JP2016017787A

JP2016017787A - 原子力発電方法及び原子力発電装置

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Publication number: JP2016017787A
Application number: JP2014139347A
Authority: JP
Inventors: 泰男石川; Yasuo Ishikawa
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2016-02-01

Abstract

【課題】核分裂を利用して直接電子を取り出して発電する。【解決手段】反応炉としての密閉ケーシング１内に反応剤（ＮａＯＨ）を収納し、反応剤を５００〜６００℃程度に加熱し、反応剤から飛散する微粒子Ｐと気体（Ｎ2）を反応させて核分裂を起こさせ、反応炉の入口部分で核分裂させて電子リッチなプラズマ雰囲気を形成し、この電子を集電体４で集電し、電子負荷を通過した後に、密閉ケーシング１の出口部分に供給し気体イオンと結合させて気体として取出すようにした。【選択図】図１

Description

本発明は、核変換により発電するための原子力発電方法及びこの方法を実施するための原子力発電装置に関する。

本件発明者は、特願２０１２−１６４５７１号において、アルカリ金属溶融塩をステンレスケーシング内に収納し、減圧下でそれを５００〜６００℃に加熱して前記溶融塩の液面から微細粒子群を反応空間内に飛散せしめ、この微細粒子をＳＵＳ３０４の内壁成分と反応せしめて特殊酸化膜を生ぜしめ、この特殊酸化膜を逐次発達させながら水素を発生させつつ核反応を生ぜせしめる方法を開示している。

特開２０１４−０２５７４３号公報

上記特許文献１には水素を採集しながら核反応が生じることが開示されているが、他の分野の応用には触れられてはいない。

そこで、本発明においては、核反応を原子力発電方法及び発電装置に応用したものであり、本発明の原子力発電方法は、反応炉の気体の入口部分で核分裂により気体イオンと電子リッチなプラズマ雰囲気を形成し、放散している電子を集電部材により外部に取出し、電子を負荷通過後に反応炉の気体の反応炉本体から絶縁された出口部分に供給し、気体イオンと結合させて気体として取出すようにした。

また、前記反応炉はステンレス製であり、その反応炉内には、反応剤が収納され、前記反応炉は３００℃以上に加熱され、反応炉内での核分裂により反応炉自体の電位は、反応炉本体から絶縁された反応炉の出口部分より低くなり、反応炉自体は負極で反応炉の出口部分は正極を形成していることが好ましい。

また、本発明の発電装置は、空気に対して密閉性を有する反応炉と、この反応炉内に収納される反応剤と、反応炉を加熱する加熱装置と、気体が供給され核分裂により形成されるプラズマ雰囲気から電子を集める集電負極部材と、電子を供給して気体イオンを気体に戻すための正極部材からなる。

更に、また、前記反応炉はステンレス製又は鉄製であり、前記反応剤はアルカリ金属水酸化物又はアルカリ金属水酸化物と金属酸化物の混合物であることが好ましい。

更に、また、前記気体は窒素であり、反応炉の気体出口から排出される気体を複数段設けた反応炉に供給するようにすることが好ましい。

ステンレス又は鉄の反応炉内にＫＯＨ又はＮａＯＨ等のアルカリ金属水酸化物を収納し、これを５００〜６００℃に加熱すると、溶融塩の液面からは、微細粒子が反応空間内に飛散し、この微細粒子はステンレス製又は鉄製の集電部材表面に高次酸化膜を形成し、この高次酸化膜の表面からも微細粒子が飛散し、この微細粒子及び高次酸化膜は注入した窒素等の気体分子を吸着して気体原子の一部の原子核を崩壊させ、反応炉入口付近では気体イオンと電子リッチな低温プラズマ雰囲気が形成され、この雰囲気内の電子を集電部材で外部に取出す。この電子は負荷を通って反応炉の反応炉本体から絶縁された出口部分に送られて核崩壊して生成された気体イオンと結合して気体、例えば水素ガスとして取出すようにする。このようにすれば、電気を作り出すことが可能となる。尚、反応炉内からは空気を排出し減圧下で反応気体を注入すれば、反応が活発になり発生する電力も大きくなる。

