JP2005530184A - 物質の衝撃圧縮方法及び装置ならびにそのプラズマ陰極 - Google Patents

Abstract

プラズマ陰極及び陽極強化器を有する軸対称相対論的真空ダイオードにおける物質の衝撃圧縮方法であって、前記陽極強化器の少なくとも一部として機能する濃縮物質で形成された軸対称ターゲットを作り出すことと、前記電極を軸線方向に配置することと、前記ＲＶＤを介して電源のパルス放電とを含む。ターゲット物質の主要部分を超濃度状態に圧縮するべく、プラズマ陰極が電導性ロッドの形態で用いられ、前記ロッドが、対称軸線と直交する平面内において前記ロッドの周辺部を全体として連続ギャップを伴って包囲している後端部の周辺部を有する誘電体端部素子を含み、その放出面の面積が前記陽極強化器の最大断面積よりも大きく、陽極強化器がプラズマ陰極に向かって配置されて、陽極強化器の作業面の湾曲中心が集合的な自己合焦電子ビームの焦点空間内部に配置され、陽極強化器が、０．２ＭｅＶ以上の電子エネルギー、１０⁶Ａ／ｃｍ²以上の電流密度、持続時間１００ｎｓ以下の電子ビームによって作用を受ける。

Description

本発明は（液体、或は好ましくは固体の）濃縮物質を、濃密核プロセス及び慣性閉じ込め融合（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ Ｆｕｓｉｏｎ、以下、「ＩＣＦ」と記す。）が進行し得る超濃度状態に衝撃圧縮する方法と、前記方法を実行するように設計されたプラズマ陰極を含む相対論的真空ダイオード（Ｒｅｌａｔｉｖｉｓｔｉｃ Ｖａｃｕｕｍ Ｄｉｏｄｅ、以下、「ＲＶＤ」と記す。）に基づいた衝撃圧縮装置の構造に関する。

この技術は、特に特定の化学元素を他の化学元素へ原子核変換することを意図したものであり、安定した超ウラン元素の合成を含む化学元素の好ましくは安定した同位体を実験的に獲得し、長命の同位体を含む放射性廃棄物を、例えば産業界及び薬剤に広範に用いられているコバルトの放射性同位体に基づく、使用されたガンマ線源の除染にとって特に重要である短命の同位体及び／又は安定同位体を含む物質に再加工するという目的を持つ。

将来、この方法は好ましくは固体のターゲット利用を伴うＩＣＦによるエネルギー獲得に有効であり得る。

この明細書に記載する目的で、明細書や特許請求の範囲で採用した下記の用語の概念は以下の通りである。
「ターゲット」は、少なくとも１つの化学元素の少なくとも１つの任意の同位体の衝撃圧縮線量に対して一度使用されたものであり、核変換の生成物、そして任意選択的には、エネルギー生成のための一次エネルギー・キャリヤを獲得するための原材料である。
「衝撃圧縮」は、ターゲットの少なくとも一部に対する自己合焦収束密度波の同位体衝撃活動である。
「超濃密状態」は、衝撃圧縮された後のターゲットの少なくとも一部の状態であり、この状態ではターゲット物質の実質的な部分が電子−核変換及び電子−核子プラズマ変換を受ける。
「濃密核プロセス」は、超濃密状態に圧縮されたターゲット物質の電子−核間と電子−核子プラズマ間の各構成要素間再結合相互作用（特に「冷間」）であり、それによって少なくともターゲット同位体組成変化を引き起こす。
「プラズマ陰極」はＲＶＤ負電極の消耗性軸対称部であり、ゼロ近傍電子仕事関数を伴う（表面近傍層の材料の）プラズマ・シェルを（放出パルスの初期に）生成可能である。
「陽極強化器（アノード・エンハンサー）」は、好ましくは（主として）導電性材料から完全に作り出され得ると共に最も単純な証明におけるターゲット自体として使用され得るＲＶＤ陽極の交換可能な軸対称部分として使用されるようなものであるか、或は、非常に強い材料から成る少なくとも単一層シェルの形状を有し、その内部には選択されたターゲットが軸対称的に固定されて、その陽極強化器が産業ニーズ用に使用された場合に音響的接触を提供するものである。
「焦点空間」は、ＲＶＤ真空チェンバー内の容積であり、ＲＶＤ電極の共通幾何学的対称軸線の特定長を空間的に限定し（又は閉じ込め）、且つ、内部で、（障害物不在であり、且つ、プラズマ陰極の放出面の面積、電子のエネルギー、並びに、電流密度がプリセット値未満である場合に）、相対論的電子の集中的な自己合焦によって電子ビームを絞り込むことが可能である。

理論的に充分知られているように（例えば、特許文献１を参照のこと）、制御された核融合を実行するために、必要で充分なことは、第１として、微視的なサイズであって、通常、数ミクログラムから数ミリグラムのターゲットを製作し、第２として、その形成されたターゲットを空間内に固定し、第３として、前記ターゲットのできる限り均一な衝撃圧縮までターゲット物質を超濃度状態に転換し、第４として、前記ターゲットをそうした状態で、エネルギー解放或は吸収が随伴され得る種々の原子の変換及び／又は核融合に充分な時間にわたって保持することである。

言及されるべき価値あることは、ターゲット質量の上述した限界は主にＩＣＦ用に重要であり、その理由は、重水素、或は、重水素及び三重水素の混合物の１ｍｇがトリニトロトルエンの約２０ｋｇから３０ｋｇと等価なエネルギーを有するからである。

また、変換及び／又は核融合が、実際上、超濃度状態の達成と同時に生ずると云う事実は理論的に明らかである。それ故に、核物理学の分野における研究者の努力は、これまで、物質の衝撃圧縮のための最も効率的な方法や手段の創出に向けられてきた。

そして最後に理論的に明らかなことは、
こうした圧縮が数十ナノセカンド程度の持続時間の高電力機械的インパルスを生成し且つ環境容量から確実に絶縁された状態に配置されたターゲットの表面の（全体の）実質面積に対してこのインパルスを合焦する条件下のみで可能であり、エネルギー束の空間-時間の圧縮のための手段が、一次的なエネルギー源、少なくとも１つのエネルギー蓄積、蓄積されたエネルギーを機械的衝撃インパルスに変換するための少なくとも１つのコンバータ、並びに、ターゲットに対するこのインパルスの本質的にイソ-エントロピー的な転換のための機械的ストライカー等における目的のために必要とされ、そうした手段の充分な集合やそれらの間における相互作用の問題が、第１であるがそれだけではないエネルギー蓄積が、（工業用電力ネットワークに接続された場合）通常、ＬＣ回路に基づく装置であれば物質の衝撃圧縮を伴う実験の目的に依存して異なる方法で解決可能である（例えば、下記の非特許文献１の論文集を参照のこと）。

数年の間、上述した理論的な仮定を実際的に実現する努力がＩＣＦだけに向けられ、その産業的利用は、人類にとって「エネルギー・パラダイス」への移行に充分であるように思われた。

この理由のため、気体重水素或は重水素及び三重水素のみが初期から活性物質として使用され、そしてターゲットが水素同位体の微視的な部分（約０．１ｍｇ）で充填された緊密な空の球体に作り出された。次いで、レーザ・ドライバのビームがそうしたターゲット各々に均一に且つ数多くの側面から同時に指向された。

シェルの加熱はその外側部の融除（部分的な蒸発）を引き起こした。蒸発された材料の膨張は、破裂即ち、シェルの内側部とターゲットの活性物質の球中心の方向への均一な圧縮を生ずる反発力を引き起こした（例えば、（１）特許文献１、（２）非特許文献２、（３）非特許文献３を参照のこと）。

このＩＣＦ方式は非の打ち所のないものであると思えた。実際、レーザ輻射パルスの持続時間は約１ｎｓにまでとなり得る。これは、エネルギー束の効率的な時間圧縮を確保すると共に、ターゲット面領域における先鋭化減少は上述の束の空間圧縮に対しての前提条件でもある。

残念ながら、レーザの効率は、初期の段階からＬａｗｓｏｎ規準を考慮した場合、レーザ・ドライバの効率が疑わしたかったように、５％を超えない（非特許文献４）。更に、レーザ・スイッチングの同期化は高度な自動制御システムを必要とする。そして最後に、融除にはシェル及びターゲットの全体を加熱するためのエネルギーに関する顕著な損失が随伴される。よって、これまで誰もターゲットの気体物質を超濃度状態にしたことがなく、ＩＣＦ始動のためのエネルギー消費を超え得るエネルギーの正の収量を得たことがない。

