JP2016109658A - Charged particle beam collision type nuclear fusion reactor - Google Patents

Charged particle beam collision type nuclear fusion reactor Download PDF

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一穂 松本
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    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nuclear fusion power generator and a mobile body propulsion device that perform pure nuclear fusion reaction not generating dangerous radiation such as radioactive substances and neutrons.SOLUTION: A nuclear fusion reactor includes means that comprises: two sets of charged particle beam generators, makes charged particle beams face and collide with each other at the center of a vacuum container 55 at speed exceeding the Coulomb barrier determined by the combination of fuel atoms to cause nuclear fusion reaction, and directly obtains energy generated by the nuclear fusion reaction as electric energy on the basis of the principle of an electromagnetic induction action from the kinetic energy of charged particles (part of the energy is taken out as heat); and propulsion means for a mobile body.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、放射性物質を含まない、純粋な核融合反応を行う核融合発電装置並びに移動体の推進装置に関するものである。   The present invention relates to a nuclear fusion power generation apparatus that does not contain a radioactive substance and performs a pure nuclear fusion reaction, and a propulsion apparatus for a moving body.

核分裂反応を利用する発電については、2011年に発生した福島県における原子力発電所事故を発端として危険性が強く認識されることとなった。
核融合による原子力発電については世界中で精力的に研究が進められているが、安全な方式で、実用化の見通しを確立したものは未だ存在していない。
Regarding power generation using fission reaction, the danger was strongly recognized due to the nuclear power plant accident in Fukushima Prefecture that occurred in 2011.
Research on nuclear power generation using nuclear fusion has been carried out energetically all over the world, but there is no safe method that has established a prospect for practical use.

現在研究が進められている核融合炉の方式は、放射性物質を含む燃料による磁気プラズマ閉じ込め方式やレーザーなどを照射する慣性核融合方式の開発が行われている。
核融合反応の自己点火を目標としており、実現が容易とされる「D−D」反応(重水素同士の核融合反応)や「D−T」反応(重水素と三重水素の核融合反応)といった放射性物質を含む核融合反応の研究が中心である。
Currently, research on nuclear fusion reactors is underway, including magnetic plasma confinement with a fuel containing radioactive material and inertial fusion with laser irradiation.
“DD” reaction (deuterium-to-deuterium fusion reaction) and “DT” reaction (deuterium-tritium fusion reaction), which are aimed at self-ignition of fusion reactions Research on fusion reactions involving radioactive materials such as

荷電粒子ビームを利用する研究も存在しているが、もっぱら磁気閉じ込め方式の核融合プラズマを加熱するため、あるいは、レーザー光の代わりに慣性核融合方式のペレットを照射すためであり、荷電粒子ビーム同士を衝突させることで核融合反応を発生する方式についての研究は見当たらない。   There are also studies using charged particle beams, but they are mainly for heating magnetically confined fusion plasmas or for irradiating inertial fusion pellets instead of laser beams. There is no research on the method of generating a fusion reaction by colliding each other.

また、プラズマを使用する方法では、プラズマ内に核融合生成物質が蓄積すると、核融合反応が複雑になり、放射性物質も増えてしまう欠点がある。
また、現在研究されている多くの核融合反応炉は、熱を電気に変換するプロセスが必要となるため、プラントの規模が大きくなるとともに、電気への変換効率が低くなる原因となっている。
In addition, the method using plasma has a drawback that if a fusion product is accumulated in the plasma, the fusion reaction becomes complicated and the radioactive material increases.
Also, many fusion reactors currently being studied require a process for converting heat into electricity, which increases the scale of the plant and reduces the efficiency of conversion to electricity.

既に直接電気としてエネルギーを取り出すことができる磁気プラズマ閉じ込め方式の核融合炉について研究されているが、三重水素など放射性物質を含む反応を利用しているため、安全性に問題が残る。
Research has already been conducted on a magnetic plasma confinement type nuclear fusion reactor that can directly extract energy as electricity. However, since a reaction containing radioactive materials such as tritium is used, there remains a problem in safety.

特開2005−183194気体又は液体から指向性イオンビームを発生する装置Apparatus for generating directional ion beam from gas or liquid 特開2006−189224動力用核融合炉Patent application title: Fusion Reactor for Power 特開2006−308605磁気反転配位における制御された融合および直接的なエネルギー変換Controlled fusion and direct energy conversion in magnetic reversal configuration 特開2009−512985連続パルス進行波加速器2009-512985 Continuous Pulse Traveling Wave Accelerator 特開2013−528310衝突を生じさせるための二つの粒子ビーム用加速器Two particle beam accelerators for causing a collision 特開2008022991エネルギー付与キャピラリー、エネルギー付与装置、および製造方法Patent application title: ENERGY-CONTAINING CAPILLY, ENERGY APPARATUS, AND MANUFACTURING METHOD 出願2014139227容積可変軸流ネジポンプ及び外燃機関Application 2014139227 Volume variable axial flow screw pump and external combustion engine

LHDにおけるD−3He核融合の検討http://www.nifs.ac.jp/report/NIFS−MEMO−021.pdfStudy of D-3He fusion in LHD http://www.nifs.ac.jp/report/NIFS-MEMO-021. pdf トリチウムから見た核融合炉の成立性http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2011_08/jspf2011_08−503.pdfFeasibility of fusion reactor viewed from tritium: http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSF/jspf2011_08/jspf2011_08-503. pdf 先進燃料D−3He 核融合におけるartemis 直接エネルギー変換の実験則の研究http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf2008/jspf2008_02/jspf2008_02−117−jp.pdfAdvanced Fuel D-3He Study of experimental rules of artemis direct energy conversion in fusion http: // jasosx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSPF_TEXT / jspf2008 / jspf2008_02 / jspf2008_02-117-jp. pdf 進行波型直接エネルギー変換器の計算機シミュレーションhttp://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1999/jspf1999_12/jspf1999_12−1396−jp.pdfComputer simulation of traveling wave type direct energy converter http: // jasosx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSPF_TEXT / jspf 1999 / jspf 1999_12 / jspf 1999_12-1396-jp. pdf 1.D−3He核融合の必要性と要請条件http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jsfp1995_06−471.pdf1. Necessity and requirements of D-3He fusion http: // jassx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSFF_TEXT / jspf 1995 / jspf 1995_06 / jsfp 1995_06-471. pdf 2.D−3He核融合反応の物理的特性http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06−475.pdf2. Physical properties of D-3He fusion reaction http: // jasosx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSPF_TEXT / jspf 1995 / jspf 1995_06 / jspf 1995_06-475. pdf 3.D−3He核融合炉とFRC方式http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06−481.pdf3. D-3He fusion reactor and FRC system http://jassx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSFF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06-481. pdf 4.FRCプラズマの生成 http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06−491.pdf4). Generation of FRC plasma http://jassx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JPFF_TEXT/jspf 1995 / jspf 1995_06 / jspf 1995_06-491. pdf 7.直接エネルギー変換http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06−516.pdf7). Direct energy conversion http://jassx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSFF_TEXT/jspf 1995 / jspf 1995_06 / jspf 1995_06-516. pdf 8.D−3He核融合の燃料シズテムhttp://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06−522.pdf8). D-3He Fusion Fuel Siztem http://jassx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf 1995 / jspf 1995_06 / jspf 1995_06-522. pdf 9.ヘリウム3資源[1]http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06−526.pdf9. Helium 3 resource [1] http: // jasosx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSFF_TEXT / jspf 1995 / jspf 1995_06 / jspf 1995_06-526. pdf

D3He核融合生成陽子のエネルギー分布と 直接エネルギー変換http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf2002/jspf2002_07/jspf2002_07−685.pdfD3He fusion-generated proton energy distribution and direct energy conversion http: // jasosx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSFF_TEXT / jspf2002 / jspf2002_07 / jspf2002_07-685. pdf 3He3He核融合反応プラズマからの中性子発生の概算http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1990/jspf1990_11/jspf1990_11−430.pdfEstimated neutron generation from 3He3He fusion reaction plasma: http: // jassx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JPFF_TEXT / jspf1990 / jspf1990_11 / jspf1990_11-430. pdf 3Heアドバンスド燃料核融合の展望http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1989/jspf1989_01/jspf1989_01−5.pdf3He Advanced Fuel Fusion Prospects http: // jasosx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSPF_TEXT / jspf 1989 / jspf 1989_01 / jspf 1989_01-5. pdf 3.リニアコライダ衝突点におけるプラズマの利用http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1994/jspf1994_04/jspf1994_04−362.pdf3. Use of plasma at the collision point of linear collider http: // jassx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSFF_TEXT / jspf1994 / jspf1994_04 / jspf1994_04-362. pdf 4.大気圧プラズマを点けてみようhttp://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf2008/jspf2008_01/jspf2008_01−19.pdf4). Let's turn on atmospheric pressure plasma http: // jasosx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSFF_TEXT / jspf2008 / jspf2008_01 / jspf2008_01-19. pdf 低周波パルス駆動大気圧プラズマジェットの微細化と時間分解計測http://www.jspf.or.jp/jspf_annual09/JSPF26/pdf/1pD17P.pdfRefinement of low-frequency pulse-driven atmospheric pressure plasma jet and time-resolved measurement http: // www. jspf. or. jp / jspf_annual09 / JSPF26 / pdf / 1pD17P. pdf ガラスキャピラリーによるガイド効果を利用した低速多価イオンマイクロビームの生成http://beam.spring8.or.jp/localfs/beam_Web/Proceedings/Proceedings_2008/Ikeda.pdfGeneration of low-velocity multiply charged ion microbeams using the guide effect of glass capillaries http: // beam. spring8. or. jp / localfs / beam_Web / Proceedings / Proceedings_2008 / Ikeda. pdf ナノキャピラリーを有する大気圧プラズマジェットを用いたナノサイズ反応場の生成http://www.jspf.or.jp/jspf_annual10/JSPF27/pdf/03P26.pdfGeneration of nano-sized reaction field using atmospheric pressure plasma jet with nanocapillary http: // www. jspf. or. jp / jspf_annual10 / JSPF27 / pdf / 03P26. pdf 未踏のルミノシティを目指すSuperKEKB加速器http://www.kek.jp/ja/PublicRelations/DigitalLibrary/20110618_1_Akai.pdfSuperKEKB accelerator http: //www.SuperKEKB for unprecedented luminosity kek. jp / ja / PublicRelations / DigitalLibrary / 2011618_1_Akai. pdf KEKB加速器前人未踏のルミノシティを達成http://www−acc.kek.jp/kekb/Talk/oide/10%5E34.pdfKEKB accelerator unprecedented luminosity achieved http: // www-acc. kek. jp / kekb / Talk / oide / 10% 5E34. pdf 2重ノズル型パウダージェットデポジション装置の開発http://lcdev.kek.jp/MechWS/2007/MW07−09Yoshihara.pdfDevelopment of double nozzle type powder jet deposition device http: // lcdev. kek. jp / MechWS / 2007 / MW07-09 Yoshihara. pdf 磁気によるプラズマの加速(プラズマ銃と磁気進行波ピストン)https://www.jstage.jst.go.jp/article/jspf1958/8/3/8_3_235/_pdfAcceleration of plasma by magnetism (plasma gun and magnetic traveling wave piston) https: // www. jstage. jst. go. jp / article / jspf1958 / 8/3 / 8_3_235 / _pdf

解決しようとする課題は、現在研究が進められている多くの核融合炉は、エネルギーを膨大な熱として取り出すこと、移動体で利用が困難なこと、並びに、放射性物質を含む核反応を利用するため、安全性に問題があることである。   The problem to be solved is that many fusion reactors that are currently being researched take out energy as enormous heat, are difficult to use in mobile objects, and use nuclear reactions involving radioactive materials. Therefore, there is a problem with safety.

この発明は、放射性物質及び中性子等の危険な放射線を生成しない核融合反応のみを選択的に利用するとともに、核融合反応により生成したエネルギーを熱以外の形態に直接変換する手段として、荷電粒子の運動エネルギーから直接電気エネルギーとして取得する手段(電力変換手段)、並びに、移動体の推進手段について提案するものである。   This invention selectively uses only the nuclear fusion reaction that does not generate dangerous radiation such as radioactive materials and neutrons, and as a means for directly converting the energy generated by the fusion reaction into a form other than heat, The present invention proposes a means (power conversion means) that directly acquires kinetic energy as electric energy and a propulsion means for a moving body.

表1は、非特許文献1に示される、重水素原子核2H(デューテリウムD)及び三重水素原子核3H(トリチウムT)を燃料とする核融合反応と生成エネルギーである。
表1 良く知られている核融合反応の例
敢えて三重水素(3H、T)を含む核融合反応をリストしたが、中性子n及び三重水素原子核3H(T)が含まれ、三重水素は、1gで3.6×1014Bq、半減期12.3年の弱いβ線を放出してヘリウム3に崩壊するが、内部被ばくをすると大変危険な、常温で気体の放射性物質である。
これらの核反応を利用する核融合炉では、非特許文献2によると運転と並行して炉内のプラズマから三重水素(3H、T)の除去処理を同時に行う必要があるが、漏えい事故や破壊的な事故が起これば核分裂型原子炉と同様に炉内の三重水素(3H、T)が飛散する危険がある。
Table 1 shows fusion reactions and generation energies using deuterium nuclei 2H (deuterium D) and tritium nuclei 3H (tritium T) as fuel.
Table 1 Examples of well-known fusion reactions
Although the fusion reaction containing tritium (3H, T) was purposely listed, neutron n and tritium nucleus 3H (T) were included, and tritium was 3.6 × 10 14 Bq per 1 g, half-life 12. It is a radioactive material that is gaseous at room temperature, which emits weak β-rays for 3 years and decays into helium 3, but is extremely dangerous when exposed internally.
In fusion reactors using these nuclear reactions, according to Non-Patent Document 2, it is necessary to simultaneously remove tritium (3H, T) from the plasma in the reactor in parallel with the operation. If a serious accident occurs, there is a risk that the tritium (3H, T) in the reactor will be scattered like the fission reactor.

福島の原子力事故で発生した汚染水に含まれる三重水素(3H、T)の総量は、僅か1グラムに満たないとされるが、汚染水が溜まる一方で収拾がつかない状況にある。非特許文献10に示されるように、200MW程度の「D−T」反応を利用した実用核融合炉が稼働するには、年間数十キログラムの三重水素(3H、T)を燃料として取り扱うことになるが、貯蔵分は水素吸蔵合金を使用して飛散の危険性を回避するとしても、炉内及び分離処理中の放射性物質の飛散が考えられるので、稼働実績のある核分裂型原子炉よりも危険性の高いプラントであると認識すべきである。   Although the total amount of tritium (3H, T) contained in the contaminated water generated by the Fukushima nuclear accident is less than 1 gram, the contaminated water accumulates but cannot be collected. As shown in Non-Patent Document 10, in order to operate a practical nuclear fusion reactor using the “DT” reaction of about 200 MW, it is necessary to handle several tens of kilograms of tritium (3H, T) as fuel. However, even if the hydrogen storage alloy is used to avoid the risk of scattering, the stored material may be more dangerous than the nuclear fission reactors that have been in operation since the radioactive material in the reactor and during the separation process may be scattered. It should be recognized that this is a highly efficient plant.

中性子nは、重い原子核と反応することができ、核分裂型原子炉の核分裂反応において中心的役割を果たしてきた。中性子n自体は、平均15分で崩壊するため、核融合炉の運転を止めた後、短時間で影響が消滅すると考えられるが、炉心壁を脆化するなど、炉壁等への影響が大きい。また、中性子nは、電荷を持たないため、エネルギーを直接電気として取り出す手段が使えない。   Neutrons n can react with heavy nuclei and have played a central role in fission reactions in fission reactors. The neutron n itself decays in an average of 15 minutes, so it is thought that the effect disappears in a short time after the operation of the fusion reactor is stopped, but it has a large effect on the reactor wall, such as embrittlement of the core wall. . Moreover, since neutron n does not have an electric charge, a means for directly extracting energy as electricity cannot be used.

表2は、放射性物質を発生しないヘリウム3原子核3Heを含む燃料を使用する核融合反応の一覧である。
表2 純粋な核融合反応の例
「D−3He」反応では、約18MeVのエネルギーが、ヘリウム原子核4He(アルファ粒子α)と水素原子核1H(陽子またはプロトン粒子p)の飛翔という形で放出される。
「3He−3He」は、約13MeVのエネルギーが、ヘリウム原子核4He(アルファ粒子α)と2個の水素原子核1H(陽子またはプロトン粒子p)の飛翔という形で放出される。
この2種類の核融合反応は、放射性物質を含まず、かつ、荷電粒子のみが放出される核融合反応であるので、非特許文献3、4、9、12等に提案されているように、直接電気エネルギーとして取得する手段が利用できる。
Table 2 is a list of fusion reactions using a fuel containing helium trinuclear 3He that does not generate radioactive material.
Table 2 Examples of pure fusion reactions
In the “D-3He” reaction, energy of about 18 MeV is released in the form of flying helium nucleus 4He (alpha particle α) and hydrogen nucleus 1H (proton or proton particle p).
In “3He-3He”, energy of about 13 MeV is released in the form of flight of helium nucleus 4He (alpha particle α) and two hydrogen nuclei 1H (proton or proton particle p).
These two types of fusion reactions are fusion reactions that do not contain radioactive materials and release only charged particles, so as proposed in Non-Patent Documents 3, 4, 9, 12, etc., Means for obtaining directly as electrical energy can be used.

核融合反応を発生させるために、燃料となる物質の電子を剥ぎ取り、荷電粒子としたうえで、原子核が持つクーロン障壁を超える速度で衝突させる必要がある。
「D−3He」反応のクーロン障壁約575keVに対して、生成エネルギーは、約30倍の約18MeVである。
「3He−3He」反応のクーロン障壁約1150keVに対して、生成エネルギーは、約11倍の約13MeVである。
荷電粒子ビームの生成、加速に要するエネルギーが、電気エネルギーとして取り出し可能なエネルギー以下であることが求められる。これは核融合炉の一種の臨界条件に相当する。
In order to generate a nuclear fusion reaction, it is necessary to peel off the electrons of the fuel material to form charged particles, and then make them collide at a velocity exceeding the Coulomb barrier of the nucleus.
For a Coulomb barrier of about 575 keV for the “D-3He” reaction, the production energy is about 18 times about 18 MeV.
For the Coulomb barrier of about 1150 keV for the “3He-3He” reaction, the generated energy is about 13 times about 13 MeV.
The energy required for generating and accelerating the charged particle beam is required to be less than the energy that can be extracted as electric energy. This corresponds to a kind of critical condition of a fusion reactor.

重水素原子核2H(D)ビームとヘリウム3原子核3Heビームとを、クーロン障壁を越える速度で衝突させる方法については、粒子加速器による素粒子の研究のための衝突実験設備として多数の施設が現存しており、反応率自体は低いが、非特許文献20、21等に示されるとおり、研究レベルでは核反応を確実に発生させることができている。
ビームの密度が低いと、核融合反応を生じる確率が小さく、商用電力設備としては成立しない。商用電力設備として実用化するには、ビームの大電力化とビームの正確な収束、3.3%(「D−3He」反応の場合。)を大きく超える粒子が衝突して安定に核融合反応を生じること、並びに、各部が効率的であることが求められる。
Regarding the method of colliding the deuterium 2H (D) beam and the helium 3 nucleus 3He beam at a speed exceeding the Coulomb barrier, there are many facilities as a collision experiment facility for elementary particle research using a particle accelerator. Although the reaction rate itself is low, as shown in Non-Patent Documents 20, 21, etc., nuclear reactions can be reliably generated at the research level.
If the beam density is low, the probability of causing a nuclear fusion reaction is small, and it cannot be established as a commercial power facility. In order to put it into practical use as a commercial power facility, it is necessary to increase the power of the beam and to accurately converge the beam, and to achieve a stable nuclear fusion reaction by colliding particles that greatly exceed 3.3% (in the case of “D-3He” reaction). And each part is required to be efficient.

放射性物質を出さないようにするためには、特定の反応以外の核融合反応を生じないようにしなければならない。非特許文献13に、ヘリウム3原子核3Heのプラズマに、ヘリウム3原子核3Heのビームを打ち込む場合の副反応として、表3の反応が副次的に発生することが示されている。
副次的な核融合反応に、ガンマー線γ、ベリリウムBe、リチウムLiが含まれる。
表3 プラズマ核融合の副反応例
In order not to emit radioactive materials, it is necessary to prevent fusion reactions other than specific reactions. Non-Patent Document 13 shows that the reactions shown in Table 3 occur side by side as side reactions when a beam of helium trinuclear 3He is implanted into a plasma of helium trinuclear 3He.
Secondary fusion reactions include gamma rays γ, beryllium Be, and lithium Li.
Table 3 Side reactions of plasma fusion

荷電粒子(燃料粒子)ビームを対向して衝突させる方式(以下、「荷電粒子ビーム衝突方式」という。)であれば、目的外の核反応を大きく低減し、「D−3He」反応、または「3He−3He」反応による核融合反応を選択的に発生することが出来る。
(荷電粒子ビーム衝突方式は、「D−D」反応や「D−T」反応による核融合を発生することができる。ただし、主反応に放射性物質が含まれるので、放射性物質の発生を抑制することはできない。)
With a method in which charged particle (fuel particle) beams collide in opposition (hereinafter referred to as “charged particle beam collision method”), undesired nuclear reactions are greatly reduced, and “D-3He” reaction or “ A fusion reaction by the “3He-3He” reaction can be selectively generated.
(The charged particle beam collision method can generate nuclear fusion by the “DD” reaction or the “DT” reaction. However, since the main reaction includes a radioactive substance, the generation of the radioactive substance is suppressed. It is not possible.)

粒子加速器により核反応を発生することができることは周知のことであるが、原子核の破壊実験(素粒子に関する探究)が中心であり、エネルギー装置として利用については、考えられてこなかった。
特定の核融合反応のみを選択的に発生させ、放射性物質の発生を抑制することができる。
放射性物質を排出しない「純粋な核融合」を行うため、荷電粒子ビーム衝突方式による「D−3He」反応若しくは「3He−3He」反応以外に選択肢は無い。
It is well known that a nuclear accelerator can generate a nuclear reaction, but nuclear destruction experiments (exploration of elementary particles) have been the focus, and use as an energy device has not been considered.
Only a specific fusion reaction can be selectively generated to suppress generation of radioactive substances.
In order to perform “pure nuclear fusion” without discharging radioactive materials, there is no option other than “D-3He” reaction or “3He-3He” reaction by charged particle beam collision method.

一切の放射性物質を出さない純粋な核融合反応による原子力発電装置、並びに、宇宙機、航空機、船舶、車両等の推進装置を提供することができる。
エネルギー改革をもたらすとともに、従来の手法とは異なる動力源による移動手段を提供することができ、廃棄物の処理などに応用できるなど、あらゆる分野での応用が期待できる。
It is possible to provide a nuclear power generation device by a pure fusion reaction that does not emit any radioactive material, and propulsion devices for spacecraft, aircraft, ships, vehicles, and the like.
In addition to bringing about energy reform, it is possible to provide a means of transportation using a power source different from the conventional method, and it can be applied to waste disposal, etc., and can be applied in all fields.

荷電粒子ビーム衝突型核融合炉の構成図Configuration of charged particle beam collision fusion reactor (a)燃料ビームの経路図、(b)ビームの偏向詳細図(A) Fuel beam path diagram, (b) Detailed beam deflection diagram (a)回生減速器(五角形)の外観、(b)回生減速器(六角形)の外観、(c)回生減速器の断面図、(d)回生減速器の等価回路、(e)多面体(回生減速器の組立状態を示す図)(A) Appearance of regenerative speed reducer (pentagon), (b) Appearance of regenerative speed reducer (hexagon), (c) Cross section of regenerative speed reducer, (d) Equivalent circuit of regenerative speed reducer, (e) Polyhedron ( (Figure showing regenerative speed reducer assembly state) 荷電粒子のレベルダイヤグラムLevel diagram of charged particles 荷電粒子の飛翔図Charged particle flight diagram (a)進行波型粒子加速器の説明図、(b)加速電圧波形(A) Explanatory drawing of traveling wave type particle accelerator, (b) Acceleration voltage waveform 航空機・宇宙シャトル(a)の正面図、(b)上面図、(c)エンジン縦断面図、(d)エンジン横断面図、(e)真空容器と熱交換室の部分拡大図、(f)キャピラリー周辺図Front view of aircraft / space shuttle (a), (b) top view, (c) engine longitudinal sectional view, (d) engine transverse sectional view, (e) partially enlarged view of vacuum vessel and heat exchange chamber, (f) Capillary area 噴射質量に対する噴射速度と推力Injection speed and thrust against injection mass 宇宙機(a)外観図、(b)エンジン縦断面図、(c)エンジン横断面図Spacecraft (a) External view, (b) Engine longitudinal sectional view, (c) Engine transverse sectional view 外宇宙探査機(a)正面図、(b)上面図、(c)エンジン断面図Outer space probe (a) Front view, (b) Top view, (c) Engine cross section (a)「D−D」・「D−T」・「D−3He」複合炉(A) “DD”, “DT”, “D-3He” combined furnace (a)「D−D」・「D−T」複合炉、(b)中性子遮蔽・熱−電気変換、(c)イオン回収チューブ断面図、(d)「D−D」反応粒子飛翔図、(e)「D−T」反応粒子飛翔図(A) “DD” / “DT” combined reactor, (b) neutron shielding / thermal-electric conversion, (c) ion recovery tube sectional view, (d) “DD” reactive particle flight diagram, (E) “DT” reactive particle flight chart

図1は、荷電粒子ビーム衝突型核融合炉の構成図である。
荷電粒子ビーム衝突方式の核融合炉は、重水素(2H、デューテリウムD)及びヘリウム3(3He)の燃料ガス52、53、燃料ガスの荷電粒子発生器61、粒子加速器62、電子レンズ63、磁気偏向器64m、真空容器55、回生減速器65、その他、図1には示していないが、イオン回収路68、中和器(電子発生器)69等からなる。
FIG. 1 is a configuration diagram of a charged particle beam collision type nuclear fusion reactor.
The fusion reactor of the charged particle beam collision system includes deuterium (2H, deuterium D) and helium 3 (3He) fuel gases 52 and 53, a fuel gas charged particle generator 61, a particle accelerator 62, an electron lens 63, Although not shown in FIG. 1, the magnetic deflector 64m, the vacuum vessel 55, the regenerative speed reducer 65, and the like, include an ion recovery path 68, a neutralizer (electron generator) 69, and the like.

荷電粒子発生器61は、燃料気体を電離し、加速器62は、重水素原子核2H(D)を160keV、ヘリウム3原子核3Heを240keVまで加速(何れも3,914km/Sで同じ速度である。)して、真空容器55の中央で衝突(核融合反応点は、図中の「向かい合う矢印」で示している。)させている。   The charged particle generator 61 ionizes the fuel gas, and the accelerator 62 accelerates the deuterium nucleus 2H (D) to 160 keV and the helium trinuclear 3He to 240 keV (both have the same speed of 3,914 km / S). The center of the vacuum vessel 55 is collided (the fusion reaction point is indicated by “facing arrows” in the figure).

不要な副反応を軽減するため、相対速度がクーロン障壁である575keVを超えない速度(400keV)で衝突させる。核融合した粒子は、水素原子核1H(陽子またはプロトン粒子p)が14MeV(51,780km/S)で、ヘリウム4原子核4He(アルファ粒子α)が3.5MeV(12,945km/S)で、互いに反対方向に飛翔する。
燃料粒子2Hと3Heの質量が異なるため、衝突に80keVの偏りを生じるが、ほぼ等方に飛翔する。
In order to reduce unnecessary side reactions, collision is performed at a speed (400 keV) where the relative speed does not exceed 575 keV which is a Coulomb barrier. The fused particles are hydrogen nuclei 1H (proton or proton particles p) of 14 MeV (51,780 km / S), helium 4 nuclei 4He (alpha particles α) of 3.5 MeV (12,945 km / S), Fly in the opposite direction.
Since the masses of the fuel particles 2H and 3He are different, an impact of 80 keV is generated in the collision, but they fly almost isotropically.

重水素原子核2H(D)とヘリウム3原子核3Heが衝突するときの反応断面積は、非特許文献1(図1.2−1)、非特許文献6(図2.2)によると、クーロン障壁が400keV付近に極大(理論値の575keVより小さい。)があり、約0.8barns(10−24cm)とされる。
ヘリウム3原子核3He同志のクーロン障壁は、2倍になるとされるが、反応断面積は、大きくない。
According to Non-Patent Document 1 (Fig. 1.2-1) and Non-Patent Document 6 (Fig. 2.2), the reaction cross section when deuterium nucleus 2H (D) and helium 3 nucleus 3He collide is the Coulomb barrier. Has a maximum in the vicinity of 400 keV (smaller than the theoretical value of 575 keV), and is about 0.8 barns (10 −24 cm 2 ).
The Coulomb barrier between helium 3 nuclei 3He is doubled, but the reaction cross section is not large.

真空容器55の中には、核融合反応によって生成した荷電粒子1H及び4Heの運動エネルギーを、電磁誘導作用により電気エネルギーとして取り出す装置である回生減速器65が、核融合反応点(図中の向かい合う矢印で示す。)を取り囲むように配置している。
生成粒子1Hと4He(何れも正の電荷を持つ荷電粒子。)が飛び出すので、その運動エネルギーを熱として、そして、電磁誘導作用等により直接電気出力としてエネルギーを得ることができる。
In the vacuum vessel 55, a regenerative speed reducer 65, which is a device that takes out the kinetic energy of the charged particles 1H and 4He generated by the fusion reaction as electric energy by electromagnetic induction action, is a fusion reaction point (facing each other in the figure). (Indicated by arrows.)
Since the generated particles 1H and 4He (both charged particles having a positive charge) jump out, the kinetic energy can be used as heat, and energy can be obtained as direct electrical output by electromagnetic induction or the like.

図2(a)に、真空容器55の中の回生減速器65を取り去り、燃料粒子2H、3Heのビームの経路図を示す。(図1と異なっているが、ビームの経路は、偏向器64により屈曲させて、回生減速器65の間隙に設けている。)
真空容器の左右2カ所から燃料となる荷電粒子2H、3Heを打ち込み、磁気偏向器64mにより燃料である荷電粒子ビームを1回または数回の偏向を行った上で、真空容器55の中央で衝突させる。
FIG. 2A shows a beam path diagram of the fuel particles 2H and 3He with the regenerative speed reducer 65 in the vacuum vessel 55 removed. (Although different from FIG. 1, the beam path is bent by the deflector 64 and provided in the gap of the regenerative speed reducer 65.)
Charged charged particles 2H and 3He are injected from two locations on the left and right sides of the vacuum vessel, and the charged particle beam as a fuel is deflected once or several times by a magnetic deflector 64m, and then collides at the center of the vacuum vessel 55. Let

燃料粒子のビームのうち核融合反応しなかった燃料粒子2H、3Heが、目的としない核融合反応を生じてしまうことを防ぐため、磁気偏向器64mにより入射した燃料粒子と異なる方向に偏向し、未反応燃料粒子68nとして分離して回収する。回収した未反応燃料粒子68nは、精製の上、再び燃料として使用することができる。
図2(b)に、ビームの偏向の詳細を示す。2つの磁気偏向器64mの磁界の方向は、逆方向である。燃料粒子ビームに含まれる異種原子核を異なる方向に偏向するので、燃料粒子2H、3Heの純度を上げる働きもする。(分離した異種原子核同士が対向する粒子等と衝突しないように考慮する必要がある。)
In order to prevent the fuel particles 2H and 3He that have not undergone the nuclear fusion reaction from occurring in the fuel particle beam, an undesired nuclear fusion reaction is caused to be deflected by the magnetic deflector 64m in a different direction from the incident fuel particles, Separated and recovered as unreacted fuel particles 68n. The recovered unreacted fuel particles 68n can be refined and used again as fuel.
FIG. 2B shows details of beam deflection. The direction of the magnetic field of the two magnetic deflectors 64m is opposite. Since the different nuclei contained in the fuel particle beam are deflected in different directions, it also serves to increase the purity of the fuel particles 2H and 3He. (It is necessary to consider that the separated heterogeneous nuclei do not collide with the opposing particles.)

重水素原子核2H(D)とヘリウム3原子核3Heとの間のクーロン障壁は、575keV(9400km/S)であるが、非特許文献1(図1.2−1)、非特許文献6(図2.2)によると、400keVのとき、「D−3He」核融合反応の反応断面積σは、約0.8barns(10−24cm)である。毎秒7.28×1020個の粒子が、相対速度v(7,828km/S)で、直径0.2μmに絞り込まれて、粒子密度ρの荷電粒子が他方の荷電粒子に打ち込まれるのであるから、長さ7.83×10cmの円筒を考えて、
ρ=7.28×1020/(π×(0.1×10−4×7.83×10
≒1.48×1021[cm
粒子数が1/eとなる平均自由行程λeは、
λe=1/(ρ・σ)
≒844[cm]
Although the Coulomb barrier between the deuterium nucleus 2H (D) and the helium trinuclear 3He is 575 keV (9400 km / S), Non-Patent Document 1 (FIG. 1.2-1) and Non-Patent Document 6 (FIG. 2). According to .2), at 400 keV, the reaction cross section σ of the “D-3He” fusion reaction is about 0.8 barns (10 −24 cm 2 ). Because 7.28 × 10 20 particles per second are narrowed to a diameter of 0.2 μm at a relative velocity v (7,828 km / S), and charged particles with a particle density ρ are driven into the other charged particles. Considering a cylinder with a length of 7.83 × 10 8 cm,
ρ = 7.28 × 10 20 /(π×(0.1×10 −4 ) 2 × 7.83 × 10 8 )
≒ 1.48 × 10 21 [cm 3 ]
The mean free path λe where the number of particles is 1 / e is
λe = 1 / (ρ · σ)
≒ 844 [cm]

衝突の中央部では、各々の粒子が二分の1になっていること、反応領域が平均自由行程λeを超えて左右に大きく広がることなどから、10mを超える長い領域で核融合反応を生じることになる。
炉の長さが約10mであった場合、磁気偏向器64mで荷電粒子ビームを分離するまで核融合反応が続き、磁気偏向器64mは核融合生成粒子に曝される。(10mに亘って0.2μm以内に収束し、かつ、2種類の燃料ビーム(2Hと3He)を全域に亘って重ねることは、非常に難しい。)
In the central part of the collision, each particle is halved, and the reaction region greatly extends to the left and right beyond the mean free path λe, resulting in a fusion reaction in a long region exceeding 10 m. Become.
When the length of the furnace is about 10 m, the fusion reaction continues until the charged particle beam is separated by the magnetic deflector 64 m, and the magnetic deflector 64 m is exposed to the fusion-generated particles. (It is very difficult to converge within 10 μm within 0.2 μm and to overlap two types of fuel beams (2H and 3He) over the whole area.)

