JP2010014629A

JP2010014629A - ヘリウムガス発生装置およびヘリウムガス発生方法

Info

Publication number: JP2010014629A
Application number: JP2008176348A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Arata; 吉明荒田; Getsujo Cho; 月嫦張
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-01-21

Abstract

【課題】大量のヘリウムガスを容易に発生させることが可能な実用的なヘリウムガス発生装置を提供すること。
【解決手段】ヘリウムガス発生装置１は、ヘリウム成分を含む重水素ガスを重水素透過性を有する壁を透過させることにより、高純度の重水素ガスを発生させる第１の装置１０と、重水素超吸収性を有するＰｄ含有合金の粉末に前記高純度の重水素ガスを供給することにより、前記粉末の内部でヘリウムを発生させる第２の装置２０と、前記粉末を加熱することにより、前記粉末の中のヘリウムを前記第２の装置の外部に排出する加熱装置４０と、前記第２の装置から排出されたヘリウムから高純度のヘリウムガスを発生させる第３の装置３０とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、大量のヘリウムガスを容易に発生させることが可能な実用的なヘリウムガス発生装置およびヘリウムガス発生方法に関する。

電気分解を利用して超高圧の重水素ガスを生成する方法が知られている（例えば、本願発明者による特許文献１を参照）。この方法は、「超高温核融合」と「固体核融合（常温核融合）」の開拓者として本願発明者を紹介した米国科学技術誌”２１^ｓｔＣＥＮＴＵＲＹＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ”（１９９５）においても紹介されている。この方法に用いる重水素ジェネレータの構造は、本願発明者によって後に”ＤＳ−カソード”（”ＤｏｕｂｌｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅＣａｔｈｏｄ”）と命名される熱エネルギー発生装置の構造と実質的に同等であり、本願発明者の長年にわたる熱核反応に関する研究の源流となっている。

本願発明者によって開発されたＤＳ−カソードは、固体核融合（常温核融合）が存在することを立証したものとして世界的に有名である。現在では、固体核融合（常温核融合）の研究者でこれを知らない者はいないほどである。例えば、本願発明者による特許文献２には、ＤＳ−カソードを用いて固体核融合（常温核融合）を生じさせることにより、熱エネルギーを発生させる方法が開示されている。
米国特許第５，６４７，９７０号国際公開第９５／３５５７４号

本願発明者は、この２０年を通じ「固体核融合の実証」について独走的な立場でその成果を示してきた。今回、本願発明者は、大量のヘリウムガスを容易に発生させることが可能な実用的なヘリウムガス発生装置およびヘリウムガス発生方法を開発したので、ここに報告する。

すなわち、本発明は、大量のヘリウムガスを容易に発生させることが可能な実用的なヘリウムガス発生装置およびヘリウムガス発生方法を提供することを目的とする。

本発明のヘリウムガス発生装置は、ヘリウム成分を含む重水素ガスを重水素透過性を有する壁を透過させることにより、高純度の重水素ガスを発生させる第１の装置と、重水素超吸収性を有するＰｄ含有合金の粉末に前記高純度の重水素ガスを供給することにより、前記粉末の内部でヘリウムを発生させる第２の装置と、前記粉末を加熱することにより、前記粉末の中のヘリウムを前記第２の装置の外部に排出する加熱装置と、前記第２の装置から排出されたヘリウムから高純度のヘリウムガスを発生させる第３の装置とを備えている。これにより、上記目的が達成される。

本発明のヘリウムガス発生方法は、ヘリウム成分を含む重水素ガスを重水素透過性を有する壁を透過させることにより、第１の装置において、高純度の重水素ガスを発生させるステップと、重水素超吸収性を有するＰｄ含有合金の粉末に前記高純度の重水素ガスを供給することにより、第２の装置において、前記粉末の内部でヘリウムを発生させるステップと、前記粉末を加熱することにより、前記粉末の中のヘリウムを前記第２の装置の外部に排出するステップと、第３の装置において、前記第２の装置から排出されたヘリウムから高純度のヘリウムガスを発生させるステップとを包含する。これにより、上記目的が達成される。

本発明によれば、大量のヘリウムガスを容易に発生させることが可能な実用的なヘリウムガス発生装置およびヘリウムガス発生方法を提供することができる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

