１の触媒と、流量調整器２２２で調整され、ガス供給器２２１から供給される第２の触媒源との混合体が含まれる。また、流量調整器２２２で調整されるガス供給器２２１からセルに、水素を供給することができる。流量調整器２２２によって、第２の触媒と水素との所望の混合体を生成してもよい。また、ガスを所望の割合で予め混合してもよい。一実施形態の第１の触媒によって、第２の触媒源から第２の触媒が生成される。一実施形態では、第１の触媒による水素の触媒反応から放出されるエネルギーによって、エネルギーセル内にプラズマが生成される。そのエネルギーによって第２の触媒源をイオン化して、第２の触媒を生成する。第１の触媒は、カリウムやストロンチウムなどの表３に示した触媒のグループから選択することができる。第２の触媒源は、ヘリウムとアルゴンから選択することができ、第２の触媒は、Ｈｅ＋とＡｒ＋から選択することができる。この場合、第１の触媒による水素の触媒反応から生成されたプラズマによって、触媒イオンが、対応する原子から生成される。例えば、
１）エネルギーセルは、ストロンチウムとアルゴンを含む。尚、ストロンチウムによる水素触媒反応によって、第２の触媒として働くＡｒ＋を含むプラズマが生成される（式１２〜１４）。
２）エネルギーセルは、カリウムとヘリウムを含む。尚、カリウムによる水素触媒反応により、第２の触媒として使用されるＨｅ＋を含むプラズマが生成される（式９〜１１）。
一実施形態の第２の触媒源の圧力は、約１ミリトール〜約１気圧の範囲である。水素の圧力は、約１ミリトール〜約１気圧の範囲である。好適な一実施形態の全体の圧力は、約０．５トール〜約２トールの範囲である。一実施形態では、水素の圧力に対する第２の触媒源の圧力の割合は、１より大きい。好適な実施形態の水素は、約０．１％〜約９９％であり、第２の触媒源によって、セル内の気体のバランスがとられる。水素は約１％〜５％で、第２の触媒源は約９５％〜９９％であることがさらに好ましい。水素が約５％で、第２の触媒源が約９５％であることが最も好ましい。これらの圧力範囲は代表的な例であって、当業者であれば、所望の結果を得るために所望の圧力で本発明を実施することが可能である。
【０１４９】
好適な動作温度は、反応炉容器２０７に含まれる物質の性質によってある程度決まる。ステンレス鋼合金の反応炉容器２０７の温度は、約２００度〜１２００度に維持されることが好ましい。モリブデンの反応炉容器２０７の温度は、約２００度〜１８００度に維持されることが好ましい。タングステンの反応炉容器２０７の温度は、約２００度〜３０００度に維持されることが好ましい。水晶やセラミックの反応炉容器２０７の温度は、約２００度〜１８００度に維持されることが好ましい。
容器チャンバ２００内の原子状水素濃度は、水素解離物質によって生成された原子状水素量によって調整される。分子状水素の解離速度は、表面領域や温度や解離物質の選択を調整することによって制御される。また、原子状水素濃度も、原子状水素源２２１によって供給される原子状水素の量によって調整される。さらに、原子状水素濃度は、流量制御器２２２と圧力センサ２２３によって制御される水素源２２１から供給される分子状水素の量によって制御される。反応速度は、触媒反応とハイドリノ水素化物イオンによるＵＶ放射と化合物放射の強度を検出するウィンドーなしの紫外線（ＵＶ）放射分光器によって監視することができる。
【０１５０】
さらに、ガスセル水素化物反応炉は、生成されたハイドリノと接触する電子源２６０を備え、ハイドリノ水素化物イオンを生成することができる。図４のガスセル水素化物反応炉内のハイドリノは、反応炉容器２０７に含まれる還元剤と接触させることによって、ハイドリノ水素化物イオンに還元される。別の方法では、ハイドリノは、フォトン源２０５、触媒２５０、触媒槽２９５、触媒槽用ヒータ２９８、熱フィラメントグリッド２８０、圧力センサ２２３、水素源２２１、流量制御器２２２、真空ポンプ２５６、真空配管２５７、触媒供給路２４１、水素供給路２４２などの反応炉の構成要素と接触することによって、ハイドリノ水素化物イオンに還元される。また、ハイドリノは、セルの働きと無関係な還元剤（即ち、外部源からセルに加えられた消耗還元剤）と接触させることによって還元される。電子源２６０はそのような還元剤である。さらに、セルは、低エネルギーの水素種や、結合エネルギー増大水素化合物を選択的に収集するゲッタ、即ち、クライオトラップ２５５を備えていてもよい。
【０１５１】
ハイドリノ水素化物の陰イオンと陽イオンを含む化合物は、ガスセル内で形成可能である。ハイドリノ水素化物化合物を形成する陽イオンには、セル物質の陽イオンや、原子状水素を生成する分子状水素解離物質を含む陽イオンや、添加された還元剤を含む陽イオンや、（触媒の陽イオンなど）セル内にある陽イオンが含まれていてもよい。
ガスセル水素化物反応炉の別の一実施形態では、反応炉容器は、内燃エンジンやロケットエンジンやガスタービンの燃焼室である。気相触媒によって、炭化水素の燃焼中の熱分解によって生成された水素原子からハイドリノが生成される。炭化水素もしくは水素含有燃料は触媒を含む。触媒は燃焼中に気化される（気体になる）。別の一実施形態の触媒は、表１と表３に示した触媒か、ハイドリノか、あるいは、ＲｂＦ、ＲｂＣｌ、ＲＢｌ、ＲｂＢｒ、Ｒｂ２Ｓ２、ＲｂＯＨ、Ｒｂ２ＳＯ４、Ｒｂ２ＣＯ３、Ｒｂ３ＰＯ４、ＫＦ、ＫＣｌ、ＫＢｒ、Ｋｌ、Ｋ２Ｓ２、ＫＯＨ、Ｋ２ＳＯ４、Ｋ２ＣＯ３、Ｋ３ＰＯ４、Ｋ２ＧｅＦ４などのルビジウムやカリウムの耐熱性塩のうちの少なくとも１つである。その他のさらに別のカウンタ、即ち、カップルとしては、湿潤剤や乳化剤などの有機陽イオンがある。
【０１５２】
ガスセル水素化物反応炉の別の一実施形態の原子状水素源は爆発性であって、爆発して、原子状水素が生成され、また、触媒源を気化させるが、ここでは、爆発反応によるエネルギー加えて、触媒と気相原子状水素との反応によるエネルギーが発散される。そのような触媒の１つはカリウム金属である。一実施形態のガスセルは、原子状水素触媒による爆発的なエネルギー放出により破裂する。そのガスセルの一例は、原子状水素源とヘリウムガスなどの触媒源を含む爆弾である。
さらに、水素原子を生成するために燃焼エンジンを用いる本発明の別の一実施形態では、炭化水素や水素を含有する燃料は、水と乳化触媒などの溶媒和触媒源を含む。熱分解時に、水は、触媒反応を受ける水素原子源として働く。水は、シリンダーヘッドやピストンヘッドなどの表面での熱的反応、即ち、触媒反応によって、水素原子に解離される。その表面には、水を水素と酸素に解離する物質が含まれていてもよい。水解離物質には、元素、化合物、合金や、遷移元素もしくは内遷移元素、鉄、プラチナ、パラジウム、ジルコニウム、バナジウム、ニッケル、チタン、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＣＯ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｖｂ、Ｌｕ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、活性炭（炭素）、Ｃｓセシウム層間化合物（グラファイト）などの混合物が含まれていてもよい。
【０１５３】
熱分解によって水素原子を生成するエンジンを利用する本発明の別の一実施形態では、気化触媒は、触媒供給路２４１を介して触媒槽２９５から容器チャンバ２００に送られる。このチャンバは、エンジンシリンダーに相当する。これは、各エンジンサイクル中に行われる。エンジンサイクル毎に使用する触媒量２５０は、触媒の蒸気圧と触媒槽２９５の気体置換量によって決定することができる。触媒の蒸気圧は、触媒槽用ヒータ２９８を用いて触媒槽２９５の温度を調整することによって制御される。ハイドリノと接触するハイドリノ還元試薬などの電子源によって、ハイドリノ水素化物イオンが形成される。
熱分解によって水素原子を生成するエンジンを利用する本発明の別の一実施形態では、気化触媒は、触媒供給路２４１を介して触媒槽２９５から容器チャンバ２００に送られる。このチャンバは、エンジンシリンダーに相当する。これは、各エンジンサイクル中に行われる。エンジンサイクル毎に使用する触媒量２５０は、触媒の蒸気圧と触媒槽２９５の気体置換量によって決定することができる。触媒の蒸気圧は、触媒槽用ヒータ２９８を用いて触媒槽２９５の温度を調整することによって制御される。ハイドリノと接触するハイドリノ還元試薬などの電子源によって、ハイドリノ水素化物イオンが形成される。
【０１５４】
１．３ガス放電セル水素化物反応炉
本発明のガス放電セル水素化物反応炉を図５に示す。図５のガス放電セル水素化物反応炉は、チャンバ３００を有する水素同位体ガス封入グロー放電真空容器３１３を装備したガス放電セル３０７を備える。水素源３２２は、水素供給路３４２を通り制御バルブ３２５を介してチャンバ３００に水素を供給する。触媒は、触媒槽３９５に貯蔵される。電圧／電流源３３０から陰極３０５と陽極３２０の間に電流を流す。電流は逆方向に流すこともできる。別の一実施形態のプラズマは、マイクロ波発振器などのマイクロ波源を用いて生成される。
ガス放電セル水素化物反応炉の一実施形態では、容器３１３の壁面は導電性であって、陽極として作用する。別の一実施形態の陰極３０５は、例えば、ニッケル、アルミニウム、銅、ステンレス鋼の中空陰極のように中空になっている。一実施形態の陰極材料は、鉄やサマリウムなどの触媒源であってもよい。
陰極３０５は、ハイドリノとエネルギーを生成するために触媒で被覆されていてもよい。ハイドリノとエネルギーを形成する触媒反応は陰極表面で起きる。ハイドリノとエネルギーの生成のために水素原子を形成するために、分子状水素は陰極で解離される。このため、陰極は水素解離物質から形成される。別の方法では、分子状水素は放電によって解離される。
【０１５５】
本発明の別の一実施形態によれば、ハイドリノとエネルギーを生成するための触媒は気体である。例えば、気相触媒を得るために放電を利用して触媒を気化してもよい。別の方法では、気相触媒は放電電流によって生成される。例えば、放電によってルビジウム金属からＲｂ＋を形成したり、チタン金属からＴｉ２＋を形成したり、カリウム金属やストロンチウム金属から金属を蒸発させて気相触媒を得てもよい。気相触媒と反応する気体水素原子は、触媒反応を気相で発生させるように分子状水素ガスを放出することによって得られる。
【０１５６】
触媒反応が気相で起きるガス放電セル水素化物反応炉の別の一実施形態では、制御可能な気相触媒が使用される。ハイドリノに転換される気体水素原子は、分子状水素ガスを放出することによって得られる。ガス放電セル３０７は、触媒槽３９５から反応炉チャンバ３００へ気相触媒３５０を送る触媒供給路３４１を備える。反応炉チャンバ３００に気相触媒を供給するために、触媒槽３９５は、電源３７２を備える触媒槽用ヒータ３９２によって加熱される。触媒の蒸気圧は、電源３７２によってヒータ３９２を調整して、触媒槽３９５の温度を調整することによって制御される。さらに、反応炉は選択通気バルブ３０１を備える。
触媒反応が気相で起きるガス放電セル水素化物反応炉の別の一実施形態では、制御可能な気相触媒が使用される。気体水素原子は、分子状水素ガスを放出することによって得られる。タングステンやセラミック製船形容器などの、ガス放電セル内に配備された（反応炉の動作中に反応や劣化を起こさない）化学的耐性のある開口容器に触媒が貯蔵される。触媒用船形容器内の触媒は、付属電源を用いる船形容器用ヒータによって加熱され、気相触媒が反応炉チャンバに供給される。別の方法では、グローガス放電セルは高温で動作して、船形容器内の触媒を昇華、沸騰、もしくは、気化して気相状態にする。触媒の蒸気圧は、電源によってヒータを調整して船形容器や放電セルの温度を調整することによって制御される。
【０１５７】
ガス放電セルは、連続的に供給される触媒によって室温で動作可能となる。別の方法では、セル内で触媒が液化しないようにするために、触媒源や触媒槽３９５や触媒用船形容器の温度より高い温度に維持される。例えば、ステンレス鋼合金製のセルの温度は、約０度〜１２００度であり、モリブデン製のセルの温度は、約０度〜１８００度であり、タングステン製のセルの温度は、約０度〜３０００度であり、ガラスや水晶やセラミック製のセルの温度は、約０度〜１８００度である。放電電圧の範囲は、約１０００ボルト〜約５０，０００ボルトである。電流の範囲は約１マイクロ〜約１アンペアであり、約１ミリアンペアであることが好ましい。
