JPH0325393A - 核融合燃料要素その製造方法及び核融合発電プラント - 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、水素同位体同士の核融合反応を生ぜしめる有
効な核融合燃料要素に関する。

〔従来の技術〕

核融合反応は将来のエネルギー源として期待が大きく、
巨額な費用を要する１・カマク型実験装置等で検討が続
けられている。この方法は、水素同位体をプラズマ化し
これを電磁気的に加熱しようというものである。しかし
、この方法では、水素同位体のプラズマを約１億度まで
加熱する必要があり、巨大な装置と巨額な費用を要する
。

一方、このような高温ではなく室温付近の低温で核融合
が生じることがジョーンズらにより示された（Ｎａｔｕ
ｒｅ，Ｖｏｌ　３３８，７３７（１９８７））．これは
、パラジウムもしくはチタンの水素吸蔵能力の高い物質
を電極とし、これに電気分解で発生させた重水素を吸蔵
させるものである．この吸蔵された重水素が電極内もし
くは電極表面で重水素同志の核融合反応を起こす。しか
し、この反応の頻度はきめわて小さく、熱源として実用
化するのは不可能である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記従来技術の問題点、すなわち核融合反応
の反応頻度を向上させることにある．特に従来技術では
、重水素を吸蔵させるパラジウムもしくはチタン金属の
結晶構造について配慮されておらず、反応に不可欠な重
水素同志の接近が充分でないという問題があった．水素
同位体同士の核融合反応に対して、その水素同位体原子
同士の近接距離は決定的な意味をもつ．特に低温下では
、水素同位体の運動エネルギーが小さいため、確率的な
衝突頻度が小さい．したがって、水素同位体原子同士を
できるだけ接近させて、融合反応の確立を増大させる必
要がある。

本発明の目的は、固体中に水素同位体を吸蔵させる過程
において、水素同位体同士をできる限り近接させ核融合
反応の発生の確率の高い核融合燃料要素を提供すること
にある． 〔課題を解決するための手段〕 上記目的を達成するためには、体心立方構造の結晶形を
持つ固体中に水素同位体を吸蔵させることで達成される
． 水素同位体の吸蔵能力の高い物質は、パラジウム，チタ
ン等の金属が多く、これらの結晶構造は立方晶，６方晶
，正方晶等である．これら金属に水素回位体が吸蔵され
る場合は、結晶を構成する金属原子同士の隙間の空間に
吸蔵され、この隙間の位置は、金属の結晶構造により必
然的に決まってくるものである．したがって、この隙間
同士の距離、すなわち吸蔵された水素同位体同士の近接
距離も結晶構造で決まってしまう．本発明はこの水素同
位体の吸蔵可能な隙間同士の距離は、結晶構造が立方晶
の体心立方構造のときが最も短くなることに着目したも
のである． この体心立方構造は，結晶の幾何学的形状の一つである
ことから、単一元素でも、複数の元素が混じったもので
あっても何ら差し支えない．また固体の中の一部分が体
心立方構造となっているような物質であっても何ら問題
ない． また上記目的を達成するための水素同位体は、水素，重
水素，三重水素の単独もしくは複数の混合物が有効であ
る．核融合反応を最も生じやすい物質は、三重水素であ
り，これを用いるのが最も良い。しかし、三重水素は、
放射性同位元素であるため取扱いが難しいのと同時にき
わめて高価である。重水素は、非方射性であるのと同時
に３重水素と比較して安価であり、資源的にも問題ない
ので、重水素の使用が最も有効である．〔作用〕 第１図にＷ心立方構造の概略図を示す．体心立方構造は
、その構或原子７によって正立方体の格子１を構成して
おり、構ｒａ．原子７は格子の頂点と立方中心の位置に
存在する．この体心立方格子中に水素同位体を吸蔵させ
ると、この水素同位体は図中の白丸２と黒丸３の位置に
吸蔵されていく。

白丸２は構或原子７からみると構或原子７を頂点とする
正八面体の中心の位置に相当し、八面体配位である。一
方、黒丸は構成原子７を頂点とする正四面体の中心の位
置に相当し，正四面体配位である。この吸蔵された水素
同位体同士の距離は、第１図に示すとおり、八面体配位
同士の距Ｗ１４，四面体配位同士の距離５，八面体配位
と四面体配位同士の距離６の３通りがある． 一方，比較のために第２図に面心立方構造の概略図を示
す．構成原子１４は立方体格子８の頂点と面の中央に存
在する。水素同位体は、第２図の八面体配位位Ｗ１（白
丸）と四面体配位位［１０（黒丸）に吸蔵される．第１
図と比較すれば明らかなごとく、体心立方構造のほうが
、水素同位体の吸蔵位置も多く、その位置同士の距離も
接近している． 表１に、パラジウム金属の体心立方構造と面心立方構造
の結晶中に吸蔵された水素同位体同士の近接距離を比較
して示した．体心立方，面心立方構造ともに八面体配位
と四面体配位位置間の距離が最短であるが、体心立方構
造では面心立方に比較して近接距離が約１／２．５　　
も短い。したがって、水素同位体同士の核融合反応も飛
躍的に増大する。

