JP2008529032A - エネルギー生成方法ならびにそれを実施するための装置 - Google Patents

Abstract

エネルギーの生成のための方法であって、空間のただ一つのポイントに集中する磁気インパルスによって陽極集中脈動磁界を発生させ、水素同位体の原子核の一時的融合およびこれに続くその遊離を生じさせる方法、この方法を実施するための反応炉、およびこの反応炉を含む装置。

Description

本発明は、エネルギー生成方法およびそれを実現するための装置に関する。特に本発明は、水素同位体の脈動集中磁気閉じ込めによって作動する反応炉に関する。

多くの核融合反応炉は、二つの水素同位体(すなわちジュウテリウムおよびトリチウム)の融合時(すなわち磁気閉じ込めの間)に、いずれも高い運動エネルギーを有するヘリウム原子核と中性子とが生成されるという原理に基づくものである。

水素同位体完全融合に基づく既存の技術は、多大な稼働および制御の困難性を示している。実現された装置は著しく大きなものであり、核融合を引き起こすために極めて大きなエネルギーを要し、しかも全て実験段階のものである。それゆえ、さまざまな磁気閉じ込めアプローチは全て、密閉形態(たとえばロシア独特のTokamak、アメリカのStellarator、ドイツのASDEX Tokamak、フランスのTFR Tokamak、アメリカのPLT Tokamakなど)および開放形態(たとえば「磁気ミラー」構造、「凸状フィールド」構造、「タンデム形態」など)の両方において、非常に複雑であり、かつ著しく不安定な現象を伴うことが明らかとなっている。

たとえばヨーロッパのJET、アメリカ・プリンストンのTFTR、日本のJT60、カリフォルニアのDIII‐D、およびフランスのTora Supraなどの大きな寸法を有する、ほとんどの最近の磁気閉じ込め実験装置は、磁気閉じ込めに関して顕著な成果を得ているが、これは依然として極めて限定された時間だけであり、しかもその開発ならびに同調のために非常に多額の資本を投資する必要性と共に、克服しなければならない大きな障害(コイル内での電力消散、プラズマ中の不純物の存在など)を抱えている(ITER合同プロジェクト参照)。慣性閉じ込めのような他の技術もまた(直接あるいは間接的爆縮のいずれにおいても)極めて多額の資本投下の必要性と共に、克服しなければならない大きな障害を抱えている。

本発明者は、続いて遊離が生じる部分的核融合プロセスを、すなわち一時的核融合を、同一のあるいは互いに異なる二つの水素同位体(すなわちジュウテリウムおよびトリチウム)間で引き起こしたが、これは(好都合なことに集中磁気インパルスによって空間の一つのポイントにおいて、より密に引き起こされた場合)不安定なヘリウム原子核を生じ、これは(磁気インパルスの減少に続いて)同位体自身の本来の原子核に分裂する。

このプロセスは、脈動磁界を発生させるのに要するエネルギーよりも格段に大きな大量のエネルギーを放出する。部分的核融合プロセスに伴う原子核の僅かな質量の変換に由来する放出エネルギーは、運動エネルギーから熱エネルギーへと変換され、続いて都合よく使用される。

本発明者は、上記プロセスを実現するための装置を設計した。この装置は、本質的に、高度の真空が形成される外部容器を含む。反応炉はこの容器内に設置され、この中には、陽極脈動磁界が別個の磁気インパルス(全て空間の一つのポイントに集中する)によって形成される。この反応炉は、熱エネルギーを取り出すための適当なシステムを備える。

本発明のプロセスおよび方法は、エネルギーの管理された生産が要求されるときには、いつでも、その利用が可能である。

したがって、本発明の対象はエネルギー生成方法であって、これは、水素同位体を含む電離した水蒸気が存在する状況で、空間のただ一つのポイントに集中する磁気インパルスによって陽極集中脈動磁界を発生させ、磁気インパルスを、水素同位体の原子核の一時的融合およびこれに続くその遊離が生じるような周波数および強度にて発生させることを特徴とする。水素同位体は、好ましくはジュウテリウムおよび／またはトリチウムである。