音響的ドライバによって融合反応を点火するに充分な圧力及び温度を作り出す努力は知られており、それは超濃度で液体、特にターゲットにおける空洞現象を誘発しなければならない（特許文献２、３、並びに、４）。特に下記の特許文献５に記載されていることは、（１）空洞融合原子炉が、機械的な超音波振動の少なくとも１つの源と、好ましくは、これらの振動をターゲットの閉じ込められた本体内に、共鳴モードで単位面積当たりのエネルギー束に関する増大を伴って伝達することができる複数の音響伝導体と、適切な熱交換機の形態での熱除去のための手段と、を含み、（２）上述した原子炉の使用の方法が、好ましくはチタニウム・重水素、リチウム・重水素、或は、ガドリニウム等々の核融合用に必要とされる燃料材料を、耐火金属（例えば、チタニウム、タングステン、ガドリニウム、オスミウム、或は、モリブデン）から成る安定した音響導電マトリックス内へ押し込むことによって貧弱な音響伝導体のターゲットを作り出し、そうした少なくとも１つのターゲットと共にそうした少なくとも１つのマトリックスを機械的な超音波振動の源と接続された少なくとも１つの伝導体と音響的に接触させ、共鳴モードで一連の超音波インパルスによってそうしたマトリックスに作用することであり、その作用が、機械的な振動の運動エネルギーの熱への変換によって重水素化物の破壊とターゲットの流動化とを引き起こして、本質的には同時に、ターゲットからの重水素の「蒸発」、即ち、ホスト・マトリックスの圧力下での蒸気泡の出現及びそれらの崩壊によってその「液体」ターゲット内に空洞現象を誘発し、ターゲット内部でのエネルギー解放を伴っての核融合反応の完了後にプロセスを終了する。

（初期状態において）固体ターゲットの使用や衝撃圧縮のための超音波機械的インパルスはむしろ魅力的であるように思えた。残念ながら、レーザのように、超音波源は取るに足らない効率性しか持たない。更には、レーザとは異なり、これら超音波源はそのインパルスにおいてむしろ小さな密度をもたらし、系「超音波源−重水素化物ターゲット」を共鳴モードになす必要性がある。しかしながらこのモードにおいてさえ、エネルギーの主要部はターゲット加熱と散逸で消費される。それ故に、物質を超濃度状態になす衝撃圧縮はエネルギーをターゲット内へ引き続き汲み入れる場合でさえ達成されなかった。

従って、物質を超濃度状態になす衝撃圧縮のための実現可能な方法及び手段の創出の問題は依然として急務である。

その解決への長期にわたるアプローチは２０世紀初頭から知られるＲＶＤの使用に基づくものである（例えば、（１）非特許文献５、及び、（２）非特許文献６を参照のこと）

各ＲＶＤは、陰極及び陽極が内部に固定されている真空チェンバーを含み、その陰極及び陽極がパルス放電器を介して電荷蓄積器と接続されている。充分大きな電荷と放電パルスの短期間に伴って、そうしたダイオードが陰極の表面から爆発的な電子放出や９０％以上の効率を伴う相対速度までの電子の加速度を提供できる。

正確には強力な電子ビームの生成器及び加速器のこの機能において、相対論的真空ダイオードは２０世紀を通じて物理学者の注目の的であり、そうしたダイオードの全体としての設計そして特にそれらのための陰極に対する多数の改善は、電子ビームに関するエネルギーの空間−時間圧縮のためやそれらビームを必要とされた空間形態に形作るために意図された。

ＩＣＦのためにＲＶＤ内での物質の衝撃圧縮方法の創出における努力は特許文献６から知られる。この方法は、第１として、ターゲットを凍結した熱核燃料（重水素、或は、重水素及び三重水素の混合物）からの濃縮（好ましくは固体）物質の対称的なペレット形状で作り出し、第２として、そのターゲットをＲＶＤ電極間に配置、換言すれば、陽極プラズマ生成のための手段の出力が開放されている容積内に配置し、第３として、陽極プラズマ注入と陽極プラズマを介しての強力な電流（１００ＴＷ程度且つ１ＭＪのエネルギー）の短絡によるインパルス（１０ｎｓでの）環状衝撃によってのターゲットの圧縮を実質的に同期化させることを含む。

しかしながらそうした方法は、ターゲット物質を超濃度状態に圧縮して、それをエネルギー解放を伴って核融合に対して充分長期にわたってその状態に保持することが出来ず、その理由は、ターゲットのサイズが約１．５ＭｅＶのエネルギーを伴う電子の経路長より明らかに小さいからである。そんなわけで電子の運動エネルギーが、実際上、ターゲットの全本体内での熱エネルギーに直ちに変換して、核燃料の空間的な熱的爆発を生ずる。更に、エネルギー源の放出を伴って環状ＲＶＤ陰極の中心へ自由に飛翔するターゲットをヒットすることと平坦プラズマ陽極を作り出すこととを同期化させることは公知の方法においては極端に難しい。従って、電子電流をターゲットに合焦することは放電電圧及び陽極プラズマ密度を調節するにもかかわらず時たまのみに達成され得る。

同じ特許文献６から知られる物質の衝撃圧縮のためのＲＶＤに基づく装置は、熱交換機が取り付けられると共にターゲット供給のためのチャネルが具備された球状真空チェンバーと、真空チェンバーの中央平面に対して対称的に配置された２つの環状陰極と、それら陰極の間に位置すると共に供給回路の放電に直に先行して平坦プラズマ陽極を形成する付加的なプラズマ注入装置と、を備える。

そして最後に、同じ特許文献６から知られるものは電流担持部と、電場勾配を増大するために先鋭エッジを伴うリング形状に形成された合焦リップとを有する。そうした陰極のエッジは放電中にプラズマのそれ自体の層で覆われている。

環状電子ビームのエネルギーの実体部をそうしたＲＶＤ内のターゲットに移転することは実際上不可能であり、その理由は、ビームがその形成の瞬時にピンチ閾値上に既にあり、そのパラメータが本質的に各パルス中及び１パルスから別パルスまでの双方で変化するからである。

それ故に望ましいことは、陽極が固体物質から形成されるべきであり且つそれ自体がターゲットとして機能するか或はターゲットを汲み入れるかの何れかであり、そして、ピンチが電極間のギャップ内に防止されるべきであり且つ電子ビームの自己合焦が放電プロセスと同時に陽極面上に達成されるべきであることである。

驚くことには、有効なデータに従って、そうした手段の発展における主たる注目点はＲＶＤ陰極・エミッタを形作ることに払われる一方で平坦陽極を実質的に使用することである。そうしたアプローチの際だった例は、電子のＲＶＤに基づくパルス源であり得て、それが誘電体材料から形成されたプレートと、前記プレートの面の一部に対して精密に同一形状の電導性カバーとを含む（特許文献７）。パルス放電の下、そうした複合陰極が電子ビームを生成でき、それがピンチに支配されず且つ誘電体プレートの形状と対応する形状を有する。

しかしながら、ＩＣＦ及び濃密核プロセスにとって必要とされるターゲットのそうしたできる限り均一な圧縮は、電子ビームを形作ることによってだけでは達成不可能である。それ故に、上述されたＲＶＤ及びその類似物は物質の超濃度状態までの衝撃圧縮のプロセスにおいて適切に適用され得ない。

電子間のギャップにおけるピンチを抑制することやターゲット面に対する電子ビームの自己合焦を提供することに関する問題は、多くの物理学者を悲観的にして、多くの物理学者は、ＲＶＤが変換プロセス及びＩＣＦに対するドライバとして主要には適用出来ないという結論に達した（例えば、（１）非特許文献７、及び、（２）非特許文献８を参照のこと）。

それにもかかわらず、この方向における研究は続行されてきた。

こうして、原則として物質の衝撃圧縮に適用可能である技術的エッセンス、方法、並びに、手段に関しての本発明に最も近いものは、粒子加速器専用の国際協議会（非特許文献９）や後の文献（非特許文献１０）に開示された。

上述した情報源から当業者であれば容易に理解して頂ける物質の衝撃圧縮の方法は、ＲＶＤ陽極の少なくとも一部である濃縮物質から軸対称部の形状（即ち、数ミクロンメートル程度の直径を有する針状陽極強化器の半球状先端の形状）のターゲットを作り出し、陽極強化器と同一幾何学的軸上に事実上配置され且つそこから数ミリメートルだけ離間された軸対称プラズマ陰極が装填されたＲＶＤ内にターゲットを配置し、陽極強化器の表面に対する電子ビームの自己合焦モードでＲＶＤを介しての電源のパルス放電を含む。