核融合反応点(図中の向かい合う矢印で示す。)を取り囲むように回生減速器65が入っており、高速で飛翔する荷電粒子の中に高周波電圧を加えた電極を置いて速度変調を加え、後方に配置した電極で、荷電粒子の密度変化を高周波電力として回収することができる。(電力として回収する方法については非特許文献4、9、12などに多様な方法が提案されている。)
速度を失った荷電粒子は、正の電圧にバイアスされたイオン回収路68の壁に衝突し、電子を得て中和し、気体として回収する。イオン回収路68の壁を電極として、荷電粒子に残存する運動エネルギーを電力として回収することができる。(非特許文献12に提案されている。)
A regenerative speed reducer 65 is included so as to surround the fusion reaction point (indicated by the opposite arrow in the figure), and a velocity modulation is performed by placing an electrode to which a high frequency voltage is applied in charged particles flying at high speed, The density change of the charged particles can be recovered as high-frequency power with the electrode arranged at the rear. (Various methods have been proposed in Non-Patent Documents 4, 9, 12 and the like for recovering power as electric power.)
The charged particles that have lost their velocity collide with the walls of the ion recovery path 68 biased to a positive voltage, obtain electrons, neutralize them, and recover them as a gas. Using the wall of the ion recovery path 68 as an electrode, the kinetic energy remaining in the charged particles can be recovered as electric power. (Proposed in Non-Patent Document 12.)

核融合反応をせずに通り過ぎた粒子は、未反応燃料68nとして回収する。
核融合反応生成粒子1H、4Heがあらゆる方向に等方に飛翔する。生成粒子が燃料粒子に衝突する比率は、燃料粒子のビーム径が0.2μmと極めて小さいので、目的外の副反応を生じる率は、十分小さいと考えられる。
炉内に散乱した粒子についても、目的外の核反応の原因となるので、炉内部に電位勾配を付けるなどして回収することが望ましい。
The particles that have passed without undergoing the fusion reaction are recovered as unreacted fuel 68n.
Fusion reaction product particles 1H, 4He fly in all directions in the same direction. The ratio of the generated particles colliding with the fuel particles is considered to be sufficiently small since the beam diameter of the fuel particles is as small as 0.2 μm.
Since particles scattered in the furnace also cause an unintended nuclear reaction, it is desirable to collect them by applying a potential gradient inside the furnace.

次に、2,000Hzの周波数で粒子加速器62を交流駆動することを考える。
荷電粒子は、駆動波形の1点に集められるから、加速した荷電粒子はパルス状のバンチが成形される。
燃料粒子の周期は、500μSであり、パルス幅が10nSであった場合を考える。
燃料粒子の速度が3,914km/Sであるから、間隔1,957m、長さ3.9cmのバンチを形成する。
燃料粒子を同期して左右から0.5μmに収束して打ち出すと、相対速度が7,828km/Sで衝突するから、ほとんどの粒子が中央の約2cmの範囲内で衝突する。
バンチの後部ほど未反応粒子が残る割合が多くなり、磁気偏向器64mで偏向して未反応燃料粒子68nとして回収する。
Next, consider AC driving the particle accelerator 62 at a frequency of 2,000 Hz.
Since the charged particles are collected at one point of the drive waveform, the accelerated charged particles form a pulsed bunch.
Consider a case where the cycle of the fuel particles is 500 μS and the pulse width is 10 nS.
Since the velocity of the fuel particles is 3,914 km / S, bunches having a distance of 1,957 m and a length of 3.9 cm are formed.
When the fuel particles are synchronously converged to 0.5 μm from the left and right, and collided at a relative velocity of 7,828 km / S, most of the particles collide within a central range of about 2 cm.
As the rear part of the bunch, the ratio of remaining unreacted particles increases and is deflected by the magnetic deflector 64m and recovered as unreacted fuel particles 68n.

発電電力が200MWの荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60の、多面体32(正五角形12面、正六角形20面の切頂二十面体)を構成する32個の回生減速器65は、1個当たり4.7〜7.2MJのエネルギーを取り扱うことになる。
回生減速器65の各部に循環する管を配置して冷却するが、エネルギーが集中する個所の温度は高くなる。
炉の大きさは、使用する材料の耐熱温度、取り扱うエネルギーに対する冷却能力などによって決まる。
また、炉内に使用する材料は、二次粒子やガスの発生が少ない材料を使用する必要がある。
The 32 regenerative speed reducers 65 constituting the polyhedron 32 (the regular icosahedron with 12 faces of regular pentagon and 20 faces of regular hexagon) of the charged particle beam collision type fusion reactor 60 with generated power of 200 MW are per one. The energy of 4.7 to 7.2 MJ will be handled.
Circulating pipes are arranged in each part of the regenerative speed reducer 65 for cooling, but the temperature where the energy concentrates increases.
The size of the furnace is determined by the heat resistant temperature of the material used, the cooling capacity for the energy handled, and the like.
In addition, it is necessary to use a material that generates less secondary particles and gas as the material used in the furnace.

電子レンズは、1m以上離れた位置から、長さ4.7cmの範囲において、0.5μm以内に収束する必要がある。(核融合反応点に近い位置に、電子レンズの配置を変更することは可能である。)
合掌状態は、ビームを太くした状態(収束しない状態)で少しずつ偏向方向を変えてビームを発射し、核融合反応が最大となる方向を探索する。さらに収束の度合いを上げて、最大反応方向を探ることを繰り返すことによる。荷電粒子ビームのバンチ全体が衝突するように磁気偏向器64mの調整を繰り返す。(未反応燃料粒子68nの回収路にセンサーを配置して、燃料粒子ビームの方向を把握する方法も考えられる。)
The electron lens needs to converge within 0.5 μm within a range of 4.7 cm from a position 1 m or more away. (It is possible to change the arrangement of the electron lens closer to the fusion reaction point.)
In the jointed state, the beam is fired while changing the deflection direction little by little in a state where the beam is thick (not converged), and a direction in which the fusion reaction is maximized is searched. Furthermore, by increasing the degree of convergence and repeatedly searching for the maximum reaction direction. The adjustment of the magnetic deflector 64m is repeated so that the entire bunch of charged particle beams collides. (A method is also conceivable in which a sensor is arranged in the recovery path for unreacted fuel particles 68n to determine the direction of the fuel particle beam.)

核融合反応の結果生成された水素原子核1H(陽子、プロトン粒子p)とヘリウム原子核4He(アルファ粒子α)は、異なる速度で飛翔するので、回生減速器65に到達する時刻も異なる。
回生減速器65は、総エネルギーの80%を占める水素原子核1H(p)の減速に最適化するように設計されている。
Since the hydrogen nucleus 1H (proton, proton particle p) and the helium nucleus 4He (alpha particle α) generated as a result of the fusion reaction fly at different speeds, the time at which they reach the regenerative speed reducer 65 is also different.
The regenerative decelerator 65 is designed to be optimized for decelerating the hydrogen nuclei 1H (p) that occupy 80% of the total energy.

遅れて到達したヘリウム原子核4He(α)は、若干加速された上で、減速を受けるが、誘起する電圧が低く、十分エネルギーの回収ができない可能性が考えられる。
また、遅れて到達したヘリウム原子核4He(α)が水素原子核1H(p)の減速により追いつき、一緒に減速する方法が考えられる。すなわち、減速グリッド65bの間隔を空ける方法、または、水素原子核1H(p)のみを減速する1段目の回生減速器と、間隔を空けてヘリウム原子核4He(α)が追いつき一緒に減速する2段目の回生減速器に分ける方法などが考えられる。
The helium nucleus 4He (α) that has arrived late is slightly accelerated and then decelerated, but the induced voltage is low, and there is a possibility that sufficient energy cannot be recovered.
In addition, a method may be considered in which the helium nucleus 4He (α) that has arrived late catches up with the deceleration of the hydrogen nucleus 1H (p) and decelerates together. That is, a method of spacing the deceleration grid 65b, or a first stage regenerative decelerator that decelerates only the hydrogen nuclei 1H (p) and a two-stage where the helium nuclei 4He (α) catch up and decelerate together. A method to divide into eye regenerative reducers is considered.

振動による収束位置の変動は、合掌状態のズレを引き起こし、核融合反応が途絶える原因となる。免震及び防振対策を行うが、衝突までの燃料粒子の飛翔時間を厳密に同一にすることで、炉の振動による影響を相殺し軽減することができる。   Variations in the convergence position due to vibration cause a shift in the palmar state and cause the nuclear fusion reaction to stop. Although seismic isolation and anti-vibration measures are taken, the effects of furnace vibrations can be offset and mitigated by making the flight time of the fuel particles until the collision exactly the same.

図3(a)から(f)は、回生減速器65の形状、構成および飛翔する生成粒子1H、4Heから直接電力を得る原理の説明図である。
生成粒子1H、4Heは、あらゆる方向に均等に飛翔するので、正多面体、準正多面体などの面の構成方法を参考に、核融合反応点を中心に隙間なく取り囲むように回生減速器65を配置している。
FIGS. 3A to 3F are explanatory diagrams of the shape and configuration of the regenerative speed reducer 65 and the principle of obtaining power directly from the flying generated particles 1H and 4He.
Since the generated particles 1H and 4He fly evenly in all directions, the regenerative speed reducer 65 is arranged so as to surround the fusion reaction point without any gaps with reference to the method of constructing the surface such as regular polyhedron and quasi-regular polyhedron. doing.

半径方向にパルス状に飛翔する生成粒子1H、4He(いづれも正電荷)によるグリッド65bに発生する誘導電荷(負)を、生成粒子1H、4Heの飛翔速度より遅延して次のグリッド65bに伝達するので、後方から生成粒子1H、4Heに制動をかけるとともに、さらに誘導電荷が加わって伝播することになる。回生減速器65により生成粒子1H、4Heの運動エネルギーが電気エネルギーに変換される。   Induced charges (negative) generated in the grid 65b due to the generated particles 1H and 4He (both positive charges) flying in a pulse shape in the radial direction are transmitted to the next grid 65b with a delay from the flying speed of the generated particles 1H and 4He. As a result, the generated particles 1H and 4He are braked from behind and further induced charges are propagated and propagated. The regenerative speed reducer 65 converts the kinetic energy of the generated particles 1H and 4He into electric energy.

図3(a)及び(b)は、個々の回生減速器65の外観を示す。五角形または六角形の複数の減速グリッド65bを積み重ねた形状で、(c)の断面図及び(d)の等価回路で示すように、遅延回路65dから構成されている。
五角形及び六角形の回生減速器65は、(e)の多面体32(切頂二十面体)を構成するように組み立てる。
FIGS. 3A and 3B show the appearance of each regenerative speed reducer 65. A plurality of pentagonal or hexagonal reduction grids 65b are stacked, and as shown in the sectional view of (c) and the equivalent circuit of (d), it is composed of a delay circuit 65d.
The pentagonal and hexagonal regenerative speed reducers 65 are assembled so as to constitute the polyhedron 32 (the truncated icosahedron) of FIG.

図3(c)に示すように、十分に減速した生成粒子1H、4Heが、真空容器55の内部に滞留しないように、負電圧を加えた加速グリッド67aを配置し、イオン回収路68に導くよう電位勾配を付けている。
導電性材料で作られたイオン回収路68内部で、電子を加えて中和して気体に戻して回収するとともに、生成粒子1H、4Heの電荷を電流に変換している。
As shown in FIG. 3C, an acceleration grid 67 a to which a negative voltage is applied is arranged so as to prevent the generated particles 1 </ b> H and 4 </ b> He that have been sufficiently decelerated from staying in the vacuum container 55, and led to the ion recovery path 68. A potential gradient is attached.
Inside the ion recovery path 68 made of a conductive material, electrons are added to neutralize and return to gas for recovery, and the charge of the generated particles 1H and 4He is converted into current.

真空容器55の内部で電子を与えて中和すると、気体分子(1H、4He)が滞留する原因となるので、イオン回収路68の内部で磁場絶縁ダイオードを構成するなどし、電子や気体分子(1H、4He)が反応器の中心部に戻らないようにする。
燃料粒子2H、3Heを偏向するとき、生成粒子1H、4Heを減速するときなどに放射光を生じるが、放射光の照射を受ける箇所にも、電子雲を発生させない対策及び電位勾配を設けて除去する対策が必要である。
If neutralization is performed by supplying electrons inside the vacuum vessel 55, gas molecules (1H, 4He) are retained. Therefore, a magnetic field insulation diode is formed inside the ion recovery path 68, and electrons and gas molecules ( 1H, 4He) do not return to the center of the reactor.
When deflecting the fuel particles 2H and 3He, when generating particles 1H and 4He are decelerated, radiant light is generated, but it is removed by providing countermeasures and potential gradients that do not generate an electron cloud even at the locations irradiated with the radiant light. It is necessary to take measures.

回生減速器65を構成する減速グリッド65bや遅延回路65dは、その表面がセラミックなどの絶縁材料でおおわれており、生成粒子1H、4Heの衝突により正電位に帯電し、正電圧にバイアスされるので、同一の極性の電荷が反発するので、時間の経過とともに荷電粒子1H、4Heの衝突が減少する。   The surface of the deceleration grid 65b and the delay circuit 65d constituting the regenerative speed reducer 65 is covered with an insulating material such as ceramic, and is charged to a positive potential by the collision of the generated particles 1H and 4He, and is biased to a positive voltage. Since the charges having the same polarity repel, collision of charged particles 1H and 4He decreases with the passage of time.

2層目以降のグリッドは、前層のグリッドの影響を考慮して、生成粒子1H、4Heの衝突の少ない位置に配置している。
遅延回路65dの中心側の先端は、絶縁されていないので、生成粒子1H、4Heが最初の減速グリッド65bに達する直前に正電荷パルスを受け取り、順次減速グリッド65bに正パルスを伝達し、効果的に生成粒子1H、4Heの減速を行う。(炉内で荷電粒子の中和を行うことになる。中性化した粒子を回収する必要がある。)
初段の減速グリッドは、生成粒子の速度が光速の17%と早いため、グリッド内の伝播が不均一となるので、集中定数の遅延回路を使用せずに、分布定数のグリッド65fとしている。
In consideration of the influence of the grid in the previous layer, the grids in the second and subsequent layers are arranged at positions where the collision of the generated particles 1H and 4He is small.
Since the tip of the center side of the delay circuit 65d is not insulated, a positive charge pulse is received immediately before the generated particles 1H and 4He reach the first deceleration grid 65b, and the positive pulse is sequentially transmitted to the deceleration grid 65b. The generated particles 1H and 4He are decelerated. (The charged particles are neutralized in the furnace. It is necessary to recover the neutralized particles.)
The first-stage decelerating grid has a distributed constant grid 65f without using a lumped constant delay circuit because the velocity of the generated particles is as fast as 17% of the speed of light and the propagation in the grid becomes uneven.

生成粒子1H、4Heの衝突に伴い発生する回生減速器65の熱は、遅延回路65dの内部に設けた冷却パイプを通して取り出し、イオン回収路68で回収し中和された気体の熱と合わせて、発電に使用する。
真空容器55の内部に荷電粒子や電子が滞留しないように、恒常的または休止期間中に電位勾配を与えて、内部のクリーニングを行う。
The heat of the regenerative speed reducer 65 generated by the collision of the generated particles 1H and 4He is taken out through the cooling pipe provided inside the delay circuit 65d, and combined with the heat of the gas recovered and neutralized by the ion recovery path 68, Used for power generation.
In order to prevent charged particles and electrons from staying inside the vacuum vessel 55, the inside is cleaned by applying a potential gradient constantly or during a rest period.

図4は、荷電粒子のエネルギーレベルダイヤグラムである。
荷電粒子発生器61で発生した荷電粒子2Hと3Heを、粒子加速器62により、それぞれ、160keV、240keVまで加速し、核融合炉の中心で衝突させて核融合反応を発生する。
核融合反応により水素原子核1H(陽子p)が14MeV、ヘリウム原子核4He(アルファ粒子α)が3.5MeVのエネルギーを持って飛翔し、回生減速器65によりエネルギーを失い減速することを表している。
FIG. 4 is an energy level diagram of charged particles.
The charged particles 2H and 3He generated by the charged particle generator 61 are accelerated to 160 keV and 240 keV by the particle accelerator 62, and collide at the center of the nuclear fusion reactor to generate a fusion reaction.
It represents that the hydrogen nucleus 1H (proton p) flies with 14 MeV and the helium nucleus 4He (alpha particle α) fly with energy of 3.5 MeV by the fusion reaction, and loses energy by the regenerative decelerator 65 and decelerates.

図5は、荷電粒子ビーム衝突型核融合の荷電粒子の飛翔状況を表している。
縦軸は、核融合反応点を中心とする半径(m)を示している。半径3と−3からゼロに向かう2本の直線は、2つの偏向器64から中心に向かう燃料粒子2H、3Heの飛翔を、ゼロから半径6に向かう2本の破線は、未反応燃料粒子68nを、2本の曲線は、核融合反応で生成した荷電粒子1H、4Heの全方向への飛翔及び回生減速器65による減速の様子を示している。
横軸は、時間軸(μS)である。(偏向器64の間隔が6m、繰り返し周波数2,000Hzの場合である。)
FIG. 5 shows a flight situation of charged particles in charged particle beam collision type fusion.
The vertical axis represents the radius (m) centered on the fusion reaction point. Two straight lines from the radii 3 and -3 to zero indicate the flight of the fuel particles 2H and 3He from the two deflectors 64 toward the center, and two broken lines from the zero to the radius 6 indicate unreacted fuel particles 68n. The two curves show how the charged particles 1H and 4He generated by the nuclear fusion reaction fly in all directions and are decelerated by the regenerative decelerator 65.
The horizontal axis is the time axis (μS). (This is a case where the distance between the deflectors 64 is 6 m and the repetition frequency is 2,000 Hz.)

核融合反応で発生した生成粒子の飛翔速度が異なるので、最初に水素原子核1H(p)の集団が回生減速器65に到達し、減速を受ける。次にヘリウム原子核4He(α)の集団が到達し、遅延回路65dの遅延速度より遅い間は減速を行わず(むしろ加速する。)、遅延回路65dの遅延時間が大きくなる領域で減速を受ける。   Since the flying speeds of the generated particles generated by the fusion reaction are different, the group of hydrogen nuclei 1H (p) first reaches the regenerative decelerator 65 and is decelerated. Next, a group of helium nuclei 4He (α) arrives and does not decelerate (rather than accelerate) while it is slower than the delay speed of the delay circuit 65d, and receives deceleration in an area where the delay time of the delay circuit 65d becomes large.

回生減速器65の電気出力は、生成粒子1Hと4Heに対応するパルス電圧として、出力される。
未反応燃料粒子と燃料粒子が交差すると、不要な核融合反応を生じるので、交差しないようにする必要がある。(図5の飛翔状況であれば、交差していないが、パルス間隔を小さくすると交差することがあり得る。)
熱時定数が無いため、粒子加速器62の駆動信号に対する発電出力の応答は、極めて高速である。
The electrical output of the regenerative speed reducer 65 is output as a pulse voltage corresponding to the generated particles 1H and 4He.
If unreacted fuel particles and fuel particles cross, an unnecessary fusion reaction occurs, so it is necessary to prevent them from crossing. (In the flight situation of FIG. 5, it does not intersect, but it can intersect if the pulse interval is reduced.)
Since there is no thermal time constant, the response of the power generation output to the drive signal of the particle accelerator 62 is extremely fast.

非特許文献16、17などに大気圧プラズマの簡易な発生方法が示されている。また、非特許文献23にプラズマの加速方法が研究されているが、これらの方法では、間隔3,914mの荷電粒子を長さ3.9cmのバンチ(時間間隔500μS、パルス幅10nS)に圧縮するには十分でない。(非特許文献20、21などに紹介されている研究用の高周波粒子加速器では可能と考えられる。)
Non-Patent Documents 16 and 17 show a simple method for generating atmospheric pressure plasma. In addition, plasma acceleration methods have been studied in Non-Patent Document 23. In these methods, charged particles with an interval of 3,914 m are compressed into 3.9 cm long bunches (time interval 500 μS, pulse width 10 nS). Not enough. (It is considered possible with the high-frequency particle accelerator for research introduced in Non-Patent Documents 20, 21 and the like.)

図6(a)は、荷電粒子発生器61と進行波型粒子加速器62tの説明図であり、回生減速器65の電気出力を加速電圧として利用する方法を説明している。
外部から電力を供給するか、回生減速器65の正と負のパルス出力を各々整流し、コンデンサに蓄える。
荷電粒子発生器61で燃料ガスから荷電粒子2Hまたは3Heを発生し、粒子透過膜61sを使用するなどして荷電粒子のみを透過することで、燃料気体(分子)の混入を阻止し、純度の高い荷電粒子を供給する。グリッド61aに負の電圧をかけて荷電粒子を誘導している。
FIG. 6A is an explanatory diagram of the charged particle generator 61 and the traveling wave particle accelerator 62t, and describes a method of using the electrical output of the regenerative speed reducer 65 as an acceleration voltage.
Electric power is supplied from the outside, or positive and negative pulse outputs of the regenerative speed reducer 65 are rectified and stored in a capacitor.
The charged particle generator 61 generates charged particles 2H or 3He from the fuel gas and transmits only the charged particles by using the particle permeable membrane 61s, etc., thereby preventing the fuel gas (molecules) from being mixed in. Supply highly charged particles. Charged particles are induced by applying a negative voltage to the grid 61a.

進行波型粒子加速器62tは、石英やセラミックなどの丈夫な絶縁体でテーパー状に形成された容器の外側に複数の環状の電極を設け、内部に電気的に絶縁された複数の加速グリッド62aを設けている。
進行波型粒子加速器62tの電気的に絶縁された容器の内面に荷電粒子が帯電することにより、次第に荷電粒子が反発するようになるので、進行波型粒子加速器62tの内壁や加速グリッド62aに衝突しなくなる。
加速グリッド62aは、荷電粒子のエミッションを増加させないように、荷電粒子を正確に容器の先端に向けて加速するために設けている。容器の直径が小さい部分では、加速グリッド62aを省略している。
The traveling wave particle accelerator 62t is provided with a plurality of annular electrodes on the outer side of a tapered container made of a strong insulator such as quartz or ceramic, and a plurality of acceleration grids 62a electrically insulated inside. Provided.
When charged particles are charged on the inner surface of the electrically insulated container of the traveling wave type particle accelerator 62t, the charged particles gradually repel, so that they collide with the inner wall of the traveling wave type particle accelerator 62t and the acceleration grid 62a. No longer.
The acceleration grid 62a is provided to accelerate the charged particles accurately toward the tip of the container so as not to increase the emission of the charged particles. In the portion where the diameter of the container is small, the acceleration grid 62a is omitted.

加速グリッド62aの各段の電極には、荷電粒子を低速から徐々に、かつ、エミッションを増加させずに効率よく加速する加速電圧が、遅延回路62dから加えられる
任意の時刻に遅延回路62dに両極性パルスを加えることで、単発の荷電粒子バンチを発生することができる。
(荷電粒子発生後は、遅延回路62dをゼロボルトに戻し、荷電粒子発生器61で発生した荷電粒子を進行波型粒子加速器62tの内部に蓄積する。)
An acceleration voltage for accelerating charged particles gradually from a low speed and without increasing the emission is applied to the electrodes of each stage of the acceleration grid 62a from the delay circuit 62d at any time. A single charged particle bunch can be generated by applying a sex pulse.
(After the charged particles are generated, the delay circuit 62d is returned to zero volts, and the charged particles generated by the charged particle generator 61 are accumulated in the traveling wave particle accelerator 62t.)

荷電粒子のバンチを発生するには、スイッチ62sを切り替えて、最初に遅延回路62dに負電圧(−)を加え、次に正電圧(+)を加える。遅延回路62dに、最初に負、次に正の電圧が図の右方向に伝播する。
遅延回路62dの各段から、進行波型粒子加速器62tの周囲に設けた電極及び加速グリッド62aに遅延した両極性パルスの電圧が現れる。帯電によるバイアスが加わってくるが、荷電粒子は、電極及び加速グリッド62aの負の電圧に引かれ、正の電圧に反発して加速する。
In order to generate a bunch of charged particles, the switch 62s is switched, and a negative voltage (−) is first applied to the delay circuit 62d, and then a positive voltage (+) is applied. First, a negative voltage and then a positive voltage propagate to the delay circuit 62d in the right direction in the figure.
From each stage of the delay circuit 62d, an electrode provided around the traveling wave particle accelerator 62t and the voltage of the bipolar pulse delayed to the acceleration grid 62a appear. Although a bias due to charging is applied, the charged particles are attracted by the negative voltage of the electrode and the acceleration grid 62a, and are accelerated by repelling the positive voltage.

遅延回路62dは、500μSの間隔で10nSのバンチを送出するため、進行方向に向けて順にインピーダンスが小さい素子を配置し、軸方向に荷電粒子を圧縮するための電圧の波形を発生している。
遅延回路62dの各段は、ダイオードとスイッチを介して接続しており、パルス波形の上りと下り(電流の向き)で遅延時間が大きく異なる構成となっている。
先行する負のパルスより、後の正のパルスの立ち上がりの伝播速度の方が速く、荷電粒子のバンチを進行方向に圧縮しながら進むように構成している。
Since the delay circuit 62d sends bunch of 10 nS at intervals of 500 μS, elements with small impedances are arranged in order in the traveling direction, and a voltage waveform for compressing charged particles in the axial direction is generated.
Each stage of the delay circuit 62d is connected to a diode via a switch, and has a configuration in which the delay time is greatly different between the upward and downward (current direction) of the pulse waveform.
The rising speed of the subsequent positive pulse is faster than that of the preceding negative pulse, and the charged particle bunch is advanced while being compressed in the traveling direction.

さらに、各段のスイッチS1からSnは、炭化シリコンなどの半導体のスイッチを使用して、前段の電圧が十分に高く(または低く)なった後に導通させることで、負から正へ(または正から負へ)の波形の立ち上がり(または立ち下り)を鋭くするため、一時的にインダクタンスとキャパシタンスの共振回路を構成し、共振波形の半サイクル(負または正のピークから、逆極性のピークまで。)で、電荷を無駄なく転送している。
図6(b)に、バンチ送出時刻を0とする、加速電圧の波形を示す。全ての端子(ノード)を示すことが出来ないので、NからN、N13及びN14を示す。
Further, the switches S1 to Sn at each stage are turned on from the negative to the positive (or from the positive by using a semiconductor switch such as silicon carbide) after the voltage at the previous stage becomes sufficiently high (or low). In order to sharpen the rise (or fall) of the waveform (to the negative), a resonance circuit of inductance and capacitance is temporarily configured, and the half cycle of the resonance waveform (from the negative or positive peak to the peak of reverse polarity) Thus, charges are transferred without waste.
FIG. 6B shows a waveform of the acceleration voltage with the bunch delivery time set to zero. Since all terminals (nodes) cannot be shown, N 0 to N 3 , N 13 and N 14 are shown.

スイッチS1からSnの開閉を、基準信号を用いて正確に行うことによって、重水素原子核2Hとヘリウム3原子核3Heの2つの進行波型粒子加速器62t相互間の同期をとり、それぞれの荷電粒子のバンチを正確に同時に発射することができる。
荷電粒子は、容器のテーパー形状に従い断面積を縮小しながら加速するとともに、軸方向にも圧縮し、荷電粒子のバンチを形成して所定の速度で打ち出される。
遅延回路62dの出力(粒子の加速後に残った電力)は、図には示していないが、整流して再利用することができる。
進行波型粒子加速器62tは、遅延回路62dと一体化して構成することができる。
By accurately opening and closing the switches S1 to Sn using the reference signal, the two traveling wave particle accelerators 62t of the deuterium nucleus 2H and the helium 3 nucleus 3He are synchronized with each other, and the bunches of the respective charged particles are synchronized. Can be fired accurately at the same time.
The charged particles are accelerated in accordance with the taper shape of the container while reducing the cross-sectional area, and are also compressed in the axial direction to form a bunch of charged particles and are ejected at a predetermined speed.
The output of the delay circuit 62d (power remaining after particle acceleration) is not shown in the figure, but can be rectified and reused.
The traveling wave particle accelerator 62t can be configured integrally with the delay circuit 62d.

表4 発電プラントの燃料消費量
表4は、効率が100%であるとして、電気出力200MWの発電プラントの燃料消費量を計算した。
核融合反応率が80%、電気変換効率が84%の合計67%の効率であるとすると、1年間稼働するのに、重水素(2H、D)が、11.5kg、ヘリウム3(3He)が、17.3kgの燃料が必要である。(未反応燃料の再利用、回収した熱による発電を含まない。)
重水素(2H、D)は、海水中に十分存在するが、ヘリウム3(3He)は、地球上に殆ど存在しない。非特許文献11に示されるように、月や小惑星などに豊富に存在するとされ、採取は可能と考えられる。
Table 4 Fuel consumption of power plants
Table 4 calculated the fuel consumption of the power plant with an electrical output of 200 MW, assuming that the efficiency is 100%.
If the fusion reaction rate is 80% and the electric conversion efficiency is 84%, the total efficiency is 67%, deuterium (2H, D) is 11.5kg, helium 3 (3He) However, 17.3 kg of fuel is required. (Does not include reuse of unreacted fuel and power generation using recovered heat.)
Deuterium (2H, D) is sufficiently present in seawater, but helium 3 (3He) is hardly present on the earth. As shown in Non-Patent Document 11, it is considered to be abundant on the moon, asteroids, etc., and it is considered possible to collect it.

また、燃料である二種類の荷電粒子2H及び3Heのイオン電流は、合計約35Aに達し、これを真空容器55の中心の0.5μm以内に収束し、衝突させなければならない。
荷電粒子発生器61及び粒子加速器62をそれぞれ2台で1対を構成するが、1つのビーム衝突型核融合炉60の真空容器55に、異なる角度で複数の対を配置することができる。この場合、異なる対の間で目的外の核反応を起こさないため、燃料ビームの投入タイミングや位置を調整する必要がある。増力運用や予備として利用できる。
Further, the ionic currents of the two kinds of charged particles 2H and 3He as the fuel reach a total of about 35 A, and must converge and collide with each other within 0.5 μm of the center of the vacuum vessel 55.
Two pairs of the charged particle generator 61 and the particle accelerator 62 constitute one pair, but a plurality of pairs can be arranged at different angles in the vacuum vessel 55 of one beam collision type fusion reactor 60. In this case, it is necessary to adjust the injection timing and position of the fuel beam in order not to cause an unintended nuclear reaction between different pairs. It can be used for boosting operation or as a backup.

放射性物質の燃料を扱わない、唯一の核融合発電プラントである。如何なる過酷な事故が発生した場合でも、荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60の内部に放射性物質が存在していないので、放射能の飛散は皆無であり、安全である。
実際の核融合炉の構築に当たっては、高エネルギーの荷電粒子を取り扱うのであるから、目的外の原子核反応を生じないように設計しなければならない。
It is the only fusion power plant that does not handle radioactive material fuel. In any severe accident, there is no radioactive material in the charged particle beam collision fusion reactor 60, so there is no radiation scattering and it is safe.
In constructing an actual nuclear fusion reactor, high-energy charged particles are handled, so it must be designed to prevent unintended nuclear reactions.

図7は、加熱型ジェットエンジン81の実施例である。(実施例として、タービンエンジンを例示したが、ピストンエンジン、特許文献7の容積可変軸流ネジポンプなどの熱源に使用できる。)
図7(a)は、宇宙シャトル80の正面図、(b)は、上面図を示し、揚力の大きい複葉の三角翼を使用し、一般的な空港から水平に離陸して徐々に高度を上げ、成層圏を航行する航空機、または、地球周回軌道まで重量物を運ぶ宇宙シャトルとして利用することができる。
面積の大きな尾翼83を有し、大気圏突入時の姿勢を安定化するとともに、減速を行うときに使用する。空気吸入口のエンジンフラップ84は、大気の密度(高度)に合わせて開口状態を可変することができる。
FIG. 7 shows an embodiment of the heating type jet engine 81. (A turbine engine is illustrated as an example, but it can be used for a heat source such as a piston engine or a variable volume axial flow screw pump disclosed in Patent Document 7.)
FIG. 7 (a) is a front view of the space shuttle 80, and FIG. 7 (b) is a top view. Using a biplane triangular wing with a large lift, the aircraft gradually takes off from a general airport and gradually increases its altitude. It can be used as an aircraft that travels in the stratosphere, or as a space shuttle that carries heavy objects to Earth orbit.
A tail wing 83 having a large area is used to stabilize the posture when entering the atmosphere and to decelerate. The opening state of the engine flap 84 at the air intake port can be varied according to the density (altitude) of the atmosphere.

