JP2015114316A - Device and method for generating neutrons by nuclear fusion - Google Patents

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健太郎 堀川
Kentaro Horikawa
健太郎 堀川
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and a method for generating neutrons by nuclear fusion, by the use of electromagnetic interaction.SOLUTION: A device for generating neutrons by nuclear fusion places a container that: can rotate around a rotational axis; has inner spaces arranged radially toward the outside of the rotational axis; and is arranged with metals in outer portions of the inner spaces. The device arranges, above the rotational axis, a magnetic field generator generating a magnetic field in a constant direction along the rotational axis of the container. Further, the device places an electromagnetic wave generator applying electromagnetic waves to the inner spaces.

Description

この発明は、電磁相互作用を利用し、核融合による中性子生成装置及び生成法に関するものである。  The present invention relates to a neutron generation apparatus and generation method by nuclear fusion using electromagnetic interaction.

従来、中性子生成法にはウランやプルトニウムなど放射性核の核分裂反応を利用する方法や加速された陽子などの荷電粒子を標的に照射し発生させる方法などがある。  Conventionally, neutron generation methods include a method using a nuclear fission reaction such as uranium and plutonium, and a method of generating a target by irradiating charged particles such as accelerated protons.

これらには、次のような欠点があった。
中性子を発生させるためには巨大な原子炉や加速器を必要とするため設置できる場所が限られ、しかも利用するには高額の費用がかかる。原子炉の場合には、核種の保管や廃棄に莫大な費用がかかり、さらに一旦事故が発生すると施設や周囲に甚大な被害を及ぼす恐れがある。
本発明は、以上のような欠点をなくすためになされたものである。
These have the following disadvantages.
In order to generate neutrons, a huge nuclear reactor and accelerator are required, so the places where they can be installed are limited, and they are expensive to use. In the case of nuclear reactors, the storage and disposal of nuclides is enormous, and once an accident occurs, there is a risk of serious damage to the facility and surroundings.
The present invention has been made to eliminate the above drawbacks.

回転軸の周りに回転できるようにし、回転軸の外側に向かって放射状に配置された内空を有し、この内空の外側部分に金属を配した容器を設置する。この容器の回転軸に沿って一定方向の磁界を発生する磁界発生装置を回転軸上に配置する。さらに内空に対して電磁波をかける電磁波発生装置を設置する。
本発明は、以上の構成よりなる核融合による中性子生成装置である。
A container having an inner space radially arranged toward the outer side of the rotating shaft so as to be rotatable around the rotating shaft and having a metal disposed on the outer portion of the inner space is installed. A magnetic field generator that generates a magnetic field in a certain direction along the rotation axis of the container is disposed on the rotation axis. In addition, an electromagnetic wave generator that applies electromagnetic waves to the inner sky will be installed.
The present invention is a neutron generator by nuclear fusion having the above configuration.

三重水素イオンと重水素イオンを含有する溶液、あるいは三重水素イオンと重水素イオンを含有する気体を容器の内空に入れる。この容器の回転軸方向に沿って、内空全体を覆うように一定方向の磁界を発生させる。次に、この容器を回転軸の周りに一定方向に回転させる。この回転により内空内のイオンには磁界からのローレンツ力が働き、イオンの電荷に従い回転軸の内側または外側に移動する。外側に陽イオンが移動するように磁界の向きを設定することにより、三重水素イオン及び重水素イオンが内空の外側部分に移動し、互いに接近する。内空の外側部分にある金属は、磁界中を移動しているためうず電流のためジュール熱が発生し、これにより溶液、あるいは気体を加熱する。さらに、内空の溶液や気体に対して容器の外から電磁波をかけて加熱する。この結果、三重水素イオン及び重水素イオンの運動速度が増加し、この状態を長時間持続することでトンネル効果により三重水素イオンと重水素イオン間で核融合が発生し、中性子が生成される。本発明は、
比較的簡単な装置で中性子を発生することができるため設置が容易であり、原子炉に比べて放射性廃棄物も少ない。三重水素イオンおよび重水素イオンは入手しやすく、比較的安価で使用できる。
A solution containing tritium ions and deuterium ions or a gas containing tritium ions and deuterium ions is put into the inner space of the container. A magnetic field in a certain direction is generated so as to cover the entire inner space along the rotation axis direction of the container. Next, the container is rotated in a certain direction around the rotation axis. By this rotation, Lorentz force from the magnetic field acts on the ions in the inner space, and moves to the inside or outside of the rotation axis according to the charge of the ions. By setting the direction of the magnetic field so that positive ions move outward, the tritium ions and deuterium ions move to the outer part of the inner space and approach each other. Since the metal in the outer portion of the inner space moves in the magnetic field, Joule heat is generated due to the eddy current, thereby heating the solution or gas. Furthermore, it heats by applying electromagnetic waves from outside the container to the solution or gas in the interior. As a result, the movement speeds of the tritium ions and deuterium ions increase, and by maintaining this state for a long time, nuclear fusion occurs between the tritium ions and the deuterium ions by the tunnel effect, and neutrons are generated. The present invention
Neutrons can be generated with a relatively simple device, so installation is easy and there is less radioactive waste than nuclear reactors. Tritium ions and deuterium ions are readily available and can be used at a relatively low cost.

