JPH07209457A - 核反応促進方法 - Google Patents

核反応促進方法

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JPH07209457A
JPH07209457A JP6004851A JP485194A JPH07209457A JP H07209457 A JPH07209457 A JP H07209457A JP 6004851 A JP6004851 A JP 6004851A JP 485194 A JP485194 A JP 485194A JP H07209457 A JPH07209457 A JP H07209457A
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JP
Japan
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hydrogen
nuclear reaction
hydrogen storage
heavy
thin film
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Application number
JP6004851A
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English (en)
Inventor
Motohiko Inai
基彦 稲井
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/10Nuclear fusion reactors

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易な構成で水素同位体原子核同士の核反応
を促進する。 【構成】 Pdなどの水素吸蔵膜10及びCe、Yb希
土類元素やUなどのアクチノイド系元素の合金や金属間
化合物で構成される重い電子系薄膜12が積層される。
水素吸蔵膜10には水素の同位体ガスが吸蔵される。重
い電子系薄膜12は充分薄く形成され、水素同位体原子
の濃度勾配及びトンネル効果により水素同位体原子が重
い電子系薄膜12内に高濃度で注入され、核反応が促進
される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は核反応促進方法、特に水
素の同位体原子核相互の核反応を促進させる、重い電子
系を用いた核反応促進方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、エネルギー源としての核分裂
反応、核融合反応の利用が試みられている。核融合反応
に関しては、例えば重水素原子核相互のクーロン相互作
用によるエネルギー障壁はおよそ180keV程度であ
り、通常の室温程度のエネルギーである数10meV程
度の運動エネルギーではこの障壁を越えることは出来
ず、核融合反応は起こり得ない。原子核の運動エネルギ
ーが1〜10keV以上になればトンネル効果によって
エネルギー障壁を越える確立が十分大きくなり、核融合
反応が実用可能な反応レートで起こり得る。この為に必
要な温度は約1億度である。約1億度の比較的稀薄なプ
ラズマ(1019〜1020個/m3 )を長時間(〜1秒)
閉じ込めて出力を得るものがトカマクなどに代表される
磁気的高温プラズマ閉じ込め型の核融合装置であり、現
在のところ投入エネルギーに対して出力エネルギーが等
しくなるいわゆるブレークイーブン条件に近付いてい
る。しかしながら、このような核融合装置は極めて高価
であり、商業ベースにのせるには種々の困難がある。
【0003】一方、約1億度の極めて高密度(液体水素
の千倍以上)のプラズマを形成し、短時間(〜10n
s)に核融合出力を得ようとするのがレーザ、電子ビー
ム、重イオンビームなどを利用した慣性核融合である。
この慣性核融合は有望ではあるものの、ブレークイーブ
ン条件に到達するには未だ遠いのが現状である。また、
前述のトカマク核融合装置と同様に極めて高価となる問
題は生じている。
【0004】ところで、上述した熱核融合反応とはまっ
たく異なった核融合反応として、ミューオンによる触媒
核融合反応が知られている。これは重い負の電荷を持っ
た粒子が正の電荷を持った原子核同士を引き寄せて極め
て小さな分子を形成し、この分子を構成する原子核の波
動関数が他の原子核の位置まで染み出すことにより大き
な確率で原子核のトンネリングが起こることによって生
じるものとされている。負の電荷を持った粒子が電子の
場合には電子の質量が小さいため分子の大きさが〜1オ
ングストロームと大きく波動関数の染み出しが小さいた
めトンネリングの確率が極めて小さくなり、通常の条件
では核融合反応は起こらない。現在、このような重い負
の電荷を持った粒子、ミューオンによる触媒核融合はブ
レークイーブン条件の半分程度の率で核融合反応が起こ
る程度のデータが得られている。しかし、このミューオ
ン触媒核融合ではミューオンの発生に粒子加速器が必要
であり、前述した熱核融合反応と同様に非常に高価な装
置が必要となる。また、ミューオンは有限の寿命(静
止、真空状態で〜2.2μs)しかないため、実用化に
十分な数のミューオンを発生させることは非常に困難で
ある問題がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このように、熱核融合
