JPH06222173A

JPH06222173A - 常温核融合装置

Info

Publication number: JPH06222173A
Application number: JP5085313A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Arata; 吉明荒田; Getsushiyou Chiyou; 月嫦張
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-12-01
Filing date: 1993-03-19
Publication date: 1994-08-12

Abstract

(57)【要約】【目的】常温下で重水素による安定した発熱反応を長
時間にわたり効率良く行なわせる。【構成】パラジウム容器１内にパラジウム粉末２を密
封し、これを陰極６として陽極９と共に電解液８中に置
いて電気分解を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば１５００℃以
下といった利用し易い温度領域において、核融合反応に
基く発熱を効率良く起こさせるための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水酸化リチウムＬｉＯＨまたは重水酸化
リチウムＬｉＯＤの重水Ｄ₂Ｏ溶液中で、パラジウム電
極を陰極として電気分解を行うとき、あるいは高圧重水
素ガス中にパラジウムを置いた時に、常温で核融合反応
が起こることが近年提唱された。また、核融合反応は、
パラジウム電極の表面にパラジウムをプラズマ溶射する
などして粗組織で覆った場合の方が起こり易いことも知
られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、その実験の再
現性は必ずしも良好でなく、反応の規模が小さいために
注入電気エネルギーに対する発生熱量も最大３５％、長
時間の平均値１５％と少なく、実用核融合炉との構造的
な関連が不明であるなどの問題があった。この発明は、
これらの問題の解決を計るものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明は、金属で作ら
れた耐圧容器内に、重水素吸収性が大きい金属の粉末を
充填し、かつこの容器内に重水素ガスを高圧で導入し、
これに適切な温度を与えるものである。

【０００５】この発明の一実施態様では、耐圧容器に重
水素透過性の材料が使用され、重水素吸収性の大きい粉
末を充填したこの容器を陰極として電解質の重水素溶液
中で電気分解を行う。この場合は、上述の温度を与える
手段として、電解質内に生ずる抵抗発熱を利用すること
ができる。

【０００６】この発明の別の実施態様では、耐圧容器に
重水素不透過性の材料が使用され、重水素吸収性の大き
い粉末を充填したこの容器内に高圧で重水素ガスが注入
される。そして、必要に応じ、この容器を所定温度に上
昇させる加温手段が設けられる。この加温手段の一部ま
たは全部として、粉末と重水素ガスの間の溶解発熱を利
用してもよい。

【０００７】上記二個の実施態様の折中として、耐圧容
器の一部を重水素透過性材料で、残部を重水素不透過性
材料で作り、重水素透過性部分を電解質の重水素溶液中
に置き、これを陰極として電気分解を行ってもよい。

【０００８】上記の実用的な重水素不透過性金属として
は、鋼、ステンレス綱などが挙げられ、特に容器の内面
には顕著な不透過性を示す金などをメッキすることが望
ましい。重水素吸収性が大きい金属としては、パラジウ
ム、白金、ニッケル、チタン、アルミニウム、ＬａＮｉ
₅、Ｎａ₂ＷＯ₃等が挙げられ、これらにはその原子数
と同数またはそれ以上の重水素原子を吸収させることが
できるとされている。粉末の粒径は１０オングストロー
ム乃至１ｍｍでよく、特にクラスター状態やアモルファ
ス状態の粉末がよい。重水素透過性の金属としては、上
記した重水素吸収性が大きい金属と同じものを用いるこ
とができる。

【０００９】

【作用】重水素を結合させて核融合反応を起こさせるた
めには、超高温状態にすることによりエネルギーを与え
て重水素イオンを活性化すること、あるいは地球の中心
圧力以上の超圧力を加えて重水素イオン同士の距離を接
近させることが必要とされている。

【００１０】ところが、パラジウム等に重水素を吸収さ
せると、理論的にはパラジウムの原子数と同数またはそ
れ以上の重水素オインを吸収させることができ、その結
果重水素イオン同士の距離をパラジウムの原子間隔と同
等またはそれ以下にまで接近させることができる。これ
は通常の気体圧縮手段では到底到達させることができな
い短かい距離である。従来の常温核融合実験では、パラ
ジウムが理論値の８５％以上の重水素を吸収した場合に
成功する例が多いとされている。

