JPH06299206A

JPH06299206A - 軽水又は重水溶液で常温核融合を起こさせる金属材料の製造方法

Info

Publication number: JPH06299206A
Application number: JP5087151A
Authority: JP
Inventors: Tadahiko Mizuno; 忠彦水野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-04-14
Filing date: 1993-04-14
Publication date: 1994-10-25

Abstract

(57)【要約】【目的】耐久性が高く、かつアルカリ金属に対する表面
活性を有し、軽水又は重水溶液で効率良く常温核融合を
起こさせる金属材料の製造方法を提供することを目的と
する。【構成】水素化物を形成しない単体金属の粉末、又は合
金若しくは単体金属を一旦水素化し、これを粉化した粉
末を成形し、得られた成形体を高真空中にて焼結し、そ
の後、酸又はアルカリ中でアノード溶解することにより
焼結材料表面の不活性被膜を除去することを特徴とする
軽水又は重水溶液で常温核融合を起こさせる金属材料の
製造方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、軽水又は重水溶液で
効率（出力に対する入力エネルギー比）良く常温核融合
を起こさせる金属材料の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
常温核融合を起こすための材料として、Ｐｄ及びその合
金が検討されており、これらの材料を用いて主に重水を
主体とする水溶液系で反応を生起させることが試みられ
ているが、いずれの場合も再現性、効率、さらに制御性
の点で困難が多い。

【０００３】また、重水素−Ｐｄ系の反応を生じさせる
ためには、Ｐｄ中に重水素を過飽和になるまで充填する
必要があり、重水素をＰｄ中に十分入れるためには電極
材料、電極の配置、電解条件等の多数の因子を注意深
く、かつ詳細に調整する必要がある。特に、重水素を用
いて材料を長時間電解すると、材料表面が破壊され粉化
していく現象が生じる場合がある。これは、一つには水
素脆性によるものであり、他は材料表面がアルカリ金属
の侵入によって合金化され破壊されていることである。
このため、これらの減少に耐え得る材料を開発する必要
がある。

【０００４】一方、金属単体の系において、比較的再現
性良く常温核融合が生じたことを示す発熱（過剰熱）が
観察されているが、現在までに報告されている例では、
市販の金属試料では十分な過剰熱は得られてはいない。
この系においても金属によっては長時間電解を継続する
ことによって、上記重水素系と同様の問題が生じてくる
可能性がある。

【０００５】この発明はかかる事情に鑑みてなされたも
のであって、耐久性が高く、かつアルカリ金属に対する
表面活性を有し、軽水又は重水溶液で効率良く常温核融
合を起こさせる金属材料の製造方法を提供することを目
的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】この発明は、第
１に、水素化物を形成しない単体金属の粉末を成形し、
得られた成形体を高真空中にて焼結し、その後、酸又は
アルカリ中でアノード溶解することにより焼結体表面の
不活性被膜を除去することを特徴とする軽水又は重水溶
液で常温核融合を起こさせる金属材料の製造方法を提供
する。

【０００７】第２に、合金又は単体金属を一旦水素化
し、これを粉化して圧縮成形し、得られた成形体を高真
空中にて焼結し、その後、酸又はアルカリ中でアノード
溶解することにより焼結体表面の不活性被膜を除去する
ことを特徴とする軽水又は重水溶液で常温核融合を起こ
させる金属材料の製造方法を提供する。

【０００８】以下、この発明について具体的に説明す
る。この発明の第１の態様においては、水素化物を形成
しない単体金属を用いる。このような水素化物を形成し
ない単体金属としては、Ｎｉ、Ｐｄ、Ａｇ、Ａｕなどが
ある。この単体金属の粉末を成形して成形体を作製する
が、この際の粉末には高純度粉末を用い成形は高圧で加
圧成形することにより行う。焼結は１０^-6〜１０^-5mmHg
程度の高真空中で行われ、その温度は通常、用いる金属
の融点をＴmとすると、０．８〜０．７Ｔm の範囲に設
定される。焼結温度に保持される時間は、材料及びその
大きさ等に応じて適宜決定されるが、１５〜２５時間程
度が好ましい。その後、焼結材料表面をアノード溶解す
ることにより材料表面の不活性被膜を除去する。この場
合にアノード溶解は酸又はアルカリ中で行われるが、用
いられる酸及びアルカリは特に限定されるものでなく、
不活性被膜を除去する観点から適宜選択される。

