JP2023539068A - 混合型原子力変換 - Google Patents

Abstract

混合型原子力変換に関連した製品、機械、製品及び機械の使用プロセス、製品及び機械の製造プロセス、製造プロセスによって生成された生成物、ならびに必要な中間体。

Description

本発明は混合型原子力変換に関する。

優先権
本願は、２０２０年８月２６日に出願された「混合型原子力変換」と題する米国仮特許出願第６３／０７０，５８７号の利益を主張するものである。この米国仮特許出願第６３／０７０，５８７号は、本明細書に完全に再び述べられるかのように、その全体が参照により本明細書に援用される。

核融合は一般に、より軽い原子核が合体してより重い原子核を形成するプロセスとして定義される。より軽い原子核に対して、核融合プロセスは、残留粒子（核融合生成物とも呼ばれる）における運動エネルギーの形でエネルギーを遊離させる。核融合反応から電力を生成する過去の試みの大部分は、従来のタービンを駆動するために熱湯を検討している（カルノーサイクルに近似した手段の一例）。これらの過去の試みはしばしば、イオンが衝突して核融合するまで電子及びイオンのプラズマを拘束するために強力な磁場を利用してきた。このような磁気の閉じ込めは不安定さや粒子漏れを起こしやすく、核融合反応を維持するために必要とされるエネルギーが不用意に失われ、しばしば壊滅的な損失をもたらす。

プラズマ内の電子は、独自の一連の難点を呈している。第１に、電子はイオンよりはるかに軽いため、電子とイオンとの間の電磁衝突は核融合プロセスに必要な運動エネルギーのイオンを奪う傾向がある。第２に、これらの散乱電子は光速に近い速度で移動する傾向があり、衝突時又は加速時にフォトニック放射能を放出する。このフォトニック放射能も、核融合反応を維持するために必要とされるエネルギーのプラズマを奪う大きなエネルギー漏洩源である。

核融合反応には、非中性子（ａｎｅｕｔｒｏｎｉｃ）と呼ばれるクラスがある。これらの反応では、反応によって解放されるエネルギーのうち、中性子の運動エネルギーの形をしているものはごくわずかである。核融合ベースの発電の広範な使用を検討する際に、中性子はいくつかの問題を提起する。第１に、中性子は非常に厚い材料を通過する熱の形で運動エネルギーを放棄し、熱運動速度で逃げることが多い。第２に、熱中性子は近くの作業員に重大な放射線リスクをもたらし、遮蔽が非常に困難である。第３に、金属に大量の高エネルギー中性子を照射すると、脆化や寸法変化が起こり、原子炉の機能と健全性が損なわれる。第４に、中性子は安定同位体を活性化して短寿命及び長寿命の放射性同位体を生成し、これらは設備の保守や廃棄を阻害する。

大多数の核融合炉は、水素同位体であるトリチウムと重水素の混合物からなる燃料を使用する。トリチウム核（トリトンと呼ばれる）と重水素核（重陽子と呼ばれる）が衝突すると、核融合を起こしてヘリウム核（アルファ粒子と呼ばれる）、中性子及びこれら２つの核融合生成物の運動エネルギーの形である１４．１ＭｅＶのエネルギーを生成することがある。このタイプの核融合はしばしばＤＴ核融合と呼ばれる。

トリチウムは半減期１２．３２年の水素の放射性同位体であり、５．６８ｋｅＶのベータ粒子の放出によって崩壊し、ガンマ線は実質的に放出されない。放射線学的観点から、トリチウムの摂取は重大な放射線被曝をもたらしうる。例えば、家庭で使用される標準的な煙探知器は０．９マイクロキュリーのＡｍ－２４１源を有し、これは許容範囲とみなされる崩壊活性のレベルである。１ｇのトリチウムは約１０，０００キュリーの崩壊活性を有し、煙探知器の１００億倍も高い。

トリチウムは水素含有化合物間を容易に移動する。トリチウム分子Ｔ２が大気中に放出されると、その低い原子質量のために無限に上昇する代わりに、分子は水蒸気と迅速に結合して分子ＨＴＯを形成する。トリチウム水ＨＴＯの消費は、人体がトリチウムに被曝する主要なメカニズムである。

ＤＴ核融合を用いる核融合炉は、大量のトリチウム燃料のインベントリを必要とする。さらに、トリチウムは非常に希少であり、自然界には存在しないため、リチウムからなるブランケット内でトリチウム燃料を「増殖させる（ｂｒｅｄ）」必要がある。フランスのＩＴＥＲのような大型原子炉では、キログラム単位で測定されるトリチウムのインベントリが必要である。トリチウムのような水素の同位体は、鋼管を含む広範囲の材料中を容易に拡散するため、さらなる工夫がなければ、従来許容されると考えられていたものをはるかに超えるトリチウム損失率が予想される。

ＤＤ核融合を用いる核融合炉は、トリチウムの形成に取り組まなければならない。図１にみられるように、トリチウム核（トリトン）（０３４）は核融合反応のおよそ半分で形成される。硫黄ブランケットを備え、変換効率が４０％であるＤＤ核融合に基づいた発電プラントの一実施形態では、１メガワットの電力の連続生産により、１年に約１キログラムの割合でトリチウムが生成される。核融合炉で保たれる真空状態がポンプオイルを利用した粗引きポンプによるものである場合、上記のトリチウム生成率から、これに対応するポンプオイルの照射による汚染率が算出される。トリチウムの半減期は１０年以上であるため、トリチウム化したポンプオイルの安全な廃棄は重大かつ高価な問題となる。

したがって、このような過去のアプローチに対する改善が必要である。

以下の開示は、異なる予言的な実施形態を用いて、直接的な原子力変換に関連した製品、装置、製品及び装置の使用プロセス、製品及び装置の製造プロセス、製造プロセスによって生成された生成物、ならびに必要な中間体に関するより広い原理を教示するものである。本概要は、さらに後述するように、概念の選択を簡略化した形で提示する、という本明細書の概念を紹介するために提供されるものである。本概要は、主題の主要な特徴又は本質的な特徴を特定することを意図するものではなく、また本概要は、特許請求される主題の範囲の限定に用いられることを意図するものでもない。実施例のさらなる態様、特徴及び／又は利点は、一部は以下の説明に示され、一部はその説明から明らかになるか、又は本開示の実施によって知ることができる。

本明細書に引用されている文献は、本明細書に完全に述べられるかのように、参照により本明細書に援用される。以下の説明及び図面は例示的なものであり、限定的なものとして解釈すべきではない。本開示の完全な理解をもたらすために、多数の具体的な詳細が説明される。しかしながら、いくつかの例では、説明が分かりにくくなるのを避けるために公知の又は従来の詳細を説明していない。本開示における一実施形態又はある実施形態への言及は、同一の実施形態への言及でありうるが必ずしもそうではなく、そのような言及は実施形態のうちの少なくとも１つを意味する。

本明細書において、「１つの／一実施形態」又は「ある実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構成又は特性が本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。「１つの／一実施形態では／において」という言い回しが明細書中の様々な箇所に現れても、全てが必ずしも同一の実施形態について言及しているわけではなく、他の実施形態を互いに除外した個別の又は代わりの実施形態でもない。さらに、いくつかの実施形態によって示すことができるが他の実施形態では示されない種々の特徴が説明される。同様に、いくつかの実施形態の要件とすることができるが他の実施形態の要件ではない種々の要件が説明される。

本教示において指定される量からの変動は、許容可能な製造公差などの公差に対応するように「約」又は「ほぼ」とすることが可能である。本教示における形状の変化も、理想化された形状の説明からの重要でない変化に対応するように「約」又は「ほぼ」とすることが可能である。

本明細書で用いられる用語は一般に、本開示の文脈内で、かつ各用語が用いられる特定の文脈において、当技術分野でのそれらの通常の意味を有する。本開示の説明に用いられる特定の用語は、本開示の説明に関して追加のガイダンスを当業者に提供するために、以下に、又は本明細書の他の箇所で説明される。便宜上、例えばイタリック体及び／又は引用符を用いて特定の用語を強調表示する場合がある。強調表示の使用は用語の範囲及び意味に影響を及ぼさない。用語の範囲及び意味は、強調表示されているか否かにかかわらず同一の文脈において同じである。同一のことを２つ以上の方法で言い表すことが可能であることが理解されるであろう。

したがって、本明細書で説明する用語の１つ以上に代わりの言葉や同義語を用いることができるが、用語が本明細書で詳述又は説明されるか否かに特別な意味はない。ある特定の用語の同義語が記載される。１つ以上の同義語の記載は、他の同義語の使用を除外するものではない。本明細書で説明する任意の用語の例を含む、本明細書の任意の箇所での例の使用は例示にすぎず、本開示、又は例示された用語の範囲及び意味をさらに限定することを意図するものではない。同様に、本開示は本明細書に記載の種々の実施形態に限定されるものではない。

本開示の範囲の限定を意図するものではないが、本開示の実施形態による器材、装置、方法及びこれらの関連する結果の例を以下に示す。読者の便宜のためにタイトル又はサブタイトルを例において使用することができるが、これは本開示の範囲を決して限定するものではないことに留意されたい。本明細書で用いられる技術用語及び科学用語は全て、特に定義されない限り、本開示が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。矛盾する場合には、定義を含む本文書が優先される。

以上を踏まえて、装置への入力電力よりも大きな出力電力（０８２）を生成するように構成された、前記出力電力（０８２）を生成する発電プラント（００２）を含む装置（製造方法、使用方法）を考慮する。本明細書のいくつかの実施形態において、発電プラント（００２）は、（１）イオンの衝突（０１８）を可能にするか又はこれを高めるために前記イオン（０２８）のプラズマを拘束する磁場をなくすことができ、（２）核融合反応から放出される荷電粒子の運動エネルギーの少なくとも一部を、カルノーサイクルによって近似されるプロセスによって前記出力電力（０８２）に変換しないようにすることができ、（３）又は双方を実現することができる。

イオンは帯電した原子として定義される。このような帯電は、先に中性に帯電した原子を周回する１つ以上の電子を追加するか又は取り除くことによって達成される。本願の文脈において、イオンという用語は一般に全ての軌道電子を取り除いた原子核として定義される。

実例として、重水素－重水素（「ＤＤ」）核融合の反応を考察し、このような出力電力（０８２）を生成するより広い概念を教示する。ＤＤ核融合は、同様の確率で発生する２つのチャンネルにより（１）トリチウム（０３４）及び水素（０３６）のイオンの形成、ならびに（２）ヘリウム３イオン（０３０）及び中性子（０３２）の形成を生じることができる。トリチウム（０３４）、水素（０３６）及びヘリウム３（０３２）のイオンの粒子は帯電しており、よってこれらの運動が電流を表すため、これらのイオンの形成は興味深いことに留意されたい。初期のラジオやテレビ用のアンプを作製するための、真空管内での電子運動の使用と同様に、これらの荷電イオンの運動は、カルノーサイクルを近似する手段のような蒸気を発生させてタービンを駆動する中間工程を経ることなく、直接電力に変換されることが可能である。この出力電力（０８２）の生成方法は、２０１９年２月２７日に出願され、本願の発明者によって発明された米国仮特許出願第６２／８１１，４８５号において教示した、アルファ粒子を考察したものと同様である。この仮特許は、２０２０年２月２４日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０／１９４４９号に変更されている。「直接的原子力変換」と題する仮出願第６２／８１１，４８５号及び「直接的原子力変換」と題する国際出願ＰＣＴ／ＵＳ２０／１９４４９号は共に、本明細書に完全に述べられるかのように、参照により本明細書に援用される。

例として、２０２０年６月８日に出願され、本願の発明者によって共同発明された米国仮特許出願第６３／０３６，０２９号に教示するような吸収ブランケット（０８０）の使用により、ヘリウム３イオン（０３０）と併せて生成された中性子（０３２）の運動エネルギーを収集（０２２）してこれを増加させることができる。この仮特許は、２０２１年６月７日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０／３６０９２号に変更されている。「硫黄ブランケット」と題する仮特許第６３／０３６，０２９号及び「硫黄ブランケット」と題する国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２１／３６０９２号は共に、本明細書に完全に述べられるかのように、参照により本明細書に援用される。中性子（０３２）がブランケット（０８０）を通過すると、中性子（０３２）は熱中性子化する。これは、大部分の中性子（０３２）が、ブランケット（０８０）の材料と熱平衡になるまで運動エネルギーを失うプロセスである。中性子（０３２）の運動エネルギーは熱に変換され、ブランケット（０８０）の温度を上昇させる。ブランケット（０８０）が十分に厚く、核捕獲断面積が十分に大きな原子で構成されている場合、これらの大きな断面積の原子核に中性子が吸収されることによってさらなる熱エネルギーが発生する。吸収プロセスでは、質量が小さく運動エネルギーが過剰な最終状態を形成することにより、ポテンシャルエネルギー（式Ｅ＝ｍｃ^２によって得られる初期の中性子（０３２）及び原子核の全質量）を運動エネルギーに変換する。