図7(c)は、エンジン縦断面図81、(d)は、エンジン横断面図、(e)は、真空容器55と熱交換室57の部分拡大図、(f)は、キャピラリー63cとその周辺部の拡大図である。
加熱型ジェットエンジン81は、荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60の熱を吸入した空気に与え、加熱空気の膨張力により後方に噴射して推力を得る。
高エネルギーの荷電粒子を大気中に放出すると、空気分子を電離するとともに、不要な核反応を生じてしまう恐れがある。また、核融合反応炉に空気が侵入すると、真空度が低下し、核融合反応が継続できない。
真空容器55の断面形状を中空の星形とし、外側を熱交換室57とし、壁面に対して小さな視斜角で核融合反応の生成粒子1H、4Heを衝突させて、運動エネルギーの一部を熱に変えるとともに、イオン回収路68に導いている。
真空容器55を星形の断面形状にして、中心部に生成粒子1H、4Heが戻ることがないようにしている。
7C is an engine longitudinal sectional view 81, FIG. 7D is an engine transverse sectional view, FIG. 7E is a partially enlarged view of the vacuum vessel 55 and the heat exchange chamber 57, and FIG. It is an enlarged view of a peripheral part.
The heated jet engine 81 applies heat from the charged particle beam collision type fusion reactor 60 to the sucked air and injects it backward by the expansion force of the heated air to obtain thrust.
When high-energy charged particles are released into the atmosphere, air molecules are ionized and unnecessary nuclear reactions may occur. Also, if air enters the fusion reactor, the degree of vacuum decreases and the fusion reaction cannot be continued.
The cross-sectional shape of the vacuum vessel 55 is a hollow star, the outside is a heat exchange chamber 57, and the particles 1H and 4He of the fusion reaction collide with the wall surface at a small visual oblique angle, and a part of the kinetic energy is obtained. While changing to heat, it leads to the ion recovery path 68.
The vacuum vessel 55 has a star-shaped cross section so that the generated particles 1H and 4He do not return to the center.

真空容器55の内面は、滑らかな表面のセラミックス等耐久性の高い絶縁材料で構成し、荷電粒子の照射を受け、正電荷に帯電し、荷電粒子を全反射する。生成粒子1H、4Heは、数回の反射で運動エネルギーを失いながらイオン回収路68に達し、導電性の壁面から電子を奪って中和して、気体(1H、4He)として回収する。
真空容器55の外側(熱交換室57側)の壁は、高抵抗の電気導電性の材料を使用し、パルス状に飛来する生成粒子1H、4Heによる誘導電流を熱に変える。
The inner surface of the vacuum vessel 55 is made of a highly durable insulating material such as smooth surface ceramics, and is charged with charged particles, charged to a positive charge, and totally reflects the charged particles. The generated particles 1H and 4He reach the ion recovery path 68 while losing kinetic energy due to several reflections, take electrons from the conductive wall surface, neutralize them, and recover them as gas (1H and 4He).
The wall outside the vacuum vessel 55 (on the heat exchange chamber 57 side) uses a high-resistance electrically conductive material, and converts the induced current caused by the generated particles 1H and 4He flying in a pulse shape into heat.

加熱型ジェットエンジン81では、燃料粒子2H、3Heの収束及び偏向に先端が1μmまで細く加工されたキャピラリー63cを使用している。
キャピラリー63cは、図7(f)に示すように、核融合反応の生成粒子1H、4Heの飛翔の影響を避けるために後退した十字形状の支持部を有し、キャピラリー63cを頑固に支持するとともに、キャピラリー63cの方向を微調整する機構を内蔵している。
熱交換室57を通過する気流等により振動が発生するため、装置の振動による収束位置の変動が、衝突点のズレを引き起こし、核融合反応が途絶える原因となることが考えられる。衝突までの燃料荷電粒子の飛翔時間を厳密に同一にすることで、振動による影響を軽減することができる。
The heated jet engine 81 uses a capillary 63c whose tip is thinned to 1 μm for convergence and deflection of the fuel particles 2H and 3He.
As shown in FIG. 7 (f), the capillary 63c has a cross-shaped support portion that is retracted to avoid the influence of the flying of the product particles 1H and 4He of the fusion reaction, and firmly supports the capillary 63c. A mechanism for finely adjusting the direction of the capillary 63c is incorporated.
Since vibration is generated by an airflow passing through the heat exchange chamber 57 or the like, a change in the convergence position due to the vibration of the apparatus may cause a collision point shift and cause a fusion reaction to be interrupted. By making the flight time of the charged fuel particles until the collision exactly the same, the influence of vibration can be reduced.

キャピラリーとは、特許文献6や非特許文献18、19などに示されるように、生物分野などで個別の細胞等に選択的に荷電粒子を照射するのに用いられており、ガラスパイプを熱して引き伸ばして切断し、一方の先端を細く加工したテーパー状の部品である。
キャピラリーの太い側から荷電粒子を加えると内面に帯電を生じ、キャピラリーの内壁面に対して微小角度で入射した荷電粒子が全反射するようになり、10MeVを越える荷電粒子に対しても、容易に1μm以下(最小100nm程度)にまで収束することができる旨、当該文献にも示されている。大電力の荷電粒子を扱うため、通過する粒子数がけた違いに多くなることから、キャピラリー63cは耐久性のある石英やセラミック等の絶縁材料を使用する必要があると考えられる。
A capillary is used to selectively irradiate individual cells with charged particles in the biological field, as shown in Patent Document 6 and Non-Patent Documents 18 and 19, and heats a glass pipe. It is a taper-shaped part that is stretched and cut and whose one end is thinned.
When charged particles are added from the thick side of the capillary, the inner surface is charged, and the charged particles incident at a minute angle on the inner wall surface of the capillary are totally reflected. Even charged particles exceeding 10 MeV are easily reflected. It is also shown in the document that it can converge to 1 μm or less (about 100 nm minimum). Since high-power charged particles are handled, the number of passing particles increases, and therefore it is considered that the capillary 63c needs to use a durable insulating material such as quartz or ceramic.

振動の影響を緩和するため、燃料荷電粒子の収束を1μm、600Hzの繰り返し周波数で粒子加速器62を駆動し、荷電粒子ビームが周期1.67mS、パルス幅が50nSであった場合、燃料粒子の速度が3,914km/Sであるから、間隔6,524m、長さ19.6cmのバンチを形成する。相対速度が7,828km/Sで衝突するから、ほとんどの粒子が中央の約10cmの範囲内で衝突する。   In order to reduce the influence of vibration, when the particle accelerator 62 is driven at a repetition frequency of 1 μm and 600 Hz, the charged particle beam has a period of 1.67 mS, and the pulse width is 50 nS, Is 3,914 km / S, so a bunch with a spacing of 6,524 m and a length of 19.6 cm is formed. Since the relative velocity collides at 7,828 km / S, most particles collide within a central range of about 10 cm.

バンチの後部には、未反応粒子が残る。対向するキャピラリーに達し、その内部を逆走し、内部に滞留する他方の燃料粒子と衝突する可能性がある。衝突のエネルギーが少なく、反応率は低いと見積もられるが、キャピラリー63c内部で核融合反応が発生すると、内側に大きな負荷がかかり、破損の原因となる。   Unreacted particles remain at the back of the bunch. There is a possibility of reaching the opposite capillaries, running backward in the capillaries, and colliding with the other fuel particles staying in the capillaries. Although the collision energy is low and the reaction rate is estimated to be low, if a nuclear fusion reaction occurs inside the capillary 63c, a large load is applied on the inside, causing damage.

図7(f)の詳細図のとおり、燃料粒子のバンチを送出後、キャピラリー63cの先端の脇に設けた電界型の偏向器64e(図7(f)には、線状の断面形状になっているが、面状の電極4枚で構成される。)に電圧を加え、未反応燃料粒子68nをキックして、イオン回収路68を通して回収している。この偏向電界は、図6の進行波型粒子加速器62tを使用するときは、遅延回路62dの余剰出力で駆動することができる。
また、キャピラリーの支持部には、図には示していないが、イオン回収路68の他に冷媒用の循環路を設けている。
As shown in the detailed view of FIG. 7 (f), after the fuel particle bunch is delivered, the electric field type deflector 64e provided on the side of the tip of the capillary 63c (FIG. 7 (f) has a linear cross-sectional shape. However, it is composed of four planar electrodes), and the unreacted fuel particles 68n are kicked and recovered through the ion recovery path 68. This deflection electric field can be driven by the surplus output of the delay circuit 62d when the traveling wave particle accelerator 62t of FIG. 6 is used.
In addition to the ion recovery path 68, a refrigerant circulation path is provided in the capillary support portion (not shown).

さらに、キャピラリー63cの周囲に加速電極を設け、進行波型粒子加速器62tの延長として構成することもできる。(キャピラリー63cまでを進行波型加速器62tとして、装置の小型化に寄与することができる。)
電界型の偏向器64に一定の電圧をかけて、燃料ビームに含まれる異原子核の軌道を僅か(燃料粒子ビームの幅程度)であるが、目的外の核反応を抑制するように構成することができる。
さらに、粒子加速器62、62tによる加速度合いが異なり、バンチの先頭または後方に異原子核が集中する場合は、キャピラリー63cの先端部に設けた電界型の偏向器64にパルス状の電圧をかけて、キックして除去することができる。
Further, an accelerating electrode may be provided around the capillary 63c so as to be an extension of the traveling wave particle accelerator 62t. (The traveling wave type accelerator 62t up to the capillary 63c can contribute to the downsizing of the apparatus.)
A certain voltage is applied to the electric field type deflector 64 so that the orbits of the different nuclei contained in the fuel beam are slight (about the width of the fuel particle beam), but are configured to suppress unintended nuclear reactions. Can do.
Furthermore, when the acceleration by the particle accelerators 62 and 62t is different and different nuclei are concentrated at the head or rear of the bunch, a pulsed voltage is applied to the electric field type deflector 64 provided at the tip of the capillary 63c, Can be removed by kicking.

真空容器55内の回生減速器65により、荷電粒子(生成粒子)の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電動機を駆動してタービン86を回転させる。
エンジンフラップ84を広げて外気を取り込み、タービン86で圧縮し、熱交換室57に送り込み、断面が星形の真空容器55の壁面を通して加熱、膨張し、高速の気流として後方に噴射することで推力を得る。
The regenerative speed reducer 65 in the vacuum vessel 55 converts the kinetic energy of the charged particles (generated particles) into electric energy, and drives the electric motor to rotate the turbine 86.
The engine flap 84 is expanded to take in outside air, compressed by the turbine 86, sent to the heat exchange chamber 57, heated and expanded through the wall surface of the vacuum vessel 55 having a star-shaped cross section, and thrust by injecting it backward as a high-speed air flow Get.

大気が利用できない高度に達した後は、エンジンフラップ84を閉じ、機内の空気タンクに蓄積した空気を換気口56から熱交換室57に供給し、大気圏外においても推力を維持することができる。
カーボン製等の軽量かつ高耐圧の空気タンクを翼82の中に内蔵し、空気タンクの容量を確保するとともに、翼82の強度を確保している。
After reaching an altitude where the atmosphere cannot be used, the engine flap 84 is closed, and the air accumulated in the air tank inside the machine is supplied from the ventilation port 56 to the heat exchange chamber 57, so that thrust can be maintained even outside the atmosphere.
A lightweight and high-pressure air tank made of carbon or the like is built in the wing 82 to ensure the capacity of the air tank and the strength of the wing 82.

帰還時は、エンジンの噴射により速度を十分に落とし、尾翼83を立てた姿勢で突入し減速を行い、滑空して着陸地点に向かう。滑空中にエンジンフラップ84を開き、換気口56から取り入れた空気を(図には示していないが)タービン86の回転で駆動する圧縮ポンプでさらに圧縮し、翼82内の空気タンクに蓄積することで、位置エネルギーの一部を高圧空気として回収する。
加熱型ジェットエンジン81は、翼内に蓄積した圧縮空気、または、電力でタービンを起動する。
At the time of returning, the speed is sufficiently reduced by the engine injection, the tail wing 83 is erected in a posture, decelerates, glides and heads to the landing point. During the gliding, the engine flap 84 is opened, and the air taken from the ventilation port 56 is compressed further by a compression pump (not shown) driven by the rotation of the turbine 86 and accumulated in an air tank in the blade 82. Thus, a part of the potential energy is recovered as high-pressure air.
The heated jet engine 81 starts the turbine with compressed air accumulated in the blades or electric power.

図8は、噴射質量を変化した場合の、噴射速度(v=√(2・E/(m・m))と推力(T=(m・m)・v)の関係を示しており、図8の左軸上の質量倍率が1のときは、200MWの核融合反応生成物の荷電粒子のうち水素原子核1H(p)を真空中に直接噴射することにより6.3Nの推力が得られることを示している。
(水素原子核1H(p)の質量:1.67×10−27、エネルギー:14MeV(5.18×10m/S))
FIG. 8 shows the relationship between the injection velocity (v = √ (2 · E / (m · m m ))) and thrust (T = (m · m m ) · v) when the injection mass is changed. When the mass magnification on the left axis of FIG. 8 is 1, a thrust of 6.3 N is obtained by directly injecting hydrogen nuclei 1H (p) out of charged particles of a 200 MW fusion reaction product into a vacuum. It is shown that.
(Mass of hydrogen nucleus 1H (p): 1.67 × 10 −27 , energy: 14 MeV (5.18 × 10 7 m / S))

直径5mのタービン2基の有効面積を約40m、海面付近を250km/hで飛行する場合、密度1.25kg/mの大気を1秒間に2,700m(3,300kg)取り入れて、加熱して噴射する。200MWの核融合生成物である水素原子核1H(p)の質量mは、0.12mg/Sであるから、質量倍率mは、およそ2.5×1010となる。
ヘリウム原子核4He(α)についても6.3Nの推力があるが、質量倍率が4分の1と少ないので、計算には含めていない。(1.25倍することで補正できる。)
When the effective area of two turbines with a diameter of 5 m is about 40 m 2 and flying near the sea surface at 250 km / h, the air with a density of 1.25 kg / m 3 is taken in at 2,700 m 3 (3,300 kg) per second, Heat and spray. Since the mass m of the hydrogen nucleus 1H (p) which is a 200 MW fusion product is 0.12 mg / S, the mass magnification mm is approximately 2.5 × 10 10 .
The helium nucleus 4He (α) also has a thrust of 6.3 N, but the mass magnification is as low as 1/4, so it is not included in the calculation. (It can be corrected by multiplying by 1.25.)

図8より、推力T:1.00MN、噴射速度v:330m/S(約1,200km/h)と大型航空機として十分な推力が得られる計算となる。(質量増加のプロセス(熱交換、タービンの効率等)を考慮していない。また、質量倍率が下がると、熱交換器の過熱を招くので、核融合のレートを下げて、出力を下げる必要がある。)
高度10,000mまでは、大気密度が下がった分、速度を上げることで、吸入空気量が増加するので質量倍率mを維持できると考えられる。さらに大気密度が低下する成層圏では、翼内の空気タンクに蓄積した圧縮空気を推進剤として使用することで推力を持続し、高度160kmにおいて、秒速8kmまで加速する。
From FIG. 8, thrust T: 1.00MN and injection speed v: 330 m / S (about 1,200 km / h), which is a calculation that provides sufficient thrust as a large aircraft. (The process of increasing the mass (heat exchange, turbine efficiency, etc.) is not taken into account. If the mass magnification is reduced, the heat exchanger will be overheated, so it is necessary to lower the fusion rate and lower the output. is there.)
To advanced 10,000m is amount that air density is lowered, by increasing the velocity is believed that they can maintain a mass ratio m m since the amount of intake air increases. In the stratosphere where the atmospheric density further decreases, the thrust is sustained by using the compressed air accumulated in the air tank in the wing as a propellant, and the acceleration is accelerated to 8 km / s at an altitude of 160 km.

図9は、荷電粒子・推進剤混合型エンジン91の説明図である。
図9(a)は、宇宙機外観図で、貨物モジュール95、エンジンモジュール91、乗員モジュール96、スカイクレーン97からなる宇宙機90である。国際宇宙ステーションで使用されるモジュール規格「共同結合機構CBM」を使用して各モジュールを接続しており、着陸脚94gの根元に取り付けたロボットハンド94hを使って、自由に組み替えることができる。
FIG. 9 is an explanatory diagram of the charged particle / propellant mixed engine 91.
FIG. 9A is an external view of the spacecraft, which is a spacecraft 90 including a cargo module 95, an engine module 91, an occupant module 96, and a sky crane 97. Each module is connected using the module standard “joint coupling mechanism CBM” used in the International Space Station, and can be freely rearranged using a robot hand 94h attached to the base of the landing leg 94g.

図9(b)は、エンジンの縦断面図、(c)は、エンジンの横断面図で、6頂の十字星形多面体の容器が二重になっている。内側は、ビーム衝突型核融合炉60の容器で、外側は、推進剤への熱交換室57である。
図9(b)のビーム衝突型核融合炉60の中心部から、上下方向に飛翔した荷電粒子1H、4Heは、回生減速器65により減速し及び電気エネルギーに変換している。(荷電粒子1H、4Heは、中和して回収するか、地球の大気を汚染する心配が無いので推進剤に混入してもよい。)
また、図には示していないが、キャピラリー63cの先端に設けた電界型の偏向器64eで、燃料粒子2H、3Heを送出後に未反応燃料68nをキックして除去している。
FIG. 9 (b) is a longitudinal sectional view of the engine, and FIG. 9 (c) is a transverse sectional view of the engine, in which the container of the six-top cruciform polyhedron is doubled. The inside is a container of the beam collision type fusion reactor 60, and the outside is a heat exchange chamber 57 for propellant.
The charged particles 1H and 4He flying in the vertical direction from the center of the beam collision type nuclear fusion reactor 60 in FIG. 9B are decelerated by the regenerative decelerator 65 and converted into electric energy. (The charged particles 1H and 4He may be neutralized and collected, or may be mixed in the propellant because there is no concern of polluting the earth's atmosphere.)
Although not shown in the drawing, the unreacted fuel 68n is kicked and removed by the electric field type deflector 64e provided at the tip of the capillary 63c after the fuel particles 2H and 3He are sent out.

定量供給ポンプ89によりビーム衝突型核融合炉60の上側と下側から供給された推進剤(空気50a)は、熱交換室57を巡って加熱し、二重になったノズルの外側から混合反応室58の内部に噴射している。
推進剤の循環が不安定になるのを防ぐために、図には示されないが、ビーム衝突型核融合炉60の十字星形の各腕を螺旋状に巡る経路を熱交換室57の内部に形成している。
The propellant (air 50a) supplied from the upper and lower sides of the beam collision type fusion reactor 60 by the constant supply pump 89 is heated around the heat exchange chamber 57 and mixed from the outside of the double nozzle. It is injected into the chamber 58.
In order to prevent the circulation of the propellant from becoming unstable, a path that spirals around each cross-shaped arm of the beam collision type fusion reactor 60 is formed in the heat exchange chamber 57, although not shown in the figure. doing.

図9(b)のビーム衝突型核融合炉60の中心部から水平方向に飛翔した荷電粒子(生成粒子)1H、4Heは、二重になったノズルの内側から混合反応室58内に噴射され、加熱された推進剤をさらに強く混合加熱を行い、ノズル93から宇宙空間に噴射している。
図には示していないが、混合反応室58及びノズル93に、磁気容器を構成することもできる。
Charged particles (generated particles) 1H and 4He flying in the horizontal direction from the center of the beam collision type fusion reactor 60 in FIG. 9B are injected into the mixing reaction chamber 58 from the inside of the double nozzle. The heated propellant is further mixed and heated and injected from the nozzle 93 into outer space.
Although not shown in the drawing, a magnetic container can be formed in the mixing reaction chamber 58 and the nozzle 93.

荷電粒子(生成粒子)1H、4Heは、混合反応室58の内部で、壁面が導電性である場合は、電気的に中和されるが、必要に応じて中和器69を作動させる。
核融合炉60を起動し、炉壁の温度が十分に上がった後に推進剤を加える。推進剤は、二重のノズルの外側を強い方向性を持って通過するので、ベンチュリ効果により核融合炉60の内部に流入しない形状としている。
The charged particles (generated particles) 1H and 4He are electrically neutralized inside the mixing reaction chamber 58 when the wall surface is conductive, but the neutralizer 69 is operated as necessary.
The fusion reactor 60 is started and the propellant is added after the temperature of the reactor wall has risen sufficiently. Since the propellant passes through the outside of the double nozzle with a strong direction, it is shaped so as not to flow into the fusion reactor 60 due to the venturi effect.

「3He−3He」反応で発生するエネルギーは、「D−3He」反応より少なく、クーロン障壁が2倍以上と扱いにくいが、月や小惑星等でヘリウム3(3He)が容易に入手可能とされるので、単一の燃料としてヘリウム3(3He)のみを利用できるエンジンに高い利用価値がある。非特許文献13によると、「3He−3He」核融合反応の反応断面積は、1MeVにおいて10−2barnsと「D−3He」の反応断面積より随分小さい。(10MeVにおいて0.1barns、30MeVにおいて1.0barnsに達するが、投入エネルギーが大きくなる。) The energy generated by the “3He-3He” reaction is less than that of the “D-3He” reaction, and the Coulomb barrier is more than twice as difficult to handle, but helium 3 (3He) can be easily obtained on the moon, asteroids, etc. Therefore, an engine that can use only helium 3 (3He) as a single fuel has high utility value. According to Non-Patent Document 13, the reaction cross section of the “3He-3He” fusion reaction is much smaller than the reaction cross section of 10 −2 burns and “D-3He” at 1 MeV. (It reaches 0.1 barns at 10 MeV and 1.0 barns at 30 MeV, but the input energy increases.)

燃料粒子のヘリウム3原子核3Heビームを1μmに収束させ、粒子加速器62、62tの駆動周波数を10Hzとし、荷電粒子バンチの周期を100ms(間隔391km)、パルス幅を20nS(長さ7.8cm)とし、核融合反応を発生させるためには、燃料粒子3Heの密度を十分に高めることが必要である。   The helium trinuclear 3He beam of fuel particles is converged to 1 μm, the driving frequency of the particle accelerators 62 and 62t is 10 Hz, the period of charged particle bunches is 100 ms (interval 391 km), and the pulse width is 20 nS (length 7.8 cm). In order to generate the nuclear fusion reaction, it is necessary to sufficiently increase the density of the fuel particles 3He.

水素やヘリウムと比較して質量の大きな空気、水、その他の物質を推進剤として、混合反応室58で生成粒子1H、4Heと直接混合して加熱することで、推進剤を効率的に膨張させて噴射し、推力を得ることができる。
紛体を推進剤として使用するときは、図には示していないが非特許文献7に示すようにミクロン単位に粉砕し、気体の推進剤とあらかじめ均質に混合した上で、混合反応室58に投入することで、推進剤の質量を増加することができる。均質に混合しなければ、振動発生の原因となる。
The propellant is efficiently expanded by directly mixing and heating the produced particles 1H and 4He in the mixing reaction chamber 58 using air, water, and other substances having a large mass as compared with hydrogen and helium as a propellant. Can be injected to obtain thrust.
When powder is used as a propellant, although not shown in the figure, it is pulverized to the micron unit as shown in Non-Patent Document 7, and mixed in advance with a gaseous propellant before being put into the mixing reaction chamber 58. By doing so, the mass of the propellant can be increased. If it is not mixed homogeneously, it will cause vibration.

有人宇宙船では、生活廃棄物を生じるが、乾燥して紛体にし、核融合炉の荷電粒子(生成粒子)と混合・加熱することで、原子レベルまで分解することができる。(有害な化学物質の分解等にも利用できる。)
廃棄物の処理が可能であるとともに、推進剤としても使用することができるので、推進剤の輸送質量を削減できるとともに、宇宙空間への廃棄物の投棄によるデブリを増やさずに済む。
In manned spacecraft, waste is generated, but it can be broken down to the atomic level by drying, turning it into powder, and mixing and heating it with charged particles (generated particles) in a fusion reactor. (It can also be used to decompose harmful chemical substances.)
Since the waste can be treated and can be used as a propellant, the transport mass of the propellant can be reduced, and debris caused by the dumping of the waste into space can be prevented.

宇宙機90は、太陽系内の惑星・衛星間を航行するのに必要最低限の構成例である。
宇宙機の長軸を回転(回転半径10mであれば10rpm程度)させて、遠心力による1G程度の重力を得ることができる。エンジンモジュール91の下層に乗員モジュール96を結合することで、着陸時及び軌道変更のための加速時における重力の方向と一致させることができる。
The spacecraft 90 is a minimum configuration example necessary for navigating between planets and satellites in the solar system.
By rotating the long axis of the spacecraft (about 10 rpm if the rotation radius is 10 m), gravity of about 1 G due to centrifugal force can be obtained. By connecting the occupant module 96 to the lower layer of the engine module 91, it is possible to match the direction of gravity at the time of landing and acceleration for changing the trajectory.

粒子遮蔽板94sは、乗員モジュール96から離れた太陽側に配置し、太陽電池の電力で磁力を発生し、太陽からの放射線の遮蔽を行う。
粒子遮蔽板94sは、互いに逆方向に並べた2本のソレノイドコイルによって作られる閉じた磁力線により、太陽から飛来する荷電粒子(主に水素原子核1Hとヘリウム原子核4He)を外側に向けて穏やかに偏向することで、放射光や二次粒子の発生を抑えて、荷電粒子を遮蔽する。
自然冷却による超電導コイルを使用できる場合は、十分な強度の磁力を発生することができる。
着陸時には、可動アームに粒子遮蔽板94sを装着し、太陽を自動追尾して荷電粒子を遮蔽する。
The particle shielding plate 94s is disposed on the solar side away from the occupant module 96, generates a magnetic force by the power of the solar cell, and shields radiation from the sun.
The particle shielding plate 94s gently deflects charged particles (mainly hydrogen nuclei 1H and helium nuclei 4He) flying from the sun outward by closed magnetic field lines created by two solenoid coils arranged in opposite directions. By doing so, the generation of synchrotron radiation and secondary particles is suppressed, and charged particles are shielded.
When a superconducting coil by natural cooling can be used, a sufficiently strong magnetic force can be generated.
At the time of landing, a particle shielding plate 94s is attached to the movable arm, and the sun is automatically tracked to shield charged particles.

おおむね火星の重力(0.35G)に対応する推力があれば、太陽系内の大気の少ない惑星や衛星に離着陸することができる。総質量30トンの宇宙機に対して、200kN程度の推力が必要である。
荷電粒子ビーム衝突型核融合エンジンの大きな比推力を利用することが出来るので、惑星間飛行に要する日数を大幅に短縮することが期待できる。
火星は、大気が薄いため、翼で滑空することはできないが、大気(主にCO)を取り込み、タンクに蓄積し、離陸のための推進剤として利用することができる。
In general, if there is a thrust corresponding to the Martian gravity (0.35G), it can take off and land on planets and satellites in the solar system with little air. A thrust of about 200 kN is required for a spacecraft with a total mass of 30 tons.
Because the large specific thrust of the charged particle beam collision type fusion engine can be used, the number of days required for interplanetary flight can be greatly shortened.
Mars cannot glide with its wings because it has a thin atmosphere, but it can take in the atmosphere (mainly CO 2 ), accumulate it in a tank, and use it as a propellant for takeoff.

荷電粒子・推進剤混合型エンジン91とは独立した200kW程度のビーム衝突型核融合炉60、88を備えることで、必要な電力を得る他、廃棄物の乾燥・粉砕処理や、サバティエ反応を利用した酸素や水の循環利用等が可能となり、乗員の生活を高いレベルに保つことができる。小さい電気出力の核融合炉を構築する場合、燃料粒子の収束を0.25μm、繰り返し周期を100mSとするなどして、燃料粒子の密度を高めるとともに、反応断面積の大きい「D−3He」反応を採用する必要がある。   By providing beam collision fusion reactors 60 and 88 of about 200 kW independent from the charged particle / propellant mixed type engine 91, in addition to obtaining the necessary power, the waste is dried and pulverized, and the Sabatier reaction is used. This makes it possible to circulate and use oxygen and water, and to maintain a high level of passenger life. When constructing a fusion reactor with a small electrical output, the fuel particle convergence is increased to 0.25 μm and the repetition period is set to 100 mS to increase the density of the fuel particles and increase the reaction cross-section “D-3He” reaction. It is necessary to adopt.

宇宙機90は、有人機、貨物機共に遠隔操作が可能であり、自動着陸、自動航行の機能が必要である。50年程度の耐久性が求められ、2機以上の同時航行を行うことで、事故発生時に最も迅速な対応を行うことができる。
軌道上で貨物モジュール95をスカイクレーン97に取り付けて降下し、着地と同時に切り離すことで、貨物モジュールの迅速な降下運搬を行うことができる。
スカイクレーンのワイヤーを、姿勢制御モジュールにかけて牽引することで、人口重力によるモジュールの負荷を軽減し、補強することができる。
The spacecraft 90 can be remotely operated for both manned aircraft and cargo aircraft, and requires functions of automatic landing and automatic navigation. Durability of about 50 years is required, and by performing two or more simultaneous navigations, the quickest response can be performed in the event of an accident.
By attaching the cargo module 95 to the sky crane 97 and descending on the track, and separating the cargo module 95 at the same time as landing, the cargo module can be lowered and transported quickly.
By pulling the sky crane wire over the attitude control module, the load on the module due to artificial gravity can be reduced and reinforced.

図10は、太陽系外を航行する外宇宙探査機の説明図である。
(a)は正面図(地球に向けている面)、(b)は、上面図である。(c)は、エンジンの断面図である。
オフセットパラボラの形状の電波反射板99rの焦点と、電波反射板99rと燃料タンク52、53とを含めた重心が一致しており、燃料の消費に伴う重心の位置変化が発生しないように構成されている。
外宇宙探査機90のエンジンは、荷電粒子加速器62、62tを内蔵する軸を中心に、重心を共有し回転可能に取り付けられ、噴射方向を変えることができる。
外宇宙探査機90は、太陽の周りを螺旋状に回りながら航行するので、地球に向ける角度(電波を送る方向)とエンジンの噴射方向とが異なっている。
FIG. 10 is an explanatory diagram of an outer space probe that navigates outside the solar system.
(A) is a front view (surface facing the earth), (b) is a top view. (C) is a sectional view of the engine.
The focal point of the radio wave reflector 99r in the shape of the offset parabola coincides with the center of gravity including the radio wave reflector 99r and the fuel tanks 52 and 53, so that the position change of the center of gravity due to fuel consumption does not occur. ing.
The engine of the outer space probe 90 is rotatably mounted so as to share a center of gravity around an axis incorporating the charged particle accelerators 62 and 62t, and can change the injection direction.
Since the outer space probe 90 navigates while spiraling around the sun, the angle toward the earth (the direction in which radio waves are transmitted) and the injection direction of the engine are different.

ビーム衝突型核融合炉60の一部を開放し、荷電粒子を直接宇宙空間に放出することで推力を得る。あらゆる方向に飛翔する高エネルギーの荷電粒子1H、4Heを一方向に偏向するため、生成粒子反射板98r、生成粒子偏向器98dを使用している他、回生減速器65と再加速器67rを組み合わせて、減速した荷電粒子1H、4Heを目的の方向に再度加速して噴射している。宇宙空間に存在する粒子を、後方に向けて加速する方法も考えられる。
燃料は、「3He−3He」反応では、発生するエネルギーが小さいため、「D−3He」を使用する。「D−3He」の核融合反応では、水素原子核1H(p)のエネルギーが14MeV(光速の約17%)であるので、外宇宙探査機90自体を光速の10%程度まで加速できる可能性がある。
Thrust is obtained by opening a part of the beam collision type fusion reactor 60 and releasing charged particles directly into space. In order to deflect the high energy charged particles 1H and 4He flying in all directions in one direction, the generated particle reflector 98r and the generated particle deflector 98d are used, and the regenerative decelerator 65 and the reaccelerator 67r are combined. Then, the decelerated charged particles 1H and 4He are accelerated again in the target direction and injected. A method of accelerating particles existing in outer space backward is also conceivable.
Since the generated energy is small in the “3He-3He” reaction, “D-3He” is used as the fuel. In the fusion reaction of “D-3He”, the energy of the hydrogen nucleus 1H (p) is 14 MeV (about 17% of the speed of light), so there is a possibility that the outer space probe 90 itself can be accelerated to about 10% of the speed of light. is there.

表5は、4光年の距離の無線回線設計である。
100メガワットの電波送信機を駆動することを考える。
送信周波数は、1GHzから50GHzが適当と考えられる。
距離3.776×1016mに対する自由空間損失が364dBと圧倒的に大きいが、Pr>Prnであるから、巨大なアンテナとヘリウム冷却低雑音受信機を使用して、6kHzの帯域の信号を受信することができる計算になる。
表5 回線設計
Table 5 is a radio link design with a distance of 4 light years.
Consider driving a 100 megawatt radio transmitter.
A transmission frequency of 1 GHz to 50 GHz is considered appropriate.
The free space loss for a distance of 3.776 × 10 16 m is overwhelmingly large at 364 dB, but Pr> Prn, so a huge antenna and a helium-cooled low-noise receiver are used to receive signals in the 6 kHz band. Can be calculated.
Table 5 Line design

太陽系外を航行する宇宙探査機であるので、莫大な量の燃料を消費することになるが、大きな比推力を生かして、不断の加速を行うことによって、光速の10%前後まで加速する価値は大きい。
最も近い恒星であるアルファケンタウリまでの距離は、4.2光年であるから、螺旋状に航行すること等を考慮すると、光速の10%の速度を得たとしても、電波で探査結果が地球に届くまでに、打ち上げから50年以上を要する計算になる。
200MWのビーム衝突型核融合炉60が50年間連続稼働するのに必要な重水素(2H、D)とヘリウム3(3He)燃料の合計重量は、960kgを超えることになる。
遠隔操縦が不可能であるから、自律的な探査能力を与える必要がある。
Because it is a space probe navigating outside the solar system, it consumes a huge amount of fuel, but the value of accelerating to around 10% of the speed of light by taking advantage of a large specific thrust and making constant acceleration large.
The distance to the nearest star, Alpha Centauri, is 4.2 light-years, so if you take into account the fact that you are navigating in a spiral, etc., even if you get a speed of 10% of the speed of light, It will take more than 50 years from the launch to reach.
The total weight of deuterium (2H, D) and helium 3 (3He) fuel required to operate the 200 MW beam collision fusion reactor 60 continuously for 50 years will exceed 960 kg.
Since remote control is impossible, it is necessary to provide autonomous exploration capability.