【００１１】パラジウム内の重水素濃度を高める手段の
一つに、溶媒に重水を用いた電解質溶液中での電気分解
がある。電気分解によってパラジウム陰極の表面で発生
した発生機の重水素は、互いに結合して重水素ガスＤ₂
を作る一方で、積極的にパラジウム内にもぐり込むた
め、パラジウム内の重水素濃度はパラジウムを重水素ガ
スＤ₂中に置いた場合よりも効率よく高まり、１００％
に近づき、特にパラジウムの表面付近では、局所的に著
しく高濃度になる。しかし、陰極が棒状や板状の場合
は、陰極体内全体の重水素濃度を高めるのに、かなりの
時間が必要である。

【００１２】パラジウム内の重水素濃度を高めるための
他の手段は、パラジウムを粉末化することである。粉末
化すると、粉末粒子が小さい程パラジウムの表面積が増
大すると同時に、表面から中心部までの距離が短縮され
る結果、短時間内に重水素濃度を上昇させることがで
き、前述の局所的高濃度が得られる範囲も拡がる。特に
粒径が２０オングストローム以下のクラスター状態であ
れば、重水素濃度は瞬時に飽和量に近づく。そしてパラ
ジウム粉末の重水素飽和濃度は、周囲の重水素の圧力が
高い程、そして温度が低い程増大する。核融合反応では
表面機能とその近傍での重水素濃度が重要な因子である
ため、実質的表面積を増大でき、広範囲にわたる局所的
高濃度化を実現出来る超微粒子ほど核反応の効率を増大
させる。

【００１３】常圧のもとで、重水素ガスを吸収させたパ
ラジウムを昇温させると、図１１に示すように、重水素
を吸収した領域Ａから、１０５℃付近で急激に重水素を
放出することによって領域Ｂに移行する。そして、降温
させると、８０℃付近で急激に重水素を吸収して領域Ａ
に戻る。この現象は、これらの移行点近辺でパラジウム
の電子の状態に変化が起こり、これにより重水素の含有
可能状態が変化し、これを運動させるものと考えること
ができ、従来の常温核融合実験で、核融合反応が温液１
００℃前後の沸点近辺で起きている例が多いことと一致
する。パラジウムの表面状態によってはこの領域Ａおよ
び領域Ｂの温度域は変化する。

【００１４】この発明においては、重水素を十分吸収し
たパラジウム粉末が、重水素不透過性のカプセル内に封
入されており、それだけで反応が起こらない場合には、
その状態で図１１の領域Ａから領域Ｂに移される。一般
に、粉末の充填率は６０〜７０％であるから、カプセル
内の空間の体積はパラジウムの体積よりもかなり小さ
い。従って、昇温により重水素が激しく運動を行う状態
に至っても、その極く一部が周囲の空間に放出されるだ
けで空間の圧力が場合によっては数万気圧以上に高ま
り、その結果重水素の多くが粉末粒子内に留まってその
濃度が極端に局在化し、そこで運動を営み、核融合反応
を起こすことになる。

【００１５】また、領域Ａから領域Ｂへ移る際に十分な
核融合反応が起こらなかった場合は、これを領域Ｂから
領域Ａへ戻すと、空間内の重水素が粉末粒子内に飛込む
際に、その界面で濃度が極度に局在化し、核融合反応を
生ずる。このようにして、領域Ａと領域Ｂとにわたって
温度の昇降をくり返すことにより、十分な核融合反応が
起こってくる。

【００１６】しかし、極く最近の実験では、領域Ａから
領域Ｂへの移行を行なわなくても、領域Ａ内の或る適当
な温度の下でも発熱反応が起こることを確認した。

【００１７】一旦十分な核融合反応が発生したら、容器
の周囲の熱媒体より熱交換により取出す熱エネルギーの
量を調節することによって、容器を核融合反応に最適の
温度に維持すれば継続的に発熱反応が起こり、取出した
熱エネルギーは利用に廻すことができる。

【００１８】ここで、仮にカプセル内のパラジウムの実
際の体積を１ｃｍ³とすると、これには大略１０²³個の
パラジウム原子が存在するから、これに重水素を１００
％吸収させると、カプセル内の重水素原子数も大略１０
²³個になる。このカプセルからワット・オーダーの熱を
取出すためには、通常の重水素核融合反応では毎秒１０
¹²個程度反応させれば足りるので、安全に長期間にわた
って発熱を継続させることができる。実用炉では、共通
の熱媒体中に、多数の上述の容器を支持体に取付けたも
の、或いは籠状容器内に多数の容器を収容したものなど
を浸漬する。