本開示の非限定的な実施例において、以下を検討されたい。

２つの重陽子（０２８）が融合する際に生じる２つの融合チャンネルの図である。 トリトン（０３４）及び陽子（０３６）を生じる測定されたＤＤ核融合の断面積のグラフである。 ヘリウム３原子核（０３０）及び中性子（０３２）を生じる測定された核ＤＤ融合の断面積のグラフである。 ＤＤ核融合で生成された核融合生成物の運動エネルギーの計算値を、重陽子ビーム（０２６）に衝突する２つの等しいエネルギーの運動エネルギーの関数として表したグラフである。 ２つの重陽子（０２８）の弾性クーロン散乱の図である。 最小弾性クーロン散乱角０と１８０度の偏向角との間にある全ての偏向についての、弾性クーロン散乱の断面のグラフである。 ２つの重陽子ビーム（０２６）を含む核融合反応から出力電力（０８２）を収集する発電プラント（００２）の実施形態の図である。 出力電力（０８２）の生成方法の実施形態の図である。 発電プラント（００２）の真空維持システムの実施形態の図である。 陽子（０３６）による金属表面の衝突（ボンバードメント）による測定された二次電子（０３８）の収率のグラフ図である。 陽子（０３６）（白三角形）及びヘリウムイオン（０３０）（白丸）による金属表面の衝突による測定された二次電子（０３８）の収率のグラフ図である。 単体でイオン化された原子窒素及び分子窒素によるモリブデン表面の衝突による測定された二次電子（０３８）の収率のグラフ図である。 二次電子（０３８）の運動エネルギースペクトルを測定する装置の図である。 イオンによる金属表面の衝突による測定された二次電子（０３８）の運動エネルギースペクトルのグラフ図である。 相対論的電子による金属表面の衝突による測定された二次電子（０３８）の収率のグラフ図である。 相対論的電子による金属表面の衝突による測定された二次電子（０３８）の運動エネルギースペクトルのグラフ図である。 発電プラント（００２）の中央電極（００８）の負電圧を帯電して維持する手段の一実施形態の図である。 硫黄ブランケット（１０４）の一実施形態が発電プラント（００２）において果たす役割を示す図である。 種々の硫黄同位体の天然同位体の存在量及び特性の図である。 硫黄３２（１３２）原子による中性子（０３２）の捕獲（０２４）により、ガンマ線（１０８）が放出され、全エネルギーの８．６４ＭｅＶが解放される図である。 核融合反応（１０２）を取り囲む硫黄ブランケット（１０４）の実施形態の図である。 硫黄－ナトリウム電池（１２０）としても機能するように変更された硫黄ブランケット（１０４）の実施形態の図である。 硫黄－ナトリウム電池（１２０）におけるエネルギー貯蔵の図である。 プロトン伝導体（１００）からなる障壁（０９０）を用いた発電プラント（００２）の実施形態の図である。 内側コーティング（０９６）と導電性の外側コーティング（０９８）とを有するプロトン伝導体（１００）からなる障壁（０９０）の一実施形態の図である。 障壁（０９０）付近の正荷電粒子の運動エネルギーが、中央領域（０１４）の重陽子ビーム（０２６）の運動エネルギーに依存することを示す図である。 外側コーティング（０９８）及びイオン源（００６）の電圧が同一の実施形態における、重陽子ビーム（０２６）の運動エネルギーの関数としてのヘリウム３（０３０）ＤＤ核融合生成物の運動エネルギーの図である。 ヘリウム３（０３０）の運動エネルギーの関数としての、ヘリウム３核（０３０）のチタン及びステンレス鋼への浸透飛程の図である。 トリトン（０３４）の運動エネルギーの関数としての、トリトン（０３４）のチタン及びステンレス鋼への浸透飛程の図である。 陽子（０３６）の運動エネルギーの関数としての、陽子（０３６）のチタン及びステンレス鋼への浸透飛程の図である。 ステンレス鋼の水素拡散係数の依存性を温度の関数として示す図である。 ステンレス鋼の水素濃度を時間の関数として示す図である。

以下の詳細な説明は、核融合反応による出力電力（０８２）への混合型原子力変換の概念及び技術に関するものであり、予言的な例として教示する。本開示は装置を含み、この装置は、１種のイオンを衝突（０１８）させて核融合反応を引き起こし、装置に入力される電力よりも大きな出力電力（０８２）を生成する構造において出力電力（０８２）を生成する発電プラント（００２）を備える。同様に、以下の開示は出力電力（０８２）の生成方法を教示しており、この方法は、前記装置において、１種のイオンを衝突（０１８）させて核融合反応を引き起こすことにより、前記装置に入力される電力よりも大きな出力電力（０８２）を生成することを含む。これらは、このような装置の製造態様と、これらの方法において生成される必要な中間体を示している。

出力電力（０８２）生成のために核融合で行われた過去の試みとは対照的に、本開示は、出力電力（０８２）を生成する（０５８）発電プラント（００２）から、衝突（０１８）した前記イオン（０２８）からなるプラズマを拘束する磁場をなくすことのできる装置を教示する。また、磁場でプラズマを拘束しなくてもよい態様でイオン（０２８）を衝突（０１８）させる方法も記載されている。

さらに、本開示は、中性子（０３２）の運動エネルギーを吸収し、次いで前記中性子（０３２）を捕獲し、ブランケット（０８０）内に蓄積された潜在的エネルギーを、出力電力（０８２）への変換に利用可能なさらなる原子力エネルギーに変換する装置（００２）を記載している。同様に、本開示は、前記出力電力の生成にブランケット（０８０）が使用され、ブランケット（０８０）は中性子（０３２）の運動エネルギーを吸収し、次いでブランケット（０８０）内に蓄積された潜在的核エネルギーを、出力電力（０８２）に変換するためのさらなる熱に変換する方法を記載している。

Ａ.重陽子―重陽子核融合
より広い概念を教示するための１つの教示実施形態は重陽子（０２８）－重陽子（０２８）（「ＤＤ」）核融合に関するものであり、この核融合は、低エネルギー中性子（０３２）が約半分の時間で生成され、その他に水素（０３６）、トリチウム（０３４）及びヘリウム３（０３０）のイオンが生成される反応である。ＤＤ核融合は予言的教示として本明細書で用いられており、重陽子イオン（０２８）以外の材料を本実施例による予言的教示に合致して核融合させることができることが認識されている。

核融合を利用した正味発電（発電プラント（００２）を運転するために費やされる電力を超える余剰出力電力（０８２）として定義される）の一実施形態は、重陽子のビーム（０２６）（裸の重陽子核（０２８））を別の重陽子のビーム（０２６）に衝突させることによって核融合事象を引き起こすことである。裸の原子核とは、軌道を回る電子を全て取り除いた原子、すなわち実質的に電子を含まない原子である。望ましくない同位体変化を周囲の材料に引き起こすのに十分なエネルギーを有する反応から発せられる中性子（０３２）が存在しないため、放射能によって引き起こされる安全性の主要な原因及び物質管理の問題が回避される。

「実質的に電子を含まない」といった上記の制限により、原子核の部分的なイオン化が可能である、つまり全ての電子が取り除かれているわけではないことが認識される。衝突及び他の物理的現象を介して、イオンが軌道電子を放出又は蓄積することのできるプロセスがある。この制限は、イオンに全く電子が付着していないことが望ましい一方で少数の電子がいくつかのイオンに付着して存在する可能性があることを意味するが、これは核融合及び出力電力（０８２）の生成の動作又はプロセスに影響を及ぼすほどではない。

具体的には、本開示は、実質的に電子を含まない２つの重水素ビーム（０２６）として１種のイオンを衝突させる装置を教示する。本開示はまた、衝突させることが１種のイオンを２つの粒子ビームとして衝突させることを含み、双方の重陽子ビーム（２６）が実質的に電子を含まない方法を教示する。

種という単語は単数及び複数の双方であることに留意されたい。本願の文脈において、「１種のイオン」は、前記衝突及び核融合反応に関与する元素及びその同位体が１つのみであることを意味する。例えば、ホウ素１１核と水素イオン（陽子）の核融合は、ホウ素１１核と陽子といった２種のイオンを要する。ＤＤ核融合において、２つの重陽子ビーム（０２６）は１種のイオン、すなわち重陽子（０２８）からなる。

図１に示すように、２つの重陽子（０２８）が核融合すると、２つの結果のうちの１つが同様の確率で生じる。４６．５％の平均確率で生じる一方のチャンネルでは、トリトン（０３４）（トリチウム核（０３４））及び陽子（０３６）が生成される。核融合時に重陽子（０２８）が静止している場合、トリトン（０３４）及び陽子（０３６）の運動エネルギーはそれぞれ１．０１ＭｅＶ及び３．０２ＭｅＶである。平均確率５３．５％で生じるもう一方のチャンネルでは、ヘリウム３核（０３０）（２つの陽子及び１つの中性子）及び中性子（０３２）が生成される。ここでも、核融合時に重陽子（０２８）が静止している場合、ヘリウム３核（０３０）及び中性子（０３２）の運動エネルギーはそれぞれ０．８２ＭｅＶ及び２．４５ＭｅＶである。核融合生成物（トリトン（０３４）、陽子（０３６）、ヘリウム３核（０３０）及び中性子（０３２））の運動エネルギーは、初期状態（２つの重陽子（０２８））と最終状態（第１のチャンネルにおける陽子（０３６）／トリトン（０３２）、及び第２のチャンネルにおける中性子（０３２）／ヘリウム３（０３０））との間の質量差から生じる。中性子（０３２）は陽子（０３６）よりも著しく大きいため、第２のチャンネルにおける核融合生成物は、より小さい運動エネルギーを有する。

２つの重陽子（０２８）はそれぞれ１つの陽子の静電荷を有するため、これらは互いに反発する。したがって、２つの重陽子（０２８）が静止している際に核融合を引き起こす確率はとてつもなく小さい。２つの重陽子（０２８）が核融合するようにこれらを十分接近させるため、これらの分離を低減するのに十分な相対速度で２つの重陽子（０２８）を衝突（０１８）させる（電磁ポテンシャルエネルギーを運動エネルギーと交換）。物理学では、この相対速度を運動エネルギーで定量化することが多い。図２及び図３は、各々が横軸に運動エネルギーを有する、運動エネルギーの等しい２つの重水素ビーム（０２６）を衝突させた際のＤＤ核融合の確率を示している。加速器物理学では、運動エネルギーの等しい２つのビーム（０１８）を衝突させる機器を対称型コライダー（衝突型加速器）と呼ぶ。断面積は、特定の核反応に対するターゲットの有効面積の測定値である。入射粒子のフラックスを乗じると、断面積は、その特定の核反応が起こる割合を生じる。

図２では、トリトン（０３４）及び陽子（３６）を生じるＤＤ核融合反応の断面積の測定値がグラフ化されている。予期されるように、ゼロの運動エネルギーでは断面積（確率）はゼロになる。双方の衝突ビームの運動エネルギーが０．５ＭｅＶに近づくとピーク断面積が得られる。

図３では、ヘリウム３核（０３０）及び中性子（０３２）を生じるＤＤ核融合反応の断面積の測定値がグラフ化されている。ここでも、ゼロの運動エネルギーでは断面積（確率）はゼロになる。双方の衝突ビームの運動エネルギーが０．５ＭｅＶに近づくとピーク断面積が得られる。

図１に示した核融合生成物の運動エネルギーは、２つの重陽子（０２８）がゼロの相対運動エネルギーを有する特定の状況に対応する。図２及び図３に関して述べたように、２つの衝突する重陽子ビーム（０２６）がゼロでない運動エネルギーを有する場合、より高い確率（断面積）で核融合事象が生じる。図５は、核融合生成物の運動エネルギーを、対称的に衝突する重陽子ビーム（０２６）運動エネルギーの関数として示したグラフである。ゼロの重陽子ビーム（０２６）運動エネルギーでは、核融合生成物の運動エネルギーは図１に示したものと同じであることに留意されたい。

Ｂ.弾性クーロン散乱
一実施形態では、２つの等しい運動エネルギーの重陽子ビーム（０２６）が正面衝突する（０１８）。すなわち、これらの軌道は１８０度の角度離れている。対向する重陽子（０２８）が核融合すると、これらはトリトン（０３４）／陽子（０３６）の対の核融合生成物粒子、又はヘリウム３（０３０）／中性子（０３２）の対の核融合生成物粒子を生成する。いずれの対内の粒子も互いに離れた軌道を有し、これらもまた１８０度の角度離れている。これらの粒子がたどる線は衝突点から遠ざかるどの方向でもよく、所与の方向の確率は全ての角度に一様に分布している。

衝突時に重陽子（０２８）が受ける競合効果は弾性クーロン散乱である。各重陽子（０２８）は１つの陽子によって帯電しているため、互いに接近する任意の２つの重陽子（０２８）は反発電界を感じることになる。図５に示すように、この反発電界は２つの重陽子（０２８）の軌道を偏向させる効果を有する。この偏向角は記号θ（ギリシャ文字のシータ）によって表される。偏向角の範囲はゼロから１８０度（後方散乱）である。衝突パラメータｂは、２つの重陽子（０２８）の軌道が互いに近づいて偏向されるよりもかなり前の、これらの分離である。

反対方向から互いに接近する２つの等しい運動エネルギーの重水素（０２８）の実施形態では、２つの重水素（０２８）は、（核融合が起こらないと仮定して）これらが接近したのと同じ運動エネルギーで衝突領域を離れる。これは、物理学のエネルギーの保存及び運動量の保存の原理を、粒子の電磁相互作用に適用した結果である。これらの運動エネルギーは保持されるが、モーメント（移動方向）は変更される。

小角度の偏向が大角度の偏向よりもはるかに高い確率であることは、粒子物理学の分野においてよく知られている。２つの重陽子（０２８）が、ある最小弾性散乱角θよりも大きい偏向を受ける確率も、断面積によって定量化される。図６は、それぞれ５４７ｋｅＶの運動エネルギーを有する２つの衝突する重陽子ビーム（０２６）の場合の、この断面積のグラフである。このグラフは、横軸の各最小散乱角について、その角度と１８０度との間の弾性クーロン散乱の断面積を示している。破線は、前述の２つの反応チャンネルを合わせたＤＤ核融合断面積である。例えば、５５度から１８０度の間の弾性クーロン偏向を受ける重陽子（０２８）の断面積は、合わせたＤＤ融合断面積に等しくなる。つまり、重陽子（０２８）は、重陽子（０２８）が核融合するのと同じ頻度で５５度を超える弾性クーロン偏向を受けることになる。同様に、０．６度から１８０度の間の弾性クーロン偏向の断面積は約２０００バーンである。つまり、平均的な重陽子（０２８）は、核融合する前にこのような小角度の偏向を１０，０００回受けることになる。