１．ヘリウムガス発生装置１の構成
図１は、本発明によるヘリウムガス発生装置１の構成を示す。

ヘリウムガス発生装置１は、ヘリウム成分を含む重水素ガスを重水素透過性を有する壁（例えば、Ｐｄ壁）を透過させることにより、高純度の重水素ガスを発生させる第１の装置１０と、重水素超吸収性を有するＰｄ含有合金の粉末に、第１の装置１０から高純度の重水素ガスを供給することにより、粉末の内部でヘリウムを発生させる第２の装置２０と、第２の装置２０内の粉末を加熱することにより、その粉末の中のヘリウムを前記第２の装置の外部に排出する加熱装置４０と、第２の装置２０から排出されたヘリウムから高純度のヘリウムガスを発生させる第３の装置３０とを備えている。

第１の装置１０は、ステンレスベッセル１１と、ステンレスベッセル１１の内部に配置されているＰｄベッセル１２とを含む。ステンレスベッセル１１およびＰｄベッセル１２は、例えば、円筒形である。Ｐｄベッセル１２の外側にあるステンレスベッセル１１の内部空間には、管１３を介して、市販のボンベに封入されている重水素ガス（ボンベガス）が供給される。ボンベガスは、少量のヘリウムガスを含有している。第１の装置１０は、ボンベガスに含有されているヘリウムガスを除去することにより、高純度の重水素ガスを発生させる装置（すなわち、”Ｄ_２ｇａｓｃｌｅａｎｅｒａｐｐａｒａｔｕｓ”）として機能する。

重水素ガス（ボンベガス）がステンレスベッセル１１に供給されると、その重水素ガスはＰｄベッセル１２の壁を透過し、Ｐｄベッセル１２の中に高純度の重水素ガスとして充填される。ここで、「高純度の重水素ガス」は、純度１００％レベルの重水素ガス（すなわち、ヘリウムガスを全く含まない重水素ガス）であることが好ましいが、純度１００％レベルに近い高純度の重水素ガス（例えば、純度９９．５％以上の重水素ガス）であってもよい。このように、Ｐｄベッセル１２は、重水素ガスを透過させるが、ヘリウムガスを透過させないＰｄフィルタとして機能する。従って、ヘリウムガスは、ステンレスベッセル１１の中に残留する。時間の経過とともに、ステンレスベッセル１１の中には、高純度のヘリウムガスが蓄積されることになる。このようにして蓄積された高純度のヘリウムガスは、ヘリウムガスタンク１４によって回収され得る。なお、Ｐｄベッセル１２の代わりに、重水素透過性を有する壁を含む任意のベッセルを用いてもよい。

Ｐｄベッセル１２内に充填された高純度の重水素ガスは、管１５を介して、第２の装置２０に供給される。

第２の装置２０は、反応容器２１を含む。

反応容器２１は、反応容器２１の内部に重水素超吸収性を有するＰｄ含有合金の粉末をサンプルとして封入可能なように構成されている。反応容器２１は、高真空状態を実現することができるような密閉構造を有している。反応容器２１は、例えば、ステンレス製である。しかし、反応容器２１の材料として、ステンレス以外の物質を用いてもよい。

高純度の重水素ガスが、管１５を介して、反応容器２１内の粉末に供給されると、反応容器内２１内で「固体核融合反応」が発生する。この「固体核融合反応」により、反応容器２１内の粉末の中に大量のヘリウムが発生することになる。なお、「固体核融合反応」を発生させるために、加熱装置４０によって反応容器２１を加熱することは不要である。

反応容器内２１内で「固体核融合反応」が終了した後、反応容器２１内の粉末が加熱装置４０によって加熱される。加熱装置４０は、任意のタイプのヒータであり得る。この加熱により、粉末の中のヘリウムが第２の装置２０の外部に排出されることになる。従って、第２の装置２０の外部に排出されるガスは、ヘリウムガスおよび重水素ガスの混合ガスである。この混合ガスは、管２２を介して、第３の装置３０に供給される。

第３の装置３０は、ステンレスベッセル３１と、ステンレスベッセル３１の内部に配置されているＰｄベッセル３２とを含む。ステンレスベッセル３１およびＰｄベッセル３２は、例えば、円筒形である。Ｐｄベッセル３２の外側にあるステンレスベッセル３１の内部空間には、管２２を介して、混合ガスが供給される。第３の装置３０は、この混合ガスから重水素ガスを除去することにより、高純度のヘリウムガスを発生させる装置（すなわち、”ｈｅｌｉｕｍｇａｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｐｐａｒａｔｕｓ”）として機能する。