反応あるいはミューオン触媒核融合反応を用いようとす
る場合、装置構成が非常に高価なものとなるとともに、
実用化には種々の技術的障害が存在する。一方、固体物
理の分野においては、Ce、Ybなどの希土類元素やU
などのアクチノイド系元素の合金や金属間化合物におい
て移動可能な電子の有効質量が自由電子の質量よりも大
きくなり、その密度も金属程度の値が得られることが知
れている。すなわち、クーロン相互作用における電子の
質量があたかも大きくなったような状態を実現すること
が固体中では可能である。有効質量が自由電子の質量よ
りも大きい場合、前述したミューオン触媒核融合と同じ
原理により核融合反応の反応レートが増大する。以下に
有効質量と重水素原子核融合反応(D+D反応)の反応
レートの一例を示す。
【0006】 有効質量(自由電子との質量比) 反応レート(S-1) 207(ミューオン) 〜1012 1 〜3×10-64 10 〜8×10-10 100 〜4×107 1000 〜1013 このように、有効質量が大きくなれば反応レートは著し
く増大し、電子の有効質量が自由電子の質量の百倍以上
であれば重水素などの水素同位体の濃度が十分高い条件
で短時間に核融合反応が起こり得ることになる。
【0007】本発明は上記従来技術の有する課題及び重
い電子系を触媒とした核融合反応の可能性に鑑みなされ
たものであり、高価な装置構成を必要とせず、少ない投
入エネルギーにより核反応を生じさせ得る核反応促進方
法を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の核反応促進方法は、水素吸蔵系及び
重い電子系を用いた核反応促進方法であって、水素吸蔵
膜及び重い電子系薄膜を交互に積層し、前記水素吸蔵系
膜に水素の同位体ガスを吸蔵せしめて前記重い電子系薄
膜との間に水素の同位体原子の濃度勾配を生じさせ、前
記重い電子系薄膜で水素の同位体原子核相互の核反応を
生じさせることを特徴とする。
【0009】また、上記目的を達成するために、請求項
2記載の核反応促進方法は、水素吸蔵系及び重い電子系
を用いた核反応促進方法であって、水素吸蔵系材内部に
粒状の重い電子系材を分散し、前記水素吸蔵系材に水素
の同位体ガスを吸蔵せしめて前記粒状の重い電子系材と
の間に水素の同位体原子の濃度勾配を生じさせ、前記粒
状の重い電子系材内部で水素の同位体原子核相互の核反
応を生じさせることを特徴とする。
【0010】また、上記目的を達成するために、請求項
3記載の記載の核反応促進方法は、請求項1または請求
項2記載の核反応促進方法において、前記水素吸蔵系ま
たは水素吸蔵系材に水素の同位体ガスを吸蔵せしめた
後、所定温度で前記水素吸蔵系材を加熱することを特徴
とする。
【0011】更に、上記目的を達成するために、請求項
4記載の核反応促進方法は、請求項1または請求項2ま
たは請求項3記載の核反応促進方法において、前記水素
の同位体ガスは重水素ガスまたはトリチウムガスあるい
はこれらの混合物であることを特徴とする。
【0012】
【作用】前述したように、電子の有効質量が自由電子の
出量の百倍以上である重い電子系においては水素同位体
の濃度が十分高ければ短時間に核反応が起こり得る。従
って、重い電子系内に高濃度の水素同位体を注入できれ
ば良いが、一般に水素の同位体は分子の状態では物質中
に進入することは困難である。しかしながら、水素の同
位体が原子状になっていれば物質中に存在し、また移動
することが可能となる。
【0013】そこで、請求項1乃至請求項4記載の核反
応促進方法においては、水素吸蔵材料に水素の同位体ガ
スを吸蔵せしめて水素同位体の分子を原子状態に解離
し、重い電子系材料に注入させる。なお、請求項1記載
の核反応促進方法においては、水素吸蔵系材料を膜状に
形成し、重い電子系を薄膜状に形成して交互に積層し、
重い電子系材料が水素同位体に対する親和力がなくても
水素同位体原子を注入できるように重い電子系を十分薄
く形成し、トンネル効果を利用して水素同位体原子が水
素吸蔵材料から重い電子系材料に移動できるようにして
いる。
【0014】また、請求項3記載の核反応促進方法にお
いては、水素の同位体ガスを水素吸蔵材料に吸蔵させた
後、加熱することにより水素同位体原子が重い原子系材
料に移動するのを促進し、より速やかに核反応を生じさ
せる。
【0015】
【実施例】以下、図面を用いながら本発明の核反応促進
方法の実施例について説明する。第一実施例 図1には本発明の核反応促進方法を説明する模式図が示
されている。Pd等の水素吸蔵材で形成された水素吸蔵
膜10及びCe、Ybなどの希土類元素やU等のアクチ
ノイド系元素の合金や金属間化合物の重い電子系で形成
された薄膜12が交互に積層されている。なお、重い電
子系薄膜12の材料としては、具体的にはCeCu2
2 、UBe13、UPt3 、NpBe13、U2 Zn17
UCd11、CeAl3 、CeCu6 、YbCuAl、P
0.7 0.3 Al2 等を用いることができる。なお、こ
のような積層構造はスパッタリング法などの従来の薄膜
形成法を用いることが可能である。
【0016】水素吸蔵膜10と重い電子系薄膜12を交
互に積層した後、水素吸蔵膜10に水素の同位体として
例えば重水素ガスを水素吸蔵膜10に吸蔵させる。Pd
やVなどの水素吸蔵材料に水素同位体ガスを吸蔵させる
と、水素同位体の分子は自発的に解離し、固体中に拡散
していく。また、水素同位体の原子核の密度はほぼ〜1
22個/cm3 程度となる。このように、水素同位体の