物質の衝撃圧縮のための上述した方法を用いる装置はＲＶＤに基づき形成された。それは、部分的に真空チェンバーを閉じ込めるべく軸対称の形状の電導性材料で形成された強力な気密ハウジングと、チェンバー内に固定された軸対称プラズマ陰極及び軸対称陽極強化器であり、そのチェンバーの同一幾何学的軸上に少なくともプラズマ陰極がパルス高電圧電源と接続されていることからなる軸対称プラズマ陰極及び軸対称陽極強化器と、を備える。

陰極は古典的方式、即ち、「誘電体要素で終端する陽極の方向に収束する電導性（通常金属製）ロッド」であり、陽極の周辺部及び領域はロッドの周辺部及び断面よりも小さいということに従って形成された（非特許文献１１）。

両電極を特定の幾何学的に形作ることはピンチをＲＶＤギャップ内に抑制することを可能とすると共に、電子ビームを先鋭化して、陽極強化器の表面の小さな部分に対するその自己合焦を提供することを可能とする。
しかしながら、陽極強化器に対するそうした本質的なポイントアクションは物質の衝撃圧縮に対するＲＶＤ適合性の実証だけに適合するが、ターゲット本体の実質的な部分の超濃度状態への圧縮を各パルス放電で提供出来ない。

米国特許第４，４０１，６１８号 米国特許第４，３３３，７９６号 米国特許第５，８５８，１０４号 米国特許第５，６５９，１７３号 国際公表第ＷＯ ０１／３９１９７号 米国特許第３，８９２，９７０号 ＳＵ １５４５８２６ Ａ１ W. H. Bostick, V. Nardy and O.S.F. Zucker著 "Energy Storage, Compression and Switching", Plenum Press, New York and London J. Lindl著 "Phys. of Plasmas", 1995 K. Mima et al.著 "Fusion Energy", 1996 IAEA, Vienna, V.3, p. 13, 1996 J.D. Lawson著 "Proc. Phys. Soc.", B.70, 1957 C. D. Child著 "Phys. Rev.", V. 32, p.492, 1911 I. Langmuir著 "Phys. Rev.", V.2, p.450, 1913 James J. Duderstadt, Gregory Moses著 "Inertial Confinement Fusion", John Wiley and Sons, New York, 1982 E. P. Velikhov, S. V. Putvinsky著 "Fusion Power, Its Status and Role in the Long-Term Prospects. In 4.2.2. Drivers for Inertial Controlled Fusion/http://relcom.website.ru/wfs-moscow.etc S. Adamenko, E. Bulyak 等著 "Effect of Auto-focusing of the Electron Beam in the Relativistic Vacuum Diode", in Proceedigs of the 1999 Particle Accelerator Conference, New York, 1999 V. I. Vysotski, S. V. Adamenko 等著 "Creating and Using of Superdense Micro-beams of Relativistic Electrons. Nuclear Instruments and Methods", in Physics Research A 455. 2000, pp.123-127 Mesyats G. A.著 "Cathode Phenomena in a Vacuum Discharge: The Breakdown, the Spark and the Arc.", Nauka Publishers, Moscow, 2000, p.60

それ故に本発明は下記の課題に基づき為された。すなわち第１に、諸段階を実行する条件を変更することによって、ターゲット物質の主要部分を各相対論的真空ダイオードパルス放電で成就され得る超濃度状態へ衝撃圧縮する方法を創出し、第２に、ＲＶＤ内の電極の形状及び相対位置を変更することによって、物質の衝撃圧縮装置を創出し、前記方法の効率的な適用を確保し、第３に、電導性及び誘電性部品の形状及び寸法比を変更することによって、上記方法の最も経済的で効率的な適用を提供する軸対称プラズマ陰極を創出する課題である。

こうした課題の第１局面では、電導性壁、軸対称プラズマ陰極、並びに、軸対称陽極強化器を伴う軸対称真空チェンバーを有する相対論的真空ダイオードを用いた物質の衝撃圧縮方法によって解決され、この方法において、前記陽極強化器の少なくとも一部として機能する濃縮物質で形成された軸対称部の形態のターゲットを作成し、
前記陽極強化器を、前記プラズマ陰極と事実上同一の幾何学的軸線上で前記プラズマ陰極に向かったギャップを伴って、前記相対論的真空ダイオード内に配置し、
前記陽極強化器表面を電子ビーム自己合焦モードで相対論的真空ダイオードを介して高電圧電源でパルス放電し、
前記軸対称プラズマ陰極が電導性ロッドの形態で使用され、前記電導性ロッドが、少なくとも前記プラズマ陰極の対称軸線と直交する平面内において前記ロッドの周辺部を全体として連続ギャップを伴って包囲している後端部の周辺部を有する誘電体端部素子を含み、その放出面の面積が前記陽極強化器の最大断面積よりも大きく、
前記陽極強化器が前記プラズマ陰極に向かって、前記陽極強化器の作業面の湾曲中心が集中的な自己合焦電子ビームの焦点空間内部に位置するようにギャップを伴って配されており、
前記陽極強化器が、０．２ＭｅＶ以上の電子エネルギー、１０⁶Ａ／ｃｍ²以上の電流密度、持続時間１００ｎｓ以下の電子ビームによって作用を受ける。

この方法の適用の結果は、当該分野で１０年以上努力してきた発明者でさえ全く予想しなかったものである。こうして、著しく純粋な銅、タンタル、並びに、他の材料から成る最も単純な単一金属から成るターゲットを用いることにより、以下を実験的に実証可能とした：
衝撃圧縮後、各ターゲット質量の実体部分が飛び散って、ＲＶＤ真空チェンバーの壁上、及び／又は、以下に述べるシールド上に変換生成物の複数の集合体として析出し、
幾つかの集合体は、それらの元素組成に関して相当に均質であり、
それら集合体内に、混合物としてターゲット物質中に存在しなかった周知の化学元素から成る安定同位体ばかりでなく、現在は未知であり且つ未だ識別されていない超ウラン元素の相対的に安定な同位体も確かに検出され、
ターゲット物質の変換生成物の同位体組成は地球地殻内の同一元素の同位体組成における基準データとは本質的に異なっており、
変換領域から熱エネルギーの正成分を検出する試みはこれまで失敗した。

上述の事象は、磁気的に閉じ込めた陽極プラズマと５ＭｅＶ以上のイオン・エネルギー（米国特許第５，８４８，１１０号を参照）で１ｋＷ程度の電力束を得るため動作が複雑且つ危険なパルス加速器を運転してイオン源から作成される（原則として重陽子）イオンによる固体ターゲット（例えば、同一の銅或はモリブデン）打ち込みによって達成する従来の変換から、本発明における変換を本質的に区別している。事実、予め知られている化学元素の予め知られている、例えば、Ｚｎ⁶⁵、Ｍｏ⁹⁹、Ｉ¹²³、Ｏ¹⁵等の主要な放射性同位体のみがそうしたプロセスで作り出せるが、本発明の方法は化学研究のために充分な数量の超ウラン元素の融合に少なくとも適用可能である。

本発明による方法の先に述べ且つ以下に詳述するような実行結果により、電子ビームが集合的に陽極強化器の表面の主要な部分に自己合焦して、その近表面層内にターゲットの対称軸線に収束する機械的なソリトン状密度インパルスを励起するとの想定が可能になる。このインパルスは電子ビームから受け取ったエネルギーをその対称軸線近くのターゲット物質の一部にイソエントロピー方式で伝送する。このインパルスの立ち上がりエッジは球状になりがちである。それ故に、ソリトン状インパルスがターゲット対称軸線の中心として特定の小さな容積に低減するに伴い、その立ち上がりエッジはより急峻となって、その物質中のエネルギー密度が濃密核プロセスの進行に充分な超濃度状態に達するに充分な大きさまで増加する。この理由により、最小源の電力消費で最も単純な（そして、非常に重要なことに、事実上作動において安全な）ＲＶＤタイプの電子加速器が、同位体の広範なスペクトル留分を有する核変換反応を提供（以下に詳細に示す）できる。

第１の付加的な特徴は、相対論的真空ダイオード内に用いられるプラズマ陰極が先端のとがった電導性ロッドを有し、この陰極の前記誘電体端部素子が前記ロッドを固定するための開口を具備し、前記ロッドの固定部が前記とがった端部と共に前記開口内部に位置していることにある。

