KR20220088462A - 플라즈마 반응 방법 및 플라즈마 반응 장치 - Google Patents

Abstract

탄산 가스를 수소로 변환하거나 소멸하고 또한 수소를 저렴하게 얻는다. 반응로(1) 내에 에너지 증폭재(6)를 공급하고, 반응로 내를 가열하여 증폭재를 기화시켜 증폭재의 미립자로 하고, 이어서, 이 미립자를 전자파로 이온화시키고, 미립자의 원자, 이온과, 전자의 혼합체로 이루어지는 플라즈마 공간(5)을 형성하고, 노벽(爐壁)(1a)으로부터 방사되는 정상파의 전자파 및 미립자의 증폭 작용에 의해 불확정하게 발생하는 고에너지의 전자파에 의해, 미립자 자체를 플라즈마 붕괴시켜 양자, 중성자, 전자로 나누고, 이로부터 수소가 얻어지고, 처리할 기체를 플라즈마 공간에 공급하여, 플라즈마 붕괴에 더하여 주로 양자와 중성자를 플라즈마 결합시켜서 열을 얻는다.

Description

플라즈마 반응 방법 및 플라즈마 반응 장치

본 발명은, 저온에서 전자파를 이용하여 플라즈마 공간을 형성하고, 이 플라즈마 공간 내에 처리할 기체를 공급하여 기체의 원자를 붕괴하거나 열의 생성을 행할 수 있는 플라즈마 반응 방법 및 플라즈마 반응 장치에 관한 것이다.

본 발명자는, 종래, 스테인레스의 용기(반응로) 내에 반응재로서, 가성소다와 스테인레스분을 넣고 스테인레스 용기를 500℃ 이상으로 가열하여 반응재를 미립자로 하고, 이 미립자와 반응로의 내벽 사이에서 핵반응을 일으키게 하려고 실험을 거듭하고, 탄산 가스와 물을 분해하여 수소를 발생시키고자 시도해 왔다(국제공개번호 WO2012/011499A1).

또한, 동일 구조의 반응로 내에 온도 컨트롤 하에서 물을 공급하면서 수소화 나트륨(NaH)을 생성할 수 있지만, 이 때의 수소 가스는 이온화하고 있는 것이 개시되어 있다(일본공개특허 제2017-222550호).

국제공개 WO2012/011499A1 일본공개특허 제2017-22250호

그러나, 특허문헌 1에 있어서는, 반응로의 내벽 표면은 플라즈마 분위기가 되고, 그 부분에서 핵반응이 일어난다는 인식은 개시되어 있지만, 반응로의 내부 전체가 반응재(본원의 증폭재에 상당)의 미립자에 의해 플라즈마 분위기가 되고, 또한 이 플라즈마 분위기를 여기(勵起)시키는 것이 반응로의 내벽 및 반응재의 미립자에 의해 방사되는 전자파에 의해 행해지는 것이, 완전히 인식되어 있지 않다.

또한 특허문헌 2에 있어서는, 반응로 내에서 발생된 수소 가스가 이온화하는 것이 개시되어 있지만, 플라즈마의 작용을 주로 하여 행하는 것은, 이온화한 반응재 바로 그것이며, 반응로의 내벽 및 반응재의 미립자로부터 방사되는 정상파 및 미립자에 의해 증폭된 증폭 전자파가 불확정 원리에 기초하여 불확정의 타이밍으로 발생하는 것도 전혀 인식되고 있지 않다.

본건 발명자는, 수많은 실험을 거듭하여 사실에 기초하여 양자역학의 이론을 적용하고, 200∼300 ℃의 극히 저온에서 원자핵의 붕괴 및 결합을 유도할 수 있었으므로, 종래 불분명했던 기술적 사상을 여기에 밝힌다.

