JPS61230298A - 球形プラズマ発生装置 - 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】 球形の陽極内に水素などの気体を封入し、その内部に陽
極と同心の網状球形陰極を設け、両極間に高電圧パルス
をかけ、両極間の気体から生じ、中心部に向かう、陽イ
オンが主体となつた球形プラズマを衝撃的に発生させ、
集中するプラズマにより、高圧高温を中心部に作り出す
装置は、昭和５８年特許願第１６１０２２号に記載され
ている。

このような装置で核融合反応を効率よく起こさせようと
する場合、中心部のなるべく小さな範囲に多量のプラズ
マ集中し、かつ、加えた電気的エネルギーがなるべく有
効に陽イオンの加速に消費されることが重要である。

上記の装置では、陰極の網目を通過して中心部に集中し
た多数の陽イオンの相互の陽電荷による斥、力により、
高密度の集中が抑制される。

また両極間に高電圧がかかつた際、気体原子が電離し、
多量の電子が高速度に加速され、陽極にぶつかつて発熱
し、多量のエネルギーが失われ、かつ両極間の気体の電
気抵抗が通電回路の金属抵抗に比較して低くなるため、
金属内で多量の発熱が起こり、エネルギーが失われる。

本発明はこのような問題点を解決することを目的とした
ものである。

以下水素の核融合の研究用実験論に本発明を実施した実
施例につき説明する。

図中（１）は床上におかれる絶縁台。（２）はその上に
たてた金属柱。（３）はその上に取り付けた銅、アルミ
ニウム、タングステン、ジルコニウム、その他の金属か
らなる、内形２ｍ、肉厚２ｃｍの球形金属容器。（４）
はその周囲を囲むシエラミツク製絶縁板。（５）は絶縁
台（１）と絶縁板（４）につらなる電源ボツクス。（６
）は絶縁台（１）中と金属柱（２）中の送気管及び排気
管を通じて容器（３）内につらなるポンプや、重水素と
三重水素の混合気をおさめたボンベなどを内蔵した送気
装置ボツクス。

（７）（８）（９）（１０）は絶縁板（４）中を通り、
電源ボツクス（５）内の電源回路につらなり、絶縁板（
４）の延長であるシエラミツク管に被覆され、容器（３
）などをつらぬき、内部の網状電極につらなる導線。（
１１）は導線（７）で容器（３）内に保持された、円形
１ｍ、肉厚２ｃｍの金属装網状球形電極。

（１２）は導線（８）につらなる内形９７ｃｍ、肉厚２
ｃｍの網状球形電極。（１３）は内形８７ｃｍ、肉厚２
ｃｍの網状球形電極。（１４）は円形７７ｃｍ、肉厚２
ｃｍの目の粗い網状球形電極である。

電極（１３）は導電性を大きく保ち、かつ網目を小さく
するという必要から、第３図のような構造にする。（図
はごく一部分の拡大断面図である。）図中（１５）は肉
厚１８ｍｍの金属球形板に、１０ｍｍ角の穴を１ｍｍの
間隔をおいて、一面にあけてなる電極の最外層。（１６
）は肉厚２ｍｍの球形板に、１ｍｍ角の穴を、０．１ｍ
ｍ間隔をおいて、一面にあけてなる中層。（１７）は直
径１０μの金属線を１００μの網目を形成するように編
んだ網からなる内層。（この網に陽イオンの通過しうる
ごく薄い導電材料箔をはりつけてもよい） この三層を一体化した電極（１３）を作るが、電極（１
１）（１２）は内層を、（１４）は中層と内層を省略し
たものとする。

また実際には各電源と各電極を多数の散在した導線でつ
なぎ、通電抵抗の片寄りを少なくする。

第４図の電気回路図において、（１８）は二次側に多数
の高圧端子を有する電源ボツクス（５）中の６０Ｈｚ交
流入力が加わつた電源トランスで、各二次端子はそれぞ
れ整流器を経て、大容量のコンデンサーにつながり、多
数の直流電源を形成する。