【０００９】第２の態様においては、水素化する合金又
は単体金属を用い、これらを積極的に水素化したものを
用いる。このような合金としてはＬａＮｉ₅ 、ＴｉＭｎ
_1.5などが挙げられる。また、このような単体金属とし
てはＺｒ、Ｔｉなどが挙げられる。これらの水素化物は
粉化され、好ましくは整粒されて成形される。成形は第
１の態様と同様、高圧で加圧成形することにより行う。
その後焼結され、さらにアノード溶解により表面の不活
性被膜が除去されるが、これらの工程は第１の態様と全
く同様に行われる。

【００１０】以上のように、常温核融合を起こさせる材
料として、第１の態様では水素化しない単体金属を用
い、また第２の態様では積極的に水素化させたものを用
いるので、いずれも電解により破壊される恐れが少な
い。また、アノード溶解により材料表面の不活性被膜を
除去するので、常温核融合反応を生じさせるための電解
に用いられるアルカリ金属に対する表面活性を有してい
る。従って、軽水素又は重水素を用いて効率良く常温核
融合を起こさせることができる。

【００１１】以下、このようにアノード溶解により表面
の不活性被膜を除去した材料を用いた場合における、ア
ルカリ中での電解による常温核融合反応について説明す
る。本発明の材料に対してアルカリ中で電解を行うと、
陰極では以下の（１）式及び（２）式の反応が生じて水
素が発生し、陽極では以下の（３）式の反応が生じて酸
素が発生する。

【００１２】陰極Ｈ₂ Ｏ＋ｅ^- → Ｈ_ads ＋ＯＨ^- ……（１）Ｈ_ads ＋Ｈ₂ Ｏ＋ｅ^- → Ｈ₂ ＋ＯＨ^- ……（２）（Ｈ_ads は金属表面に吸着された水素を示す。）陽極２ＯＨ^- → （１／２）Ｏ₂ ＋Ｈ₂ Ｏ＋２ｅ^- ……（３）そして、全反応を示すと、以下の（４）式のようにな
る。

【００１３】Ｈ₂ Ｏ → Ｈ₂ ＋（１／２）Ｏ₂ ……（４）ここで、（１）式及び（２）式の反応は、代表的な例と
してＮｉ金属上では、夫々以下の（５）式及び（６）式
のように表わすことができる。

【００１４】Ｈ₂ Ｏ＋ｅ^- ＋Ｎｉ → Ｈ・・Ｎｉ＋ＯＨ^- ……（５）Ｈ・・Ｎｉ＋Ｈ₂ Ｏ＋ｅ^- → Ｈ₂ ・・Ｎｉ＋ＯＨ^- ……（６）（Ｈ・・ＮｉはＮｉ金属上に水素が吸着している状態を表わしている。）このとき、水素原子は化学的に極めて活性な状態にな
る。

【００１５】水素発生反応は一般にはこれで説明するこ
とができるが、アルカリ金属イオンがある場合には、電
極表面にアルカリ金属が電析する可能性がある。この際
の陰極反応は、以下の（７）〜（９）式で表わすことが
できる。

【００１６】

【数１】

【００１７】そして、上記（９）式の反応の一部が、次
の（１０）式に示す核反応を誘起することになる。Ｈ＋Ｋ → Ｃａ＋８．３ＭｅＶ ……（１０）この結果、１モルのＫが消費されると約1.9 ×10¹³Joul
e ＝4.6 ×10¹²cal の熱エネルギーが得られることとな
る。