この弾性クーロン散乱断面積は、所与の最小角度において、重陽子ビーム（０２６）の運動エネルギーの二乗と反比例する。重陽子ビーム（０２６）の運動エネルギーが大きいほど、所与の角度又はそれよりも大きな角度の偏向を受ける断面積は小さくなる。これまでのＤＤ核融合の試みは、１０億ケルビンを下回る温度で作動するプラズマの中で起こったものである。この温度のプラズマにおける重陽子（０２８）の運動エネルギーは通常約５０ｋｅＶであり、図６に予見される実施形態の衝突エネルギーよりも一桁低い。

Ｃ.核融合炉の構造
図７は、出力電力（０８２）を生成する発電プラント（００２）の実施形態を示している。中央電極（００８）は真空容器壁（００４）内に懸架されており、前記中央電極（００８）を負電圧に帯電させることによって放射状の電場が確立されている。一実施形態では、中央領域（０１４）における２つの重陽子ビーム（０２６）の運動エネルギーは５４７ｋｅＶである。一実施形態では、２つの重陽子ビーム（０２６）が中央領域（０１４）に向かって加速されるように、２つの重陽子源（０１６）が前記真空容器壁（００４）に隣接して位置している。真空容器壁（０１４）に対する中央電極（００８）の電圧が－５４７ｋＶのとき、２つの重陽子ビーム（０２６）はそれぞれ衝突（０１８）時に５４７ｋｅＶの運動エネルギーを有する。

中央電極（００８）は、テレビの発明者であるフィロ ティー．ファーンズワース（Ｐｈｉｌｏ Ｔ．Ｆａｒｎｓｗｏｒｔｈ）によって発明された構造を思い起こさせる。彼の場合は、核融合事象を引き起こすために球形に収束する電子ビームが利用された。核融合反応炉の分野の当業者によってフューザー（Ｆｕｓｏｒ）と呼ばれる彼の装置は、１９６２年１月１１日に出願された「核間の相互作用を生じるための放電デバイス」と題する米国特許第３，２５８，４０２号、及び１９６６年６月４日に出願された「核融合反応を生じる方法及び装置」と題する米国特許第３，３８６，８８３号の主題であった。双方の特許は、本明細書に完全に述べられるかのように、参照により本明細書に援用される。フューザーは、静電慣性閉じ込め（「ＥＩＣ」）と呼ばれる核融合炉のクラスに属する。

フューザーの場合、球形の真空室内のガスはアーク放電を受け、球形室内の正に帯電したアノードによって半径方向内方に電子を放出する。この球形アノードは電子を透過する。ひとたび電子がアノードを通過すると、それらの球対称の電子電荷分布により、それらは半径方向の空間電荷力を経験する。この反発力は、入ってくる電子を減速させ、運動エネルギーの全てが電磁ポテンシャルエネルギーに変換されるまでそれらの半径方向の運動エネルギーを減少させる。電子の大部分がその半径方向の運動を停止する半径を仮想カソードと呼ぶ。次に、仮想カソードにおける電子は、それらのアウトバウンド運動エネルギーと一致するある半径で停止するまで、再び半径方向外方に加速する。

フューザーの従来技術は、本願から離れて教示する重要な構造的相違点及び動作的相違点がいくつかあるため、本願を教示していない。第１に、本願では、内部のワイヤメッシュ電極（００８）は、重陽子（０２８）などの正イオンを直接加速するために負に帯電される。フューザーの特許出願第３，２５８，４０２号では、アノード電極２１は真空壁２０内の重水素及びトリチウムガスをイオン化するために正に帯電され、前記イオン化は、イオン化プロセス自体（電子カスケード）を介して生成された電子を引きつけ、これを増加させることによって起こる。第２に、フューザーにおいて、真空壁２０によって画定される室内のトリチウム及び重水素ガスは核融合される燃料である。本願では、燃料は、重陽子源（０１６）内でのみ生成される２つの重陽子ビーム（０２６）内に含まれている。このようなイオン源は、２０２０年６月８日出願の、本願の発明者によって発明された米国仮特許出願第６３／０３６，０７３号に教示されている。この仮特許は、２０２１年６月７日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２１／３６１１５号に変更されている。「イオン源」と題する仮特許第６３／０３６，０７３号、及び「イオン源」と題する国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２１／３６１１５号の双方は、本明細書に完全に述べられるかのように、参照により本明細書に援用される。第３に、フューザーは、イオン化電子を１００ｋｅＶまで加速することができるアノード電極２１の電源５０を使用している。電子が仮想カソードを形成すると、仮想カソード内の電子の静電荷はイオン化されたトリチウム及び重水素を引きつける。本願では、加速電極（００８）が重陽子ビーム（０２６）を直接加速する。一実施形態では、加速電極（００８）は１００ｋＶよりもはるかに高い電圧に充電される。さらに、本願で教示する技術では仮想カソードは形成されない。第４に、フューザーの技術では、イオンの球形流がアノード電極２１を貫通し、イオンを中心で圧縮して核融合を引き起こす。本願では、球形ではないが、真空容器壁（００４）内の注入時に重陽子源（０１６）の半径よりも小さい初期最大半径を有する２つのビーム（０２６）の形態で、重陽子（０２８）が中央領域（０１４）で衝突（０１８）する。

一実施形態において、本願は、出力電力（０８２）を生成する（０５８）ように構成された発電プラント（００２）であって、前記出力電力の生成が、１種のイオンであるイオン（０２８）を衝突（０１８）の状態にして核融合反応を引き起こし、前記発電プラント（００２）に入力される電力よりも大きな出力電力（０８２）を生成する（０５８）ことによって行われる前記発電プラントを教示している。前記発電プラント（００２）は、前記イオン（０２８）の１つ以上の供給源（０１６）と、１つ以上の負に帯電した電極（００８）であって、前記核融合反応を引き起こすのに十分な運動エネルギーに前記イオン（０２８）を加速し（０１０）、磁場のない態様で前記イオン（０２８）を集束させて（０１２）前記衝突（０１８）の状態にし、前記核融合反応によって形成された正荷電粒子を減速させる（０２０）、ように構成された、１つ以上の負に帯電した電極（００８）と、１つ以上のブランケット（０８０）であって、前記核融合反応によって形成された中性子（０３２）から運動エネルギーを収集し（０２２）、収集した前記運動エネルギーを熱に変換し、前記中性子（０３２）を捕獲する（０２４）ことによって追加の核エネルギーを生成し、前記追加の核エネルギーを前記ブランケット（０８０）内で追加の熱に変換し、前記正荷電粒子の減速（０２０）後、前記正荷電粒子の残りの運動エネルギーをさらなる熱として蓄積する（０５０）、ように構成された、１つ以上のブランケット（０８０）と、前記ブランケット（０８０）内の前記熱、前記追加の熱及び前記さらなる熱を前記出力電力（０８２）に変換するように構成された変圧器であって、水（０７０）を受け入れて加圧蒸気（０７１）を生成する熱交換器（０７６）と、前記加圧蒸気（０７１）を回転エネルギーに変換するタービン（０７２）と、前記タービン（０７２）に結合され（０６６）、前記回転エネルギーを前記出力電力（０８２）に変換する発電機（０７４）と、を含む変圧器とを備える。

一実施形態において、前段落で教示した装置は、前記イオン（０２８）が２つの粒子ビーム（０２６）として前記衝突（０１８）の状態にされること、前記粒子ビーム（０２６）が共に実質的に電子を含まないこと、前記粒子ビーム（０２６）が共にほぼ等しい平均運動エネルギーを有すること、前記粒子ビーム（０２６）が共に重陽子（０２８）からなること、前記粒子ビーム（０２６）が共に約１８０度の角度で衝突する（０１８）ことをさらに含む。

一実施形態において、本願はプロセス（０５８）を教示している。このプロセス（０５８）は、単一種のイオン（０２８）を衝突させて（０１８）核融合反応を引き起こし、前記衝突（０１８）を生じるために用いられた電力よりも大きな出力電力（０８２）を生成する（０５８）ことと、前記イオン（０２８）を生成することと、前記核融合反応を引き起こすのに十分な運動エネルギーに前記イオン（０２８）を静電的に加速する（０１０）ことと、磁場のない態様で前記イオン（０２８）を静電的に集束させて（０１２）前記衝突（０１８）の状態にすることと、前記衝突（０１８）の間に弾性クーロン散乱によって偏向される前記イオン（０２８）からの前記運動エネルギーを静電的に再利用する（０５４）ことと、前記核融合反応によって形成された正荷電粒子を静電的に減速させる（０２０）ことと、前記核融合反応によって形成された中性子（０３２）から運動エネルギーを収集し（０２２）、前記運動エネルギーを熱に変換することと、追加の核反応により前記中性子（０３２）を捕獲して（０２４）余剰エネルギーを生成し、前記余剰エネルギーを追加の熱に変換することと、前記減速（０２０）後、前記正荷電粒子の残りの運動エネルギーをさらなる熱に変換する（０５０）ことと、前記熱、前記追加の熱及び前記さらなる熱を出力電力（０８２）に変換する（０５２）ことと、を含む。前記変換（０５２）は、前記熱を水に熱交換して（０８４）蒸気を生成することと、前記蒸気でタービンを回転させる（０８６）ことと、前記タービンによって発電機を回転させる（０８８）ことと、を含む。一実施形態では、当該段落に教示したプロセスによって生成物が生成される。

一実施形態において、本願はさらにプロセスを教示している。このプロセスは、発電プラント（００２）が出力電力（０８２）を生成する（０５８）ように前記発電プラント（００２）を組み立てることを含み、前記出力電力の生成が、１種のイオンであるイオン（０２８）を衝突（０１８）の状態にして核融合反応を引き起こし、前記発電プラントに入力される電力よりも大きな前記出力電力（０８２）を生成する（０５８）ことによって行われる。前記組立を実施することで、前記イオン（０２８）の供給源が１つ以上あり、１つ以上の負に帯電した電極（００８）が、前記核融合反応を引き起こすのに十分な運動エネルギーに前記イオン（０２８）を加速し（０１０）、磁場のない態様で前記イオン（０２８）を集束させ（０１２）、前記核融合反応によって形成された正荷電粒子を減速させる（０２０）、ように位置し、１つ以上のブランケット（０８０）があり、前記１つ以上のブランケットは、前記核融合反応によって形成された中性子（０３２）から運動エネルギーを収集して（０２２）前記運動エネルギーを熱に変換し、前記中性子（０３２）を捕獲する（０２４）ことによって追加の核エネルギーを生成し、これにより前記追加の核エネルギーは前記ブランケット（０８０）内で追加の熱に変換され、前記正荷電粒子が部分的に減速した（０２０）後、前記正荷電粒子の残りの運動エネルギーをさらなる熱として蓄積し（０５０）、前記ブランケット（０８０）内の前記熱、前記追加の熱及び前記さらなる熱を前記出力電力（０８２）に変換する（０５２）ように構成される。前記変換（０５２）は、水（０７０）を受け入れて加圧蒸気（０７１）を生成する熱交換器（０７６）と、前記加圧蒸気（０７１）を回転エネルギー（０８６）に変換するタービン（０７２）と、前記タービン（０７２）に結合され（０６６）、前記回転エネルギーを前記出力電力（０８２）に変換する発電機と、を含む。一実施形態では、当該段落に教示したプロセスによって生成物が生成される。

一実施形態において、本願はさらに出力電力（０８２）の生成（０５８）プロセスを教示する。このプロセスは、１種のイオンであるイオン（０２８）を衝突させて（０１８）核融合反応を引き起こし、前記衝突（０１８）を生じるために用いられた電力よりも大きな出力電力（０８２）を生成する（０５８）ことと、前記イオン（０２８）を生成する（００６）ことと、前記核融合反応を引き起こすのに十分な運動エネルギーに前記イオン（０２８）を静電的に加速する（０１０）ことと、磁場のない態様で前記イオン（０２８）を静電的に集束させて（０１２）前記衝突（０１８）の状態にすることと、前記衝突（０１８）の間に弾性クーロン散乱によって偏向される前記イオン（０２８）からの前記運動エネルギーを静電的に再利用する（０５４）ことと、前記核融合反応によって形成された正荷電粒子を静電的に減速させる（０２０）ことと、前記核融合反応によって形成された中性子（０３２）から運動エネルギーを収集し（０２４）、前記運動エネルギーを熱に変換することと、追加の核反応により前記中性子（０３２）を捕獲して（０２４）余剰エネルギーを生成し、前記余剰エネルギーを追加の熱に変換することと、前記減速（０２０）の後に残る前記正荷電粒子の運動エネルギーをさらなる熱として蓄積する（０５０）ことと、前記熱、前記追加の熱及び前記さらなる熱を出力電力（０８２）に変換する（０５２）ことと、を含む。一実施形態では、当該段落に教示したプロセスによって生成物が生成される。

一実施形態において、前段落で教示した前記熱、前記追加の熱及び前記さらなる熱を出力電力（０８２）に変換する（０５２）ステップは、前記熱を水（０７０）に熱交換して（０８４）蒸気（０７１）を生成することと、前記蒸気（０７１）でタービン（０７２）を回転させる（０８６）ことと、前記タービン（０７２）によって発電機（０７４）を回転させる（０８８）ことと、を含む。