【０１５８】
放電電流は、断続的、即ち、パルス性のものでよい。パルスで流すことにより入力パワーが削減される。ここでは、放電電圧より低いオフセット電圧で、所望の磁場強度に設定することができる。非放電時に磁場を調整する目的の１つは、触媒と原子状水素間のエネルギー整合を最適にすることである。一実施形態のオフセット電圧は、約０．５ボルト〜約５００ボルトである。別の一実施形態のオフセット電圧は、１センチメートル当り約０．１ボルト〜約５０ボルトの磁場を形成するように設定される。オフセット電圧は、１センチメートルあたり約１ボルト〜約１０ボルトの磁場を形成するように設定されることが好ましい。ピーク電圧の範囲は、約１ボルト〜１０メガボルトでよい。より好適なピーク電圧の範囲は、約１０ボルト〜１００キロボルトである。最も好適なピーク電圧の範囲は、約１００〜５００ボルトである。パルス周波数とデューティーサイクルも調整可能である。パルス周波数とデューティーサイクルを調整する目的の１つは、パワーバランスを最適にすることである。一実施形態では、これは、入力パワーに対する反応速度を最適にすることによって実現されている。放電時に生成される原子状水素と触媒の量は、非放電時に減る。反応速度は、Ａｒ＋などの放電によって生成される触媒と原子状水素の量を調整することによって制御される。その濃度は、パルス周波数とデューティーサイクルと崩壊速度によって決まる。一実施形態のパルス周波数は、約０．１ヘルツ〜約１００メガヘルツである。別の一実施形態のパルス周波数は、実際に原子状水素が分子状水素に再結合するために要する時間よりも高速である。[R. L. Mills、T. Onuma、Y. Lu、「異常アフターグロー継続時間での白熱加熱された水素触媒ガス混合体からの水素プラズマの形成(Formation of a Hydrogen Plasma from an Incandescently Heated Hydrogen-Catalyst Gas Mixture with an Anomalous Afterglow Duration)」、Int., J. Hydrogen Energy、第26巻、No.4、2001年7月、327〜332頁]での異常プラズマ・アフターグロー継続時間によれば、約１ヘルツ〜約２００ヘルツの範囲の周波数であることが好ましい。一実施形態のデューティーサイクルは、約０．１％〜約９５％である。好適なデューティーサイクルは、約１％〜約５０％である。
【０１５９】
別の一実施形態では、交流（ＡＣ）パワーを印加してもよい。その周波数の範囲は、約０．００１ヘルツ〜１ギガヘルツであってもよい。より好適な周波数の範囲は、約６０ヘルツ〜１００メガヘルツである。最も好適な周波数の範囲は、約１０〜１００メガヘルツである。本システムでは、１つ以上の電極がプラズマと直接接触する電極を２つ備えていてもよいし、それらの電極を絶縁バリアによってプラズマから分離してもよい。ピーク電圧の範囲は、約１ボルト〜１０メガボルトであってもよい。より好適なピーク電圧の範囲は、約１０ボルト〜１００キロボルトである。最も好適な電圧の範囲は、約１００ボルト〜５００ボルトである。
【０１６０】
ガス放電セル装置は、ハイドリノ水素化物イオンを生成するために、ハイドリノと接触する電子源を備える。ハイドリノは、陰極３０５と接触したり、放電プラズマ電子と接触したり、容器３１３と接触することによって、ハイドリノ水素化物イオンに還元される。また、ハイドリノは、陽極３２０、触媒３５０、ヒータ３９２、触媒槽３９５、選択通気バルブ３０１、制御バルブ３２５、水素源３２２、水素供給路３４２、触媒供給路３４１などの反応炉構成要素と接触することによって還元される。その他の実施形態によれば、ハイドリノは、セルの動作と無関係な還元剤３６０（例えば、外部源からセルに加えられた消耗還元剤）によって還元される。
ハイドリノ水素化物の陰イオンと陽イオンを含む化合物は、ガス放電セル内で形成可能である。ハイドリノ水素化物化合物を形成する陽イオンには、陰極や陽極を構成する物質の酸化種や、添加された還元剤の陽イオンや、（触媒の陽イオンなどの）セル内の陽イオンが含まれていてもよい。
【０１６１】
ガス放電セル水素装置の一実施形態では、カリウムやルビジウムのハイドリノ水素化物とエネルギーは、ガス放電セル３０７内で生成される。触媒槽３９５には、カリウム金属用触媒、即ち、Ｒｂ＋にイオン化されるルビジウム金属用触媒が貯蔵される。ガス放電セル内の触媒の蒸気圧は、ヒータ３９２によって調整される。触媒槽３９５をヒータ３９２によって加熱して、陰極３０５の近傍の触媒の蒸気圧を１０ミリトール〜１００トールに設定することが好ましく、さらに、約２００ミリトールに設定することがより好ましい。別の一実施形態では、ガス放電セル３０７の陰極３０５と陽極３２０は、カリウムやルビジウムによって被覆される。触媒は、セル動作中に気化する。源３２２からの水素供給は制御器３２５によって調整されて、水素の圧力は１０ミリトール〜１００トールに維持される。
【０１６２】
一実施形態では、反応炉の容積の大部分を占める電場を形成できる電極は、直列もしくは並列の電極を複数備える化合物電極である。一実施形態の電極には、平行配列された複数の中空陰極が含まれ、大容積に所望の電場を形成して十分なパワーレベルを生成することができる。複数の中空陰極のデザインの１つとしては、１つの陽極と複数の同心中空陰極を備えるものであって、その複数の同心中空陰極の各々は、共通陽極から電気的に絶縁されているものである。別の化合物電極としては、直列接続された複数の平行板電極がある。
中空陰極は、モリブデンやタングステンなどの非溶解性物質から形成されることが好ましい。中空陰極には、化合物の中空陰極が含まれていることが好ましい。化合物の中空陰極を用いた放電セルの好適な触媒はネオンであり、それについては本願の援用文献であるJ. Hydrogen Energyに提出されたR. L. Mills、P. Ray、J. Dong、M. Nansteel、B. Dhandapani、J. He、「分数量子エネルギー準位の分子水素のスペクトル放射(Spectral Emission of Fractional-Principal-Quantum-Energy-Level Molecular Hydrogen)、Int.」に記載されている。
【０１６３】
１．４無線周波数（ＲＦ）バリア電極放電セル
放電セル反応炉の一実施形態では、最小パワー損失の電場を形成するために、放電セルの少なくとも１つが、ガラス、水晶、アルミナ、セラミックなどの絶縁バリアによって遮蔽される。本発明の無線周波数（ＲＦ）バリア電極放電セルシステム１０００を図６に示す。ＲＦパワーは容量接続されていてもよい。一実施形態の電極１００４はセル１００１の外側にあってもよい。絶縁層１００５によって、セルの壁面１００６から電極が分離される。高駆動電圧は交流で、高周波であってもよい。駆動回路には、無線周波数を出力可能な高パワーソース１００２と、インピーダンス整合回路１００３が備えられている。周波数は、約１００ヘルツ〜約１０ギガヘルツの範囲内であることが好ましく、さらに、約１キロヘルツ〜約１メガヘルツであることがより好ましく、また、約５〜１０キロヘルツであることが最も好ましい。電圧の範囲は、好適には約１００ボルト〜約１メガボルトであり、より好適には約１キロボルト〜約１００キロボルトであり、最も好適には約５キロボルト〜約１０キロボルトである。
【０１６４】
１．５プラズマトーチセル水素化物反応炉
本発明のプラズマトーチセル水素化物反応炉を図７に示す。プラズマトーチ７０２は、マニホルド７０６によって密封されてプラズマチャンバ７６０内に閉じ込められる水素同位体プラズマ部７０４を形成する。ハイドリノとエネルギーを形成するために、水素源７３８から供給される水素と、プラズマガス源７１２から供給されるプラズマガスが、触媒７１４と共にトーチ７０２に供給される。プラズマには、例えば、アルゴンが含まれていてもよい。触媒には、表１と表３に示した触媒のうちの少なくとも１つや、不均衡反応のための水素化物原子が含まれていてもよい。触媒は触媒槽７１６に貯蔵される。触媒槽には、磁気攪拌棒用モータ７２０から駆動される磁気攪拌棒７１８などの機械式攪拌器が装備されている。触媒は、供給路７２８を介してプラズマトーチ７０２に供給される。触媒は、マイクロ波放電によって生成される。触媒は、ヘリウムガスやアルゴンガスなどから得られるＨｅ＋やＡｒ＋であることが好ましい。
【０１６５】
水素は、水素供給路７２６によってトーチ７０２に供給される。別の方法では、水素と触媒は、供給路７２８を介して供給される。プラズマガスは、プラズマガス供給路７２６によってトーチに供給される。別の方法では、プラズマガスと触媒は、供給路７２８を介して供給される。
水素は、供給路７４２を介して水素源７３８から触媒槽７１６に送られる。水素の流れは、水素流量制御器７４４とバルブ７４６によって調整される。プラズマガスは、供給路７３２を介してプラズマガス源７１２から送られる。プラズマガスの流れは、プラズマガス流量制御器７３４とバルブ７３６によって調整される。プラズマガスと水素の混合体は、供給路７２６を介してトーチに供給され、供給路７２５を介して触媒槽７１６に供給される。混合体は、水素プラズマガス混合機と混合体流量調整器７２１によって調整される。水素とプラズマガスの混合体は、触媒粒子のキャリアガスとして機能し、機械式攪拌器によって、微小粒子としてガス流内に分散される。煙霧化された触媒と水素ガスの混合体は、プラズマトーチ７０２内に流れ込み、プラズマ部７０４で、気体水素原子と（ルビジウム塩のＲｂ＋イオンなどの）気化触媒イオンになる。マイクロ波発振器７２４からプラズマ部にパワーが供給される。ここで、マイクロ波は、同調可能マイクロ波空胴７２２によって同調される。触媒反応は気相でも発生する。
【０１６６】
プラズマトーチ内の気相触媒量は、機械式攪拌器で触媒が煙霧化される割合を調整することによって制御される。また、気相触媒量は、キャリアガスが水素とプラズマガスの混合体（例えば、水素とアルゴン）を含有するキャリアガス流量を調整することによっても制御可能である。プラズマトーチに流す気体水素原子量は、水素流量と、混合体の水素とプラズマガスの割合を調整することによって制御可能である。水素プラズマガス混合機と混合体流量調整器７２１に流す水素流量とプラズマガス流量は、流量制御器７３４、７４４とバルブ７３６、７４６によって制御される。混合機調整器７２１は、トーチと触媒槽へ流す水素プラズマ混合体を調整する。また、触媒反応速度は、マイクロ波発振器７２４を用いてプラズマの温度を調整することによって制御される。
ハイドリノ原子とハイドリノ水素化物イオンはプラズマ部７０４で生成される。ハイドリノ水素化物化合物は、マニホルド７０６上で低温ポンプに接触するか、もしくは、供給路７４８を通ってハイドリノ水素化物混合体トラップ７０８に流れる。トラップ７０８は、真空配管７５０とバルブ７５２を介して真空ポンプ７１０と通じている。トラップ７０８への流れは、真空ポンプ７１０と真空配管７５０と真空バルブ７５２によって調整される圧力勾配の影響を受ける。
【０１６７】
図８に示したプラズマトーチセル水素化物反応炉の別の一実施形態では、プラズマトーチ８０２かマニホルド８０２のうちの少なくとも１つは、触媒槽８５８からプラズマ部８０４に気相触媒を流す触媒供給路８５６を備える。プラズマ部８０４に気相触媒を供給するために、触媒槽８５８内の触媒８１４は、電源８６８を備える触媒槽用ヒータ８６６によって加熱される。触媒の蒸気圧は、電源８６８によってヒータ８６６を調整して触媒槽８５８の温度を調整することによって制御される。図８の残りの構成要素は、図７の対応する構成要素と同じ構造と機能を有する。即ち、図８の構成要素８１２は、図７のプラズマガス源１２に対応するプラズマガス源であり、図８の構成要素８３８は、図７の水素源７３８に対応する水素源である。