地球上に十分な量の燃料となるヘリウム3(3He)が存在していないことから、放射性物質を含まない核融合の実現は、極めて困難なものになっている。
「D−D」反応や「D−T」反応は、放射性物質を含む核融合であることから、実施例として例示しなかったが、本発明の荷電粒子ビーム衝突型核融合装置は、これらの核融合反応についても取り扱うことができる。
核融合における問題点を再度整理する。
1点目は、中性子の生成であり、炉壁の脆化・放射化、人体への影響などが考えられるが、核分裂炉の技術で、対処可能であり、炉が停止すれば中性子の影響は無くなる。
2点目は、三重水素原子核3H(トリチウムT)の生成であり、漏えいによる周辺への影響が深刻な問題であることは、最初に述べたとおりである。
Since there is no sufficient amount of helium 3 (3He) on the earth as a fuel, it is very difficult to realize nuclear fusion that does not contain radioactive materials.
Since the “DD” reaction and the “DT” reaction are nuclear fusion containing radioactive materials, they have not been exemplified as examples, but the charged particle beam collision type fusion apparatus of the present invention is not limited to these examples. It can also handle fusion reactions.
Re-arrange the problems in fusion.
The first point is the generation of neutrons, which may include embrittlement / activation of the reactor wall, effects on the human body, etc., but it can be dealt with with the technology of the fission reactor. Disappear.
The second point is the generation of the tritium nucleus 3H (tritium T), and the influence on the surroundings due to leakage is a serious problem as described above.

この問題を解決する提案を実施例として、ここに追加する。
解決方法は、三重素3H(トリチウムT)を蓄積しないことである。2つの炉を用意し、「D−D」反応で生成した三重水素原子核3H(トリチウムT)を直ちに「D−T」反応を行って消費することで、放射性物質の存在量を微量に限定することができる。
表6は、非特許参考文献6の図2.2を参考に、各反応毎の最適な衝突エネルギーと反応断面積を他の反応の反応断面積を一覧にしたものである。
表6 核融合反応の反応断面積

表7に、水素原子核1H(陽子、プロトンp)を含む核反応の一部を一覧にした。核融合生成物を精製せずに核融合反応を継続した場合、陽電子e、ガンマー線γ、ニュートリノνなどが発生するが、荷電粒子ビーム衝突型核融合炉で有効なエネルギーとして取り出すことが困難である。
表7 水素原子核1H(陽子、プロトンp)を含む核反応
A proposal to solve this problem is added here as an example.
The solution is not to accumulate triple element 3H (tritium T). Two furnaces are prepared, and the tritium nucleus 3H (tritium T) produced by the “DD” reaction is immediately consumed by performing the “DT” reaction, thereby limiting the abundance of radioactive materials to a very small amount. be able to.
Table 6 is a table listing the optimum collision energy and reaction cross-section for each reaction and the reaction cross-sections of other reactions with reference to FIG. 2.2 of Non-Patent Reference 6.
Table 6 Reaction cross section of fusion reaction

Table 7 lists some of the nuclear reactions involving the hydrogen nucleus 1H (proton, proton p). When the fusion reaction is continued without purifying the fusion product, positron e + , gamma ray γ, neutrino ν e, etc. are generated, but can be extracted as effective energy in the charged particle beam collision type fusion reactor. Have difficulty.
Table 7 Nuclear reactions involving the hydrogen nucleus 1H (proton, proton p)

図11は、1つの炉に異なる角度で3対の「荷電粒子ビーム発生器」を構成した実施例である。
図の左側は、全て重水素原子核2H(デューテリウムD)を燃料とし、右側は、上から順に重水素原子核2H(デューテリウムD)、三重水素原子核3H(トリチウムT)、ヘリウム3原子核3Heを燃料とする。
1つ目の「D−D」と「D」の記号を付した「荷電粒子ビーム発生器」の対で「D−D」反応を行うが、1.4MeVを必要とし、0.2barnsと反応断面積が小さい。最初の核融合反応であるから不純物が混入も無いが、二種類の核融合反応が同時に発生し、4種類の粒子(p、n、T、3He)が飛翔する。(中性子nは、電荷を持たず透過力が強く、熱交換室57の中性子減速材(水)10により減速、吸収され、イオン回収路68では回収されない。)
2つ目の「D−T」と「T」の記号を付した「荷電粒子ビーム発生器」の対で「D−T」反応を行う。
3つ目の「D−3He」と「3He」の記号を付した「荷電粒子ビーム発生器」の対で「D−3He」反応を行う。
中性子nは、電気エネルギーとして回収できないため、熱として回収するエネルギーが増加する。真空容器の外側に減速材(水)10を満たした熱交換室57を設け、中性子の遮蔽と冷却を行う。
FIG. 11 shows an embodiment in which three pairs of “charged particle beam generators” are formed in one furnace at different angles.
The left side of the figure uses deuterium nucleus 2H (deuterium D) as fuel, and the right side uses deuterium nucleus 2H (deuterium D), tritium nucleus 3H (tritium T), and helium trinuclear 3He in order from the top. And
The first “D-D” and “D” paired “charged particle beam generator” pair performs a “DD” reaction, but requires 1.4 MeV and reacts with 0.2 barns. Small cross-sectional area. Since this is the first fusion reaction, no impurities are mixed in, but two kinds of fusion reactions occur simultaneously, and four kinds of particles (p, n, T, 3He) fly. (The neutron n does not have a charge and has a strong permeability, and is decelerated and absorbed by the neutron moderator (water) 10 in the heat exchange chamber 57 and is not collected in the ion recovery path 68.)
The second “DT” and “T” pair of “charged particle beam generators” are paired to perform a “DT” reaction.
The third “D-3He” and “3He” paired “charged particle beam generator” pairs are used to perform the “D-3He” reaction.
Since neutron n cannot be recovered as electric energy, the energy recovered as heat increases. A heat exchange chamber 57 filled with a moderator (water) 10 is provided outside the vacuum vessel to shield and cool neutrons.

イオン回収路68及び未反応粒子68n回収路から、荷電粒子1H(p)、2H(D)、3H(T)、3He及び4He(D−D反応以外の反応で生成する。)を回収する。イオン発生器61で再イオン化し、粒子加速器62、62tにより10keV程度まで加速して、電荷質量比の違いを利用して、電荷質量分離器64x(磁気スペクトロメータ)により1H(p)、3H(T)、2H(D)、4He(α)、3Heの順に分離する。三重水素原子核3H(トリチウムT)を60keVまで加速し、40keVに加速した重水素原子核2H(デューテリウムD)と核融合反応を行い、三重水素原子核3H(トリチウムT)を直ちに消費する。   Charged particles 1H (p), 2H (D), 3H (T), 3He and 4He (generated by a reaction other than the DD reaction) are recovered from the ion recovery path 68 and the unreacted particle 68n recovery path. Reionized by the ion generator 61, accelerated to about 10 keV by the particle accelerators 62 and 62t, and 1H (p), 3H (by the charge mass separator 64x (magnetic spectrometer) using the difference in charge mass ratio. T), 2H (D), 4He (α), and 3He. The tritium nucleus 3H (tritium T) is accelerated to 60 keV, a fusion reaction is performed with the deuterium nucleus 2H (deuterium D) accelerated to 40 keV, and the tritium nucleus 3H (tritium T) is immediately consumed.

「D―T」反応の反応断面積が、5barnsであるのに対して、「D−D」及び「D−3He」反応の反応断面積は、0.03barnsと小さく、ほぼ「D―T」反応のみを発生する。三重水素原子核3H(トリチウムT)は、常時ヘリウム3原子核3Heに崩壊し続けているので、炉内の偏向器64による電荷質量比による分離も効果がある。
分離する距離は、ビームの直径が1μm前後であるから、ビームの広がり方にもよるが、10μm程度で十分な反応抑制の効果が期待でき、反応断面積の相違と合わせれば、目的外の核反応を大きく抑制することができる。
The reaction cross section of the “DT” reaction is 5 barns, whereas the reaction cross sections of the “DD” and “D-3He” reactions are as small as 0.03 barns, which is almost “DT”. Only the reaction occurs. Since the tritium nucleus 3H (tritium T) is constantly decayed into the helium trinuclear 3He, separation by the charge mass ratio by the deflector 64 in the furnace is also effective.
Since the beam diameter is about 1 μm, the separation distance depends on how the beam spreads, but about 10 μm can be expected to have a sufficient reaction suppression effect. The reaction can be greatly suppressed.

偏向器64で分離された水素原子核1H(p)、重水素原子核2H(D)、ヘリウム3原子核3He及びヘリウム原子核4He(α)は、それぞれ中和してタンクに蓄積する。ヘリウム原子核4He(アルファ粒子α)と重水素原子核2H(デューテリウムD)は、電荷質量比がほぼ同じであるから、分離することが困難である。(化学反応により分離できる。)
「D−3He」と「3He」の記号を付した「荷電粒子ビーム発生器」の対で「D−3He」反応を行うが、400keV(2H:160keV、3H:240keV)で衝突することで、「D−3He」反応は、1barns、「D―T」反応は、0.8barns、「D−D」反応は、0.13barnsであるので、分離できずに残った不純物の影響が若干減少する。
なお、分離せずに回収した粒子を燃料として使用する場合は、副反応が複雑になること、反応に寄与しない粒子を加速するために余分なエネルギーを要すること、様々なエネルギーの粒子が同時に飛翔し回生減速器65の設計が困難になる可能性がある。
The hydrogen nuclei 1H (p), deuterium nuclei 2H (D), helium 3 nuclei 3He, and helium nuclei 4He (α) separated by the deflector 64 are neutralized and accumulated in the tank. The helium nucleus 4He (alpha particle α) and the deuterium nucleus 2H (deuterium D) have almost the same charge-mass ratio, and are difficult to separate. (Can be separated by chemical reaction.)
A “D-3He” reaction is performed with a pair of “charged particle beam generators” labeled “D-3He” and “3He”, but by colliding at 400 keV (2H: 160 keV, 3H: 240 keV), Since the “D-3He” reaction is 1 barns, the “DT” reaction is 0.8 barns, and the “DD” reaction is 0.13 barns, the influence of impurities that cannot be separated is slightly reduced. .
When particles recovered without separation are used as fuel, side reactions become complicated, extra energy is required to accelerate particles that do not contribute to the reaction, and particles with various energies fly simultaneously. The design of the regenerative speed reducer 65 may be difficult.

図12(a)は、「D−D」反応と「D−T」反応のみを形状的に利用する構成の核融合炉の実施例である。
キャピラリー63cは、経路を緩やかに曲げることができることから、右側のDとTのキャピラリー63cを近接して配置している。対向するDの「荷電粒子ビーム発生器」は、1組のみとしている。
キャピラリー63c先端の偏向器64または支持部の駆動機構により、荷電粒子ビームの方向を瞬時に切り替え、それぞれに対応する速度(「D−D」反応では、700keV、「D−T」反応では、40〜60keV。)で荷電粒子2H(D)を打ち出す。
32個(切頂二十面体の形状に組み立てる場合)の回生減速器65に付属するイオン回収路68及び2カ所の未反応燃料回収路から、核反応で生成した荷電粒子及び未反応燃料68n(1H(p)、2H(D)、3H(T)、3He及び4He(α))を中和せずに、イオン回収チューブ68tを経由して回収し、再度加速して電荷質量比の違いから粒子を分別し、三重水素原子核3H(トリチウムT)を1秒以内に消費するシステムを構成している。
図12(c)に、イオン回収チューブ68tの構成を示す。荷電粒子を誘導する電極(進行波型粒子加速器62tに設けた電極と同じ原理で、荷電粒子を進行方向に誘導する。加速はしない。)を設け、3つの相(φ0、φ1及びφ2)からなるプラスまたはマイナスの高電圧を一定の周期で順次加えることで、荷電粒子を移送する。
イオン回収チューブ68tは、32カ所のイオン回収路68に一筆書き状に接続して生成粒子を回収し、パルス状の生成粒子を平均化して電荷質量分離器64xに送っている。
FIG. 12A shows an example of a nuclear fusion reactor having a configuration in which only the “DD” reaction and the “DT” reaction are geometrically utilized.
Since the capillary 63c can bend the path gently, the right D and T capillaries 63c are arranged close to each other. There is only one set of D “charged particle beam generators” facing each other.
The direction of the charged particle beam is instantaneously switched by the deflector 64 at the tip of the capillary 63c or the drive mechanism of the support, and the velocity corresponding to each is changed (700 keV for the “DD” reaction, 40 for the “DT” reaction). Charged particles 2H (D) are launched at ˜60 keV.
From the ion recovery path 68 attached to the regenerative decelerator 65 and the two unreacted fuel recovery paths (when assembled in the shape of a truncated icosahedron) 32 charged particles and unreacted fuel 68n ( 1H (p), 2H (D), 3H (T), 3He, and 4He (α)) are recovered through the ion recovery tube 68t without being neutralized, and accelerated again from the difference in charge mass ratio. The system is configured to separate the particles and consume the tritium nucleus 3H (tritium T) within 1 second.
FIG. 12C shows the configuration of the ion recovery tube 68t. An electrode for guiding charged particles (guided charged particles are guided in the traveling direction on the same principle as the electrode provided in the traveling wave type particle accelerator 62t, but not accelerated) is provided, and three phases (φ0, φ1, and φ2) are used. The charged particles are transferred by sequentially applying a positive or negative high voltage with a constant cycle.
The ion collection tube 68t is connected to 32 ion collection paths 68 in a single stroke to collect the generated particles, average the pulse-shaped generated particles, and send them to the charge mass separator 64x.

「D−D」反応と「D−T」反応では、中性子nが多くのエネルギーを持って飛翔するので、直接電気として取り出せるエネルギーは最大で32.4%までであり、熱出力が67.6%以上を占める。同一の出力の場合、真空容器55の直径を30%程度小さくすることができる。荷電粒子ビーム型核融合炉60を取り囲む熱交換室57内に減速材(水)10を満たし、中性子nの減速及び熱変換を行う。
図12(b)に、水10による中性子nの遮蔽と熱変換、並びに、熱駆動ポンプ66(特許文献7)及び発電機88による熱−電気変換器)を、多面体(正五角形12面、正六角形20面)を構成する32個のユニットで構成した例を示す。各ユニットは、保守のため任意のユニットを取り外すことができる形状に作られているとともに、異なる角度のかみ合わせとなっており、直線的に進んだ中性子が間隙から漏れない構造としている。
図12(d)に「D−D」反応、(e)に「D−T」反応による粒子飛翔図を示す。(未反応粒子68nの軌跡は、省略した。)
荷電粒子1H、2H、3H、3He及び4Heは、回生減速器65で、中性子nは、回生減速器65を透過し、中性子減速材(水)10で減速している。安全のため、及び、中性子減速材(水)10、中性子反射材(鉛など)19を透過した中性子nを遮蔽するため、さらに外側にコンクリート壁が必要である。
In the “DD” and “DT” reactions, neutron n flies with a lot of energy, so the maximum energy that can be directly taken out as electricity is 32.4%, and the heat output is 67.6. Occupy more than 50%. In the case of the same output, the diameter of the vacuum vessel 55 can be reduced by about 30%. A moderator (water) 10 is filled in a heat exchange chamber 57 surrounding the charged particle beam type nuclear fusion reactor 60, and neutron n is decelerated and heat-converted.
FIG. 12B shows the shielding and thermal conversion of neutron n by water 10 and the heat-driven pump 66 (Patent Document 7) and the heat-electric converter by generator 88). An example composed of 32 units constituting a square 20 surface) is shown. Each unit is made into a shape in which an arbitrary unit can be removed for maintenance, and is engaged at different angles so that neutrons that have traveled linearly do not leak from the gap.
FIG. 12D shows a particle flight diagram by the “DD” reaction and FIG. 12E shows the “DT” reaction. (The locus of the unreacted particles 68n is omitted.)
Charged particles 1H, 2H, 3H, 3He and 4He are regenerative speed reducer 65, and neutron n is transmitted through regenerative speed reducer 65 and decelerated by neutron moderator (water) 10. In order to shield the neutron n that has passed through the neutron moderator (water) 10 and the neutron reflector (such as lead) 19 for safety, a concrete wall is further required outside.

運転中、三重水素原子核3H(トリチウムT)は、真空容器55、イオン回収路68、68t、並びに、Tの記号を付した粒子加速器62、62t、電荷質量分離器64x及びキャピラリー63cの内部に分散して存在している。1時間に1.0gの燃料を消費する炉の場合、三重水素原子核3H(トリチウムT)の生成量は、1秒間に約0.1mgと見積もられる。(トリチウムTの循環に1秒を要するとした場合。100mSで一巡する場合は、さらに少なく0.01mgになる。)
緊急停止時を含めて、炉内の三重水素原子核3H(トリチウムT)を可能な限り消費してから停止する仕組みとすることによって、停止時の残存量は、0.1μg(3.6×10Bq)前後まで削減することができると期待される。(「D−T」反応の繰り返し周期を1,000Hzとした場合)
さらに、重水素原子核2H(デューテリウムD)の粒子を多くすることにより、三重水素原子核3H(トリチウムT)の反応率を99.99%以上に高めることが出来るから、残存量は、0.01ng(3.6×10Bq)以下に削減することができる。この処理を繰り返すことで、三重水素原子核3H(トリチウムT)を完全に消滅することができる。(重水素原子核2H(デューテリウムD)の未反応燃料粒子が多く残る。)
地震検知等により三重水素原子核3H(トリチウムT)の消滅運転を行った後は、「D−3He」反応に切り替えて運転を継続することで、電力の供給を維持することが出来る。
During operation, the tritium nucleus 3H (tritium T) is dispersed inside the vacuum vessel 55, the ion recovery paths 68 and 68t, the particle accelerators 62 and 62t with the symbol T, the charge mass separator 64x, and the capillary 63c. Exist. In the case of a furnace that consumes 1.0 g of fuel per hour, the amount of tritium nucleus 3H (tritium T) produced is estimated to be about 0.1 mg per second. (If it takes 1 second to circulate the tritium T. If it goes around at 100 mS, it becomes 0.01 mg even less.)
By using a mechanism in which the tritium nucleus 3H (tritium T) in the furnace is consumed as much as possible, including during an emergency stop, the remaining amount at the time of stop is 0.1 μg (3.6 × 10 6 7 Bq) is expected to be reduced to around. (When the repetition period of the “DT” reaction is 1,000 Hz)
Furthermore, by increasing the number of particles of deuterium nucleus 2H (deuterium D), the reaction rate of tritium nucleus 3H (tritium T) can be increased to 99.99% or more, so the remaining amount is 0.01 ng. It can be reduced to (3.6 × 10 3 Bq) or less. By repeating this process, the tritium nucleus 3H (tritium T) can be completely extinguished. (Many unreacted fuel particles of deuterium nucleus 2H (deuterium D) remain.)
After the extinction operation of the tritium nucleus 3H (tritium T) by earthquake detection or the like, the power supply can be maintained by switching to the “D-3He” reaction and continuing the operation.

三重水素原子核3H(トリチウムT)の残存量を限定することができたが、やはり大変危険な物質であることに変わりはない。将来、「荷電粒子ビーム衝突型核融合炉」が、小電力化・小型化することで一般利用が拡大する可能性があり、普及に比例して三重水素(3H、トリチウムT)の漏えい事故も増加すると考えられる。また、移動体の事故率は圧倒的に高いから、移動体や一般利用向けには、「D−3He」反応炉が望ましい。
「D−D」反応炉は、三重水素(3H、トリチウムT)を生成すること、中性子nを遮蔽するため及び熱を処理するため大型化することもあり、少数の組織的な管理体制下での利用に限定して、発電するとともにヘリウム3(3He)を生産する使い方が、1つの解決方法である。
「D−3He」反応炉が普及することで、月や小惑星などからヘリウム3(3He)を調達する原動力にもなると考えられる。
ヘリウム3(3He)が月や小惑星などから調達されるようになった後は、「D−D」反応炉を廃炉にすることが望ましい。
三重水素(3H、トリチウムT)を含む核融合炉は、核分裂炉と同様の管理体制が必要と考えられる。
また、あらゆる荷電粒子ビーム衝突型核融合炉が兵器や武器に使用されないことを望むものである。
Although the remaining amount of the tritium nucleus 3H (tritium T) could be limited, it is still a very dangerous substance. In the future, there is a possibility that the general use of the “charged particle beam collision type fusion reactor” will be expanded by reducing the power and size, and there will be a tritium (3H, tritium T) leakage accident in proportion to the spread. It is thought to increase. In addition, since the accident rate of mobile bodies is overwhelmingly high, the “D-3He” reactor is desirable for mobile bodies and general use.
The “D-D” reactor may be increased in size to produce tritium (3H, tritium T), shield neutrons n and process heat, and under a small organizational management system. One solution is to use power generation and produce helium 3 (3He) in a limited manner.
The prevalence of the “D-3He” reactor is thought to be a driving force for procuring helium 3 (3He) from the moon and asteroids.
After helium 3 (3He) is procured from the moon, asteroids, etc., it is desirable to decommission the “DD” reactor.
A fusion reactor containing tritium (3H, tritium T) is considered to require the same management system as a fission reactor.
We also hope that all charged particle beam collision reactors will not be used for weapons or weapons.

放射能を出さない純粋な核融合反応による核融合発電装置、宇宙機、航空機、船舶、車両等の推進装置を提供することができる。微量の放射性物質を伴うが、安価な重水素燃料による核融合発電装置を提供できる。高エネルギーの荷電粒子による廃棄物処理などにも活用できる。
It is possible to provide a propulsion device for a fusion power generation device, a spacecraft, an aircraft, a ship, a vehicle, etc. by a pure fusion reaction that does not emit radioactivity. Although a small amount of radioactive material is involved, it is possible to provide a fusion power generation apparatus using inexpensive deuterium fuel. It can also be used for waste disposal with high-energy charged particles.

1H 水素原子核(陽子、プロトン粒子p) 10 減速材(水) 19 反射材(鉛)
2H 重水素原子核(デューテリウムD) 32 多面体(切頂二十面体)
3H 三重水素原子核(トリチウムT) 3He ヘリウム3原子核
4He ヘリウム原子核(アルファ粒子α)
50 推進剤 50a 空気 50b 粉体 51 タンク 51a 空気タンク
51 水素ガス 52 重水素ガス 53 ヘリウム3ガス 54 ヘリウムガス
55 真空容器 56 換気口 57 熱交換室 58 混合反応室
60 荷電粒子ビーム衝突型核融合炉 61 荷電粒子発生器 61a 加速グリッド
62 粒子加速器 62a 加速グリッド 62d 遅延回路 62s スイッチ
62t 進行波型粒子加速器 63 電子レンズ 63c キャピラリー
64 偏向器 64e 電界型偏向器 64m 磁気偏向器 64x 電荷質量分離器
65 回生減速器 65b 減速グリッド 65d 遅延回路 65f 初段のグリッド
66 熱駆動ポンプ 67 グリッド 67a 加速グリッド 67r 再加速器
68 イオン回収路 68n 未反応燃料 68t イオン回収チューブ
69 中和器(電子発生器)
1H Hydrogen nucleus (proton, proton particle p) 10 Moderator (water) 19 Reflector (lead)
2H deuterium nucleus (deuterium D) 32 polyhedron (truncated icosahedron)
3H Tritium nucleus (tritium T) 3He Helium 3 nucleus
4He Helium nucleus (alpha particle α)
50 propellant 50a air 50b powder 51 tank 51a air tank 51 hydrogen gas 52 deuterium gas 53 helium 3 gas 54 helium gas 55 vacuum vessel 56 ventilation port 57 heat exchange chamber 58 mixing reaction chamber
60 charged particle beam collision fusion reactor 61 charged particle generator 61a acceleration grid 62 particle accelerator 62a acceleration grid 62d delay circuit 62s switch
62t traveling wave particle accelerator 63 electron lens 63c capillary
64 Deflector 64e Electric field type deflector 64m Magnetic deflector 64x Charge mass separator 65 Regenerative decelerator 65b Deceleration grid 65d Delay circuit 65f First stage grid 66 Thermally driven pump 67 Grid 67a Acceleration grid 67r Reaccelerator 68 Ion recovery path 68n Unreacted Fuel 68t Ion recovery tube 69 Neutralizer (electron generator)

80 航空機・宇宙シャトル 81 加熱型原子力ジェットエンジン 82 翼
83 尾翼 84 エンジンフラップ 85 貨物室 86 タービン
87 電動機 88 発電機 89 定量供給ポンプ
90 宇宙機 91 荷電粒子・推進剤混合型エンジン(エンジンモジュール)
92 姿勢制御モジュール 93 噴射ノズル
94g 着陸脚 94h ロボットアーム 94s 粒子遮蔽板
95 貨物モジュール 96 乗員モジュール 97 スカイクレーン・車両(内蔵)
98d 生成粒子偏向器 98r 生成粒子反射板
99r 電波反射板 99a アンテナ
80 Aircraft / Space Shuttle 81 Heated Nuclear Jet Engine 82 Wing 83 Tail 84 Engine Flap 85 Cargo Chamber 86 Turbine
87 Electric motor 88 Generator 89 Metering pump
90 Spacecraft 91 Charged Particle / Propellant Mixed Engine (Engine Module)
92 Attitude control module 93 Injection nozzle 94g Landing leg 94h Robot arm 94s Particle shield 95 Cargo module 96 Crew module 97 Sky crane / vehicle (built-in)
98d Generated particle deflector 98r Generated particle reflector 99r Radio wave reflector 99a Antenna

イオン回収路68及び未反応粒子68n回収路から、荷電粒子1H(p)、2H(D)、3H(T)、3He及び4He(D−D反応以外の反応で生成する。)を回収する。回収した荷電粒子を粒子加速器62、62tにより10keV程度まで加速して、電荷質量比の違いを利用して、電荷質量分離器64x(磁気スペクトロメータ)により1H(p)、3H(T)、2H(D)、4He(α)、3Heの順に分離する。三重水素原子核3H(トリチウムT)を60keVまで加速し、40keVに加速した重水素原子核2H(デューテリウムD)と核融合反応を行い、三重水素原子核3H(トリチウムT)を直ちに消費する。
Charged particles 1H (p), 2H (D), 3H (T), 3He and 4He (generated by a reaction other than the DD reaction) are recovered from the ion recovery path 68 and the unreacted particle 68n recovery path. The collected charged particles are accelerated to about 10 keV by the particle accelerators 62 and 62t, and 1H (p), 3H (T), 2H by the charge mass separator 64x (magnetic spectrometer) using the difference in charge mass ratio. (D) Separate in the order of 4He (α) and 3He. The tritium nucleus 3H (tritium T) is accelerated to 60 keV, a fusion reaction is performed with the deuterium nucleus 2H (deuterium D) accelerated to 40 keV, and the tritium nucleus 3H (tritium T) is immediately consumed.

図12(a)は、「D−D」反応と「D−T」反応のみを経常的に利用する構成の核融合炉の実施例である。
キャピラリー63cは、経路を緩やかに曲げることができることから、右側のDとTのキャピラリー63cを近接して配置している。対向するDの「荷電粒子ビーム発生器」は、1組のみとしている。
キャピラリー63c先端の偏向器64または支持部の駆動機構により、荷電粒子ビームの方向を瞬時に切り替え、それぞれに対応する速度(「D−D」反応では、700keV、「D−T」反応では、40〜60keV。)で荷電粒子2H(D)を打ち出す。
32個(切頂二十面体の形状に組み立てる場合)の回生減速器65に付属するイオン回収路68及び2カ所の未反応燃料回収路から、核反応で生成した荷電粒子及び未反応燃料68n(1H(p)、2H(D)、3H(T)、3He及び4He(α))を中和せずに、イオン回収チューブ68tを経由して回収し、再度加速して電荷質量比の違いから粒子を分別し、三重水素原子核3H(トリチウムT)を1秒以内に消費するシステムを構成している。
図12(c)に、イオン回収チューブ68tの構成を示す。図6の進行波型粒子加速器62tを太さが一定の筒状にしたもので、外側に荷電粒子を誘導する電極を設け、3つの相(φ0、φ1及びφ2)からなるプラスまたはマイナスの高電圧を一定の周期で順次加えることで、荷電粒子を移送する。
イオン回収チューブ68tは、32カ所のイオン回収路68に一筆書き状に接続して生成粒子を回収し、パルス状の生成粒子を平均化して電荷質量分離器64xに送っている。
FIG. 12 (a) shows an example of a nuclear fusion reactor having a configuration in which only the “DD” reaction and the “DT” reaction are normally used.
Since the capillary 63c can bend the path gently, the right D and T capillaries 63c are arranged close to each other. There is only one set of D “charged particle beam generators” facing each other.
The direction of the charged particle beam is instantaneously switched by the deflector 64 at the tip of the capillary 63c or the drive mechanism of the support, and the velocity corresponding to each is changed (700 keV for the “DD” reaction, 40 for the “DT” reaction). Charged particles 2H (D) are launched at ˜60 keV.
From the ion recovery path 68 attached to the regenerative decelerator 65 and the two unreacted fuel recovery paths (when assembled in the shape of a truncated icosahedron) 32 charged particles and unreacted fuel 68n ( 1H (p), 2H (D), 3H (T), 3He, and 4He (α)) are recovered through the ion recovery tube 68t without being neutralized, and accelerated again from the difference in charge mass ratio. The system is configured to separate the particles and consume the tritium nucleus 3H (tritium T) within 1 second.
FIG. 12C shows the configuration of the ion recovery tube 68t. The traveling wave type particle accelerator 62t of FIG. 6 is formed into a cylindrical shape with a constant thickness, and an electrode for inducing charged particles is provided on the outside, and a plus or minus height consisting of three phases (φ0, φ1, and φ2). Charged particles are transferred by sequentially applying a voltage at a constant cycle.
The ion collection tube 68t is connected to 32 ion collection paths 68 in a single stroke to collect the generated particles, average the pulsed generated particles, and send them to the charge mass separator 64x.

本発明は、放射性物質を環境に排出しない、核融合燃料サイクルを構成可能な、純粋な核融合反応を行う核融合発電装置及び移動体の推進装置に関するものである。 The present invention relates to a fusion power generation apparatus that performs a pure fusion reaction and that can constitute a fusion fuel cycle that does not discharge radioactive materials to the environment, and a propulsion apparatus for a moving body.

核分裂反応を利用する発電については、2011年に発生した福島県における原子力発電所事故を発端として危険性が強く認識されることとなった。
核融合による原子力発電については世界中で精力的に研究が進められているが、安全な方式で、実用化の見通しを確立したものは未だ存在していない。
Regarding power generation using fission reaction, the danger was strongly recognized due to the nuclear power plant accident in Fukushima Prefecture that occurred in 2011.
Research on nuclear power generation using nuclear fusion has been carried out energetically all over the world, but there is no safe method that has established a prospect for practical use.

現在研究が進められている核融合炉の方式は、放射性物質を含む燃料による磁気プラズマ閉じ込め方式やレーザーなどを照射する慣性核融合方式の開発が行われている。
核融合反応の自己点火を目標としており、実現が容易とされる「D−D」反応(重水素同士の核融合反応)や「D−T」反応(重水素と三重水素の核融合反応)といった放射性物質を含む核融合反応の研究が中心である。
Currently, research on nuclear fusion reactors is underway, including magnetic plasma confinement with a fuel containing radioactive material and inertial fusion with laser irradiation.
“DD” reaction (deuterium-to-deuterium fusion reaction) and “DT” reaction (deuterium-tritium fusion reaction), which are aimed at self-ignition of fusion reactions Research on fusion reactions involving radioactive materials such as

荷電粒子ビームを利用する研究も存在しているが、もっぱら磁気閉じ込め方式の核融合プラズマを加熱するため、あるいは、レーザー光の代わりに慣性核融合方式のペレットを照射すためであり、荷電粒子ビーム同士を衝突させることで核融合反応を発生する方式についての研究は見当たらない。   There are also studies using charged particle beams, but they are mainly for heating magnetically confined fusion plasmas or for irradiating inertial fusion pellets instead of laser beams. There is no research on the method of generating a fusion reaction by colliding each other.

また、プラズマを使用する方法では、プラズマ内に核融合生成物質が蓄積すると、核融合反応が複雑になり、放射性物質も増えてしまう欠点がある。
また、現在研究されている多くの核融合反応炉は、熱を電気に変換するプロセスが必要となるため、プラントの規模が大きくなるとともに、電気への変換効率が低くなる原因となっている。
In addition, the method using plasma has a drawback that if a fusion product is accumulated in the plasma, the fusion reaction becomes complicated and the radioactive material increases.
Also, many fusion reactors currently being studied require a process for converting heat into electricity, which increases the scale of the plant and reduces the efficiency of conversion to electricity.