本発明に係る方法のある実施形態では、エネルギーは熱エネルギーへと変換され、そして都合よく取り出されて輸送される。

本発明のさらなる対象は、本質的に、壁および内側チャンバー(これは、内部に高度の真空を形成するための吸引システムに対する接続部と、任意選択で水素同位体の濃度が高められた純水を供給する手段とを備える)と、反応炉壁に対して垂直にかつ気密状態で嵌め込まれた電磁石に対して接続された電気コネクターとからなる気密反応炉であり、電磁石の陽極尖端は全て内側チャンバーの中心ポイントから同じ距離だけ離れて配置され、理想的な球を形成するよう、電磁石は内側チャンバーの中心に向けられている。反応炉は好ましくは球形状のものであり、しかも電磁石が、陽極尖端が完全に理想的な球を形成するよう反応炉自体の壁に放射状に嵌め込まれるが、この球体の中心は反応炉自体の中心と一致する。

本発明のさらなる対象は、水素同位体原子核の一時的融合およびこれに続くその遊離のための装置であって、このものは、
ａ)内部に、本発明による少なくとも一つの反応炉を含む気密密閉手段を備えた容器と、
ｂ)熱エネルギー取り出し手段と、
ｃ)電気システムからの電流の整流器であって、全ての電磁石に同時に給電できる能力を有する整流器と、
ｄ)電気インパルスを変調させ、それを電磁石に分配できる手段であって、電磁石自身の精密な同調を、したがって炉の内側チャンバー内の強い陽極脈動磁界を実現でき、水素同位体原子核の一時的融合およびこれに続くその遊離を引き起こしかつそれを維持することを可能とする手段と、を具備してなる。

好ましくは、本装置の反応炉は二重壁を備え、これは内側チャンバーを取り囲む第２のチャンバーを形成し、かつそれは熱エネルギーを取り出すための循環する冷却流体を含む。そうした第２のチャンバーは、反応炉内側チャンバーとも、容器の内側空間ともつながっていない。

代替実施形態では、水素同位体原子核の一時的融合およびこれに続くその遊離のための装置において、少なくとも一つの反応炉が気密槽内に収まっており、この中で熱エネルギーを取り出すための媒体が循環する。当業者には、装置の反応炉の数は変更でき、しかもこうした実施形態の全てが本発明の範疇に含まれることは明白であろう。

以下、図面を参照して、特定の実施形態(これは本発明の保護範囲を制限するものではない)に基づき、上記の炉および装置について説明する。

図１を参照すると、本装置は原子炉の球形容器１からなるが、これは、水平方向周縁部に沿って周囲ボルト１ａによって一つに連結された二つの半球形カップと、容器自身の内部に高度の真空が確実に形成されるようにするＯリング１１とからなる。

容器１は、下側カップに対して固定された脚部によって支持されている。上側カップは、上端部にフック２５を備え、これによって、そのアンローディングが、したがって球形容器１の開閉が可能となっている。容器１の内部には球体が設置されているが、これは、内側チャンバー３の中心に向けられた貫通チューブ４ａによって一つに連結された外側球形チャンバー２と内側チャンバー３とから構成されている。二つの球形チャンバー２および３の間の空間は、中心球体３の内側空間および球形容器１から完全に分離させられかつ絶縁されている。

容器１内の球体全ては、球形チャンバー２の壁に対して固定されたサポートスペーサ５によって適所で保持されている。内側球体に対して放射状に、かつ全てが球３の中心に向けられた状態で、球体の周囲に沿って等間隔で、多くの電磁石４が取り付けられている。それらは、筒状ハウジング４ａを貫通するが、この筒状ハウジング４ａは、球状チャンバー２と内側チャンバー３とを接続している。それゆえ、電磁石４の陽極尖端は全て、チャンバー３の中心から同じ距離を置いて配置されており、理想的な球体を形成している。各電磁石４は、陽極尖端のマイクロメーター調整デバイスを備えており、これによって全ての尖端が確実にチャンバー３の中心から同じ距離に存在するようになる。各電磁石４の各巻き線は、容器１の上側キャップを開けることができるように引き伸ばすことが可能な電気ケーブルによって、容器１の球面壁の気密スロットに固定された、そのコネクター１０に対して電気的に接続されている。球形容器１の空間は球形チャンバー３の空間とつながっているので、接続部８によって両方の環境には高度の真空が形成される。

導入パイプ７および排出パイプ８を経て、チャンバー２とチャンバー３との間の空間内で、したがって球形チャンバー３の周りで冷却流体が循環し、核反応によって球形チャンバー３自身の内部で生じた熱エネルギーを運び出す。気密シールを伴って容器１の球状壁を貫通し、かつ筒状ハウジング９ａによって球形チャンバー２を貫通するパイプ９は、反応チャンバー３に、原子核の部分的融合に必要な(結局のところ水素同位体の濃度が高められた)純水を供給する。そうしたパイプ９は、容器１の上側キャップを開けることができるように伸長可能である。

