JPH02276992A - 核融合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は核融合若しくは核融合類似現象の発明に係り、
特に従来必要とされてきた高温環境を要しない所謂室温
核融合に関する。

〔従来の技術〕

従来の核融合反応はプラズマを加熱して高温度にするこ
とによって起こることが知られていた。

しかしこの高温域の形成と保持は大変難かしい。

ところが英国サザンプトン大学のマルチン・フライシュ
マン教授、米国ユタ大学のスタン・ポンズ教授、米国ブ
リガム・ヤング大学のスチーブン・ジョーンズ教授らは
このような高温域の形成、維持を要しない所謂室温核融
合の技術を開発した（朝日新聞、平成元年３月２４日付
第１３版朝刊第３面、同しく３月３０日付第１３版朝刊
第３面、読売新聞、平成元年４月３日付第１２版第２５
面。

電気分析化学と界面電気化学誌４月１０日号（Ｔｈｅ　
ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏａｎａｌｙｔｉ
ｃａｌ　Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄ　Ｉｎｔｅｒｆａｃ
ｉａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ）参照）。

これらの新井開発の核融合はパラジウムを陰電極とし、
プラチナを陽電極とし、容器中に重水を満たして両極間
に電流を流すことにより生じせしめるという簡便かつ画
期的なものである。

また、従来の熱核融合を用いた核融合炉の概念について
は、伏見康治編プラズマ・核融合（弁室出版、昭和５４
年発行）に述べられている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では、未だに加えたエネルギーよりも発生
したエネルギーが少なく、臨界条件を実現していない。

臨界達成には、磁気閉じ込めやプラズマ加熱等にさらに
巨大な施設と費用が要求されている。

本発明の目的は、上記室温核融合によって生じた熱を簡
便な装置で得ることにある。尚以下の説明では、所謂従
来から提唱されてきた核融合と同一原理とは言い切れな
い点も考慮して、核融合類似現象とも言い得るところ、
説明便宜上核融合の語に含めることとする。いずれにせ
よ、重水素を原料として熱エネルギーを得るという点で
は軌を−にするものである。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は重水素ガスの利用により達成される。

本発明の特徴点を以下に列挙する。

（１）気相から重水素を負の電圧を印加した材料に吸収
させ、重水素原子間で核融合反応を行わせる。

（２）重水素ガス気流中でのプラズマ放電により重水素
をイオン化し、材料に吸収させる。

（３）重水素イオンビームにより重水素を材料に吸収さ
せる。

（４）レーザにより重水素ガスをイオン化し材料に吸収
させる。

（５）電子ビームにより重水素ガスをイオン化して材料
に吸収させる。

以上（１）〜（５）において材料は負電圧を印加するも
のを示す。

（６）重水素雰囲気下で基板上に金属及び／またはその
合金の薄膜を形成させるとともに重水素を形成した薄膜
中に吸収させ、該′ａ膜内で核融合反応を行わせるよう
にする。

（７）上記（６）において薄膜形成は重水素ガス気流中
で化学蒸着法により行う。

（８）上記（６）において薄膜形成は重水素ガスを含む
雰囲気中でスパッタにより行う。

（９）上記（６）において重水素ガスで希釈した原料ガ
スを用いたプラズマＣＶＤ法により薄膜を形成する。

（１０）重水素ガスのプラズマで金属および／またはそ
の合金の蒸発粒子をイオン化し、基板上に蒸発粒子と重
水素から成る薄膜を形成させて、該薄膜内で核融合反応
を行わせるようにした。

（１１）重水素イオンビームと単一または複数の金属の
イオンビームを同時に基板に注入する。

（１２）重水素を吸収させた材料に高速に加速したイオ
ンを照射し、そのときに発生する圧力で重水素原子間で
核融合反応を行わせる。

（１３）前記金属或いはその合金が、パラジウム、周期
律表ＩＶａおよびＶａに屈する元素から選ばれるもので
ある。

（１４）前記金属或いはその合金が、金属水素化物を形
成する水素吸蔵合金からなる。

（１５）重水素を吸収した材料にイオンを照射する。

（１６）重水素を吸収した材料をスパッタする。

（１７）圧電、電歪、磁歪の中から選ばれる材料に重水
素を吸収後変位を与え、重水素原子を圧縮し核融合反応
を起こすようにする。

（１８）上記（１３）または（１４）における金属及び
／または合金によるワイヤまたは箔若しくは薄膜に重水
素を吸収させ、核融合反応を起こし、その発生熱を利用
して蒸着基板を加熱する。

