JPH03205301A - 水素貯蔵方法、該方法を利用した常温核融合装置および熱エネルギー発生方法 - 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、水素精製・回収装置，ヒートボンブ，水素貯
蔵容器、アクチュエーター，常温核融合等に利用する水
素貯蔵体へ水素を吸蔵させる方法に関するものである。

また、本発明は上述の水素貯蔵方法を利用して水素貯蔵
体に吸蔵させた重水素を反応させて常温核融合を容易に
行なわせる常温核融合装置に関するものである。

さらに、本発明は上述の水素貯蔵方法を利用して入力エ
ネルギーよりも大きな熱エネルギーを得ることができる
エネルギー発生方法に関するものである。

［従来の技術］ 現在、エネルギーの供給源を石油などの化石燃料から、
原子力，太陽などのエネルギー源、さらには高速増殖や
核融合反応などのエネルギー源に切り換えることが考え
られている。これらの新エネルギー源を有効かつ便利に
利用するための２次エネルギー源として、原料が水であ
ること、環境汚染が少ないこと、使用用途が広いこと、
エネルギーの貯蔵手段となり得ること、また、エネルギ
ー輸送を行えることなどから水素の利用が考えられてい
る。

現在の水素の輸送，貯蔵は高圧ガスあるいは液体水素と
して取り扱われている。しかし安全性，輸送・貯蔵効率
経済性の点から見ると必ずしも効率のよい水素貯蔵法で
はない。

近年、水素の貯蔵法として、液体水素と同等あるいはそ
れ以上の密度で水素を貯蔵できる点などから水素貯蔵材
料が注目されている。

従来、水素貯蔵金属などの水素貯蔵体へ水素を貯蔵させ
る方法としては、水素貯蔵体を入れた容器内を数ないし
数十気圧の水素ガスで満たし、金属と水素の２元系から
なる金属水素化物の高圧下での固溶平衡状態を利用し、
水素吸蔵を行う方法がある。

これは通常、水素貯蔵体中の水素含有量が容器内の水素
ガス圧と水素貯蔵材の温度に依存し、金属または合金が
貯蔵材である場合には水素ガスの高圧化、あるいは水素
貯蔵体の低温化とともに水素貯蔵体中の水素含有量は急
激に増加することを利用している。

一方、前述したように新しいエネルギー源として核融合
が考えられているが、従来、核融合プロセスは、重水素
（Ｄ２）とトリチウム（Ｔ２〉の混合ガスを用いて重水
素の高温プラズマを磁場の作用で保持し、Ｄ２とＴ２の
混合ガスを高密度に圧縮してプラズマが飛散する前に反
応させる（慣性閉じ込め）ものである。高温プラズマを
なるべく長い時間閉じ込め、かつ維持するために、非常
に大きくかつ高価なトカマク方式（　Ｄ−Ｔ反応〉の核
融合装置が採用されている。

しかしこのような核融合装置をエネルギー発生源として
用いる場合は、次のような問題点があった。まず、トカ
マク方式の核融合装置においては、核融合反応に用いる
トリチウムおよび核融合を起こさせる装置が非常に高価
であり、かつ装置を設置するために広い場所を必要とし
、さらに核融合反応を起こすために高温プラズマを形或
するので危険が伴うという問題点があった。

しかし最近、水素吸蔵材であるＰｄまたは↑ｉ等の単一
金属を陰極とし、金属イオンを含む重水溶液を電気分解
することによって常温核融合反応（Ｄ−Ｄ反応）させる
といった報告がなされている。例えばｒ　Ｓ．Ｅ．Ｊｏ
ｎｅｓ　ｅｔａｌ，Ｎａｔｕｒｅ３３ｇ（１９８９）７
３７．Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｌｄ　ｎｕ
ｃｌｅａｒ　ｆｕｓｉｏｎ　ｉｎｃｏｎｄｅｎｓｅｄ　
ｍａｔｔｅｒＪでは、電気分解中、高感度測定装置によ
る測定で２．　５ＭｅＶの中性子を検出し、この中性子
の発生によって核融合反応がごく僅かながら起きている
ことを証明している。またこれと同様な実験を行った報
告がｒ　Ｊ．　Ｅ１ｅｃｔ．ｒｏａｎａ’ｌ．Ｃｈｅｍ
．，２６１（１９８９）　３０１　〜３０８，Ｍａｒｔ
ｉｎ　Ｆｌｅｉｓｃｈｍａｎ＆　Ｓｔａｎｌｅｙ　Ｐｏ
ｎｓＪにより成されており、あらためて水素貯蔵体水素
の貯蔵方法が注目されている。

この常温核融合は、重水素を貯蔵し得るＰｄまたはＴｉ
金属単体を陰極にして、重水溶液の電気分解法によって
ＰｄやＴｉが水素を貯蔵した水素化物中で重水素同志を
融合させ核融合反応を行なわせようとするものである。

一方気相中での核融合反応としては、摂氏零下１５０度
の重水素ガス中に水素貯蔵体であるＴｉ棒を挿入するだ
けで大量の中性子を検出し核融合を確認したという報告
が成されている（１９８９年４月ＥＮＥＡ研究所）。

〔発明が解決しようとする課題１ しかしながら、従来の水素吸蔵法においては、水素貯蔵
体に水素を吸蔵させる際に、水素貯蔵体を入れた容器を
高圧にしなければならないため容器爆発等の危険性が伴
うという問題点があった。

一方、電解液の電気分解によって水素貯蔵を行わせ核融
合反応を起こさせる常温核融合法においては、電解液と
して金属イオンを含む重水溶液を用いているために電気
分解の過程で陰極であるＰｄやＴｉ等の表面に重水素Ｄ
２の気泡が付着する。この１１ ため陰極表面の状態を常に均一に保つのが困難であり、
水素の貯蔵および反応を効率よく起こすことができなか
った。さらに、陰極において重水素が発生し、かつ陽極
で酸素が発生するので、発生した重水素と酸素とが反応
して爆発する危険性もあった。そして、さらに、電解液
が抵抗体となって発生するジュール熱による液温度上昇
や電極からのガス放出量が増加する等のために、電極に
印加する電圧を上げることができず、また、水素貯蔵体
を冷却することも困難であった。