表１．パラジウム結晶中の水素同位体間距離〔実施例〕 以上、本発明の一実施例を第３図により説明する．第３
図は水素同位体の核融合反応により外部に放出される熱
等のエネルギーを回収するものであり、核融合反応器１
５，熱交換器１６，水素同位体供給器１７，エネルギー
変換器１８、が主な構成機器である。核融合反応器ｌ５
内で生じた水素同位体の核融合反応により放出された熱
エネルギーは熱交換器１６内の熱媒体２１に移行し、熱
媒体２ｌは熱媒体移送用配管２０を経由して、エネルギ
ー変換器１８内で他のエネルギーに変換もしくは熱とし
て有効利用される．熱媒体２１はいずれにしろエネルギ
ー変換器１８内で低温化し、これは再度熱交換器に戻さ
れる．水素同位体は水素同位体供給器ｌ７から水素同位
体供給用配管１９を経由して核融合反応器１５に供給さ
れる。

核融合反応器内には、水素同位体吸蔵物質である体心立
方構造の固体物質が入っている。この固体物質内への水
素同位体の吸蔵方法は何であってもかまわない．また、
体心立方構造の水素同位体の吸蔵材は、水素吸蔵能力の
ある元素から構成されてあれば何であっても構わない．
たとえば，構或原子数と同数の吸蔵能力を有するパラジ
ウム，構ｒＩｉ．原子数の二倍の吸蔵能力があるチタン
が望ましい．＊た、水素吸蔵能力を有する元素と他の元
素との合金もしくは混合物であってもかまわない。

体心立方構造をもつ水素同位体吸蔵材への水素同位体の
吸蔵法は、どのような方法をとってもかまわない。たと
えば、水素同位体吸蔵材を陰極、白金等の貴金属類を陽
極として重水を電気分解すれば、陰極で発生した重水素
が水素同位体吸蔵材中に吸蔵され、重水素同士の核融合
反応により発熱が生じる。また、別の例では、水素同位
体吸蔵材を入れた核融合反応器１５に水素同位体の気体
を高圧で注入することによっても容易に吸蔵可能である
。この場合、水素同位体吸蔵材は液体窒素等で冷却して
あるほうが水素同位体の吸蔵量も多くなり、有利である
。また、水素同位体をあらかじめ液化した後に高圧で注
入すれば、冷却も同時に可能である。

水素同位体を吸蔵する体心立方構造を有する吸蔵材は、
水素同位体の吸蔵速度が大きい方が短時間で核融合反応
を生じさせることができる。したがって、表面積を大き
くすることが可能な、粉末状および切り削状が有利であ
った。また、結晶構造も、単結晶のごとく体心立方格子
が規則正しく配列したものよりも、結晶欠陥が多数存在
する多結晶の方が、水素同位体の吸蔵量も多く有利であ
った． いずれにしても、体心立方構造を有する水素同位体の吸
蔵材に、水素同位体を吸蔵させることで、水素同位体同
士の核融合反応が生じ、その際の発熱を外部に取り出し
、有効利用が可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、固体中に吸蔵させた水素同位体同士の
近接距離をきわめて短縮できるため、水素同位体同士の
核融合反応を高確率で生ゼしぬることができる．したが
って核融合反応により発生する熱を有効に取り出すこと
で、電力，暖房等のエネルギー源として利用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は体心立方格子の構造図及び水素同位体の吸蔵位
置を示す図、第２図は面心立方格子の構造図及び水素同
位体の吸蔵位置を示す図、第３図は本発明の一実施例を
示す概略図である。 １・・・体心立方格子，２・・・体心立方格子の八面体
配位位置，３・・・体心立方格子中の四面体配位位置、
４・・・体心立方格子中の八面体配位位置間の距離、５
・・・体心立方格子中の四面体配位位置間の兇離、６・
・・体心立方格子中の八面体配位位置と四面体配位位置
間の距離、７・・・体心立方格子の構成元素、８・・・
面心立方格子、９・・・面心立方格子中の八面体配位位
置、１０・・・面心立方格子中の四面体配位位置，１１
・・・面心立方格子中の八面体配位位置間の距離、１２
・・・面心立方格子中の四面体配位位置間の距離．１３
・・・面心立方格子中の八面体配位位置と四面体配位位
置間の距離、１４・・・面心立方格子の構戊元素、１５
・・・核融合反応器，１６・・・熱交換器、１７・・・
水素同位体供給器，１８・・・エネルギー変換器、１９
・・・水素同位体供給用配管、２０・・・熱率 ２Ｌ口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、結晶構造が体心立方構造である固体状物質に、水素
   同位体を吸蔵させることを特徴とする核融合燃料要素。 ２、請求項１に記載の固体状物質を、水素吸蔵能力を有
   する単一元素から構成される物質もしくは、水素吸蔵能
   力を有する元素を含む複数の元素から構成される物質で
   あることを特徴とする核融合燃料要素。 ３、請求項１に記載の水素同位体を、水素、重水素、三
   重水素の中のいずれか１つ、もしくは２つ以上の混合さ
   れたものであることを特徴とする核融合燃料要素。 ４、結晶構造が体心立方構造である固体物質に水素同位
   体を吸蔵させることを特徴とする核融合燃料要素の製造
   方法。 ５、結晶構造が体心立方構造である固体物質に水素同位
   体を吸蔵させた核融合燃料要素、前記核融合燃料要素の
   内部あるいは表面での核融合反応による発生熱を除去す
   る冷却材及び冷却材から蒸気を発生させる手段とを有す
   ることを特徴とする核融合発電プラント。 ６、請求項５において、前記核融合燃料要素に水素同位
   体を供給する手段を有することを特徴とする核融合発電
   プラント。