Ｄ.電力の生成
出力電力（０８２）を生成（０５８）する発電プラント（００２）の一実施形態を図７に示す。負に帯電されたほぼ球形の中央電極（００８）は、２つの重陽子ビーム（０２６）を、出力電力（０８２）の生成（０５８）に必要な速度でＤＤ核融合反応が起こるのに十分な運動エネルギーに加速する。２つの重陽子ビーム（０２６）は、球形の真空容器壁（００４）と電気的に連通する１つ以上の重陽子源（０１６）において生成される（００６）。中央電極（００８）はほぼ球形で前記重陽子ビーム（０２６）を透過させ、前記真空容器壁（００４）とほぼ同心に配置されている。この実施形態に関連する出力電力（０８２）の生成（０５８）方法（０５８）を図８に示す。

教示実施形態として、１つの重陽子ビーム（０２６）のみが１つの重陽子源（０１６）から発電プラント（００２）に注入される状況を考察する。重陽子源（０１６）は、イオンを生成するステップ（００６）を実行する。中央電極（００８）が真空容器壁（００４）に対して－５４７ｋＶの電圧に充電されると、この重陽子ビーム（０２６）は、中央領域（０１４）に到達するまでには５４７ｋｅＶの運動エネルギーに加速される。中央電極（００８）は、イオンを加速するステップ（０１０）を実行する。この実施形態において、中央電極（００８）及び真空容器壁（００４）の同心球形は、中央領域（０１４）にイオンを集束させるステップ（０１２）を同時に実行する半径方向に対称の電場を形成する。中央電極（００８）内の重陽子ビーム（０２６）の運動量により、重陽子ビーム（０２６）は中央電極（００８）を通って反対側に運ばれ、そこで重陽子ビーム（０２６）は再び減速され、運動エネルギーは電気ポテンシャルエネルギーと交換される。したがって、中央電極（００８）は、イオン運動エネルギーを再循環させるステップ（０５４）も実行する。加速器物理学の当業者の能力の範囲内で良好な真空を仮定すると、この重陽子ビーム（０２６）は、真空容器壁（００４）の直径を無限に前後に振動しながら、加速（０１０）、集束（０１２）及び再循環（０５４）のステップを繰り返し経る。また、生成ステップ（００６）は、重陽子ビーム（０２８）が続いて前後に振動する際に重陽子ビーム（０２６）内の重陽子（０２８）が重陽子源（０１６）に衝突しないように重陽子ビーム（０２６）を注入することを含む。

なお、上記の実施形態では、重陽子ビーム（０２６）には、初期運動エネルギーという形のエネルギーを投入しなかったことに留意されたい。これは、プラズマが加熱される、すなわちイオン運動エネルギーが増加される核融合の他の試みとは対照的である。プラズマ中の全てのイオンが直ちに核融合するわけではないため、そしてプラズマ電子からの電磁放射及びエネルギー荷電粒子の損失によってプラズマは一般に急速に冷却されるため、過去の核融合の試みでは、プラズマ加熱に投入されるエネルギーはプラズマ内の核融合エネルギー出力よりも大きかった。本願において教示する核融合構造は、出力電力（０８２）の生成（０５８）時の核融合の試みにおけるこの従来の致命的な欠点を克服する。本願では、重陽子ビーム（０２６）は、外部電力の投入なしで、それらの運動エネルギーを中央領域（０１４）において無限に維持する。

教示実施形態として、第２の重陽子ビーム（０２６）を発電プラント（００２）に入射し、これにより第１及び第２の重陽子ビーム（０２６）が反対方向に振動し、各振動を中央領域（０１４）で衝突させる（０１６）状況を考察する。中央領域（０１４）内の５４７ｋｅＶの運動エネルギーにおいて、２つのビーム（０２６）は互いに通過してそれらの振動を継続する。図２及び図３に教示した断面積によって定められる速度で、いずれのビーム（０２６）も重陽子（０２８）が周期的に衝突し（０１８）、ＤＤ核融合を経る。あるいは、図６に教示した断面積スペクトルによって定められる速度で、いずれのビームも重陽子（０２８）が周期的に弾性クーロン散乱を経て、元の軌道から偏向される。

図７に示す実施形態では、２つの重陽子ビーム（０２６）が、２つの重陽子源（０１６）の中心によって定められた線に沿って真空容器壁（００４）の直径を前後に振動する。重陽子源（０１６）が円形の断面を有し、円形の重陽子ビーム（０２６）を生成（００６）する実施形態において、重陽子ビーム（０２６）の半径は、初めのうちは重陽子源（０１６）の半径よりも小さい。中央電極（００８）によって重陽子ビーム（０２６）が中央領域（０１４）に向かって加速（１０）されるにつれ、半径方向の電場も重陽子ビーム（０２６）を集束（０１２）させ、ビーム半径を減少させる。衝突（０１８）ステップの間の重陽子ビーム（０２６）の半径は、中央領域（０１４）において最小に近い。

双方の重陽子ビーム（０２６）からの重陽子（０２８）が、２つの重陽子源（０１６）間の線から十分に遠い角度へ重陽子（０２８）の軌道を偏向させるのに十分に大きい１つ以上の弾性クーロン散乱事象を経ると、重陽子は真空容器壁（００４）と接触する。このとき、重陽子（０２８）はしばしば真空容器壁（００４）の内面（又はその付近）に付着する。吸着、吸収又は化学吸着の物理プロセスを含みうる付着プロセスは全て、重陽子（０２８）を電子で中和して重水素を形成することを含む。重水素原子は、真空容器壁（００４）内の他の原子との分子結合で存在することができる。あるいは、重水素はＨＤ、Ｄ２又はＤＴ群から分子を形成することができる。これらの水素同位体分子を、真空容器壁（００４）の内面に（又はその付近に）付着させることができる。あるいは、これらの水素同位体分子は、真空容器壁（００４）を出て、真空容器壁（００４）内の真空に入ることができる。

弾性クーロン散乱を経た重陽子（０２８）が真空容器壁（００４）に付着する際、それらは運動エネルギーを殆ど又は全く持たない。重陽子源（０２８）が真空容器壁（００４）に電気的に短絡している実施形態（電気通信の特定の形態）では、重陽子（０２８）の寿命の間に仕事（電圧差×電荷）は行われなかった。言い換えれば、重陽子（０２８）をＤＤ核融合エネルギーに加速する（０１０）ために電力を重陽子（０２８）に投入する必要がなかった。弾性クーロン散乱を経た重陽子（０２８）を含むイオン運動エネルギーのこの回収は、イオン運動エネルギーを再循環させるステップ（０５４）の別の形態である。

前述のように、磁場によって拘束されたプラズマを用いて出力電力（０８２）を生成するように設計された発電プラント（００２）における従来の試みでは、核融合を達成するために必要な温度までプラズマを加熱するためにエネルギーが投入された。本願では、エネルギーの保存も観察する必要があるが、この場合、衝突運動エネルギーの回収は、核融合反応から発せられる荷電粒子からそのエネルギーを収集することによって行われる。言い換えれば、核融合を経る重陽子（０２８）については、発電プラント（００２）の核融合反応を維持するために必要なエネルギーが回収され、荷電核融合生成物の運動エネルギーがそのエネルギーのために収集される。

中央電極が－５４７ｋＶの電圧に充電される実施形態において、中央電極（００８）内のトリトン（０３４）。ヘリウム３核（０３０）及び陽子（０３６）の初期運動エネルギーはそれぞれ１２８４ｋｅＶ、１０９４ｋｅＶ及び３８４３ｋｅＶである。ヘリウム３核（０３０）と共に形成される中性子（０３２）は３２７０ｋｅＶの運動エネルギーを有する。これらの値を図４にグラフで示す。これらの荷電粒子を透過させる中央電極（００８）では、荷電粒子は、それらの半径方向に発散する軌道によってそれらが真空容器壁（００４）に到達するまでに減速される（０２０）。この壁において、これらの運動エネルギーはそれぞれ７３７ｋｅＶ、０ｋｅＶ、及び３２９６ｋｅＶに減少される。

ヘリウム３核（０３０）及び中性子（０３２）を形成するＤＤ融合チャンネルにおいて、ヘリウム３核（０３０）は、弾性クーロン散乱を経た重陽子（０２８）の場合と同様に、運動エネルギーなしで真空容器壁（００４）に到達する。同様のメカニズムにより、ヘリウム３核（０３０）はヘリウムガスの同位体に変換される（２つの周回電子を拾って中性の希ガス原子を形成する）。ヘリウム３核（０３０）の減速によって回収されるエネルギーの量は１０９４ｋｅＶであり、これは正確には２つの重陽子（０２８）の運動エネルギーを合わせたものである。物理学のエネルギー保存の原理が見られる。ブランケット（０８０）に入る中性子（０３２）の運動エネルギーは３２７０ｋｅＶであり、これは図１に示すその核融合チャンネルからの総エネルギー利得である。

トリトン（０３４）及び陽子（０３６）を形成するＤＤ核融合チャンネルにおいて、真空容器壁（００４）に向かって移動する双方の粒子の総運動エネルギー減少量は１０９４ｋｅＶであり、これも正確には２つの重陽子（０２８）の運動エネルギーを合わせたものである。ここでも物理学のエネルギー保存の原理が見られる。この荷電粒子の対が壁に衝突した際に有する４０３０ｋｅＶの残りの総運動エネルギーは、図１に示すその融合チャンネルからの総エネルギー利得である。

真空容器壁（００４）を貫通する７３７ｋｅＶのトリトン及び３２９６ｋｅＶの陽子の飛程は一般に真空容器壁（００４）の厚さよりも短い。このような実施形態では、これらの運動エネルギーの全てが真空容器壁（００４）で熱エネルギー（熱）に変換される。これは、運動エネルギーを熱に変換するステップ（０５０）である。ブランケット（０８０）が真空容器壁（００４）と熱的に連通した（０５６）実施形態では、真空容器壁（００４）内に蓄積された熱がブランケット（０８０）に伝えられる（０５６）。

以下にさらに教示するように、ブランケット（０８０）は、中性子（０３２）がブランケット（０８０）材料内の原子と衝突する（０１８）ことにより、ＤＤ核融合反応から発せられる中性子（０３２）の運動エネルギーを収集する。中性子運動エネルギーを収集するこのステップ（０２２）は、中性子（０３２）がブランケット（０８０）材料と熱平衡に近づくまで行われる。

ブランケット（０８０）が、中性子（０３２）の捕獲（０２４）のために大きな断面積を示す原子から構成される実施形態では、中性子（０３２）の捕獲（０２４）によってブランケット（０８０）内に新しい同位体が作られる。中性子（０３２）の捕獲（０２４）は、核分裂及び核融合などの核反応に加え、別のタイプの核反応である。これらの新しい同位体が、初期核と中性子（０３２）の質量を合わせたものよりも小さい質量を有する場合、エネルギーは光子又はエネルギー粒子の形で放出される。ブランケット（０８０）内でのこれらの光子の吸収と、エネルギー粒子の残留運動エネルギーの蓄積（０５０）により、中性子（０３２）を捕獲して熱を生成するステップ（０２４）が完了する。

一実施形態において、熱を出力電力に変換するステップ（０５２）は、ブランケット（０８０）と熱的に接触する熱交換器（０７６）を用いて開始する。熱交換器（０７６）内の冷却液（０７０）を加熱して高圧蒸気（０７１）を形成することにより、変換器（０７２）は、蒸気（０７１）の機械的ポテンシャルエネルギーを、連結器（０６６）によって前記変換器（０７２）に接続された発電機（０７４）において出力電力（０８２）に変換する。熱を出力電力に変換するステップ（０５２）の効率は、ブランケット（０８０）を断熱材（０６８）で囲むことによって高められる。

一実施形態において、冷却液（０７０）は水であり、高圧蒸気（０７１）は水蒸気であり、変換器（０７２）はタービンであり、連結器（０６６）は駆動軸であり、発電機（０７４）は標準的な発電機又は交流発電機である。別の実施形態において、変換器（０７２）は熱電素子であり、連結器（０６６）は銅線であり、発電機はＤＣ－ＡＣコンバータである。

Ｅ.真空の維持
電力の生成を教示する先のセクションを通して、弾性クーロン散乱を経た重陽子（０２８）、ヘリウム３核（０３０）、トリトン（０３４）及び陽子（０３６）は、真空容器壁（００４）、中央電極（００８）又は任意の他の表面のいずれかと接触すると全て吸収される。このような表面に衝突すると、これらの正荷電粒子は短い深さで材料内に入り込む。これらが（材料中の電子との衝突により）ひとたび停止すると、これらの荷電粒子はそれぞれ電子を拾い、中性原子になる。全ての場合において、これらの中性原子は室温以上で気体の形で存在する。最終的に、この気体は材料から出て真空容器壁（００４）内の真空中に拡散する。しばらくの間跳ね返った後、気体は最終的に、真空ポンプに接続されたポート（０４０）を介して真空容器壁（００４）からポンプで送り出される。

水素及びヘリウムの同位体をポンピングすることができる真空ポンプの一実施形態は、イオン（又はイオンスパッタ）ポンプ（０４４）である。標準のイオンポンプ（０４４）では、水素又はヘリウム同位体原子は、ポンピングごとに、５ｋＶに１電子の電流を流すことを表している。したがって、核融合事象ごとに、ポンプは、ヘリウム３生成チャンネルでは１ｅ×５ｋＶ＝５ｋｅＶ（ヘリウム３ガスはイオンポンプ（０４４）において単独でイオン化されるだけであるため）、トリトン生成チャンネルでは２ｅ×５ｋＶ＝１０ｋｅＶ（トリチウム及び水素ガスの双方がイオンポンプ（０４４）においてイオン化されるため）の電気エネルギーを消費し、したがって核融合事象ごとに平均で７．３３ｋｅＶの電気エネルギーを消費する。先のセクションで教示したように、ＤＤ核融合事象あたりの平均エネルギー利得は３６２０ｋｅＶである。したがって、この実施形態では、発電プラント（００２）の正味出力電力（０８２）は７．３３ｋｅＶ／３６２０ｋｅＶ、すなわち０．２％低下する。