プラズマトーチセル水素化物反応炉の別の一実施形態では、マニホルド内に配置されたセラミック製舟形容器などの化学抵抗開口容器に触媒が貯蔵される。プラズマトーチマニホルドは、船形容器内の触媒を昇華、沸騰、もしくは、気化して気相状態にするように高温動作可能なセルを構成している。別の方法では、触媒用船形容器内の触媒は、気相触媒をプラズマに供給するための電源を備えた船形容器用ヒータによって加熱されてもよい。触媒の蒸気圧は、セル用ヒータでセルの温度を調整したり、付属電源で船形容器用ヒータを調整して船形容器の温度を調整することによって制御される。
【０１６８】
プラズマトーチセル水素化物反応炉内のプラズマの温度は、有効な約５，０００度〜３０，０００度に維持される。セルは、室温で連続的に供給される触媒により動作可能である。別の方法では、セルの温度は、セル内で触媒が気化しないようにするために、触媒源、触媒槽８５８、触媒用船形容器の温度より高温に維持される。動作温度は、セルに含まれる物質の性質によってある程度決まる。ステンレス鋼合金製のセルの温度は、約０度〜１２００度であることが好ましい。モリブデン製セルの温度は約０度〜１８００度であることが好ましい。タングステン製セルの温度は約０度〜３０００度であることが好ましい。ガラスや水晶やセラミックス製セルの温度は約０度〜１８００度であることが好ましい。マニホルド７０６が大気中に開かれている場合、セル圧力は大気圧である。
【０１６９】
プラズマトーチ水素化物反応炉の模範的なプラズマガスは、触媒源としても利用可能なアルゴンである。模範的な煙霧流量は、水素が毎分約０．８標準リットル（ｓｌｍ）で、アルゴンが約０．１５ｓｌｍである。模範的なアルゴンプラズマ流量は約５ｓｌｍである。模範的な前方入力パワーは約１０００ワットであり、模範的な反射パワーは約１０ワット〜２０ワットである。
その他の実施形態のプラズマトーチ水素化物反応炉では、機械式触媒攪拌器（磁気攪拌棒７１８と磁気攪拌棒用モータ７２０）が吸気器や噴霧器や霧化器に置き換えられ、水などの液体媒体内で解離したり浮遊する煙霧質の触媒７１４が形成される。その媒体は触媒槽７１６に貯蔵される。さもなくば、吸気器や噴霧器や超音波分散手段や霧化器によって、触媒がプラズマ部７０４に直接噴射される。霧状触媒もしくは粉末状触媒が、水素などのキャリアガスによってプラズマ部７０４に送られる。
【０１７０】
さらに、一実施形態のプラズマトーチセル水素化物反応炉は、マイクロ波に交差する構造を備えているため、強電場や磁場力の領域が局在化させることができる。強磁場によって、プラズマチャンバ７６０内でガスを電気分解することができる。触媒源から触媒を形成するなどの方法を利用して電場を与えることによって、触媒反応速度を上げる非熱プラズマを形成することができる。触媒源は、ヘリウムや、ヘリウムや、ネオンや、ネオンと水素の混合体や、アルゴンであって、Ｈｅ＋やＨｅ２ ＊やＮｅ２ ＊やＮｅ＋／Ｈ＋やＡｒ＋をそれぞれ形成することができる。プラズマ、例えば、熱プラズマにとって低プラズマ温度で、非熱プラズマが形成され、イオン化する。高局所場発生構造は、導電性を有していてもよく、また、導電物質源であってもよく、さらに、高誘電率のものであってもよく、また、プラズマ電子の自由行程の平均値に比べて小さくするどく尖った終端を備えていることが好ましい。その寸法は、凡そ原子の厚さから約５ミリメートルまでの範囲であってもよい。その構造は、金属スクリーン、金属繊維マット、金属ウール、金属スポンジ、金属発泡のうちの少なくとも１つであってもよい。非熱プラズマを形成し触媒反応速度を上げることができるガスをイオン化するための磁場の強さが増やす点状源を形成する構造には、特定の支持構造に焼結された小さな粒子が含まれていてもよい。その構造には、金属スクリーン、金属繊維マット、金属ウール、金属発泡のうちの少なくとも１つを含まれていてもよい。その他の構造には、粗面を形成するようにエッチされる材料が含まれていてもよい。その材料は、金属スクリーン、金属繊維マット、金属ウール、金属スポンジ、金属発泡材のうちの少なくとも１つであってもよい。腐蝕プロセスは酸エッチでよい。
【０１７１】
別の一実施形態では、局所イオン化を引き起こす強局所場には、プラズマ部７０４に投入される高誘電率粒子、導電粒子源、導電粒子が含まれている。この粒子は、ナノ粒子もしくはミクロン粒子であってもよい。投入される粒子には、元素、あるいはアルミニウム、遷移元素、内遷移元素、鉄、プラチナ、パラジウム、ジルコニウム、バナジウム、ニッケル、チタン、Ｓｃ、Ｃｒ、Ｍｎ、ＣＯ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｌａ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕ、Ｈｇ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｖｂ、Ｌｕ、Ｔｈ、Ｐａ、Ｕ、活性木炭（炭素）、Ｃｓセシウム層間化合物（グラファイト）層間セシウム炭素（グラファイト）のグループのうちの少なくとも１つの元素、もしくは、酸化物が含まれていてもよい。酸化物は、ＮｉＯ、ＷｘＯｙ（ここで、ｘ、ｙは整数であり、例えば、ＷＯ２、ＷＯ３）、ＴｉｘＯｙ（ここで、ｘ、ｙは整数であり、例えば、ＴｉＯ２）、ＡｌｘＯｙ（ここで、ｘ、ｙは整数であり、例えば、Ａｌ２Ｏ３）のグループのうちの少なくとも１つであってもよい。導電粒子源は水素によって還元されたり、プラズマ部７０４で分解可能であって、少なくとも導電面を提供することができる。粒子の直径は、約１ナノメートル〜約１０ミリメートルであり、より好適には、約０．０１ミクロン〜約１ミリメートルであり、最も好適には、約１ミクロン〜約１ミリメートルである。反応炉の容積の１リットル当りの粒子流量は、好適には、約１ナノグラム／分〜約１キログラム／分であり、より好適には、約１マイクログラム／分〜約１グラム／分であり、最も好適には、約５０マイクログラム／分〜約５０ミリグラム／分である。粒子が高誘電率を有する場合、その誘電率は、真空誘電率の約２倍〜１０００倍であってもよい。
【０１７２】
触媒を貯蔵可能な槽７１６に粒子を貯蔵してもよく、もしくは、その槽を個別の粒子専用槽にしてもよい。槽には、磁気攪拌棒用モータ７２０によって駆動される磁気攪拌棒７１８などの機械式攪拌器を装備してもよい。供給路７２８を介してプラズマトーチ７０２に、粒子を供給することができる。供給路７４２を介して水素源７３８から槽７１６に水素を送ることができる。水素の流れは、水素水量制御器７４４とバルブ７４６によって調整される。供給路７３２を介してプラズマガス源７１２からプラズマガスが流される。プラズマガスの流れは、プラズマガス流量制御器７３４とバルブ７３６によって調整される。プラズマガスと水素の混合体は、供給路７２６を介してトーチに供給され、供給路７２５を介して槽７１６に供給される。混合体は、水素プラズマガス混合機と混合体流量調整器７２１によって調整される。水素とプラズマガスの混合体は、粒子のためのキャリアガスとして働き、その粒子は、機械式攪拌器によって、微小粒子としてガス流内に分散される。煙霧化粒子は、プラズマトーチ７０２内に流れ込み、プラズマを供給して、プラズマ部７０４の粒子の周辺に強局所場を発生させる。
【０１７３】
プラズマトーチ内の粒子量は、粒子が機械式攪拌器で煙霧化される割合を調整することによって制御される。また、粒子量は、キャリアガス流量を調整することによって制御可能である。尚、キャリアガスには、水素とプラズマガスの混合体（例えば、水素とアルゴン）が含まれている。粒子はトラップ７０８で捕らえられ、再循環させることが可能である。
その他の実施形態のプラズマトーチ水素化物反応炉では、機械式触媒攪拌器（磁気攪拌棒７１８と磁気攪拌棒用モータ７２０）は、吸気器、噴霧器、超音波分散手段、霧化器と置き換えられて、水などの液体媒体内で解離したり浮遊する煙霧質の粒子が形成される。その媒体は触媒槽７１６に貯蔵される。さもなくば、吸気器や噴霧器や霧化器は、粒子をプラズマに７０４に直接噴射する。霧状粒子もしくは粉末状粒子は、水素などのキャリアガスによってプラズマ部７０４に送られる。
【０１７４】
別の一実施形態では、本願の援用文献であるKelly[Arnold Kelly、「パルシング静電噴霧器(Pulsing Electrostatic Atomizer)」米国特許6,227,465 B1、2001年5月8日］に記載されているような静電噴霧器を用いて微量の液滴をプラズマ部７０４に噴霧している。噴霧された液体は再循環させることが可能である。液体は導電性を有していてもよい。液体は、アルカリ金属やアルカリ土類金属などの金属を含んでいてもよい。
【０１７５】
また、プラズマチャンバ７６０内で気化し還流可能な金属を供給することによって、熱プラズマから非熱プラズマを形成することができる。また、揮発性金属はカリウム金属やセシウム金属やストロンチウム金属などの触媒であっても、ルビジウム金属などの触媒源であってもよい。その金属は、前に触媒６１４の事例で説明したように、触媒槽６５８に貯蔵されヒータ６６６で加熱されて気化される。揮発性金属は、気相で凝結して、金属の霧状蒸気に相当する微量の液滴が形成される。セルの熱温度が揮発性金属の沸点より低くなるように揮発性金属を気化することによって、液滴は形成される。プラズマによってか、もしくは、触媒用船形容器や触媒槽８５８を加熱することによって、揮発性金属を気化させてもよい。
【０１７６】
粒子の流れを停止させること加えて、セルを回転させて機械的に粒子を分散させることによって粒子を浮遊させることができる。別の一実施形態では、投入される粒子は強磁性を示すものであってもよい。さらに、プラズマトーチセルは、時間と共に変動する磁場源を使用して粒子をプラズマ部７０４に分散させる手段を備えていてもよい。
さらに、プラズマトーチ水素化物反応炉は、ハイドリノ水素化物イオン生成作のために、ハイドリノと接触する電子源を備える。プラズマトーチセルでは、
１）マニホルド７０６
２）プラズマ電子
４）プラズマトーチ７０２、触媒供給路８５６、触媒槽８５８などの反応炉の構成要素
５）セルの動作と無関係な還元剤（例えば、外部源からセルに添加される消耗還元剤）
と接触させることによって、ハイドリノをハイドリノ水素化物イオンに還元させることができる。
ハイドリノ水素化物の陰イオンと陽イオンを含む化合物は、ガスセル内で形成可能である。ハイドリノ水素化物化合物を形成する陽イオンには、トーチやマニホルドを形成する物質の酸化種の陽イオンや、添加された還元剤の陽イオンや、（触媒の陽イオンなどの）プラズマに存在する陽イオンが含まれていてもよい。
【０１７７】
２．マイクロ波ガスセル水素化物パワー反応炉
本発明の一実施形態によれば、パワーと、ハイドリノ、ハイドリノ水素化物イオン、二価ハイドリノ分子イオン、二価ハイドリノ分子のうちの少なくとも１つを生成する反応炉は、マイクロ波水素ガスセル水素化物反応炉であってもよい。本発明のマイクロ波ガスセル水素化物反応炉を図９に示す。ハイドリノは、ｍ／２・２７．２±０．５ｅＶの実効反応エンタルピーを提供可能な触媒との反応によって生成される。ここで、ｍは整数であって、表１と表３に示されているように４００より小さい整数であることが好ましい。また、ハイドリノは、不均衡反応によって得ることができる。ここでは、低エネルギー準位水素、即ち、ハイドリノが、水素原子とハイドリノからパワーを放出させて、低エネルギー順位に遷移させるように働く。触媒反応は気相で起きる可能性がある。マイクロ波放電によって触媒を生成することができる。好適な触媒は、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの源から得られるＨｅ＋やＡｒ＋である。触媒反応から、高エネルギーイオンを有するプラズマを形成して維持するためのパワーが供給される。位相バンチのマイクロ波、もしくは、非位相バンチのマイクロ波は、磁場内のイオン化電子によって生成されるので、セルの磁化されたプラズマが内部マイクロ発振器となる。そして、生成されたマイクロ波は、マイクロ波源となって、マイクロ波放電プラズマの少なくとも一部を保持することができる。
【０１７８】