본 발명의 플라즈마 반응 방법은, 전자파의 정상파를 방사하는 벽면으로 밀폐 공간을 형성하고, 이 밀폐 공간 내에 전자파의 에너지를 증폭하는 증폭재를 공급하고, 이 증폭재 및 상기 벽면을 가열함으로써, 증폭재자체 및 상기 벽면으로부터 전자파를 방사해 증폭재를 기화하여 제1 미립자군을 형성하고, 이어서 제1 미립자군을 전자파에 의해 이온화시켜서 증폭재의 원자와, 이온과, 전자의 혼합체로 이루어지는 제2 미립자군을 형성하여 플라즈마 공간을 이루고, 또한 상기 제2 미립자의 증폭 작용, 전자파 방사 작용 및 벽면으로부터의 전자파의 방사 작용에 의해, 불확정성 원리에 기초한 타이밍으로 생기는 고에너지의 전자파가, 제2 미립자군 자체를 플라즈마 붕괴시켜서 상기 제2 미립자군에 새롭게 양자, 중성자, 전자를 첨가한 제3 미립자군을 형성하고, 이 제3 미립자군 중에 양자와 전자와의 재결합을 생기게 하여 수소를 발생한다.

상기 플라즈마 공간의 제3 미립자군 중에 처리할 기체를 공급하고, 이 기체 성분의 원자를 축차 그 이온화 작용, 플라즈마 붕괴에 의해 이들 원자의 이온, 양자, 중성자, 전자로 분리시키고, 이 입자를 제3 미립자군 중에 더한 제4 미립자군을 형성하고, 이어서, 제4 미립자군 중 적어도 양자와 중성자의 플라즈마 결합에 의해 발열 작용을 생기게 하는 것이 바람직하다.

상기 발열 작용을 증대시키기 위하여, 상기 플라즈마 공간에 수소를 공급하여 양자수를 증가시키거나, 또는 중성자를 공급하여 플라즈마 결합을 증대시키는 것이 바람직하다.

상기 증폭재는, 장주기표 제1 족 및제2 족의 전형원소 중 적어도 1종인가, 이들 중 적어도 1종을 포함하는 화합물이며, 처리할 기체는 탄소 가스, 수증기, 질소 가스, 6불화우라늄, 6불화플루토늄, PCB 가스 중, 적어도 1종인 것이 바람직하다.

상기 증폭재는, 스테인레스, 아연, 철, 크롬, 알루미늄, 구리, 은, 금, 팔라듐, 백금, 망간, 몰리브덴, 티탄 및 지르코늄의 판형, 분말형, 덩어리형 중 적어도 1종을 포함하고 또는 액상(液狀)의 인 또는 수은을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 전자파를 방사하는 벽면을 스테인레스재, 흑연재, 구리재, 알루미늄재 중, 적어도 1종으로 구성하는 것이 바람직하다.

상기 증폭재를 용융염으로 구성하고, 플라즈마 공간의 상부로부터 상기 용융염의 액적으로 공급하고, 플라즈마 공간의 하부에 용융염의 액적을 모아서 다시 플라즈마 공간의 상부로 순환시키도록 하고, 상기 플라즈마 공간 내에 열배관을 배치하고 이 열배관과 용융염의 액적을 서로 작용시켜서 증폭재의 미립자를 생성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 플라즈마 반응 장치는, 가열에 의해 전자파를 방사하는 벽면을 가지는 플라즈마 반응로와, 이 플라즈마 반응로 내에 형성되고, 원자와 원자의 이온과, 핵자와 전자의 미립자가 혼재하여 이들이 임의의 방향으로 운동하고 있는 플라즈마 공간과, 이 플라즈마 공간 내에 공급되고, 가열에 의해 미립자가 되고, 플라즈마 공간 내에 방사되는 전자파의 에너지를 불확정한 타이밍에서 증폭하여 플라즈마 공간의 주성분이 되는 증폭재와, 상기 플라즈마 반응로의 벽면과 증폭재를 가열하는 가열 장치로부터된다.

상기 반응로의 벽면은, 흑연재, 스테인레스재, 철재, 알루미늄재 및 구리재 중, 적어도 1종의 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 증폭재는 용융염으로 이루어지고, 이 용융염은 금속 나트륨, 금속 칼륨, 및 불화리튬 중 적어도 1종으로 이루어지고, 이 용융염은, 외부로부터 플라즈마 반응로의 플라즈마 공간 내에 공급되고, 또한 플라즈마 반응로의 외부에 취출되는 순환 장치에 의해 순환되는 것이 바람직하다.

상기 증폭재는, 알칼리 금속을 포함하는 화합물과, 스테인레스분, 철분, 알루미늄분, 아연분, 구리분 중, 적어도 1종의 조합으로 이루어지고, 교환 가능하게 플라즈마 반응로 내에 설치되는 것이 바람직하다.