【００１９】

【実施例】図１において、１はパラジウム製の容器で、
内部にパラジウム粉末２が充填され、パラジウム製の蓋
３が真空電子ビーム溶接されており、４は溶接部を示
す。これらは、リード線５が取付けられて陰極６を構成
する。７は液槽で、重水酸化リチウムＬｉＯＤの重水溶
液８が満たされ、その中に前記陰極６とこれを囲む円筒
形の白金陽極９とが浸漬されていて、１０は陽極リード
線を示す。

【００２０】リード線５と１０の間に電流を通じると、
電気分解によって生じた発生機の重水素Ｄは、一部は容
器１の壁内に積極的にもぐり込み、残部は互に結合して
重水素ガスＤ₂の気泡となって陰極６の表面に沿って浮
上する。容器１の壁内の重水素原子Ｄの含有量が高まる
と、重水素原子Ｄは容器１の内部空間に放出され、ガス
化する一方で、外表面では発生機の重水素の吸収が続
く。

【００２１】電気分解を継続すると、容器１の重水素内
圧は次第に上昇し、これに伴ってその重水素は粉末２に
吸収され始める。最終的には、容器１の壁及び粉末２内
にはその温度での飽和状態にまで重水素が吸収され、容
器１の表面における発生機の重水素の滲透圧と容器内圧
とはほぼ平衡するに至る。

【００２２】電気分解中、電解液８は抵抗発熱により特
に陰極６の表面近傍で昇温し、陰極６の温度を上昇させ
る。また、重水素原子が容器壁内或いは粉末２内に吸収
される際は溶解熱も発生する。しかし、粉末２内の重水
素濃度が上記の昇温下で飽和状態に近づくと、重水素原
子同士が核融合反応を生じ、上記抵抗発熱及び溶解熱を
上廻る発熱が継続的に発生する。

【００２３】上記発熱の原因を確めるために次のような
実験を行った。実験１図２に示すように、液槽７を魔法瓶１１に収容し、陽極
９の周囲に冷却水管１２を廻らして、陰極６として外径
２０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、内径３ｍｍ、内腔の高さ３８
ｍｍのパラジウム容器内に粒径約５０μｍのパラジウム
粉末を充填したものを用いた。

【００２４】陰極６の内部温度Ｔｃ、陰極表面における
電解液温度ＴＬ、及び管１２に流入する冷却水の温度Ｔ
ｏを６時間ごとに記録しながら、陰極６と陽極９の間に
電流を流し、液温５０〜７０℃で電気分解を行った。電
気分解開始後７０日間は、陰極温度Ｔｃと液温ＴＬの間
に殆ど温度差が無かったが、図３に示すように７０日経
過後から陰極温度Ｔｃと液温ＴＬの間に差が現われ始
め、その差Ｔｃ−ＴＬは時間の経過と共に増大し、最大
３．５℃に達した。

【００２５】図４はこのときの陰極温度Ｔｃを冷却水温
Ｔｏから１℃上げるに必要な入力エネルギー（電気分解
の電力）を６時間ごとに記録したものであり、陰極の昇
温に要するエネルギーが急速に減少していることがわか
る。

【００２６】実験２陰極６として、外径２０ｍｍ、高さ５０ｍｍ、内径１４
ｍｍ、内腔の高さ３８ｍｍのパラジウム容器内に粒径約
０．４μｍのパラジウム粉末を充填したものを用い、実
験１と同要領で実験を行った。

【００２７】電気分解開始後、陰極温度Ｔｃを冷却水温
Ｔｏから１℃上げるに必要な入力エネルギーは、図５に
示すように直ちに減少し始め、約半月後に最低になっ
た。その時の陰極６内の発生エネルギーの入力エネルギ
ーに対する効率εは、図６に示すように約１００％にも
達していた。図７は約１ケ月間の入力エネルギーＱｉｎ
と出力エネルギーＱｏｕｔの関係を示し、最終的には約
３ＭＪの入力に対して約６ＭＪの出力があり、約３ＭＪ
の発熱があったことを示している。