本発明の利用時の横断面図である。  It is a cross-sectional view at the time of utilization of this invention. 本発明の利用時の容器の回転軸に沿った断面図である。  It is sectional drawing along the rotating shaft of the container at the time of utilization of this invention. 容器内の金属を内空と接触しないように配置した時の横断面図である。  It is a cross-sectional view when arrange | positioning so that the metal in a container may not contact inner space. 磁界発生装置を容器の回転軸の外側に配置した時の、容器の回転軸に沿った断面図である。  It is sectional drawing along the rotating shaft of a container when a magnetic field generator is arrange | positioned on the outer side of the rotating shaft of a container.

以下、本発明を実施するための形態について説明する。
図1及び図2に示すように、回転装置(11)を用いて回転軸の周りに回転できるようにし、回転軸の外側に向かって放射状に配置された内空(2)を有し、この内空の外側部分に金属(3)を配した容器(1)を設置する。この容器の回転軸に沿って一定方向の磁界を発生する磁界発生装置(10)を回転軸上に配置する。さらに内空に対して電磁波(5)をかける電磁波発生装置(4)を設置する。
本発明は、以上のような構造である。
Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described.
As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the rotating device (11) is used to rotate around the rotation axis, and has an inner space (2) radially arranged toward the outside of the rotation axis. A container (1) in which a metal (3) is arranged on the outer part of the inner space is installed. A magnetic field generator (10) that generates a magnetic field in a certain direction along the rotation axis of the container is disposed on the rotation axis. Furthermore, an electromagnetic wave generator (4) that applies an electromagnetic wave (5) to the inner space is installed.
The present invention has the above structure.

本発明を使用するときは、重水素イオンを含有する溶液、または三重水素イオンと重水素イオンを含有する溶液を流入出口(12)から容器の内空(2)にいれる。あるいは重水素イオンを含有する気体、または三重水素イオンと重水素イオンを含有する気体を容器の内空に入れる。この容器の回転軸方向に沿って、磁界発生装置(10)により内空全体を覆うように一定方向の磁界を発生させる。次に、この容器を回転装置(11)により回転軸の周りに一定方向に回転させる。この回転により内空内のイオンには磁界からのローレンツ力が働き、イオンの電荷に従い回転軸の内側または外側に移動する。外側に陽イオンが移動するように磁界の向きを設定することにより、重水素イオン(7)及び三重水素イオン(6)が内空の外側部分に移動する。内空の外側部分にある金属(3)は、磁界中を移動しているためうず電流によるジュール熱が発生し、内空内のイオンを加熱する。さらに、内空の溶液や気体に対して容器の外からマイクロ波などの電磁波(5)をかけて加熱する。こうすることにより接近した重水素イオン及び三重水素イオンの運動速度を増加させる。この状態を長時間持続することで、トンネル効果により重水素イオン同士、あるいは三重水素イオンと重水素イオンとの間で核融合が発生し、中性子(9)が生成される。  When using the present invention, a solution containing deuterium ions or a solution containing tritium ions and deuterium ions is put into the inner space (2) of the container from the inlet / outlet (12). Alternatively, a gas containing deuterium ions or a gas containing tritium ions and deuterium ions is put into the inner space of the container. A magnetic field in a fixed direction is generated by the magnetic field generator (10) so as to cover the entire inner space along the rotation axis direction of the container. Next, the container is rotated in a fixed direction around the rotation axis by the rotating device (11). By this rotation, Lorentz force from the magnetic field acts on the ions in the inner space, and moves to the inside or outside of the rotation axis according to the charge of the ions. By setting the direction of the magnetic field so that the positive ions move outward, the deuterium ions (7) and the tritium ions (6) move to the outer part of the inner space. Since the metal (3) in the outer portion of the inner space is moving in the magnetic field, Joule heat is generated due to the eddy current and heats the ions in the inner space. Furthermore, it heats by applying electromagnetic waves (5), such as a microwave, from the outside of the container to the solution or gas in the interior. This increases the speed of movement of the close deuterium and tritium ions. By maintaining this state for a long time, nuclear fusion occurs between deuterium ions or between tritium ions and deuterium ions by the tunnel effect, and neutron (9) is generated.