（１９）上記各方法で発生した中性子をシリコンの中性
子照射ドーピングに利用する。

（２０）上記各方法で発生した中性子を形成した薄膜の
キヤラクタリゼーシヨンに利用するとともに装置のフィ
ードバック制御を行う。

〔作用〕

パラジウムに吸収された重水素原子は通常第２図に示す
パラジウム結晶（面心立方格子）の八面体位置を占有す
る。そして原子間の反発力のため重水素原子間の距離は
０．２１ｎｍ　以下に接近しないが、表面の第１，２パ
ラジウム原子層間に吸収された重水素原子は表面最上層
パラジウム原子の再配列時に受ける圧力や再結合して分
子状となつた重水素ガスの圧力や印加された電圧により
重水素（Ｄと書く）同士が原子間反発力に抗して接近す
ると下記の反応で融合する。

Ｄ＋Ｄ−＋ｎ＋３Ｈｅ＋３．２７ＭｅＶ　　　Ｐｌ″（
１）Ｄ＋Ｄ−＋ｐ＋Ｔ＋４．０３ＭｅＶ　　　　　Ｐ−
（２）ここでｎは中性子、ｐは陽子、３Ｈｅ　は質量数
３のヘリウムの同位元素、Ｔはトリチウム、ＭｅＶは１
０Ｂ電子ボルトを示す。この反応により重水素を吸収し
た材料は加熱され、この熱を取り出して利用するのが核
融合装置である。

重水素分子（以下、Ｄ２と示す）はまずパラジウム（以
下、Ｐｄと書く）表面で解離吸着する。

重水素（Ｄ）が吸着すると最上層のＰｄ原子が移動し、
第２層のＰｄ原子が現れ、さらにＤが吸着する。さらに
吸着量が増加すると、Ｄは表面下（サブサーフェス）状
態である第１，２Ｐｄ原子間の八面体格子間位置に入る
。その後内部に拡散していき、さらに吸着、吸収が起こ
る。こうした解離吸着では表面の第１，２原子層でたか
だか３．５　モルレヤーのＤ原子しか吸収されない。

しかしＤ２を解離、イオン化しＤ＋として、負の電圧を
印加したパラジウム板に照射すれば表面原子層内のＤ原
子の吸収量を大幅に向上させることができる。Ｄ＋イオ
ンの形成法としてはＤ＋イオンビームを用いる方法、Ｄ
２気流中でのプラズマ放電、レーザー照射、電子ビーム
・照射が有効である。

次にパラジウムの薄膜を蒸着中にＤを薄膜内に吸収させ
ることも実用上の観点から有用である。

Ｄ２で希釈した原料ガスを用いるＣＶＤ、プラグこ ￥￥　Ｄ　、　Ｄ　２を含む雰囲気でのスパッタ　Ｄ２
ガスのプラズマによる蒸発粒子のイオン化蒸着が有効で
ある。

またＤ＋イオンビームまたはＤ−イオンビームはＰｄイ
オンビームと同時に基板上にイオンミキシングしてＤ原
子吸収量を増加させることもできる。またこのようにＤ
を吸収したＰｄに高速イオンを照射し発生した圧力で核
融合反応を行わせることもできる。

〔実施例〕

本発明の核融合方法を実施するための装置の一例を第１
図に示す。

この第１図に示す装置は重水素ガス１とバリアプルリー
クバルブ２と真空容器３と核融合反応を起こす基材５と
、液体ヘリウムで冷却されたクライオパネル６とクライ
オパネル６のシールド７と基板５に電圧を印加する電ｇ
８と基材に対して陽極となる電極９とゲートバルブ１０
と真空排気用ポンプ１１と基材５と熱的に結合した冷却
剤配管４から成る。