【００２８】実験中、通電電流を２０分間遮断し、電気
分解を停めてみたが、図６に示すように通電再開後速や
かに回復し、電気分解開始当初のような長い伏培期間は
存在しなかった。なお、この実験は液温５０℃〜７０℃
で行なわれており、液温を１００℃付近まで上昇させれ
ば一層効率εが高まることが予想されるが、危険を考慮
して実験を中止し、沸点近傍で実験可能な装置の設計を
行なうことにした。

【００２９】図８に示す実施例では、図１における陰極
６と同様に、パラジウム製容器２１内にパラジウム粉末
２２を充填し、蓋２３を真空電子ビーム溶接により溶接
して得たカプセル２４を耐圧容器２５内に収容し、管２
６を経由してカプセル２４内に重水素ガスＤ₂を圧入し
たものである。２７は管２６に設けたコックである。な
お、容器２１は薄肉の耐圧性が低いものでよい。

【００３０】重水素ガスＤ₂を圧入する際は、図１１に
示されているように温度が低い程多量の重水素ガスを粉
末２２に吸収させることができる。そして、十分な伏培
期間の後に温度を常温乃至１００℃近辺に上昇させるこ
とにより、発熱現象が起こる。

【００３１】図９に示す実施例では、３１はステンレス
鋼製の容器で、内部に小径の空胴３２を有し、空胴３２
の一端には室３３が形成され、それらの内面には金メッ
キが施こされている。室３３には排気管３４及び給気管
３５が接続され、かつ内面に螺条３６が刻まれており、
螺条３６に気密に螺入された螺子３７から空胴３２へ向
って栓３８が伸びている。なお、使用している容器の寸
法は、外径１０ｍｍ、内径２〜５ｍｍ、長さ１００ｍｍ
である。

【００３２】排気管３４はコック３９を経て真空ポンプ
４０に連結され、給気管３５はコック４１及び圧入ポン
プ４２を経てボンベ４３に連結されており、ボンベ４３
内には重水素ガスが収容されている。

【００３３】上述の装置において、先ず空胴３２内に粒
径０．４μｍ前後のパラジウム粉末４４を充填し、螺子
３７を図示の状態まで螺入する。この状態では、栓３８
は空胴３２内へ挿入されておらず、排気管３４及び吸気
管３５は空胴３２に連通している。

【００３４】ここで、コック３９を開いて真空ポンプ４
０を運転し、空胴３２内を真空に排気する。その際、容
器３１及びパラジウム粉末３４を数１００℃に加熱し
て、吸蔵ガスを十分排出させるのが望ましい。

【００３５】次に、コック３９を閉じると共にコック４
１を開き、圧入ポンプ４２を運転して空胴３２内に重水
素ガスを圧入する。その際、容器３１及びパラジウム粉
末３４は、液体窒素などで冷却する。粉末が重水素ガス
を吸収するに必要な時間保持した後、螺子３７を更に螺
入して栓３８を空胴３２の端部に圧入し、排気管３４及
び給気管３５を封止して切断する。

【００３６】上記容器を適当な温度に昇温させ、あるい
は領域Ａと領域Ｂとにまたがる温度サイクルをくり返す
と、粉末内で核融合反応がスタートし、発熱が始まるの
で、周囲の熱媒体より熱エネルギーを取出して、容器を
適温に維持する。

【００３７】図１０に示す実施例では、容器５１は図９
における容器３１と同様な材料よりなる小径筒状の反応
部５２と、その一端に連なるパラジウム製の加圧部５３
とよりなり、その境界部分で例えばセラミック製の絶縁
板５４に支持されている。容器５１内には、両部分５
２、５３を通じて空胴５５が形成され、その内部にパラ
ジウム粉末５６が収容され、かつ高真空に排気されてい
る。

【００３８】加圧部５３の外面には、その表面積を増大
させるためにパラジウム溶射層５７が設けられている。
絶縁板５４は適当な材料で作られた周壁５８と共に電解
槽５９を構成し、その内部には例えば重水酸化リチウム
ＬｉＯＤの重水溶液６０が充たされ、かつ適当な材料よ
りなる陽極６１が液中で容器加圧部５３を囲んで設けら
れている。