상기 가열 장치는 플라즈마 반응로의 벽면 내 또는 외면에 설치되거나 또는 플라즈마 반응로 내에 설치되는 전기 히터인 것이 바람직하다.

상기 가열 장치는, 플라즈마 반응로 내에 설치되고, 가스 버너로부터의 열가스를 통과시키는 열배관으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 플라즈마 공간 내에 수소 분사통을 대향 설치하고, 이 수소 분사통에 압력 수소를 공급하는 것이 바람직하다.

상기 플라즈마 공간 내에 열교환기가 설치되고, 플라즈마 공간 내의 열의 일부를 인출하도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 정상파를 이루는 전자파를 가열에 의해 방사하는 벽면으로 밀폐 공간을 형성하고, 이 밀폐 공간 내를 소정 온도 이상으로 유지하여 증폭재의 미립자를 고속 비행시켜서 플라즈마 공간을 형성하였으므로, 증폭재 자체를 플라즈마 붕괴시켜서 수소를 발생시킬 수 있고 또한, 이 플라즈마 공간에 처리할 기체, 예를 들면, 탄산 가스(CO₂), 질소(N₂), 수증기(H₂O)를 가하면 이들 처리할 기체도 원자마다 분리시키고 또한 그 기체의 원자와 이온과 전자로 분리하여 증폭재의 미립자에 처리할 기체의 미립자가 가해진 새로운 플라즈마 공간을 형성하고, 이로써, 불확정성 원리에 기초하여 불확정의 시간 간격으로 고에너지의 전자파를 발생시켜서 미립자를 플라즈마 붕괴시켜, 탄산 가스를 소멸시키거나 수소로 변환할 수 있어, 질소, 수증기는 수소로 변환할 수 있다. 또한, 붕괴 후에 생기는 양자끼리, 중성자끼리, 양자와 중성자, 양자와 전자의 재결합(플라즈마 결합)에 의한 발열 반응을 이용하면, 열이 얻어진다. 나아가서는, 이 플라즈마 공간의 증폭재의 종류를 적절하게 선택하면, 200∼300 ℃에서 플라즈마 공간을 만들 수 있고 구조도 간단하며 소형이며 매우 저렴하다.

도 1은 본 발명의 플라즈마 반응 장치의 개략적도이다.
도 2는 반응로 내에 설치되는 핀체의 구조도이다.
도 3은 증폭재의 설치 상태를 나타낸 설명도이다.
도 4는 증폭재의 다른 설치 상태를 나타낸 설명도이다.
도 5는 증폭재의 또 다른 설치 상태를 나타낸 설명도이다.
도 6은 반응로의 재질로부터 방사되는 전자파의 강도를 측정하는 구성도이다.
도 7은 각 원소의 이온화 에너지의 그래프이다.
도 8은 실험로의 개략도이다.
도 9는 플라즈마 공간의 작용 설명도이다.
도 10은 전자파의 유도 방출을 나타내는 설명도이다.
도 11은 전자파의 노벽에서의 반사를 나타낸 설명도이다.
도 12는 원자 구조 모형도이다.
도 13은 나트륨 이온의 증폭 작용 설명도이다.
도 14는 노벽에서의 시스 형성 상태 설명도이다.
도 15는 정상파의 설명도이다.
도 16은 흑체(黑體) 방사의 주파수, 온도, 에너지의 관계를 나타낸 그래프이다.
도 17은 헬륨의 플라즈마 붕괴를 나타낸 설명도이다.
도 18은 각 원소의 1핵자당의 결합 에너지를 나타낸 그래프이다.
도 19는 질소의 플라즈마 붕괴, 플라즈마 결합을 나타내는 설명도이다.
도 20은 티탄산칼륨을 증폭재로서 사용한 경우의 플라즈마 붕괴 시의 발생 가스를 나타낸 그래프이다.
도 21은 실험 시스템의 개략도이다.
도 22는 실험 시스템 내의 압력계의 동작을 나타낸 도면이다.
도 23은 노벽 500℃일 때 발생하는 전자파의 상태를 나타낸 그래프이다.
도 24는 고에너지 발생 상태의 설명도이다.
도 25는 수소의 이온화 상태 설명도이다.
도 26은 본 발명의 플라즈마 반응로의 다른 실험예를 나타내는 구성도이다.
도 27은 플라즈마 결합을 나타내는 설명도이다.
도 28은 플라즈마 반응로로부터 열을 얻는 경우의 설명도이다.
도 29는 본 발명의 플라즈마 반응로의 또 다른 실시예를 나타낸 구성도이다.
도 30은 본 발명의 플라즈마 반응로의 또 다른 실시예를 나타낸 구성도이다.
도 31은 본 발명의 플라즈마 반응로의 또 다른 실시예를 나타낸 구성도이다.
도 32는 도 31의 플라즈마 반응로의 A-A 단면도이다.
도 33은 본 발명의 플라즈마 반응로의 또 다른 실시예를 나타낸 구성도이다.
도 34는 본 발명의 플라즈마 반응로의 또 다른 실시예를 나타낸 구성도이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 대하여 설명한다.