第２の付加的な特徴は、前記ターゲットがＲＶＤ陽極強化器の中央部に挿入される形状に形成され、前記挿入径が前記陽極強化器の最大断面寸法の０．０５から０．２倍の範囲内で選択されることにある。これはいかなる材料も、その電導性や固体及び液体の両状態での使用にかかわらず、超濃度状態への圧縮の対象物として使用可能としている。当然、液体は陽極強化器の固体シェル内に直接的に或は個別シェルに被包されるべきであって、閉鎖後に最大限の音響的透明性を伴って陽極強化器内へ挿入されなければならない。

第３の付加的な特徴は、前記プラズマ陰極へ向けられた前記陽極強化器の少なくともその部分が前記相対論的真空ダイオード内に取り付けられる前に回転楕円体に形成されることにある。これは密度の機械的ソリトン状インパルスが顕微鏡的小体積内に集中することを可能とすると共に、この集中の結果として、核ターゲット物質が、単一「ショット」に対する最小エネルギー消費（３００から１０００Ｊ程度）でも変換生成物の１０¹⁷から１０¹⁸個の原子の留分を伴って超濃度状態まで衝撃圧縮させられることを可能としている。

第４の付加的な特徴は、前記ターゲットが前記陽極強化器内部にしっかりと固定された回転楕円体形状に形成されて、前記内側及び外側の回転楕円体の中心が実際上一致するようになすことにある。これは変換材料の留分を本質的に増大することを可能としている。

第５の付加的な特徴は、前記陽極強化器が、１．５ＭｅＶまでの電子エネルギー、１０⁸Ａ／ｃｍ²以下の電流密度、持続時間５０ｎｓ以下の電子ビームによって作用を受けることにある。これらパラメータは、周期律表の「中間部」からの化学元素の最も安定した原子から構成されるターゲット内での濃密核プロセス進行に充分である。

第６の付加的な特徴は、前記電子ビームの前記電流密度が１０⁷Ａ／ｃｍ²以下であって、この値は大多数の濃縮ターゲット材料の効果的な衝撃圧縮に充分である。

第７の付加的な特徴は、前記相対論的真空ダイオードの前記真空チェンバー内における残留圧力が０．１Ｐａ以下のレベルに維持されていることであって、この値はＲＶＤ電極間のガス放電防止に極めて充分である。

上記問題の第２局面は、相対論的真空ダイオードに基づく物質の衝撃圧縮装置によって解決され、装置はその一部が真空チェンバーを閉じ込めるべく軸対称に形作られた電導性材料から形成された強力な気密ハウジングと、
前記真空チェンバーの事実上同一幾何学的軸線上で前記真空チェンバー内にギャップを伴って軸対称プラズマ陰極と軸対称陽極強化器が取り付けられ、少なくとも前記プラズマ陰極がパルス高電圧電源と接続され、
前記プラズマ陰極は電導性ロッドの形態で形成され、少なくとも対称軸線と直交する平面内において連続ギャップを伴って前記ロッドの周辺部を包囲している後端部の周辺部を有する誘電体端部素子を有し、その放出面の面積は前記陽極強化器の最大断面積よりも大きく、
前記相対論的真空電極の内の少なくとも一方がそれら電極間のギャップを調節する手段を具備し、そして
前記陽極強化器の最大断面寸法をｄ_maxとすると、前記プラズマ陰極及び前記陽極強化器の共通幾何学的軸線から前記真空チェンバーの電導性壁の内側までの距離がｄ_maxの５０倍を上回ることを特徴とする物質の衝撃圧縮装置である。

上述した特徴の組み合わせを有する相対論的真空ダイオードは、本発明の方法における主題に対する注釈において先に開示されたように、少なくとも、特定の化学元素の核を他の化学元素の核へ変換するのに有用である。

第１の付加的な特徴は、前記プラズマ陰極の前記電導性ロッドがとがっており、前記誘電体端部素子が前記ロッドを固定するための開口を具備し、前記ロッドの固定部が前記とがった端部と共に前記開口内部に位置していることである。こうした設計により、プラズマ陰極動作を安定化することができると共に、少なくとも部分的に、誘電体端部素子を電導性ロッドに対して移動することによってＲＶＤ内の電極間のギャップを調節することを可能とする。

第２の付加的な特徴は、前記陽極強化器が断面円形形状であり、その主質量が電導性の変性材料から完全に作成されていることである。これは、純粋金属、金属合金の最も単純な試料に対する変換の効果を実証することを可能とすると共に、特に超ウラン元素生成を可能としている。

第３の付加的な特徴は、前記陽極強化器が複合的に形成され、少なくとも一層の固体シェルと前記シェルによってきつく包囲された挿入ターゲットとを含み、前記ターゲットが回転体の形状で任意の濃縮材料から成り、且つ前記陽極強化器の最大断面寸法をｄ_maxとすると、前記ターゲットの径がｄ_maxの０．０５倍から０．２倍の範囲内であることを特徴とする。これは、原子核変換の目的だけでなく、Ｌａｗｓｏｎ規準を実質的に（少なくとも一次分）超える濃密核プロセスが進行する容積内でのエネルギー生成の目的での物質の衝撃圧縮実行を可能としている。

第４の付加的な特徴は、好ましくは電導性材料から形成された少なくとも１つのシールドが前記陽極強化器の尾部に取り付けられていることである。これは主要ターゲットの衝撃圧縮の結果として生成される濃密核プロセスの生成物の一部を取り込むことが出来ると共に、陽極強化器の変換粒子散乱時に核相互作用のための付加的ターゲットとして機能可能である。

第５の付加的な特徴は、前記陽極強化器の最大断面寸法をｄ_maxとすると、前記シールドはｄ_maxの５倍以上の径を有する薄壁回転体であり、前記陽極強化器の前記プラズマ陰極に最も近い位置からｄ_maxの２０倍以下の距たりで離れていることを特徴とする。そうしたシールドは電子ビームの陽極強化器表面主要部上での自己合焦を促進し、濃密核プロセスの生成物の実体のある部分を取り込む。

第６の付加的な特徴は、前記薄壁回転体が前記陽極強化器の側部に平坦或は凹状面を有することにある。これは濃密核プロセスの生成物の真空チェンバー壁上への析出を著しく阻害する。

上記問題の第３の補助的な局面は、パルス高電圧電源に接続するための電導性ロッドと誘電体端部素子とを有する相対論的真空ダイオード用の軸対称プラズマ陰極であって、前記誘電体端部素子の後端部の周辺部が少なくとも当該プラズマ陰極の対称軸線と直交する平面内に連続ギャップを保って前記ロッドの周辺部を包囲していることを特徴とするプラズマ陰極によって解決される。

表面に沿って破壊されている場合、こうしたプラズマ陰極の誘電体端部素子は、実際上、プラズマで瞬時にカバーされる。そうしたプラズマにおける電子仕事関数は零に近い。それ故に、ＲＶＤ電極中間ギャップ内の電流と電子ビーム内の合計電子エネルギーはそれぞれ事実上、これらパラメータの物理的に許容可能な最大値と一致する。本発明のプラズマ陰極が、相対論的真空ダイオードに基づいた物質の衝撃圧縮装置に特に有用であるのはこの理由による。

第１の付加的な特徴は、前記プラズマ陰極の前記電導性ロッドがとがっており、前記誘電体端部素子が前記ロッドを固定するための開口を具備し、前記ロッドの固定部が前記とがった端部と共に前記開口内部に位置していることである。先に述べたように、これはプラズマ陰極をＲＶＤ電極間のギャップを調節するための少なくとも１つの手段として使用することを可能としている。

第２の付加的な特徴は、前記誘電体端部素子が非貫通開口を有することであり、これはＲＶＤ電極間のギャップ調節に関してより好ましい。

第３の付加的な特徴は、前記誘電体端部素子が貫通開口を有することであり、これはプラズマ雲形成の制御と、破壊の瞬間でのＲＶＤ動作安定化のためにより好ましい。

第４の付加的な特徴は、前記誘電体端部素子が、炭素-炭素単結合を伴う炭素鎖ポリマー、紙基材ラミネート或は有機バインダーを伴うテキストライト型複合材料、黒檀材、天然或は合成マイカ、周期律表のＩＩＩ-ＶＩＩ族に属する金属の純粋酸化物、無機ガラス、ｓｉｔａｌｌ材、玄武岩-ファイバ・フェルト、並びにセラミック誘電体から成るグループから選択される材料で形成されていることである。