混合ガスがステンレスベッセル３１に供給されると、その混合ガスのうち重水素ガスがＰｄベッセル３２の壁を透過し、ステンレスベッセル３１の中には、その混合ガスのうちヘリウムガスのみが残ることになる。その結果、長時間に渡る反応によって、ステンレスベッセル３１の中には、高純度のヘリウムガスが蓄積されることになる。このようにして蓄積された高純度のヘリウムガスは、ヘリウムガスタンク３４によって回収され得る。ここで、「高純度のヘリウムガス」は、純度１００％レベルのヘリウムガス（すなわち、重水素ガスを全く含まないヘリウムガス）であることが好ましいが、純度１００％レベルに近い高純度のヘリウムガス（例えば、純度９９．５％以上のヘリウムガス）であってもよい。また、Ｐｄベッセル３２の中には、高純度の重水素ガスが蓄積されることになる。このようにして蓄積された高純度の重水素ガスは、重水素ガスタンク３５によって回収され得る。回収された重水素ガスを第１の装置１０のステンレスベッセル１１に供給することによって回収された重水素ガスを再利用するようにしてもよい。これにより、重水素ガスの使用効率を向上させることができる。なお、Ｐｄベッセル３２の代わりに、重水素透過性を有する壁を含む任意のベッセルを用いてもよい。

２．反応容器２１内の「固体核融合反応」
図２は、反応容器２１内で「固体核融合反応」を発生させるための手順を示す。この手順は、「前処理」の段階と、「高純度水素ガスの吸収および化学反応」の段階とを含む。ここで、反応容器２１の内部は、高真空状態にすることができるように構成されている。高真空状態は、例えば、公知の真空ポンプ（図示せず）によって実現することができる。ここで、「高真空状態」とは、実質的に真空である状態（例えば、圧力が１０^−６〜１０^−８Ｔｏｒｒである状態）をいう。

２．１「前処理」の段階
重水素超吸収性を有するＰｄ含有合金の粉末が高純度の重水素ガスと反応する前に、その粉末の表面から酸化物が除去されている。すなわち、サンプルの粉末は、その粉末の表面の酸化物が除去されるように予め処理される。この処理は、「固体核融合反応」が発生する前に行われる処理という意味で「前処理」とも呼ばれる。この「前処理」は、粉末の表面についた湿気や酸化物などの汚れを除去するための処理である。この処理は、例えば、粉末を反応容器２１の内部に入れた状態で、粉末を１５０℃でｂａｋｉｎｇしながら、反応容器２１の内部を高真空状態にすることによって行われる。このとき、特に酸素の除去が重要である。

２．２「高純度重水素ガスの吸収および固体核融合反応」の段階
反応容器２１の内部が高真空状態にされた後、高純度の重水素ガスが、上記「前処理」された粉末に供給される。その結果、重水素ガスの重水素原子Ｄは、上記「前処理」された粉末に吸収される。ここで、重要なことは、第１の装置１０から供給される高純度の重水素ガスの重水素原子Ｄは、上記「前処理」された粉末の中に常温で容易に吸収される、ということである。これによって、粉末の内部は、高密度の重水素原子Ｄで充満されることになる。これを実現するためには、重水素ガスの圧力は約５０〜７０［ａｔｍ］である。その結果、重水素ガスの注入後まもなく、重水素の固体核融合反応により、熱エネルギーが急速に発生し、同時にヘリウムガスも発生する。つまり、２個の重水素が結合して、１個のヘリウムとなり、熱エネルギーが発生する。

３．実験結果
図３は、７ｇの「前処理」されたＺｒＯ_２・Ｐｄの粉末を用い、純度１００％の重水素ガスＤ_２を用いたとき、反応容器２１内で生成された「反応生成熱」を測定した実験結果の一例を示す。

図３において、横軸は経過時間（分）を示し、左側の縦軸は温度（℃）を示し、右側の縦軸は圧力（ａｔｍ）を示す。ここで、Ｔ_ｉｎは、反応容器２１の内部の温度（粉末の温度）を示す。Ｔ_Ｓは、反応容器２１の温度を示す。Ｐ_ｉｎは、反応容器２１の内部の圧力を示す。温度Ｔ_ｉｎは、例えば、粉末に接触するように中空のステンレス配管を配置し、そのステンレス配管の中に温度計を挿入することによって測定される。温度Ｔ_Ｓは、例えば、反応容器２１に接触するように温度計を配置することによって測定される。