従来の熱エネルギー発生方法で得られる熱エネルギーは
それほど大きくなく実用化を考えるには充分でなかった
。また電解液中を流す電流は電極面積当たり〜５００ｍ
Ａ／ｃｍ２程度と比較的大きいが、印加する電圧は１〜
３０ボルト前後と低く、電解液の電気抵抗が低いために
この電圧値を大きくすることができなかった。このため
に水素貯蔵体で構成された陰電極に重水素が吸蔵されて
もまだ充分な高い確率で核融合を起こすまでには至らな
いとういう欠点があった。また重水素ガス中に水素貯１
　２ 蔵体であるＴｉ棒を挿入し核融合を行わせる従来例にお
いては、重水素を多く水素貯蔵体内に貯蔵させるために
零下１５０度という低温を必要とし装置が複雑化すると
いう問題点があった。

本発明は上述の従来技術の問題点を解決するためになさ
れたものであり、高ガス圧下においてはもちろん、数気
圧程度の比較的低いガス圧下においても水素貯蔵体を低
温にすることなく、水素貯蔵体への高濃度の水素貯蔵を
効率よ《行わせることを可能とする水素吸蔵方法を提供
することを目的とする。

また本発明は、水素貯蔵体中に高濃度の重水素を効率よ
く貯蔵し、この貯蔵された重水素によって安定にしかも
効率よく核融合反応を起こさせる常温核融合装置を提供
することを目的とする。

さらに本発明は、実用に供するに充分な高い確率でしか
も制御可能な核融合による熱発生を容易に生じせしめる
エネルギー発生方法を提供することにある。さらには極
少ない電力でより多くのエネルギーを発生させる熱エネ
ルギー増倍方法を提供することを目的とする。

尚、本発明において、水素とは特に断らないかぎり、軽
水素，重水素，トリチウムおよびそれらの混合ガスをも
示すものとする。

また、ここでの常温とはトカマク方式の核融合のような
高温を必要としないという意味で用いていることは言う
までもない。

〔課題を解決するための手段〕

このような目的を達或するための本発明の代表的水素貯
蔵方法は、水素貯蔵体を水素ガス雰囲気中に置き、前記
雰囲気中で放電を生じさせ、前記水素貯蔵体に前記水素
を貯蔵させることである。

また、本発明の代表的常温核融合装置は、水素貯蔵体を
重水素ガス雰囲気中に置き、前記雰囲気中で放電を生じ
させ、前記水素貯蔵体に前記重水素を吸蔵させることに
より常温核融合を行なわせるものである。

さらに、本発明の熱エネルギー発生方法は、重水素ガス
中において水素貯蔵体からなる陰電極と、この陰電極に
対向した陽電極との間に電圧を印加して前記陰電極近傍
に電界を集中させ、少なくとも前記陰電極近傍に放電を
生ぜしめて熱エネルギーを得るものである。

加えて、本発明の他の熱エネルギー発生方法は、電荷を
帯びた重水素を気相中で加速し水素貯蔵体へ誘導，衝突
せしめるものである。

［作　用］ 本発明においては、水素貯蔵体を水素ガス雰囲気下にお
き、この雰囲気中に放電を生じさせることにより水素貯
蔵体中に水素を貯蔵させる。

また、本発明の常温核融合装置においては、水素貯蔵体
を重水素ガス雰囲気下におき、この雰囲気中に放電を生
じさせると共に水素貯蔵体にマイナスの電圧相を持つよ
うに電圧を印加し、水素貯蔵体中に重水素を吸蔵させ、
常温核融合を行なわせる。

さらに本発明の核融合反応を伴う熱エネルギー１　ｂ 発生方法においては、水素貯蔵金属から構成された陰電
極とこれに対向した電極間に重水素ガスを装填し、電極
間に電圧を印加して陰電極近傍に電界を集中させ、少な
くとも陰電極近傍に放電を生じせしめて熱エネルギーを
得るものである。尚、ここで水素貯蔵金属から構威され
た陰電極とは常にマイナス電圧が加えられなくともよく
、時おりプラス電圧が加えられる電極をも含むものとす
る。

上記のように本発明では溶液中での反応過程を有さす、
また電極間に放電を行わしめることにより効率よく水素
貯蔵体への水素貯蔵および核融合反応を行うことができ
る。

水素と水素貯蔵材としての金属または合金との活性化機
構は種々研究されているが、まだ充分に解明されていな
い。しかし一般に水素は金属または合金と主に次のよう
な素反応過程を経て水素化物を形成すると考えられてい
る。

（１）水素分子の合金表面への物理吸着、（２）水素分
子の解離と原子状水素の化学吸着、１　６ （３）水素原子の表面層透過（金属または合金表面に形
成された皮膜およびすでに形成された水素化物層を水素
原子が透過する） （４）水素原子の金属・合金中への拡散・溶解、（５）
飽和水素固溶体からの水素化物の析出、等である。

このような反応過程において、重水素溶液の電気分解に
よる水素貯蔵の場合は、陰極表面に重水素の気泡の付着
などが起こり、水素分子の合金表面への物理吸着などの
過程を妨げていたが、本発明においては溶液中での反応
を行わないため、水素貯蔵材の表面が気泡によって左右
されることなく水素の貯蔵を効率よく行わせることがで
きる。

また放電を行っても陽電極に酸素を生じることがないた
め酸素と重水素との反応による爆発の危険性もない。

さらに水素ガスは一般に知られているように良い絶縁物
であるため電極間に高い電圧を加えることができる。こ
のため水素をイオン化およびラジカル化しやすくまたそ
れらの励起および帯電された水素を陰極へ向けて大きく
加速し水素貯蔵体へあてることができる。この気相中で
の励起および帯電された水素の加速は液相中における加
速より大きくすることができるため反応も効率よく起こ
すことができる。