既に直接電気としてエネルギーを取り出すことができる磁気プラズマ閉じ込め方式の核融合炉について研究されているが、三重水素など放射性物質を含む反応を利用しているため、安全性に問題が残る。
Research has already been conducted on a magnetic plasma confinement type nuclear fusion reactor that can directly extract energy as electricity. However, since a reaction containing radioactive materials such as tritium is used, there remains a problem in safety.

特開2005−183194気体又は液体から指向性イオンビームを発生する装置Apparatus for generating directional ion beam from gas or liquid 特開2006−189224動力用核融合炉Patent application title: Fusion Reactor for Power 特開2006−308605磁気反転配位における制御された融合および直接的なエネルギー変換Controlled fusion and direct energy conversion in magnetic reversal configuration 特開2009−512985連続パルス進行波加速器2009-512985 Continuous Pulse Traveling Wave Accelerator 特開2013−528310衝突を生じさせるための二つの粒子ビーム用加速器Two particle beam accelerators for causing a collision 特開2008022991エネルギー付与キャピラリー、エネルギー付与装置、および製造方法Patent application title: ENERGY-CONTAINING CAPILLY, ENERGY APPARATUS, AND MANUFACTURING METHOD 特許5711865容積可変軸流ネジポンプ及び外燃機関Patent 5711865 Volume variable axial flow screw pump and external combustion engine

LHDにおけるD−3He核融合の検討http://www.nifs.ac.jp/report/NIFS−MEMO−021.pdfStudy of D-3He fusion in LHD http://www.nifs.ac.jp/report/NIFS-MEMO-021. pdf トリチウムから見た核融合炉の成立性http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2011_08/jspf2011_08−503.pdfFeasibility of fusion reactor viewed from tritium: http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSF/jspf2011_08/jspf2011_08-503. pdf 先進燃料D−3He 核融合におけるartemis 直接エネルギー変換の実験則の研究http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf2008/jspf2008_02/jspf2008_02−117−jp.pdfAdvanced Fuel D-3He Study of experimental rules of artemis direct energy conversion in fusion http: // jasosx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSPF_TEXT / jspf2008 / jspf2008_02 / jspf2008_02-117-jp. pdf 進行波型直接エネルギー変換器の計算機シミュレーションhttp://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1999/jspf1999_12/jspf1999_12−1396−jp.pdfComputer simulation of traveling wave type direct energy converter http: // jasosx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSPF_TEXT / jspf 1999 / jspf 1999_12 / jspf 1999_12-1396-jp. pdf 1.D−3He核融合の必要性と要請条件http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jsfp1995_06−471.pdf1. Necessity and requirements of D-3He fusion http: // jassx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSFF_TEXT / jspf 1995 / jspf 1995_06 / jsfp 1995_06-471. pdf 2.D−3He核融合反応の物理的特性http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06−475.pdf2. Physical properties of D-3He fusion reaction http: // jasosx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSPF_TEXT / jspf 1995 / jspf 1995_06 / jspf 1995_06-475. pdf 3.D−3He核融合炉とFRC方式http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06−481.pdf3. D-3He fusion reactor and FRC system http://jassx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSFF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06-481. pdf 4.FRCプラズマの生成 http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06−491.pdf4). Generation of FRC plasma http://jassx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JPFF_TEXT/jspf 1995 / jspf 1995_06 / jspf 1995_06-491. pdf 7.直接エネルギー変換http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06−516.pdf7). Direct energy conversion http://jassx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSFF_TEXT/jspf 1995 / jspf 1995_06 / jspf 1995_06-516. pdf 8.D−3He核融合の燃料シズテムhttp://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06−522.pdf8). D-3He Fusion Fuel Siztem http://jassx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf 1995 / jspf 1995_06 / jspf 1995_06-522. pdf 9.ヘリウム3資源[1]http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1995/jspf1995_06/jspf1995_06−526.pdf9. Helium 3 resource [1] http: // jasosx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSFF_TEXT / jspf 1995 / jspf 1995_06 / jspf 1995_06-526. pdf

D3He核融合生成陽子のエネルギー分布と 直接エネルギー変換http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf2002/jspf2002_07/jspf2002_07−685.pdfD3He fusion-generated proton energy distribution and direct energy conversion http: // jasosx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSFF_TEXT / jspf2002 / jspf2002_07 / jspf2002_07-685. pdf 3He3He核融合反応プラズマからの中性子発生の概算http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1990/jspf1990_11/jspf1990_11−430.pdfEstimated neutron generation from 3He3He fusion reaction plasma: http: // jassx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JPFF_TEXT / jspf1990 / jspf1990_11 / jspf1990_11-430. pdf 3Heアドバンスド燃料核融合の展望http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1989/jspf1989_01/jspf1989_01−5.pdf3He Advanced Fuel Fusion Prospects http: // jasosx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSPF_TEXT / jspf 1989 / jspf 1989_01 / jspf 1989_01-5. pdf 3.リニアコライダ衝突点におけるプラズマの利用http://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf1994/jspf1994_04/jspf1994_04−362.pdf3. Use of plasma at the collision point of linear collider http: // jassx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSFF_TEXT / jspf1994 / jspf1994_04 / jspf1994_04-362. pdf 4.大気圧プラズマを点けてみようhttp://jasosx.ils.uec.ac.jp/JSPF/JSPF_TEXT/jspf2008/jspf2008_01/jspf2008_01−19.pdf4). Let's turn on atmospheric pressure plasma http: // jasosx. ils. uec. ac. jp / JSPF / JSFF_TEXT / jspf2008 / jspf2008_01 / jspf2008_01-19. pdf 低周波パルス駆動大気圧プラズマジェットの微細化と時間分解計測http://www.jspf.or.jp/jspf_annual09/JSPF26/pdf/1pD17P.pdfRefinement of low-frequency pulse-driven atmospheric pressure plasma jet and time-resolved measurement http: // www. jspf. or. jp / jspf_annual09 / JSPF26 / pdf / 1pD17P. pdf ガラスキャピラリーによるガイド効果を利用した低速多価イオンマイクロビームの生成http://beam.spring8.or.jp/localfs/beam_Web/Proceedings/Proceedings_2008/Ikeda.pdfGeneration of low-velocity multiply charged ion microbeams using the guide effect of glass capillaries http: // beam. spring8. or. jp / localfs / beam_Web / Proceedings / Proceedings_2008 / Ikeda. pdf ナノキャピラリーを有する大気圧プラズマジェットを用いたナノサイズ反応場の生成http://www.jspf.or.jp/jspf_annual10/JSPF27/pdf/03P26.pdfGeneration of nano-sized reaction field using atmospheric pressure plasma jet with nanocapillary http: // www. jspf. or. jp / jspf_annual10 / JSPF27 / pdf / 03P26. pdf 未踏のルミノシティを目指すSuperKEKB加速器http://www.kek.jp/ja/PublicRelations/DigitalLibrary/20110618_1_Akai.pdfSuperKEKB accelerator http: //www.SuperKEKB for unprecedented luminosity kek. jp / ja / PublicRelations / DigitalLibrary / 2011618_1_Akai. pdf KEKB加速器前人未踏のルミノシティを達成http://www−acc.kek.jp/kekb/Talk/oide/10%5E34.pdfKEKB accelerator unprecedented luminosity achieved http: // www-acc. kek. jp / kekb / Talk / oide / 10% 5E34. pdf 2重ノズル型パウダージェットデポジション装置の開発http://lcdev.kek.jp/MechWS/2007/MW07−09Yoshihara.pdfDevelopment of double nozzle type powder jet deposition device http: // lcdev. kek. jp / MechWS / 2007 / MW07-09 Yoshihara. pdf 磁気によるプラズマの加速(プラズマ銃と磁気進行波ピストン)https://www.jstage.jst.go.jp/article/jspf1958/8/3/8_3_235/_pdfAcceleration of plasma by magnetism (plasma gun and magnetic traveling wave piston) https: // www. jstage. jst. go. jp / article / jspf1958 / 8/3 / 8_3_235 / _pdf

解決しようとする課題は、現在研究が進められている多くの核融合炉は、エネルギーを膨大な熱として取り出すこと、移動体で利用が困難なこと、並びに、放射性物質を含む核反応を利用するため、安全性に問題があることである。   The problem to be solved is that many fusion reactors that are currently being researched take out energy as enormous heat, are difficult to use in mobile objects, and use nuclear reactions involving radioactive materials. Therefore, there is a problem with safety.

この発明は、放射性物質及び中性子等の危険な放射線を生成しない核融合反応のみを選択的に利用するとともに、核融合反応により生成したエネルギーを熱以外の形態に直接変換する手段として、荷電粒子の運動エネルギーから直接電気エネルギーとして取得する手段(電力変換手段)、並びに、移動体の推進手段について提案するものである。   This invention selectively uses only the nuclear fusion reaction that does not generate dangerous radiation such as radioactive materials and neutrons, and as a means for directly converting the energy generated by the fusion reaction into a form other than heat, The present invention proposes a means (power conversion means) that directly acquires kinetic energy as electric energy and a propulsion means for a moving body.

表1は、非特許文献1に示される、重水素原子核2H(デューテリウムD)及び三重水素原子核3H(トリチウムT)を燃料とする核融合反応と生成エネルギーである。
表1 良く知られている核融合反応の例
敢えて三重水素(3H、T)を含む核融合反応をリストしたが、中性子n及び三重水素原子核3H(T)が含まれ、三重水素は、1gで3.6×1014Bq、半減期12.3年の弱いβ線を放出してヘリウム3に崩壊するが、内部被ばくをすると大変危険な、常温で気体の放射性物質である。
これらの核反応を利用する核融合炉では、非特許文献2によると運転と並行して炉内のプラズマから三重水素(3H、T)の除去処理を同時に行う必要があるが、漏えい事故や破壊的な事故が起これば核分裂型原子炉と同様に炉内の三重水素(3H、T)が飛散する危険がある。
Table 1 shows fusion reactions and generation energies using deuterium nuclei 2H (deuterium D) and tritium nuclei 3H (tritium T) as fuel.
Table 1 Examples of well-known fusion reactions
Although the fusion reaction containing tritium (3H, T) was purposely listed, neutron n and tritium nucleus 3H (T) were included, and tritium was 3.6 × 10 14 Bq per 1 g, half-life 12. It is a radioactive material that is gaseous at room temperature, which emits weak β-rays for 3 years and decays into helium 3, but is extremely dangerous when exposed internally.
In fusion reactors using these nuclear reactions, according to Non-Patent Document 2, it is necessary to simultaneously remove tritium (3H, T) from the plasma in the reactor in parallel with the operation. If a serious accident occurs, there is a risk that the tritium (3H, T) in the reactor will be scattered like the fission reactor.

福島の原子力事故で発生した汚染水に含まれる三重水素(3H、T)の総量は、僅か1グラムに満たないとされるが、汚染水が溜まる一方で収拾がつかない状況にある。非特許文献10に示されるように、200MW程度の「D−T」反応を利用した実用核融合炉が稼働するには、年間数十キログラムの三重水素(3H、T)を燃料として取り扱うことになるが、貯蔵分は水素吸蔵合金を使用して飛散の危険性を回避するとしても、炉内及び分離処理中の放射性物質の飛散が考えられるので、稼働実績のある核分裂型原子炉よりも危険性の高いプラントであると認識すべきである。   Although the total amount of tritium (3H, T) contained in the contaminated water generated by the Fukushima nuclear accident is less than 1 gram, the contaminated water accumulates but cannot be collected. As shown in Non-Patent Document 10, in order to operate a practical nuclear fusion reactor using the “DT” reaction of about 200 MW, it is necessary to handle several tens of kilograms of tritium (3H, T) as fuel. However, even if the hydrogen storage alloy is used to avoid the risk of scattering, the stored material may be more dangerous than the nuclear fission reactors that have been in operation since the radioactive material in the reactor and during the separation process may be scattered. It should be recognized that this is a highly efficient plant.

中性子nは、重い原子核と反応することができ、核分裂型原子炉の核分裂反応において中心的役割を果たしてきた。中性子n自体は、平均15分で崩壊するため、核融合炉の運転を止めた後、短時間で影響が消滅すると考えられるが、炉心壁を脆化するなど、炉壁等への影響が大きい。また、中性子nは、電荷を持たないため、エネルギーを直接電気として取り出す手段が使えない。   Neutrons n can react with heavy nuclei and have played a central role in fission reactions in fission reactors. The neutron n itself decays in an average of 15 minutes, so it is thought that the effect disappears in a short time after the operation of the fusion reactor is stopped, but it has a large effect on the reactor wall, such as embrittlement of the core wall. . Moreover, since neutron n does not have an electric charge, a means for directly extracting energy as electricity cannot be used.

表2は、放射性物質を発生しないヘリウム3原子核3Heを含む燃料を使用する核融合反応の一覧である。
表2 純粋な核融合反応の例
「D−3He」反応では、約18MeVのエネルギーが、ヘリウム原子核4He(アルファ粒子α)と水素原子核1H(陽子またはプロトン粒子p)の飛翔という形で放出される。
「3He−3He」は、約13MeVのエネルギーが、ヘリウム原子核4He(アルファ粒子α)と2個の水素原子核1H(陽子またはプロトン粒子p)の飛翔という形で放出される。
この2種類の核融合反応は、放射性物質を含まず、かつ、荷電粒子のみが放出される核融合反応であるので、非特許文献3、4、9、12等に提案されているように、直接電気エネルギーとして取得する手段が利用できる。
Table 2 is a list of fusion reactions using a fuel containing helium trinuclear 3He that does not generate radioactive material.
Table 2 Examples of pure fusion reactions
In the “D-3He” reaction, energy of about 18 MeV is released in the form of flying helium nucleus 4He (alpha particle α) and hydrogen nucleus 1H (proton or proton particle p).
In “3He-3He”, energy of about 13 MeV is released in the form of flight of helium nucleus 4He (alpha particle α) and two hydrogen nuclei 1H (proton or proton particle p).
These two types of fusion reactions are fusion reactions that do not contain radioactive materials and release only charged particles, so as proposed in Non-Patent Documents 3, 4, 9, 12, etc., Means for obtaining directly as electrical energy can be used.

核融合反応を発生させるために、燃料となる物質の電子を剥ぎ取り、荷電粒子としたうえで、原子核が持つクーロン障壁を超える速度で衝突させる必要がある。
「D−3He」反応のクーロン障壁約575keVに対して、生成エネルギーは、約30倍の約18MeVである。
「3He−3He」反応のクーロン障壁約1150keVに対して、生成エネルギーは、約11倍の約13MeVである。
荷電粒子ビームの生成、加速に要するエネルギーが、電気エネルギーとして取り出し可能なエネルギー以下であることが求められる。これは核融合炉の一種の臨界条件に相当する。
In order to generate a nuclear fusion reaction, it is necessary to peel off the electrons of the fuel material to form charged particles, and then make them collide at a velocity exceeding the Coulomb barrier of the nucleus.
For a Coulomb barrier of about 575 keV for the “D-3He” reaction, the production energy is about 18 times about 18 MeV.
For the Coulomb barrier of about 1150 keV for the “3He-3He” reaction, the generated energy is about 13 times about 13 MeV.
The energy required for generating and accelerating the charged particle beam is required to be less than the energy that can be extracted as electric energy. This corresponds to a kind of critical condition of a fusion reactor.

重水素原子核2H(D)ビームとヘリウム3原子核3Heビームとを、クーロン障壁を越える速度で衝突させる方法については、粒子加速器による素粒子の研究のための衝突実験設備として多数の施設が現存しており、反応率自体は低いが、非特許文献20、21等に示されるとおり、研究レベルでは核反応を確実に発生させることができている。
ビームの密度が低いと、核融合反応を生じる確率が小さく、商用電力設備としては成立しない。商用電力設備として実用化するには、ビームの大電力化とビームの正確な収束、3.3%(「D−3He」反応の場合。)を大きく超える粒子が衝突して安定に核融合反応を生じること、並びに、各部が効率的であることが求められる。
Regarding the method of colliding the deuterium 2H (D) beam and the helium 3 nucleus 3He beam at a speed exceeding the Coulomb barrier, there are many facilities as a collision experiment facility for elementary particle research using a particle accelerator. Although the reaction rate itself is low, as shown in Non-Patent Documents 20, 21, etc., nuclear reactions can be reliably generated at the research level.
If the beam density is low, the probability of causing a nuclear fusion reaction is small, and it cannot be established as a commercial power facility. In order to put it into practical use as a commercial power facility, it is necessary to increase the power of the beam and to accurately converge the beam, and to achieve a stable nuclear fusion reaction by colliding particles that greatly exceed 3.3% (in the case of “D-3He” reaction). And each part is required to be efficient.

放射性物質を出さないようにするためには、特定の反応以外の核融合反応を生じないようにしなければならない。非特許文献13に、ヘリウム3原子核3Heのプラズマに、ヘリウム3原子核3Heのビームを打ち込む場合の副反応として、表3の反応が副次的に発生することが示されている。
副次的な核融合反応に、ガンマー線γ、ベリリウムBe、リチウムLiが含まれる。
表3 プラズマ核融合の副反応例
In order not to emit radioactive materials, it is necessary to prevent fusion reactions other than specific reactions. Non-Patent Document 13 shows that the reactions shown in Table 3 occur side by side as side reactions when a beam of helium trinuclear 3He is implanted into a plasma of helium trinuclear 3He.
Secondary fusion reactions include gamma rays γ, beryllium Be, and lithium Li.
Table 3 Side reactions of plasma fusion

荷電粒子(燃料粒子)ビームを対向して衝突させる方式(以下、「荷電粒子ビーム衝突方式」という。)であれば、目的外の核反応を大きく低減し、「D−3He」反応、または「3He−3He」反応による核融合反応を選択的に発生することが出来る。
(荷電粒子ビーム衝突方式は、「D−D」反応や「D−T」反応による核融合を発生することができる。ただし、主反応に放射性物質が含まれるので、放射性物質の発生を抑制することはできない。)
With a method in which charged particle (fuel particle) beams collide in opposition (hereinafter referred to as “charged particle beam collision method”), undesired nuclear reactions are greatly reduced, and “D-3He” reaction or “ A fusion reaction by the “3He-3He” reaction can be selectively generated.
(The charged particle beam collision method can generate nuclear fusion by the “DD” reaction or the “DT” reaction. However, since the main reaction includes a radioactive substance, the generation of the radioactive substance is suppressed. It is not possible.)

粒子加速器により核反応を発生することができることは周知のことであるが、原子核の破壊実験(素粒子に関する探究)が中心であり、エネルギー装置として利用については、考えられてこなかった。
特定の核融合反応のみを選択的に発生させ、放射性物質の発生を抑制することができる。
放射性物質を排出しない「純粋な核融合」を行うため、荷電粒子ビーム衝突方式による「D−3He」反応若しくは「3He−3He」反応以外に選択肢は無い。
It is well known that a nuclear accelerator can generate a nuclear reaction, but nuclear destruction experiments (exploration of elementary particles) have been the focus, and use as an energy device has not been considered.
Only a specific fusion reaction can be selectively generated to suppress generation of radioactive substances.
In order to perform “pure nuclear fusion” without discharging radioactive materials, there is no option other than “D-3He” reaction or “3He-3He” reaction by charged particle beam collision method.

一切の放射性物質を出さない純粋な核融合反応による原子力発電装置、並びに、宇宙機、航空機、船舶、車両等の推進装置を提供することができる。
エネルギー改革をもたらすとともに、従来の手法とは異なる動力源による移動手段を提供することができ、廃棄物の処理などに応用できるなど、あらゆる分野での応用が期待できる。
It is possible to provide a nuclear power generation device by a pure fusion reaction that does not emit any radioactive material, and propulsion devices for spacecraft, aircraft, ships, vehicles, and the like.
In addition to bringing about energy reform, it is possible to provide a means of transportation using a power source different from the conventional method, and it can be applied to waste disposal, etc., and can be applied in all fields.

荷電粒子ビーム衝突型核融合炉の構成図Configuration of charged particle beam collision fusion reactor (a)燃料ビームの経路図、(b)ビームの偏向詳細図(A) Fuel beam path diagram, (b) Detailed beam deflection diagram (a)回生減速器(五角形)の外観、(b)回生減速器(六角形)の外観、(c)回生減速器の断面図、(d)回生減速器の等価回路、(e)多面体(回生減速器の組立状態を示す図)(A) Appearance of regenerative speed reducer (pentagon), (b) Appearance of regenerative speed reducer (hexagon), (c) Cross section of regenerative speed reducer, (d) Equivalent circuit of regenerative speed reducer, (e) Polyhedron ( (Figure showing regenerative speed reducer assembly state) 荷電粒子のレベルダイヤグラムLevel diagram of charged particles 荷電粒子の飛翔図Charged particle flight diagram (a)電界ピストン型粒子加速器の説明図、(b)加速電圧波形(A) Explanatory diagram of electric field piston type particle accelerator, (b) acceleration voltage waveform 航空機・宇宙シャトル(a)の正面図、(b)上面図、(c)エンジン縦断面図、(d)エンジン横断面図、(e)真空容器と熱交換室の部分拡大図、(f)キャピラリー周辺図Front view of aircraft / space shuttle (a), (b) top view, (c) engine longitudinal sectional view, (d) engine transverse sectional view, (e) partially enlarged view of vacuum vessel and heat exchange chamber, (f) Capillary area 噴射質量に対する噴射速度と推力Injection speed and thrust against injection mass 宇宙機(a)外観図、(b)エンジン縦断面図、(c)エンジン横断面図Spacecraft (a) External view, (b) Engine longitudinal sectional view, (c) Engine transverse sectional view 外宇宙探査機(a)正面図、(b)上面図、(c)エンジン断面図Outer space probe (a) Front view, (b) Top view, (c) Engine cross section (a)「D−D」・「D−T」・「D−3He」複合炉(A) “DD”, “DT”, “D-3He” combined furnace (a)「D−D」・「D−T」複合炉、(b)中性子遮蔽・熱−電気変換、(c)イオン回収チューブ断面図、(d)「D−D」反応粒子飛翔図、(e)「D−T」反応粒子飛翔図(A) “DD” / “DT” combined reactor, (b) neutron shielding / thermal-electric conversion, (c) ion recovery tube sectional view, (d) “DD” reactive particle flight diagram, (E) “DT” reactive particle flight chart

図1は、荷電粒子ビーム衝突型核融合炉の構成図である。
荷電粒子ビーム衝突方式の核融合炉は、重水素(2H、デューテリウムD)及びヘリウム3(3He)の燃料ガス52、53、燃料ガスの荷電粒子発生器61、粒子加速器62、電子レンズ63、磁気偏向器64m、真空容器55、回生減速器65、その他、図1には示していないが、イオン回収路68、中和器(電子発生器)69等からなる。
FIG. 1 is a configuration diagram of a charged particle beam collision type nuclear fusion reactor.
The fusion reactor of the charged particle beam collision system includes deuterium (2H, deuterium D) and helium 3 (3He) fuel gases 52 and 53, a fuel gas charged particle generator 61, a particle accelerator 62, an electron lens 63, Although not shown in FIG. 1, the magnetic deflector 64m, the vacuum vessel 55, the regenerative speed reducer 65, and the like, include an ion recovery path 68, a neutralizer (electron generator) 69, and the like.

荷電粒子発生器61は、燃料気体を電離し、加速器62は、重水素原子核2H(D)を160keV、ヘリウム3原子核3Heを240keVまで加速(何れも3,914km/Sで同じ速度である。)して、真空容器55の中央で衝突(核融合反応点は、図中の「向かい合う矢印」で示している。)させている。   The charged particle generator 61 ionizes the fuel gas, and the accelerator 62 accelerates the deuterium nucleus 2H (D) to 160 keV and the helium trinuclear 3He to 240 keV (both have the same speed of 3,914 km / S). The center of the vacuum vessel 55 is collided (the fusion reaction point is indicated by “facing arrows” in the figure).

不要な副反応を軽減するため、相対速度がクーロン障壁である575keVを超えない速度(400keV)で衝突させる。核融合した粒子は、水素原子核1H(陽子またはプロトン粒子p)が14MeV(51,780km/S)で、ヘリウム4原子核4He(アルファ粒子α)が3.5MeV(12,945km/S)で、互いに反対方向に飛翔する。
燃料粒子2Hと3Heの質量が異なるため、衝突に80keVの偏りを生じるが、ほぼ等方に飛翔する。
In order to reduce unnecessary side reactions, collision is performed at a speed (400 keV) where the relative speed does not exceed 575 keV which is a Coulomb barrier. The fused particles are hydrogen nuclei 1H (proton or proton particles p) of 14 MeV (51,780 km / S), helium 4 nuclei 4He (alpha particles α) of 3.5 MeV (12,945 km / S), Fly in the opposite direction.
Since the masses of the fuel particles 2H and 3He are different, an impact of 80 keV is generated in the collision, but they fly almost isotropically.

重水素原子核2H(D)とヘリウム3原子核3Heが衝突するときの反応断面積は、非特許文献1(図1.2−1)、非特許文献6(図2.2)によると、クーロン障壁が400keV付近に極大(理論値の575keVより小さい。)があり、約0.8barns(10−24cm)とされる。
ヘリウム3原子核3He同志のクーロン障壁は、2倍になるとされるが、反応断面積は、大きくない。
According to Non-Patent Document 1 (Fig. 1.2-1) and Non-Patent Document 6 (Fig. 2.2), the reaction cross section when deuterium nucleus 2H (D) and helium 3 nucleus 3He collide is the Coulomb barrier. Has a maximum in the vicinity of 400 keV (smaller than the theoretical value of 575 keV), and is about 0.8 barns (10 −24 cm 2 ).
The Coulomb barrier between helium 3 nuclei 3He is doubled, but the reaction cross section is not large.

真空容器55の中には、核融合反応によって生成した荷電粒子1H及び4Heの運動エネルギーを、電磁誘導作用により電気エネルギーとして取り出す装置である回生減速器65が、核融合反応点(図中の向かい合う矢印で示す。)を取り囲むように配置している。
生成粒子1Hと4He(何れも正の電荷を持つ荷電粒子。)が飛び出すので、その運動エネルギーを熱として、そして、電磁誘導作用等により直接電気出力としてエネルギーを得ることができる。
In the vacuum vessel 55, a regenerative speed reducer 65, which is a device that takes out the kinetic energy of the charged particles 1H and 4He generated by the fusion reaction as electric energy by electromagnetic induction action, is a fusion reaction point (facing each other in the figure). (Indicated by arrows.)
Since the generated particles 1H and 4He (both charged particles having a positive charge) jump out, the kinetic energy can be used as heat, and energy can be obtained as direct electrical output by electromagnetic induction or the like.

図2(a)に、真空容器55の中の回生減速器65を取り去り、燃料粒子2H、3Heのビームの経路図を示す。(図1と異なっているが、ビームの経路は、偏向器64により屈曲させて、回生減速器65の間隙に設けている。)
真空容器の左右2カ所から燃料となる荷電粒子2H、3Heを打ち込み、磁気偏向器64mにより燃料である荷電粒子ビームを1回または数回の偏向を行った上で、真空容器55の中央で衝突させる。
FIG. 2A shows a beam path diagram of the fuel particles 2H and 3He with the regenerative speed reducer 65 in the vacuum vessel 55 removed. (Although different from FIG. 1, the beam path is bent by the deflector 64 and provided in the gap of the regenerative speed reducer 65.)
Charged charged particles 2H and 3He are injected from two locations on the left and right sides of the vacuum vessel, and the charged particle beam as a fuel is deflected once or several times by a magnetic deflector 64m, and then collides at the center of the vacuum vessel 55. Let

燃料粒子のビームのうち核融合反応しなかった燃料粒子2H、3Heが、目的としない核融合反応を生じてしまうことを防ぐため、磁気偏向器64mにより入射した燃料粒子と異なる方向に偏向し、未反応燃料粒子68nとして分離して回収する。回収した未反応燃料粒子68nは、精製の上、再び燃料として使用することができる。
図2(b)に、ビームの偏向の詳細を示す。2つの磁気偏向器64mの磁界の方向は、逆方向である。燃料粒子ビームに含まれる異種原子核を異なる方向に偏向するので、燃料粒子2H、3Heの純度を上げる働きもする。(分離した異種原子核同士が対向する粒子等と衝突しないように考慮する必要がある。)
In order to prevent the fuel particles 2H and 3He that have not undergone the nuclear fusion reaction from occurring in the fuel particle beam, an undesired nuclear fusion reaction is caused to be deflected by the magnetic deflector 64m in a different direction from the incident fuel particles, Separated and recovered as unreacted fuel particles 68n. The recovered unreacted fuel particles 68n can be refined and used again as fuel.
FIG. 2B shows details of beam deflection. The direction of the magnetic field of the two magnetic deflectors 64m is opposite. Since the different nuclei contained in the fuel particle beam are deflected in different directions, it also serves to increase the purity of the fuel particles 2H and 3He. (It is necessary to consider that the separated heterogeneous nuclei do not collide with the opposing particles.)

重水素原子核2H(D)とヘリウム3原子核3Heとの間のクーロン障壁は、575keV(9400km/S)であるが、非特許文献1(図1.2−1)、非特許文献6(図2.2)によると、400keVのとき、「D−3He」核融合反応の反応断面積σは、約0.8barns(10−24cm)である。毎秒7.28×1020個の粒子が、相対速度v(7,828km/S)で、直径0.2μmに絞り込まれて、粒子密度ρの荷電粒子が他方の荷電粒子に打ち込まれるのであるから、長さ7.83×10cmの円筒を考えて、
ρ=7.28×1020/(π×(0.1×10−4×7.83×10
≒1.48×1021[cm
粒子数が1/eとなる平均自由行程λeは、
λe=1/(ρ・σ)
≒844[cm]
Although the Coulomb barrier between the deuterium nucleus 2H (D) and the helium trinuclear 3He is 575 keV (9400 km / S), Non-Patent Document 1 (FIG. 1.2-1) and Non-Patent Document 6 (FIG. 2). According to .2), at 400 keV, the reaction cross section σ of the “D-3He” fusion reaction is about 0.8 barns (10 −24 cm 2 ). Because 7.28 × 10 20 particles per second are narrowed to a diameter of 0.2 μm at a relative velocity v (7,828 km / S), and charged particles with a particle density ρ are driven into the other charged particles. Considering a cylinder with a length of 7.83 × 10 8 cm,
ρ = 7.28 × 10 20 /(π×(0.1×10 −4 ) 2 × 7.83 × 10 8 )
≒ 1.48 × 10 21 [cm 3 ]
The mean free path λe where the number of particles is 1 / e is
λe = 1 / (ρ · σ)
≒ 844 [cm]

衝突の中央部では、各々の粒子が二分の1になっていること、反応領域が平均自由行程λeを超えて左右に大きく広がることなどから、10mを超える長い領域で核融合反応を生じることになる。
炉の長さが約10mであった場合、磁気偏向器64mで荷電粒子ビームを分離するまで核融合反応が続き、磁気偏向器64mは核融合生成粒子に曝される。(10mに亘って0.2μm以内に収束し、かつ、2種類の燃料ビーム(2Hと3He)を全域に亘って重ねることは、非常に難しい。)
In the central part of the collision, each particle is halved, and the reaction region greatly extends to the left and right beyond the mean free path λe, resulting in a fusion reaction in a long region exceeding 10 m. Become.
When the length of the furnace is about 10 m, the fusion reaction continues until the charged particle beam is separated by the magnetic deflector 64 m, and the magnetic deflector 64 m is exposed to the fusion-generated particles. (It is very difficult to converge within 10 μm within 0.2 μm and to overlap two types of fuel beams (2H and 3He) over the whole area.)

核融合反応点(図中の向かい合う矢印で示す。)を取り囲むように回生減速器65が入っており、高速で飛翔する荷電粒子の中に高周波電圧を加えた電極を置いて速度変調を加え、後方に配置した電極で、荷電粒子の密度変化を高周波電力として回収することができる。(電力として回収する方法については非特許文献4、9、12などに多様な方法が提案されている。)
速度を失った荷電粒子は、正の電圧にバイアスされたイオン回収路68の壁に衝突し、電子を得て中和し、気体として回収する。イオン回収路68の壁を電極として、荷電粒子に残存する運動エネルギーを電力として回収することができる。(非特許文献12に提案されている。)
A regenerative speed reducer 65 is included so as to surround the fusion reaction point (indicated by the opposite arrow in the figure), and a velocity modulation is performed by placing an electrode to which a high frequency voltage is applied in charged particles flying at high speed, The density change of the charged particles can be recovered as high-frequency power with the electrode arranged at the rear. (Various methods have been proposed in Non-Patent Documents 4, 9, 12 and the like for recovering power as electric power.)
The charged particles that have lost their velocity collide with the walls of the ion recovery path 68 biased to a positive voltage, obtain electrons, neutralize them, and recover them as a gas. Using the wall of the ion recovery path 68 as an electrode, the kinetic energy remaining in the charged particles can be recovered as electric power. (Proposed in Non-Patent Document 12.)

核融合反応をせずに通り過ぎた粒子は、未反応燃料68nとして回収する。
核融合反応生成粒子1H、4Heがあらゆる方向に等方に飛翔する。生成粒子が燃料粒子に衝突する比率は、燃料粒子のビーム径が0.2μmと極めて小さいので、目的外の副反応を生じる率は、十分小さいと考えられる。
炉内に散乱した粒子についても、目的外の核反応の原因となるので、炉内部に電位勾配を付けるなどして回収することが望ましい。
The particles that have passed without undergoing the fusion reaction are recovered as unreacted fuel 68n.
Fusion reaction product particles 1H, 4He fly in all directions in the same direction. The ratio of the generated particles colliding with the fuel particles is considered to be sufficiently small since the beam diameter of the fuel particles is as small as 0.2 μm.
Since particles scattered in the furnace also cause an unintended nuclear reaction, it is desirable to collect them by applying a potential gradient inside the furnace.