この好適な材料リストは様々な用件を考慮した誘電体の選択を可能としている。例えば、上記有機材料及び玄武岩-ファイバ・フェルトは誘電体端部素子の製作とＲＶＤ電極間ギャップ調節中の取り扱いに便宜上有用であり、上述の無機材料の残りは耐摩耗性や、各次「ショット」後のＲＶＤ真空チェンバー内の残留圧力に対する影響を最小に抑えることに関して有用である。

第５の付加的な特徴は、前記誘電体端部素子が展開面を有することで、破壊の場合、プラズマ雲の形成を促進する。

第６の付加的な特徴は、前記電導性ロッドの最大断面寸法をｃ_{cr max}とすると、前記誘電体端部素子の最小断面寸法ｃ_{de min}がｃ_{cr max}の５倍から１０倍であり、前記要素の長さｌ_deがｃ_{cr max}の１０倍から２０倍であることである。プラズマ陰極の種々の部品のそうした相対的寸法は、ＲＶＤ電極中間ギャップ内のくびれを完全に排除し、陽極強化器の実質的な部分への電子ビーム自己合焦を確保する。

本発明の特定の実施態様の選択において、上記付加的な特徴と主要な発明概念との任意の組み合わせが可能であり、この発明概念が当業者の一般的な知識を用いて種々の請求項によって規定された範囲内で補足及び／又は特定され得て、以下に開示される発明の好適実施態様は決してこの発明の範囲を限定することを意図するものではないことが理解されよう。

添付図面を参照して、物質の衝撃圧縮装置及び方法の詳細な記載で本発明の本質を以下に（濃密核プロセスにおける核変換の例で）説明する。

本発明の装置（図１）は相対論的真空ダイオードに基づいて形成されている。

その主要な部品は以下の通りである：
部分的に電導性材料（例えば、銅或はステンレス鋼）で形成され、動作状態で、誘電体の端末蓋２と密閉真空チェンバーを閉じ込むように軸対称的に形作られ、且つ必要に応じて（不図示の）少なくとも１本の管を介して真空ポンプと接続された強力な気密ハウジング１、
好ましくは断面円形且つ好ましくは長手方向断面においてテーパー状となって、端末蓋２内に堅くしっかりと固定されて、相対論的真空ダイオードを以下に説明するパルス高電圧電源と接続することを意図した非消耗性軸対称電導性ロッド３、
前記ロッド３内に固定された尾部を有する電導性ロッド４及び前記ロッド４としっかりと連結され前記ロッド４の断面積を超える作業端面積を有する誘電体端部素子５とからなる（消耗の際に）交換可能な軸対称プラズマ陰極、
ターゲット７と一体化可能もしくはターゲット７を包含可能で、最大断面積が誘電体端部素子５の放出面の面積よりも少ない軸対称陽極強化器６、
任意選択的に、前記陽極強化器６の尾部に取り付けられ、好ましくは電導性材料から構成されるシールド８、及び
前記電極間のギャップ、即ち、実際上双方共に同一幾何軸に沿って横たわる、対称軸を有する前記プラズマ陰極の誘電体端部素子５の端面とその対称軸との交点及び前記陽極強化器６の端部における同様な交点との間の空間を調節する少なくとも１つの手段（特別に図示されていないが、プラズマ陰極４，５及び陽極強化器６の輪郭下方の矢印対で示されている）。

最も簡素な場合におけるＲＶＤパルス高電圧電源（図２）は当業者には周知であり得て、少なくとも２つのプラズマ（もしくは他の）電流断続器を有する少なくとも１つの容量性或は誘導性のエネルギー蓄積器を含む。しかしながら、より好ましくは以下を直列接続した「ハイブリッド」電源（図２）である：
工業的な電源ネットワーク及び高電圧出力配線との接続手段を有する入力トランス９、
適切な（不図示の）キャパシタとインダクタとからなる蓄積ＬＣ回路１０、
一平面内に対称的に配置され、通常その数（特に１２個まで）がＬＣ回路内のキャパシタの数と同じである当業者に周知のプラズマ・ガンから成るＬＣ回路内放電電流のプラズマ遮断ユニット１１。（例えば、１．P. F. Ottinger著 "J. Appl. Phys.", 56, No. 3, 1984、及び、２．G. I. Dolgachev 等著 "Physics of Plasma", 24, No. 12, p.1078, 1984を参照）

勿論、前記電源ユニットに加えて、ＲＶＤパルス高電圧電源は、通常、少なくとも１つのＲｏｇｏｖｓｋｉ ｂｅｌｔ及び少なくとも１つの容量性分圧器等の、パルス電流及び電圧を測定するための（不図示の）手段を組み入れている。

このようなタイプの電源は、物質を以下に記載するような超濃度状態まで衝撃圧縮実験するＲＶＤ電源として使用された。この電源は以下の値の制御パラメータを提供できる。
ビーム電子の平均エネルギー・・・・・・・・・０．２から１．６ＭｅＶ
電子ビーム持続時間・・・・・・・・・・・・・１００ｎｓ以下
電子ビーム・電力・・・・・・・・・・・・・２×１０⁹から０．７５×１０¹²Ｗ
高電圧放電電流・・・・・・・・・・・・・・・１０ｋＡから５００ｋＡ

物質の衝撃圧縮方法を効率的に実行するために、ＲＶＤの個々別々の部品とターゲットとを作り出す際、多数の付加的条件に追従することが推奨される。

ここで、陽極強化器６の最大断面寸法をｄ_maxとすると、プラズマ陰極４，５及び陽極強化器６の共通幾何軸からハウジング１の電導性壁の内側までの距離は５０ｄ_maxを超えていることが重要である。

プラズマ陰極（図３）にはとがった電導性ロッド４と非貫通開口或は貫通開口を有する誘電体端部素子５とを具備することが望ましい。この誘電体端部素子５はロッド４に僅かにきつく嵌合する必要があり、その結果、ロッド４の固定部はとがった端部と共に前記開口内部に存在する。このような開口の断面とロッド４の断面との形状は（軸対称の条件が追従されたならば）、円形ではあり得ない（例えば、図４に示されるような長円、楕円、星印等々）。

誘電体端部素子５（図４）の後端部周辺は少なくともプラズマ陰極の対称軸に対して直交する平面内に連続ギャップを有して電導性ロッド４の周辺部を包囲していることもまた望ましい。この条件がロッド４と誘電体端部素子５との断面外形の様々な形状に提供され得ることが理解できよう。

プラズマ陰極の誘電体端部素子５は展開された外側面を有し、例えば図４に示すように、初期的には粗く、或は、１つの任意の方向に故意に波形がつけられていることが大いに好ましい。特に誘電体端部素子５は断面が軸対称の多重に先端のとがった星の形状を有して使用され得る。

電導性ロッド４の最大断面寸法をｃ_{cr max}とすると、誘電体端部素子５の最小断面寸法ｃ_{de min}はｃ_{cr max}の５から１０倍の範囲内であり、長さｌ_deがｃ_{cr max}の１０から２０倍の範囲内であることが望ましい。

プラズマ陰極の誘電体端部素子５は任意の誘電性材料から形成可能であり、この誘電性材料（選択された形状及び寸法において）はＲＶＤ電極間ギャップ内において、選択された作業電圧の下、絶縁破壊可能である。

誘電性材料は炭素-炭素単結合を伴う炭素鎖ポリマー（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等）、紙基材ラミネート或は有機バインダーを伴うテキストライト型複合材料、黒檀材、天然或は合成マイカ、周期律表のＩＩＩ-ＶＩＩ族に属する金属の純粋酸化物、無機ガラス、ｓｉｔａｌｌ材、玄武岩-ファイバ・フェルト、並びに、セラミック誘電体から成るグループから選択されることが好ましい。

先に述べたように、軸対称陽極強化器６は、
一体的（図５）でありかつ全体として通常電導性である好ましくは金属材料（純粋金属及びそれらの合金を含む）、例えば銅、タンタル、鉛等任意の固体から構成されるか
或は、少なくとも、好ましくは電導性材料から形成された一層の好ましくは球状のシェル６と、そのシェル内に軸対称的に挿入固定され衝撃圧縮されるべき濃縮（固体或は液体）材料から形成されたターゲット７（図６）とから構成される。