【００１８】ここで、（７）〜（１０）式の反応を生じ
させるためには、金属材料上でＫ⁺イオン及びＨ⁺ イオ
ンを効率良く放電させることが極めて重要である。特
に、通常の材料では、実質的に（５）及び（６）式の反
応のみが生じるために、（１０）式に示す核融合反応は
生じず、従って何等の熱発生も実現されない。

【００１９】しかし、本発明に従って材料表面にアノー
ド溶解を施して不活性被膜を除去することにより、上記
（７）式以下の反応が現実的なものとなり、効率良く
（１０）式の核融合反応が生じるのである。

【００２０】以上は軽水素を用いた例であるが、重水素
系においても同様にアルカリ中で電解することにより、
常温核融合を行うことができる。重水素を用いた場合に
は、上記（１）〜（４）の反応におけるＨをＤに替えた
だけの、（１１）〜（１４）式の反応が生じる。

【００２１】陰極Ｄ₂ Ｏ＋ｅ^- → Ｄ_ads ＋ＯＤ^- ……（１１）Ｄ_ads ＋Ｄ₂ Ｏ＋ｅ^- → Ｄ₂ ＋ＯＤ^- ……（１２）陽極２ＯＤ^- → （１／２）Ｏ₂ ＋Ｄ₂ Ｏ＋２ｅ^- ……（１３）全反応Ｄ₂ Ｏ → Ｄ₂ ＋（１／２）Ｏ₂ ……（１４）この場合に、重水素を吸収しやすいＰｄを電極として用
いると、（１１）及び（１２）式で示される反応は、夫
々以下の（１５）及び（１６）式で表わすことができ
る。

【００２２】Ｄ₂ Ｏ＋ｅ^- ＋Ｐｄ → Ｄ_ads ＋０Ｄ^- ……（１５）Ｄ_ads ・・Ｐｄ＋Ｄ₂ Ｏ＋ｅ^- → Ｄ₂ ・・Ｐｄ＋ＯＤ^- ……（１６）ここで、（１５）の反応からＤがＰｄ中に入り、金属格
子間の安定な位置を占めるようになり、以下の（１７）
式で示される反応が生じる。

【００２３】Ｄ_ads ・・Ｐｄ → ＰｄＤ_abs ……（１７）（Ｄ_abs は金属内部に吸収された重水素を表わす。）（１７）式の反応はＰｄ中の重水素濃度が低いときには
優先的に生ずる。また、電解の際の電流密度が２０ｍＡ
／cm² 程度にならないときには特にこの反応が優先的に
生じる。

【００２４】Ｐｄ中に十分に重水素が入ると次の（１
８）及び（１９）式に示すような反応が生じる。ＰｄＤ_abs ＋Ｄ₂ Ｏ＋ｅ^- → Ｄ_ads ・・ＰｄＤ_abs ＋ＯＤ⁻ ……（１８）Ｄ_ａｂｓ・・ＰｄＤ_abs ＋Ｄ₂ Ｏ＋ｅ^- → Ｄ_ads ・・ＰｄＤ_ads ・・ＰｄＤ_abs ＋ＯＤ^- ……（１９）そして、上の（１９）式から次の（２０）式に示す常温
核融合反応が生じてくる。

【００２５】

【数２】

【００２６】（２０）式の反応は主に金属表面で生じる
ため、（１９）式の反応から（２０）式の反応へ移行す
るためには、金属内部の重水素濃度が高くなることが必
要である。

【００２７】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
先ず、第１の態様に対応する例を示す。水素化物を形成
しない単体金属材料として高純度のＮｉ、Ｐｄ、Ａｇ、
Ａｕの粉末を用い、この高純度粉末を高圧プレスして必
要な形状に成形した成形体を、１０^-6〜１０^-5mmHg程度
の高真空中で、その融点の０．７乃至０．８倍の温度に
て１５〜２５時間保持し、焼結させる。このようにして
得られた焼結材料の表面に活性化処理を施すが、ここで
は、硫酸中でアノード溶解により表面を活性化する。そ
して、アノード溶解と同じ電流密度でカソード処理を行
い、その後、十分蒸留水で洗浄して使用材料とする。