したがって、一実施形態において、発電プラント（００２）は、少なくとも１つのイオンスパッタ真空ポンプ（０４４）と、真空を含み、真空容器中央領域（０１４）及び真空容器壁（００４）を含む球形真空容器とを備えている。発電プラント（００２）の一実施形態では、１つ以上のイオンスパッタポンプ（０４４）によって維持される真空中で前記イオンを前記衝突（０１８）状態にする。別の実施形態は電力の生成方法であり、この方法は、真空容器壁（００４）を有する球形体（００２）を排気して、前記イオンビームの貯蔵を可能にするのに十分な真空を生成することを含む。前記排気は、イオンスパッタ真空ポンプ（０４４）を用いて排気することを含む。

イオンポンプ（０４４）は、ヘリウム及び水素の同位体を無期限にポンピングすることができない。最終的には、イオンポンプ（０４４）は、イオンポンプ（０４４）内のチタンゲッタープレートを飽和させ、ポンピング速度に相当する速度で気体を放出する。この制限を克服するために、各イオンポンプ（０４４）は、真空弁（０４６）によって発電プラント（００２）の真空容器から離れるように配置される。これらの弁が閉じられると、イオンポンプ室周辺のペニングセルの磁石が取り除かれ、ポンプ（０４４）室が加熱される。別の弁（０４６）が開かれ、これにより、放出するヘリウム及び水素の同位体を、粗引きポンプ（０４８）によって真空ライン（０４２）を介して取り除くことができる。この粗引きポンプ（０４８）を、機械式ポンプ（ターボ分子ポンプなど）又は極低温トラップとすることができる。この発電プラント（００２）の真空維持システムの実施形態を図９に示す。

一実施形態において、発電プラント（００２）は、ほぼ球形の形状、容器壁（００４）及び中央領域（０１４）を有し、真空を含むように構成された真空容器と、前記容器壁（００４）と同心である中心のほぼ球形の電極アセンブリとして構成され、前記真空容器の前記中央領域（０１４）において前記粒子ビーム（０２６）を互いに繰り返し衝突させる（０１８）ように構成された前記負に帯電した電極（００８）と、前記中央電極（００８）の電圧を維持するように構成された電極充電器と、少なくとも１つのイオンスパッタ真空ポンプ（０４４）と、をさらに含む。

Ｆ.二次電子の放出
十分な運動エネルギーの電子又はイオンが金属表面に衝突すると、二次電子（０３８）の放出が観測される。二次電子収率Δ（ギリシャ文字で大文字のデルタ）と呼ばれる、入射電子又はイオンあたりの観測される二次電子（０３８）の比は、運動エネルギー、イオン電荷、イオン質量及び衝突を受ける材料の組成の関数である。種々の金属表面上の水素イオンの場合、図１０は、二次電子（０３８）の収率が陽子の運動エネルギーに依存することを示している。このデータは、Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ、第１０８巻、第１号、１～１２頁、１９５７年１０月１日に掲載された、イー．ジェイ．ステムグラス（Ｅ．Ｊ．Ｓｔｅｍｇｌａｓｓ）による論文「高速イオンによる二次電子放出の理論（Ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｂｙ Ｈｉｇｈ－Ｓｐｅｅｄ Ｉｏｎｓ）」において発表された。ヘリウムの衝突について図１１にプロットしたデータも同じ論文で発表された。この論文は、上記で参照により本明細書に援用された米国仮特許出願第６２／９９５，１６８号の一部として、参照により本明細書に援用される。

水素イオン（陽子（０３６）、トリトン（０３４）及び弾性クーロン散乱を経た重陽子イオン（０２８））及びヘリウムイオン（ヘリウム３核（０３０））は、図７の中央電極（００８）及び真空容器壁（００４）に衝突する２種のイオンである。より重いイオン及びより低い運動エネルギーに関連するデータが図１２にグラフで示されており、これは、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｄ： Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ、第１４巻、１７０７－２０頁、１９８１年に掲載された、ジェイ．フェロンら（Ｊ．Ｆｅｒｒｏｎ ｅｔ ａｌ．）による「イオンの衝突によるモリブデンからの電子放出（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｍｏｌｙｂｄｅｎｕｍ Ｕｎｄｅｒ Ｉｏｎ Ｂｏｍｂａｒｄｍｅｎｔ）」という論文から引用したものである。図１２は、原子窒素及び分子窒素による衝突を受けるモリブデンの二次電子（０３８）の収率を示している。この論文は、上記で参照により援用された米国仮特許出願第６２／９９５，１６８号の一部として、参照により本明細書に援用される。

一実施形態において、発電プラント（００２）の真空容器壁（００４）はステンレス鋼からなるか、又は実質的にステンレス鋼からなる。別の実施形態において、真空容器壁（００４）はチタンからなるか、又は実質的にチタンからなる。さらに別の実施形態において、真空容器壁（００４）はアルミニウムからなるか、又は実質的にアルミニウムからなる。

一実施形態において、二次電子（０３８）、二次イオン又は双方を抑制するために、真空容器壁（００４）及び／又は中央電極（００８）の内面にコーティングが配置される。別の実施形態では、気体の脱着を阻止し、イオンの衝突による気体の放出を阻止し、及び／又はゲッター表面を提供することによって真空を改善するために、真空容器壁（００４）の内面にコーティングが配置される。

ヘリウム３核（０３０）が中央電極（００８）及び／又は真空容器壁（００４）に衝突すると、図１１のデータから予想されるように二次電子（０３８）が生成される。図１４に示すような先の測定結果から示されるように、二次電子（０３８）の運動エネルギースペクトルは１００ｅＶ未満である。図１４のデータ及び図１３の図は、Ｐｈｉｌｌｉｐｓ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、第３９巻、６１－７６頁、１９８４年に掲載された、ピー．シー．ザルム（Ｐ．Ｃ．Ｚａｌｍ）及びエル．ジェイ．ベッカーズ（Ｌ．Ｊ．Ｂｅｃｋｅｒｓ）による「５～２０ｋｅＶの水素イオン又は希ガスイオンによって衝突された清浄多結晶金属表面からの二次電子収率（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｙｉｅｌｄｓ ｆｒｏｍ Ｃｌｅａｎ Ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｍｅｔａｌ Ｓｕｒｆａｃｅｓ Ｂｏｍｂａｒｄｅｄ ｂｙ ５－２０ ｋｅＶ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｏｒ Ｎｏｂｌｅ Ｇａｓ Ｉｏｎｓ）」という論文から再現された。この論文は、上記で参照により援用された米国仮特許出願第６２／９９５，１６８号の一部として、参照により本明細書に援用される。

図１３に示した装置を用いて運動エネルギー分布を測定した。右側のイオン源と、左側の二次電子（０３８）を放出する表面との間の電場により、これらの二次電子（０３８）は、接地されたイオン源チューブにおいて失われる前により低いエネルギーの電子を回転させる。この電場を発生させる電圧が高いほど、測定される電子電流は小さくなる。ある電圧では、二次電子（０３８）は、イオン源チューブに到達するのに十分な運動エネルギーを持たない。

図１４にグラフで示したデータはこの傾向を示している。４０Ｖの電圧が印加されると二次電子（０３８）の電流が観測されないことに留意されたい。つまり、二次電子（０３８）の最高運動エネルギーは約４０電子ボルトである。

本願の発電プラント（００２）の形状は図１３の装置と機能的に類似している。中央電極（００８）の負電圧は、真空容器壁（００４）から放出された二次電子を壁（００４）に押し戻す電場を発生させる。したがって、真空壁（００４）からの二次電子の放出（０３８）は、発電プラント（００２）の動作に影響を及ぼさない。

水素及びヘリウムの同位体が中央電極（００８）に衝突すると、二次電子（０３８）は、真空容器壁（００４）に向かって加速する半径方向の電場を経る。極小の運動エネルギーで生じた二次電子（０３８）でも、二次電子（０３８）が真空容器壁（００４）に衝突するまでに５７４ｋｅＶに加速される。図１５及び図１６は、Ｔｈｅ Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ、第１３０巻、第６号、２１３５－４１頁、１９６３年６月１５日に掲載された、エー．エー．シュルツ（Ａ．Ａ．Ｓｃｈｕｌｔｚ）及びエム．エー．ポメランツ（Ｍ．Ａ．Ｐｏｍｅｒａｎｔｚ）による、「相対論的一次電子によって生じる二次電子の放出（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｅｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ Ｒｅｌａｔｉｖｉｓｔｉｃ Ｐｒｉｍａｒｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ）」という論文で発表されたデータを含む。この論文は、上記で参照により援用された米国仮特許出願第６２／９９５，１６８号の一部として、参照により本明細書に援用される。

図１５は、５７４ｋｅＶ以下の運動エネルギーで金属表面に衝突する電子１つにつき、平均して少なくとも１つの二次電子（０３８）、多いものでは２つの二次電子（０３８）が存在することを示している。図１６は、これらの二次電子（０３８）の運動エネルギースペクトルのグラフである。イオンの衝突によって放出される二次電子（０３８）の場合と同様に、高エネルギー電子の衝突によって放出される二次電子（０３８）の運動エネルギーも比較的小さく、この場合も４０ｅＶ未満である。

図１５及び図１６のデータも、真空容器壁（００４）から放出される二次電子が中央電極（００８）に到達するのに十分なエネルギーがないことを示している。したがって、この場合も先と同様に、真空容器壁（００４）からの二次電子の放出は、発電プラント（００２）の動作に影響を及ぼさない。

一方、中央電極（００８）から発せられて真空容器壁（００４）に運ばれるこれらの二次電子は、電力の消耗、すなわち部分的短絡を表している。図１１に教示するように、最悪のケースは、ヘリウム３原子核（０３０）が中央電極（００８）の表面に衝突した場合である。この問題を軽減する１つの手段は、交差する高エネルギー電子ビームのアレイから中央電極（００８）を形成することであり、これらの電子ビームとイオンが衝突する確率はとてつもなく小さい。別の実施形態において、その中央電極は、イオンが中央電極（００８）の表面に衝突する平均確率が５％であるように構成される。図１１によると、入射する１０９４ｋｅＶのヘリウム３核（０３０）あたり平均約１０個の二次電子（０３８）が生じる。平均的な核融合事象の場合、この真空容器壁に到達する二次電子（０３８）の数は、０．５３５（ヘリウム３核（０３０）を生成するＤＤ核融合事象の割合）×０．０５（中央電極（００８）に衝突する確率）×１０（衝突あたりの二次電子（０３８）の数）、すなわち０．２７個の二次電子（０３８）である。このような発電プラント（００２）の実施形態は正味の正の出力電力（０８２）を生成するが効率はほぼ３０％低下することが、この一連の事実によって予測される。

二次電子（０３８）放出抑制の方法としては、表面粗さの増大、局所的に形成された電場、磁場の印加及びコーティングが挙げられる。コーティングに関しては、炭素及び窒化チタンなどの表面コーティングが特に必要である。

一実施形態において、中央電極（００８）を形成する金属ワイヤが炭素コーティングで被覆されており、炭素はダイヤモンド、グラファイト、窒化炭素又は他の炭素含有化合物の形態である。炭素を使用して、二次電子放出収率を１／５に抑えることができる。別の実施形態において、中央電極（００８）を形成するワイヤは、共に結合されて複合構造体を形成する炭素繊維からなる。別の実施形態において、中央電極（００８）を形成するワイヤは、二次電子の放出（０３８）を最小限にするように粗面化又は構造化された表面を有する。別の実施形態において、中央電極（００８）を形成するワイヤは、二次電子の放出（０３８）を最小限にするように形状づけられている。別の実施形態において、中央電極（００８）を形成するワイヤは、二次電子の放出（０３８）収率を最小限にするのに十分な形状及び大きさの永久磁化を有する。別の実施形態では、前記ワイヤに電流を流すことによって中央電極（００８）表面のごく近傍に磁場が生成される。別の実施形態では、二次電子（０３８）の収量を最小限にするために複数の表面粗さ、コーティング、局所的に形成された電場及び磁場が一緒に使用される。

Ｇ.中央電極の電源
先に教示したように、一実施形態において、真空容器壁（００４）内の真空を維持し、よって発電プラント（００２）での出力電力（０８２）の生成を維持するために、イオンポンプ（０４４）での電力の消費が必要である。出力電力（０８２）の生成を維持するために電力の消費が必要である前記発電プラント（００２）内の別の機能は、重陽子ビーム（０２６）を生成する（００６）際の重水素源（０１６）内の重水素ガスのイオン化である。

一実施形態において、重水素のイオン化のプロセスは、エネルギー電子を用いた低圧重水素ガスの衝突によって行われる。このようなイオンの生成（００６）は、２０２０年６月８日に出願され、本願の発明者によって発明された米国仮特許出願第６３／０３６，０７３号に教示されている。この仮特許は、２０２１年６月７日に出願された国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２１／３６１１５に変更されている。「イオン源」と題する仮特許第６３／０３６，０７３号及び「イオン源」と題する国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２１／３６１１５号の双方は、本明細書に完全に述べられるかのように、参照により本明細書に援用される。