本発明の原子力発電装置の概略構成図である。図１の集電板の特殊酸化膜形成状態説明図である。本発明の原子力発電装置を複数直列に接続した場合の構成図である。本発明の原子力発電装置の具体的構成図である。反応剤受けの斜視図である。集電体の斜視図である。微細粒子の含有成分を表示した図である。反応炉の横断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１において、本発明の原子力発電装置Ｍは、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）製又は鉄（Ｆｅ）製の反応炉としての密閉ケーシング１を有し、この密閉ケーシング１はその周囲が面状ヒータ２で被われている。前記密閉ケーシング１内の底部には、図５に示すような樋形状の反応剤受け３が収納され、この反応剤受け３はその両端に端板３ａ、３ａを有し、この端板３ａ、３ａ間にフィン３ｂ、３ｂ…３ｂが所定間隔で設けられ、このフィン３ｂには、多数の連通孔Ｏ、Ｏ…Ｏが形成されている。前記反応剤受け３内には、反応剤Ｒが収納され、この反応剤Ｒとしては、ＮａＯＨ、ＫＯＨ等のアルカリ金属水酸化物が使用され、反応剤受け３及びフィン３ｂの材質としては、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等のステンレス材が好ましい。

前記反応剤Ｒは、面状ヒータ２によって５００〜６００℃に加熱されると、溶融塩を形成し、その液面からは、ナノオーダーの微細粒子が反応剤受け３の上方に形成される反応空間Ｓ内に飛散している。前記微細粒子は図７に示すように反応剤Ｒ成分に反応剤受け３の成分すなわち、ＮａＯＨ、ＳＵＳ３０４の場合には、Ｎａ⁺、ＯＨ^-、Ｆｅ³⁺、Ｎｉ²⁺、Ｃｒ³⁺等のイオンと電子（ｅ^-）を含んでいる。

前記密閉ケーシング１の上部内壁には、図６に示すように、反応空間Ｓ内に存在する電子ｅ^-を集電するための集電体４が吊り下げられ、この集電体４は、基板４ａとこの基板４ａから所定間隔で下方に伸びる集電板４ｂ、４ｂ…４ｂからなり、基板４ａの端部から引出線ｌが外部に伸びている。この引出線ｌには負荷Ｌが接続され、引出線ｌの他端には、密閉ケーシング１の一端上面に設けた気体の排出筒５に連なっている。前記排出筒５は密閉ケーシング１と同一材質で形成され、排出筒５と密閉ケーシング１本体とを絶縁する絶縁駒６を介して密閉ケーシング１に取付けられ、前記集電体４は−電極をなし、排出筒５は＋電極を形成している。

前記密閉ケーシング１には、窒素（Ｎ）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）等の気体が注入され、これらの気体分子は、前記微細粒子と反応して核分裂し、その一部が水素（Ｈ₂）となる。前記反応剤受け３の内壁およびフィン３ｂ、更に集電体４の集電版４ｂの表面には、図２に示すように、酸化膜ｆが形成され、この酸化膜は、反応剤ＮａＯＨの加熱時にＮａＯＨの溶融塩および前記微細粒子がステンレス表面に接触して形成され、例えばＮａ₅ＦｅＯ₄、Ｎａ₈Ｆｅ₂Ｏ₇、Ｎａ₃ＦｅＯ₃等の高次の酸化膜であり、この酸化膜からも微細粒子Ｐが飛散している。この酸化膜は気体の吸着性が強く反応気体を結晶構造内に取り込んで核分裂を起こさせるとともに電子を気体原子から剥ぎ取る作用をする。ここで剥ぎ取られた電子および反応空間Ｓ内での微細粒子Ｐと注入気体分子間での核分裂により生じた放散電子は集電板４ｂにより集電され仕事をして＋電極の排出筒５内に供給される。

前記反応空間Ｓ内では、核分裂により生じた水素は水素イオンＨ⁺と電子ｅ^-に電離したプラズマ雰囲気となっており、この水素イオンＨ⁺は排出筒５内で電子（ｅ^-）を捕捉して水素原子Ｈとなり、更に水素分子Ｈ₂ガスとなり、排出される。

注入した気体が全て分裂して水素になるわけではないので、図３に示すように、密閉ケーシング１を直列に複数セットして気体を注入すれば最終段階ではほとんどが水素ガス（Ｈ₂）となる。

尚、注入気体として水蒸気（Ｈ₂Ｏ）を使用した場合には前記酸化膜にＨ₂Ｏの酸素が供給されて酸化膜が発達し、一定以上の酸素が供給されると、通常の酸化膜（Ｆｅ₂Ｏ₃）となり、反応を阻害するので、ケーシングの使用当初に水蒸気を供給し、酸化膜が発達した段階で他の気体に取り換えることが好ましい。