本発明では２つの電極間で部分放電を生じさせ、水素を
活性化し、水素イオンや水素ラジカルを生成させる。水
素イオンや水素ラジカルは、中性の水素分子に比べ、水
素貯蔵体表面での吸着確率が向上するため、水素貯蔵合
金中への水素の吸蔵が促進され、水素貯蔵体中の水素含
有量が増大する。

水素貯蔵体に電圧が印加されている場合にはイオン化お
よび帯電した水素を集めることができると共に、さらに
加速し水素貯蔵体に打ち込むことができるため、さらに
効率よく水素貯蔵を行いつると共に核融合反応の確率を
上げることもできる。

また本発明においては陰電極を構成する水素貯蔵体に重
水素ガス中の放電により重水素の陽イオン（Ｈ２）＋が
陰電極方向に電界により引張られて集められ重水素を陰
電極に貯蔵させた後、または貯蔵させながら両電極間に
瞬時の高電界電圧を印加して衝撃波電圧による放電を起
こしブレークダウン放電（ここではプラズマ状態が電極
間を貫通した放電路形成に至る放電、いわゆる火花放電
、および全路破壊放電を含む放電を指す）を起こさせて
いる（以後ブレークダウン放電と言う）。このことによ
り高い確率で、または多くの核融合を生じせしめること
ができる。

これはブレークダウン放電により陰電極が局部的に高温
になるばかりでなく、陰電極の水素貯蔵材に衝撃波を生
じせしめて内部の原子（水素貯蔵体の原子ばかりでなく
、重水素原子も）を激しく瞬時に振動せしめることによ
って格子歪を生じさせ、格子の間隙に重水素が侵入しや
すくなるためであると思われる。

またブレークダウンの放電を生じせしめることにより、
陰電極を構成する水素貯蔵体に格子の空１　９ 孔や侵入原子等の格子欠陥を発生させやすくするととも
に強く加速された重水素イオンを水素貯蔵体に当てるこ
とができるため、これらの格子欠陥に重水素原子を多く
侵入させることができ重水素原子間距離を著しく近くす
ることができる。このようにブレークダウン放電を起こ
すことによって、重水素同士の遭遇確率を高めることが
でき核融合を高い確率で、または多く発生させることが
できると考えられる。

また本発明においては、水素貯蔵を行う場合において水
素貯蔵体に接する冷却手段を用いることができるため、
水素貯蔵に伴う水素貯蔵体の発熱を軽減することができ
より多くの水素を効率よく貯蔵させることができる。

（以下余白） ２　０ ［実施例］ まず、本発明の水素貯蔵体への水素の貯蔵方法の概略を
図面に基づいて説明する。

第１図は、本発明における水素貯蔵を行う一概念図装置
である。電源１により水素ガス雰囲気になっている容器
２内の電極３の間で部分放電を生じさせ、水素を活性化
し、水素イオンや水素ラジカルを生戒させる。水素イオ
ンや水素ラジカルは、中性の水素分子に比べ、水素貯蔵
体表面での吸着確率が向上し、水素貯蔵合金中への水素
の吸蔵が促進され、水素貯蔵体中の水素含有量が増大す
る。

水素貯蔵体への水素貯蔵量はその貯蔵材の種類によって
も異なるが、水素貯蔵体の体積の７００〜１０００倍の
水素が吸蔵される。これはほぼ水素ガスを液化した場合
の体積減少率に相当する。

水素貯蔵体を構成する水素貯蔵材としては例えばＰｄ，
　Ｃａ，　Ｍｇ，　Ｔｉ，　Ｚｒ，　Ｖ，　Ｎｂ，　Ｆ
ｅなとの単一金属およびこれらの金属の少なくとも１つ
を用いた合金が用いられる。合金の例としてはＰｄ系合
金やＭｇ＊Ｃｕ，ＭｇＪｉなどのＭｇ系合金ＴｉＦｅ，
　ＴｉＣｏ，　ＴｉＭｎ，　ＴｉＣｒｔなどのＴｉ系合
金ＺｒＭｎａなとのＺｒ系合金などを用いることができ
る。

またＣａやＭｎ（ミッシュメタル）などで代表される希
土類元素を少なくとも１つ含む希土類合金でもよ＜　Ｌ
ａＮｉｓなどのＬａ−Ｎｉ系合金やＣａＭｍＮｉＡｊ２
などのＭｍ−Ｎｉ系合金を用いることができる。

水素貯蔵体の形状としてはシート状，ロッド状，球状，
板状などを適宜用いるとよくまたこれらの形状に限られ
ることなく水素貯蔵を効率よく行いつるような大きな表
面積を有するものであればよい。また水素原子が電極深
部まで効率よく侵入していくように、水素貯蔵体からな
る電極全体ま，、たはその表面に水素貯蔵材の微粒子を
ＣＶＤ法などによって積層することによって形成しても
よい。

本発明で使用するガスとしては、軽水素，重水素，トリ
チュウムを含むガスで核融合を行わしめる場合には重水
素（若干の軽水素，トリチュウムが入っていてもよい）
を用い、核融合を行わない２３ 場合には軽水素を用い、Ａｒ等の希ガスとの混合ガスで
あってもよい。

ガス雰囲気圧力は特に高圧にする必要はなく大気圧程度
でもよく、放電を有効に行わしめることができる圧力で
あればよい。

また、水素貯蔵体に水素を吸蔵させる前に、少なくとも
一度、水素貯蔵体表面を水素雰囲気プラズマでスパッタ
等行い、表面の吸着物除去と同時に表面付近にダメージ
を与え、欠陥を誘発したりした場合にはより効果的に水
素貯蔵を行わせることができる。これは、水素貯蔵体表
面に欠陥があると表面積が増加し、吸着確率が高くなる
ためである。