図２は電力プラントの概略図である。断面で示す単一の球体１２は、図１による原子核部分融合反応炉全体を示す。冷却流体排出配管１３は、循環ポンプ１６を伴って(図１に示すパイプ６との接続部を介して)反応炉から蒸気生成熱交換器１７まで導かれている。熱交換器１７から、冷却流体は、図１のパイプ７に接続された配管１４を経て反応炉に戻る。生成された蒸気は、発電機１９に接続されたタービン１８に案内される。タービンからの排出蒸気は復水器２０内で液化され、そしてこの凝結水は、ポンプ２４によって蒸気生成器１７へと再循環させられる。真空ポンプ１５は、図１の接続部８を介して、球形容器１内に高度の真空を形成する。

計量ポンプ２６は、図１のパイプ９を介して、原子核部分融合のために必要な(結局のところ水素同位体の濃度が高められた)純水を反応炉に供給する。

図１の電磁石４は、図１のコネクター１０を介して、電気ケーブル２３に対して電気的に接続されており、この電気ケーブル２３は今度は直流で電気インパルスの変調器および分配器２２に接続されている。ケーブル２３は、磁界が反応球形チャンバー３の中心方向に陽となるように電磁石４に対して接続されている。インパルス変調器／分配器２２は電流整流器２１から電力供給を受け、この整流器２１には今度は電気システムからの電流が供給される。変調器／分配器２２は、適当な測定機器および制御デバイスによって、常時、各電磁石４によって生成される脈動磁界強度の一様性を確保し、したがって電磁石４自身の不可避的な製造公差を補償する。言い換えれば変調器／分配器２２は、反応球形チャンバー３の中心において脈動磁界を最大化するために、そして電離した蒸気中に存在する水素同位体原子核の部分的融合を助けるために、電磁石４の全ての同調をもたらす。図面を分かりやすくするために省いた、適当な測定器機および制御デバイス(反応チャンバー２７内部の温度、冷却流体の温度、原子核の部分的融合のために供給される水の流量、球体の温度、磁界強度その他)は、核反応炉(原子炉)が生成するエネルギーを調整するために、変調器／分配器２２を介して、磁気インパルス周波数および強度の制御を可能とする。

図３に示すさらなる実施形態は、球形反応チャンバー２７を用いて実現されている。球形反応チャンバー２７に対して放射状に、そして全てがチャンバー自身の中心に向けられた状態で、電磁石２８は、球形反応チャンバー２７の周囲に沿って等間隔で取り付けられている。全ての電磁石２８の陽極尖端は、球形反応チャンバー２７の中心から等しい距離を置いて配置されており、理想的な球を形成している。各電磁石２８は陽極尖端のマイクロメーター調整デバイスを備え、これによって全ての尖端が確実に球形チャンバー２７の中心から同じ距離に存在するようになる。電磁石２８は、反応チャンバー２７に溶接された筒状ハウジング２８ａ内を通って突出しており、そして筒状ハウジング２８ａ自身の上端にねじ込まれたそのキャップ２９およびＯリング３０によって、球形反応チャンバー２７の完全な気密性を確保するようになっている。それゆえ、抽出パイプ３５を介して球形反応チャンバー２７内に高度の真空を形成することができる。電磁石２８の巻き線は、電気ケーブル３６によってコネクター３７に対して電気的に接続されているが、このコネクター３７が外部との電気的接続を確実なものとする。図３および図４を参照すると、各反応チャンバー２７は導入パイプ３１を備えるが、これが反応チャンバー自身に、原子核の部分的融合のために必要な(結局のところ水素同位体の濃度が高められた)純水を供給する。各球形反応チャンバー２７は底面に外部ブロック３２を備えるが、これはそれ自体がバイオネット接続によって図３および図４に示されたサポートプレート３３に対してつながる。各球形反応チャンバー２７は、この球形チャンバー２７と一体の上部ハンドル４４を用いて、サポートプレート３３から取り外すことが、そしてそれに対して再び組み付けることができる。(結局のところ水素同位体の濃度が高められた)純水の導入パイプ３１と、高度の真空のための抽出パイプ３５と、電磁石２８に対して接続された電気ケーブルを支持するチューブ４５とは全て、取り外し可能なプレート３４に集まっている。