軸対称挿入ターゲット７の最大径は、陽極強化器６の全体としての最大断面寸法をｄ_maxとすると、好ましくはｄ_maxの０．０５から０．２倍の範囲内で選択される。ターゲット７本体はその幾何学的形状に関係なく、その表面湾曲の中心が陽極強化器６の作業面の湾曲中心と一致するように陽極強化器６内部に固定する必要がある。陽極強化器６の材料やターゲット７の材料における転位密度ができる限り小さく、音響的接触がこれら部品間に提供されることが非常に重要である。

陽極強化器６の尾部に取り付けられ得る前記シールド８は、好ましくは薄い壁の回転体として、通常電導性材料から形成される。陽極強化器６の最大断面寸法をｄ_maxとすると、このシールド８の径は５ｄ_max以上であり、陽極強化器６の作業端部から距離は２０ｄ_max以下である必要がある。このシールド８は陽極強化器６の作業端部の側部で平坦面或は凹状面を有することが望ましい（図５及び図６）。

上述の装置を用いた物質の衝撃圧縮方法は、通常以下を含む：
ａ）前記プラズマ陰極の電導性ロッド４を非消耗性電導性ロッド３に連結すること、
ｂ）衝撃（変換或は他の核変換のため）圧縮されるべき材料から成る複数一体片の形態か、或は、
衝撃（変換或は他の核変換のため）圧縮されるべき材料から（必要に応じて被包されて）形成されたターゲット７が挿入固定されている好ましくは一層のシェルの形態か、
のいずれかで好ましくは作業端部が丸くなった交換可能な複数の軸対称陽極強化器６を製作すること
ｃ）（選択的に）複数の陽極強化器６の少なくとも幾つかに銅、鉛、ニオブ、タンタル等から形成された電導性シールド８を嵌合させること、
ｄ）ＲＶＤハウジング１の真空チェンバー内に各次の陽極強化器６をプラズマ陰極４，５と実質的に同一幾何学的軸上に配置すること、
ｅ）プラズマ陰極の誘電体端部素子５の作業端部と陽極強化器６との間のギャップを調節して、陽極強化器６の作業面の湾曲中心がＲＶＤを介した電源のパルス放電で集中的な自己合焦電子ビームの焦点空間内部に位置するようになすこと、
ｆ）誘電体の端末蓋２をＲＶＤの強力な気密電導性ハウジング１のフランジ上に嵌合することによって真空チェンバーを閉止すること、
ｇ）以下によりＲＶＤハウジング１内のチェンバーを真空吸引すること：
ターゲットに対する最初の「ショット」に先行して少なくとも２度（最初に空気を吸引してから、少なくとも１度、清浄な乾燥窒素をチェンバーに吹き込み、そして、ガスの残留圧を０．１Ｐａ以下に再度真空吸引する）、もし残留圧力が前記の値を超えていれば各次の「ショット」に先行して少なくとも１度、真空吸引すること、
ｈ）入力変圧器９を介してＲＶＤの外部高電圧電源を電源ネットワークと接続して、実験に必要な電気的エネルギーをＬＣ回路１０に蓄積すること、
ｉ）電流パルスのプラズマ遮断ユニット１１、非消耗性軸対称電導性ロッド３、交換可能な電導性ロッド４、並びに、誘電体端部素子５を介して、ＬＣ回路１０をＲＶＤ陽極強化器６に対して放電し、０．２ＭｅＶ以上の電子エネルギー、１０⁶Ａ／ｃｍ²以上（そして好ましくは１０⁸Ａ／ｃｍ²以下、より好ましくは１０⁷Ａ／ｃｍ²以下）の電流密度、並びに、持続時間１００ｎｓ以下（そして好ましくは５０ｎｓ以下）の電子ビームを発生すること、
ｊ）ターゲット物質の一部を超濃度状態へ圧縮後にＲＶＤハウジング１のチェンバーから取得生成物を除去し、これら生成物を共用技術で調査すること。

実験目標は以下を意図する：
物質の超濃度状態（図５における一体的陽極強化器６）への衝撃圧縮の結果としての変換効果を実証すること、
放射性材料の不活性化（図１及び図６における挿入ターゲット７を有する中空本体の陽極強化器６）の可能性を評価すること。
先に述べたように、ターゲット７は陽極強化器６内に挿入して、それらの接合接触の最大音響的透明性を提供することが必要であり、これら両構成要素の作業面の湾曲中心は一致しなければならない。

一体的陽極強化器６において、作業端部の湾曲の平均半径は原則として０．２から０．５ｍｍの範囲内であった。それらは、特に、銅、タンタル、並びに、鉛等の化学的に純粋な金属から形成されていた。そうした陽極強化器６は屋外に保存され得る。表面（特に銅及び鉛の）上に現れる酸化物フィルムは、幾つかの観察によれば、上述の目的におけるそれらの用途を妨げず、向上しさえする。

挿入ターゲット７は、市販のＣｏ⁶⁰同位体から製作されたペレット形状並びに、ウクライナのナショナル科学アカデミー(National Academy of Sciences of Ukraine)の核研究所におけるＵ−１２０サイクロトロンでの天然ニッケルの照射によって作り出されたＣｏ⁵⁶及びＣｏ⁵⁸の人工的混合物の形状であった。

そうしたターゲットの使用には、ＲＶＤ真空チェンバー内部に取り付けられるポリカプロラクタム（ｃａｐｒｏｎ）から製作された付加的なシェル（不図示）を必要とした。これらシェルは両ＲＶＤ電極を包み込み、ハウジング１及びＲＶＤ端末蓋２の壁上における放射性コバルト析出の危険性を著しく低減した。

利用したコバルト同位体の初期放射能値及び変換後に得られた放射能値は通常のゲルマニウム-リチウム・ガンマー線検出器によって制御された。

物質の超濃度状態への衝撃圧縮作動実験の始動に先行して、千回以上の調節実験が実行された。調節実験の結果はターゲット湾曲中心がＲＶＤ電子ビームの焦点空間に的中すべく、ＲＶＤ電極間のギャップの幅を選択し且つ（プラズマ陰極の部品４，５や陽極強化器６の寸法と、電荷の特定パラメータを考慮して）より正確に規定する助けとなった。

作動実験は続けて実行された。それらの回数は異なるシリーズで変動し、（放射性コバルトの変換で）５０回から数百回に及んだ。全実験には通し番号を付した。

使用されたターゲット、放電パラメータ、並びに、獲得された結果に対する初期データは連続番号で記録ブックに記録した。

ＲＶＤ電極間のギャップにおける電圧・電流パルスの形状や電子ビームの実際の持続時間は電流・電圧オシログラムでチェックされ、代表的には図７に例示されている。これらやその他の多くのオシログラムは電子ビームの持続時間が１００ｎｓを超えないことを実証している。

留意すべき重要なことは、電子ビーム電流が（ＲＶＤプラズマ陰極上での鋭い電圧降下にもかかわらず）そのピーク値からの減少がほんの僅かしかないことである。これはプラズマ陰極４，５の使用の効率性を証明している。

電子ビーム生成プロセスの被制御パラメータに関する調節実験の結果を統計的処理後、電極ギャップのための近似的寸法や焦点空間の近似値を決定した（表１を参照）。

電極間のギャップと焦点空間容積の電子ビーム生成プロセスの残りのパラメータに対する依存性

作動実験におけるＲＶＤ電極間のギャップをこれら限界にならうことにより、以下が確保される：
１．一体的陽極強化器６の作業面の湾曲中心を集中的な自己合焦電子ビームの焦点空間内へ的中（ターゲット７を使用の場合も、作業面の湾曲中心を集中的な自己合焦電子ビームの焦点空間内へ的中）
２．ＲＶＤ電源の各パルス放電後、変換効果の発現。

更に、表１にリストされたパラメータによれば、陽極強化器６の作業端部の面に対する電流密度は１０⁶Ａ／ｃｍ²から１０⁸Ａ／ｃｍ²の範囲内での設定が可能であった。衝撃圧縮実験の殆どの部分に対して、このパラメータが１０⁶Ａ／ｃｍ²から１０⁷Ａ／ｃｍ²の範囲内に維持された。

作動実験全ての結果はむしろ均一に見え、即ち、
様々な（軽量ウラン元素、重量ウラン元素及び超重量の超ウラン元素）の化学元素の実際上安定な同位体の広範なスペクトル形態での変換生成物は初期材料の一部（平均約３０重量％）から現れ、
これら生成物と、一体的陽極強化器６（及び挿入ターゲット７）の化学的に無変化の残留物とは、衝撃圧縮体から主にプラズマ陰極とは反対方向へ飛び散って、様々な形態及び寸法の液滴形状の集合体としてＲＶＤの真空チェンバーの壁上及び／又は、適用可能であれば、シールド８上に析出した。