以下、熱エネルギー発生方法の一例について説明する。

第５図は核融合反応を伴う熱エネルギー発生方法の実施
例を示す概略断面図である。第５図において５ｌは熱エ
ネルギー発生容器、５２は密閉容器、５３は陽電極、５
４は電界が集中するよう構成された陰電極、５５は重水
素ガス、５６は両電極５３および５４２　４ に印加する電圧を選択するためのスイッチＳＷＩ、５７
は一方向電圧印加装置、５８は一方向電圧印加電源、５
９は一方向電圧印加装置５７の出力端子、６０は衝撃電
圧印加装置、６１は衝撃電圧印加装置の出力端子、６２
は電気エネルギーを蓄えるためのコンデンサー、６３は
電気エネルギーをコンデンサー６２に蓄えるための直流
電源、６４はコンデンサー６２に電気エネルギーを蓄え
るために直流電源６３に接続したり、遮断したりするた
めのスイッチＳＷ２　．　６５はコンデンサー６２に蓄
えられたエネルギーを放電させるための火花放電ギャッ
プ、６６はインダクタンス、６７は放電抵抗である。

陰電極５４には一方向電圧印加電源５８によって、陽電
極５３に対して陰極性電圧が印加され、その周辺の電界
が集中しているために陰電極５４の周辺の電界強度は電
離放電（グローコロナ放電等のコロナ放電を意味する）
開始電界強度以上（部分放電状態〉になっている。

このために電離放電開始電界強度以上の陰電極５４の近
傍内の重水素は陽イオンになって電界によって水素貯蔵
体で構成された陰電極５４に引き寄せられ、集められる
。集められた陽イオンは陰電極５４によって中性原子と
なり水素貯蔵体で構成された陰電極５４に貯蔵される。

陰電極５４の表面積当たりの放電電流を増加させれば、
それだけ単位時間当たりに対して効率よく重水素が陰電
極５４を構成する水素貯蔵体に吸蔵される。

このような部分放電を起こすために電極間に加える電圧
は、電極形状によって異るが近似的に知ることができる
。第ｌＯ図は重水素ガスの一般的な放電特性を示し、重
水素ガス中の球電極間の気圧と電極間隙長との積に対す
る絶縁破壊電圧を示している。ここでの電極間の電界は
、ほぼ平等電界であり、従って部分放電に至らずにいき
なりブレークダウン放電すなわち絶縁破壊に至る絶縁破
壊電圧を意味している。この図により部分放電開始電圧
を近似的に知ることができる。

重水素が充分に陰電極５４水素貯蔵体に貯蔵されると、
核融合反応を起こすことができ、この反応によって熱エ
ネルギーを発生させることができる。また、重水素が充
分に陰電極５４を構或する水素貯蔵体に貯蔵された後、
またはこの貯蔵の途中で、スイッチｆｓＷ］．）５Ｂを
一方向電圧印加装置５７の出力端子５９から切り放して
衝撃電圧印加装置の出力端子６１に接続し、両電極５３
および５４間に衝撃電圧印加装置６０により衝撃電圧を
加えることができる。このような電圧を少なくとも１回
以上印加することは核融合反応を高めたり効率増加の上
から有効である。

衝撃電圧印加装置の出力端子６１に陰極性の衝撃電圧を
発生させるには、スイッチ（ＳＷ２）　６４をオンにし
、直流電源６３によりコンデンサー６２に電気エネルギ
ーを蓄える。コンデンサーの充電電圧が所望の電圧まで
充電された後、スイッチ（ＳＷ２）　６４をオフにし、
コンデンサー６２に蓄えられた電気エネルギーを火花放
電ギャップ６５を放電させることによって放電抵抗６７
を通じて放電させる。

このとき放電抵抗６７の両端には衝撃電圧を、衝撃電圧
印加装置６０の出力端子６１には陰極性の衝撃電圧を発
生させることができる。火花放電ギヤッ２　７ ？６５に放電を生じさせるには、このギャップ長を短く
していって放電させるか、このギャップに公知の放電ト
リガーを与えて放電させれば良い。

またスイッチ（ＳＷ２）　６４をオンにしたまま、直流
電源６３の設定電圧を火花放電ギャップ６５に放電を生
じさせるに必要なギャップ間電圧以上まで上昇させて印
加すると、コンデンサー６２の両端電圧が設定された最
高電圧に到達して充電される前に、火花放電ギャップ６
５は絶縁に耐えられなくなって火花放電し、コンデンサ
ー６２に蓄えられた電気エネルギーは瞬時に放電抵抗６
７を通じて放電し、また次に再■び直流電源６３によっ
てコンデンサー６２に電気エネルギーが蓄えられる。そ
してまた火花放電ギャップ６５が放電する。このように
充電と放電を自動的に繰り返すことができる。

第６図は上記の衝撃電圧の波形の一例を示したもので、
さらに詳しくは無負荷状態の衝撃電圧波形を示したもの
である。衝撃電圧の波形においてその立ち上がり領域と
、波高値の１０％と９０％を示す線とが交った２点間を
結んだ直線が、波高値の２　８ Ｏ％と１００％を示す線と交わる２点間の時間、すなわ
ち点Ａと点Ｂとの間をこの衝撃電圧波形の波頭長Ｔ，と
定義する。点Ｂから点Ｃ（衝撃電圧の波形においてその
立ち下がり領域で波高値の５０％を示す線とが交わる点
）までの時間をこの衝撃電圧波形の波尾長Ｔよと定義す
る。

電界が集中するよう構成された電界集中電極の組み合わ
せとしては第５図に示されるような球状陰電極とおわん
状陽電極の組み合わせの他に、第８図および第９図に示
されるような電界集中電極組み合わせを用いることがで
きる。

第８図は同心円筒電極を示す。第８図において５４Ａは
線状の水素貯蔵体から構威された陰電極であり、５３Ａ
は円筒状の陽電極である。第９図は針一平板電極の例を
示す。第９図において５４Ｂは針状の水素貯蔵体から構
或された陰電極であり、５３Ｂは平板状の陽電極である
。

