JPH0368894A - 核融合発生装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ この発明は核融合発生装置に関し、特に従来の真空と強
力磁場による核融合プラズマ閉じ込め方式の熱核反応形
核融合炉から脱皮した簡便な新しい核融合発生装置に関
するものである。

［従来の技術］ 従来、大規模集中形エネルギシステムの代表的な未来の
新エネルギ技術として永年に渡って核融合が研究されて
きた。しかし、トカマク方式と呼ばれる方式をはじめと
する核融合炉による熱核融合反応の制御は極限技術や高
度なバイテクノロジーの集積があってはじめて可能であ
り、実用化までにはなお、かなりの期間と莫大な費用を
要することが指摘されており、その前途は漸く悲観的な
様相を呈するに至っている。

このような情勢下において、最近、１９８９年３月２３
日、フイナンシャルタイムズに発表されたフライシュマ
ンとポンズによる成果の報道以来、重水の電気分解によ
る常温核融合の研究が脚光を浴び、前記熱核融合装置と
は比較にならない装置の簡便性に対する魅力も手伝って
世界的な研究ブームが展開されている状況である。これ
らの技術内容については新聞等のトピックス記事として
成果の肯定・否定面とともにセンセイショナルに報道さ
れている段階であるので、ここではその説明は省略する
。なお、上記のような電気分解法では中性子量の収量は
１秒間当り０．３個程度である。

ところが、科学朝日（７月号）　１８９８　Ｐ、１０９
に掲載された記事によれば、１９８９年４月下旬になっ
て、イタリア・フラスカッチ研究所のグループが電気分
解を使わずに極めて静的な方法で低温核融合を起こさせ
ることに成功したという論文を開示している。

第５図はこの文献に示された実験段階の低温核融合装置
の構成説明図である。図において、まず、ステンレス鋼
容器１内に１００ｇｒのチタン２を置き、バルブ４．５
を開いて真空ポンプ３で排気する。

ついで、バルブ４を閉じてバルブ６を開き重水素ガスボ
ンベ７から徐々に重水素ガスを送り、圧力計８で監視し
ながら最終的には５０気圧まで上げて十分にチタン２に
重水素を吸着させる。その後、液体窒素ｌＯを充填した
冷却タンク９にステンレス鋼容器１を浸し、図示しない
バルブ５，６を閉じて温度測定装置で液体窒素温度−１
９６℃の平衡温度に達するまで冷却し、チタン２に重水
素ガスが冷却前よりさらに吸着されたことを確認する。

さらに吸着が進行したことは圧力がより低下することか
ら知られる。なお、１１は図示しない計数装置に接続す
る中性子検出器であり、ステンレス鋼容器１の脇に配置
されている。もしＤ−Ｄ反応（Ｄは重水素原子核）によ
る核融合が反応したときは、中性子が発生するから中性
子検出器１１の出力が増大して計数されるようになって
いる。

以上の構成と状態において、液体窒素が蒸発するにまか
せておくとチタン２の温度も徐々に室温に近くなるまで
に上昇するが、チタン２の温度が上がってゆく途中で、
バックグランドの３５倍という多量の中性子が発生した
ことが観測された。また、この実験法を一寸変えて、重
水素を吸わせたチタン２を真空中に置き、同様の実験、
すなわち液体窒素温度まで冷却したのち徐々に常温にも
どす実験ではさらに収量が増大し、バックグランドの５
００倍もの中性子発生が測定されたとされている。

上記の実験の結果は、最近話題となった前述の電気分解
を行うこともなく、単に重水素ガスの圧力や温度を上げ
たり下げたりするだけで大量の中性子が発生したことを
示すもので、現状では常識はずれの成果というはかなく
、その真偽を確めたくなる程の貴重な注目すべき実験結
果とみなされるものである。