上述の生成物は研究のために収集された。
元素及び同位体の組成（及び、ある場合にはかかる集合体の登録）に関する引き続く研究を目的とした変換生成物の分離された集合体の検出、及び、それらの表面上（特にシールド８上）の位置の決定のためにＴｅｓｌａ ａｎｄ Ｃａｍｅｃａ社製電子顕微鏡分析器ＲＥＭＭＡ-１０２を使用した。上述のた生成物の元素及び同位体の組成についての研究のために、日本電子製Ａｕｇｅｒ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒのＪａｍｐ１０Ｓ ｍｏｄｅｌ、Ｋｉｅｖ’ｓ Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｔ．Ｇ． Ｓｈｅｖｃｈｅｎｋｏ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ウクライナ）によって設計された飛行時間パルス・レーザ質量分析器、イオン・マイクロプローブ分析器ＣＡＭＥＣＡ’ｓ ＩＭＳ-４ｆ、並びに、ＦＩＮＮＩＧＡＮ高感度質量分析器ＶＧ９０００を使用した。

一体的陽極強化器６の超濃度状態への全衝撃圧縮作動実験結果として、初期組成（各シリーズにおける全ターゲット用の実用上１つの化学元素）と変換生成物の元素及び同位体組成との間に本質的な不一致が観察された。

確認のため図８乃至図１３を観察すると、垂直鎖線が初期化学元素核の電荷を示している。

ターゲットの初期材料中に存在しなかったが変換生成物中に現れた化学元素の同位体が、濃密核プロセスの生成物内におけるそれらの濃度に従った白丸によって、そして地球地殻内におけるそれらの濃度に従った黒い矩形によって、図８、図１０、並びに、図１２に示されていることに留意されたい。

これら同位体の核電荷及び重量百分率はＸ軸及びＹ軸のそれぞれの数値データを用いて容易に決定される。

白三角及び隣接する化学記号によって、図９、図１１、並びに、図１３は特定の化学元素の濃度に関して、下記の数式１によって計算した自然存在比からの相対偏差Ｙを示す：

ここで、Ａは変換生成物における特定化学元素の特定同位体の比であり、Ｂは地球地殻における同一化学元素の同一同位体の比である。

図８、図１０、並びに、図１２から明らかなように、初期の銅、タンタル、並びに、鉛の変換のプロセスにおいて、親元素の核電荷と比較してより少ないもしくはより多いＺ核電荷を伴う様々な化学元素同位体の広範なスペクトルが現れている。

しかしながらターゲット材料の核電荷がより多ければ、２５０原子質量単位を超える（そして幾つかのチェックすべき場合には６００原子質量単位以上まで）原子質量を伴う安定超ウラン元素（未識別なものを含む）の生成確率はより高くなる。

かかる質量を有する原子の存在は、先ずイオン質量分析の方法によって検出してから、周知のラザフォードのアルファ及びプロトン逆散乱方法によって立証された。

更には、図９、図１１、並びに、図１３は、変換生成物中の化学元素の実質部の濃度が統計学的に信頼性をもってそれらの地球地殻中の通常の濃度（０．５から１．０間でのＹ値の範囲内での濃い色で表された領域を参照）を超えていること（３倍より大及び幾つかの元素では５から１０倍及びそれ以上）を明示している。これは、濃密核プロセスのそうした生成物の人工的な起源を明らかに証明している。

元素及び同位体の組成における変化に関しても、同様な結果が放射性コバルトのターゲットを用いた実験でも得られた。しかしながら、これらの場合、焦点空間内にあるターゲットの部分内において、コバルトの放射性核における他の化学元素の非放射性同位体への変換によってターゲット放散の生成物中における放射能低減が主として注目された。

この低減は、個別サンプルにおいて実質的に変化し、陽極強化器における空洞の内側壁と挿入ターゲット７の材料との間の音響的接触の密度差によって説明され得る（表２に示された記録ブックからのデータを参照）。

コバルト・ターゲット放散の生成物中の放射能低減

こうして、サンプル番号２４７９は２．２％だけ非活性化されたが、サンプル番号２３９７及び２５８８は変換の結果、活性の４５％以上を失った。

更に、明確に証明されたとおり、濃密核プロセスの生成物中に検出された各化学元素原子の団塊における同位体の分布は、地球地殻における同じ同位体の分布とは本質的に異なる。

こうした劇的な不一致の最も明白な例は天然サンプル中のニッケルの同位体の通常分布（図１４）と銅ターゲットの変換によって作り出されたニッケル原子の２つの集合体中のニッケルの同位体の通常分布（図１５及び図１６）の間の相違である。こうして、Ｎｉ⁵⁸同位体の含有量は天然ニッケルの質量中の７０％まである一方で、銅変換の生成物（ターゲット中に優位を占めるＣｕ⁶³同位体を伴う）中のＮｉ⁵⁸の比率は１０％超である。同様に、Ｎｉ⁶⁰同位体の含有量は本質的に（通常２分の１）減少した一方で、Ｎｉ⁶²の含有量は急激に増大した。

そして最後に、本発明による方法による物質の超濃度状態への衝撃圧縮の明確な証拠は、図体の大きなＲＶＤ焦点空間から、その形状が少なくとも電子-核、そして更に電子-核プラズマの短期出現のための必須条件の存在を視覚的に証明する放出である。

こうして、図１７には、９３重量％の鉄とシリコン及び銅同位体の混合物を含む主として鉄の半球体が銅シールドを背景として提示されている。

明らかに、この半球体は銅製の陽極強化器６（出願人の記録ブックによればサンプル番号４９０８）の実質的な部分から形成された球体の破片である。それは約９５μｍの外径と約３５μｍの径を有する実質同心状球状空洞とを有する。この半球体のリング端部の主要部における粗さは初期球のクラックによって説明され得る。

サンプル番号４９０８による実験において、電子ビームの焦点空間の中心がターゲット湾曲の中心と実際上一致することを推定することは容易である。この場合、ソリトン状密度インパルスが開示された生成物における球状空洞として表現されている容積内にそれ自体を合焦する。

物質の衝撃圧縮装置は市販の構成要素を用いて製作され得て、本発明の方法は、第１に、自然についての知識を拡張するために非常に重要である安定超ウラン元素の合成、第２に、安定同位体の実験生成物のためや、長命の放射性同位体を含有する（原子力産業廃棄物を含む）放射性材料の中和のための周知の化学元素の核変換、第３に、自然界に広範に広まった化学元素や燃料としてのそれらの組成物を用いての慣性閉じ込め融合、それぞれに対する非常に効率的且つ環境に安全な開発及び具現化のための基礎となり得る。

図１は相対論的真空ダイオードにおける電極の構造的レイアウト図であり、調節可能な幾何学的パラメータを示している。 図２はパルス高電圧電源のブロック線図である。 図３は軸対称プラズマ陰極の好ましい構造を示す、対称軸線に沿っての断面図である。 図４は平面ＩＶ−ＩＶに沿って切り取られた場合の軸対称プラズマ陰極の後端を示す、電導性ロッドの断面図を伴う図である。 図５は物質の超濃度状態への衝撃圧縮の実証のため、ターゲットとして直に使用される一体的軸対称陽極強化器を示す、対称軸線に沿っての断面図である。 図６は、例えば選択された化学元素の長命の放射性同位体の、原則として、他の化学元素の安定同位体への少なくとも部分的変換のために設計された、挿入球状ターゲットを伴う中空体軸対称陽極強化器を示す、対称軸線に沿っての断面図である。 図７はＲＶＤ放電パルスにおける電圧及び電流の変化を表すグラフである。 図８は化学的に純粋な銅の変換生成物中の原子核の質量における化学元素の絶対分布（重量％）を示す図である。 図９は化学的に純粋な銅の変換生成物中の原子核の質量における同一化学元素の相対分布を示す図である。 図１０は化学的に純粋なタンタルの変換生成物中の原子核の質量における化学元素の絶対分布（重量％）を示す図である。 図１１は化学的に純粋なタンタルの変換生成物中の原子核の質量における同一化学元素の相対分布を示す図である。 図１２は化学的に純粋な鉛の変換生成物中の原子核の質量における化学元素の絶対分布（重量％）を示す図である。 図１３は化学的に純粋な鉛の変換生成物中の原子核の質量における同一化学元素の相対分布を示す図である。 図１４は自然ニッケルの各種サンプルの研究によって獲得されたニッケル同位体の規準質量スペクトルであり、地球地殻中のそうした同位体の天然存在度と一致する。 図１５は一体的な銅ターゲット（サンプル番号１）においての濃密核プロセスの結果で獲得された銅シールド上の集合体の内の１つにおけるニッケル同位体の相対分布の質量スペクトル図である。 図１６は同一シールド上のニッケル原子の別の集合体の研究において獲得された図１５におけるような同一質量スペクトル図である。 図１７は、イオン・ビームによって銅シールド内に形成されて部分的にエッチされた球状凹部を伴う、鉄半球の形態で、物質の超濃度状態への衝撃圧縮の生成物のマイクロ写真である。