重水素ガス１はバリアプルリークバルブ２を通して真空
容器３中に導入され、基材５表面上で解離吸着を起こす
。解離吸着した重水素は表面再構成により表面上状態に
入り込み次第に内部に拡散していく。十分に重水素を吸
収させた後、基材５に電源８により接地した電極９より
負になるよう電圧を印加する。基材５内では前述のよう
な核融合反応が起こり発熱する。この熱を水やヘリウム
などを用いた冷却剤配管４により外部に取り出し。

エネルギー源とする。核融合で生成したヘリウム３やト
リチウムあるいは未反応の重水素ガス等は排気ポンプ１
１で外部に取り出し処理する。クライオパネル６は排気
能力が大きく、また温度レベルの異なるパネルを組み合
わせると重水素とヘリウムを分能して吸着できる。シー
ルド７は液体窒素で冷却し１重水素吸着の際、基材５の
冷却に用いることもできる。

第３図は本発明の他の実施例を示す。グローモートプラ
ズマ源により形成した重水素プラズマ３３を基材Ｓに照
射し、重水素を基材５に吸着、吸収させる。真空容器３
を接地し、電源８により基材５の負の電位に保持し、核
融合反応を起こさせ発熱させる。この熱を冷却剤配管４
により外部に取り出し、エネルギー源とする。グローモ
ードプラズマ源はタングステンフィラメントから成る熱
陰極３１とステンレス鋼製メツシュから成る陽極３２か
ら構成され、熱陰極３１と陽極３２の間の空間で種プラ
ズマを作り、安定な放電が起こるように工夫したプラズ
マ源である。この他にプラズマ源としては通常のグロー
放電、電子サイクロトロン共鳴を利用したＥＣＲプラズ
マ源、マイクロ波を用いたマイクロ波プラズマ源を用い
ることもできる。

第４図は、本発明の他の実施例を示す。１０１はフィラ
メントで、ガス入口１０２より重水素ガスが供給できる
。１０３はパラジウム等のターゲット、１０４は重水素
イオン加速用のグリッドである。１０５はターゲット１
０３に熱的に結合した冷却剤配管であるが、これはヒー
トパイプであってもよい。１０６は液体ヘリウムで冷却
されたクライオパネル、１０７はクライオパネル１０６
のシールドで、液体窒素で冷却する。１０８は中性子じ
ゃへい体、１０９は排気ポンプである。

ガス入口より供給された重水素はフィシメン１〜１０１
部分でイオン化され、グリッド１０４及びターゲット１
０３間に形成された高電圧勾配により加速されてターゲ
ット１０３内に入りこむ。ターゲット１０３内では前述
のように核融合反応が起こり、発熱する。この熱を水や
ヘリウムなどの冷却剤で外部に取り出し、エネルギー源
とする。

核融合で生成したヘリウム３やトリチウムあるいはイオ
ン化していない重水素ガス等は排気ポンプ１０９で外部
に取り出し処理する。クライオポンプ１０６は排気能力
が大きく、また、温度レベルの異なるパネルを組み合わ
せると、重水素とヘリウムを分離して吸着できる。この
場合、ヘリウムのパネルには活性炭などの吸着剤を付け
ておく。

しやへい体１０９は核融合によって生ずる中性子をしや
へいするもので、この全体を水で取り囲んでもよい。

重水素イオンを絞ってビームとし、これをターゲット上
に走査すれば比較的広面積のターゲットを利用でき、発
生エネルギーの増大がはかれる。

第５、図は本発明の他の実施例を示す。バリアプルリー
クバルブ２を通して真空容器３内に導入した重水素ガス
１を照射用窓５３を通してレーザ光５１で照射し、重水
素イオン５２を作り、基材５に吸着、吸収させるもので
ある。レーザとしてはパルス状のＸｅＣ１，ＫｒＦなど
を用いた高出力。

短波長のエキシマレーザがイオン化の点から望ましい。

重水素ガスをイオン化して吸着、吸収させる点から考え
ると第４図において、フィラメント１０１とグリッド１
０４間で電子を発生させ重水素ガスに照射しイオン化す
ることも有効である。