図９の反応炉システムは、真空、もしくは、大気圧より高い圧力に保持できるチャンバ６６０を装備した反応容器６０１を備える。水素源６３８から水素が供給管６４２に送られ、水素供給路６２６を介してチャンバに送られる。水素水量制御器６４４とバルブ６４６によって、水素の流れが調整される。一実施形態では、水素供給路６２６を介して水素をチャンバに送るチャンバ６６０と通じている水素源は、反応炉システムの電解セルの水素透過中空陰極である。水の電気分解によって水素が生成され、中空陰極を通過する。陰極は、ニッケル、鉄、チタンなどの遷移金属や、パラジウム、プラチナなどの貴金属や、タンタルや、パラジウム被覆タンタルや、パラジウム被覆ニオブであってもよい。電解液は基本的なものであって、陽極は、ニッケル、プラチナ、もしくは、寸法安定性のある陽極でよい。電解液は水性のＫ２ＣＯ３でよい。セルへの水素の流れは、電解パワー制御器が電解電流を制御することによって制御される。
【０１７９】
プラズマガスは、供給路６３２を介してプラズマガス源６１２から流れる。プラズマガス流量制御器６３４とバルブ６３６によって、プラズマガスの流れが調整される。供給路６２６を介してプラズマガスと水素の混合体をセルに供給することができる。水素プラズマガス混合機と混合体流量調整器６２１によって混合体が調整される。ヘリウムなどのプラズマガスはＨｅ＋やＨｅ２ ＊などの触媒源でもよく、アルゴンはＡｒ＋などの触媒源でもよく、また、Ｎｅ２ ＊などの触媒源にネオンを使用してもよく、さらに、Ｎｅ＋／Ｈ＋などの触媒源にネオンと水素の混合体を使用してもよい。混合体の触媒源と水素源がプラズマ部に流れ込み、チャンバ６６０で触媒と原子状水素になる。
【０１８０】
プラズマには、マイクロ波発振器６２４からパワー供給される。ここで、マイクロ波は、可同調マイクロ波空胴６２２で同調されて、導波管６１９で送られ、ＲＦ透明ウィンドー６１３、アンテナ６１５を介してチャンバ６６０に送られる。当技術分野で周知のマイクロ波源は、進行波管、クライストロン、マグネトロン、サイクロトロン共鳴メーザー、ジャイロトロン、自由電子レーザである。導波管やアンテナはセルの内部にあっても外部にあってもよい後者のマイクロ波は、そのソースからセルのウィンドー６１３を介してセルを貫通する。マイクロ波用ウィンドーは、アルミナや水晶から形成されていてもよい。
【０１８１】
別の一実施形態のセル６０１は、マイクロ波空胴共振器である。一実施形態のマイクロ波源から、十分な密度のマイクロ波パワーがセルに供給されて、ヘリウム、ネオン−水素混合体、アルゴンガスなどのうちの少なくとも１つの触媒源をイオン化して、Ｈｅ＋、Ｎｅ＋／Ｈ＋、Ａｒ＋などの触媒をそれぞれ形成する。そのような実施形態では、アンテナ、導波管、空洞などのマイクロ波パワーソース、即ち、アプリケータは、非熱プラズマを形成する。ここで、ヘリウム原子、アルゴン原子やイオンなどの触媒源に対応する種の温度は、熱平衡での温度より高い。従って、例えば、触媒源のイオン化状態である高エネルギー状態は、水素の励起状態が支配的である熱プラズマに比べ、水素のエネルギー状態より支配的である。一実施形態の触媒源は、非熱プラズマを形成するために、水素原子源よりも多い。マイクロ波パワーソースから供給されるパワーはセルに送られ、電子の自由行程の平均値の回りで高エネルギー電子の形成の際に放散する。一実施形態の全圧力は、約０．５〜約５トールであり、電子の自由行程の平均値は、約０．１〜１センチメートルである。一実施形態のセルの寸法は、電子の自由行程の平均値より大きい。一実施形態の空胴は、Evenson、Beenakker、McCarrol、円筒状の空胴のうちの少なくとも１つである。一実施形態の空胴によって、非熱プラズマを形成可能な強電磁場が形成される。強電磁場は、例えば、Beenakker空胴である空胴のＴＭ０１０モードに基づくものである。複数のマイクロ波エネルギー源を同時に使用してもよい。例えば、並列動作する複数のEvenson空胴によって、非熱プラズマなどのマイクロ波プラズマを維持し、マイクロ波セル６０１内でプラズマを形成してもよい。せルは円筒でもよく、長軸に沿って間隔を置いて配置されたEvenson空胴を備える水晶製のセルを備えていてもよい。別の一実施形態では、平面アンテナなどの複数のスロット付きアンテナは、ダイポールアンテナなどの複数のマイクロ波源の等価物として機能する。そのような一実施形態が、本願の援用文献である[Y. Yasaka、D. Nozaki、M. Ando、T. Yamamoto、N. Goto、N. Ishii、T. Morimoto「複数スロット付平面アンテナを用いた大径プラズマの生成（Production of large-diameter plasma using multi-slotted planar antenna）」Plasma Sources Science Technology、第8巻、1999年、530〜533頁]に示されている。
【０１８２】
さらに、セルは、軸方向の磁場を形成するために、管状磁石６０７のような磁石を備えていてもよい。水素触媒反応で生成された電子などのイオンによって、マイクロ波が形成され、マイクロ波放電プラズマの少なくとも一部を維持することができる。分子状水素から原子状水素を効率的に形成するように、マイクロ波の周波数を選択してもよい。また、それによって、ヘリウムとネオン／水素混合体とアルゴンガスからそれぞれ得られるＨｅ＋やＮｅ＋／Ｈ＋やＡｒ＋などの触媒源から、触媒作用するイオンが効率的に作られる。マイクロ波の周波数の範囲は、好適には約１メガヘルツ〜約１００ギガヘルツであり、より好適には、約５０メガヘルツ〜約１０ギガヘルツであり、最も好適には、７５メガヘルツから±５０メガヘルツ、もしくは、２、４ギガヘルツから±１ギガヘルツである。
【０１８３】
水素解離器を反応炉の壁面に配置して、セル内の気化原子状水素を増加させることができる。さらに、反応炉は、電磁流体力学やプラズマ力学に基づくパワー変換装置などの手段によってパワーに変換される電子やイオンのエネルギーを増大させるために磁気を閉込めるための磁場を備えていてもよい。
真空ポンプ６１０は、真空配管６４８、６５０を介してチャンバ６６０を真空にするために使用される。触媒源６１２と水素源６３８から連続的に供給される水素と触媒が流れている状態で、セルを動作させることができる。気相触媒量は、プラズマガス流量を調整することによって制御される。尚、プラズマガスには、水素と触媒源（例えば、水素と、アルゴンもしくはヘリウム）が含まれている。プラズマに対する気体水素原子量は、水素流量と、混合体内の水素とプラズマガスの比率を調整することによって制御される。水素プラズマガス混合機と混合体流量調整器６２１に対する水素流量とプラズマガス流量は、流量制御器６３４、６４４と、バルブ６３６、６４６によって制御される。混合機調整器６２１は、チャンバ６６０に対する水素プラズマ混合体を調整する。また、触媒反応速度は、マイクロ波発振器６２４を用いてプラズマの温度を調整することによって制御される。
【０１８４】
触媒反応は気相で発生する。ハイドリノ原子とハイドリノ水素化物イオンは、プラズマ部６０４で生成される。ハイドリノ水素化物化合物は、クライオポンプによって壁面６０６に送られるか、もしくは、供給路６４８を通ってハイドリノ水素化物混合体トラップ６０８に送られる。別の方法では、二価ハイドリノ分子をトラップ６０８で収集してもよい。トラップ６０８は、真空配管６５０とバルブ６５２を介して真空ポンプ６１０と通じている。トラップ６０８への流れは、真空ポンプ６１０、真空配管６５０、真空バルブ６５２によって調整される圧力勾配の影響を受ける。
図９に示した別の一実施形態のマイクロ波セル反応炉の壁面６０６には、触媒槽６５８からプラズマ部６０４に気相触媒を送る触媒供給路６５６が備えられている。プラズマ６０４に気相触媒を供給するために、触媒槽６５８内の触媒は、電源６６８を備える触媒槽用ヒータ６６６によって加熱される。触媒の蒸気圧は、電源６６８によってヒータ６６６を調整して触媒槽６５８の温度を調整することによって制御される。気相触媒には、表１と表３に示した触媒と、先行するMillsの出願に記載された触媒が含まれていてもよい。
【０１８５】
別の一実施形態のマイクロ波セル反応炉では、チャンバ６６０内に配置されたセラミック製舟形容器などの化学抵抗開口容器に触媒が貯蔵される。さらに、反応炉は、高温を維持できるヒータを備える。船形容器内の触媒を昇華、沸騰、気化して気相状態にするように、セルを高温動作させることができる。別の方法では、触媒用船形容器内の触媒を、気相触媒をプラズマに供給するための電源を備えた船形容器用ヒータによって加熱してもよい。触媒の蒸気圧は、セル用ヒータでセルの温度を調整したり、付属の電源で船形容器用ヒータを調整して船形容器の温度を調整することによって制御される。
【０１８６】
さらに、一実施形態のマイクロ波セル水素化物反応炉は、マイクロ波と交差する構造を備えており、強電場や強磁場領域を局在させることができる。強磁場によって、プラズマチャンバ６６０でガスを電気的に分解することができる。触媒源から触媒を形成するなどの方法を利用して電場を与えることによって、触媒反応速度を上げる非熱プラズマを形成することができる。触媒源は、Ｈｅ＋、Ｎｅ＋／Ｈ＋、Ａｒ＋をそれぞれ形成するアルゴン、ネオン／水素混合体、ヘリウムであってもよい。その構造と方法は、プラズマトーチセル水素化物反応炉の節で説明したものと同じである。
マイクロ波セル反応炉で比較的低エネルギーの熱的中性ガスとは対照的に、高エネルギーイオンや電子の温度に対応する非熱プラズマの温度は、有効な約５，０００度〜５，０００，０００度の範囲に維持される。加熱や絶縁を行うことなく、セルを動作させることができる。別の方法では、触媒の揮発性が低い場合には、セルの温度は、セル内でで触媒の凝縮を防ぐために、触媒源、触媒槽６５８、触媒用船形容器の温度より高く設定される。動作温度は、セルの構成物質の性質によってある程度決まる。ステンレス鋼合金製セルの温度は、約０度〜１２００度であることが好ましい。モリブデン製セルの温度は、約０度〜１８００度であることが好ましい。タングステン製セルの温度は、約０度〜３０００度であることが好ましい。ガラス、水晶、セラミックス製のセルの温度は、約０度〜１８００度であることが好ましい。
【０１８７】
チャンバ６６０内の分子状水素の分圧と、原子状水素の分圧と、触媒の分圧は、約１ミリトール〜約１００気圧に維持されることが好ましい。圧力は、好適には約１００ミリトール〜約１気圧であり、より好適には、約１００ミリトール〜約２０トールである。
マイクロ波セル反応炉の模範的なプラズマガスはアルゴンである。模範的な流量は、水素が毎分約０．１標準リットル（ｓｌｍ）で、アルゴンが約１ｓｌｍである。模範的な順方向のマイクロ波入力パワーは、約１０００ワットである。水素、アルゴン、ヘリウム、アルゴン／水素混合体、ヘリウム／水素混合体のグループから選択された少なくとも１つのガスであるプラズマガス、もしくは、水素とプラズマガスの混合体は、容器容積の１立方センチメートル当り毎分約０〜１標準リットルであることが好ましく、さらに、容器容積の１立方センチメートル当り約０．００１〜１０ｓｃｃｍであることがより好ましい。アルゴン／水素、もしくは、ヘリウム／水素の混合体の場合には、ヘリウムやアルゴンの割合は、約９９％〜約１％であることが好ましく、さらに、約９９％〜約９５％であることがより好ましい。プラズマのパワーソースの出力密度は、容器容積の１立方センチメートル当り約０．０１ワット〜約１００ワットであることが好ましい。
【０１８８】
その他の実施形態のマイクロ波反応炉は、ヘリウムガス、アルゴンガスなどの別の触媒源である水素ガス、プラズマガスなどの流体ガスの流れによって、触媒を攪拌して供給することができる。また、触媒源を吸気器、噴霧器、霧化器から供給して、煙霧質の触媒源を形成することもできる。煙霧質の触媒は、水などの液体媒体内で溶解したり懸濁することがある。その媒体は触媒槽６１４に貯蔵することができる。別の方法では、吸気器、噴霧器、霧化器から、触媒源や触媒をプラズマ部６０４に直接噴射してもよい。別の一実施形態では、霧化触媒、もしくは、噴霧化触媒は、ヘリウム、ネオン／水素、アルゴンがＨｅ＋、Ｎｅ＋／Ｈ＋、Ａｒ＋にそれぞれイオン化される水素、ヘリウム、ネオン、アルゴンなどのキャリアガスによってプラズマ６０４に送られ、水素の触媒として使用することもできる。
【０１８９】
マイクロ波セルは、磁気ミラー電磁流体パワー変換装置、プラズマ力学パワー変換装置、蒸気／ガスタービンエンジン、ステアリングエンジンなどの熱機関や、熱電子エネルギー変換器、熱電エネルギー変換器などの、本願に記載のプラズマエネルギーや熱エネルギーを機械動力や電力に変換する装置と連動することができる。さらに、マイクロ波セルは、先行するMillsの出願に記載されたジャイロトロン、フォトンバンチ・マイクロ波パワー変換装置、電荷ドリフトパワー装置、光電変換装置と接続されていてもよい。