1. 플라즈마 반응 장치의 전반적 구성

도 1에 있어서, 본 발명의 플라즈마 반응 장치(M₁)는, 원통형의 밀폐 공간을 형성하는 밀폐 용기인 반응로 본체(1)를 가지고, 이 반응로 본체(1)는 내열성이며 가열에 의해 전자파를 방사하는 재료이며, 또한 공기를 통과시키지 않는 밀폐 공간을 형성할 수 있는 재료로 이루어지고, 예를 들면, 스테인레스재(SUS340, 310 및 316), 철재 또는 공기를 통과시키지 않는 세라믹 재료로 이루어진다. 상기 반응로 본체(1)의 내벽면(1a)에는, 흑연막(2)이 부착되고, 이 흑연막(2)은, 반응로 내벽면에 산화막이 형성되는 것을 방지한다. 상기 반응로 본체(1)의 상면에는, 반응로 본체(1) 내의 기체를 배출하기 위한 배출관(3)이 설치되고, 반응로 본체(1)의 측벽 중앙에는, 외부로부터 탄산 가스, 물 또는 질소 등의 기체를 유입시키기 위한 유입통(4)이 설치되어 있다. 그리고, 상기 배출통(3) 및 유입통(4)에는, 자동 개폐 밸브(3a, 4a)가 각각 설치되고, 이들 밸브(3a, 4a)가 콘트롤러(C)에 각각 접속되어 있다. 이 콘트롤러(C)에는, 반응로 본체(1) 내의 플라즈마 공간(5) 내를 진공으로 하기 위한 진공 펌프(V), 압력 검출을 위한 압력계(7) 및 온도 검출을 위한 온도계(8)도 접속되어 있다.

상기 반응로 본체(1)의 바닥부에는, 플라즈마 공간(5)을 형성하고, 전자파의 에너지를 증폭하기 위한 증폭재(6)가 수납되고, 이 증폭재(6) 및 반응로 본체(1)를 가열함과 동시에 플라즈마 공간(5)을 가열하기 위한 전기 히터(9)가 반응로 본체(1)의 하반부 측벽 및 바닥벽에 설치되어 있다. 이 전기 히터(9)도 콘트롤러(C)에 접속되어 있다. 그리고, 반응로 본체(1)의 주위는, 단열재(10)로 덮어져 있다. 또한, 반응로 본체(1) 내에는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 핀체(40)가 수납되고, 이 핀체(40)는, 상하의 수평판(42, 42)과, 그 사이의 수직판(41)으로 이루어진다. 상기 핀체(40)는, 반응로 본체(1)의 재료와 동일한 재료(SUS재)로 이루어져 있고, 상기 수평판(42)과 수직판(41)으로부터는 반응로 본체(1)의 가열에 따라 전자파(r₁, r₁)가 방사되고, 방사된 전자파를 반사시켜 많은 정상파가 만들어진다. 이와 함께 핀체(40)는 열전달의 작용을 하여 플라즈마 공간(5)의 온도를 균일화한다.

2. 전자파의 발생

본 발명의 근간적 기술적 사상은, 전자파를 발생시키고 이 전자파를 증폭시켜 큰 에너지의 전자파를 생기게 하는 점에 있으며, 어떻게 하면 주파수가 높은 전자파를 발생시킬 수 있는 점이 중요하게 된다.