当然のことではあるが、第８図および第９図に示す両電
極５３Ａおよび５４Ａおよび５３Ｂおよび５４Ｂはそれ
ぞれにふさわしい形状の密閉容器５２（第５図参照）の
内部に装填され固定されている。しかも第５図に示した
のと同様に両電極５３Ａおよび５４Ａおよび５３Ｂおよ
び５４Ｂは密閉容器５２とは強電界に充分に絶えられる
ように電気的に絶縁されている。あるいは密閉容器５２
をガラス等の電気絶縁体で構成してもよい。

また電界集中電極としては第５図，第８図，第９図に示
される電極形状に限定されることなく、少なくとも陰電
極に電界集中を行わせることができるものであればよい
。また陰電極ばかりでなく陽電極も陰電極と同じように
電界集中を行なわせてもよい。このような場合には例え
ば針状電極一針状電極の組み合わせ等を用いるとよく、
たとえば一方または両電極を水素貯蔵体による電極とし
、極性の反転するパルス電圧および交流電圧を印加して
もよい。

第５図に示した装置において直流電圧と衝撃電圧とを交
互に印加する場合は次のように行う。尚第７図はその時
の陽電極５３と陰電極５４との間に加えた電圧値の一例
を示している。

衝撃電圧印加装置６０の構成要素であるコンデンサー６
２に直流電源６３によって充電している間、スイッチ（
ＳＷＩ）５６によって陰電極５４を出力端子５９に接続
して一方向電圧印加装置５７によって両電極５３および
５４間に一方向電圧を印加する。その後火花放電ギャッ
プ６５を介してコンデンサー６２に蓄えられた電気エネ
ルギーを放電させる直前にスイッチ（ＳＷＩ）５６によ
って両電極５３および５４を一方向電圧印加装置５７の
出力端子５９から切り放して衝撃電圧印加装置の出力端
子６１に接続し、陰電極５４と陽電極５３との間に衝撃
電圧を印加し放電を行わせる。

このようにスイッチ（ＳＷＩ）５６を交互に切り換えて
電極に直流電圧と衝撃電圧を交互に印加する。

以下、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

笈血△ユ 第２図はパラジウム（Ｐｄ）に重水素（Ｄ２）を貯蔵さ
せる本発明の実施例を示す。

３ １ 真空チャンバ２２にシート状の水素貯蔵体であるＰｄ２
４を入れた後、真空チャンバ２２内に重水素（Ｄ２）を
導入し、ほぼ１気圧にした。この雰囲気のもとで真鍮電
極２３と電源２ｌを用いアーク放電を６０分間生じさせ
、重水素ラジカル、重水素イオン等を発生させ、重水素
ガスを活性化し、Ｐｄ２４表面での吸着を促進させるこ
とによりＰｄ２４中に重水素を貯蔵させた。

尚、重水素を貯蔵させる前に、真空ボンプ２５により真
空チャンバ２２内を真空引きし、これにより水素貯蔵体
に吸着している軽水素あるいは水分等の不純物を除去す
ると、水素貯蔵体への重水素の吸蔵を効果的に行なうこ
とができる。

このようにして得られた水素貯蔵体を不図示の真空槽へ
投入し、真空槽を３　Ｘ　１０−’〜５×１０″″Ｔｏ
ｒｒに排気した後、ハロゲンヒーターにより試料を４０
０℃に加熱処理し、試料から放出される重水素含有量を
差動排気型四重極分析装置（不図示）を用い測定した。

重水素については、ｍ／ｅ＝４の重水素分子イオンのピ
ークを測定することとし、３２ ？イムコンスタント１　ｓｅｃにて加熱開始から３時間
後までのイオンビーク値の積算量を求めた。比較例とし
てアーク放電を行なわなかった場合の水素貯蔵体におけ
るイオンビーク積算量と比べたところ、３％程重水素含
有量が増加していた。

丈嵐立ユ 次に水素貯蔵体であるＰｄ２４にマイナスの電圧を印加
し、他の条件は実施例ｌと同じにした場合を示す。第３
図において第２図■と同様の箇所には同一の符号を付す
。

電源３６を用いてＰｄ２４にマイナス１００ｖの電圧を
印加するこ゛とにより、電極２３と電源２ｌを用いて生
じさせた重水素イオンを積極的にＰｄ２４表面に誘導し
、Ｐｄ２４中に重水素を６０分間吸蔵させた。

実施例１と同様の方法で重水素含有量を測定し、実施例
１の場合と比較したどころ２０％の重水素の含有量の増
加が認められ、水素貯蔵体にマイナス電圧を印加した効
果を認めることができた。

実施例１および２において、重水素ガス圧力を上げるこ
と、アーク放電時間を長くすることにより、さらに重水
素の含有量増加が観測された。

尚、実施例１および２においては、重水素を水素貯蔵体
に吸蔵させる場合を説明したが、軽水素を用いた場合に
おいても同様の結果が得られた。

またＡｒ等の希ガスと水素との混合ガス雰囲気中で水素
貯蔵体に水素を吸蔵させる場合についても同様の効果が
得られることは言うまでもない。また実施例１および２
においては、アーク放電を用いているがグロー放電状態
において水素を貯蔵させても、また電極間に放電路を形
成しない部分放電を行わせた場合においても同様の効果
が得られた。

尚、部分放電を起こす電圧領域では、電圧が高いほど水
素原子が多く励起されるため、水素貯蔵量がさらに増加
することがわかった。

藍急員旦 水素貯蔵体であるＰｄ２４に水素貯蔵を行わせる前に表
面処理を施した例を示す。

水素貯蔵体に水素を吸蔵させる前に、水素貯蔵体である
Ｐｄ２４の表面を水素雰囲気プラズマでスバッタ等行い
、表面の吸着物除去と同時に表面付近にダメージを与え
、欠陥を誘発したものを用いた。

処理を施した水素貯蔵体を第３図で示される装置内に取
りつけ実施例２と同様な方法により水素貯蔵を行わせた
。その後、実施例１で示したのと同様の方法で重水素含
有量を測定し実施例２の場合と比較したところ実施例２
より明らかに重水素の含有量増加が認められた。