出力電力（０８２）の生成を維持するために電力の消費が必要である前記発電プラント（００２）内の第３の機能は、中央電極（００８）上の電荷の調節である。本願において先に教示したように、荷電粒子は中央電極（００８）に衝突し、二次電子（０３８）の放出を生じることができる。これらの二次電子（０３８）は、中央電極（００８）の負電圧に関連する電場によって真空容器壁（００４）に向かって加速される。置換電子を中央電極（００８）に供給する１つ以上の電源（０７８）が必要である。

図１７は、中央電極（００８）の帯電システムの一実施形態の図を含む。まず、１つ以上の電子帯電加速器（０６４）は、１つ以上の負に帯電した中央電極（００８）に接続された１つ以上の電子帯電ターゲット（０６２）に到達することができる運動エネルギーを有する荷電電子（０６０）の１つ以上の流れ（又はビーム）を真空室内に注入する。図１７によって表される実施形態において、電子ターゲットは重陽子ビーム（０２６）の方向に沿って中空であり、中央領域（０１４）で生じるＤＤ核融合反応から発せられる荷電粒子に対して最大の透過性（最小の不透明度）を示すように中央領域（０１４）に向かってテーパー状の表面を有する。電子加速器（０６４）が真空室壁（００４）に電気的に短絡している実施形態において、荷電電子ビーム（０６０）の運動エネルギーは中央電極（００８）と真空室壁（００４）との間の電圧差以上である。中央電極（００８）が真空室壁（００４）に対して－５７４ｋＶの電圧を有する実施形態において、電子帯電加速器（０６６）によって放出される電子ビーム（０６０）の運動エネルギーは５７４ｋｅＶ以上である。

真空室壁（００４）に対して－５７４ｋＶの電圧に設定された中央電極（００８）から二次電子（０３８）が放出されると、これらの二次電子（０３８）はそれぞれ５７４ｋｅＶの熱エネルギーを真空室壁（００２）に堆積させる。その熱エネルギーは次にブランケット（０８０）へ運ばれる（０５６）。一実施形態では、熱エネルギーは続いて熱交換器（０７６）に送られ、出力電力（０８２）に変換される（０５２）。電子帯電加速器（０６４）は、出力電力（０８２）から電力を取り出して電子加速器（０６４）を動かし、取り出したその電力を電子ビーム（０６０）運動エネルギーに変換する。変換ステップ（０５２）と、電力を電子ビーム（０６０）運動エネルギーに変えるステップの変換効率がそれぞれ１００％である場合、発電プラント（００２）による出力電力（０８２）の減少を被ることはない。実際には、これらの効率はいずれも１００％ではないため、ある実施形態における４０％の妥当な効率では、中央電極（００８）からの二次電子（０３８）の放出による少量の出力電力（０８２）の低減が予期される。

Ｈ.硫黄ブランケット
より広い概念を教示するための１つの教示実施形態は、中性子（０３２）が生成される領域を取り囲む硫黄ブランケット（１０４）を用いて、時には正荷電粒子（１０６）及び電磁放射（００８）の生成と併せて、中性子（０３２）からエネルギーを収集する方法に関する。電磁放射（１０８）は一般に、電磁スペクトル全体にわたる電子（１５４）、陽電子（１５６）及びガンマ線（１５８）として定義される。中性子（０３２）を生成するプロセスと、これに続く、前記中性子（０３２）、正荷電粒子（１０６）及び電磁放射（１０８）からエネルギーを収集する（０２２）方法を図１８に示す。

中性子（０３２）は一般に、真空容器壁（００４）に衝突すると、中性子（０３２）によって運ばれる運動エネルギーが低減される減速プロセス（０２２）を経る。失われた運動エネルギーは一般に熱（１１６）に変換され、続いて熱伝達（１１４）される。大多数の中性子（０３２）は、減速プロセス（０２２）を経てから次の捕獲プロセス（０２４）を経験し、ここで中性子（０３２）は、中性子（０３２）の捕獲（０２４）とその後のガンマ線（１５８）の放出といった核子交換反応（（ｎ，ｇ）反応と呼ばれる）によって原子に吸収される。他の関連する中性子（０３２）捕獲（０２４）チャンネルは、中性子－陽子（ｎ，ｐ）交換及び中性子－アルファ（ｎ，ａ）交換（アルファ粒子はヘリウム４核である）である。原子による捕獲（０２４）のプロセスの直前に、中性子（０３２）の運動エネルギーがこの同じ原子に伝達されることがあり、これも減速（０２２）とみなされる。捕獲（０２４）のプロセスはより多くの熱を生成し、それに続く熱伝達（１１４）及び追加の電磁放射（１０８）を生じる。

これと並行して、核反応（１０２）のプロセスは正荷電粒子（１０６）を生成することもできる。これらの正荷電粒子は一般に停止（０５０）のプロセスを経て、正荷電粒子によって失われた運動エネルギーは熱に変換され、続いて熱伝達（１１４）される。次いで、熱伝達（１１４）及び電磁放射（１０８）は全て熱交換器（０７６）による熱交換（０８４）のプロセスに供される。

一実施形態の予言的教示において、硫黄原子（１１６）が、中性子（０３２）を捕獲する（０２４）ステップのために使用される。図１９は、地球上に見られる安定同位体の存在量と熱中性子断面積を示している。天然硫黄の大部分は同位体である硫黄３２（１３２）から構成されることに留意されたい。残りの天然硫黄の大部分は、同位体である硫黄３４（１３４）の形である。同位体である硫黄３３（１３３）及び硫黄３５（１３５）は自然界で微量にしか見られない。

図３に明示した熱中性子断面積は、室温で硫黄原子（１１６）と熱平衡状態にある中性子（０３２）の捕獲（０２４）によって決定される。断面積は、中性子（０３２）が原子によって吸収される（捕獲（０２４））確率に比例する。室温は、０．０２５ｅＶの典型的な中性子運動エネルギーに対応する。

硫黄原子（１１６）が中性子（０３２）の捕獲（０２４）に関与する予言的実施形態は、発生するエネルギー放出が大きいため興味深い。中性子（０３２）を捕獲（０２４）する硫黄３２（１３２）の場合について図２０に示すように、硫黄３３（１３３）の生成及び電磁放射（１０８）の放出が結果として生じる。初期状態（自由中性子（０３２）及び硫黄３２（１３２）原子）と最終状態（硫黄３３（１３３）原子）との質量差は８．６４ＭｅＶ／ｃ２である。エネルギー保存の原理及び有名な方程式Ｅ＝ｍｃ^２によれば、電磁放射（１０８）の量はこの質量差、すなわち８．６４ＭｅＶに等しい。次に、この電磁放射（１０８）は硫黄ブランケット（１０４）内で吸収され、さらなる熱が生じる。

同位体分離又は同位体濃縮は一般的に高価なプロセスであるため、１つの実施形態は、天然に存在する硫黄原子（１１６）を用いて捕獲ステップ（０２４）を実行することである。この場合、捕獲（０２４）は、硫黄３２（１３２）、硫黄３３（１３３）、硫黄３４（１３４）及び硫黄３６（１３６）といった同位体からなる（又は、場合によってはこれらを有するか実質的にこれらからなる）硫黄原子（１１６）を用いて行われる。その簡潔さのため、１つの実施形態は、この場合も硫黄原子（１１６）を用いて減速する（０２２）ステップを実行することである。

中性子（０３２）の減速（０２２）は、ＤＤ核融合プロセスによって付与された中性子（０３２）から運動エネルギーを取り除くものである。この失われた運動エネルギーは熱に変換され、続いて熱伝達（１１４）される。ＤＤ核融合及び捕獲（０２４）ステップからの電磁放射（１０８）は、硫黄原子（１１６）によって完全に又は部分的に吸収され、電磁放射（１０８）が熱に変換され、続いて熱伝達（１１４）される。ＤＤ核融合によって放出された正荷電粒子の停止（０５０）により、残留する正荷電粒子の運動エネルギーが熱に変換され、続いて熱伝達（１１４）される。この熱伝達（１１４）の一部又は全部及び残りの（未変換の）電磁放射（１０８）は、熱交換器（０７６）における熱交換（０８４）プロセスで蓄積される。

図２１に示す一実施形態において、硫黄ブランケット（０８０）は溶融硫黄の形態にある。ＤＤ核融合反応、停止（０５０）、減速（０２２）及び捕獲（０２４）からの熱及び電磁放射（１０８）が溶融硫黄内に堆積される。熱交換器（０７６）における熱交換（０８４）の目的は、この熱を硫黄ブランケット（１０４）から取り除き、液水（０７０）を沸騰させて高圧蒸気（０７１）を生成することである。一実施形態では、硫黄ブランケット（０８０）内の溶融硫黄が熱対流を経て、硫黄ブランケットの頂部付近の流水（０７０）を含む熱交換器（０７６）の管が硫黄ブランケット（０８０）から熱を取り除き、熱を水（０７０）に送って蒸気（０７１）を生成する。高圧蒸気（０７１）はタービンを回転させ（０８６）、タービンは発電機（０７４）を回転させて（０８８）出力電力（０８２）を生成する（０５８）。このプロセス全体をより効率的にするために、断熱材（１３８）が硫黄格納容器（１１８）を取り囲み、熱漏れによるエネルギー損失を防止する。

予言的教示において、硫黄ブランケット（１０４）の有用性は、ＤＤ核融合を核反応（１０２）とみなすことによって明らかになる。ＤＤ核融合は、一方が中性子であり他方が非中性子である、図１に示した２つのほぼ等しい確率のチャンネルを有する。中性子反応からの正味エネルギー利得は０．０８２ＭｅＶ＋２．４５ＭｅＶであり、合計で３．２７ＭｅＶである。非中性子反応からの正味エネルギー利得は１．０１ＭｅＶ＋３．０２ＭｅＶであり、合計で４．０３ＭｅＶである。したがって、ＤＤ核融合反応の平均の正味エネルギー利得は３．６５ＭｅＶである。

表１は、硫黄ブランケット（１０４）における捕獲された（０２４）中性子（０３２）あたりのエネルギー放出を決定する入力パラメータ及び計算パラメータを含む。４つの列の値は、図１９に示した硫黄原子（１１６）に関連する計算パラメータを含んでいる。図１で示したように、ＤＤ核融合では、時間の約５３．５％で中性子が放出される。したがって、中性子（０３２）の捕獲（０２４）からの核融合あたりの平均エネルギー利得は、８．６２５×０．５３５＝４．６２ＭｅＶである。前の段落に示したように、ＤＤ核融合あたりの平均エネルギー放出は３．６５ＭｅＶである。硫黄ブランケット（１０４）を含む発電プラント（００２）の実施形態は、２．２７のエネルギー出力増加係数を享受する。

Ｉ.電気エネルギーの貯蔵
地球上には、世界の全てのエネルギー需要を供給するのに十分な太陽光と風力がある。問題は、収集した電力をすぐに利用できること（ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ）と消費者の瞬間的なエネルギー需要が必ずしも一致しないことである。電力を貯蔵する安価でコンパクトな手段は、人類が直面する最大の課題の１つである。

商用の核分裂炉は安定した電力レベルを生じることができるが、電気グリッド上に示される微小な需要の変化を追跡することができない。需要に応じて蓄積されたエネルギーを安定的に充電し、そして迅速に放電する手段も顕著な利点をもたらす。

硫黄ブランケット（１０４）を利用するＤＤ核融合に基づいた発電プラント（００２）は、商用核分裂炉のものと同様の定常出力電力（０８２）を提供することができる。図７の装置は、毎時の需要変動に追従するように構成可能であるが、大型電動機を始動させるようなサージ負荷に対して高い瞬時ピーク電力を供給することはできない。

このようなサージ容量を提供するための一実施形態は、発電プラント（００２）と電気負荷との間に電池を配置することである。この実施形態の別の有用性は、風力タービン及び太陽電池アレイなどの外部電源からの電力を貯蔵することにある。

何十年にもわたって研究されている電池の１つのタイプは硫黄－ナトリウム電池（１２０）である。一実施形態では、図２１の硫黄格納容器（１１８）が硫黄－ナトリウム電池（１２０）を同時に生じるように変更されている。硫黄ブランケット（１０４）が硫黄－ナトリウム電池（１２０）としても機能する実施形態を図２２に示す。

溶融ナトリウム原子のリザーバ（１３０）は、固体電解質（１４６）によって溶融硫黄－ナトリウム混合物（１４０）から分離されている。一実施形態では、この固体電解質（１４６）はセラミックｂ”－アルミナ（ＢＡＳＥ）から構成される。溶融ナトリウム原子（１３０）は負極（１４２）として機能し、溶融硫黄－ナトリウム混合物（１４０）は正極（１４４）として機能する。この硫黄－ナトリウム電池（１５６）の負端子（１４３）は溶融ナトリウム（１３０）と電気的に連通した状態にあり、一方で硫黄－ナトリウム電池（１２０）の正端子（１４５）は溶融硫黄－ナトリウム混合物（１４０）と電気的に連通している。この場合、硫黄格納容器（１１８）の壁は、溶融ナトリウム（１３０）もしくは硫黄－ナトリウム混合物（１４０）のいずれか、又は双方と電気的に連通していない。負端子（１４３）及び正端子（１４５）は、電気絶縁体（１４８）を利用して硫黄格納容器（１１８）の壁を通過する。ナトリウム原子（１３０）のリザーバ、固体電解質（１４６）、負端子（１４３）及び／又は正端子（１４５）は２つ以上あってもよい。

この実施形態は、場合によっては、硫黄－ナトリウム電池（１２０）の過去の実施形態よりも有利となりうるが、それは、他の電池技術と比較して、このような電池（１２０）を作動させるのに必要な高温と、必要な熱及び断熱（１３８）を提供するという追加のコスト及び複雑さとがあるためである。核融合発電プラント（００２）の出力電力（０８２）を増加させる手段として硫黄ブランケット（１０４）が存在するため、これらの追加のコスト及び複雑さは全てすでに存在していた。