次に、2,000Hzの周波数で粒子加速器62を交流駆動することを考える。
荷電粒子は、駆動波形の1点に集められるから、加速した荷電粒子はパルス状のバンチが成形される。
燃料粒子の周期は、500μSであり、パルス幅が10nSであった場合を考える。
燃料粒子の速度が3,914km/Sであるから、間隔1,957m、長さ3.9cmのバンチを形成する。
燃料粒子を同期して左右から0.5μmに収束して打ち出すと、相対速度が7,828km/Sで衝突するから、ほとんどの粒子が中央の約2cmの範囲内で衝突する。
バンチの後部ほど未反応粒子が残る割合が多くなり、磁気偏向器64mで偏向して未反応燃料粒子68nとして回収する。
Next, consider AC driving the particle accelerator 62 at a frequency of 2,000 Hz.
Since the charged particles are collected at one point of the drive waveform, the accelerated charged particles form a pulsed bunch.
Consider a case where the cycle of the fuel particles is 500 μS and the pulse width is 10 nS.
Since the velocity of the fuel particles is 3,914 km / S, bunches having a distance of 1,957 m and a length of 3.9 cm are formed.
When the fuel particles are synchronously converged to 0.5 μm from the left and right, and collided at a relative velocity of 7,828 km / S, most of the particles collide within a central range of about 2 cm.
As the rear part of the bunch, the ratio of remaining unreacted particles increases and is deflected by the magnetic deflector 64m and recovered as unreacted fuel particles 68n.

発電電力が200MWの荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60の、多面体32(正五角形12面、正六角形20面の切頂二十面体)を構成する32個の回生減速器65は、1個当たり4.7〜7.2MJのエネルギーを取り扱うことになる。
回生減速器65の各部に循環する管を配置して冷却するが、エネルギーが集中する個所の温度は高くなる。
炉の大きさは、使用する材料の耐熱温度、取り扱うエネルギーに対する冷却能力などによって決まる。
また、炉内に使用する材料は、二次粒子やガスの発生が少ない材料を使用する必要がある。
The 32 regenerative speed reducers 65 constituting the polyhedron 32 (the regular icosahedron with 12 faces of regular pentagon and 20 faces of regular hexagon) of the charged particle beam collision type fusion reactor 60 with generated power of 200 MW are per one. The energy of 4.7 to 7.2 MJ will be handled.
Circulating pipes are arranged in each part of the regenerative speed reducer 65 for cooling, but the temperature where the energy concentrates increases.
The size of the furnace is determined by the heat resistant temperature of the material used, the cooling capacity for the energy handled, and the like.
In addition, it is necessary to use a material that generates less secondary particles and gas as the material used in the furnace.

電子レンズは、1m以上離れた位置から、長さ4.7cmの範囲において、0.5μm以内に収束する必要がある。(核融合反応点に近い位置に、電子レンズの配置を変更することは可能である。)
合掌状態は、ビームを太くした状態(収束しない状態)で少しずつ偏向方向を変えてビームを発射し、核融合反応が最大となる方向を探索する。さらに収束の度合いを上げて、最大反応方向を探ることを繰り返すことによる。荷電粒子ビームのバンチ全体が衝突するように磁気偏向器64mの調整を繰り返す。(未反応燃料粒子68nの回収路にセンサーを配置して、燃料粒子ビームの方向を把握する方法も考えられる。)
The electron lens needs to converge within 0.5 μm within a range of 4.7 cm from a position 1 m or more away. (It is possible to change the arrangement of the electron lens closer to the fusion reaction point.)
In the jointed state, the beam is fired while changing the deflection direction little by little in a state where the beam is thick (not converged), and a direction in which the fusion reaction is maximized is searched. Furthermore, by increasing the degree of convergence and repeatedly searching for the maximum reaction direction. The adjustment of the magnetic deflector 64m is repeated so that the entire bunch of charged particle beams collides. (A method is also conceivable in which a sensor is arranged in the recovery path for unreacted fuel particles 68n to determine the direction of the fuel particle beam.)

核融合反応の結果生成された水素原子核1H(陽子、プロトン粒子p)とヘリウム原子核4He(アルファ粒子α)は、異なる速度で飛翔するので、回生減速器65に到達する時刻も異なる。
回生減速器65は、総エネルギーの80%を占める水素原子核1H(p)の減速に最適化するように設計されている。
Since the hydrogen nucleus 1H (proton, proton particle p) and the helium nucleus 4He (alpha particle α) generated as a result of the fusion reaction fly at different speeds, the time at which they reach the regenerative speed reducer 65 is also different.
The regenerative decelerator 65 is designed to be optimized for decelerating the hydrogen nuclei 1H (p) that occupy 80% of the total energy.

遅れて到達したヘリウム原子核4He(α)は、若干加速された上で、減速を受けるが、誘起する電圧が低く、十分エネルギーの回収ができない可能性が考えられる。
また、遅れて到達したヘリウム原子核4He(α)が水素原子核1H(p)の減速により追いつき、一緒に減速する方法が考えられる。すなわち、減速グリッド65bの間隔を空ける方法、または、水素原子核1H(p)のみを減速する1段目の回生減速器と、間隔を空けてヘリウム原子核4He(α)が追いつき一緒に減速する2段目の回生減速器に分ける方法などが考えられる。
The helium nucleus 4He (α) that has arrived late is slightly accelerated and then decelerated, but the induced voltage is low, and there is a possibility that sufficient energy cannot be recovered.
In addition, a method may be considered in which the helium nucleus 4He (α) that has arrived late catches up with the deceleration of the hydrogen nucleus 1H (p) and decelerates together. That is, a method of spacing the deceleration grid 65b, or a first stage regenerative decelerator that decelerates only the hydrogen nuclei 1H (p) and a two-stage where the helium nuclei 4He (α) catch up and decelerate together. A method to divide into eye regenerative reducers is considered.

振動による収束位置の変動は、合掌状態のズレを引き起こし、核融合反応が途絶える原因となる。免震及び防振対策を行うが、衝突までの燃料粒子の飛翔時間を厳密に同一にすることで、炉の振動による影響を相殺し軽減することができる。   Variations in the convergence position due to vibration cause a shift in the palmar state and cause the nuclear fusion reaction to stop. Although seismic isolation and anti-vibration measures are taken, the effects of furnace vibrations can be offset and mitigated by making the flight time of the fuel particles until the collision exactly the same.

図3(a)から(f)は、回生減速器65の形状、構成および飛翔する生成粒子1H、4Heから直接電力を得る原理の説明図である。
生成粒子1H、4Heは、あらゆる方向に均等に飛翔するので、正多面体、準正多面体などの面の構成方法を参考に、核融合反応点を中心に隙間なく取り囲むように回生減速器65を配置している。
FIGS. 3A to 3F are explanatory diagrams of the shape and configuration of the regenerative speed reducer 65 and the principle of obtaining power directly from the flying generated particles 1H and 4He.
Since the generated particles 1H and 4He fly evenly in all directions, the regenerative speed reducer 65 is arranged so as to surround the fusion reaction point without any gaps with reference to the method of constructing the surface such as regular polyhedron and quasi-regular polyhedron. doing.

半径方向にパルス状に飛翔する生成粒子1H、4He(いづれも正電荷)によるグリッド65bに発生する誘導電荷(負)を、生成粒子1H、4Heの飛翔速度より遅延して次のグリッド65bに伝達するので、後方から生成粒子1H、4Heに制動をかけるとともに、さらに誘導電荷が加わって伝播することになる。回生減速器65により生成粒子1H、4Heの運動エネルギーが電気エネルギーに変換される。   Induced charges (negative) generated in the grid 65b due to the generated particles 1H and 4He (both positive charges) flying in a pulse shape in the radial direction are transmitted to the next grid 65b with a delay from the flying speed of the generated particles 1H and 4He. As a result, the generated particles 1H and 4He are braked from behind and further induced charges are propagated and propagated. The regenerative speed reducer 65 converts the kinetic energy of the generated particles 1H and 4He into electric energy.

図3(a)及び(b)は、個々の回生減速器65の外観を示す。五角形または六角形の複数の減速グリッド65bを積み重ねた形状で、(c)の断面図及び(d)の等価回路で示すように、遅延回路65dから構成されている。
五角形及び六角形の回生減速器65は、(e)の多面体32(切頂二十面体)を構成するように組み立てる。
FIGS. 3A and 3B show the appearance of each regenerative speed reducer 65. A plurality of pentagonal or hexagonal reduction grids 65b are stacked, and as shown in the sectional view of (c) and the equivalent circuit of (d), it is composed of a delay circuit 65d.
The pentagonal and hexagonal regenerative speed reducers 65 are assembled so as to constitute the polyhedron 32 (the truncated icosahedron) of FIG.

図3(c)に示すように、十分に減速した生成粒子1H、4Heが、真空容器55の内部に滞留しないように、負電圧を加えた加速グリッド67aを配置し、イオン回収路68に導くよう電位勾配を付けている。
導電性材料で作られたイオン回収路68内部で、電子を加えて中和して気体に戻して回収するとともに、生成粒子1H、4Heの電荷を電流に変換している。
As shown in FIG. 3C, an acceleration grid 67 a to which a negative voltage is applied is arranged so as to prevent the generated particles 1 </ b> H and 4 </ b> He that have been sufficiently decelerated from staying in the vacuum container 55, and led to the ion recovery path 68. A potential gradient is attached.
Inside the ion recovery path 68 made of a conductive material, electrons are added to neutralize and return to gas for recovery, and the charge of the generated particles 1H and 4He is converted into current.

真空容器55の内部で電子を与えて中和すると、気体分子(1H、4He)が滞留する原因となるので、イオン回収路68の内部で磁場絶縁ダイオードを構成するなどし、電子や気体分子(1H、4He)が反応器の中心部に戻らないようにする。
燃料粒子2H、3Heを偏向するとき、生成粒子1H、4Heを減速するときなどに放射光を生じるが、放射光の照射を受ける箇所にも、電子雲を発生させない対策及び電位勾配を設けて除去する対策が必要である。
If neutralization is performed by supplying electrons inside the vacuum vessel 55, gas molecules (1H, 4He) are retained. Therefore, a magnetic field insulation diode is formed inside the ion recovery path 68, and electrons and gas molecules ( 1H, 4He) do not return to the center of the reactor.
When deflecting the fuel particles 2H and 3He, when generating particles 1H and 4He are decelerated, radiant light is generated, but it is removed by providing countermeasures and potential gradients that do not generate an electron cloud even at the locations irradiated with the radiant light. It is necessary to take measures.

回生減速器65を構成する減速グリッド65bや遅延回路65dは、その表面がセラミックなどの絶縁材料でおおわれており、生成粒子1H、4Heの衝突により正電位に帯電し、正電圧にバイアスされるので、同一の極性の電荷が反発するので、時間の経過とともに荷電粒子1H、4Heの衝突が減少する。   The surface of the deceleration grid 65b and the delay circuit 65d constituting the regenerative speed reducer 65 is covered with an insulating material such as ceramic, and is charged to a positive potential by the collision of the generated particles 1H and 4He, and is biased to a positive voltage. Since the charges having the same polarity repel, collision of charged particles 1H and 4He decreases with the passage of time.

2層目以降のグリッドは、前層のグリッドの影響を考慮して、生成粒子1H、4Heの衝突の少ない位置に配置している。
遅延回路65dの中心側の先端は、絶縁されていないので、生成粒子1H、4Heが最初の減速グリッド65bに達する直前に正電荷パルスを受け取り、順次減速グリッド65bに正パルスを伝達し、効果的に生成粒子1H、4Heの減速を行う。(炉内で荷電粒子の中和を行うことになる。中性化した粒子を回収する必要がある。)
初段の減速グリッドは、生成粒子の速度が光速の17%と早いため、グリッド内の伝播が不均一となるので、集中定数の遅延回路を使用せずに、分布定数のグリッド65fとしている。
In consideration of the influence of the grid in the previous layer, the grids in the second and subsequent layers are arranged at positions where the collision of the generated particles 1H and 4He is small.
Since the tip of the center side of the delay circuit 65d is not insulated, a positive charge pulse is received immediately before the generated particles 1H and 4He reach the first deceleration grid 65b, and the positive pulse is sequentially transmitted to the deceleration grid 65b. The generated particles 1H and 4He are decelerated. (The charged particles are neutralized in the furnace. It is necessary to recover the neutralized particles.)
The first-stage decelerating grid has a distributed constant grid 65f without using a lumped constant delay circuit because the velocity of the generated particles is as fast as 17% of the speed of light and the propagation in the grid becomes uneven.

生成粒子1H、4Heの衝突に伴い発生する回生減速器65の熱は、遅延回路65dの内部に設けた冷却パイプを通して取り出し、イオン回収路68で回収し中和された気体の熱と合わせて、発電に使用する。
真空容器55の内部に荷電粒子や電子が滞留しないように、恒常的または休止期間中に電位勾配を与えて、内部のクリーニングを行う。
The heat of the regenerative speed reducer 65 generated by the collision of the generated particles 1H and 4He is taken out through the cooling pipe provided inside the delay circuit 65d, and combined with the heat of the gas recovered and neutralized by the ion recovery path 68, Used for power generation.
In order to prevent charged particles and electrons from staying inside the vacuum vessel 55, the inside is cleaned by applying a potential gradient constantly or during a rest period.

図4は、荷電粒子のエネルギーレベルダイヤグラムである。
荷電粒子発生器61で発生した荷電粒子2Hと3Heを、粒子加速器62により、それぞれ、160keV、240keVまで加速し、核融合炉の中心で衝突させて核融合反応を発生する。
核融合反応により水素原子核1H(陽子p)が14MeV、ヘリウム原子核4He(アルファ粒子α)が3.5MeVのエネルギーを持って飛翔し、回生減速器65によりエネルギーを失い減速することを表している。
FIG. 4 is an energy level diagram of charged particles.
The charged particles 2H and 3He generated by the charged particle generator 61 are accelerated to 160 keV and 240 keV by the particle accelerator 62, and collide at the center of the nuclear fusion reactor to generate a fusion reaction.
It represents that the hydrogen nucleus 1H (proton p) flies with 14 MeV and the helium nucleus 4He (alpha particle α) fly with energy of 3.5 MeV by the fusion reaction, and loses energy by the regenerative decelerator 65 and decelerates.

図5は、荷電粒子ビーム衝突型核融合の荷電粒子の飛翔状況を表している。
縦軸は、核融合反応点を中心とする半径(m)を示している。半径3と−3からゼロに向かう2本の直線は、2つの偏向器64から中心に向かう燃料粒子2H、3Heの飛翔を、ゼロから半径6に向かう2本の破線は、未反応燃料粒子68nを、2本の曲線は、核融合反応で生成した荷電粒子1H、4Heの全方向への飛翔及び回生減速器65による減速の様子を示している。
横軸は、時間軸(μS)である。(偏向器64の間隔が6m、繰り返し周波数2,000Hzの場合である。)
FIG. 5 shows a flight situation of charged particles in charged particle beam collision type fusion.
The vertical axis represents the radius (m) centered on the fusion reaction point. Two straight lines from the radii 3 and -3 to zero indicate the flight of the fuel particles 2H and 3He from the two deflectors 64 toward the center, and two broken lines from the zero to the radius 6 indicate unreacted fuel particles 68n. The two curves show how the charged particles 1H and 4He generated by the nuclear fusion reaction fly in all directions and are decelerated by the regenerative decelerator 65.
The horizontal axis is the time axis (μS). (This is a case where the distance between the deflectors 64 is 6 m and the repetition frequency is 2,000 Hz.)

核融合反応で発生した生成粒子の飛翔速度が異なるので、最初に水素原子核1H(p)の集団が回生減速器65に到達し、減速を受ける。次にヘリウム原子核4He(α)の集団が到達し、遅延回路65dの遅延速度より遅い間は減速を行わず(むしろ加速する。)、遅延回路65dの遅延時間が大きくなる領域で減速を受ける。   Since the flying speeds of the generated particles generated by the fusion reaction are different, the group of hydrogen nuclei 1H (p) first reaches the regenerative decelerator 65 and is decelerated. Next, a group of helium nuclei 4He (α) arrives and does not decelerate (rather than accelerate) while it is slower than the delay speed of the delay circuit 65d, and receives deceleration in an area where the delay time of the delay circuit 65d becomes large.

回生減速器65の電気出力は、生成粒子1Hと4Heに対応するパルス電圧として、出力される。
未反応燃料粒子と燃料粒子が交差すると、不要な核融合反応を生じるので、交差しないようにする必要がある。(図5の飛翔状況であれば、交差していないが、パルス間隔を小さくすると交差することがあり得る。)
熱時定数が無いため、粒子加速器62の駆動信号に対する発電出力の応答は、極めて高速である。
The electrical output of the regenerative speed reducer 65 is output as a pulse voltage corresponding to the generated particles 1H and 4He.
If unreacted fuel particles and fuel particles cross, an unnecessary fusion reaction occurs, so it is necessary to prevent them from crossing. (In the flight situation of FIG. 5, it does not intersect, but it can intersect if the pulse interval is reduced.)
Since there is no thermal time constant, the response of the power generation output to the drive signal of the particle accelerator 62 is extremely fast.

非特許文献16、17などに大気圧プラズマの簡易な発生方法が示されている。また、非特許文献23にプラズマの加速方法が研究されているが、これらの方法では、間隔3,914mの荷電粒子を長さ3.9cmのバンチ(時間間隔500μS、パルス幅10nS)に圧縮するには十分でない。(非特許文献20、21などに紹介されている研究用の高周波粒子加速器では可能と考えられる。)
Non-Patent Documents 16 and 17 show a simple method for generating atmospheric pressure plasma. In addition, plasma acceleration methods have been studied in Non-Patent Document 23. In these methods, charged particles with an interval of 3,914 m are compressed into 3.9 cm long bunches (time interval 500 μS, pulse width 10 nS). Not enough. (It is considered possible with the high-frequency particle accelerator for research introduced in Non-Patent Documents 20, 21 and the like.)

図6(a)は、荷電粒子発生器61と電界ピストン型粒子加速器62tの説明図であり、回生減速器65の電気出力を加速電圧として利用する方法を説明している。
外部から電力を供給するか、回生減速器65の正と負のパルス出力を各々整流し、コンデンサに蓄える。
荷電粒子発生器61で燃料ガスから荷電粒子2Hまたは3Heを発生し、粒子透過膜61sを使用するなどして荷電粒子のみを透過することで、燃料気体(分子)の混入を阻止し、純度の高い荷電粒子を供給する。グリッド61aに負の電圧をかけて荷電粒子を誘導している。
FIG. 6A is an explanatory diagram of the charged particle generator 61 and the electric field piston type particle accelerator 62t, and describes a method of using the electrical output of the regenerative speed reducer 65 as an acceleration voltage.
Electric power is supplied from the outside, or positive and negative pulse outputs of the regenerative speed reducer 65 are rectified and stored in a capacitor.
The charged particle generator 61 generates charged particles 2H or 3He from the fuel gas and transmits only the charged particles by using the particle permeable membrane 61s, etc., thereby preventing the fuel gas (molecules) from being mixed in. Supply highly charged particles. Charged particles are induced by applying a negative voltage to the grid 61a.

電界ピストン型粒子加速器62tは、石英やセラミックなどの丈夫な絶縁体でテーパー状に形成された容器の外側に複数の環状の電極を設け、内部に電気的に絶縁された複数の加速グリッド62aを設けている。
電界ピストン型粒子加速器62tの電気的に絶縁された容器の内面に荷電粒子が帯電することにより、次第に荷電粒子が反発するようになるので、電界ピストン型粒子加速器62tの内壁や加速グリッド62aに衝突しなくなる。
加速グリッド62aは、荷電粒子のエミッションを増加させないように、荷電粒子を正確に容器の先端に向けて加速するために設けている。容器の直径が小さい部分では、加速グリッド62aを省略している。
The electric field piston type particle accelerator 62t is provided with a plurality of annular electrodes on the outer side of a tapered container made of a strong insulator such as quartz or ceramic, and a plurality of acceleration grids 62a electrically insulated inside. Provided.
When charged particles are charged on the inner surface of the electrically insulated container of the electric field piston type particle accelerator 62t, the charged particles gradually repel, so that they collide with the inner wall of the electric field piston type particle accelerator 62t and the acceleration grid 62a. No longer.
The acceleration grid 62a is provided to accelerate the charged particles accurately toward the tip of the container so as not to increase the emission of the charged particles. In the portion where the diameter of the container is small, the acceleration grid 62a is omitted.

加速グリッド62aの各段の電極には、荷電粒子を低速から徐々に、かつ、エミッションを増加させずに効率よく加速する加速電圧が、遅延回路62dから加えられる
任意の時刻に遅延回路62dに両極性パルスを加えることで、単発の荷電粒子バンチを発生することができる。
(荷電粒子発生後は、遅延回路62dをゼロボルトに戻し、荷電粒子発生器61で発生した荷電粒子を電界ピストン型粒子加速器62tの内部に蓄積する。)
An acceleration voltage for accelerating charged particles gradually from a low speed and without increasing the emission is applied to the electrodes of each stage of the acceleration grid 62a from the delay circuit 62d at any time. A single charged particle bunch can be generated by applying a sex pulse.
(After the charged particles are generated, the delay circuit 62d is returned to zero volts, and the charged particles generated by the charged particle generator 61 are accumulated in the electric field piston type particle accelerator 62t.)

荷電粒子のバンチを発生するには、スイッチ62sを切り替えて、最初に遅延回路62dに負電圧(−)を加え、次に正電圧(+)を加える。遅延回路62dに、最初に負、次に正の電圧が図の右方向に伝播する。
遅延回路62dの各段から、電界ピストン型粒子加速器62tの周囲に設けた電極及び加速グリッド62aに遅延した両極性パルスの電圧が現れる。帯電によるバイアスが加わってくるが、荷電粒子は、電極及び加速グリッド62aの負の電圧に引かれ、正の電圧に反発して加速する。
In order to generate a bunch of charged particles, the switch 62s is switched, and a negative voltage (−) is first applied to the delay circuit 62d, and then a positive voltage (+) is applied. First, a negative voltage and then a positive voltage propagate to the delay circuit 62d in the right direction in the figure.
From each stage of the delay circuit 62d, an electrode provided around the electric field piston type particle accelerator 62t and a voltage of a bipolar pulse delayed to the acceleration grid 62a appear. Although a bias due to charging is applied, the charged particles are attracted by the negative voltage of the electrode and the acceleration grid 62a, and are accelerated by repelling the positive voltage.

遅延回路62dは、500μSの間隔で10nSのバンチを送出するため、進行方向に向けて順にインピーダンスが小さい素子を配置し、軸方向に荷電粒子を圧縮するための電圧の波形を発生している。
遅延回路62dの各段は、ダイオードとスイッチを介して接続しており、パルス波形の上りと下り(電流の向き)で遅延時間が大きく異なる構成となっている。
先行する負のパルスより、後の正のパルスの立ち上がりの伝播速度の方が速く、荷電粒子のバンチを進行方向に圧縮しながら進むように構成している。
Since the delay circuit 62d sends bunch of 10 nS at intervals of 500 μS, elements with small impedances are arranged in order in the traveling direction, and a voltage waveform for compressing charged particles in the axial direction is generated.
Each stage of the delay circuit 62d is connected to a diode via a switch, and has a configuration in which the delay time is greatly different between the upward and downward (current direction) of the pulse waveform.
The rising speed of the subsequent positive pulse is faster than that of the preceding negative pulse, and the charged particle bunch is advanced while being compressed in the traveling direction.

さらに、各段のスイッチS1からSnは、炭化シリコンなどの半導体のスイッチを使用して、前段の電圧が十分に高く(または低く)なった後に導通させることで、負から正へ(または正から負へ)の波形の立ち上がり(または立ち下り)を鋭くするため、一時的にインダクタンスとキャパシタンスの共振回路を構成し、共振波形の半サイクル(負または正のピークから、逆極性のピークまで。)で、電荷を無駄なく転送している。
図6(b)に、バンチ送出時刻を0とする、加速電圧の波形を示す。全ての端子(ノード)を示すことが出来ないので、NからN、N13及びN14を示す。
Further, the switches S1 to Sn at each stage are turned on from the negative to the positive (or from the positive by using a semiconductor switch such as silicon carbide) after the voltage at the previous stage becomes sufficiently high (or low). In order to sharpen the rise (or fall) of the waveform (to the negative), a resonance circuit of inductance and capacitance is temporarily configured, and the half cycle of the resonance waveform (from the negative or positive peak to the peak of reverse polarity) Thus, charges are transferred without waste.
FIG. 6B shows a waveform of the acceleration voltage with the bunch delivery time set to zero. Since all terminals (nodes) cannot be shown, N 0 to N 3 , N 13 and N 14 are shown.

スイッチS1からSnの開閉を、基準信号を用いて正確に行うことによって、重水素原子核2Hとヘリウム3原子核3Heの2つの電界ピストン型粒子加速器62t相互間の同期をとり、それぞれの荷電粒子のバンチを正確に同時に発射することができる。
荷電粒子は、容器のテーパー形状に従い断面積を縮小しながら加速するとともに、軸方向にも圧縮し、荷電粒子のバンチを形成して所定の速度で打ち出される。
遅延回路62dの出力(粒子の加速後に残った電力)は、図には示していないが、整流して再利用することができる。
電界ピストン型粒子加速器62tは、遅延回路62dと一体化して構成することができる。
By accurately switching the switches S1 to Sn using the reference signal, the two electric field piston type particle accelerators 62t of the deuterium nucleus 2H and the helium trinuclear 3He are synchronized with each other, and the bunches of the respective charged particles are synchronized. Can be fired accurately at the same time.
The charged particles are accelerated in accordance with the taper shape of the container while reducing the cross-sectional area, and are also compressed in the axial direction to form a bunch of charged particles and are ejected at a predetermined speed.
The output of the delay circuit 62d (power remaining after particle acceleration) is not shown in the figure, but can be rectified and reused.
The electric field piston type particle accelerator 62t can be configured integrally with the delay circuit 62d.

表4 発電プラントの燃料消費量
表4は、効率が100%であるとして、電気出力200MWの発電プラントの燃料消費量を計算した。
核融合反応率が80%、電気変換効率が84%の合計67%の効率であるとすると、1年間稼働するのに、重水素(2H、D)が、11.5kg、ヘリウム3(3He)が、17.3kgの燃料が必要である。(未反応燃料の再利用、回収した熱による発電を含まない。)
重水素(2H、D)は、海水中に十分存在するが、ヘリウム3(3He)は、地球上に殆ど存在しない。非特許文献11に示されるように、月や小惑星などに豊富に存在するとされ、採取は可能と考えられる。
Table 4 Fuel consumption of power plants
Table 4 calculated the fuel consumption of the power plant with an electrical output of 200 MW, assuming that the efficiency is 100%.
If the fusion reaction rate is 80% and the electric conversion efficiency is 84%, the total efficiency is 67%, deuterium (2H, D) is 11.5kg, helium 3 (3He) However, 17.3 kg of fuel is required. (Does not include reuse of unreacted fuel and power generation using recovered heat.)
Deuterium (2H, D) is sufficiently present in seawater, but helium 3 (3He) is hardly present on the earth. As shown in Non-Patent Document 11, it is considered to be abundant on the moon, asteroids, etc., and it is considered possible to collect it.

また、燃料である二種類の荷電粒子2H及び3Heのイオン電流は、合計約35Aに達し、これを真空容器55の中心の0.5μm以内に収束し、衝突させなければならない。
荷電粒子発生器61及び粒子加速器62をそれぞれ2台で1対を構成するが、1つのビーム衝突型核融合炉60の真空容器55に、異なる角度で複数の対を配置することができる。この場合、異なる対の間で目的外の核反応を起こさないため、燃料ビームの投入タイミングや位置を調整する必要がある。増力運用や予備として利用できる。
Further, the ionic currents of the two kinds of charged particles 2H and 3He as the fuel reach a total of about 35 A, and must converge and collide with each other within 0.5 μm of the center of the vacuum vessel 55.
Two pairs of the charged particle generator 61 and the particle accelerator 62 constitute one pair, but a plurality of pairs can be arranged at different angles in the vacuum vessel 55 of one beam collision type fusion reactor 60. In this case, it is necessary to adjust the injection timing and position of the fuel beam in order not to cause an unintended nuclear reaction between different pairs. It can be used for boosting operation or as a backup.

放射性物質の燃料を扱わない、唯一の核融合発電プラントである。如何なる過酷な事故が発生した場合でも、荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60の内部に放射性物質が存在していないので、放射能の飛散は皆無であり、安全である。
実際の核融合炉の構築に当たっては、高エネルギーの荷電粒子を取り扱うのであるから、目的外の原子核反応を生じないように設計しなければならない。
It is the only fusion power plant that does not handle radioactive material fuel. In any severe accident, there is no radioactive material in the charged particle beam collision fusion reactor 60, so there is no radiation scattering and it is safe.
In constructing an actual nuclear fusion reactor, high-energy charged particles are handled, so it must be designed to prevent unintended nuclear reactions.

図7は、加熱型ジェットエンジン81の実施例である。(実施例として、タービンエンジンを例示したが、ピストンエンジン、特許文献7の容積可変軸流ネジポンプなどの熱源に使用できる。)
図7(a)は、宇宙シャトル80の正面図、(b)は、上面図を示し、揚力の大きい複葉の三角翼を使用し、一般的な空港から水平に離陸して徐々に高度を上げ、成層圏を航行する航空機、または、地球周回軌道まで重量物を運ぶ宇宙シャトルとして利用することができる。
面積の大きな尾翼83を有し、大気圏突入時の姿勢を安定化するとともに、減速を行うときに使用する。空気吸入口のエンジンフラップ84は、大気の密度(高度)に合わせて開口状態を可変することができる。
FIG. 7 shows an embodiment of the heating type jet engine 81. (A turbine engine is illustrated as an example, but it can be used for a heat source such as a piston engine or a variable volume axial flow screw pump disclosed in Patent Document 7.)
FIG. 7 (a) is a front view of the space shuttle 80, and FIG. 7 (b) is a top view. Using a biplane triangular wing with a large lift, the aircraft gradually takes off from a general airport and gradually increases its altitude. It can be used as an aircraft that travels in the stratosphere, or as a space shuttle that carries heavy objects to Earth orbit.
A tail wing 83 having a large area is used to stabilize the posture when entering the atmosphere and to decelerate. The opening state of the engine flap 84 at the air intake port can be varied according to the density (altitude) of the atmosphere.

図7(c)は、エンジン縦断面図81、(d)は、エンジン横断面図、(e)は、真空容器55と熱交換室57の部分拡大図、(f)は、キャピラリー63cとその周辺部の拡大図である。
加熱型ジェットエンジン81は、荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60の熱を吸入した空気に与え、加熱空気の膨張力により後方に噴射して推力を得る。
高エネルギーの荷電粒子を大気中に放出すると、空気分子を電離するとともに、不要な核反応を生じてしまう恐れがある。また、核融合反応炉に空気が侵入すると、真空度が低下し、核融合反応が継続できない。
真空容器55の断面形状を中空の星形とし、外側を熱交換室57とし、壁面に対して小さな視斜角で核融合反応の生成粒子1H、4Heを衝突させて、運動エネルギーの一部を熱に変えるとともに、イオン回収路68に導いている。
真空容器55を星形の断面形状にして、中心部に生成粒子1H、4Heが戻ることがないようにしている。
7C is an engine longitudinal sectional view 81, FIG. 7D is an engine transverse sectional view, FIG. 7E is a partially enlarged view of the vacuum vessel 55 and the heat exchange chamber 57, and FIG. It is an enlarged view of a peripheral part.
The heated jet engine 81 applies heat from the charged particle beam collision type fusion reactor 60 to the sucked air and injects it backward by the expansion force of the heated air to obtain thrust.
When high-energy charged particles are released into the atmosphere, air molecules are ionized and unnecessary nuclear reactions may occur. Also, if air enters the fusion reactor, the degree of vacuum decreases and the fusion reaction cannot be continued.
The cross-sectional shape of the vacuum vessel 55 is a hollow star, the outside is a heat exchange chamber 57, and the particles 1H and 4He of the fusion reaction collide with the wall surface at a small visual oblique angle, and a part of the kinetic energy is obtained. While changing to heat, it leads to the ion recovery path 68.
The vacuum vessel 55 has a star-shaped cross section so that the generated particles 1H and 4He do not return to the center.

真空容器55の内面は、滑らかな表面のセラミックス等耐久性の高い絶縁材料で構成し、荷電粒子の照射を受け、正電荷に帯電し、荷電粒子を全反射する。生成粒子1H、4Heは、数回の反射で運動エネルギーを失いながらイオン回収路68に達し、導電性の壁面から電子を奪って中和して、気体(1H、4He)として回収する。
真空容器55の外側(熱交換室57側)の壁は、高抵抗の電気導電性の材料を使用し、パルス状に飛来する生成粒子1H、4Heによる誘導電流を熱に変える。
The inner surface of the vacuum vessel 55 is made of a highly durable insulating material such as smooth surface ceramics, and is charged with charged particles, charged to a positive charge, and totally reflects the charged particles. The generated particles 1H and 4He reach the ion recovery path 68 while losing kinetic energy due to several reflections, take electrons from the conductive wall surface, neutralize them, and recover them as gas (1H and 4He).
The wall outside the vacuum vessel 55 (on the heat exchange chamber 57 side) uses a high-resistance electrically conductive material, and converts the induced current caused by the generated particles 1H and 4He flying in a pulse shape into heat.