또한, 발생하는 전자파를 그 양단이 고정되어 있는 정상파로 하면, 그 에너지는 통상의 전자파의 주파수의 2승에 비례하게 된다. 따라서, 이하에 나타낸 바와 같은 전자파 발생 시스템이 바람직하다. 이를 위해는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 내벽면(1a)으로 밀폐 공간을 형성하고 그 내벽의 외면을 전기 히터(9)로 가열하여 밀폐 공간 내부에 전자파를 방사하는 것을 고려할 수 있다. 도 1에 있어서는, 스테인레스재에 더하여, 그 내면에 형성된 흑연막(2)도 가열되므로, 플랑크(양자역학의 학자)의 흑체 방사가 행해진다.

상기 반응로 본체(1)는, 밀폐성이 양호하며 외부로부터 공기가 침입하지 않는 것이 필요하므로, 강도의 관계로 스테인레스재의 내측에 카본막(2)을 형성하는 것이 바람직하다. 금속의 가열에 의한 전자파의 발생에 있어서, 스테인레스의 경우에 200∼400 ℃에서 주파수 10^9∼10 정도의 마이크로파가 발생하고, 400℃∼600℃에서 주파수 10^13∼14 정도의 원적외선, 적외선이 발생하고, 700℃ 이상에서 주파수 10¹⁵ 정도의 가시광선이 발생한다.

에너지가 큰 전자파의 발생(주파수가 큰 것)은 스테인레스재보다, 철재, 카본재, 구리재, 알루미늄재 쪽이 바람직하지만, 내열성, 내산화성 및 강도의 관점에서는 스테인레스재가 사용된다. 전자파를 발생하는 것은 반응로의 내벽면(1a)뿐만 아니라, 상기 증폭재로부터도 발생한다. 증폭재로서는, 대표적인 것은, 알칼리 금속 중 나트륨(Na), 칼륨(K) 또는 천이금속 중의 전자파에 대하여 활성인 알루미늄, 티탄이며, 이들 원자는 가열되면 격자진동에 의해 여기되어 전자파를 방사하고 또한 내벽면(1a) 및 흑연막(2)으로부터의 전자파에 의해 여기되고, 그 변이 시에 새롭게 전자파(광)를 방사한다. 이 전자파는, 주위의 원자를 여기하고, 나아가서는 전자파를 방사하고, 주파수가 낮은 것부터 높은 것까지 온도에 따라 방사되고, 온도가 높을수록, 전자파의 에너지는 커진다.

상기 증폭재(6)로부터의 전자파의 발생은, 도 3에 나타낸 바와 같이 흑연막(2)에 증폭재(6)를 직접 두고 전기 히터(9)의 열을 효율적으로 전달하는 것이 바람직하고, 도 4에 나타낸 바와 같이 반응로 본체(1) 내에 복수의 전기 히터(100, 100…100)를 배치하고, 그 위에 트레이(101)를 탑재하고, 이 트레이(101) 내에 증폭재(6)를 넣어 두어도, 효율적으로 증폭재(6)를 가열할 수 있다. 또한, 도 5에 나타낸 바와 같이 반응로 본체(1) 내에 열가스를 통과시키는 가스통(102)을 설치하고, 이 가스통(102)의 측면 받이(103, 103)를 설치하고, 이 받이(103)에 증폭재(6)를 넣어 두면, 증폭재(6)를 효율적으로 가열할 수 있다. 그리고, 전자파의 발생은, 반응로 본체(1)의 외측에 전자파 발생 장치를 설치하고, 이것으로부터 노 내에 전자파를 안내해도 된다.

3. 반응로 본체(1)의 재질

반응로 본체(1)의 재질로서는, 고온에 견디고 산화막이 쉽게 생기지 않는 것이 바람직하고, 일반적으로는 내열, 내식성의 관점에서 스테인레스재(SUS304, 310)가 바람직하다. 또한, 가열하면(300∼600 ℃), 전자파를 방사하는 것이 바람직하고, 그 점에서, 철(Fe) 또는 세라믹스라도 된다. 또한, 내열성, 내식성, 전자파 방사성의 관점에서는, 흑연을 형성형한 카본통과 같은 것이라도 된다. 나아가서는 또한, 스테인레스판 위에 흑연을 용사(溶射)하여 부착시킨 것은, 산화막의 형성을 효율적으로 방지하고 또한 스테인레스와 흑연의 양쪽으로부터의 전자파가 방사되고, 스테인레스로부터 방사된 전자파가 흑연의 탄소 원자를 여기하여 주파수가 높은 적외선을 방사한다. 나아가서는 또한, 스테인레스벽 위에 용사에 의해 몰리브덴(Mo)막을 형성하면, 플라즈마 공간(5) 내의 전자가 고속으로 몰리브덴막에 충돌하여 X선을 방사시킬 수 있고, 플라즈마 공간(5)의 에너지를 증대시킨다. 따라서, 고에너지의 전자파의 발생이라는 관점에서는 철재, 카본재, 강재, 알루미늄재, 스테인레스재가 바람직하다.