［発明が解決しようとする課題］ 上記のような従来の低温核融合発生装置は、それ以前の
熱核融合炉に代わる可能性を有するものとして、現在研
究の緒にについたばかりの段階にあるものであり、この
発明が解決しようとする課題として取上げることには直
接関係がない技術であると考えられる。課題として強い
ていえば、第５図の従来例の成果以外では、電気分解に
よる核融合方法は前述のように中性子の収量が極めて小
さいから、さらに出力増大へと検討を重ねてゆく必要が
あるということが挙げられる。

この発明は上記の点に鑑みてなされたもので、重水の電
気分解という従来の手段のみに拘泥することなく、また
上記のような温度及び圧力の変化という新しい手段を使
用することなく、単に従来の強電実験的な手段のみによ
って核融合を行わせる核融合発生装置を提供することを
目的とするものである。

［課題を解決するための手段］ この発明に係る核融合発生装置は、重水を反応液として
充填した反応槽内に１対の放電用電極を配設し、この１
対の放電用電極にパルス高電圧を供給する電源からパル
ス電圧を印加して生ずる水発生とその圧力波によって重
水素原子核−重水素原子核（Ｄ　−Ｄ）反応の核融合を
起こさせるようにしたものである。この場合、具体例と
して１対の放電用電極は高融点金属の放電電極とこれを
保持する水素吸着性のよい金属（例えばチタン）の支持
電極とからなるものである。さらに、この放電電極の近
傍の支持電極には支持電極間を橋渡しする状態で低融点
良導体金属の細線を固着し上記のプラズマ放電開始時の
放電起動材を必要に応じて設けることもできる。

また、反応液は通常は重水と水との混合液を用いるが、
これに電解質を添加したものを用いてもよい。

［作　用］ この発明においては、重水中に１対の放電用電極を配設
し、この電極間にパルス高電圧を印加して放電電極間の
領域で水中プラズマ放電を起こすようになっている。こ
のプラズマ放電によって重水Ｄ２０から重水素イオンが
発生し、その除虫じる圧力波によってこの重水素イオン
すなわち重水２　　＋ 累積Ｄ（１Ｈ）が支持電極面に吸着し、その際に重水素
原子核り同志間の衝突（非弾性衝突）反応を起し、よく
知られた下記（１〉式又は（２）式、あるいは（１）　
、　（２）式の同時反応が進行し核融合反応が発生する
と考えられる。ここで、Ｔは三重水素原子核（トリチウ
ム）、ｎは中性子、ｐは陽子（水素の原子核）を示す。

Ｄ＋Ｄ−”　３Ｈｅ＋ｎ　　　　　　−＝（１）Ｄ＋Ｄ
峠Ｔ＋ｐ　　　　　　　　・・・（２）これらの反応に
おいて、核融合反応が発生したか否かはｎ又はｐを検出
することで確認するようになっているが、現状ではｎを
中性子検出器で計測する方法が採用される。

また、１対の放電用電極の放電電極に高融点金属を用い
、支持電極に水素の吸着しやすい例えばチタンやパラジ
ウムなどの金属を用いるので、放電電極が放電によって
損傷されないし、支持電極面にＤが吸着されて取り込ま
れ、この部分でＤ同志の衝突断面積を増大せしめる。

さらに、支持電極間に放電起動材を橋渡しして設けるの
で、最初の電圧印加によってこの起動材を溶断させたと
き反応液中にイオン例えば銀の場合Ａｇ＋が多く存在す
るようになり、引き続いて発生させるパルスプラズマ放
電が比較的低電圧で持続するようになる。なお、この点
に関連して、重水を反応物質とする反応液中に電解質を
添加させた場合は、反応液の電気抵抗が電解質がない場
合より低下するので、上述の放電起動材を用いなくても
、パルスプラズマ放電の起動が容易となる。

［実施例］ 第１図はこの発明による核融合発生装置の一実施例を示
す模式説明図である。また、第２図は第１図の実施例装
置を駆動するパルス電圧発生用の制御電源の一実施例を
示す回路図である。