さらに詳しく言うと、図４は本発明の一実施形態に係る装置を極めて簡略化して示しているが、このものは、球形反応チャンバー２７の全てを支持する水平固定プレート３３を内部に備える耐圧円筒形槽３８を具備してなる。固定プレート３３は、冷却流体の上向きの流れを可能とするために、その全表面に円形開口部を有するが、冷却流体は、球形反応チャンバー２７の全てを包み込み、これによって原子核の部分的融合によって反応チャンバー自身が生み出した熱エネルギーを取り出すようになっている。球形反応チャンバー２７上に配置されたプレート３４はまた、冷却流体の上向きの流れを可能とする開口部を備え、かつ、メンテナンスまたは交換を可能とするべく球形反応チャンバー２７の取り外しおよび設置を可能とするためにフック４３を用いて取り出すことが可能となっている。このプレート３４はそれ自身の上で、全ての球形反応チャンバー２７の(図３に示す)パイプ３１,３５および４５の全てをまとめ、そして流体を通さないフランジを経て円筒形槽３８の外部に、それらを案内している。加圧冷却流体は導入口４０を経て円筒形槽３８内に流入し、そして排出口４１を経て流出する。円筒形槽３８は上端に取り外し可能なキャップ３９を備え、これによってその内部にアクセスすることが可能となっている。

図５は、図３および図４の実施形態による反応炉の電力プラントの概略図である。断面で示す単一のシリンダー３８が反応炉全体を示している。冷却流体排出配管４６は、循環ポンプ４７を用いて(図４に示す排出口４１との接続部を経由して)反応炉から蒸気生成熱交換器４８へと導かれている。熱交換器から冷却流体は、図４の導入口４０につながった配管４５を経て反応炉に戻る。生成された蒸気は、発電機５０に接続されたタービン４９へと案内される。タービンからの排出蒸気は復水器５１において凝結させられ、そして凝結水はポンプ５２によって蒸気生成器４８へと再循環させられる。真空ポンプ５３は、図３のチューブ３１との接続部を経て、全ての球形反応チャンバー２７内に高度の真空を形成する。

図３のパイプ３５の全てに対して接続された計量ポンプ５４は、全ての球形反応チャンバー２７に、原子核の部分的融合のために必要な(結局のところ水素同位体の濃度が高められた)純水を供給する。

図３の電磁石２８は、図３のコネクター３７を経由し、輸送チューブ４５を経由し、図４のフランジ４２を経由し、そして図５の輸送チューブ４４を経由して、電気インパルスの変調器および分配器５５に対して直流で電気的に接続されている。電磁石２８は、磁界が反応チャンバー２７のそれぞれの中心の方向に陽となるよう給電される。インパルス変調器／分配器５５は電流整流器５６から電力供給を受けるが、この整流器５６には今度は電気システムから電流が供給される。変調器／分配器５５は、適当な測定器機および制御デバイスによって、常時、各電磁石２８によって生成される脈動磁界強度の一様性を確保し、これによって電磁石２８自身の不可避的な製造公差を補償する。すなわち変調器／分配器５５は、球形反応チャンバー２７のそれぞれの中心において脈動磁界を最大化し、そして電離した蒸気内に存在する水素同位体原子核の部分的融合を促進するために、各球形反応チャンバー２７の全ての電磁石２８の同調をもたらす。

図面を分かりやすくするために省いた、適当な測定器機および制御デバイス(反応チャンバー２７内部の温度、冷却流体の温度、原子核の部分的融合のために供給される水の流量、反応チャンバー２７の球体の温度、磁界強度その他)は、核反応炉(原子炉)が生成するエネルギーを調整するために、変調器／分配器５５を介して、磁気インパルス周波数および強度の制御を可能とする。

本発明による反応炉の一実施形態の縦断面図である。 図１の反応炉によって生成されたエネルギーを使用する電気エネルギー生成システムの概略図である。 本発明による反応炉のさらなる実施形態の縦断面図である。 図３の実施形態に係る一つ以上の反応炉を含む円筒形槽の縦断面図である。 図３ならびに図４の反応炉によって生成されたエネルギーを使用する電気エネルギー生成システムの概略図である。