도 6은 각종 금속의 판재(105)를 전기 히터(106) 위에 탑재하고, 온도의 변화에 있어서의 전자파의 강도를 강도계(107)에 의한 측정 시스템을 나타낸 것이며, 그 결과는 하기와 같다.

·재질 ·평균 전자파 강도

철 0.361mw/m²

카본 0.238mw/m²

구리 0.118mw/m²

알루미늄 0.087mw/m²

스테인레스 0.067mw/m²

이 결과는, 에너지가 높은 전자파를 방사시키기 위해서는, 철이 가장 바람직한 것을 나타낸다.

4. 증폭재의 종류

상기 증폭재(6)는 플라즈마 공간(5) 중에서 발생하고 있는 전자파의 에너지를 증폭시키기 위한 것이며, 증폭이란, 주파수는 변화되지 않지만, 전자파의 수(광자수)가 증가하는 경우와, 전자파의 주파수를 증대시키는 경우가 있다.

과거 십몇년에 걸쳐, 개발자는 실험을 거듭해 왔지만, 다양한 기체, 예를 들면, 수증기(H₂O), 탄산 가스(CO₂), 질소(N₂), 아르곤(Ar), 헬륨(He)으로부터 수소를 얻는 처리를 하는 경우에는, 이하와 같은 증폭재를 스테인레스 로 또는 철 로 내에 넣은 경우에 양호한 결과를 얻고 있다.

(a) 금속 나트륨(Na)만을 넣은 경우.

(b) 금속 나트륨에 SUS분 또는 철분을 가한 경우.

(C) 가성소다(NaOH)에 SUS분(SUS304) 및 아연분(Zn분)을 가한 경우.

(d) 가성소다에 알루미늄분(Al)을 가한 경우.

(e) 수산화칼륨(KOH)에 SUS분(SUS304) 또는 철분(Fe분)을 가한 경우.

(f) 탄산칼슘분(CaCo₃분)만을 가한 경우.

(g) 염화나트륨(Nacl)에 아연분 또는 SUS분을 가한 경우.

(h) 알루미늄분만을 가한 경우.

이와 같이, 다양한 증폭재에 대한 실험 결과로부터 이하의 조건을 구비하는 단체 원소 또는 복합 원소의 조합이 증폭재로서 적합한 것으로 여겨진다.

(1) 용이하게 이온화하여 양이온을 생기기 쉽게 하고, 이온화 에너지가 낮을 것.

(2) 레이저 매질을 구비하고, 전자파의 유도 방출을 행하고, 에너지 증폭 작용을 구비하고 있을 것.

(3) 전자의 수가 많고, 퀀텀점프에 의해, 그 자신이 X선과 같은 주파수가 높은 전자파를 발할 것.

(4) 염소(cl), 불소(F), 산소(O) 등의 음성인 원소는, 플라즈마 반응을 저해하지만, 이들 음성 원소의 폐해를 제거할 수 있을 것.

이러한 요건을 충족하는 원소를 검토하면, (1)의 요건을 확실하게 구비하는 것은, 도 7에 나타낸 바오 같이, 장주기표 전형원소의 알칼리 금속으로 Li, Na, K, Rb, Cs 및 Fr이며, Na뿐만 아니라 K에서도 확인되고 있다. 또한, Al도 활성이며 이온화 에너지가 작고 이들 원소는 모두 활성이 높고, 고에너지의 전자파에 의해 최외각의 전자뿐만 아니라, 내각의 전자도 원자 밖으로 튀어나와, 2가, 3가의 양이온이 되어 있을 가능성이 높다. 그리고, 연료전지의 전극에 사용되고, 상온(常溫)에서도 이온화 작용을 하는 Pt는, 바람직하며, 이와 동족의 Ni, Pd도 (1)의 요건을 구비한다. 그리고, 스테인레스도 연료전지의 전극으로서 사용 가능하므로, Cr, Fe도 동일한 작용을 가진다.