【０１９０】
さらに、マイクロ波反応炉は、ハイドリノ水素化物イオンの生成のために、ハイドリノと接触する電子源を備える。セルでは、
１）壁面６０６
２）プラズマ電子
４）触媒供給路６５６、触媒槽６５８などの反応炉の構成要素
５）セルの動作と無関係な還元剤（例えば、外部源からセルに添加される消耗還元剤）
と接触させることによって、ハイドリノをハイドリノ水素化物イオンに還元することができる。さらに、一実施形態のマイクロ波セル反応炉は、二価ハイドリノ分子などの低エネルギー水素生成物を除去するための選択バルブ６１８を備える。
ハイドリノ水素化物の陰イオンと陽イオンを構成する化合物は、ガスセル内で形成可能である。ハイドリノ水素化物化合物を形成する陽イオンには、セルや添加された還元剤の陽イオンや（触媒の陽イオンなどの）プラズマ内の陽イオンが含まれていてもよい。
【０１９１】
３．容量誘導性結合ＲＦプラズマガスセル水素化物パワー反応炉
本発明の一実施形態によれば、ハイドリノ、ハイドリノ水素化物イオン、二価ハイドリノ分子イオン、二価ハイドリノ分子のうちの少なくとも１つとパワーを生成する反応炉は、容量性結合もしくは誘導性結合のＲＦプラズマガスセル水素化物反応炉でもよい。また、本発明のＲＦプラズマセル水素化物反応炉を図９に示す。セルの構造、体系、触媒、方法は、マイクロ波源を、電極やコイルのうちの少なくとも１つを駆動するインピーダンス整合回路網６２２を備えるＲＦ源６２４に置き換えたこと以外は、マイクロ波プラズマセル反応炉のために説明したものと同じであってもよい。さらに、ＲＦプラズマセルは、２つの電極６６９、６７０を備えていてもよい。同軸ケーブル６１９は、中心同軸導体６１５によって電極６６９に接続される。別の方法では、中心同軸導体６１５は、アース接続の状態もしくはアース接続無しの状態で終端してもよいセル６０１の周りに巻かれる外部源コイルに接続される。平行板や外部コイルを実装した場合には、電極６７０はアース接続されていてもよい。並列電極セルは、業界標準に準拠するものであってもよい。即ち、ＧＥＣ（気体エレクトロニクス会議）参照セルもしくは、本願の援用文献のG. A. Hebner、K. E. Greenberg、「気体エレクトロニクス会議参照セルの光学診断（Optical diagnostics in the Gaseous electronics Conference Reference Cell）」、J. Res. Natl． Inst． Stand． Technol．、第100巻、1995年，373〜383頁と、V. S. Gathen、J. Ropcke、T. Gans、M. Kaning、C. Lukas、H. F. Dobele「CH4-H2-Arを含む容量結合ＲＦプラズマの種濃度の診断研究（Diagnostic studies of species concentrations in a capacitively coupled RF plasma containing CH4-H2-Ar）」、Plasma Sources Sci. Technol．、第10巻、2001年、530〜539頁と、P. J. Hargis他、「Rev. Sci. Instrum．」、第65巻、1994年、140頁と、Ph. Belenguer、L. C. Pitchford、J. C. Hubinois「RF-GD-OESセルの電気的特性（Electrical characteristics of a RF-GD-OES cell）」、J. Anal. At. Spectrom．、第16巻、2001年、1〜3頁に記載の当技術者によるその変更形態であってもよい。１３．５６メガヘルツ外部源コイルのマイクロ波プラズマ源などの外部源コイルを備えるセルについては、本願の援用文献のD. Barton、J. W. Bradley、D. A. Steele、R. D. Short「ポリマ表面の改良に用いられる無線周波数プラズマの調査（investigating radio frequency plasmas used for the modification of polymer surfaces）」、J. Phys． Chem． B、第103巻、1999年、4423〜4430頁と、D. T. Clark， A. J. Dilks、「J. Polym. Sci. Polym. Chem. Ed」、第15巻、1977年、2321頁と、B. D. Beake、J. S. G. Ling、G. J. Leggett、「J. Mater. Chem．」、第8巻、1998年、1735頁と、R. M. France、R. D. Short、「Faraday Trans.」、第93巻、No．3、1997年、3173頁と、R. M. France、R. D. Short、「Langmuir」、第14巻、No．17、1998年、4827頁に記載されている。外部コイルが巻かれたセル６０１の少なくとも１つの壁面は、ＲＦ励磁に対して少なくとも一部が透過可能である。無線周波数の範囲は、好適には約１００ヘルツ〜約１００ギガヘルツであり、より好適には、約１キロヘルツ〜約１００メガヘルツであり、最も好適には、約１３．５６メガヘルツから±５０メガヘルツ、もしくは、約２、４ギガヘルツから±１ギガヘルツである。
【０１９２】
別の一実施形態の誘導性結合プラズマ源は、本願の援用文献である米国特許第6,150,628号に記載のAstex社のAstronシステムなどの環状プラズマシステムである。一実施形態の磁場の強度は、非熱プラズマを生じさせるほど強い。環状プラズマシステムは、変圧回路の一次巻線を備えていてもよい。高周波電源によって一次巻線を駆動させることができる。プラズマ部は、変圧回路の二次巻線として働く閉ループであってもよい。無線周波数の範囲は、好適には約１００ヘルツ〜約１００ギガヘルツであり、より好適には、約１キロヘルツ〜約１００メガヘルツであり、最も好適には、約１３．５６メガヘルツから±５０メガヘルツ、もしくは、約２、４ギガヘルツから±１ギガヘルツである。
【０１９３】
４．パワー変換装置
４．１空間制御触媒反応によるプラズマ閉込め
「印加磁場による触媒反応速度の調整」の節で説明したように、触媒反応速度を変える電場源もしくは磁場源、原子状水素源、触媒源を制御する構造や方法などによって、水素の触媒反応から形成されたプラズマを反応炉の所望の領域に閉じ込めることができる。一実施形態の反応炉には、電場を形成して原子状水素の触媒反応速度を制御する電極が２つ備えられている。これら電極によって、ｚ軸に平行な電場を生成することができる。電極は、例えば、図１０に示したグリッド電極９１２、９１４である、ｚ軸に垂直な面に向いたグリッドである。電極間の空間に、反応炉の所望の領域を規定することができる。
【０１９４】
別の一実施形態では、磁場によって、「希ガス触媒反応と生産物」の節で説明したプラズマを選択的に形成する所望の領域に、Ａｒ＋などの電荷触媒を閉じ込めることができる。一実施形態のセルでの反応は、Ａｒ＋などの第２の触媒が捉えられてより長い半減期が得られるように、環状磁場もしくは最小（最小Ｂ）磁場などの磁場で維持される。第１の触媒を用いて水素触媒反応によって形成されたプラズマから、第２の触媒を生成することができる。プラズマを閉じ込めることによって、電子などのイオンが高エネルギーとなるので、Ａｒ＋などの第２の触媒量が増える。また、閉込めによって、プラズマエネルギーも増大し、原子状水素をより一層生成するようになる。
【０１９５】
別の一実施形態では、分子状水素を原子状水素に解離して触媒反応速度を制御する電場を形成できる熱フィラメントを使用して、セル内に所望の領域を規定することができる。プラズマによって、フィラメントを囲む領域を実質的に形成することができる。ここで、その領域の触媒反応速度は、原子状水素濃度、触媒濃度、電場のうちの少なくとも１つによって、望まれない反応炉領域での速度よりもはるかに大きい。
別の一実施形態では、分子状水素源もしくは水素解離器などの原子状水素源を用いて、所望の反応炉領域に原子状水素を選択的に供給することによって、その所望の領域を決めることができる。
別の一実施形態では、触媒源によって、所望の反応炉領域に触媒を選択的に供給することによって、所望の領域をを決めることができる。
一実施形態のマイクロ波パワーセルは、所望の領域にプラズマを保持することができる。これは、図９に示されたアンテナ６１５、導波管６１９、ＲＦウィンドー６１３のうちの少なくとも１つを用いて、マイクロ波エネルギーをその領域に選択的に供給することによって行われる。セルは、所望の領域にプラズマを局在させるマイクロ波空胴を備えていてもよい。
【０１９６】
４．２磁束不変性に基づくパワー変換装置
本願の援用文献であるJackson［J. D. Jackson、「Classical Electrodynamics」、第2版、John Wiley & Sons，New York、1962年、588〜593頁］は、断熱磁場の変化に対応して、磁場強度が空間的、時間的にゆっくりと変化する領域を粒子が移動する場合に、粒子の軌道とリンクする磁束は一定となることが示されている。磁束Ｂが減少する場合には、磁束πａ２Ｂが一定となるように半径ａが長くなる。リンクする磁束の不変性を、粒子軌道半径ａ、磁束Ｂ、その横断方向の運動量ｐ⊥、軌道内の粒子の電流ループの磁気モーメントに基づいて表現することができる。即ち、
【数４１】
ここで、γは、特殊相対論に基づく係数である。静磁場では、粒子速度は一定であり、その総エネルギーは不変である。そして、磁気モーメントμは断熱不変量である。時間変動磁場もしくは電場では、μは、非相対論的限界内での断熱不変量である。本発明のイオンは、本質的に非相対論的なものであってもよい。
【０１９７】
一実施形態の磁気ミラーパワー変換装置では、源からの静的な磁場は、主にｚ軸に沿って作用するが、その方向でわずかにプラスに傾斜する。図１２に、代表的な磁力線を示す。磁場のｚ成分以外にも、磁力線の湾曲による放射成分がわずかにある。円筒対称形に良く近似しているもしれない。ｚ＝０、即ち、軸方向の磁場の強度がＢ０である所望領域の中央で、ｚ軸周りをＢに平行な速度成分ｖ‖０と横方向速度ｖ⊥０の小半径軌道でらせん状に動く粒子について検討する。粒子の速度ｖ０は一定なので、ｚ軸方向のどの場所でも、
【数４２】
となる。
リンクした磁束の動きは一定なので、
【数４３】
となる。
ここで、Ｂは、軸方向の磁束密度である。そして、ｚ軸方向の位置での平行速度は、
【数４４】
で与えられる。
【０１９８】
軌道をリンクする磁束の不変性が、J. D. JacksonのClassical Electrodynamicsに記載の「磁気ミラー」のメカニズムの基本である。帯電粒子の初期速度が磁気ミラー方向である場合に、強磁場領域で反射したり、ミラーからはじきだされることが、磁気ミラーの原理である。本発明の磁気ミラーパワー変換装置の場合、ｚ＝０の位置に磁気ミラーを配置した場合の、ｚ＞ｚ０もしくはｚ＜ｚ０の位置の所望領域でのイオンの加速度は、
【数４５】
で与えられる。
【０１９９】
２つの磁気ミラー（「タンデムミラー」）の間に環状巻線を備え、ｚ軸方向の２箇所に配置したそれらの磁気ミラーによって、J. D. JacksonのClassical Electrodynamicsに記載されている「磁気瓶」を形成することができる。この磁気瓶は、ソレノイド内のミラー間にプラズマを閉じ込めるものである。図１２にその磁力線を示す。磁気瓶内の中央領域で生成されたイオンは、軸方向にらせん状に動くが、端部に向かうにつれ磁場が一層強くなる磁気ミラーの各端部で反射される。この構成では、ｚ＝±ｚ０の磁気瓶の端部に磁気ミラーを配置して、所望領域内の−ｚ０＜ｚ＜ｚ０の位置でのイオンの加速度は、
【数４６】
で与えられる。
【０２００】
ここで、ｚ０＝±ｚ０であり、磁束の最大値Ｂｍは、磁気瓶の端部のＺ＝±ｚ０の位置での値である。磁気ミラー内の最大磁束Ｂｍと中央領域の磁場Ｂとの比が非常に大きい場合、軸方向に平行な速度成分が非常に大きい粒子だけが端部を貫通することができる。貫通するイオンの条件は、