尚、本実施例では、水素貯蔵体の表面を処理した例を示
したが、水素貯蔵体の表面またはその全体を水素貯蔵材
の微粒子を積層して形成した場合においても重水素の含
有量の増加が認められた。

次に、重水素を貯蔵させた水素貯蔵体を用いて核融合反
応を起こさせる常温核融合装置について説明する。

笈息飢１ 第４図は本実施例における装置の概略図を示３　５ す。第４図において第３図と同様の箇所には同一の符号
を付す。水素貯蔵体であるＰｄ２４の配された真空チャ
ンバ２２内を真空ボンブ２５でＩ　Ｘ　１０−’Ｔｏｒ
ｒ以下まで排気した後、マスフローコントローラを用い
、流量１０３ＣＣＭで真空チャンバ２２内に重水素ボン
ベ２６から重水素ガスを導入した。

そして、真空チャンバ２２内を重水素雰囲気とし、バブ
ラー２７で重水素の圧力を約１　ａｔｍに調節した。こ
の状態で真空チャンバ２２内に直流電圧電源２ｌによっ
て電極２３に電圧を印加した。この電圧印加によって電
極２３間にアーク放電を生じさせ、重水素イオンや重水
素ラジカルを発生させた。さらに、アーク放電させなが
ら、５℃の冷却水を冷却器２８で循環させながら冷却し
ているパラジウム（Ｐｄ）　２４にマイナス１００■の
電圧を印加し、Ｐｄ２４表面に重水素イオンを誘導・吸
着させながら、Ｐｄ２４中に重水素を貯蔵させ続けた。

水素貯蔵体に重水素を６０分間貯蔵した後実施例１と同
様の方法で重水素含有量を測定したところ実施例２の水
素貯蔵体の冷却を行わない場合に比べ明らかに重水素の
３　６ 含有量増加が認められた。

また同様の実験方法により重水素の貯蔵を行なわせ、こ
の貯蔵の間、真空チャンバ２２のまわりのγ線計測を行
ったところ約１２０時間後、バックグラウンドに対して
約ｌＯ倍のγ線量を検出しＰｄ２４内で常温核融合（Ｄ
−Ｄ反応）が起こったことを確認した。尚、γ線量の測
定については、ｒ　ＮＡＴＵＲＥ，ＶＯＬ．　３３８，
２７，　ＡＰＲＩＬ，１９８９，７３７−，Ｓ．Ｅ．Ｊ
ｏｎｅｓＪに記載されている中性子・γ線測定法を参考
にした。

本実施例においては、装置周辺に液体シンチレー夕を設
置し、γ線量を検出することにより常温核融合反応の有
無を確認した。

東五別玉 実施例４と同様の装置および方法を用い、Ｐｄ２４にマ
イナス５■とマイナス５００ｖの電圧を約２．５分ずつ
印加するというサイクルで繰り返し印加した。

本実施例においては、Ｐｄ２４に電圧を繰り返し印加す
ることにより反応系を積極的に非平衡状態とし、常温核
融合の起こる確率を高くした。

マイナス５■とマイナス５００■の電圧を約５分のサイ
クルで約５０時間繰り返し印加したところ、γ線検出の
バックグランドに対して約２０倍のγ線量を検出し、Ｐ
ｄ２４内で常温核融合をさらに短時間で行なわせること
ができることを確認した。

笈五班旦 実施例５において電圧を印加するサイクルの時間を１０
時間としたところ、５■から５００ｖに電圧を変化させ
る毎に、印加電圧５Ｖのときより５〜ｌＯ倍のγ線量を
検出し、Ｐｄ２４内で常温核融合が起こった事を確認し
た。

また、実施例４．５および６においては、重水素ガスを
用いているが、重水素ガスとＡｒ等の希ガスとの混合ガ
スにおいても有効である。さらに、以上の実施例におい
ては、５℃の冷却水を用いているが５℃以外の温度の冷
却水でもよく、また液体窒素．液体ヘリウムおよび低温
ガス等を用いて冷却を行っても同様の効果が得られるこ
とは言うまでもない。

またさらに、実施例４．５および６において使用した水
素貯蔵体の形状はシート状であるが、これに限るもので
はなく、球状あるいはロツド状等の形状であってもよく
、これらの形状は、冷却を行う基板ホルダーによって貯
蔵体の冷却を効率良く行えるような形状に形成すること
が好ましい。

またさらに実施例４，５および６においては雰囲気圧力
１　ａｔｍの下でアーク放電で行なっているが、１　ａ
ｔｍ以外の雰囲気圧力下でのアーク放電あるいは部分放
電状態においても有効である。

及鳳逍ユ 第５図に示されるような装置を用いて種々の条件下で核
融合反応を伴う熱エネルギー発生を行った例を示す。

ここでは電極形状組み合わせとしては次のものを用いた
。

（１）陽極電極として半径がｌ　Ｏｃｍの半球状の外側
電極を、またその曲率中心に半径が５１Ｉｌｍまたは１
０ｍｍの球状電極（陰電極）を設け、球状の陰電極に電
界を集中させた電極組合わせ、 （２）陽極電極として半径が２．５ｃｍの円筒状の外側
電極を、またその円筒の中心に半径が０．４ｍｍまたは
１．０ｍｍの線状電極（陰電極）を設け、線状の陰電極
に電界を集中させた電極組合わせ、のそれぞれの組合わ
せ電極を用いた。

陽極電極材料はいずれも真ちゅう材料を用いた。陰電極
材料を構威する水素貯蔵体としては、バルクの水素貯蔵
材もしくはその粉末を銅（Ｃｕ）をバインダーにして或
形したものを用いた。水素貯蔵体としてはパラジウム（
Ｐｄ）金属とＣａＭｍＮｉＡ１（０．７５：０．２５：
４．４５：０．５５の比）の合金を用いた。