【００２８】Ｎｉを用いた場合の例を具体的に示す。先
ず、平均粒径７５μｍ、純度９９．９％のＮｉ粉末を、
０．４ton ／cm² の成形圧力で高圧プレス成形して、成
形体を得た。この成形体を１０^-4ｍｍＨｇの高真空中に
おいて１２００℃で１２時間保持して焼結させ、直径２
cm、厚さ１mmの焼結体を得た。この焼結体の表面を硫酸
中でアノード溶解して活性化させた、この際の電流密度
は１０ｍＡ／cm² に設定した。その後同じ電流密度でカ
ソード溶解し、蒸留水で十分洗浄して常温核融合用の材
料とした。

【００２９】このようにして得られた材料を用いて常温
核融合の実験を行った。ここでは、純水中にＫ₂ Ｏ₃ を
溶解させて０．５mol ／ｌの濃度とした溶液中で電解を
行ない、過剰熱の測定を行った。なお、過剰熱は入力熱
に対する出力熱の過剰分であり、測定した出力熱と入力
熱との差によって求めた。

【００３０】この実験に用いた装置を図１に示す。熱測
定を行うための熱測定部１は恒温室２内に収容されてお
り、恒温室２の外側には恒温水循環槽３が設けられてい
て、その中を循環する恒温水によって内側の恒温室２内
の温度を制御するようになっている。さらに、恒温室２
にはファン４が設けられており、これにより恒温室２内
雰囲気が攪拌されてその中が恒温に保たれる。

【００３１】熱測定部１は、金属製の密閉された電解セ
ル１０を備えており、その中にアルカリ水溶液が貯留さ
れる。電解セル１０は、その上部に白金黒触媒１１を有
しており、陰極、陽極夫々から発生してくる水素と酸素
とを再結合させ、水に戻す構造となっている。さらに、
この電解セル１０は、二つの白金アノード電極１２、１
３と、試料としてのカソード電極１４を有しており、こ
れらがアルカリ水溶液中に浸漬される。

【００３２】セル１０の上部からは熱電対１５が挿入さ
れており、試料としてのカソード電極１４の温度が測定
される。実際には、試料の上部、中部、下部の三箇所で
測定した。セル１０内のアルカリ水溶液は、マグネティ
ックスターラー１６によって回転子１７を回転させるこ
とにより攪拌されるようになっており、熱電対１５によ
り０．０３℃の精度で温度が測定されるようになってい
る。

【００３３】セル１０の上部には圧力測定端子１８が設
けられており、この端子１８には歪ゲージタイプの圧電
変換器１９が接続されていて、この圧電変換器１９によ
って酸素分圧から直接試料１４中の吸収水素量が求めら
れる。その値は、デジタルボルトメーター２０によりモ
ニターされる。

【００３４】熱の較正は二つの白金電極１２、１３を用
いて行う。ここでは種々の電流密度で行った。温度は上
述したように恒温水循環槽３に循環される恒温水によっ
て行われるが、セル１０にヒーターワイヤー２４が巻回
されており、このヒーターワイヤー２４にヒーター用電
源２５から通電することにより、温度の微調整が可能と
なっている。実際の温度制御は０．１℃の精度で行っ
た。なお、熱電対１５からの出力はデジタルボルトメー
ター２１により監視するようになっている。

【００３５】電解は電源２３により二つの白金電極１
２、１３とカソード電極１４との間に電圧を加えること
により行われる。この際の電圧は、デジタルボルトメー
ター２２によりモニターされる。なお、参照符号２６は
熱電対の標準接合部である。