【数４７】
である。
【０２０１】
４．２．１イオン流パワー変換装置
本発明の磁束の断熱不変性に基づくパワー変換装置の目的は、「イオン流パワー変換装置」に向かう、水素触媒反応によって生成されたプラズマの帯電イオンの質量流量を形成することである。尚、このイオン流パワー変換装置は、イオン流を電力などのパワーに変換する手段である。イオン流パワー変換装置は、電磁流体パワー変換装置であってもよい。イオンの伝搬方向は、磁気ミラーパワー変換装置の場合には、ｚ軸などの軸方向の磁場勾配源の磁力線に平行な軸方向であり、磁気瓶パワー変換装置の場合には、閉込め軸、即ち、ｚ軸方向であることが好ましい。
水素種とその化合物の結合エネルギーを増大させるために水素触媒反応から放出されたエネルギーによって、セル内に触媒や水素などのプラズマが形成される。速度Ｂに垂直な磁束密度Ｂの磁場内の帯電イオンに係る力Ｆは、Ｆ＝ｍａ＝ｅｖＢ（６５）で与えられる。
【０２０２】
ここで、ａは加速度、ｍは帯電イオンｅの質量である。この力は、ｖとＢに対して垂直である。十分な磁場強度を得るために印加された磁場を横断する面内で円状経路をもつプラズマ軌道の電子とイオンと、加速度ａは、ａ＝Ｖ２／ｒ（６６）で与えられる。ここで、ｒは、イオン経路の半径である。従って、ｍａ＝ｍＶ２／ｒ＝ｅｖＢ（６７）が得られる。
イオンの角振動数ωｃ（ラジアン／秒）は、ωｃ＝Ｖ／ｒ＝ｅＢ／ｍ（６８）で与えられる。
【０２０３】
イオンのサイクロトロン周波数ωｃは、イオンの速度とは無関係である。従って、特定の速度分布をもつ大量のイオンを必要とする場合では、特定のｍ／ｅ値の全イオンは、それらの速度に無関係でユニークなサイクロン周波数を特徴とする。しかしながら、ωｃ＝Ｖ／ｒ（６９）であるので、その速度分布は、軌道半径分布に反映される。
式（６８）と式（６９）から、半径は、
【数４８】
で与えられる。
【０２０４】
速度と半径は電場の影響を受け、セル内の電位を降下させるとｖ、ｒが増大するが、時間経過に伴ってエネルギー損失と温度低下が起こると、ｖとｒが減少する。周波数ｖｃは、式（６８）で与えられる角振動数から求められる。
【数４９】
一様磁界では、移動する帯電粒子の動きは、式（６８）で与えられるサイクロトロン周波数と式（７０）で与えられる半径のらせん状となる。らせんのピッチは、磁場に平行な速度ｖ‖と、磁場に垂直な式（７０）の速度ｖ⊥の比率によって決まる。均質プラズマの平均値ｖ‖は、平均値ｖ⊥に等しい。イオン軌道を通る断熱不変性の磁束が、本発明の磁気ミラーパワー変換装置の手段であって、ｖ‖＞ｖ⊥となるようにｖ⊥をｖ‖に変換して、ｚ軸方向のイオン流を形成することができる。ｖ‖＞＞ｖ⊥であることが好ましい。磁気瓶パワー変換装置の場合、断熱不変性ｖ⊥ ２／Ｂ＝一定も、ｖ‖＞＞ｖ⊥でｚ軸方向のイオン流を形成する手段である。そこでは、磁気ミラーの端部で平行速度が大きなイオンが選択される。
【０２０５】
さらに、変換装置は、イオン流の方向であるｚ軸を横断する磁束源を含む電磁流体変換器を備える。従って、イオンはｚ軸方向に優先速度をもち、横断する磁束領域内に進む。進行する電子やイオンに対するローレンツ力は、Ｆ＝ｅｖ×Ｂ（７２）で与えられる。
その力は、イオンの速度と磁場を横断する方向であり、陽イオンと陰イオンの方向と反対方向である。従って、横断方向の電流が生成される。横断する磁場源は、ｚ軸方向の位置の関数である様々な強度をもつ横断方向磁場を形成する成分を含むので、特定の平行速度分散をもつイオン流の交差偏向（式（７２））を最適化することができる。さらに、電磁流体パワー変換装置は、磁場に対して横断方向に少なくとも２つの電極を備えて、その電極を交差する電圧を生成する、横断方向にローレンツ偏向されたイオンを受けとる。電磁流体発電機については、本願の援用文献であるWalsh［E． M． Walsh、「Energy Conversion Electromechanical」、Direct、Nuclear、Ronald Press Company, NY, NY、1967年、221〜248頁］に記載されている。
【０２０６】
一実施形態の電磁流体パワー変換装置はファラデー発電機の一部分である。さらに、別の一実施形態では、イオン流のローレンツ偏向によって形成された横断方向電流は、入ってきたイオン流に平行な方向（ｚ軸）にローレンツ偏向されて、ｚ軸方向に相対配置された、少なくとも第１の電極と第２の電極の間にホール電圧が生成される。当技術分野では、そのような装置は、電磁流体パワー変換装置のホール発電機を具現化したものとして知られている。ｘｙ面のｚ軸との角度のある電極を備える同様の装置は、本発明の別の一実施形態を構成するものであって、「ウィンドーフレーム」構造のダイアゴナル発電機と呼ばれている。いずれにせよ、電圧を与えることによって、電気的負荷に電流を流すことができる。ファラデー発電機の一部分とホール発電機とダイアゴナル発電機の実施形態については、本願の援用文献であるPetrick［J. F. Louis、V. I. Kovbasyuk、「開放サイクル電磁流体電力発電機（Open-cycle Magnetohydrodynamic Electrical Power Generation）」、M Petrick、B. Ya Shumyatsky、Editors、Argonne National Laboratory, Argonne, Illinois、1978年、157〜163頁］に記載されている。
【０２０７】
電磁流体パワー変換装置のその他の実施形態では、ｖ‖＞＞ｖ⊥なるｚ軸方向のイオン流は、軸方向に増大する磁場勾配を有する圧縮部に入る。尚、軸ｖ‖方向に並行な電子の動き成分の少なくとも一部は、断熱不変性ｖ⊥ ２／Ｂが一定であるため、垂直の動きｖ⊥に変えられる。ｖ⊥による方位電流は、ｚ軸周辺に形成される。電流は、軸方向磁場による動面上で放射状に偏向され、ディスク型発電機電磁流体パワー変換装置の内部リング電極と外部リング電極の間にホール電圧が生成される。その電圧によって、電気的負荷に電流を流すことができる。
【０２０８】
中性プラズマ、即ち、イオンの流れによって、時間の関数としてイオンは再結合して、中性となる。また、イオンも衝突する。その寿命は、約１００マイクロ秒のアフターグロー期間に比例する。例えば、高電圧パルス放電のセシウム線（例えば４５５．５ナノメートル）が放出がなくなり、崩壊するアフターグロー期間は、約１０マイクロ秒である[A. Surmeian、C. Diplasu、C. B. Collins、G. Musa、I-Iovittz Popescu、J. Phys. D：応用物理、第30巻、1997年、1755頁〜1758頁]。定常状態から切り換えられるネオンプラズマのアフターグローの継続時間は２５０マイクロ秒以下であった[T. Bauer、S. Gortchakov、D. Loffhagen、S. Pfau、R. Winkler、J. Phys. D：応用物理、第30巻、1997年、3223〜3239頁]。しかしながら、磁気ミラーパワー変換装置の場合、断熱不変の磁束は各粒子軌道にリンクされているので、ミラーからの伝搬時間の経過に伴って、イオンの並進成分が増える。一実施形態の磁気ミラーパワー変換装置では、パワーを最大にするために、基本的に直線的なイオンの流れを電圧に変換する少なくとも１つの手段、例えば、電磁流体電力変換装置をｚ軸方向に配置する。
【０２０９】
本発明の別の目的は、ｖ‖＞ｖ⊥でｚ軸方向に基本的に流れるイオンの散乱を減少させることである。背景のイオンと中性粒子は、ｚ軸方向に伝搬するイオンを散乱させ、ｚ方向のイオン質量流量が形成される。所望のイオン散乱速度と所望の触媒反応速度が得られるように、触媒、即ち、分子状水素の圧力を調整することによって、所望のパワー出力を達成することができる。一実施形態の所望の触媒反応速度は、最も高速であり、所望のイオン散乱速度は、最も低速である。
【０２１０】
４．２．２磁気ミラーパワー変換装置
本発明の別の一実施形態は、図１０に示される磁気ミラーパワー変換装置を備える。この磁気ミラーパワー変換装置には、本発明の水素化物反応炉９１０、水素触媒反応で形成されるプラズマ（「磁場勾配へイオンが流れる栓なし磁気瓶」）から基本的に直線的なイオン流を生成する、ｚ軸方向に磁束勾配のある磁気ミラー９１３、基本的に直線的なイオン流をパワーに変換する手段９１１、９１５のうちの少なくとも１つ、例えば、電磁流体パワー変換装置が含まれる。
原子状水素触媒反応で形成されたプラズマは、グリッド電極、マイクロ波アンテナ９１２、９１４などの手段によって所望領域で選択的に生成される高エネルギーの電子とイオンを含むものである。磁気ミラーは所望領域の中央に位置していてもよく、別の一実施形態では、陰極９１４の位置にあってもよい。電子とイオンは、ｘ、ｙ、ｚの各軸方向で均一な速度分布から、磁気ミラーの磁場勾配軸、即ち、ｚ軸方向の速度に選択的に変えられる。断熱不変の磁束が粒子の軌道にリンクされているので、ｚ軸方向に垂直な電子の運動成分ｖ⊥の少なくとも一部が、並進運動ｖ‖に変換される（軌道上の動きのエネルギーから線エネルギーが引き出されて、運動エネルギーが保存される）。
【０２１１】
一実施形態の磁気ミラーパワー変換装置では、イオンがｚ軸の正と負の方向に加速されるように、磁気ミラーは所望領域内のｚ＝０に中心が置かれる。さらに、変換装置は、図１０に示すように、ｚ軸に対して横断方向の２つの磁束源を含む２つの電磁流体電力変換器を備えていてもよい。その源は、ｚ軸方向に対称（即ち、磁気ミラーの中央から等距離）であってもよい。さらに、各電磁流体パワー変換装置は、ローレンツ偏向されたイオンを受けるように向く電極を備えていてもよい。偏向されたイオンからの電圧は、電極と電気的接触し、負荷から放散される。各電磁流体パワー変換装置への一方向にイオンが流れるように、プラズマは所望領域内に支配的に存在していることが好ましい。
図１０の陰極９１４の位置に磁気ミラーが配置された一実施形態の磁気ミラーパワー変換装置は、陽極９１２より大きな磁気ミラーからｚ軸方向の位置に配置された一つの電磁流体パワー変換装置を備えていてもよい。グリッド電極に加えて別の電極を用いて、所望領域でプラズマを発生させる電場を生成し、また、断熱不変性ｖ⊥ ２／Ｂ＝一定に基づいて、ｚ軸ｖ⊥方向に垂直な電子の運動成分の少なくとも一部を並進運動に変換するなどの手段によって、プラズマを直線的なイオン流に変換することができる。さらに、模範的な電極としては、ｚ軸と整合する同心円状電極、中空陰極、中空陽極、らせん電極、導電セル壁面が対電極対向電極として作用し、ｚ軸と整合する円筒状の陰極や陽極がある。
【０２１２】
本発明の別の一実施形態には、図１１に示した磁気ミラーパワー変換装置が含まれる。その装置に、水素触媒反応で形成されたプラズマから基本的に直線的なイオン流を生成し、ｚ軸方向に磁束勾配をもつソレノイド磁石（「磁場勾配へイオンが流れる栓なし磁気瓶」）９２２の内部に配置された本発明のマイクロ波プラズマセルや放電プラズマセルなどのパワー／水素化物反応炉９２６と、磁場によってソレノイド９２２内の所望領域にプラズマを閉じ込める対電極対向電極などのセル９２６の壁面に放射状の磁場を形成する陽極などの軸方向電極９２４と、イオン流にローレンツ偏向をかける電磁流体磁石９２１と、イオンを収集して対向する電極の間に電圧を形成して、基本的に直線的なイオン流をパワーに変換し負荷９２７に送る横断方向電極９２３を備える。一実施形態の磁気ミラー電磁流体（「ＭＨＤ」）パワー変換装置は、ハイドリノ水素化物反応炉９２６と接続する真空容器９２５内に収容される。パワー／水素化物反応炉９２６がマイクロ波プラズマセルである磁気ミラーＭＨＤパワー変換装置の一実施形態では、図９に示されるアンテナ６１５、導波管６１９、ＲＦウィンドー６１３のうちの少なくとも１つを用いて、所望領域にマイクロ波エネルギーを選択的に供給することによって、所望領域にプラズマを保持することができる。セル９２６は、所望領域にプラズマを発生させるマイクロ波空胴を備えていてもよい。プラズマは、ソレノイド磁石９２２の容積内に閉じ込められることが好ましい。パワー／水素化物反応炉９２６が放電プラズマセルである一実施形態では、電極９２４が放電陽極として作用し、反応炉９２６壁面が陰極として作用してもよい。
【０２１３】