分子が解離した状態で水素吸蔵膜10内に吸蔵されてい
るため、水素同位体の原子を重い電子系薄膜12に高濃
度で注入することが可能となる。また、重い電子系薄膜
の膜厚を数百オングストローム程度に設定することによ
り、重い電子系薄膜12が水素同位体に対する親和力が
なくてもトンネル効果により水素同位体が重い電子系薄
膜12内に移動できるようになる。このように、重い電
子系薄膜12内に高濃度で水素同位体の原子を注入する
ことにより、ミューオン触媒核融合と同様の原理により
室温程度においても水素の同位体原子核相互の核反応を
促進することができる。
【0017】なお、水素同位体原子の重い電子系薄膜1
2への移動を活発にすべく、水素吸蔵膜10を加熱する
ことも考えられる。この場合には、水素吸蔵膜10内の
水素同位体密度を維持するために別途加圧が必要にな
る。
【0018】また、水素吸蔵膜10を加熱した場合に
は、重い電子系薄膜12の温度もある程度上昇すること
になり、電子の有効質量が温度上昇に伴って小さくなる
場合があり得る。すなわち、重い電子系材には臨界温度
に相当する特性温度が存在し、この特性温度以上に重い
電子系材の温度が上がると、もはや電子の有効質量が低
温時の値を示さなくなるのである。この特性温度は材質
により異なる値をとり、ほぼ室温程度であると考えられ
ているので、水素吸蔵膜10を加熱した後には、重い電
子系薄膜12を特性温度以下に設定すべく、必要に応じ
て重い電子系薄膜12を冷却することにより、確実に核
反応を促進することができる。
【0019】第二実施例 図2には本実施例での核反応促進方法を説明する模式図
が示されている。容器14内にはPdなどの水素吸蔵材
16が配置され、この水素吸蔵材16内にCeやYbな
どの希土類元素やUなどのアクチノイド系元素の合金や
金属間化合物から成る重い電子系材が粒状となって分散
している。半導体微細加工技術を用いて、粒状の重い電
子系材18を水素吸蔵材16内にマトリクス状に分散さ
せても良い。そして、容器14内を水素の同位体ガス、
例えば重水素ガスやトリチウムガスなどで加圧し、水素
吸蔵材16に水素の同位体ガスを吸蔵させる。本実施例
においても、水素の同位体は水素吸蔵材16内で自発的
に解離し、重い電子系材18との濃度勾配により重い電
子系18内に原子或いはイオンとして、浸透していく。
粒状の重い電子系材18を十分小さくすることにより、
水素同位体の原子が重い電子系材18に対する親和力が
なくてもトンネル効果により重い電子系材18内に進入
する。重い電子系材18内に高密度の水素の同位体原子
が注入されることにより、重い電子の触媒により非常に
高い反応レートで水素同位体原子核同士の反応が起こり
得る。
【0020】なお、本実施例においても、前述した第一
実施例と同様に水素吸蔵材16をヒーター20などによ
り加熱して水素同位体原子の重い電子系材18への移動
をより活発にすることができる。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の核反応促
進方法によれば、高価な装置構成を用いることなく、か
つ非常に少ない投入エネルギーで水素同位体原子核同士
の核反応を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の模式図である。
【図2】本発明の他の実施例の模式図である。
【符号の説明】
10 水素吸蔵膜 12 重い電子系薄膜 14 容器 16 水素吸蔵材 18 重い電子系材 20 ヒーター

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水素吸蔵系及び重い電子系を用いた核反
    応促進方法であって、 水素吸蔵膜及び重い電子系薄膜
    を交互に積層し、 前記水素吸蔵系膜に水素の同位体ガスを吸蔵せしめて前
    記重い電子系薄膜との間に水素の同位体原子の濃度勾配
    を生じさせ、 前記重い電子系薄膜で水素の同位体原子核相互の核反応
    を生じさせることを特徴とする核反応促進方法。
  2. 【請求項2】 水素吸蔵系及び重い電子系を用いた核反
    応促進方法であって、 水素吸蔵系材内部に粒状の重い
    電子系材を分散し、 前記水素吸蔵系材に水素の同位体ガスを吸蔵せしめて前
    記粒状の重い電子系材との間に水素の同位体原子の濃度
    勾配を生じさせ、 前記粒状の重い電子系材内部で水素の同位体原子核相互
    の核反応を生じさせることを特徴とする核反応促進方
    法。
  3. 【請求項3】 請求項1または請求項2記載の核反応促
    進方法において、 前記水素吸蔵系または水素吸蔵系材に水素の同位体ガス
    を吸蔵せしめた後、所定温度で前記水素吸蔵系材を加熱
    することを特徴とする核反応促進方法。
  4. 【請求項4】 請求項1または請求項2または請求項3
    記載の核反応促進方法において、 前記水素の同位体ガスは重水素ガスまたはトリチウムガ
    スあるいはこれらの混合物であることを特徴とする核反
    応促進方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007061019A1 (ja) * 2005-11-25 2007-05-31 Yoshiaki Arata 熱エネルギー発生方法および熱エネルギー発生装置
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