【００３６】実際の測定に際しては、温度を３０℃前
後、電流密度を１５〜４００ｍＡ／ｃｍ² の範囲に設
定した。その結果、６ワット／ｃｍ² 程度の入力に対し
て、過剰熱が１８〜２４ワット／ｃｍ² 程度となった。
すなわち、入力熱に対して３〜４倍程度の熱が得られる
ことが確認された。この際に、入力熱をｗ_inとし、出力
熱をｗ_out とした場合に、（ｗ_out −ｗ_in）／ｗ_inの値
は、ｗ_inの値によらずほぼ一定となった。他の材料につ
いても同様に、１０〜数１００％の過剰熱量を得ること
が可能である。なお、このようにして長時間電解処理を
行った後のＮｉ試料は劣化、粉化することなく、十分に
耐久性を有することが確認された。

【００３７】次に、第２の態様に対応する例を示す。Ｌ
ａＮｉ₅ 、ＴｉＭｎ_1.5 、Ｚｒ、Ｔｉを一旦水素化させ
て脆化させた後、十分粉化し、整粒して粒径を揃えたも
のを高圧プレスして必要な形状に成形した成形体とし、
１０^-6〜１０^-5mmHg程度の高真空中で、その融点の０．
７乃至０．８倍の温度にて１５〜２５時間保持し、焼結
させる。このようにして得られた焼結材料の表面をアノ
ード処理して活性化処理を施す。

【００３８】ＬａＮｉ₅ を用いた場合の例を示す。先
ず、３０℃、１０気圧のＨ₂ ガス下でＬａＮｉ₅ を水素
化して脆化させた後、十分粉化し、整粒して平均粒径３
０μｍ程度の粉末を得た。この粉末を、０．４ton ／cm
² の成形圧力で高圧プレス成形して成形体を得た。この
成形体を１０^-4ｍｍＨｇの高真空中において１１００℃
で１１時間保持して焼結させ、直径２cm² 、厚さ１mmの
焼結体を得た。この焼結体の表面を硫酸中でアノード溶
解して活性化させた、この際の電流密度は５ｍＡ／cm²
に設定した。その後同じ電流密度でカソード溶解し、蒸
留水で十分洗浄して常温核融合用の材料とした。

【００３９】このようにして得られた材料を用いて、図
１に示す装置にて実験を行った。なお、液組成は上記Ｎ
ｉの場合と同様、純水中にＫ₂ Ｏ₃ を溶解させて０．５
mol／ｌの濃度とした溶液を用いた。電流密度を１〜２
００ｍＡ／ｃｍ² の範囲に設定して電解実験を行ったと
ころ、１０〜１５０％程度の過剰熱が得られた。また、
長時間の電解を行っても試料のＬａＮｉ₅ は劣化、粉化
することがなかった。これらの結果から、本発明によっ
て製造された材料を用いることにより高い耐久性をもっ
て効率良く常温核融合を行えることが確認された。

【００４０】

【発明の効果】この発明によれば、耐久性が高く、かつ
アルカリ金属に対する表面活性を有し、軽水又は重水溶
液で効率良く常温核融合を起こさせる金属材料の製造方
法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の材料を用いて常温核融合実験を行っ
た際に用いた装置を示す概略構成図。

【符号の説明】

１……熱測定部、２……恒温室、３……恒温水循環槽、
１０……電解セル、１２，１３……アノード電極、１４
……カソード電極（試料）、１５……熱電対、１８……
圧力測定端子、１９……圧電変換器、２０，２１，２２
……デジタルボルトメーター、２３……電源。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素化物を形成しない単体金属の粉末を
成形し、得られた成形体を高真空中にて焼結し、その
後、酸又はアルカリ中でアノード溶解することにより焼
結材料表面の不活性被膜を除去することを特徴とする軽
水又は重水溶液で常温核融合を起こさせる金属材料の製
造方法。
【請求項２】合金又は単体金属を一旦水素化し、これ
を粉化して圧縮成形し、得られた成形体を高真空中にて
焼結し、その後、酸又はアルカリ中でアノード溶解する
ことにより焼結材料表面の不活性被膜を除去することを
特徴とする軽水又は重水溶液で常温核融合を起こさせる
金属材料の製造方法。