硫黄－ナトリウム電池（１２０）が完全に充電されている場合、ナトリウム原子（１３０）のほぼ全てがナトリウムリザーバ内にある。図２３にプロットされているように、満充電時の正端子（１４５）及び負端子（１４３）をわたる電圧は、３５０℃の電池温度で２．０７６Ｖである。硫黄－ナトリウム電池（１２０）が端子（１４３、１４５）をわたって電流を放電すると、ナトリウムイオンは固形電解質（１４６）を通過し、優先的に化合物Ｎａ_２Ｓ_５を形成する。固体電解質（１４６）付近から、この化合物は、硫黄－ナトリウム混合物（１４０）の体積中に体積を徐々に増やして形成される。硫黄－ナトリウム混合物（１４０）中の硫黄原子（１１６）の割合が約７８％に達すると、まずＮａ_２Ｓ_４、次いでＮａ_２Ｓ_３、さらにＮａ_２Ｓ_２が形成され始め、硫黄－ナトリウム電池（１２０）の電圧が低下し始める。硫黄－ナトリウム混合物（１４０）中の硫黄原子（１１６）の濃度が６０％になると、硫黄－ナトリウム混合物（１４０）のほぼ全てがＮａ_２Ｓ_２で構成され、硫黄－ナトリウム電池（１２０）の電圧は一定の１．７８Ｖになる。

Ｊ.プロトン伝導体
電子を伝導しないが代わりにイオンを伝導する電気絶縁体である材料のカテゴリーがある。材料科学では、このカテゴリーの材料をイオン伝導体と呼ぶ。燃料電池及び電池などの用途では、これらの材料が電解質の役割を果たすことが多い。硫黄－ナトリウム電池（１２０）の場合、図２２に示す前記固体電解質（１４６）において伝導されるイオンはナトリウムイオンＮａ＋である。自動車の酸素センサでは、セラミック電解質は酸素イオンＯ＋を伝導する。プロトン伝導体（１００）と呼ばれる、陽子（０３６）を伝導するタイプの材料も存在する。化学的類似性を考慮すると、プロトン伝導体（１００）は重陽子（０２８）及びトリトン（０３４）も伝導する。

図２４に示すように、真空容器の容器壁（００４）内に含まれる外側真空（０９４）から内側真空（０９２）を分離するための障壁（０９０）としてプロトン伝導体（１００）が使用される実施形態を考察する。この実施形態では、中央領域（０１４）内の核融合反応の動作はもはや真空容器壁（００４）のサイズ及び形状に依存しておらず、代わりに障壁（０９０）のサイズ及び形状に依存している。熱を出力電力（０８２）に変換する（０５２）プロセスの際、中央電極（００８）は負電圧に帯電される。障壁（０９０）がプロトン伝導体（１００）からなる実施形態では、障壁（０９０）の半径方向外側の表面にある導電性外側コーティング（０９８）は中央電極（００８）の電荷と等しく、かつ反対の電荷を運ぶことができる。これらの２つの電荷分布は、障壁（０９０）内の正荷電粒子を加速するほぼ半径方向の電場を生成し、これらの正荷電粒子を外側コーティング（０９８）に向かって移動させる。

図９に示したようなイオンポンプ（０４４）の使用は真空ポート（０４０）及び真空ライン（０４２）に依存しており、これらの数及びサイズは種々の考慮事項によって制限される。１つの制限は、中央電極（００８）上の負電圧によって生成される半径方向の電場の歪みである。別の制限はブランケット（０８０）からの中性子（０３２）の損失であり、ブランケット（０８０）を通過する際の真空ライン（０４２）の数が多くなるほど、運動エネルギーが収集され（０２２）、捕獲（０２４）が可能になる前に失われる中性子（０３２）の数が多くなる。真空ライン（０４２）及び真空ポート（０４０）のサイズ及び数を制限することにより、中央領域（０１４）からイオンポンプ（０４４）へのガス流のコンダクタンスも制限される。このような状態では、重陽子ビーム（０２６）の注入が最終的に真空容器壁（００４）内の支配的な材料負荷を表すため、中央領域（０１４）内の真空圧は、核融合発電のレベルが上がるにつれて上昇する。その結果、重陽子（０２８）と、生じた核融合生成物である陽子（０３６）、トリトン（０３４）及びヘリウム３核（０３０）のためのより効果的なポンピング機構が必要である。

燃料電池におけるプロトン伝導体の従来の使用法では、水素ガスがプロトン伝導体の一方の側にあり、酸素ガスが反対側に流される。白金系触媒や他のより安価な代替材料によって水素分子はその電子を放し、裸の陽子がプロトン伝導体に伝導する。酸素側では、触媒を用いて陽子を酸素分子と容易に反応させ、水分子を形成する。得られた水分子はポンプによって取り除かれ、プロトン伝導体にわたる水素の個体数の不均衡が維持される。この不均衡と４００℃を超える動作温度により、陽子が一方の触媒から他方の触媒に流れて電流が生じ、この電流を使用して電気負荷に電力を供給したり電池を充電したりすることができる。

図２４に示す実施形態では、陽子（０３６）、トリトン（０３４）及びヘリウム３核（０３０）を内側真空（０９２）から外側真空（０９４）に向けてポンピングするための触媒は不要である。この実施形態において、本願は、前記正荷電粒子が陽子（０３６）及びトリトン（０３４）を含み、前記障壁（０９０）が前記正荷電粒子の少なくとも１つを前記内側真空（０９２）から前記外側真空（０９４）に伝導する一方で前記発電プラント（００２）が（０５２）出力電力（０８２）を生成していることを教示している。第１に、これらの粒子は、すでに分子に結合していない原子の形である。第２に、中央電極（００８）と、プロトン伝導体（１００）からなる障壁（０９０）の外側コーティング（０９８）との間の電場によってポンピング機能が駆動される。一実施形態において、本願はプロトン伝導体（１００）からなる障壁（０９０）を教示する。一実施形態において、本願はステンレス鋼からなる外側コーティング（０９８）を教示する。第３に、このような触媒は高価である。第４に、天然に存在する白金同位体である白金１９２は、中性子（０３２）の捕獲（０２４）のために１０バーンの断面積を有する。この捕獲により、約５０年の半減期を有する放射性同位体である白金１９３が生成される。設備のこのような放射性活性化を避けることが好ましい。一実施形態において、本願は真空容器をさらに含む発電プラント（００２）を教示している。前記真空容器は、内側真空（０９２）と外側真空（０９４）を含むように構成された容器壁（００４）と、前記容器壁（００４）内の、ほぼ球形の形状を有する障壁（０９０）と、前記障壁（０９０）の半径方向内側の中央領域（０１４）と、からなり、前記障壁（０９０）は、前記内側真空（０９２）が前記障壁（０９０）内に存在し、前記外側真空（０９４）が前記容器壁（００４）と前記障壁（０９０）との間に存在し、前記イオン（０２８）による前記中央領域（０１４）への移動が妨げられないように前記障壁（０９０）が前記イオン（０２８）の前記１つ以上の供給源（００６）に取り付けられ、前記内側真空（０９２）及び前記外側真空（０９４）が分離され、前記障壁（０９０）が半径方向外側表面上に導電性の外側コーティング（０９８）を有するように構成されている。一実施形態において、本願は発電プラント（００２）を教示しており、この発電プラント（００２）は、前記容器壁（０９０）と同心である中心のほぼ球形の電極アセンブリとして構成され、粒子ビーム（０２６）として、そして前記真空容器の前記中央領域（０１４）において互いに繰り返し衝突する（０１８）ように構成された前記負に帯電した電極（００８）と、前記電極アセンブリ（００８）の電圧を維持するように構成された電極充電器（０６２）と、少なくとも１つのイオンスパッタ真空ポンプ（０４４）と、をさらに含む。

一実施形態において、障壁（０９０）の半径方向内側の導電性内側コーティング（０９６）を追加して、中央電極（００８）から発せられる二次電子（０３８）を取り除くことができる。二次電子（０３８）を取り除くために、この内側コーティング（０９６）の厚さを１００ナノメートル、すなわち０．１ミクロンまで薄くすることができる。一実施形態において、この内側コーティング（０９６）はステンレス鋼からなる。別の実施形態において、この内側コーティング（０９６）はチタンからなることが可能である。一実施形態において、本願は、前記障壁（０９０）の半径方向内側表面上の導電性内側コーティング（０９６）を教示する。一実施形態において、本願は、炭素、クロム、マンガン、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、白金及び金を含む群の少なくとも１つの部材からなる内側コーティング（０９６）を教示する。

外側コーティング（０９８）の電圧がイオン源（００６）の電圧に等しい実施形態において、ＤＤ核融合によって生成された正荷電粒子の運動エネルギーが図２６及び図２７にプロットされている。陽子（０３６）、トリトン（０３４）及びヘリウム３核（０３０）が障壁（０９０）に近づく際のこれらの運動エネルギーは全て、衝突（０１８）の間の中央領域（０１４）における重陽子ビーム（０２６）の運動エネルギーに依存している。図２７は、図２６と同じヘリウム３のデータをプロットしているが、単により細かな運動エネルギーの目盛でプロットしたものである。

ヘリウム３核（０３０）の場合、チタン又はステンレス鋼からなる内側コーティング（０９６）へのそれらの飛程が図２８にプロットされている。ヘリウム３核（０３０）が内側コーティング（０９６）の内側ではなくプロトン伝導体（１００）材料内で停止するには、約４０ｋｅＶの入射運動エネルギーが望ましいことに留意されたい。ヘリウム核は標準的なプロトン伝導を経ないが、それらのイオン化状態が持続し、やはり外側真空（０９４）に向かって移動することが示唆されている。

トリトン（０３４）の場合、障壁（０９０）内への予期される運動エネルギーは十分に大きく、水素イオンの優れた浸透能力は、それらの浸透能力がはるかに深いことを示している。図２９は、チタン及びステンレス鋼へのトリトン（０３４）の浸透を、入射運動エネルギーの関数としてプロットしたものを含む。図２６によると、５００ｋｅＶの衝突時の重陽子ビーム（０２６）の運動エネルギーにおいて、障壁（０９０）におけるトリトン（０３４）の運動エネルギーは７００ｋｅＶ付近となることができ、図２９によると、チタン及びステンレス鋼の双方における飛程は２ミクロンよりも大きい。

陽子（０３６）の場合を図３０に示す。予期されるように、ＤＤ核融合事象によって生成される陽子（０３６）の飛程は数十ミクロン単位で測定される。

発電プラント（００２）が出力電力（０８２）を生成している（０５８）間、ＤＤ核融合反応からの熱及び硫黄ブランケット（１０４）内の二次核反応との組み合わせによって発電プラント（００２）の温度が上昇する。一実施形態では、熱交換器（０７６）において水（０７０）を沸騰させて蒸気（０７１）を生成することにより、４００℃以上の一定の硫黄ブランケット（１０４）温度が保たれる。一実施形態では、真空容器壁（００４）は硫黄ブランケット（１０４）と熱的に連通しており、このことは、前記発電プラント（００２）が出力電力（０８２）を生成している（０５８）間、前記容器壁（００４）が４００℃を超える温度にあることを示している。少なくとも、真空容器壁（００４）内の障壁（０９０）は、黒体放射を介して真空容器壁（００４）と熱的に連通している。一実施形態において、本願は、前記発電プラント（００２）が出力電力（０８２）を生成している（０５８）間に４００℃を超える温度である障壁（０９０）を教示する。

イオンビーム源（００６）が障壁（０９０）の外側コーティング（０９８）と同じ電圧である実施形態において、クーロン散乱を経る衝突（０１８）イオンビーム（０２６）からの重陽子（０２８）は、ゼロの運動エネルギーで障壁（０９０）に到達する。この場合、重陽子の飛程は内側コーティング（０９６）の厚さ未満である。ＤＤ核融合事象ごとに１００個の重水素（０２８）が大きなクーロン散乱偏向を経る実施形態では、内側コーティング（０９６）上のＤ２分子の形成によって生じる重水素ガスの負荷が内側真空（０９２）の圧力を支配する。この状況を回避するための技術がいくつかある。一実施形態では、イオン源（００６）の電圧は、前記クーロン散乱された重陽子（０２８）が内側コーティング（０９６）を貫通してプロトン伝導体（１００）内で停止するのに十分な電圧によって負にバイアスされる。この実施形態では、前記発電プラント（００２）が出力電力（０８２）を生成している間、障壁（０９０）は前記重陽子（０２８）を前記内側真空（０９２）から前記外真空（０９４）に伝導する。

４００℃の温度では、プロトン伝導体（１００）は全ての水素同位体を容易に伝導するが、プロトン伝導体（１００）を通る移動速度は質量の大きな同位体ほど遅くなる。中央電極（００８）と外側コーティング（０９８）との間の電圧差によって生成される半径方向の電場により、陽子（０３６）、重陽子（０２８）及びトリトン（０３４）は最終的に外側コーティング（０９８）に到達する。外側コーティング（０９８）が導電性である実施形態では、これらの原子核は電子を拾って中性原子になる。中性原子の集団密度が十分に高くなると、これらの中性原子は、水素ガス分子であるＨ２、Ｄ２、Ｔ２、ＨＤ、ＨＴ及びＤＴを形成する。