（１９）はリレースイツチである。

次にこれらの動作を説明する。

送気装置（６）から重水素と三重水素の１：１混合気を
容器（３）内に送り込み、かつ適度に排気し、容器（３
）内をつねに１０−７気圧に保つ。

次にリレースイツチ（１９）のコイルに通電し、接点を
とじると、容器（３）は１０２ＫＶ、電極（１１）は１
０１ＫＶ、電極（１２）は１００ＫＶ、電極（１３）は
０Ｖ、電極（１４）は１００ＫＶにそれぞれ帯電する。

その結果、電極（１１）（１２）間の気体には１ＫＶの
電位差が働き、気体の原子から解離した電子は電極（１
１）に引かれ、一部は電極（１１）にぶつかり、電源に
流れ込み、他は電極（１１）の網目を通り、容器（３）
を経て電源に流れる。

また陽イオンは電極（１２）の方向に動き、一部は電極
（１２）にぶつかるが、大部分は網目を通り抜け、電極
（１２）（１３）間に入り、１００ＫＶの電位差で高速
度に加速され、一部は電極（１３）にぶつかるが、大部
分は網目を通り抜け、電極（１３）（１４）間に入る。

電極（１３）の網目は小さいため、陽イオンが通過する
際、金属線から放出される電子が陽イオンに捕えられ、
多くの陽イオンは中性原子となり、電極（１４）の電位
の影響を受けず、電極（１４）を通過し、電極（１４）
の中心、すなわち炉心へ向かう。

中性の高速原子は炉心に集中するが、熱解離しても正負
の電荷が均等にあるため、ひき続いて送り込まれる中性
原子をはね返す電気的な斥力が生ぜず、小範囲に高密度
に中性原子や電子、陽イオンなどの混在したプラズマの
集積を行わせうる。

また電極（１３）を通つて電極（１３）（１４）間い入
つた陽イオン及びもともと両極間にあつた気体から生じ
た陽イオンなどは電極（１３）側へ押し戻され、やがて
電極（１３）から放出される電子を拾つて中性化したり
、電極（１２）（１３）間に入り、再び加速されて電極
（１３）（１４）間に入るなどする。

放電により電極（１２）（１３）間の気体は電極（１３
）より内方に移動し、両極間の密度は希薄になる。

それを補う形で、電極（１１）と容器（３）間にある多
量の気体が膨張し、かつ両者間の電圧による加速を受け
、電極（１１）（１２）間に入り、さらに前述のような
動作で電極（１２）（１３）間に陽イオンとなつて入る
。

このようにして、容器（３）と電極（１１）の間にため
られていた気体のかなりの部分が炉心部に集中し、高温
高圧を作り、その程度に応じた量の核融合反応を起こす
ことになる。

なお上記の動作は実際にはごく短時間に起るものである
。

リレー（１９）のコイル通電を短時間で終え、その接点
を復帰させ、電源コンデンサーの充電電圧が回復したの
ち、再びリレー（１９）のコイルに通電することを繰り
返す。

上記の実施例における電極（１２）（１３）（１４）を
省略し、電極（１１）を単層の網状電極にし、０Ｖにし
、容易（３）に１００ＫＶの正電圧パルスをかけたとす
れば、それは昭和５８年特許願第１６１０２２号の発明
と同じになるが、この場合、電源コンデンサーの容量が
十分に大きいものとし、１００ＫＶの電源電圧のまま、
１００Ｑの電気量が放電したとすれは、そのエネルギー
消費は１０７Ｊとなる。

導線（７）など、金属部分の電気抵抗が０に近いと仮定
し、平均５０ＫｅＶに加速された、消費電気量の１％に
相当する１Ｑの陽イオンを生ずると仮定すれば、加速陽
イオンのエネルギー総量は５０ＫＪであり、エネルギー
効率は０．５％となる。

上記実施例の場合、電極（１１）（１２）間に、電位差
１ＫＶの電源コンデンサーの電圧がかかり、１００Ｑの
電気量が消費される放電が起これば１００ＫＪのエネル
ギー消費となり、平均５００ｅＶに加速された１Ｑの陽
イオンが電極（１２）を通過し、さらに電極（１２）（
１３）間で１００ＫｅＶ加速されれば、１００ＫＪの電
力消費が起こり、電極（１３）から電子を受け取つた０
．５Ｑ相当分の原子が電極（１４）を通過したとすれば
、通過する原子の総エネルギーは５０．２５ＫＪとなり
、効率は２５、１２５％と計算される。