次に、他の実施例について説明する。

図４において、本発明の他の原子力発電装置Ｍ₂は、反応炉としての密閉ケーシング１０を有し、この密閉ケーシング１０は鉄（Ｆｅ）又はステンレス材からなる。ステンレス材としては、フェライト系（ＳＵＳ４３０）でもオーステナイト系（ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４）でも良いが、ニッケル（Ｎｉ）が含まれるオーステナイト系のものが好ましい。これは、ニッケルの触媒作用による効果があるものと思われる。この密閉ケーシング１０内の底部には、ＮａＯＨ、ＫＯＨ等の反応剤Ｒが収納されるとともに所定間隔で密閉ケーシング１と同質材料の集電板１１、１１…１１が設けられ（図８）、この集電板１１は、リング状をなしており、その底部は反応剤Ｒ内に浸漬している。そして、密閉ケーシング１０とこれに接続された集電板１１は−電極を形成し、密閉ケーシング１０の一端板には端子１２が接続され、この端子１２はラインｌにより負荷Ｌを通って、密閉ケーシング１０の端部に取付けられた気体排出筒１３に端子１４を介して連なっている。この排出筒１３はこれを密閉ケーシング１０から絶縁するための絶縁駒１５を介して密閉ケーシング１０に接続され＋電極を形成している。前記密閉ケーシング１０の排出筒１３とは反対側に気体注入パイプ１６が設けられ、このパイプ１６は、開閉弁１７を介して気体ボンベ１８に連なっている。この気体ボンベ１８内には、窒素（Ｎ）、アルゴン（Ａｒ）又はヘリウム（Ｈｅ）等が収納され、これらの気体は開閉弁１７の操作により間欠的に反応炉内に送られる。

前記排出筒１３は、ラインｌ₃によって気体タンク１９に接続され、ラインｌ₃上には開閉弁２０及び真空ポンプ２１が設けられている。前記気体タンク１９は分離膜１９ｂを備え、この分離膜１９ｂは気体タンク１９内に送られる窒素等から水素のみを分離するもので、分離された水素は室１９ａに貯溜され。この水素は密閉ケーシング１０の外周面を加熱するための水素バーナ２５に供給され、この水素バーナ２５によって反応剤Ｒは５００〜６００℃に加熱される。

全域密閉ケーシング１０内の反応剤Ｒの上方に形成された反応空間Ｓ内に窒素等の反応ガスが供給された場合、反応空間Ｓ内の微細粒子と反応ガスとが核反応して、核分裂が起こり、水素イオン（Ｈ⁺）と電子（ｅ^-）が生じる。例えば、窒素（Ｎａ）ガスの場合、核分裂が生じ、１個の陽子が窒素の原子核から分離したとすると、
Ｎ → Ｏ＋Ｐ⁺ → Ｏ＋Ｈ
酸素（Ｏ）と陽子（Ｐ⁺）となり、この陽子は排気筒１３内で電子（ｅ^-）と結合して水素が生じるが、この場合酸素は瞬時にして酸化膜を作り、密閉ケーシング１０内で水素と酸素が共存することはない。核分裂時に放出された電子（ｅ^-）は、集電板１１により集められ外部に取り出される。

本発明は大型にも小型にも製作でき、小型発電機更には既存の発電所の代替となり得る。

１、１０…密閉ケーシング
３…反応剤受け
４…集電体
５、１３…排出筒
６、１５…絶縁駒

Claims

反応炉の気体の入口部分での核分裂により気体イオンと電子リッチなプラズマ雰囲気を形成し、放散している電子を集電部材により外部に取出し、電子を負荷通過後に反応炉の気体の出口部分に供給し電子イオンと結合させて気体として取出すようにした原子力発電方法。
前記反応炉はステンレス製であり、その反応炉内には、反応剤が収納され、前記反応炉は３００℃以上に加熱され、反応炉内での核分裂により反応炉自体の電位は、反応炉の出口部分より低くなり、反応炉自体は負極で反応炉の出口部分は正極を形成している請求項１記載の原子力発電方法。
空気に対して、密閉性を有する反応炉と、この反応炉内に収納される反応剤と、反応炉を加熱する加熱装置と、気体が供給され核分裂により形成されるプラズマ雰囲気から電子を集める集電負極部材と、電子を供給して気体イオンを気体に戻すための正極部材とからなる原子力発電装置。
前記反応炉はステンレス製又は鉄製であり、前記反応剤はアルカリ金属水酸化物、又はアルカリ金属水酸化物と金属酸化物の混合物である請求項３の原子力発電装置。
前記気体は窒素であり、反応炉の気体出口から排出される気体を複数段設けた反応炉に供給するようにした請求項３記載の原子力発電装置。