符号の説明

１ 気密ハウジング
２ 端末蓋
３（４） 軸対称電導性ロッド
５ 誘電体端部素子
６ 軸対称陽極強化器
７ ターゲット

Claims (22)

1. 電導性壁を伴う軸対称真空チェンバー、軸対称プラズマ陰極、並びに、軸対称陽極強化器を有する相対論的真空ダイオードを用いた物質の衝撃圧縮方法であって、
   前記陽極強化器の少なくとも一部として機能する濃縮物質で形成された軸対称部の形態のターゲットを作成し、
   前記陽極強化器を、前記プラズマ陰極と事実上同一の幾何学的軸線上で前記プラズマ陰極に向かったギャップを伴って、前記相対論的真空ダイオード内に配置し、
   前記陽極強化器表面を電子ビーム自己合焦モードで相対論的真空ダイオードを介して高電圧電源でパルス放電し、
   前記軸対称プラズマ陰極が電導性ロッドの形態で使用され、前記電導性ロッドが、少なくとも前記プラズマ陰極の対称軸線と直交する平面内において前記ロッドの周辺部を全体として連続ギャップを伴って包囲している後端部の周辺部を有する誘電体端部素子を含み、その放出面の面積が前記陽極強化器の最大断面積よりも大きく、
   前記陽極強化器が前記プラズマ陰極に向かって、前記陽極強化器の作業面の湾曲中心が集中的な自己合焦電子ビームの焦点空間内部に位置するようにギャップを伴って配されており、
   前記陽極強化器が、０．２ＭｅＶ以上の電子エネルギー、１０⁶Ａ／ｃｍ²以上の電流密度、持続時間１００ｎｓ以下の電子ビームによって作用を受けることを特徴とする物質の衝撃圧縮方法。
2. 前記相対論的真空ダイオード内に用いられる前記プラズマ陰極が、先端のとがった電導性ロッドを有し、このプラズマ陰極の前記誘電体端部素子が前記ロッドを固定するための開口を具備し、前記ロッドの固定部が前記とがった端部と共に前記開口内部に位置している、請求項１に記載の方法。
3. 前記ターゲットがＲＶＤ陽極強化器の中央部に挿入される形状に形成され、前記挿入径が前記陽極強化器の最大断面寸法（ｄ_max）の０．０５から０．２倍の範囲内で選択される、請求項１に記載の方法。
4. 前記プラズマ陰極に向けられた前記陽極強化器の少なくともその部分が、前記相対論的真空ダイオード内に取り付けられる前に、回転楕円体状に形成される、請求項１に記載の方法。
5. 前記ターゲットが前記陽極強化器内部にしっかりと固定された回転楕円体形状に形成されて、前記内側及び外側の回転楕円体の中心が実際上一致する、請求項３に記載の方法。
6. 前記陽極強化器面が、１．５ＭｅＶまでの電子エネルギー、１０⁸Ａ／ｃｍ²以下の電流密度、持続時間５０ｎｓ以下の電子ビームによって作用を受ける、請求項１に記載の方法。
7. 前記電子ビームの電流密度が１０⁷Ａ／ｃｍ²以下である、請求項６に記載の方法。
8. 前記相対論的真空ダイオードの前記真空チェンバー内における残留圧力が０．１Ｐａ以下のレベルに維持されている、請求項１に記載の方法。
9. 相対論的真空ダイオードに基づく物質の衝撃圧縮装置であって、
   その一部が真空チェンバーを閉じ込めるべく軸対称に形作られた電導性材料から形成された強力な気密ハウジングと、
   前記真空チェンバーの事実上同一幾何学的軸線上で前記真空チェンバー内にギャップを伴って軸対称プラズマ陰極と軸対称陽極強化器が取り付けられ、少なくとも前記プラズマ陰極がパルス高電圧電源と接続され、
   前記プラズマ陰極は電導性ロッドの形態で形成され、少なくとも対称軸線と直交する平面内において連続ギャップを伴って前記ロッドの周辺部を包囲している後端部の周辺部を有する誘電体端部素子を有し、その放出面の面積は前記陽極強化器の最大断面積よりも大きく、
   前記相対論的真空電極の内の少なくとも一方がそれら電極間のギャップを調節する手段を具備し、そして
   前記陽極強化器の最大断面寸法をｄ_maxとすると、前記プラズマ陰極及び前記陽極強化器の共通幾何学的軸線から前記真空チェンバーの電導性壁の内側までの距離がｄ_maxの５０倍を上回ることを特徴とする物質の衝撃圧縮装置。
10. 前記プラズマ陰極の前記電導性ロッドがとがっており、前記誘電体端部素子が前記ロッドを固定するための開口を具備し、前記ロッドの固定部が前記とがった端部と共に前記開口内部に位置している、請求項９に記載の装置。
11. 前記陽極強化器が断面円形形状であり、その主質量が電導性の変性材料から完全に作成されている、請求項９に記載の装置。
12. 前記陽極強化器が複合的に形成され、少なくとも一層の固体シェルと当該シェルによってきつく包囲された挿入ターゲットとを含み、前記ターゲットが回転体の形状で任意の濃縮材料から成り、且つ前記陽極強化器の最大断面寸法をｄ_maxとすると、前記ターゲットの径がｄ_maxの０．０５倍から０．２倍の範囲内である、請求項９に記載の装置。
13. 好ましくは電導性材料から形成された少なくとも１つのシールドが前記陽極強化器の尾部に取り付けられている、請求項９に記載の装置。
14. 前記陽極強化器の最大断面寸法をｄ_maxとすると、前記シールドはｄ_maxの５倍以上の径を有する薄壁回転体であり、前記陽極強化器の前記プラズマ陰極に最も近い位置からｄ_maxの２０倍以下の距たりで離れている、請求項１３に記載の装置。
15. 前記薄壁回転体が前記陽極強化器の側部に平坦或は凹状面を有する、請求項１４に記載の装置。
16. パルス高電圧電源に接続するための電導性ロッドと誘電体端部素子とを有する相対論的真空ダイオード用の軸対称プラズマ陰極であって、前記誘電体端部素子の後端部の周辺部が少なくとも当該プラズマ陰極の対称軸線と直交する平面内に連続ギャップを保って前記ロッドの周辺部を包囲していることを特徴とするプラズマ陰極。
17. 前記プラズマ陰極の前記電導性ロッドがとがっており、前記誘電体端部素子が前記ロッドを固定するための開口を具備し、前記ロッドの固定部が前記とがった端部と共に前記開口内部に位置している、請求項１６に記載のプラズマ陰極。
18. 前記誘電体端部素子が非貫通開口を有する、請求項１７に記載のプラズマ陰極。
19. 前記誘電体端部素子が貫通開口を有する、請求項１７に記載のプラズマ陰極。
20. 前記誘電体端部素子が、炭素-炭素単結合を伴う炭素鎖ポリマー、紙基材ラミネート或は有機バインダーを伴うテキストライト型複合材料、黒檀材、天然或は合成マイカ、周期律表のＩＩＩ-ＶＩＩ族に属する金属の純粋酸化物、無機ガラス、ｓｉｔａｌｌ材、玄武岩-ファイバ・フェルト、並びにセラミック誘電体から成るグループから選択される材料で形成されている、請求項１６に記載のプラズマ陰極。
21. 前記誘電体端部素子が展開面を有する、請求項１６乃至１８の内の何れか一項に記載のプラズマ陰極。
22. 前記電導性ロッドの最大断面寸法をｃ_{cr max}とすると、前記誘電体端部素子の最小断面寸法ｃ_{de min}がｃ_{cr max}の５倍から１０倍であり、前記要素の長さｌ_deがｃ_{cr max}の１０倍から２０倍である、請求項１６又は１７に記載のプラズマ陰極。
    
    
    

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