【００３９】上述の装置において容器５１の加圧部５３
を陰極として電気分解を行うと、陰極面に発生機の重水
素を生じ、この発生機の重水素は互に結合して重水素ガ
スＤ₂になる一方で、積極的に加圧部５３の体内にもぐ
り込む。加圧部体内の重水素濃度が高まると、その重水
素は空胴５５内に出てガス化する一方、外表面からは発
生機の重水素が連続的に吸入されるため、空胴５５内の
圧力は理論上数千乃至数万気圧にまで高まり、パラジウ
ム粉末５６は多量の重水素を含むに至る。

【００４０】そこで、反応部５２に領域Ａと領域Ｂとに
またがる温度サイクルを与えると、前記実施例と同様に
発熱反応を起こし、発生した熱エネルギーは、反応部５
２の周囲の熱媒体及び電解液６０の双方から取出すこと
ができる。

【００４１】図９に示した実施例では、容器５１を如何
に厳重に封止しても、長年月の間には内部の重水素が漏
出して内圧が低下する可能性があるが、図１０に示した
実施例では、絶えず容器内に重水素が挿入されるため、
内圧の低下を防ぐことができる。

【００４２】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、この
発明によるときは容易に効率良く重水素の核融合反応を
行なわせることが可能になり、大規模な実用炉の設計も
可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例の縦断面図である。

【図２】図１の実施例の動作を確認するための実験装置
の横断面図である。

【図３】図２に示した装置による実験１における各部の
温度の時間的推移を示すグラフである。

【図４】図２に示した装置による実験１における加熱効
率の時間的推移を示すグラフである。

【図５】図２に示した装置による実験２における加熱効
率の時間的推移を示すグラフである。

【図６】図２に示した装置による実験２における発熱効
率εの時間的推移を示すグラフである。

【図７】図２に示した装置による実験２における入出力
エネルギーを対比するグラフである。

【図８】この発明の他の実施例の縦断面図である。

【図９】この発明の更に別の実施例の縦断面図である。

【図１０】この発明の更に別の実施例の縦断面図であ
る。

【図１１】パラジウムの重水素吸収の温度特性線図であ
る。

【符号の説明】

１パラジウム容器２パラジウム粉末６陰極７液槽８電解液９陽極２１パラジウム容器２２パラジウム粉末２５耐圧容器３１重水素不透過性容器３４排気管３８栓４０排気ポンプ４２圧入ポンプ４４パラジウム粉末５２重水素不透過性部分５３重水素透過性部分５６パラジウム粉末５８液槽６０電解液６１陽極

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【手続補正書】

【提出日】平成５年５月１８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００８】上記の実用的な重水素不透過性金属として
は、鋼、ステンレス綱などが挙げられ、特に容器の内面
には顕著な不透過性を示す金などをメッキすることが望
ましい。重水素吸収性が大きい金属としては、パラジウ
ム、白金、ニッケル、チタン、ＬａＮｉ_５、Ｎａ_２ＷＯ
_３等が挙げられ、これらにはその原子数と同数またはそ
れ以上の重水素原子を吸収させることができるとされて
いる。粉末の粒径は１０オングストローム乃至１ｍｍで
よく、特にクラスター状態やアモルファス状態の粉末が
よい。重水素透過性の金属としては、上記した重水素吸
収性が大きい金属と同じものを用いることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重水素吸収性の大きな金属の粉末を内部
に収容した金属製耐圧容器と、この容器内に重水素ガス
を高圧で導入する手段と、内部の金属粉末が重水素ガス
を十分吸収した状態のもとで上記容器を適正な温度に加
温する手段とを有することを特徴とする常温核融合装
置。
【請求項２】上記容器は重水素不透過性であることを
特徴とする請求項１記載の常温核融合装置。
【請求項３】上記容器の少くとも一部分は重水素透過
性材料で形勢されており、上記の容器内に重水素ガスを
高圧で導入する手段は、上記重水素透過性材料部分を陰
極として電解質の重水溶液中で電気分解を行う手段であ
ることを特徴とする請求項１記載の常温核融合装置。
【請求項４】上記容器は全体が重水素透過性材料で形
成され、この容器全体が０極として電解質の重水溶液中
に浸漬されていることを特徴とする請求項１記載の常温
核融合装置。
【請求項５】上記容器は全体が重水素透過性材料で形
成され、かつこの容器は重水素不透過性耐圧性容器内に
収容されていて、この耐圧性容器の内部空間に対して重
水素ガスの圧入手段が設けられていることを特徴とする
請求項１記載の常温核融合装置。