加熱型ジェットエンジン81では、燃料粒子2H、3Heの収束及び偏向に先端が1μmまで細く加工されたキャピラリー63cを使用している。
キャピラリー63cは、図7(f)に示すように、核融合反応の生成粒子1H、4Heの飛翔の影響を避けるために後退した十字形状の支持部を有し、キャピラリー63cを頑固に支持するとともに、キャピラリー63cの方向を微調整する機構を内蔵している。
熱交換室57を通過する気流等により振動が発生するため、装置の振動による収束位置の変動が、衝突点のズレを引き起こし、核融合反応が途絶える原因となることが考えられる。衝突までの燃料荷電粒子の飛翔時間を厳密に同一にすることで、振動による影響を軽減することができる。
The heated jet engine 81 uses a capillary 63c whose tip is thinned to 1 μm for convergence and deflection of the fuel particles 2H and 3He.
As shown in FIG. 7 (f), the capillary 63c has a cross-shaped support portion that is retracted to avoid the influence of the flying of the product particles 1H and 4He of the fusion reaction, and firmly supports the capillary 63c. A mechanism for finely adjusting the direction of the capillary 63c is incorporated.
Since vibration is generated by an airflow passing through the heat exchange chamber 57 or the like, a change in the convergence position due to the vibration of the apparatus may cause a collision point shift and cause a fusion reaction to be interrupted. By making the flight time of the charged fuel particles until the collision exactly the same, the influence of vibration can be reduced.

キャピラリーとは、特許文献6や非特許文献18、19などに示されるように、生物分野などで個別の細胞等に選択的に荷電粒子を照射するのに用いられており、ガラスパイプを熱して引き伸ばして切断し、一方の先端を細く加工したテーパー状の部品である。
キャピラリーの太い側から荷電粒子を加えると内面に帯電を生じ、キャピラリーの内壁面に対して微小角度で入射した荷電粒子が全反射するようになり、10MeVを越える荷電粒子に対しても、容易に1μm以下(最小100nm程度)にまで収束することができる旨、当該文献にも示されている。大電力の荷電粒子を扱うため、通過する粒子数がけた違いに多くなることから、キャピラリー63cは耐久性のある石英やセラミック等の絶縁材料を使用する必要があると考えられる。
A capillary is used to selectively irradiate individual cells with charged particles in the biological field, as shown in Patent Document 6 and Non-Patent Documents 18 and 19, and heats a glass pipe. It is a taper-shaped part that is stretched and cut and whose one end is thinned.
When charged particles are added from the thick side of the capillary, the inner surface is charged, and the charged particles incident at a minute angle on the inner wall surface of the capillary are totally reflected. Even charged particles exceeding 10 MeV are easily reflected. It is also shown in the document that it can converge to 1 μm or less (about 100 nm minimum). Since high-power charged particles are handled, the number of passing particles increases, and therefore it is considered that the capillary 63c needs to use a durable insulating material such as quartz or ceramic.

振動の影響を緩和するため、燃料荷電粒子の収束を1μm、600Hzの繰り返し周波数で粒子加速器62を駆動し、荷電粒子ビームが周期1.67mS、パルス幅が50nSであった場合、燃料粒子の速度が3,914km/Sであるから、間隔6,524m、長さ19.6cmのバンチを形成する。相対速度が7,828km/Sで衝突するから、ほとんどの粒子が中央の約10cmの範囲内で衝突する。   In order to reduce the influence of vibration, when the particle accelerator 62 is driven at a repetition frequency of 1 μm and 600 Hz, the charged particle beam has a period of 1.67 mS, and the pulse width is 50 nS, Is 3,914 km / S, so a bunch with a spacing of 6,524 m and a length of 19.6 cm is formed. Since the relative velocity collides at 7,828 km / S, most particles collide within a central range of about 10 cm.

バンチの後部には、未反応粒子が残る。対向するキャピラリーに達し、その内部を逆走し、内部に滞留する他方の燃料粒子と衝突する可能性がある。衝突のエネルギーが少なく、反応率は低いと見積もられるが、キャピラリー63c内部で核融合反応が発生すると、内側に大きな負荷がかかり、破損の原因となる。   Unreacted particles remain at the back of the bunch. There is a possibility of reaching the opposite capillaries, running backward in the capillaries, and colliding with the other fuel particles staying in the capillaries. Although the collision energy is low and the reaction rate is estimated to be low, if a nuclear fusion reaction occurs inside the capillary 63c, a large load is applied on the inside, causing damage.

図7(f)の詳細図のとおり、燃料粒子のバンチを送出後、キャピラリー63cの先端の脇に設けた電界型の偏向器64e(図7(f)には、線状の断面形状になっているが、面状の電極4枚で構成される。)に電圧を加え、未反応燃料粒子68nをキックして、イオン回収路68を通して回収している。この偏向電界は、図6の電界ピストン型粒子加速器62tを使用するときは、遅延回路62dの余剰出力で駆動することができる。
また、キャピラリーの支持部には、図には示していないが、イオン回収路68の他に冷媒用の循環路を設けている。
As shown in the detailed view of FIG. 7 (f), after the fuel particle bunch is delivered, the electric field type deflector 64e provided on the side of the tip of the capillary 63c (FIG. 7 (f) has a linear cross-sectional shape. However, it is composed of four planar electrodes), and the unreacted fuel particles 68n are kicked and recovered through the ion recovery path 68. This deflection electric field can be driven by the surplus output of the delay circuit 62d when the electric field piston type particle accelerator 62t of FIG. 6 is used.
In addition to the ion recovery path 68, a refrigerant circulation path is provided in the capillary support portion (not shown).

さらに、キャピラリー63cの周囲に加速電極を設け、電界ピストン型粒子加速器62tの延長として構成することもできる。(キャピラリー63cまでを電界ピストン型粒子加速器62tとして、装置の小型化に寄与することができる。)
電界型の偏向器64に一定の電圧をかけて、燃料ビームに含まれる異原子核の軌道を僅か(燃料粒子ビームの幅程度)であるが、目的外の核反応を抑制するように構成することができる。
さらに、粒子加速器62、62tによる加速度合いが異なり、バンチの先頭または後方に異原子核が集中する場合は、キャピラリー63cの先端部に設けた電界型の偏向器64にパルス状の電圧をかけて、キックして除去することができる。
Furthermore, an acceleration electrode may be provided around the capillary 63c to constitute an extension of the electric field piston type particle accelerator 62t. (Up to the capillary 63c can be used as the electric field piston type particle accelerator 62t, which can contribute to downsizing of the apparatus.)
A certain voltage is applied to the electric field type deflector 64 so that the orbits of the different nuclei contained in the fuel beam are slight (about the width of the fuel particle beam), but are configured to suppress unintended nuclear reactions. Can do.
Furthermore, when the acceleration by the particle accelerators 62 and 62t is different and different nuclei are concentrated at the head or rear of the bunch, a pulsed voltage is applied to the electric field type deflector 64 provided at the tip of the capillary 63c, Can be removed by kicking.

真空容器55内の回生減速器65により、荷電粒子(生成粒子)の運動エネルギーを電気エネルギーに変換し、電動機を駆動してタービン86を回転させる。
エンジンフラップ84を広げて外気を取り込み、タービン86で圧縮し、熱交換室57に送り込み、断面が星形の真空容器55の壁面を通して加熱、膨張し、高速の気流として後方に噴射することで推力を得る。
The regenerative speed reducer 65 in the vacuum vessel 55 converts the kinetic energy of the charged particles (generated particles) into electric energy, and drives the electric motor to rotate the turbine 86.
The engine flap 84 is expanded to take in outside air, compressed by the turbine 86, sent to the heat exchange chamber 57, heated and expanded through the wall surface of the vacuum vessel 55 having a star-shaped cross section, and thrust by injecting it backward as a high-speed air flow Get.

大気が利用できない高度に達した後は、エンジンフラップ84を閉じ、機内の空気タンクに蓄積した空気を換気口56から熱交換室57に供給し、大気圏外においても推力を維持することができる。
カーボン製等の軽量かつ高耐圧の空気タンクを翼82の中に内蔵し、空気タンクの容量を確保するとともに、翼82の強度を確保している。
After reaching an altitude where the atmosphere cannot be used, the engine flap 84 is closed, and the air accumulated in the air tank inside the machine is supplied from the ventilation port 56 to the heat exchange chamber 57, so that thrust can be maintained even outside the atmosphere.
A lightweight and high-pressure air tank made of carbon or the like is built in the wing 82 to ensure the capacity of the air tank and the strength of the wing 82.

帰還時は、エンジンの噴射により速度を十分に落とし、尾翼83を立てた姿勢で突入し減速を行い、滑空して着陸地点に向かう。滑空中にエンジンフラップ84を開き、換気口56から取り入れた空気を(図には示していないが)タービン86の回転で駆動する圧縮ポンプでさらに圧縮し、翼82内の空気タンクに蓄積することで、位置エネルギーの一部を高圧空気として回収する。
加熱型ジェットエンジン81は、翼内に蓄積した圧縮空気、または、電力でタービンを起動する。
At the time of returning, the speed is sufficiently reduced by the engine injection, the tail wing 83 is erected in a posture, decelerates, glides and heads to the landing point. During the gliding, the engine flap 84 is opened, and the air taken from the ventilation port 56 is compressed further by a compression pump (not shown) driven by the rotation of the turbine 86 and accumulated in an air tank in the blade 82. Thus, a part of the potential energy is recovered as high-pressure air.
The heated jet engine 81 starts the turbine with compressed air accumulated in the blades or electric power.

図8は、噴射質量を変化した場合の、噴射速度(v=√(2・E/(m・m))と推力(T=(m・m)・v)の関係を示しており、図8の左軸上の質量倍率が1のときは、200MWの核融合反応生成物の荷電粒子のうち水素原子核1H(p)を真空中に直接噴射することにより6.3Nの推力が得られることを示している。
(水素原子核1H(p)の質量:1.67×10−27、エネルギー:14MeV(5.18×10m/S))
FIG. 8 shows the relationship between the injection velocity (v = √ (2 · E / (m · m m ))) and thrust (T = (m · m m ) · v) when the injection mass is changed. When the mass magnification on the left axis of FIG. 8 is 1, a thrust of 6.3 N is obtained by directly injecting hydrogen nuclei 1H (p) out of charged particles of a 200 MW fusion reaction product into a vacuum. It is shown that.
(Mass of hydrogen nucleus 1H (p): 1.67 × 10 −27 , energy: 14 MeV (5.18 × 10 7 m / S))

直径5mのタービン2基の有効面積を約40m、海面付近を250km/hで飛行する場合、密度1.25kg/mの大気を1秒間に2,700m(3,300kg)取り入れて、加熱して噴射する。200MWの核融合生成物である水素原子核1H(p)の質量mは、0.12mg/Sであるから、質量倍率mは、およそ2.5×1010となる。
ヘリウム原子核4He(α)についても6.3Nの推力があるが、質量倍率が4分の1と少ないので、計算には含めていない。(1.25倍することで補正できる。)
When the effective area of two turbines with a diameter of 5 m is about 40 m 2 and flying near the sea surface at 250 km / h, the air with a density of 1.25 kg / m 3 is taken in at 2,700 m 3 (3,300 kg) per second, Heat and spray. Since the mass m of the hydrogen nucleus 1H (p) which is a 200 MW fusion product is 0.12 mg / S, the mass magnification mm is approximately 2.5 × 10 10 .
The helium nucleus 4He (α) also has a thrust of 6.3 N, but the mass magnification is as low as 1/4, so it is not included in the calculation. (It can be corrected by multiplying by 1.25.)

図8より、推力T:1.00MN、噴射速度v:330m/S(約1,200km/h)と大型航空機として十分な推力が得られる計算となる。(質量増加のプロセス(熱交換、タービンの効率等)を考慮していない。また、質量倍率が下がると、熱交換器の過熱を招くので、核融合のレートを下げて、出力を下げる必要がある。)
高度10,000mまでは、大気密度が下がった分、速度を上げることで、吸入空気量が増加するので質量倍率mを維持できると考えられる。さらに大気密度が低下する成層圏では、翼内の空気タンクに蓄積した圧縮空気を推進剤として使用することで推力を持続し、高度160kmにおいて、秒速8kmまで加速する。
From FIG. 8, thrust T: 1.00MN and injection speed v: 330 m / S (about 1,200 km / h), which is a calculation that provides sufficient thrust as a large aircraft. (The process of increasing the mass (heat exchange, turbine efficiency, etc.) is not taken into account. If the mass magnification is reduced, the heat exchanger will be overheated, so it is necessary to lower the fusion rate and lower the output. is there.)
To advanced 10,000m is amount that air density is lowered, by increasing the velocity is believed that they can maintain a mass ratio m m since the amount of intake air increases. In the stratosphere where the atmospheric density further decreases, the thrust is sustained by using the compressed air accumulated in the air tank in the wing as a propellant, and the acceleration is accelerated to 8 km / s at an altitude of 160 km.

図9は、荷電粒子・推進剤混合型エンジン91の説明図である。
図9(a)は、宇宙機外観図で、貨物モジュール95、エンジンモジュール91、乗員モジュール96、スカイクレーン97からなる宇宙機90である。国際宇宙ステーションで使用されるモジュール規格「共同結合機構CBM」を使用して各モジュールを接続しており、着陸脚94gの根元に取り付けたロボットハンド94hを使って、自由に組み替えることができる。
FIG. 9 is an explanatory diagram of the charged particle / propellant mixed engine 91.
FIG. 9A is an external view of the spacecraft, which is a spacecraft 90 including a cargo module 95, an engine module 91, an occupant module 96, and a sky crane 97. Each module is connected using the module standard “joint coupling mechanism CBM” used in the International Space Station, and can be freely rearranged using a robot hand 94h attached to the base of the landing leg 94g.

図9(b)は、エンジンの縦断面図、(c)は、エンジンの横断面図で、6頂の十字星形多面体の容器が二重になっている。内側は、ビーム衝突型核融合炉60の容器で、外側は、推進剤への熱交換室57である。
図9(b)のビーム衝突型核融合炉60の中心部から、上下方向に飛翔した荷電粒子1H、4Heは、回生減速器65により減速し及び電気エネルギーに変換している。(荷電粒子1H、4Heは、中和して回収するか、地球の大気を汚染する心配が無いので推進剤に混入してもよい。)
また、図には示していないが、キャピラリー63cの先端に設けた電界型の偏向器64eで、燃料粒子2H、3Heを送出後に未反応燃料68nをキックして除去している。
FIG. 9 (b) is a longitudinal sectional view of the engine, and FIG. 9 (c) is a transverse sectional view of the engine, in which the container of the six-top cruciform polyhedron is doubled. The inside is a container of the beam collision type fusion reactor 60, and the outside is a heat exchange chamber 57 for propellant.
The charged particles 1H and 4He flying in the vertical direction from the center of the beam collision type nuclear fusion reactor 60 in FIG. 9B are decelerated by the regenerative decelerator 65 and converted into electric energy. (The charged particles 1H and 4He may be neutralized and collected, or may be mixed in the propellant because there is no concern of polluting the earth's atmosphere.)
Although not shown in the drawing, the unreacted fuel 68n is kicked and removed by the electric field type deflector 64e provided at the tip of the capillary 63c after the fuel particles 2H and 3He are sent out.

定量供給ポンプ89によりビーム衝突型核融合炉60の上側と下側から供給された推進剤(空気50a)は、熱交換室57を巡って加熱し、二重になったノズルの外側から混合反応室58の内部に噴射している。
推進剤の循環が不安定になるのを防ぐために、図には示されないが、ビーム衝突型核融合炉60の十字星形の各腕を螺旋状に巡る経路を熱交換室57の内部に形成している。
The propellant (air 50a) supplied from the upper and lower sides of the beam collision type fusion reactor 60 by the constant supply pump 89 is heated around the heat exchange chamber 57 and mixed from the outside of the double nozzle. It is injected into the chamber 58.
In order to prevent the circulation of the propellant from becoming unstable, a path that spirals around each cross-shaped arm of the beam collision type fusion reactor 60 is formed in the heat exchange chamber 57, although not shown in the figure. doing.

図9(b)のビーム衝突型核融合炉60の中心部から水平方向に飛翔した荷電粒子(生成粒子)1H、4Heは、二重になったノズルの内側から混合反応室58内に噴射され、加熱された推進剤をさらに強く混合加熱を行い、ノズル93から宇宙空間に噴射している。
図には示していないが、混合反応室58及びノズル93に、磁気容器を構成することもできる。
Charged particles (generated particles) 1H and 4He flying in the horizontal direction from the center of the beam collision type fusion reactor 60 in FIG. 9B are injected into the mixing reaction chamber 58 from the inside of the double nozzle. The heated propellant is further mixed and heated and injected from the nozzle 93 into outer space.
Although not shown in the drawing, a magnetic container can be formed in the mixing reaction chamber 58 and the nozzle 93.

荷電粒子(生成粒子)1H、4Heは、混合反応室58の内部で、壁面が導電性である場合は、電気的に中和されるが、必要に応じて中和器69を作動させる。
核融合炉60を起動し、炉壁の温度が十分に上がった後に推進剤を加える。推進剤は、二重のノズルの外側を強い方向性を持って通過するので、ベンチュリ効果により核融合炉60の内部に流入しない形状としている。
The charged particles (generated particles) 1H and 4He are electrically neutralized inside the mixing reaction chamber 58 when the wall surface is conductive, but the neutralizer 69 is operated as necessary.
The fusion reactor 60 is started and the propellant is added after the temperature of the reactor wall has risen sufficiently. Since the propellant passes through the outside of the double nozzle with a strong direction, it is shaped so as not to flow into the fusion reactor 60 due to the venturi effect.

「3He−3He」反応で発生するエネルギーは、「D−3He」反応より少なく、クーロン障壁が2倍以上と扱いにくいが、月や小惑星等でヘリウム3(3He)が容易に入手可能とされるので、単一の燃料としてヘリウム3(3He)のみを利用できるエンジンに高い利用価値がある。非特許文献13によると、「3He−3He」核融合反応の反応断面積は、1MeVにおいて10−2barnsと「D−3He」の反応断面積より随分小さい。(10MeVにおいて0.1barns、30MeVにおいて1.0barnsに達するが、投入エネルギーが大きくなる。) The energy generated by the “3He-3He” reaction is less than that of the “D-3He” reaction, and the Coulomb barrier is more than twice as difficult to handle, but helium 3 (3He) can be easily obtained on the moon, asteroids, etc. Therefore, an engine that can use only helium 3 (3He) as a single fuel has high utility value. According to Non-Patent Document 13, the reaction cross section of the “3He-3He” fusion reaction is much smaller than the reaction cross section of 10 −2 burns and “D-3He” at 1 MeV. (It reaches 0.1 barns at 10 MeV and 1.0 barns at 30 MeV, but the input energy increases.)

燃料粒子のヘリウム3原子核3Heビームを1μmに収束させ、粒子加速器62、62tの駆動周波数を10Hzとし、荷電粒子バンチの周期を100ms(間隔391km)、パルス幅を20nS(長さ7.8cm)とし、核融合反応を発生させるためには、燃料粒子3Heの密度を十分に高めることが必要である。   The helium trinuclear 3He beam of fuel particles is converged to 1 μm, the driving frequency of the particle accelerators 62 and 62t is 10 Hz, the period of charged particle bunches is 100 ms (interval 391 km), and the pulse width is 20 nS (length 7.8 cm). In order to generate the nuclear fusion reaction, it is necessary to sufficiently increase the density of the fuel particles 3He.

水素やヘリウムと比較して質量の大きな空気、水、その他の物質を推進剤として、混合反応室58で生成粒子1H、4Heと直接混合して加熱することで、推進剤を効率的に膨張させて噴射し、推力を得ることができる。
紛体を推進剤として使用するときは、図には示していないが非特許文献7に示すようにミクロン単位に粉砕し、気体の推進剤とあらかじめ均質に混合した上で、混合反応室58に投入することで、推進剤の質量を増加することができる。均質に混合しなければ、振動発生の原因となる。
The propellant is efficiently expanded by directly mixing and heating the produced particles 1H and 4He in the mixing reaction chamber 58 using air, water, and other substances having a large mass as compared with hydrogen and helium as a propellant. Can be injected to obtain thrust.
When powder is used as a propellant, although not shown in the figure, it is pulverized to the micron unit as shown in Non-Patent Document 7, and mixed in advance with a gaseous propellant before being put into the mixing reaction chamber 58. By doing so, the mass of the propellant can be increased. If it is not mixed homogeneously, it will cause vibration.

有人宇宙船では、生活廃棄物を生じるが、乾燥して紛体にし、核融合炉の荷電粒子(生成粒子)と混合・加熱することで、原子レベルまで分解することができる。(有害な化学物質の分解等にも利用できる。)
廃棄物の処理が可能であるとともに、推進剤としても使用することができるので、推進剤の輸送質量を削減できるとともに、宇宙空間への廃棄物の投棄によるデブリを増やさずに済む。
In manned spacecraft, waste is generated, but it can be broken down to the atomic level by drying, turning it into powder, and mixing and heating it with charged particles (generated particles) in a fusion reactor. (It can also be used to decompose harmful chemical substances.)
Since the waste can be treated and can be used as a propellant, the transport mass of the propellant can be reduced, and debris caused by the dumping of the waste into space can be prevented.

宇宙機90は、太陽系内の惑星・衛星間を航行するのに必要最低限の構成例である。
宇宙機の長軸を回転(回転半径10mであれば10rpm程度)させて、遠心力による1G程度の重力を得ることができる。エンジンモジュール91の下層に乗員モジュール96を結合することで、着陸時及び軌道変更のための加速時における重力の方向と一致させることができる。
The spacecraft 90 is a minimum configuration example necessary for navigating between planets and satellites in the solar system.
By rotating the long axis of the spacecraft (about 10 rpm if the rotation radius is 10 m), gravity of about 1 G due to centrifugal force can be obtained. By connecting the occupant module 96 to the lower layer of the engine module 91, it is possible to match the direction of gravity at the time of landing and acceleration for changing the trajectory.

粒子遮蔽板94sは、乗員モジュール96から離れた太陽側に配置し、太陽電池の電力で磁力を発生し、太陽からの放射線の遮蔽を行う。
粒子遮蔽板94sは、互いに逆方向に並べた2本のソレノイドコイルによって作られる閉じた磁力線により、太陽から飛来する荷電粒子(主に水素原子核1Hとヘリウム原子核4He)を外側に向けて穏やかに偏向することで、放射光や二次粒子の発生を抑えて、荷電粒子を遮蔽する。
自然冷却による超電導コイルを使用できる場合は、十分な強度の磁力を発生することができる。
着陸時には、可動アームに粒子遮蔽板94sを装着し、太陽を自動追尾して荷電粒子を遮蔽する。
The particle shielding plate 94s is disposed on the solar side away from the occupant module 96, generates a magnetic force by the power of the solar cell, and shields radiation from the sun.
The particle shielding plate 94s gently deflects charged particles (mainly hydrogen nuclei 1H and helium nuclei 4He) flying from the sun outward by closed magnetic field lines created by two solenoid coils arranged in opposite directions. By doing so, the generation of synchrotron radiation and secondary particles is suppressed, and charged particles are shielded.
When a superconducting coil by natural cooling can be used, a sufficiently strong magnetic force can be generated.
At the time of landing, a particle shielding plate 94s is attached to the movable arm, and the sun is automatically tracked to shield charged particles.

おおむね火星の重力(0.35G)に対応する推力があれば、太陽系内の大気の少ない惑星や衛星に離着陸することができる。総質量30トンの宇宙機に対して、200kN程度の推力が必要である。
荷電粒子ビーム衝突型核融合エンジンの大きな比推力を利用することが出来るので、惑星間飛行に要する日数を大幅に短縮することが期待できる。
火星は、大気が薄いため、翼で滑空することはできないが、大気(主にCO)を取り込み、タンクに蓄積し、離陸のための推進剤として利用することができる。
In general, if there is a thrust corresponding to the Martian gravity (0.35G), it can take off and land on planets and satellites in the solar system with little air. A thrust of about 200 kN is required for a spacecraft with a total mass of 30 tons.
Because the large specific thrust of the charged particle beam collision type fusion engine can be used, the number of days required for interplanetary flight can be greatly shortened.
Mars cannot glide with its wings because it has a thin atmosphere, but it can take in the atmosphere (mainly CO 2 ), accumulate it in a tank, and use it as a propellant for takeoff.

荷電粒子・推進剤混合型エンジン91とは独立した200kW程度のビーム衝突型核融合炉60、88を備えることで、必要な電力を得る他、廃棄物の乾燥・粉砕処理や、サバティエ反応を利用した酸素や水の循環利用等が可能となり、乗員の生活を高いレベルに保つことができる。小さい電気出力の核融合炉を構築する場合、燃料粒子の収束を0.25μm、繰り返し周期を100mSとするなどして、燃料粒子の密度を高めるとともに、反応断面積の大きい「D−3He」反応を採用する必要がある。   By providing beam collision fusion reactors 60 and 88 of about 200 kW independent from the charged particle / propellant mixed type engine 91, in addition to obtaining the necessary power, the waste is dried and pulverized, and the Sabatier reaction is used. This makes it possible to circulate and use oxygen and water, and to maintain a high level of occupant life. When constructing a fusion reactor with a small electrical output, the fuel particle convergence is increased to 0.25 μm and the repetition period is set to 100 mS to increase the density of the fuel particles and increase the reaction cross-section “D-3He” reaction. It is necessary to adopt.

宇宙機90は、有人機、貨物機共に遠隔操作が可能であり、自動着陸、自動航行の機能が必要である。50年程度の耐久性が求められ、2機以上の同時航行を行うことで、事故発生時に最も迅速な対応を行うことができる。
軌道上で貨物モジュール95をスカイクレーン97に取り付けて降下し、着地と同時に切り離すことで、貨物モジュールの迅速な降下運搬を行うことができる。
スカイクレーンのワイヤーを、姿勢制御モジュールにかけて牽引することで、人口重力によるモジュールの負荷を軽減し、補強することができる。
The spacecraft 90 can be remotely operated for both manned aircraft and cargo aircraft, and requires functions of automatic landing and automatic navigation. Durability of about 50 years is required, and by performing two or more simultaneous navigations, the quickest response can be performed in the event of an accident.
By attaching the cargo module 95 to the sky crane 97 and descending on the track, and separating the cargo module 95 at the same time as landing, the cargo module can be lowered and transported quickly.
By pulling the sky crane wire over the attitude control module, the load on the module due to artificial gravity can be reduced and reinforced.

図10は、太陽系外を航行する外宇宙探査機の説明図である。
(a)は正面図(地球に向けている面)、(b)は、上面図である。(c)は、エンジンの断面図である。
オフセットパラボラの形状の電波反射板99rの焦点と、電波反射板99rと燃料タンク52、53とを含めた重心が一致しており、燃料の消費に伴う重心の位置変化が発生しないように構成されている。
外宇宙探査機90のエンジンは、荷電粒子加速器62、62tを内蔵する軸を中心に、重心を共有し回転可能に取り付けられ、噴射方向を変えることができる。
外宇宙探査機90は、太陽の周りを螺旋状に回りながら航行するので、地球に向ける角度(電波を送る方向)とエンジンの噴射方向とが異なっている。
FIG. 10 is an explanatory diagram of an outer space probe that navigates outside the solar system.
(A) is a front view (surface facing the earth), (b) is a top view. (C) is a sectional view of the engine.
The focal point of the radio wave reflector 99r in the shape of the offset parabola coincides with the center of gravity including the radio wave reflector 99r and the fuel tanks 52 and 53, so that the position change of the center of gravity due to fuel consumption does not occur. ing.
The engine of the outer space probe 90 is rotatably mounted so as to share a center of gravity around an axis incorporating the charged particle accelerators 62 and 62t, and can change the injection direction.
Since the outer space probe 90 navigates while spiraling around the sun, the angle toward the earth (the direction in which radio waves are transmitted) and the injection direction of the engine are different.

ビーム衝突型核融合炉60の一部を開放し、荷電粒子を直接宇宙空間に放出することで推力を得る。あらゆる方向に飛翔する高エネルギーの荷電粒子1H、4Heを一方向に偏向するため、生成粒子反射板98r、生成粒子偏向器98dを使用している他、回生減速器65と再加速器67rを組み合わせて、減速した荷電粒子1H、4Heを目的の方向に再度加速して噴射している。宇宙空間に存在する粒子を、後方に向けて加速する方法も考えられる。
燃料は、「3He−3He」反応では、発生するエネルギーが小さいため、「D−3He」を使用する。「D−3He」の核融合反応では、水素原子核1H(p)のエネルギーが14MeV(光速の約17%)であるので、外宇宙探査機90自体を光速の10%程度まで加速できる可能性がある。
Thrust is obtained by opening a part of the beam collision type fusion reactor 60 and releasing charged particles directly into space. In order to deflect the high energy charged particles 1H and 4He flying in all directions in one direction, the generated particle reflector 98r and the generated particle deflector 98d are used, and the regenerative decelerator 65 and the reaccelerator 67r are combined. Then, the decelerated charged particles 1H and 4He are accelerated again in the target direction and injected. A method of accelerating particles existing in outer space backward is also conceivable.
Since the generated energy is small in the “3He-3He” reaction, “D-3He” is used as the fuel. In the fusion reaction of “D-3He”, the energy of the hydrogen nucleus 1H (p) is 14 MeV (about 17% of the speed of light), so there is a possibility that the outer space probe 90 itself can be accelerated to about 10% of the speed of light. is there.

表5は、4光年の距離の無線回線設計である。
100メガワットの電波送信機を駆動することを考える。
送信周波数は、1GHzから50GHzが適当と考えられる。
距離3.776×1016mに対する自由空間損失が364dBと圧倒的に大きいが、Pr>Prnであるから、巨大なアンテナとヘリウム冷却低雑音受信機を使用して、6kHzの帯域の信号を受信することができる計算になる。
表5 回線設計
Table 5 is a radio link design with a distance of 4 light years.
Consider driving a 100 megawatt radio transmitter.
A transmission frequency of 1 GHz to 50 GHz is considered appropriate.
The free space loss for a distance of 3.776 × 10 16 m is overwhelmingly large at 364 dB, but Pr> Prn, so a huge antenna and a helium-cooled low-noise receiver are used to receive signals in the 6 kHz band. Can be calculated.
Table 5 Line design

太陽系外を航行する宇宙探査機であるので、莫大な量の燃料を消費することになるが、大きな比推力を生かして、不断の加速を行うことによって、光速の10%前後まで加速する価値は大きい。
最も近い恒星であるアルファケンタウリまでの距離は、4.2光年であるから、螺旋状に航行すること等を考慮すると、光速の10%の速度を得たとしても、電波で探査結果が地球に届くまでに、打ち上げから50年以上を要する計算になる。
200MWのビーム衝突型核融合炉60が50年間連続稼働するのに必要な重水素(2H、D)とヘリウム3(3He)燃料の合計重量は、960kgを超えることになる。
遠隔操縦が不可能であるから、自律的な探査能力を与える必要がある。
Because it is a space probe navigating outside the solar system, it consumes a huge amount of fuel, but the value of accelerating to around 10% of the speed of light by taking advantage of a large specific thrust and making constant acceleration large.
The distance to the nearest star, Alpha Centauri, is 4.2 light-years, so if you take into account the fact that you are navigating in a spiral, etc., even if you get a speed of 10% of the speed of light, It will take more than 50 years from the launch to reach.
The total weight of deuterium (2H, D) and helium 3 (3He) fuel required to operate the 200 MW beam collision fusion reactor 60 continuously for 50 years will exceed 960 kg.
Since remote control is impossible, it is necessary to provide autonomous exploration capability.

地球上に十分な量の燃料となるヘリウム3(3He)が存在していないことから、放射性物質を含まない核融合の実現は、極めて困難なものになっている。
「D−D」反応や「D−T」反応は、放射性物質を含む核融合であることから、実施例として例示しなかったが、本発明の荷電粒子ビーム衝突型核融合装置は、これらの核融合反応についても取り扱うことができる。
核融合における問題点を再度整理する。
1点目は、中性子の生成であり、炉壁の脆化・放射化、人体への影響などが考えられるが、核分裂炉の技術で、対処可能であり、炉が停止すれば中性子の影響は無くなる。
2点目は、三重水素原子核3H(トリチウムT)の生成であり、漏えいによる周辺への影響が深刻な問題であることは、最初に述べたとおりである。
Since there is no sufficient amount of helium 3 (3He) on the earth as a fuel, it is very difficult to realize nuclear fusion that does not contain radioactive materials.
Since the “DD” reaction and the “DT” reaction are nuclear fusion containing radioactive materials, they have not been exemplified as examples, but the charged particle beam collision type fusion apparatus of the present invention is not limited to these examples. It can also handle fusion reactions.
Re-arrange the problems in fusion.
The first point is the generation of neutrons, which may include embrittlement / activation of the reactor wall, effects on the human body, etc., but it can be dealt with with the technology of the fission reactor. Disappear.
The second point is the generation of the tritium nucleus 3H (tritium T), and the influence on the surroundings due to leakage is a serious problem as described above.