本発明で使用する重水素イオン、あるいは三重水素イオンと重水素イオンを含有する溶液や気体として、強酸を用いる。強酸は陽イオンと陰イオンが強く電離しているため、
容易に三重水素イオン及び重水素イオンの濃度を高めることができる。また、三重水素イオン及び重水素イオンの濃度や量を決定しやすくなる。
A strong acid is used as a solution or gas containing deuterium ions or tritium ions and deuterium ions used in the present invention. Strong acids have a strong ionization of cations and anions,
The concentration of tritium ions and deuterium ions can be easily increased. In addition, the concentration and amount of tritium ions and deuterium ions can be easily determined.

本発明の内空の外側部分に設置した金属と、内空内の溶液あるいは気体間での化学反応を抑制するために、図3に示すように金属が内空内に接しないよう配置する。  In order to suppress the chemical reaction between the metal installed in the outer portion of the inner space of the present invention and the solution or gas in the inner space, the metal is arranged so as not to contact the inner space as shown in FIG.

図4に示すように、磁界発生装置を容器の外側に設置する。こうすることでも回転軸に沿った磁界を発生することができる。  As shown in FIG. 4, the magnetic field generator is installed outside the container. This also generates a magnetic field along the rotation axis.

本発明の内空内のイオンに働くローレンツ力を増強させるために、磁界発生装置を容器の回転軸の周りに容器と反対方向に回転させる。  In order to increase the Lorentz force acting on the ions in the inner space of the present invention, the magnetic field generator is rotated around the rotation axis of the container in the direction opposite to the container.

例1:ホウ素中性子捕捉療法への応用
中性子を用いた抗腫瘍療法として、ホウ素中性子捕捉療法が知られる。患者に、あらかじめ質量数10のホウ素化合物を投与し、腫瘍にホウ素が集まったときに中性子を照射すると、ホウ素をたくさん取り込んだ腫瘍細胞では細胞内部のホウ素と熱中性子の核反応が生じ、発生したアルファ線と質量数7のリチウム粒子が腫瘍細胞を障害する。この治療法には、中性子を照射する大きな施設が必要であるため、実施可能施設が非常に限られている。そこで、本発明の周囲をコンクリートなどの遮蔽物で覆い、中性子を狭い範囲にとりだせるようにすることにより、ホウ素中性子捕捉療法を受け易くすることが可能である。
Example 1: Application to boron neutron capture therapy Boron neutron capture therapy is known as an antitumor therapy using neutrons. When a boron compound with a mass number of 10 was administered to a patient in advance and neutrons were irradiated when boron was collected in the tumor, a nuclear reaction between boron inside the cell and thermal neutrons occurred in tumor cells that had taken in a lot of boron. Alpha rays and mass 7 lithium particles damage tumor cells. This treatment method requires a large facility for neutron irradiation, so the feasible facilities are very limited. Therefore, it is possible to easily receive boron neutron capture therapy by covering the periphery of the present invention with a shielding material such as concrete so that neutrons can be extracted in a narrow range.

例2:中性子エネルギーの利用
生成された中性子のエネルギーを熱エネルギーあるいは電気エネルギーとして利用するため、本体の周囲に水槽を設置し水を循環させる。本発明により生成された中性子を吸収することで加熱された水を熱エネルギー源として、あるいは加熱された水を利用して発電機に連結したタービンを回し、電気エネルギー源として利用する。
Example 2: Use of neutron energy In order to use the generated neutron energy as heat energy or electric energy, a water tank is installed around the main body and water is circulated. The water heated by absorbing the neutrons generated according to the present invention is used as a thermal energy source, or the turbine connected to the generator using the heated water is rotated and used as an electrical energy source.

例3:トリチウムの生成
本中性子発生装置の周囲にリチウムあるいはリチウムを含む化合物を配置し、本発明により生成された中性子をリチウムと反応させることにより、トリチウムを発生させる。このトリチウムを回収し利用する。
Example 3: Generation of tritium Tritium is generated by placing lithium or a compound containing lithium around the neutron generator and reacting the neutron generated according to the present invention with lithium. This tritium is recovered and used.