表ｌにおいて（合金）０はこのＣａＭｍＮＬＡ１合金を
示している。また（Ｐｄ）　”はＰｄ粉末なＣｕをバイ
ンダー（体積比２５％）として成形した電極を意味して
いる。

重水素ガスのガス圧力として大気圧より低い１００Ｔｏ
ｒｒと大気圧より高い１０００Ｔｏｒｒの圧力で実験を
行なった。電極間に印加した直流電圧は一方向電界を与
えるものであれば良く、脈流成分があってもよい。さら
に印加電圧は電界が集中している陰電極近傍において発
生する部分放電開始電圧以３　９ 上の電圧であればよい。

表１の衝撃電圧は前記した定義に基づいた表記で波頭長
Ｔ，＝１マイクロ秒、波尾長Ｔｔ＝４０マイクロ秒の電
圧波形の衝撃電圧を用いた。この衝撃電圧を印加するタ
イミングとして、 （１）直流電圧を印加して重水素を水素貯蔵体で構成さ
れた陰電極に収集し吸蔵させたままの場合。

（２）直流電圧を印加して重水素を水素貯蔵体で構威さ
れた陰電極に収集し吸蔵させながらその間に１０分間隔
ごとに衝撃電圧を印加する場合、（３）直流電圧を印加
して重水素を水素貯蔵体で構成された陰電極に収集し吸
蔵させながらその間に１分間隔ごとに衝撃電圧を印加す
る場合。

（４）直流電圧を印加して重水素を水素貯蔵体で構威さ
れた陰電極に収集し吸蔵させながらその間に１０分間隔
ごとに衝撃電圧をｌｍｓｅｃの間隔で１０回程度印加す
る場合。

のそれぞれの場合を試みた。

なお印加した衝撃電圧の波高値は充分に高い確率で陰電
極と陽電極間を放電路が貫通して放電する（ブレークダ
ウン放電を起こしつる）電圧値を選択して印加した。こ
のような場合は当然ながら印加した衝撃電圧波形の途中
でブレイクダウンに至る。従ってこのときの電圧波形は
途中で裁断された電圧波形となる。

以上のような条件下で核融合反応に伴う熱エネルギー発
生を行うためにまず水素貯蔵体に重水素を貯蔵させるた
めに重水素ガス中の電極間に放電を行い初期状態とした
。

尚この初期状態は、すでに他の方法により水素貯蔵が行
なわれている水素貯蔵体を陰電極に取りつけその後密閉
容器内を重水素ガスで満たすことにより作り出してもよ
い。

その後、先に示した条件および表１に示した条件で電極
間に部分放電とブレークダウン放電を起こさせ熱エネル
ギーを発生させた。

（以下余白） それぞれの実験における両電極で増倍された熱出力の評
価を表１の右欄に示した。電界集中している陰電極材料
として水素貯蔵体でない材料を用いた場合には両電極で
消費された電気エネルギー以上の熱エネルギーは発生し
なかったが、陰電極材料として水素貯蔵体を用いた場合
には両電極で消費された電気エネルギー以上の熱エネル
ギーが陰電極に発生した。

この熱エネルギー量は陰電極材料として水素貯蔵合金で
あるＣａＭｍＮｉＡβを用いたときよりも、また水素貯
蔵材の粉末なＣｕをバインダーとして成形したものを用
いたときよりも、バルク（塊〉状の水素貯蔵金属（Ｐｄ
）を陰電極材料に用いた時の方がより高かった。しかも
衝撃電圧を印加した方が熱エネルギーの発生量が多く、
またＩＯ分間隔よりｌ分間隔で衝撃電圧を印加した方が
熱エネルギーの発生が多く、衝撃電圧をより短い間隔で
印加した方が両電極で消費された電気エネルギー以上の
より多量の熱エネルギーを陰電極に発生させることがで
きた。さらにｌＯ分間隔で１度衝撃電圧４　４ を印加するより、複数回印加した方が多量のエネルギー
を発生させることができた。

また表ｌに示した以外に衝撃電圧波形としてＴ，＝０．
６マイクロ秒、Ｔｔ＝２５マイクロ秒の衝撃電圧を用い
たが前記衝撃電圧波形を印加した時と大差なかった。

また得られる熱エネルギーは印加する直流電圧（一方向
電界を与える電圧）の印加時間、すなわち重水素吸蔵置
にほぼ比例し、衝撃電圧印加回数にもほぼ比例するから
、出力熱エネルギーの制御はこれらのファクターを制御
することによって可能となる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明においては水素貯蔵体を水
素ガス雰囲気におき、この雰囲気中に放電を生じさせる
ことにより高ガス圧下はもちろん、常圧程度から数気圧
の程度の比較的低いガス圧下においても、低温にするこ
となく高濃度で効率よく水素を貯蔵させることができた
。

また本発明の常温核融合装置においては、水素貯蔵体に
印加する電圧を自由に調節でき、また水素貯蔵体の冷却
を行うことができるため、安全性および経済性に優れた
状態で反応を効率よく行わせることができ比較的容易に
常温核融合を起こすことができた。

さらに本発明は高い確率で核融合を比較的容易に生じせ
しめることができ、少ない入力電気エネルギーに対して
実用に供しえるに充分で大きな発熱エネルギーを制御よ
く発生させることができる熱エネルギー発生方法を提供
することができた。