外側コーティング（０９８）が４００℃以上の温度にある実施形態では、これらの分子はコーティングを通って拡散し、優先的に脱着して外側真空（０９４）に入る。ステンレス鋼を通るＨ２の拡散係数は、ステンレス鋼の温度の関数として図３１にプロットされている。縦の目盛は対数であることに留意されたい。重陽子（０２８）又はトリトン（０３４）を含む他の水素分子の拡散係数はさらに小さい。

図３２は、５００℃の温度における、ステンレス鋼板にわたる水素（Ｈ２）の濃度を時間の関数として示したものである。この計算では、ステンレス鋼板の両側が真空であると仮定し、ここで初期の水素濃度はステンレス鋼板の厚さ０．１５ｃｍ全体にわたって単一である。図３２の曲線は、１分後、１０分後、６０分後に予期されるＨ２濃度プロファイルを示している（６０分後の曲線は横軸と殆ど区別がつかない）。外側真空（０９４）へのガスの拡散が、障壁（０９０）を通って戻る拡散よりもはるかに大きいと仮定すると、図３２の曲線は、０．０７５ｃｍの厚さであった場合の外側コーティング（０９８）を表すことができ、プロットの中点は障壁（０９０）と外側コーティング（０９８）との間の界面の位置である。図３１によって示されるように、２５０℃、３００℃、３５０℃、４００℃、４５０℃、５００℃、５５０℃、６００℃、６５０℃及び７００℃以上の外側コーティング（０９８）の温度であっても、全ての同位体の水素ガスは最終的に外側真空（０９４）に行き着くことになる。

Ｋ.範囲の記述
まとめると、本開示は、狭い範囲の指示や注意書きとしてではなく、徹底的な教示として記されたことを認識することが重要である。本明細書全体を通して、「１つの／一実施形態」、「ある実施形態」又は「特定の実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明した特定の特徴、構造又は特性が少なくとも１つの実施形態に含まれ、必ずしも全ての実施形態に含まれるわけではないことを意味する。したがって、本明細書全体の様々な箇所における「１つの／一実施形態では／において」、「ある実施形態では／において」、又は「特定の実施形態では／において」という語句のそれぞれの出現は、必ずしも同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、いずれの特定の実施形態の特定の特徴、構造又は特性も、１つ以上の他の実施形態と任意の適切な方法で組み合わせることができる。本明細書に記載し、図示した実施形態の他の変形例及び修正例は本明細書の教示に照らして実施可能であり、本主題の精神及び範囲の一部とみなされることが理解されるべきである。

また、図に示す要素のうちの１つ以上を、特定の用途に従って有用であるように、より分離した又は統合した方法で実装することもでき、あるいは、特定の場合において取り除くか又は動作不能にすることもできることが理解されるであろう。さらに、図中の任意の表示矢印は、特に明記のない限りは例示的なものにすぎず、限定的なものではないとみなされるべきである。さらに、本明細書で用いた「又は」という用語は、特に明記のない限り、一般に「及び／又は」を意味するように意図される。構成要素又はステップの組み合わせも留意事項とみなされ、用語は、分離する又は組み合わせる能力を曖昧にするものと想定される。

本明細書及び以下の特許請求の範囲を通して用いられるように、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」及び「その／この（ｔｈｅ）」は、文脈によって明らかに別のものが示されない限り、複数の参照を含んでいる。また、本明細書の説明及び以下の特許請求の範囲全体で用いられるように、「における（ｉｎ）」の意味は、文脈によって明らかに別のものが示されない限り「中」及び「上（ｏｎ）」を含む。本教示で指定された量からの変動を、許容可能な製造公差などの公差に対応するように「約」又は「ほぼ」とすることができる。

要約書及び態様に記載の内容を含む例示した実施形態の前述の説明、全ての開示内容及び関連する産業上の利用可能性は、網羅的であること、又は主題を本明細書に開示された形式そのままに限定することを意図するものではない。主題の特定の実施形態及び主題のための例は、例示による教示の目的でのみ本明細書に記載されているが、当業者が認識し、理解するように、本主題の精神及び範囲内で種々の同等の変更例が実施可能である。示されるように、これらの変更例は、例示した実施形態の前述の説明に照らして行われることが可能であり、この場合においても本明細書に開示される主題の真の精神及び範囲内に含まれる。

産業上の利用可能性は、代表的には、装置、デバイス、製品（特に電気的なもの）、ならびにこれらの製造及び使用プロセスの産業上の利用可能性に関するものである。また、産業上の利用可能性には、上記の産業に従事する産業や、実施に応じてこれらと協力して活動する産業も含まれる。

Claims (22)

1. 出力電力を生成するように構成された発電プラントであって、前記出力電力の生成が、１種のイオンであるイオンを衝突の状態にして核融合反応を引き起こし、前記発電プラントに入力される電力よりも大きな出力電力を生成することによって行われる前記発電プラントを含む装置であって、前記発電プラントは、
   前記イオンの１つ以上の供給源と、
   １つ以上の負に帯電した電極であって、
   前記核融合反応を引き起こすのに十分な運動エネルギーに前記イオンを加速し、
   磁場のない態様で前記イオンを集束させて前記衝突の状態にし、
   前記核融合反応によって形成された正荷電粒子を減速させる、
   ように構成された、１つ以上の負に帯電した電極と、
   １つ以上のブランケットであって、
   前記核融合反応によって形成された中性子から運動エネルギーを収集し、収集した前記運動エネルギーを熱に変換し、
   前記中性子を捕獲することによって追加の核エネルギーを生成し、
   前記追加の核エネルギーを前記ブランケット内で追加の熱に変換し、
   前記正荷電粒子の減速後、前記正荷電粒子の残りの運動エネルギーをさらなる熱として蓄積する、
   ように構成された、１つ以上のブランケットと、
   前記ブランケット内の前記熱、前記追加の熱及び前記さらなる熱を前記出力電力に変換するように構成された変圧器であって、
   水を受け入れて前記水から加圧蒸気を生成する熱交換器と、
   前記加圧蒸気を回転エネルギーに変換するタービンと、
   前記タービンに結合され、前記回転エネルギーを前記出力電力に変換する発電機と、
   を含む変圧器と、
   を備える、前記装置。
2. 前記衝突の状態にされた前記イオンを含むプラズマを拘束する磁場がないことを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記イオンは２つの粒子ビームとして前記衝突の状態にされ、
   前記粒子ビームは共に実質的に電子を含まず、
   前記粒子ビームは共にほぼ等しい平均運動エネルギーを有し、
   前記粒子ビームは共に重陽子からなり、
   前記粒子ビームは共に約１８０度の角度で衝突する、
   請求項１に記載の装置。
4. 球形の形状、容器壁及び中央領域を有し、真空を含むように構成された真空容器と、
   前記容器壁と同心である中心の球形の電極アセンブリとして構成され、前記真空容器の前記中央領域において前記粒子ビームを互いに繰り返し衝突させるように構成された前記負に帯電した電極と、
   前記電極アセンブリの電圧を維持するように構成された電極充電器と、
   少なくとも１つのイオンスパッタ真空ポンプと、
   をさらに含む、請求項３に記載の装置。
5. 前記電極アセンブリは炭素化合物で被覆されている、請求項４に記載の装置。
6. 出力電力の生成プロセスであって、
   １種のイオンであるイオンを衝突させて核融合反応を引き起こし、前記衝突を生じるために用いられた電力よりも大きな出力電力を生成することと、
   前記イオンを生成することと、
   前記核融合反応を引き起こすのに十分な運動エネルギーに前記イオンを静電的に加速することと、
   磁場のない態様で前記イオンを静電的に集束させて前記衝突の状態にすることと、
   前記衝突の間に弾性クーロン散乱によって偏向される前記イオンからの前記運動エネルギーを静電的に再利用することと、
   前記核融合反応によって形成された正荷電粒子を静電的に減速させることと、
   前記核融合反応によって形成された中性子から運動エネルギーを収集し、前記運動エネルギーを熱に変換することと、
   追加の核反応により前記中性子を捕獲して余剰エネルギーを生成し、前記余剰エネルギーを追加の熱に変換することと、
   前記減速の後に残る前記正荷電粒子の運動エネルギーをさらなる熱として蓄積することと、
   前記熱、前記追加の熱及び前記さらなる熱を出力電力に変換することと、
   を含む、プロセス。
7. 請求項６に記載のプロセスによって生成された生成物。
8. 発電プラントが出力電力を生成するように前記発電プラントを組み立てることを含む方法であって、前記出力電力の生成が、１種のイオンであるイオンを衝突の状態にして核融合反応を引き起こし、前記発電プラントに入力される電力よりも大きな前記出力電力を生成することによって行われ、前記組み立てることを実施することで、
   前記イオンの供給源が１つ以上あり、
   １つ以上の負に帯電した電極が、
   前記核融合反応を引き起こすのに十分な運動エネルギーに前記イオンを加速し、
   磁場のない態様で前記イオンを集束させ、
   前記核融合反応によって形成された正荷電粒子を減速させる、
   ように位置し、
   １つ以上のブランケットがあり、前記１つ以上のブランケットは、
   前記核融合反応によって形成された中性子から運動エネルギーを収集して前記運動エネルギーを熱に変換し、
   前記中性子を捕獲することによって追加の核エネルギーを生成し、これにより前記追加の核エネルギーは前記ブランケット内で追加の熱に変換され、
   前記正荷電粒子が部分的に減速した後、前記正荷電粒子の残りの運動エネルギーをさらなる熱として蓄積し、
   前記ブランケット内の前記熱、前記追加の熱及び前記さらなる熱を前記出力電力に変換する、
   ように構成され、前記変換は、
   水を受け入れて加圧蒸気を生成する熱交換器と、
   前記加圧蒸気を回転エネルギーに変換するタービンと、
   前記タービンに結合され、前記回転エネルギーを前記出力電力に変換する発電機と、
   を含む、プロセス。
9. 請求項８に記載のプロセスによって生成された生成物。
10. 単一種のイオンを衝突させて核融合反応を引き起こし、前記衝突を生じるために用いられた電力よりも大きな出力電力を生成することと、
    前記イオンを生成することと、
    前記核融合反応を引き起こすのに十分な運動エネルギーに前記イオンを静電的に加速することと、
    磁場のない態様で前記イオンを静電的に集束させて前記衝突の状態にすることと、
    前記衝突の間に弾性クーロン散乱によって偏向される前記イオンからの前記運動エネルギーを静電的に再利用することと、
    前記核融合反応によって形成された正荷電粒子を静電的に減速させることと、
    前記核融合反応によって形成された中性子から運動エネルギーを収集し、前記運動エネルギーを熱に変換することと、
    追加の核反応により前記中性子を捕獲して余剰エネルギーを生成し、前記余剰エネルギーを追加の熱に変換することと、
    前記減速の後、前記正荷電粒子の残りの運動エネルギーをさらなる熱に変換することと、
    前記熱、前記追加の熱及び前記さらなる熱を出力電力に変換することであって、
    前記熱を水に熱交換して蒸気を生成することと、
    前記蒸気でタービンを回転させることと、
    前記タービンによって発電機を回転させることと、
    を含む前記変換と、
    を備えるプロセス。
11. 真空容器をさらに含み、前記真空容器は、
    内側真空と外側真空を含むように構成された容器壁と、
    前記容器壁内の、ほぼ球形の形状を有する障壁と、
    前記障壁の半径方向内側の中央領域と、
    からなり、
    前記障壁は、
    前記内側真空が前記障壁内に存在し、
    前記外側真空が前記容器壁と前記障壁との間に存在し、
    前記イオンによる前記中央領域への移動が妨げられないように前記障壁が前記イオンの前記１つ以上の供給源に取り付けられ、前記内側真空及び前記外側真空が分離され、
    前記障壁が半径方向外側表面上に導電性の外側コーティングを有する、
    ように構成されている、請求項１に記載の装置。
12. 前記容器壁と同心である中心のほぼ球形の電極アセンブリとして構成され、粒子ビームとして、そして前記真空容器の前記中央領域において互いに繰り返し衝突するように構成された前記負に帯電した電極と、
    前記電極アセンブリの電圧を維持するように構成された電極充電器と、
    少なくとも１つのイオンスパッタ真空ポンプと、
    をさらに含む、請求項１１に記載の装置。
13. 前記障壁の半径方向内側表面上に導電性の内側コーティングをさらに含む、請求項１２に記載の装置。
14. 前記障壁がプロトン伝導体からなる、請求項１２に記載の装置。
15. 前記外側コーティングがステンレス鋼からなる、請求項１２に記載の装置。
16. 前記内側コーティングがチタンからなる、請求項１３に記載の装置。
17. 前記内側コーティングが、炭素、クロム、マンガン、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、パラジウム、銀、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、白金及び金を含む群の少なくとも１つの部材からなる、請求項１３に記載の装置。
18. 前記発電プラントが出力電力を生成している間、前記容器壁は４００℃を超える温度にある、請求項４に記載の装置。
19. 前記発電プラントが出力電力を生成している間、前記障壁は４００℃を超える温度にある、請求項１１に記載の装置。
20. 前記正荷電粒子は陽子及びトリトンを含み、前記発電プラントが出力電力を生成している間、前記障壁は前記正荷電粒子の少なくとも１つを前記内側真空から前記外側真空に伝導する、請求項１１に記載の装置。
21. 前記イオンは２つの粒子ビームとして前記衝突の状態にされ、
    前記粒子ビームは共に実質的に電子を含まず、
    前記粒子ビームは共にほぼ等しい平均運動エネルギーを有し、
    前記粒子ビームは共に重陽子を含み、
    前記粒子ビームは共に約１８０度の角度で衝突する、
    請求項１１に記載の装置。
22. 前記発電プラントが出力電力を生成している間、前記障壁は前記内側真空から前記外側真空に前記重陽子を伝導する、請求項２１に記載の装置。