符合の説明Explanation of sign

1 容器
2 内空
3 金属
4 電磁波発生装置
5 電磁波
6 三重水素イオン
7 重水素イオン
8 陰イオン
9 中性子
10 磁界発生装置
11 回転装置
12 内空の流入出口
13 内空に接していない金属
14 容器の外側に設置された磁界発生装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Container 2 Inner space 3 Metal 4 Electromagnetic wave generator 5 Electromagnetic wave 6 Tritium ion 7 Deuterium ion 8 Anion 9 Neutron 10 Magnetic field generator 11 Rotating device 12 Inlet / outlet 13 in the inner space 13 Metal 14 not contacting the inner space Magnetic field generator installed outside

Claims (10)

重水素イオン、または三重水素イオンと重水素イオンを含有する溶液、あるいは、重水素イオン、または三重水素イオンと重水素イオンを含有する気体を、一定方向の磁界の中で、磁界と同一方向の回転軸の周りに回転させ、溶液、あるいは気体中のイオンにローレンツ力を働かせることにより、重水素イオン同士、または三重水素イオンと重水素イオンを接近させ核融合を発生させることを特徴とする核融合による中性子生成法。  A solution containing deuterium ions or tritium ions and deuterium ions, or a gas containing deuterium ions or tritium ions and deuterium ions, in the same direction as the magnetic field. A nucleus characterized in that deuterium ions or tritium ions and deuterium ions are brought close to each other to generate nuclear fusion by rotating around a rotation axis and applying Lorentz force to ions in solution or gas. Neutron generation method by fusion. 請求項1の方法において、溶液、または気体を、電磁波により加熱させることを特徴とする核融合による中性子生成法。  2. The method according to claim 1, wherein the solution or gas is heated by electromagnetic waves. 請求項1の方法において、溶液、または気体を、磁界中を移動する金属内のうず電流により発生するジュール熱で加熱することを特徴とする核融合による中性子生成法。  The method according to claim 1, wherein the solution or gas is heated by Joule heat generated by eddy current in a metal moving in a magnetic field. 請求項1の方法において、磁界を回転軸の周りに、溶液、あるいは気体と反対方向に回転させたことを特徴とする核融合による中性子生成法。  The method of claim 1, wherein the magnetic field is rotated around the rotation axis in the direction opposite to that of the solution or gas. 回転軸の周りに回転できるようにし、回転軸の外側に向かって放射状に配置された内空を有し、この容器の回転軸に沿って一定方向の磁界を発生する磁界発生装置を容器の回転軸上に配置し、さらに内空に対して電磁波をかける電磁波発生装置を設置し、容器の内空に重水素イオン、または三重水素イオンと重水素イオンを含有する溶液、あるいは、重水素イオン、または三重水素イオンと重水素イオンを含有する気体を入れたことを特徴とする核融合による中性子生成装置。  Rotating the container with a magnetic field generating device that can rotate around the rotation axis and has an inner space radially arranged toward the outside of the rotation axis, and generates a magnetic field in a certain direction along the rotation axis of the container Installed on the shaft, and further installed an electromagnetic wave generator that applies electromagnetic waves to the inner space, a solution containing deuterium ions, tritium ions and deuterium ions in the inner space of the container, or deuterium ions, Alternatively, an apparatus for generating neutrons by fusion, which contains a gas containing tritium ions and deuterium ions. 請求項5の装置において、回転軸の周りに回転できるようにし、回転軸の外側に向かって放射状に配置された内空を有し、この内空の外側部分に金属を配した容器を設置したことを特徴とする核融合による中性子生成装置。  6. The apparatus according to claim 5, wherein a container having an inner space radially arranged toward the outer side of the rotating shaft so as to be able to rotate around the rotating shaft and having a metal disposed on an outer portion of the inner space is installed. A neutron generator by nuclear fusion characterized by this. 請求項5または6の装置において、磁界発生装置を容器の回転軸の周りに、容器と反対方向に回転するようにしたことを特徴とする核融合による中性子生成装置。  7. The neutron generating apparatus according to claim 5, wherein the magnetic field generator is rotated around the rotation axis of the container in a direction opposite to the container. 請求項5または6の装置において、磁界発生装置を容器の外側に配置したことを特徴とする核融合による中性子生成装置。  7. An apparatus for neutron generation by fusion according to claim 5, wherein the magnetic field generator is disposed outside the container. 請求項6の装置において、容器内の金属を内空と接しないように配置したことを特徴とする核融合による中性子生成装置。  The apparatus according to claim 6, wherein the metal in the container is arranged so as not to contact the inner space. 請求項1から4の方法、及び請求項5から9の装置で生成された中性子。  Neutrons generated by the method of claims 1 to 4 and the apparatus of claims 5 to 9.
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