磁気ミラーパワー変換装置の一実施形態の磁気ミラーは、ヘルムホルツコイルやソレノイドと等価な磁場を形成する電磁石や永久磁石を備える。磁気ミラーの中央の最大磁場よりもかなり弱い磁場領域では、電磁流体パワー変換装置は、ソレノイド、ヘルムホルツコイル、永久磁石等の外側にあってもよい。所望領域は、磁気ミラーの磁場の最大値に対する所望の割合より大きな磁場領域、例えば、磁場の最大強度の半分である磁場領域であってもよい。ソレノイドを用いた一実施形態では、所望領域はソレノイド内であってもよい。電磁流体磁気ミラーの場合、磁場の強さは、電磁電流を調整して所望領域からのイオン流量を調整し、触媒反応速度とパワー変換を調整することによって制御可能である。電磁流体パワー変換装置で、ｖ２ ‖０＝ｖ２ ⊥０＝０．５ｖ２ ０とＢ（ｚ）／Ｂ０＝０．１である場合、式（６１）で与えられる速度は、約９５パーセントがｚ軸に平行である。イオンは基本的に１００パ―セント偏向される。従って、非常に高効率となる。
【０２１４】
その他の実施形態の磁気ミラー変換装置には、少なくとも１つの開口があり、その開口を通して、磁気ミラーの中央から電磁流体パワー変換装置などのイオン流パワー変換装置に向かうｚ軸の正と負の方向にイオンが送られる。開口には、反応炉内で中性を維持しながらイオンを流せる中性粒子流分離機としてのバッフルが備えられていてもよい。さらに、反応炉は、少なくとも１つの示差ポンプ部９２５を備える。一実施形態では、イオンは、イオン流パワー変換装置によって受けとられた後に中性粒子になり、中性粒子は真空配管９２９を介してポンプ９３０によって選択的に除去される。
別の一実施形態の電磁流体パワー変換装置は、セル９２６などの所望領域でプラズマを生成する。プラズマの温度は、ＭＨＤパワー変換装置の真空容器９２５よりはるかに高くてもよい。この場合、熱力学第二法則によって非常に高エネルギーのイオンと電子が高温部から低温部に流れるので、磁気ミラー９２２を不要にしてもよい。次に、熱力学的に形成されたイオン流は、流れを受けるＭＨＤ変換装置などの手段によって電気に変換される。一実施形態では、ＭＨＤパワー変換装置の真空容器９２５には空気が注入されて、セル９２４の内部圧力より低い圧力に維持することができる。その他の実施形態のパワー変換装置では、高エネルギーイオンのＭＨＤパワー変換装置への流れと、変換工程後に反対方向に進む中性粒子の流れがある。後者の流れによって、ＭＨＤ部のポンプが不要となる可能性がある。一実施形態では、陽子や電子などのイオンの自由行程の平均値は長い。高エネルギーの陽子と電子は、セルからＭＨＤパワー変換装置に流れ、水素は反対方向に流れる。
【０２１５】
４．２．３磁気瓶パワー変換装置
本発明の別の一実施形態には、図１３に示す磁気瓶パワー変換装置が含まれている。その装置は、本発明のハイドリノ水素化物反応炉９３９、磁気瓶９４０、基本的に直線的なイオン流をパワーに変換する手段９３０、９３１のうちの少なくとも１つを備える。磁気瓶９４０は、水素触媒反応によって生成されたプラズマの大部分を、ハイドリノ水素化物反応炉の所望領域に閉じ込めることができる。磁気瓶は、所望領域上の環状巻線９３７、９３６などの磁場源と、磁気瓶の各端部のコイル９３２、９３３、９３４、９３５などの磁場源によって生成された軸方向磁場から構成され、端部に向かうにつれて一層強くなる磁場を形成することができる。図１２に磁力線をは図１２に示すした通りである。磁気瓶内の中央の領域で生成されたイオンは、軸方向に沿ってらせん状に動き、磁気ミラーの各端部の磁気ミラーで反射される。ｚ軸に平行な大きな速度成分をもつの大部分を有するイオンだけのみが、逆進することなく磁気ミラーを通って伝播、即ち、貫通することができる。従って、磁気瓶によっては、少なくとも１つの端部での水素触媒反応によって形成されたプラズマから基本的に直線本質的なイオンの線形の流れをが供給すされる。これらのイオンは、電磁流体パワー変換装置などのイオン流パワー変換装置９３０、９３１に送られる伝搬する。電磁流体パワー変換装置は、磁気瓶の外側のｚ軸にほぼ垂直な磁束源と、ローレンツ偏向されたイオンを受けて、磁場と交差する２つの電極間に取り電極の両端間で電圧を発生させ作る、当該電極磁場と交差する２つの電極を備えていてもよいることができる。
【０２１６】
一実施形態では、高電流と高パワーに変換できるように、磁気瓶の各磁気ミラーのバリアの高さは、高電流と高パワーに変換できるように、低く設定されている（もしくは即ち、磁気ミラーを貫通するのに必要なイオンの平行速度が中間値である媒介となっている）。バリアの高さは、所望のパワー変換レベルを得るために、の所望の高さに調整可能である。
磁気瓶を形成するために１つ以上の電磁磁気ミラーを用いた場合、磁場の強さは、電磁電流を調整してイオンが所望の領域からのイオン流れる量を調整し、触媒速度とパワー変換を調整することによって制御され調整できる。
磁気瓶パワー変換装置の反応炉は、少なくとも１つの開口を備え、その開口を通して、対応するｚ軸の正と負の方向で、関連の貫通したする磁気ミラーの中央から電磁流体パワー変換装置などのイオン流パワー変換装置へ向かうｚ軸の正と負の方向ににイオンが送られる伝搬するための少なくとも１つの開口を備えることができる。さらに、反応炉は、電磁流体パワー変換装置などの示差ポンプ区別して汲出す部分を少なくとも１つ備えていてもよい。
【０２１７】
磁気瓶パワー変換装置の一実施形態では、イオンは、十分な時間のを経過した後か、あるいは、電磁流体パワー変換装置の電極などのイオン流パワー変換装置で受けと取られた後に、中性粒子になる。中性粒子は、選択的なポンプ処理によって区別して汲み出すことによってパワー変換領域から除去され取り除くことができる。
別の一実施形態の磁気瓶のパワー変換装置の別の一実施形態では、プラズマは第２の磁気瓶の内部にある磁気瓶内に少なくとも一部のプラズマを閉じ込められてよくっることができ、また、さらにその他の実施形態ででは、そのような磁気瓶を複数個設けてものステージを備えることもできるよい。従って、イオンは、調整可能な高さの磁気ミラーを少なくとも２つ貫通する。尚、この高さは、エネルギー選別機として機能する最大磁場によって決まる調整可能な高さの磁気ミラーを少なくとも２つ貫通して、電磁流体パワー変換装置などのバラツキの小さい平行速度のをもつ所望のエネルギーの電磁流体パワー変換装置などののイオン流パワー変換装置にイオンを供給するためのエネルギー選択機として機能する最大磁場によって決まるしなければならない。
【０２１８】
４．３磁気空間電荷分離に基づくパワー変換装置
帯電粒子の軌道半径は、ｍｖが粒子運動量である式（７０）で与えられる得られる運動量に比例する。ここで、ｍｖは粒子運動量である。陽子などの陽イオンと、分子状水素イオンと、触媒の陽イオンは、電子よりかなりずっと大きな運動量をもつ有しているので、それらの半径は電子の半径よりもと比べるとはるかに非常に大きい。従って、陽イオンは、磁気瓶やソレノイドなどのプラズマ閉込め構造から選択優先的に取り除かれる可能性がある。最小のＢ磁場によって閉じ込められたプラズマからイオンが取り除かれることによって、負に帯電したされたプラズマと、正に帯電しされたセルの壁面が生じる。また、そのような閉込め磁場によって、電気的パワーに変換される電子エネルギーを増大させることができる。
【０２１９】
図１３に示すように、磁気空間電荷分離に基づくパワープラズマ力学パワー変換装置は、本発明のハイドリノ水素化物反応炉や、もしくは、マイクロ波プラズマセルなどのその他のパワーソースや、水素触媒反応でによって生成されたプラズマの大部分をハイドリノ水素化物反応炉内の所望の領域に閉じ込める磁気瓶やもしくは環状磁場源などのプラズマ閉込め構造や、分離したイオンを電圧に変換する少なくとも１つの手段、例えば、分離電荷領域とに接触する独立した２つの個別の電極９４１、９４２などの分離されたイオンを電圧に変換する少なくとも１つの手段を備える。閉じ込められたプラズマに接触する電極９４１によって電子が収集され、対向対電極９４２によって、閉じ込められたプラズマの外部側の領域にに陽イオンが収集される。一実施形態の陽イオン集電極は、セルの壁面９４４から構成される。水素触媒反応によって生成されるプラズマを選択的に形成する所望領域内にで閉込めがなされ、水素触媒反応で生成されるプラズマが選択的に形成されるは実施される。一実施形態のマイクロ波プラズマセルでは、の実施形態のプラズマは、１つ以上の空間選択アンテナ、や導波管、や空胴を用いてプラズマを発生させることができる。放電プラズマセルの実施形態では、のプラズマは、少なくとも２つの電極を用いて所望の領域にで電場をかけることによって、プラズマを選択的に発生させることができる。電極を介して負荷９４３にパワーを供給することができる。
【０２２０】
４．４プラズマ力学パワー変換装置
図１４に示すした磁気空間電荷分離に基づく本発明のプラズマ力学パワー変換装置５００は、本発明のハイドリノ水素化物反応炉５０１と、マイクロ波プラズマセルなどのその他のパワーソースと、環状磁石やや永久磁石５０４などの一様な平行磁場を形成する磁場源によって磁化された少なくとも１つの電極５０５と、少なくとも１つの磁化された電極と、少なくとも１つの対対向電極電極５０６を備える。さらに、一実施形態の変換装置は、所望領域にプラズマを局在させる手段、例えば、空間制御触媒反応によるプラズマ閉込めの節で説明した、磁気閉込め構造や、即ち、空間制御触媒反応によるプラズマ閉込めのセクションで説明した空間選択生成手段などの、所望の領域にプラズマを発生させる手段を備える。マイクロ波プラズマセルの実施形態では、１つ以上の空間選択アンテナ、や導波管、や空胴を用いてプラズマを発生させることができる。プラズマの正帯電イオンの質量は、電子の質量の少なくとも約１８００倍であるので、サイクロトロンの軌道もマグニチュードのオーダで大きくなる。これにより、イオンは浮遊するが、電子は磁場線磁力線上でに磁気的に捕らえられる。従って、浮遊電位は、磁化されていない対向対電極５０６よりも磁化された電極５０５で増大して、電極間にで電圧がを生成すさせる。接続された電極を介して負荷５０３にパワーを供給することができる。
【０２２１】
図１５に複数の磁化電極９５２を示す。尚、各電極はそれぞれが図１４の電極５０５に対応相当する複数の磁化された電極が図１５に示されている。さらに、ヘルムホルツコイル９５０などの各電極に平行な一様な磁場Ｂの源が図１５に示されている。磁場Ｂの強さは、電子の回転半径に対して最適な陽イオンを生成して、電極でパワーが最大になるように調整される。少なくとも１つの対向対電極に接続されたリード９５３を介して負荷にパワーを供給することができる。
【０２２２】
別の一実施形態では、少なくとも１つの磁化電極５０５の領域にプラズマを閉じ込めることができ、対電極対向電極５０６は、高エネルギーのプラズマの外側のの領域内にあってもよい。その他の実施形態では、
１））１つの磁化されていない電極の領域に高エネルギーのプラズマを閉じ込めることができ
２））電極５０５、５０６は磁化され
一方の電極での磁場の強度をは他方の電極での強度より高くすることができる。
さらに、別の一実施形態では、プラズマ力学変換装置はヒータを備える。本開示では、陽極と呼ばれるぶ磁化電極を加熱して、イオンよりはるかにずっと可動移動性のある電子を蒸発させる。電子は磁場線磁力線でによって捉えられるか、あるいは、イオンと再結合し、て陽極で高い正の高電圧を発生させることもできる。好適なエネルギーは、高エネルギーの陽イオンと電子から取り出されることが望ましい。
プラズマ力学パワー変換装置の一実施形態では、陽極として規定定義された磁化電極は、磁化ピンを備え、磁場線磁力線はとピンとがほぼ平行であるな磁化されたピンを備える。そのピンを横断する磁束は、電気絶縁体上で終端する。そのようなピンのアレイを使用して、変換パワーを増やすことができる。陰極として規定定義された少なくとも１つの磁化されていない対電極対向電極は、電気的負荷を介して１つ以上の陽極ピンに電気的に接続される。
【０２２３】
４．５陽子ＲＦパワー変換装置