この問題を解決する提案を実施例として、ここに追加する。
解決方法は、三重素3H(トリチウムT)を蓄積しないことである。2つの炉を用意し、「D−D」反応で生成した三重水素原子核3H(トリチウムT)を直ちに「D−T」反応を行って消費することで、放射性物質の存在量を微量に限定することができる。
表6は、非特許参考文献6の図2.2を参考に、各反応毎の最適な衝突エネルギーと反応断面積を他の反応の反応断面積を一覧にしたものである。
表6 核融合反応の反応断面積

表7に、水素原子核1H(陽子、プロトンp)を含む核反応の一部を一覧にした。核融合生成物を精製せずに核融合反応を継続した場合、陽電子e、ガンマー線γ、ニュートリノνなどが発生するが、荷電粒子ビーム衝突型核融合炉で有効なエネルギーとして取り出すことが困難である。
表7 水素原子核1H(陽子、プロトンp)を含む核反応
A proposal to solve this problem is added here as an example.
The solution is not to accumulate triple element 3H (tritium T). Two furnaces are prepared, and the tritium nucleus 3H (tritium T) produced by the “DD” reaction is immediately consumed by performing the “DT” reaction, thereby limiting the abundance of radioactive materials to a very small amount. be able to.
Table 6 is a table listing the optimum collision energy and reaction cross-section for each reaction and the reaction cross-sections of other reactions with reference to FIG. 2.2 of Non-Patent Reference 6.
Table 6 Reaction cross section of fusion reaction

Table 7 lists some of the nuclear reactions involving the hydrogen nucleus 1H (proton, proton p). When the fusion reaction is continued without purifying the fusion product, positron e + , gamma ray γ, neutrino ν e, etc. are generated, but can be extracted as effective energy in the charged particle beam collision type fusion reactor. Have difficulty.
Table 7 Nuclear reactions involving the hydrogen nucleus 1H (proton, proton p)

図11は、1つの炉に異なる角度で3対の「荷電粒子ビーム発生器」を構成した実施例である。
図の左側は、全て重水素原子核2H(デューテリウムD)を燃料とし、右側は、上から順に重水素原子核2H(デューテリウムD)、三重水素原子核3H(トリチウムT)、ヘリウム3原子核3Heを燃料とする。
1つ目の「D−D」と「D」の記号を付した「荷電粒子ビーム発生器」の対で「D−D」反応を行うが、1.4MeVを必要とし、0.2barnsと反応断面積が小さい。最初の核融合反応であるから不純物が混入も無いが、二種類の核融合反応が同時に発生し、4種類の粒子(p、n、T、3He)が飛翔する。(中性子nは、電荷を持たず透過力が強く、熱交換室57の中性子減速材(水)10により減速、吸収され、イオン回収路68では回収されない。)
2つ目の「D−T」と「T」の記号を付した「荷電粒子ビーム発生器」の対で「D−T」反応を行う。
3つ目の「D−3He」と「3He」の記号を付した「荷電粒子ビーム発生器」の対で「D−3He」反応を行う。
中性子nは、電気エネルギーとして回収できないため、熱として回収するエネルギーが増加する。真空容器の外側に減速材(水)10を満たした熱交換室57を設け、中性子の遮蔽と冷却を行う。
FIG. 11 shows an embodiment in which three pairs of “charged particle beam generators” are formed in one furnace at different angles.
The left side of the figure uses deuterium nucleus 2H (deuterium D) as fuel, and the right side uses deuterium nucleus 2H (deuterium D), tritium nucleus 3H (tritium T), and helium trinuclear 3He in order from the top. And
The first “D-D” and “D” paired “charged particle beam generator” pair performs a “DD” reaction, but requires 1.4 MeV and reacts with 0.2 barns. Small cross-sectional area. Since this is the first fusion reaction, no impurities are mixed in, but two kinds of fusion reactions occur simultaneously, and four kinds of particles (p, n, T, 3He) fly. (The neutron n does not have a charge and has a strong permeability, and is decelerated and absorbed by the neutron moderator (water) 10 in the heat exchange chamber 57 and is not collected in the ion recovery path 68.)
The second “DT” and “T” pair of “charged particle beam generators” are paired to perform a “DT” reaction.
The third “D-3He” and “3He” paired “charged particle beam generator” pairs are used to perform the “D-3He” reaction.
Since neutron n cannot be recovered as electric energy, the energy recovered as heat increases. A heat exchange chamber 57 filled with a moderator (water) 10 is provided outside the vacuum vessel to shield and cool neutrons.

イオン回収路68及び未反応粒子68n回収路から、荷電粒子1H(p)、2H(D)、3H(T)、3He及び4He(D−D反応以外の反応で生成する。)を回収する。回収した荷電粒子を粒子加速器62、62tにより10keV程度まで加速して、電荷質量比の違いを利用して、電荷質量分離器64x(磁気スペクトロメータ)により1H(p)、3H(T)、2H(D)、4He(α)、3Heの順に分離する。三重水素原子核3H(トリチウムT)を60keVまで加速し、40keVに加速した重水素原子核2H(デューテリウムD)と核融合反応を行い、三重水素原子核3H(トリチウムT)を直ちに消費する。   Charged particles 1H (p), 2H (D), 3H (T), 3He and 4He (generated by a reaction other than the DD reaction) are recovered from the ion recovery path 68 and the unreacted particle 68n recovery path. The collected charged particles are accelerated to about 10 keV by the particle accelerators 62 and 62t, and 1H (p), 3H (T), 2H by the charge mass separator 64x (magnetic spectrometer) using the difference in charge mass ratio. (D) Separate in the order of 4He (α) and 3He. The tritium nucleus 3H (tritium T) is accelerated to 60 keV, a fusion reaction is performed with the deuterium nucleus 2H (deuterium D) accelerated to 40 keV, and the tritium nucleus 3H (tritium T) is immediately consumed.

「D―T」反応の反応断面積が、5barnsであるのに対して、「D−D」及び「D−3He」反応の反応断面積は、0.03barnsと小さく、ほぼ「D―T」反応のみを発生する。三重水素原子核3H(トリチウムT)は、常時ヘリウム3原子核3Heに崩壊し続けているので、炉内の偏向器64による電荷質量比による分離も効果がある。
分離する距離は、ビームの直径が1μm前後であるから、ビームの広がり方にもよるが、10μm程度で十分な反応抑制の効果が期待でき、反応断面積の相違と合わせれば、目的外の核反応を大きく抑制することができる。
The reaction cross section of the “DT” reaction is 5 barns, whereas the reaction cross sections of the “DD” and “D-3He” reactions are as small as 0.03 barns, which is almost “DT”. Only the reaction occurs. Since the tritium nucleus 3H (tritium T) is constantly decayed into the helium trinuclear 3He, separation by the charge mass ratio by the deflector 64 in the furnace is also effective.
Since the beam diameter is about 1 μm, the separation distance depends on how the beam spreads, but about 10 μm can be expected to have a sufficient reaction suppression effect. The reaction can be greatly suppressed.

偏向器64で分離された水素原子核1H(p)、重水素原子核2H(D)、ヘリウム3原子核3He及びヘリウム原子核4He(α)は、それぞれ中和してタンクに蓄積する。ヘリウム原子核4He(アルファ粒子α)と重水素原子核2H(デューテリウムD)は、電荷質量比がほぼ同じであるから、分離することが困難である。(化学反応により分離できる。)
「D−3He」と「3He」の記号を付した「荷電粒子ビーム発生器」の対で「D−3He」反応を行うが、400keV(2H:160keV、3H:240keV)で衝突することで、「D−3He」反応は、1barns、「D―T」反応は、0.8barns、「D−D」反応は、0.13barnsであるので、分離できずに残った不純物の影響が若干減少する。
なお、分離せずに回収した粒子を燃料として使用する場合は、副反応が複雑になること、反応に寄与しない粒子を加速するために余分なエネルギーを要すること、様々なエネルギーの粒子が同時に飛翔し回生減速器65の設計が困難になる可能性がある。
The hydrogen nuclei 1H (p), deuterium nuclei 2H (D), helium 3 nuclei 3He, and helium nuclei 4He (α) separated by the deflector 64 are neutralized and accumulated in the tank. The helium nucleus 4He (alpha particle α) and the deuterium nucleus 2H (deuterium D) have almost the same charge-mass ratio, and are difficult to separate. (Can be separated by chemical reaction.)
A “D-3He” reaction is performed with a pair of “charged particle beam generators” labeled “D-3He” and “3He”, but by colliding at 400 keV (2H: 160 keV, 3H: 240 keV), Since the “D-3He” reaction is 1 barns, the “DT” reaction is 0.8 barns, and the “DD” reaction is 0.13 barns, the influence of impurities that cannot be separated is slightly reduced. .
When particles recovered without separation are used as fuel, side reactions become complicated, extra energy is required to accelerate particles that do not contribute to the reaction, and particles with various energies fly simultaneously. The design of the regenerative speed reducer 65 may be difficult.

図12(a)は、「D−D」反応と「D−T」反応のみを経常的に利用する構成の核融合炉の実施例である。
キャピラリー63cは、経路を緩やかに曲げることができることから、右側のDとTのキャピラリー63cを近接して配置している。対向するDの「荷電粒子ビーム発生器」は、1組のみとしている。
キャピラリー63c先端の偏向器64または支持部の駆動機構により、荷電粒子ビームの方向を瞬時に切り替え、それぞれに対応する速度(「D−D」反応では、700keV、「D−T」反応では、40〜60keV。)で荷電粒子2H(D)を打ち出す。
32個(切頂二十面体の形状に組み立てる場合)の回生減速器65に付属するイオン回収路68及び2カ所の未反応燃料回収路から、核反応で生成した荷電粒子及び未反応燃料68n(1H(p)、2H(D)、3H(T)、3He及び4He(α))を中和せずに、イオン回収チューブ68tを経由して回収し、再度加速して電荷質量比の違いから粒子を分別し、三重水素原子核3H(トリチウムT)を1秒以内に消費するシステムを構成している。
図12(c)に、イオン回収チューブ68tの構成を示す。図6の電界ピストン型粒子加速器62tを太さが一定の筒状にしたもので、外側に荷電粒子を誘導する電極を設け、3つの相(φ0、φ1及びφ2)からなるプラスまたはマイナスの高電圧を一定の周期で順次加えることで、荷電粒子を移送する。
イオン回収チューブ68tは、32カ所のイオン回収路68に一筆書き状に接続して生成粒子を回収し、パルス状の生成粒子を平均化して電荷質量分離器64xに送っている。
FIG. 12 (a) shows an example of a nuclear fusion reactor having a configuration in which only the “DD” reaction and the “DT” reaction are normally used.
Since the capillary 63c can bend the path gently, the right D and T capillaries 63c are arranged close to each other. There is only one set of D “charged particle beam generators” facing each other.
The direction of the charged particle beam is instantaneously switched by the deflector 64 at the tip of the capillary 63c or the drive mechanism of the support, and the velocity corresponding to each is changed (700 keV for the “DD” reaction, 40 for the “DT” reaction). Charged particles 2H (D) are launched at ˜60 keV.
From the ion recovery path 68 attached to the regenerative decelerator 65 and the two unreacted fuel recovery paths (when assembled in the shape of a truncated icosahedron) 32 charged particles and unreacted fuel 68n ( 1H (p), 2H (D), 3H (T), 3He, and 4He (α)) are recovered through the ion recovery tube 68t without being neutralized, and accelerated again from the difference in charge mass ratio. The system is configured to separate the particles and consume the tritium nucleus 3H (tritium T) within 1 second.
FIG. 12C shows the configuration of the ion recovery tube 68t. The electric field piston type particle accelerator 62t of FIG. 6 has a cylindrical shape with a constant thickness, and an electrode for inducing charged particles is provided on the outside, and a positive or negative height consisting of three phases (φ0, φ1, and φ2). Charged particles are transferred by sequentially applying a voltage at a constant cycle.
The ion collection tube 68t is connected to 32 ion collection paths 68 in a single stroke to collect the generated particles, average the pulse-shaped generated particles, and send them to the charge mass separator 64x.

「D−D」反応と「D−T」反応では、中性子nが多くのエネルギーを持って飛翔するので、直接電気として取り出せるエネルギーは最大で32.4%までであり、熱出力が67.6%以上を占める。同一の出力の場合、真空容器55の直径を30%程度小さくすることができる。荷電粒子ビーム型核融合炉60を取り囲む熱交換室57内に減速材(水)10を満たし、中性子nの減速及び熱変換を行う。
図12(b)に、水10による中性子nの遮蔽と熱変換、並びに、熱駆動ポンプ66(特許文献7)及び発電機88による熱−電気変換器)を、多面体(正五角形12面、正六角形20面)を構成する32個のユニットで構成した例を示す。各ユニットは、保守のため任意のユニットを取り外すことができる形状に作られているとともに、異なる角度のかみ合わせとなっており、直線的に進んだ中性子が間隙から漏れない構造としている。
図12(d)に「D−D」反応、(e)に「D−T」反応による粒子飛翔図を示す。(未反応粒子68nの軌跡は、省略した。)
荷電粒子1H、2H、3H、3He及び4Heは、回生減速器65で、中性子nは、回生減速器65を透過し、中性子減速材(水)10で減速している。安全のため、及び、中性子減速材(水)10、中性子反射材(鉛など)19を透過した中性子nを遮蔽するため、さらに外側にコンクリート壁が必要である。
In the “DD” and “DT” reactions, neutron n flies with a lot of energy, so the maximum energy that can be directly taken out as electricity is 32.4%, and the heat output is 67.6. Occupy more than 50%. In the case of the same output, the diameter of the vacuum vessel 55 can be reduced by about 30%. A moderator (water) 10 is filled in a heat exchange chamber 57 surrounding the charged particle beam type nuclear fusion reactor 60, and neutron n is decelerated and heat-converted.
FIG. 12B shows the shielding and thermal conversion of neutron n by water 10 and the heat-driven pump 66 (Patent Document 7) and the heat-electric converter by generator 88). An example composed of 32 units constituting a square 20 surface) is shown. Each unit is made into a shape in which an arbitrary unit can be removed for maintenance, and is engaged at different angles so that neutrons that have traveled linearly do not leak from the gap.
FIG. 12D shows a particle flight diagram by the “DD” reaction and FIG. 12E shows the “DT” reaction. (The locus of the unreacted particles 68n is omitted.)
Charged particles 1H, 2H, 3H, 3He and 4He are regenerative speed reducer 65, and neutron n is transmitted through regenerative speed reducer 65 and decelerated by neutron moderator (water) 10. In order to shield the neutron n that has passed through the neutron moderator (water) 10 and the neutron reflector (such as lead) 19 for safety, a concrete wall is further required outside.

運転中、三重水素原子核3H(トリチウムT)は、真空容器55、イオン回収路68、68t、並びに、Tの記号を付した粒子加速器62、62t、電荷質量分離器64x及びキャピラリー63cの内部に分散して存在している。1時間に1.0gの燃料を消費する炉の場合、三重水素原子核3H(トリチウムT)の生成量は、1秒間に約0.1mgと見積もられる。(トリチウムTの循環に1秒を要するとした場合。100mSで一巡する場合は、さらに少なく0.01mgになる。)
緊急停止時を含めて、炉内の三重水素原子核3H(トリチウムT)を可能な限り消費してから停止する仕組みとすることによって、停止時の残存量は、0.1μg(3.6×10Bq)前後まで削減することができると期待される。(「D−T」反応の繰り返し周期を1,000Hzとした場合)
さらに、重水素原子核2H(デューテリウムD)の粒子を多くすることにより、三重水素原子核3H(トリチウムT)の反応率を99.99%以上に高めることが出来るから、残存量は、0.01ng(3.6×10Bq)以下に削減することができる。この処理を繰り返すことで、三重水素原子核3H(トリチウムT)を完全に消滅することができる。(重水素原子核2H(デューテリウムD)の未反応燃料粒子が多く残る。)
地震検知等により三重水素原子核3H(トリチウムT)の消滅運転を行った後は、「D−3He」反応に切り替えて運転を継続することで、電力の供給を維持することが出来る。
During operation, the tritium nucleus 3H (tritium T) is dispersed inside the vacuum vessel 55, the ion recovery paths 68 and 68t, the particle accelerators 62 and 62t with the symbol T, the charge mass separator 64x, and the capillary 63c. Exist. In the case of a furnace that consumes 1.0 g of fuel per hour, the amount of tritium nucleus 3H (tritium T) produced is estimated to be about 0.1 mg per second. (If it takes 1 second to circulate the tritium T. If it goes around at 100 mS, it becomes 0.01 mg even less.)
By using a mechanism in which the tritium nucleus 3H (tritium T) in the furnace is consumed as much as possible, including during an emergency stop, the remaining amount at the time of stop is 0.1 μg (3.6 × 10 6 7 Bq) is expected to be reduced to around. (When the repetition period of the “DT” reaction is 1,000 Hz)
Furthermore, by increasing the number of particles of deuterium nucleus 2H (deuterium D), the reaction rate of tritium nucleus 3H (tritium T) can be increased to 99.99% or more, so the remaining amount is 0.01 ng. It can be reduced to (3.6 × 10 3 Bq) or less. By repeating this process, the tritium nucleus 3H (tritium T) can be completely extinguished. (Many unreacted fuel particles of deuterium nucleus 2H (deuterium D) remain.)
After the extinction operation of the tritium nucleus 3H (tritium T) by earthquake detection or the like, the power supply can be maintained by switching to the “D-3He” reaction and continuing the operation.

三重水素原子核3H(トリチウムT)の残存量を限定することができたが、やはり大変危険な物質であることに変わりはない。将来、「荷電粒子ビーム衝突型核融合炉」が、小電力化・小型化することで一般利用が拡大する可能性があり、普及に比例して三重水素(3H、トリチウムT)の漏えい事故も増加すると考えられる。また、移動体の事故率は圧倒的に高いから、移動体や一般利用向けには、「D−3He」反応炉が望ましい。
「D−D」反応炉は、三重水素(3H、トリチウムT)を生成すること、中性子nを遮蔽するため及び熱を処理するため大型化することもあり、少数の組織的な管理体制下での利用に限定して、発電するとともにヘリウム3(3He)を生産する使い方が、1つの解決方法である。
「D−3He」反応炉が普及することで、月や小惑星などからヘリウム3(3He)を調達する原動力にもなると考えられる。
ヘリウム3(3He)が月や小惑星などから調達されるようになった後は、「D−D」反応炉を廃炉にすることが望ましい。
三重水素(3H、トリチウムT)を含む核融合炉は、核分裂炉と同様の管理体制が必要と考えられる。
また、あらゆる荷電粒子ビーム衝突型核融合炉が兵器や武器に使用されないことを望むものである。
Although the remaining amount of the tritium nucleus 3H (tritium T) could be limited, it is still a very dangerous substance. In the future, there is a possibility that the general use of the “charged particle beam collision type fusion reactor” will be expanded by reducing the power and size, and there will be a tritium (3H, tritium T) leakage accident in proportion to the spread. It is thought to increase. In addition, since the accident rate of mobile bodies is overwhelmingly high, the “D-3He” reactor is desirable for mobile bodies and general use.
The “D-D” reactor may be increased in size to produce tritium (3H, tritium T), shield neutrons n and process heat, and under a small organizational management system. One solution is to use power generation and produce helium 3 (3He) in a limited manner.
The prevalence of the “D-3He” reactor is thought to be a driving force for procuring helium 3 (3He) from the moon and asteroids.
After helium 3 (3He) is procured from the moon, asteroids, etc., it is desirable to decommission the “DD” reactor.
A fusion reactor containing tritium (3H, tritium T) is considered to require the same management system as a fission reactor.
We also hope that all charged particle beam collision reactors will not be used for weapons or weapons.

放射能を出さない純粋な核融合反応による核融合発電装置、宇宙機、航空機、船舶、車両等の推進装置を提供することができる。微量の放射性物質を伴うが、安価な重水素燃料による核融合発電装置を提供できる。高エネルギーの荷電粒子による廃棄物処理などにも活用できる。
It is possible to provide a propulsion device for a fusion power generation device, a spacecraft, an aircraft, a ship, a vehicle, etc. by a pure fusion reaction that does not emit radioactivity. Although a small amount of radioactive material is involved, it is possible to provide a fusion power generation apparatus using inexpensive deuterium fuel. It can also be used for waste disposal with high-energy charged particles.

1H 水素原子核(陽子、プロトン粒子p) 10 減速材(水) 19 反射材(鉛)
2H 重水素原子核(デューテリウムD) 32 多面体(切頂二十面体)
3H 三重水素原子核(トリチウムT) 3He ヘリウム3原子核
4He ヘリウム原子核(アルファ粒子α)
50 推進剤 50a 空気 50b 粉体 51 タンク 51a 空気タンク
51 水素ガス 52 重水素ガス 53 ヘリウム3ガス 54 ヘリウムガス
55 真空容器 56 換気口 57 熱交換室 58 混合反応室
60 荷電粒子ビーム衝突型核融合炉 61 荷電粒子発生器 61a 加速グリッド
62 粒子加速器 62a 加速グリッド 62d 遅延回路 62s スイッチ
62t 電界ピストン型粒子加速器 63 電子レンズ 63c キャピラリー
64 偏向器 64e 電界型偏向器 64m 磁気偏向器 64x 電荷質量分離器
65 回生減速器 65b 減速グリッド 65d 遅延回路 65f 初段のグリッド
66 熱駆動ポンプ 67 グリッド 67a 加速グリッド 67r 再加速器
68 イオン回収路 68n 未反応燃料 68t イオン回収チューブ
69 中和器(電子発生器)
1H Hydrogen nucleus (proton, proton particle p) 10 Moderator (water) 19 Reflector (lead)
2H deuterium nucleus (deuterium D) 32 polyhedron (truncated icosahedron)
3H Tritium nucleus (tritium T) 3He Helium 3 nucleus
4He Helium nucleus (alpha particle α)
50 propellant 50a air 50b powder 51 tank 51a air tank 51 hydrogen gas 52 deuterium gas 53 helium 3 gas 54 helium gas 55 vacuum vessel 56 ventilation port 57 heat exchange chamber 58 mixing reaction chamber
60 charged particle beam collision fusion reactor 61 charged particle generator 61a acceleration grid 62 particle accelerator 62a acceleration grid 62d delay circuit 62s switch
62t electric field piston type particle accelerator 63 electron lens 63c capillary
64 Deflector 64e Electric field type deflector 64m Magnetic deflector 64x Charge mass separator 65 Regenerative decelerator 65b Deceleration grid 65d Delay circuit 65f First stage grid 66 Thermally driven pump 67 Grid 67a Acceleration grid 67r Reaccelerator 68 Ion recovery path 68n Unreacted Fuel 68t Ion recovery tube 69 Neutralizer (electron generator)

80 航空機・宇宙シャトル 81 加熱型原子力ジェットエンジン 82 翼
83 尾翼 84 エンジンフラップ 85 貨物室 86 タービン
87 電動機 88 発電機 89 定量供給ポンプ
90 宇宙機 91 荷電粒子・推進剤混合型エンジン(エンジンモジュール)
92 姿勢制御モジュール 93 噴射ノズル
94g 着陸脚 94h ロボットアーム 94s 粒子遮蔽板
95 貨物モジュール 96 乗員モジュール 97 スカイクレーン・車両(内蔵)
98d 生成粒子偏向器 98r 生成粒子反射板
99r 電波反射板 99a アンテナ
80 Aircraft / Space Shuttle 81 Heated Nuclear Jet Engine 82 Wing 83 Tail 84 Engine Flap 85 Cargo Chamber 86 Turbine
87 Electric motor 88 Generator 89 Metering pump
90 Spacecraft 91 Charged Particle / Propellant Mixed Engine (Engine Module)
92 Attitude control module 93 Injection nozzle 94g Landing leg 94h Robot arm 94s Particle shield 95 Cargo module 96 Crew module 97 Sky crane / vehicle (built-in)
98d Generated particle deflector 98r Generated particle reflector 99r Radio wave reflector 99a Antenna

Claims (11)

燃料となる元素のガスを電離するなどして発生した荷電粒子をクーロン力により加速して荷電粒子ビームにする粒子加速器62、荷電粒子ビームを収束する電子レンズ63、クーロン力により荷電粒子ビームの飛翔方向を変える偏向器64からなる「荷電粒子ビーム発生器」を2組備え、燃料原子の組み合わせによって決まるクーロン障壁を超える速度で、真空容器55の中心で荷電粒子ビームを対向して衝突させて核融合反応を発生し、あらゆる方向に飛翔する高エネルギーの生成粒子の運動エネルギーを利用するもの(熱として利用するもの、直接電気エネルギーとして取り出すもの、或いは、物理反応、化学反応、並びに物理的な作用(推力)を利用するものを含む。)であって、2本の荷電粒子(燃料粒子)ビームを対向して衝突させて核融合反応を発生することを特徴とする荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60。
Charged particles generated by ionizing gas of an element serving as a fuel are accelerated by a Coulomb force to form a charged particle beam, a particle accelerator 62 that converges the charged particle beam, and a charged particle beam flying by a Coulomb force. Two sets of “charged particle beam generators” composed of deflectors 64 that change the direction are provided, and the charged particle beams collide oppositely at the center of the vacuum chamber 55 at a speed exceeding the Coulomb barrier determined by the combination of fuel atoms. Those that use the kinetic energy of high-energy particles that generate fusion reactions and fly in all directions (things that are used as heat, those that are extracted directly as electrical energy, or physical reactions, chemical reactions, and physical effects) (Including those using (thrust)), and two charged particle (fuel particle) beams collide against each other. The charged particle beam collision type fusion reactor 60, characterized in that for generating a nuclear fusion reaction Te.
荷電粒子(燃料粒子)ビームを間欠的に発生する粒子加速器62(高周波粒子加速器)及び、核融合反応点を取り囲む切頂20面体等の多面体32を構成するように配置し、間欠的にあらゆる方向に高速で飛翔する生成粒子(荷電粒子)を電磁誘導作用により減速するとともに電気エネルギーを取り出す回生減速器65(遅延回路65d及び減速グリッド65bあるいは分布定数型の減速グリッドにより構成される。)を備えることを特徴とする、請求項1の荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60。
A particle accelerator 62 (high-frequency particle accelerator) that intermittently generates a charged particle (fuel particle) beam and a polyhedron 32 such as a truncated icosahedron surrounding the fusion reaction point are arranged to intermittently make any direction. And a regenerative decelerator 65 (configured by a delay circuit 65d and a decelerating grid 65b or a distributed constant decelerating grid) that decelerates generated particles (charged particles) flying at high speed by electromagnetic induction and extracts electric energy. The charged particle beam collision type nuclear fusion reactor 60 according to claim 1, characterized in that:
荷電粒子(燃料粒子)ビームを入射することにより、耐久性の高いセラミックなどの絶縁材料で作成した一方が細くなったテーパー形状の容器の内面を全反射し、細くなった先端の開口部に荷電粒子(燃料粒子)を収束することができるキャピラリー63cを備えることを特徴とする、請求項1から2の荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60。
By entering a charged particle (fuel particle) beam, the inner surface of a tapered container made of a highly durable insulating material such as ceramic is totally reflected, and the opening at the narrowed tip is charged. 3. The charged particle beam collision fusion reactor 60 according to claim 1, further comprising a capillary 63 c capable of converging particles (fuel particles). 4.
耐久性の高いセラミックなどの絶縁材料で作成した一方が細くなったテーパー形状の容器に加速電極と加速グリッド62aを配置し、先に負、次に正の両極性パルスを加え、立ち上がり波形を先鋭化するとともに先行する立下りより早くかつ正確に伝搬する特性を有する遅延回路62dを通して、加速電極とグリッド62aに順次両極性パルスを加えることによって、クーロン力により荷電粒子を軸方向に圧縮するとともに容器の形状に従い半径方向にも圧縮して、荷電粒子(燃料粒子)バンチを打ち出すことができる進行波型粒子加速器62tを備えることを特徴とする、請求項1から3の荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60。
Accelerating electrode and accelerating grid 62a are arranged in a tapered container made of a highly durable insulating material such as ceramic, and negative and then positive bipolar pulses are applied first to sharpen the rising waveform. The bipolar particles are sequentially applied to the acceleration electrode and the grid 62a through the delay circuit 62d having the characteristic of propagating faster and more accurately than the preceding fall, and the charged particles are compressed in the axial direction by Coulomb force. The charged particle beam collision type fusion according to claim 1, further comprising a traveling wave type particle accelerator 62 t that is capable of emitting charged particle (fuel particle) bunches by compressing in a radial direction in accordance with the shape of the charged particle beam. Furnace 60.
目的外の核反応を抑制する手段として、
燃料粒子の組み合わせに応じた適切な速度で荷電粒子を衝突させる、
荷電粒子ビームに含まれる異原子核を偏向器64で異なる方向に分離する、
粒子や分子を炉内に滞留・散乱させない、
炉内で荷電粒子の中和をしない、
炉内に電位勾配を設けて電子雲及び浮遊する荷電粒子を除去する、
生成粒子(荷電粒子)及び未反応燃料粒子68nを回収するイオン回収路68を設ける、
荷電粒子を穏やかに偏向または減速することで放射光の発生を抑える、
回収した荷電粒子を電荷質量分離器64xにより分離して燃料粒子とする、
並びに、真空容器55及び内部の部品は、二次粒子やガスを発生しない材料を使用する、
のうち、1つ以上の対策を行うことを特徴とする請求項1から4の荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60。
As a means to suppress unintended nuclear reactions,
Make charged particles collide at an appropriate speed according to the combination of fuel particles,
Separating different nuclei contained in the charged particle beam in different directions by a deflector 64;
Do not allow particles or molecules to stay or scatter in the furnace,
Do not neutralize charged particles in the furnace,
A potential gradient is provided in the furnace to remove the electron cloud and floating charged particles.
An ion recovery path 68 for recovering generated particles (charged particles) and unreacted fuel particles 68n is provided.
Suppress the generation of synchrotron radiation by gently deflecting or decelerating charged particles,
The collected charged particles are separated by a charge mass separator 64x to form fuel particles.
In addition, the vacuum vessel 55 and internal components use materials that do not generate secondary particles or gas.
The charged particle beam collision type nuclear fusion reactor 60 according to claim 1, wherein one or more countermeasures are taken.
対向して打ち出す2本の燃料粒子ビームが、
重水素原子核2H(デューテリウムD)とヘリウム3原子核3Heであるもの、
双方共にヘリウム3原子核3Heであるもの、
重水素原子核2H(デューテリウムD)と三重水素原子核3H(トリチウムT)であるもの、及び、
双方共に重水素原子核2H(デューテリウムD)であるもの、
であることを特徴とする請求項1から5の荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60。
Two fuel particle beams launched opposite to each other
Deuterium nucleus 2H (deuterium D) and helium 3 nucleus 3He,
Both are helium trinuclear 3He,
Deuterium nucleus 2H (deuterium D) and tritium nucleus 3H (tritium T), and
Both are deuterium nuclei 2H (deuterium D),
The charged particle beam collision type nuclear fusion reactor 60 according to claim 1, wherein:
荷電粒子(核融合生成粒子及び未反応燃料粒子)をクーロン力により速やかに移送するための位相の異なる交流電圧を印加する電極を設けた、セラミックなどの絶縁材料で作成したイオン回収チューブ68tを備えることを特徴とする請求項1から6までの荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60。
An ion recovery tube 68t made of an insulating material such as ceramic is provided, which is provided with electrodes for applying alternating voltages of different phases for quickly transporting charged particles (nuclear fusion generated particles and unreacted fuel particles) by Coulomb force. The charged particle beam collision type nuclear fusion reactor 60 according to any one of claims 1 to 6.
核融合反応の生成粒子のエネルギーを由来とする熱(電磁誘導電流による発熱を含む。)を利用するエンジン(タービン、ピストン、容積可変軸流ネジポンプ等を内蔵するエンジンであって、発電を行うもの、機械的な力を利用するもの、噴射することで推力を得るものを含む。)であって、推進剤(外部から取り入れた空気、タンクに蓄えた気体、気化を前提とする液体を含む。)を加熱するための熱交換室(真空容器55を取り囲む熱交換室57の他、真空容器55の内部に設けた冷却機構を含む。)を備えることを特徴とする請求項1から7までの荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60。
Engines that use heat (including heat generated by electromagnetic induction current) derived from the energy of the particles produced by the fusion reaction (engines that incorporate a turbine, piston, variable volume axial flow screw pump, etc., and generate electricity) , Including those that use mechanical force and those that obtain thrust by jetting), including propellants (air taken from the outside, gas stored in the tank, and liquid premised on vaporization). A heat exchange chamber (including a heat exchange chamber 57 surrounding the vacuum vessel 55 and a cooling mechanism provided inside the vacuum vessel 55) is provided. Charged particle beam collision type fusion reactor 60.
推進剤50(気体50a、気化を前提とする液体、あるいは、気体と混合した紛体50b。)を高エネルギーの生成粒子と混合して加熱を行う混合反応室58を備えることを特徴とする請求項1から8までの荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60。
A mixing reaction chamber (58) for mixing and heating a propellant (50) (a gas 50a, a liquid premised on vaporization, or a powder 50b mixed with a gas) with high energy generated particles. 1 to 8 charged particle beam collision type fusion reactor 60;
真空中で推力を得るエンジンであって、核融合反応によって生成したあらゆる方向に飛翔する高エネルギーの粒子の一部を、
真空容器55の一部を開放して特定の方向に放出、
生成粒子反射板98rまたは生成粒子偏向器98dを備えて飛翔方向を変えて放出、
あるいは、再加速器67rを備えて生成粒子(荷電粒子)を再加速して放出することで推力を得ることを特徴とする請求項1から9までの荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60。
An engine that obtains thrust in a vacuum, and some of the high-energy particles that fly in all directions generated by the fusion reaction
A part of the vacuum vessel 55 is opened and released in a specific direction.
A generation particle reflector 98r or a generation particle deflector 98d is provided to change the flight direction and emit,
Alternatively, the charged particle beam collision type nuclear fusion reactor 60 according to claim 1, wherein a thrust is obtained by providing a reaccelerator 67 r to reaccelerate and release the generated particles (charged particles).
中性子を放出する核融合反応を使用する場合であって、真空容器55を取り囲むように配置した中性子減速材10で満たした熱交換室57を備えることを特徴とする請求項1から10までの荷電粒子ビーム衝突型核融合炉60。
11. Charge according to claim 1, comprising a heat exchange chamber 57 filled with a neutron moderator 10 arranged to surround the vacuum vessel 55 when using a nuclear fusion reaction emitting neutrons. Particle beam collision type nuclear fusion reactor 60.
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