なお電極（１１）と容器（３）の距離は大きく、かつ電
圧も小さいため、電流は小さく、消量電力も小さい。

電極（１４）は網目が粗く、電極（１３）との間の放電
量は少ない。

電極（１３）から出て（１２）に向かう電子は、間に電
子流の媒介を有効に行う中性原子が少ないため、あまり
多くない。

結局昭和５８年特許願第１６１０２２号では陽イオンを
作るのにも高電圧を用いていることになり、高電圧で加
速された電子が陽極面や、途中の気体の分子、原子にぶ
つかつて発熱するため、効率が低くなるが、本発明では
低電圧で陽イオンを作り、高電圧は陽イオンの増速にの
み用いうるので効率が高くなる。

また電極（１１）（１２）（１３）は細かな網目をもつ
ているが、重層構造にしているため、導電性が大きく、
放電時の電極内を通過する電流による発熱が少なく、導
線の接続部から遠去かつても電極面電位がほとんど下が
らない効果もある。

なお上記の実施例は種々の変形が可能である。

以下その概要を記す。

電極その他のサイズ、加える電圧値、電源回路の構成、
容器（３）内に送り込む気体の種類、気圧などは任意に
選択しうる。

容器（３）内に水素と酸素又はフツ素などの混合気を送
り込み、炉心で集束するレーザービームを容器（３）に
つけたガラス窓を通じて加えるとか、先端以外を被覆絶
縁した円錘形の電極を２本、先端部が炉心で向かいあう
ようにしたスパークプラグを用いるなどして、気体に点
火し、燃焼波に伴う熱膨張波、衝撃波が炉心から広がり
、電極（１３）その他で反射したいくつかの衝撃波が炉
心に集中し、最も炉心の圧力が高くなる時点に放電によ
る粒子ビームの集中が重なるようにしてもよい。

絶縁被覆した金属線ヒーターを電極（１３）内に通し、
酸化カルシウムその他の熱電子放出を大きくする物質を
表面に塗り、電極（１３）を通過する陽イオンが容易に
中性原子化するようにしてもよい。

電極（１４）または（１３）中に冷却流体を流して電極
（１４）または（１３）を冷却し、付近の浮遊プラズマ
を中性粒子化し、電極（１３）を通り抜けた陽イオンに
電子付加反応で中性粒子から電子が与えられるようにし
てもよい。

まず容器（３）と電極（１１）との間などに高周波交流
や直流を流し、間の気体を少しプラズマ化しておき、つ
いで全体に動作電圧をかけるようにしてもよい。

電極（１２）と（１３）の間に数段の網状電極を追加し
、すべてに電極（１３）と同電圧を加えるとか、内側は
ど低い電圧をかけるとか、交互に異極が並ぶよう、高周
波交流電圧をかけるなとしてもよい。

電極（１１）を省略し、電極（１２）に対し、容器（３
）に１０ＫＶ程度の電位差を与え、その間で生じ、電極
（１２）を通過した陽イオンが、電極（１３）で高速度
に加速されるようにしてもよい。

前記のように電極（１３）から熱電子を放出するように
したり、電極（１３）の網目を十分細かくするなどして
、通過する陽イオンを効率よく中性原子化できる場合に
は、電極（１４）を省略してもよい。

放射能をもつ材料や、炉心部から放出される中性子を吸
収して放射化される材料などで電極（１１）を作り、周
囲の気体を常に少しイオン化しておき、容易に放電が起
こるようにしてもよい。

導線（７）ないし（１０）の電極につらなる部分に、軸
方向の貫通孔を設け、それを通して炉中の観察、撮影、
電磁波放射の測定を行つてもよい。針穴写真機を入れ、
Ｘ線放射の映像を撮影するなどしてもよい。