第６図にも本発明の他の実施例を示す。重水素ガス１と
四塩化チタンガス６１はマスフローコントローラ６２に
より任意の組成比になるように調整され、バリアプルリ
ークバルブ２を通して真空容器３中に導入される。そし
てヒータ６４により８００〜１０００℃に加熱された基
板６３上で熱分解を起こし、基板６３上にチタンと重水
素の化合物の薄膜６５が蒸着される。基板６３は電源８
により接地した真空容器３に対し負の電圧が印加される
。薄膜６５内では前述のような核融合反応が起こり発熱
する。この熱を前述のように外部に取り出し、エネルギ
ー源とする。原料ガスとしては塩化物の重水溶液中に重
水素ガスを吹き込み。

真空容器３中に導入することも可能である。また金属の
アルコキシドを用いることもできる。

更に他の実施例を第７図に示す。真空容器３内に設置さ
れたパラジウムのターゲット７１に石英レンズ７２でス
ボツ１へ系を絞ったＮｄ−ＹＡＧパルスレーザ光７３を
照射用窓５３を通して照射し、パラジウム７１をスパッ
タし、基板６３に蒸着させる。ターゲット７１はレーザ
ーパルスに対して常に新しい面が当たるように回転シャ
フト７４に取り付けて回転させる。また蒸着中に重水素
ガス１をバリアプルリークバルブ２を通してノズル７５
から基板に吹き付け、形成される薄膜６５に重水素を吸
収させる。基板６３は電源８により接地した真空容器３
に対し負の電圧が印加される。

薄膜６５内では前述のような核融合反応が起こり発熱す
る。この熱を外部に取り出しエネルギー源とする。スパ
ッタの方法としては、実施例に示したレーザを用いる以
外にも、マグネトロン、イオンビーム、高周波スパッド
等を用いることもできる。

更に他の実施例を第８図に示す。重水素ガス１と四塩化
チタン６１はマスフローコントローラ６２により任意の
組成比になるよう調整され、バリアプルリークバルブ２
を通して真空容器３中に導入される。直流プラズマ発生
のためのカソード８１はモリブデン板で形成され、同じ
モリブデン板で形成された放電防止用シールド板８２で
カバーされている。アノード８３は銅製であり、接地さ
れるとともに冷却水により水冷されている。

基板６３は通電加熱ヒータ６４により６００〜１１００
°Ｃに加熱される。直流放電はＤＣ電源８４により放電
電圧５００Ｖ〜ＩＫＶで行う。このようにして形成され
た薄膜６５内で前述したように核融合反応が起こる。

以上述べた以外にも真空蒸着法やガス中蒸発法素から成
る薄膜を形成し、核融合反応を起こすことができる。

また重水素イオンビームとチタンのイオンビームを同時
に基板に注入し、核融合反応を起こしたり、前もって重
水素を吸収したパラジウムにタンデム加速器で加速した
イオンビームを照射し、核融合反応を促進させることも
できる。

以上の実施例ではパラジウムとチタンを例に挙げて述べ
たが、それらの合金や周期律表ＩＶ　ａ　−Ｖａのバナ
ジウム二ニオブータンタルなどの金属や合金でも同様な
効果が得られる。またＣａＮｉ５゜ＬａＮ１５Ｌ　Ｆｅ
Ｔｉ；ＭｇｚＮｉ　　などの水素吸蔵合金も有効である
。