また、水素貯蔵体の電極とこれに対向する電極間に放電
を生じせしめ、しかもこの放電電圧として衝撃電圧を印
加することができるため、反応を効率よく行わせること
ができ比較的容易に熱エネルギーを発生させることがで
きた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明における水素貯蔵を行う装置の概念図、 第２図は本発明の第１の実施例における装置の概略図、 第３図は本発明の第２および第３の実施例における装置
の概略図、 第４図は本発明の第４，第５および第６の実施例におけ
る装置の概略図、 第５図は本発明の第７の実施例における装置の概略図、 第６図は第５図に示した装置による衝撃電圧波形の一例
を示す模式図、 第７図は第５図に示した装置による電圧波形を示す模式
図、 第８図および第９図は第５図に示した装置における電界
集中電極の組み合わせ例を示す図、第１０図は重水素ガ
スの放電特性を示す図である。 １．２１・・・電源、 ２・・・容器、 ２２・・・真空チャンバー ３．２３・・・電極、 ４・・・水素貯蔵体、 ２４・・・パラジウム（Ｐｄ）、 ２５・・・真空ボンブ、 ２６・・・重水素ボンベ、 ２７・・・バブラー ２８・・・熱交換器、 ５ｌ・・・熱エネルギー発生容器、 ５２・・・密閉容器、 ５３．　５３Ａ，　５３Ｂ・・・陽電極、５４，　５４
Ａ，　５４Ｂ・・・陰電極、５６．　６４・・・スイッ
チ、 ５７・・・一方向電圧印加装置、 ５８・・・一方向電圧印加電源、 ５９．　６１・・・出力端子、 ６０・・・衝撃電圧印加装置、 ６２・・・コンデンサー ６３・・・直流電源、 ６５・・・火花放電ギャップ、 ４　８ ６６・・・インダクタンス、 ６７・・・放電抵抗。 ４　９ 第 １０ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）水素貯蔵体を水素ガス雰囲気中に置き、前記雰囲気
   中で放電を生じさせ、前記水素貯蔵体に前記水素を吸蔵
   させることを特徴とする水素貯蔵方法。 ２）前記水素貯蔵体にマイナスの電圧を印加することを
   特徴とする請求項１に記載の水素貯蔵方法。 ３）前記水素貯蔵体を冷却することを特徴とする請求項
   ２に記載の水素貯蔵方法。 ４）表面吸着物除去および／または表面へのダメージの
   付加が施されている水素貯蔵体を用いることを特徴とす
   る請求項２または３に記載の水素貯蔵方法。 ５）全体または表面が粉末の水素貯蔵材により形成され
   ている水素貯蔵体を用いることを特徴とする請求項２ま
   たは３に記載の水素貯蔵方法。 ６）水素貯蔵体を重水素ガス雰囲気中に置き、前記雰囲
   気中で放電を生じさせ、前記水素貯蔵体に前記重水素を
   吸蔵させ、この重水素の常温核融合を行なわせることを
   特徴とする常温核融合装置。 ７）前記水素貯蔵体にマイナスの電圧を印加する電源を
   有することを特徴とする請求項６記載の常温核融合装置
   。 ８）前記水素貯蔵体を冷却する冷却器を有することを特
   徴とする請求項７に記載の常温核融合装置。 ９）前記水素貯蔵体に表面吸着物除去加工および／また
   は表面へのダメージの加工が施されていることを特徴と
   する請求項７または８に記載の常温核融合装置。 １０）前記水素貯蔵体の全体またはその表面が粉末の水
   素貯蔵材により形成されていることを特徴とする請求項
   ７または８に記載の常温核融合装置。 １１）水素貯蔵体からなる電極と、この電極に対向した
   電極との間に重水素ガスを充填し、該電極間に電圧を印
   加して前記水素貯蔵体からなる電極近傍に電界を集中さ
   せ、少なくとも前記水素貯蔵体からなる電極近傍に放電
   を生ぜしめて熱エネルギーを得ることを特徴とする熱エ
   ネルギー発生方法。 １２）前記水素貯蔵体からなる電極を陰電極とすること
   を特徴とする請求項１１に記載の熱エネルギー発生方法
   。 １３）前記水素貯蔵体からなる電極の全体またはその表
   面が水素貯蔵材の粉末により形成されていることを特徴
   とする請求項１１または１２に記載の熱エネルギー発生
   方法。 １４）前記電極が、半球状陽電極と前記半球状陽電極と
   同じ球の中心を有し、前記半球状電極の内部に配された
   水素貯蔵体からなる球状電極を有することを特徴とする
   請求項１１または１２に記載の熱エネルギー発生方法。 １５）少なくとも水素貯蔵体からなる前記電極が針状電
   極であることを特徴とする請求項１１または１２に記載
   の熱エネルギー発生方法。 １６）前記水素貯蔵体からなる電極が線状でありその周
   りに対向する円筒電極を有することを特徴とする請求項
   １１または１２に記載の熱エネルギー発生方法。 １７）前記放電が水素貯蔵体からなる電極近傍での部分
   放電による放電工程と、前記電極間を放電路が貫通する
   ブレークダウン放電工程とを含むことを特徴とする請求
   項１１に記載の熱エネルギー発生方法。 １８）水素貯蔵体からなる電極にあらかじめ水素の貯蔵
   が成された水素貯蔵体を用いることを特徴とする請求項
   １７に記載の熱エネルギー発生方法。 １９）前記ブレークダウン放電を行わせるために電極間
   に衝撃電圧を印加するための衝撃電圧印加装置を用いる
   ことを特徴とする請求項１７に記載の熱エネルギー発生
   方法。 ２０）前記水素貯蔵体からなる電極を陰電極とすること
   を特徴とする請求項１７に記載の熱エネルギー発生方法
   。 ２１）前記水素貯蔵体からなる電極の全体またはその表
   面が水素貯蔵材の粉末により形成されていることを特徴
   とする請求項１７または２０に記載の熱エネルギー発生
   方法。 ２２）前記電極が半球状陽電極と前記半球状陽電極と同
   じ球の中心を有し、前記半球状陽電極の内部に配された
   水素貯蔵体からなる球状電極を有することを特徴とする
   請求項１７または２０に記載の熱エネルギー発生方法。 ２３）少なくとも水素貯蔵体からなる前記電極が針状電
   極であることを特徴とする請求項１７または２０に記載
   の熱エネルギー発生方法。 ２４）前記水素貯蔵体からなる電極が線状であり、その
   周りに対向する円筒電極を有することを特徴とする請求
   項１７または２０に記載の熱エネルギー発生方法。 ２５）電荷を帯びた重水素を気相中で加速し水素貯蔵体
   へ誘導、衝突せしめることを特徴とする熱エネルギー発
   生方法。