放電に伴う各導線中の電流や、電極間電位の変化、光の
発生状態の変化、その他を同時記録し、炉内の現象を解
析することが望ましい。

導線（７）ないし（１０）を超伝導導線にしたり、通電
特性を選ぶため、インダクタンスを送入するなどしても
よい。

リレースイツチ（１９）の代わりに、真空中でアームを
急速回転させ、接点を断続するスイツチ、サイラトロン
、絶縁状態の放電間や半導体にレーザーパルスをあて、
光電効果により急激に導通を計るスイツチその他を用い
てもよい。

容器（３）外を水その他で冷却したり、容器（３）に開
けた多数の窓から飛び出してくるプラズマをＭＨＤ発電
システムに導き、エネルギーを回収してもよい。

容器（３）や電極（１１）ないし（１４）を同心の円筒
形にしてもよい。

容器（３）の周囲に相互間の距離が等しくなるように配
置した多数の窓を開け、各窓に垂直に絶縁円筒容器を取
りつけ、その容器内に、容器（３）に相当する極板、電
極（１１）ないし（１４）に相当する部分球面をなす網
状電極などを入れ、容器（３）は絶縁体製にし、容器（
３）円の電極を省略し、各絶縁円筒容器から送られる中
性粒子が、炉心に集中するようにしてもよい。

この場合、円筒形容器の内端の周囲に超電動コイルを巻
き、多数の磁気ミラーで炉心を囲み、内部に生ずるプラ
ズマを閉じこめてもよい。

その際、コイルの磁束が電極部にも届き、陽イオンの軌
道に作用し、レンズ効果が現れるので、各網状電極の曲
率を小さくしたり、逆極性の打消コイルを並用し、その
通電量を制御してもよい。

各電極を並面化し、電極（１２）と（１３）間の周囲に
集束コイルを設け、陽イオンビームを屈折させ、それが
中性粒子ビームになつて炉心に集中するようにしてもよ
い。

水素ボンベにつらなる多数の電磁ベンを容器（３）の外
部に配置し、電磁ベンからの到達時間がそろうように調
整するための長さの異なる多数の管路を容器（３）にあ
けた多数の貫通孔につなぎ、容器（３）内を高真空にし
ておき、電磁ベンを一斉にごく短時間開いて閉じ、水素
ガスが電極（１１）（１２）間に達したとき、リレース
イツチ（１９）の接点を閉じるようにしてもよい。

この場合、容器（３）の内径を小さくし、電極（１１）
に接近させてよい。

各電極につらなる導線を同心管にしてもよい。

リレー（１９）の接点を閉じ続け、連続通電して炉を連
続作動させてもよい。

厚さ及び網目の大きさが異なる金属網を重ねた電極は球
形プラズマ発生装置以外のイオンや電子の加速装置にも
用いうる。

電極（１３）の外面にも目の細かな網を被せてもよい。

パルス通電で球形プラズマが炉心に集中する際、爆縮が
起こり、中心点に高圧が生ずる現象も起こりうる。

本発明の実施により、炉心部に向かう粒子が中性である
ため、炉心部に電荷が集積せず、粒子の進行が電気的な
斥力で妨げられることがなく、かつ、粒子相互間の斥力
も核反応を起こすほど接近しない限り小さく、粒子の加
速に用いる電気的エネルギーの効率がよい、球形プラズ
マ発生装置が得られる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した球形プラズマ発生装置の正面
図。第２図はその横断面図。第３図は電極（１３）の一
部拡大断面図。第４図はその電気回路図である。 藤村明宏

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 気体を封入した球形容器（３）の内部に、球形網状電極
   （１１）を設け、その内部に、電極（１１）及び容器（
   ３）に対する負の低電圧を加える電源につらなる陽イオ
   ン発生用球形網状電極（１２）を設け、その内部に、電
   極（１２）に対する負の高電圧を加える陽イオン加速用
   球形網状電極（１３）を設け、その内部に、電極（１３
   ）より目が粗く、電極（１３）に対する正の高電圧を加
   える電源につらなる陽イオン反射用球形網状電極（１４
   ）を設けてなる、球形プラズマ発生装置用電極システム
   。