符号の説明

１ 球形容器
２ 外側球形チャンバー
３ 内側チャンバー
４ 電磁石
４ａ 貫通チューブ
５ サポートスペーサ
６ パイプ
７ 導入パイプ
８ 接続部
９ パイプ
９ａ 筒状ハウジング
１０ コネクター
１１ Ｏリング
１２ 球体
１３ 冷却流体排出配管
１４ 配管
１５ 真空ポンプ
１６ 循環ポンプ
１７ 熱交換器
１８ タービン
１９ 発電機
２０ 復水器
２１ 電流整流器
２２ 変調器／分配器
２３ 電気ケーブル
２４ ポンプ
２５ フック
２６ 計量ポンプ
２７ 反応チャンバー
２８ 電磁石
２８ａ 筒状ハウジング
２９ キャップ
３０ Ｏリング
３１ 導入パイプ
３２ 外部ブロック
３３ サポートプレート
３４ プレート
３５ 抽出パイプ
３６ 電気ケーブル
３７ コネクター
３８ 耐圧円筒形槽
３９ キャップ
４０ 導入口
４１ 排出口
４２ フランジ
４３ フック
４４ 上部ハンドル
４５ チューブ
４６ 冷却流体排出配管
４７ 循環ポンプ
４８ 蒸気生成熱交換器
４９ タービン
５０ 発電機
５１ 復水器
５２ ポンプ
５３ 真空ポンプ
５４ 計量ポンプ
５５ 変調器／分配器
５６ 電流整流器

Claims (8)

1. エネルギー生成方法であって、
   水素同位体を含む電離した水蒸気が存在する状況で、空間のただ一つのポイントに集中する磁気インパルスによって、陽極集中脈動磁界を発生させ、
   前記磁気インパルスを、前記水素同位体の原子核の一時的融合およびこれに続くその遊離が生じるような周波数および強度にて発生させることを特徴とするエネルギー生成方法。
2. 前記水素同位体はジュウテリウムおよび／またはトリチウムであることを特徴とする請求項１に記載のエネルギー生成方法。
3. 前記エネルギーは熱エネルギーに変換され、かつ都合よく取り出されて輸送されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエネルギー生成方法。
4. 本質的に壁と内側チャンバーとからなる気密反応炉であって、前記内側チャンバーは、内部に高度の真空を形成するための吸引システムに対する接続部と、任意選択で水素同位体の濃度が高められた純水を供給する手段と、を備え、電気コネクターが前記反応炉の壁に対して垂直にかつ気密状態で嵌め込まれた電磁石に対して接続されており、前記電磁石の陽極尖端は全て前記内側チャンバーの中心ポイントから同じ距離だけ離れて配置されて理想的な球を形成するよう、前記電磁石は前記内側チャンバーの中心に向けられていることを特徴とする反応炉。
5. 反応炉は本質的に球形状を有し、かつ電磁石は前記反応炉の壁に放射状に嵌め込まれており、陽極尖端は完全に理想的な球体を形成し、この球体の中心は前記反応炉自体の中心と一致するようになっていることを特徴とする請求項４に記載の炉。
6. 水素同位体原子核の一時的融合およびこれに続くその遊離のための装置であって、
   ａ)請求項４または請求項５に記載の少なくとも一つの反応炉を内部に含む、気密密閉手段を備えた容器と、
   ｂ)熱エネルギーを取り出すための手段と、
   ｃ)電気システムからの電流の整流器であって、全ての電磁石に同時に給電する能力を有する整流器と、
   ｄ)電気インパルスを変調させ、それを前記電磁石間で分配できる手段であって、前記電磁石自身の精密な同調を、したがって前記炉の内側チャンバー内の強い陽極脈動磁界を実現でき、水素同位体原子核の一時的融合およびこれに続くその遊離を引き起こしかつそれを維持することを可能とする手段と、
   を具備してなることを特徴とする装置。
7. 請求項６に記載の、水素同位体原子核の一時的融合およびこれに続くその遊離のための装置であって、前記反応炉は二重壁を備え、これは前記内側チャンバーを取り囲む第２のチャンバーを形成し、その内部で熱エネルギーを取り出すための冷却流体が循環し、前記第２のチャンバーは、前記反応炉内側チャンバーとも、前記容器の内部空間とも連通していないことを特徴とする装置。
8. 請求項６に記載の、水素同位体原子核の一時的融合およびこれに続くその遊離のための装置であって、前記少なくとも一つの反応炉は気密槽内に収容されており、この層の内部を前記熱エネルギー取り出し媒体が循環するようになっていることを特徴とする装置。

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