ハイドリノ水素化物化合物（「ＨＨＣ」）を形成するために、水素の触媒反応で放出されるエネルギーによって、セル内にプラズマが生成される。水素触媒反応でによって生成されたプラズマのうちの高エネルギーの陽子は、軸方向の磁場に与えられ、挿入されそこで、サイクロトロン運動するを受ける。磁場内の帯電イオンに係る対する力は、その速度と印加された磁場方向に垂直である。プラズマの陽子は、陽子の速度とは無関係なイオンのサイクロトロン周波数ωｃでをもつ十分な十分な磁場強度となるように強度が印加された磁場に対して横断する面内のの円状形流路内を軌道軌道をを描いて回る。従って、特定の速度分布をもつ大量の陽子を必要とする一般的なケース場合は、ユニークなサイクロトロン周波数で特徴づけられるが、このサイクロトロン周波数は、陽子電荷と質量との比率と、印加された磁場の強さに依存するものである無関係なユニークなサイクロトロン周波数を特徴とする。相対論的な効果が無視できない場合以外は、速度には無関係である。しかしながら、その速度分布は、軌道半径分布に反映される。陽子はによって、サイクロトロン周波数で最大強度を有する電磁放射を行うがなされる。各陽子の速度と半径は、エネルギーの損失と温度の低下により減少することがある。
【０２２４】
本発明の陽子ＲＦパワー変換装置は、サイクロトロン周波数で主共振器モードを有する共振器空胴を備える。プラズマの初期状態でには、特定の範囲内のエネルギーと、軌跡（運動量）と、ランダム位相分布の位相をもつ陽子が含まれている。電磁振動は、陽子から生成されるものであり、陽子のグルーピンに基づくものであって、得られたパケットのコヒーレント放射で陽子自体によって生成される自己無撞着場のアクション下で発生する陽子のグルーピングに基づいて放射流が誘導され、その結果生成された得られたパケットはコヒーレント放射するものである行われる。この場合の装置が帰還発振器である。外部磁場の動きと高周波エレクトロニクスに基づく古典的な励起古典発振器の誘導放射の理論が、本願の援用文献であるA. Gaponov他［A. Gaponov、M. I. Petelin、V. K. Yulpatov、「Izvestiya VUZ. Radiofizika」、第10巻、No．9〜10、1965年、1414〜1453頁］に記載されている。
【０２２５】
陽子スピン共振は約４２ＭＨｚ／Ｔであり、ジャイロ共鳴は約１５ＭＨｚ／Ｔである。ジャイロバンチングは、陽子スピン共鳴周波数で共鳴ＲＦを用いてスピンバンチングすることによってなされる。陽子から放出された電磁放射は、空胴のモードを励磁し、共鳴受信アンテナで受けとられる。電波は、［R. M. Dickinson、「１．５キロメートルにわたる無線出力伝送における高出力２．３８８ギガヘルツ受信アレイの性能（Performance of a high-power， 2．388 GHz receiving array in wireless power transmission over 1.5 km）」、1976年、IEEE MTT-S International Microwave Symposium、1976年、139〜141頁と、「R. M. DickinsonとBill Brownの優れた業績」、http://www.mtt.org/awards/WCB's%20distinquished%20career.htmと、J. O. McSpadden、「無線出力伝送公開実験」、Texas A & M University、http://www.tsgc.utexas.edu/power/general/wpt.htmlと、「1980年以前のマイクロ波出力伝送の歴史」、http://rasc5.kurasc.kyoto-u.ac.jp/docs/plasma-group/sps/history2-e.htmlと、J. O. McSpadden、R. M. Dickson、L. Fan、K. Chang、「無線マイクロ波出力伝送の新しい発振レクテナ（A novel oscillating rectenna for wireless microwave power transmission）」、Texas A & M University, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, CA、http://www.tamu.edu、Microwave Engineering Department］で示されている手段などによって、直流電流に変換される。直流電流は、従来のパワー調整装置を利用することによって、所望の電圧と周波数に変換可能である。
【０２２６】
水素化物反応炉セルのプラズマの初期状態には、ランダム位相分布の位相を有する陽子などのイオンが含まれる。さらに、本発明は、陽子からの電磁振動の生成と増幅を行う手段を備えており、これは、外場によって陽子に与えられた課された摂動と関係があるものでもよい乱れの原因と接する陽子からの電磁振動を使用したり生成したりする手段を備える。誘導放射プロセスは、陽子のグルーピング、即ち、バンチングに基づくものである。尚、って、このバンチングそれは、一実施形態の増幅器の外側の系から誘導された所謂「主」電磁場下か、もしくは、一実施形態の帰還型発振器ので陽子自体によって生成される自己無撞着場のアクション下で発生す行われる。
【０２２７】
一実施形態の陽子ＲＦパワー変換装置での一実施形態では、陽子のバンチングは、ＲＦを入力してで磁場内の軌道を回るの陽子軌道を動かすことによって生成される実施することができる。速い波、と遅い波、と基本的に光の速度で伝搬する波
【数５０】
は、電子に関する以下の文献で示されている導波管と空胴内で回転する陽子との相互作用によって増幅することができる。即ち、[E. Jerby、A. Shahadi、R. Drori、M. Korol、M. Einat、M. Sheinin、V. Dikhtiar、V. Grinberg、M. Bensal、T. Harhel、Y. Baron、A. Fruchtman、V. L. Granatstein、G. Bekefi、「サイクロトロン共鳴メーザー実験非分散導波管（Cyclotron resonance Maser experiment in a nondispersive waveguide）」、IEEE Transactions on Plasma Science、第24巻、No．3、1996年６月、816〜823頁と、H． Guo、L． Chen、H． Keren、J. L. Hirshfield、S. Y. Park、K. R. Chu、「環状電子ビームの遅いサイクロトロン波利得の測定（Measurements of gain of slow cyclotron waves on an annular electron beam）」、Phys. Rev. Letts．、第49巻、No．10、1982年９月６日、730〜733頁と、T. H. Kho、A. T. Lin、「遅波電子サイクロトロンメーザー（Slow wave electron cyclotron maser）」、Phys. Rev. A、第38巻、No．6、1988年９月15日、2883〜2888頁］であって、これらは本願の援用文献である。後半に挙げた後者のケースでは、
【数５１】
に方位角と軸方向のバンチングが相殺される（中止？）の影響を克服するために、陽子の垂直速度は、本願の援用文献であるJerby他の[E. Jerby、A. Shahadi、R. Drori、M. Korol、M. Einat、M. Sheinin、V. Dikhtiar、V. Grinberg、M. Bensal、T. Harhel、Y. Baron、A. Fruchtman、V. L. Granatstein、G. Bekefi、「IEEE Transactions on Plasma Science」、第24巻、No.3、1996年6月、816〜823頁］に記載されているによって説明された平行速度よりもはるかにずっど高速であになる。
【０２２８】
陽子ＲＦパワー変換装置は、図１６に示される空胴９０１を備える実施形態によって、ＲＦ増幅器モードで動作する。尚、環状磁場源９０８は、空胴の軸方向に平行に配置されており、それは、ハイドリノ水素化物反応炉であってもよい、図１６に示した空胴の軸方向に平行な環状磁場の源９０８を備え空胴９０１を有するＲＦ増幅器モードで動作可能である。図１６の電流結合ループ部９０３は、コネクタ９０７を介してＲＦ発電機９００からコネクタ９０７を介してＲＦパワーを受け、ＲＦパワーを空胴に与えるものである投入する。導波管やアンテナから、ＲＦパワーが空胴、即ち、や導波管９０１にＲＦパワーを与えられる投入することができる。出力増幅出力電波は、図１６の電流結合ループ部９０４によって、共振器空胴９０１から出力されすることができる。電流結合ループ部は、コネクタ９０５によって整流器９０２に接続されるが、そのコネクタから、コネクション９０６を介してインバータや電気的負荷に直流電気がを出力されする整流器９０２に接続することができる。別の一実施形態では、空胴９０１は導波管でよい。また、入力ＲＦパワーは、入力導波管やアンテナから供給されてもよく、さらに、出力ＲＦパワーは、ＲＦウィンドーと出力導波管を通っていてもよい。
【０２２９】
一実施形態のＲＦパワーは、ＲＦパワーソース９１０から図１６のＲＦコイル９０９に供給される。ＲＦパワーは、陽子核磁気スピン共鳴周波数で印加され、スピンバンチングからによってジャイロバンチングが発生するを起こす。
陽子からＲＦを放出させるその他のシステムと方法については、本願の援用文献である２００１年８月９日に先行出願されたMillsの米国仮出願60/710,848「磁気ミラー電磁流体パワー変換装置（MAGNETIC MIRROR MAGNETOHYDRODYNAMIC POWER CONVERTER）」に記載されている。
【０２３０】
２．１サイクロトロンパワー変換装置
２．２コヒーレントマイクロ波パワー変換装置
２．２．１ サイクロトロン共鳴メーザ（ＣＲＭ）パワー変換装置
２．２．２ ジャイロトロンパワー変換装置
２．２．３ ＲＦ増幅器電子バンチング
２．２．４ ビーム生成
２．２．５ 高速波・低速波マイクロ波パワー変換装置
【図面の簡単な説明】
【０２３１】
【図１】図１は、本発明の水素化物反応炉を備えたパワーシステムの模式図である。
【図２】図２は、本発明の電池の模式図である。
【図３】図３は、本発明のプラズマ電解セル水素化物反応炉の模式図である。
【図４】図４は、本発明のガスセル水素化物反応炉の模式図である。
【図５】図５は、本発明のガス放電セル水素化物反応炉の模式図である。
【図６】図６は、本発明のＲＦバリア電極ガス放電セル水素化物原子炉の模式図である。
【図７】図７は、本発明のプラズマトーチセル水素化物反応炉の模式図である。
【図８】図８は、本発明の別のプラズマトーチセル水素化物反応炉の模式図である。
【図９】図９は、本発明のマイクロ波ガスセル反応炉あるいはＲＦガスセル反応炉の模式図である。
【図１０】図１０は、本発明の電磁流体パワー変換装置の磁気ミラーの模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の電磁流体パワー変換装置の磁気ミラーの別の模式図である。
【図１２】図１２は、本発明に基づく、Ｚ＜０でＺ＝０の位置を中心とする磁気ミラーの磁力線の模式図である。
【図１３】図１３は、電磁流体パワー変換装置の高エネルギーイオン源として作用し、本発明のプラズマ力学パワー変換装置の一実施形態で電子を優先的に閉じ込める手段としてさらに作用する磁気瓶パワー変換装置の模式図である。
【図１４】図１４は、本発明のプラズマ力学パワー変換装置の模式図である。
【図１５】図１５は、本発明の図１４のプラズマ力学パワー変換装置の陰極として作用する複数の磁化された電極の模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の陽子のＲＦバンチングを備えた無線周波数パワー変換装置の模式図である。

Claims (1)

  1. 反応容器と、
    前記容器との伝達を行う水素原子源と、
    前記容器への伝達に基づく前記水素原子の低エネルギー状態への反応を触媒し、前記水素原子からエネルギーを放出させてプラズマを生成させる触媒源と、
    十分なマイクロ波パワーを前記容器に供給し、前記プラズマを発生させるように構成されたマイクロ波パワー源を備えるセル。
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