第１図において、反応槽２１には重水を反応物質（燃料
）とする反応液２２が充填されている。反応液２２は純
重水であることが好ましいが経済性を考慮して通常水で
希釈した重水からなるものであってもよく、あるいは電
解質を少量溶解した通常水との混合液であってもよい。

反応液２２中には１対の放電用電極２３を所定の間隔を
もって対称的に対向するよう配置し、その上部から端子
２４を取出して電極間にパルス高電圧を印加するように
なっている。１対の放電用電極２３はチタンやパラジウ
ム等の水素に対して吸着又は吸蔵性のよい金属からなる
支持電極２３ａと、タングステン、タンタルのような高
融点金属からなる放電電極２３ｂとが一体形成により構
成されている。一対の放電電極２３ｂが対向する側は球
状面体で形成されており、この形状は棒状又は平面状で
あってもよく限定されないが、できるだけ均質かつ再現
性のよい水中プラズマ放電が得られる形状であることが
望ましい。この電極間のギャップは約３ＣＩ１１を基準
として配置される。また、反応液２２の内又は外にはパ
ルス放電のノイズその他に対して電気シールドの良好な
図示しない中性子検出器が配設され、反応生成物の中性
子量を計測するようになっている。

制御電源については第２図にみられるように、電極端子
２４に通常Ｄ　Ｃ２０ｋＶ程度の電圧が印加されるよう
に、Ｃ１〜Ｃ１で示される高耐圧コンデンサ２５が複数
個並列に配置され、正極（＋）側は高耐圧の切替スイッ
チ２６の各端子に接続されており、各コンデンサ２５は
図示しない充電装置によって充電状態に保たれる。なお
、第２図の制御回路はこれに限定されないものである。

１対の放電用電極２３へ印加されるパルス電圧は切替ス
イッチ２６の正極に接続されたニュートラル端子を回転
して切替えることによりコンデンサ２５のＣ１・・・ｃ
ｏに充電された電圧を所定の間隔で周期的に順次印加す
るようになっている。なお充電電圧は２０ｋＶに限定さ
れず、反応液２２の水中放電の難易に応じて調整できる
ようにしておくとよい。

以上のように構成された該融合発生装置において、電極
端子２４にパルス電圧が印加されると、反応液２２の絶
縁破壊が放電電極２３ｂ間で起こり、水中のプラズマ２
７が発生して例えばコンデンサ２５のＣＩに充電された
電荷がパルス放電となって消費される。このプラズマ放
電に伴って重水素イオン（重水素原子核Ｄ）が発生し、
さらに放電による圧力波が付随するので、その圧力によ
って重水Ｄ２０が解離して生じた重水素イオンすなわち
２Ｈ＋と記述される正イオン状態の重水素原子核（Ｄ）
が支持電極２３ａの表面に衝突してトラップされる。こ
のようにして引続いて衝突してきたもう一つのＤと反応
してＤ−Ｄ反応と呼ばれる前述の式（１）又は式（２）
による核融合反応を発生するようになる。このようにし
て得られた核融合は、前述の中性子検出器により計測し
た結果、電気分解による従来法による結果が１秒当り０
．３個の中性子ｎを検出していた収量に対して、数ｌＯ
倍〜数１００倍の収量が得られる。

第３図はこの発明の他の実施例を示す模式説明図である
。図において、第１図及び第２図の実施例装置と同−又
は相当部分には同じ符号を付し、説明を省略する。第３
図に示すように２８は放電電極２３ｂの近傍の支持電極
２３ａを橋渡し状に連結して設けた細線である。この細
ＩＪ！２ｇは銀などの低融点導電体からなる約１關φの
金属線である。その他は第１図の実施例と同一構成であ
る。なお、細線２８は放電電極２３ｂに対して対称の位
置の上側にも設けてもよい。