〔発明の効果〕

本発明によれば室温核融合が簡単な装置で達成でき、産
業上多大な効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る核融合装置の構成図、
第２図はパラジウム中に吸収される重水素の位置を示す
模式図、第３図乃至第８図は夫々本発明の他の実施例に
係る核融合装置の構成図である。 １・・重水素ガス、２・・・バリアプルリークバルブ、
３・・・真空容器、４・・・冷却剤配管、５・・・基材
、６・・・クライオパネル、７・・・シールド、８・・
・ＤＣ電源、９・・・電極、１０・・・ゲートバルブ、
１１・・・排気ポンプ、３１・・・熱陰極、３２・・・
陽極、３３・・・重水素プラズマ、１０１・・・フィラ
メント、１０２・・・ガス入口、１０３・・・ターゲッ
ト、１０４・・・グリッド、１０５・・・冷却剤配管、
１０６・・・クライオパネル、１０８・・・しやへい体
、５１・・・レーザー、５２・・・重水素イオン、５３
・・・照射用窓、６１・・・ＴｉＣΩい６２・・・マス
フローコントローラ、６３・・・基板、６４・・・ヒー
タ、６５・・・薄膜、７１・・・ターゲット、７２・・
・石英レンズ、７３・・・Ｎｄ−ＹＡＧパルスレーザ光
、７４・・・回転シャフト、７５・・・ノズル、８１・
・・カソード、８２・・・シールド板、８３・・・アノ
ード、８４・・・ＤＣ電源。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、気相から重水素を負の電圧を印加した材料に吸収さ
   せ、重水素原子間で核融合反応を行わせるようにしたこ
   とを特徴とする核融合方法。 ２、重水素ガス気流中でのプラズマ放電により重水素を
   イオン化し、材料に吸収させたことを特徴とする請求項
   １記載の核融合方法。 ３、重水素イオンビームにより重水素を材料に吸収させ
   たことを特徴とする請求項１記載の核融合方法。 ４、レーザにより重水素ガスをイオン化し材料に吸収さ
   せたことを特徴とする請求項１記載の核融合方法。 ５、電子ビームにより重水素ガスをイオン化し材料に吸
   収させたことを特徴とする請求項１記載の核融合方法。 ６、重水素雰囲気下で基板上に金属及び／またはその合
   金の薄膜を形成させるとともに重水素を形成した薄膜中
   に吸収させ、該薄膜内で核融合反応を行わせるようにし
   たことを特徴とする核融合方法。 ７、薄膜形成は重水素ガス気流中で化学蒸着法により行
   うことを特徴とする請求項６記載の核融合方法。 ８、薄膜形成は重水素ガスを含む雰囲気中でスパッタに
   より行うことを特徴とする請求項６記載の核融合方法。 ９、重水素ガスで希釈した原料ガスを用いたプラズマＣ
   ＶＤ法により薄膜を形成することを特徴とする請求項６
   記載の核融合方法。 １０、重水素ガスのプラズマで金属および／またはその
   合金の蒸発粒子をイオン化し、基板上に蒸発粒子と重水
   素から成る薄膜を形成させて、該薄膜内で核融合反応を
   行わせるようにしたことを特徴とする核融合方法。 １１、重水素イオンビームと単一または複数の金属のイ
   オンビームを同時に基板に注入したことを特徴とする請
   求項６記載の核融合方法。 １２、重水素を吸収させた材料に高速に加速したイオン
   を照射し、そのときに発生する圧力で重水素原子間で核
   融合反応を行わせるようにしたことを特徴とする核融合
   方法。 １３、前記金属或いはその合金が、パラジウム、周期律
   表IVａおよびＶａに属する元素から選ばれるものである
   ことを特徴とする請求項１乃至１２いずれかに記載の核
   融合方法。 １４、前記金属或いはその合金が、金属水素化物を形成
   する水素吸蔵合金からなることを特徴とする請求項１乃
   至１２いずれかに記載の核融合方法。 １５、重水素を吸収した材料にイオンを照射することを
   特徴とする請求項１乃至１４いずれかに記載の核融合方
   法。 １６、重水素を吸収した材料をスパッタすることを特徴
   とする請求項１乃至１４いずれかに記載の核融合方法。 １７、圧電、電歪、磁歪の中から選ばれる材料に重水素
   を吸収後変位を与え、重水素原子を圧縮し核融合反応を
   起こすようにしたことを特徴とする核融合方法。 １８、請求項１３又は１４記載の金属及び／または合金
   によるワイヤまたは箔若しくは薄膜に重水素を吸収させ
   、核融合反応を起こし、その発生熱を利用して蒸着基板
   を加熱することを特徴とする核融合方法。 １９、請求項１乃至１８いずれか記載の方法にて発生し
   た中性子をシリコンの中性子照射ドーピングに利用する
   ことを特徴とする核融合方法。 ２０、請求項１乃至１８いずれか記載の方法にて発生し
   た中性子を形成した薄膜のキヤラクタリゼーシヨンに利
   用するとともに装置のフィードバック制御を行うように
   したことを特徴とする核融合方法。