この実験例における実測の過剰熱は、約１７５［ＫＪ］であった。

なお、３ｇの「前処理」されたＺｒＯ_２・Ｐｄの粉末を用い、純度１００％の重水素ガスＤ_２を用いた実験例では、実測の過剰熱は、約５２［ＫＪ］であった。

図４Ａおよび図４Ｂは、７ｇの「前処理」されたＺｒＯ_２・Ｐｄの粉末を用い、純度１００％の重水素ガスＤ_２を用いたとき、反応容器２１内で生成された「反応生成物」を測定した実験結果の一例を示す。

図４Ａの（ａ）は、反応生成物測定直前の質量分析器（ＱＭＳ）の初期状態をスペクトル分析した結果を示し、図４Ａの（ｂ）は、その直後、このＱＭＳにより、反応容器２１の内部に存在する反応ガスをスペクトル分析した結果を示す。図４Ａの（ａ）、（ｂ）において、横軸は経過時間（分）を示し、縦軸はスペクトル強度（×１０^−１２［Ａ］）を示す。

図４Ｂは、ＱＭＳにより、サンプル内部に残留する反応生成物をスペクトル分析した結果を示す。図４Ｂにおいて、横軸は経過時間（分）を示し、縦軸はスペクトル強度（×１０^−１１［Ａ］）を示す。

図４Ａおよび図４Ｂを比較するとき、ＱＭＳの性能および^４Ｈｅスペクトルの出現していることがよく分かる。このように、「反応生成物」としてヘリウムガスのみが発生していることは、反応容器２１の内部で「重水素の固体核融合反応が存在した」ということの確実な証拠である。

なお、反応容器２１の内部に存在するガスを分析する他の方法としては、反応容器２の内部に存在するガスを電離して、磁気分析する方法も存在する。

図５は、１８．４ｇの「前処理」されたＰｄ数％含有のＺｒ_３ＮｉＯバルク合金の粉末を用い、純度１００％の重水素ガスＤ_２を用いたとき、反応容器２１内で生成された「反応生成熱」を測定した実験結果の一例を示す。この実験例においても、図４Ａおよび図４Ｂに示される実験結果と同様に「反応生成物」としてヘリウムガスのみが測定された。

以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。

本発明は、大量のヘリウムガスを容易に発生させることが可能な実用的なヘリウムガス発生装置およびヘリウムガス発生方法等を提供するものとして有用である。

本発明によるヘリウムガス発生装置１の構成を示す図反応容器２１内で「固体核融合反応」を発生させるための手順を示す図反応容器２１内で生成された「反応生成熱」を測定した実験結果の一例を示す図反応容器２１内で生成された「反応生成物」を測定した実験結果の一例を示す図反応容器２１内で生成された「反応生成物」を測定した実験結果の一例を示す図反応容器２１内で生成された「反応生成熱」を測定した実験結果の一例を示す図

符号の説明

１ヘリウムガス発生装置
１０第１の装置
１１ステンレスベッセル
１２Ｐｄベッセル
２０第２の装置
２１反応容器
３０第３の装置
３１ステンレスベッセル
３２Ｐｄベッセル
４０加熱装置

Claims

ヘリウム成分を含む重水素ガスを重水素透過性を有する壁を透過させることにより、高純度の重水素ガスを発生させる第１の装置と、
重水素超吸収性を有するＰｄ含有合金の粉末に前記高純度の重水素ガスを供給することにより、前記粉末の内部でヘリウムを発生させる第２の装置と、
前記粉末を加熱することにより、前記粉末の中のヘリウムを前記第２の装置の外部に排出する加熱装置と、
前記第２の装置から排出されたヘリウムから高純度のヘリウムガスを発生させる第３の装置と
を備えたヘリウムガス発生装置。
前記粉末は、ＺｒＯ_２・Ｐｄの粉末、または、Ｐｄ数％含有のＺｒ_３ＮｉＯバルク合金の粉末である、請求項１に記載のヘリウムガス発生装置。
ヘリウム成分を含む重水素ガスを重水素透過性を有する壁を透過させることにより、第１の装置において、高純度の重水素ガスを発生させるステップと、
重水素超吸収性を有するＰｄ含有合金の粉末に前記高純度の重水素ガスを供給することにより、第２の装置において、前記粉末の内部でヘリウムを発生させるステップと、
前記粉末を加熱することにより、前記粉末の中のヘリウムを前記第２の装置の外部に排出するステップと、
第３の装置において、前記第２の装置から排出されたヘリウムから高純度のヘリウムガスを発生させるステップと
を包含するヘリウムガス発生方法。
前記粉末は、ＺｒＯ_２・Ｐｄの粉末、または、Ｐｄ数％含有のＺｒ_３ＮｉＯバルク合金の粉末である、請求項３に記載のヘリウムガス発生方法。