第３図に示すような構成において、始めに、電極端子２
４にパルス高電圧を印加すると、電流は細線２８を優先
して流れるから、瞬時にしてこの細線が溶断されて、第
４図に示すように断線状態の細線２８ａに示す状態とな
る。このとき、溶断時のスパーク放電によっ゛Ｃ反応液
２２中に図示しないイオン（銀を用いたときはＡｇ　　
）が発生し、放電電極２３ｂのギャップ領域はそれまで
の状態より導電性のよい状態となる。このため、この状
態において第２のパルス電圧が印加されれば放電電極２
３ｂ間の絶縁破壊による放電はしやすくなり、第１図の
場合よりプラズマ放電がおこりやすくなる。すなわち、
第１図の場合より低い電圧の印加で放電を起こすように
なる。このため、放電電極２３ｂの表面をいためないか
ら電極消耗がなくなる効果を有することがこの実施例の
特長である。この効果は、第１図の実施例において、放
電電極２３ｂに高融点金属を用いて放電面における溶融
損失を防止した効果をさらに助長するものとなっている
ことはいうまでもない。さらに、前述のように反応液２
２に電解質を添加して使用するとさらに効果大となる。

なお、上記の実施例においては、いずれも重水を反応物
質とする反応液を用いて１対の放電用電極のみを使用し
て核融合反応を発生する場合について示したが、この手
段を従来の電気分解による核融合装置に付加することも
同様の効果がある。

すなわち、図示は省略するが、従来の電気分解型核融合
装置として、正極を白金又は金で形成し、負極をパラジ
ウム又はチタンで形成して、反応液に重水千金属塩（電
解質）を用いた核融合装置において、この正極・負極の
ギャップ近傍にこの発明による１対の放電用電極を配設
して、これによる上述のようなプラズマ放電の圧力液を
圧力発生装置として併用するようにして負極面における
Ｄ−Ｄ又はＤ−Ｔ反応をさらに促進するようにすること
も可能である。

［発明の効果コ 以上のようにこの発明によれば、重水を反応物質とする
反応液中に浸漬した１対の放電用電極を配置し、この電
極間に起こさせる水中プラズマ放電によって生ずる重水
素イオンの発生と放電に付随する圧力波によってＤ−Ｄ
核反応を行わせるようにしたので、極めて簡単な装置構
成にもかかわらず、Ｄ−Ｄ反応断面積を著しく増大する
ことができ、従来の電気分解形核融合装置で得られる中
性子検出量より２桁以上の高い検出量が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による核融合発生装置の一実施例を示
す模式説明図、第２図は第１図の装置を駆動する制御電
源の回路図、第３図はこの発明の他の実施例を示す模式
説明図、第４図は第３図の装置の細線の溶断の状態を示
す模式図、第５図は文献に示された低温核融合の実験装
置を示す模式図において、２１は反応槽、２２は反応液
、２３は１対の放電用電極、２３ａは支持電極、２３ｂ
は放電電極、２４は電極端子、２５はコンデンサ、２６
は切替スイッチ。 ２７はプラズマ。 ある。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）重水を反応物質とする反応液を充填した反応槽と
   、この反応槽内に配設した１対の放電用電極と、この１
   対の放電用電極にパルス電圧を所定の周期で供給する制
   御電源とを有し、前記１対の放電用電極に前記パルス電
   圧を印加して生ずる重水素イオンの発生とさらに水中プ
   ラズマ放電によって生ずる圧力波によって核融合反応を
   起させることを特徴とする核融合発生装置。
2. （２）１対の放電用電極は、放電電極とこの放電電極を
   保持する支持電極を有し、前記放電電極は高融点金属で
   形成され、前記支持電極は重水素吸着性の強い金属材料
   で形成されたものであることを特徴とする請求項１記載
   の核融合発生装置。
3. （３）放電電極の近傍の支持電極に橋渡し状に低融点良
   導体金属の細線を固着し、この細線をプラズマ放電開始
   時に溶断させる放電起動材としたことを特徴とする請求
   項１又は２記載の核融合発生装置。
4. （４）反応液は電解質を溶解した水と重水との混合液で
   あることを特徴とする請求項１又は２記載の核融合発生
   装置。