(2)의 요건을 구비한 것으로서, 현재에는, Na, K, Cr, Al 등을 예로 들 수 있다. 또한, 장주기표 2속 전형원소인 Cu 혹은 Mg도, (2)의 요건을 만족시키는 것으로 여겨진다. 특히 Al은, 이 작용이 크고 졔라민의 반응을 보면, Cu도 동일한 작용이 큰 것으로 여겨진다.

(3)의 요건에 대하여 검토하면, 전자의 수가 많고, 퀀텀점프가 생기는 원소에는, 장주기표의 4주기∼7주기의 원소 중, K, Ca, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Mo, Pd, Ag, Sn, Pt, Au, Hg, Pb, Th, U 등을 예로 들 수 있고, 특히, 기화하는 온도가 낮은 것이 Hg이다. 일반적으로 취급 원소로서는, Fe, Ni, Cu, Zn, Sn이며, 불소(F)와 결합하여 상온에서도 기체 상태가 되는 ThF₄, UF₆, PuF₆는, 그 자체 방사선을 방사하고, 온도가 낮아도 플라즈마 공간을 유지할 수 있다.

다음으로, (4)의 요건에 대하여 검토한다.

플라즈마 공간의 형성에 의해, CO₂를 처리하는 경우, 플라즈마 공간에는, 양이온 C^4＋와 음이온 O^2-이, 가해지게 되지만, 마이너스 O^2- 이온은 전자를 받아들여 플라즈마 공간의 반응을 약화시키게 되고, 또한, 물로부터 수소를 받는 경우에는, 동일하게, 음이온(O^2-)이 플라즈마 공간(5)의 반응을 약화시키게 되므로, 이 음이온 O^2-를 제거하기 위하여, Al, Zn 등의 원소를 증폭재로서 가하는 것이 바람직하다.

그리고, 실용화의 관점에서, 지구 상에 대량으로 존재하여 입수가 용이하고, 가격도 적절하며, 공해를 일으키지 않는 원소가 바람직하다. 이러한 점에서, Na, K 및 Al이 최적인 원소인 것으로 여겨진다. 이들 중의 알칼리 금속(Na 또는 K) 단체는, 취급에 주의를 필요로 하므로, 이들의 수산화물(NaOH, KOH) 또는 염화물(Nacl)을 사용하는 것도 가능하다. 그러나, NaOH, KOH의 경우에는, 음이온 O^2-, Nacl의 경우에는, 음이온 cl^-에 대한 대책이 필요하므로, 이 때문에, Al, Zn을 가하여, Al₂O₃, ZnO, Al₂cl₃, Zncl₂로 해서 이들의 폐해를 제거하는 것이 필요하다.

그리고, 플라즈마 공간의 파워 업을 위하여, 스스로 플라즈마 붕괴를 하는 우라늄(U), 플루토늄(Pu) 또는 토륨(Th)을 증폭재로서 사용하는 것도 가능하다. 이들 방사성 원소는 불화물(UF₆, ThF₄, PuF₆)로 하면, 기체가 되므로, 고체 증폭재 대신 이들 불화물을 반응로 내에 유입시켜, 음이온 F^-를 제거하기 위하여, 비점이 낮고, 기체로 하기 용이한 수은(Hg: 비점 356℃), 인(P: 비점 280℃)을 기체 상태에서 가해도 된다.

그리고, 본건의 개발자는, 도 8에 나타낸 반응로(200)(SUS304제)(직경 10cm, 높이 30cm)의 하반부를 맨틀 히터(201)로 가열하고, 다양한 증폭재(202)를 반응로(200)의 바닥면에 넣어서 비교 실험을 다양하게 시도하고, 공급관(203)으로부터 물, CO₂, 질소, 아르곤, 헬륨 등의 기체를 넣고 배기관(204)으로부터의 수소의 존재를 질량 분석기로 측정해 왔지만, 증폭재(202)로서 주사위형 나트륨(Na) 80g, 알루미늄 50g을 넣고 상기 맨틀 히터(201)를 200℃로 가열하고 CO₂를 주입하여 수소의 발생을 확인할 수 있었다. 이 경우에, 반응로(200) 내의 플라즈마 공간(205)의 온도는 100℃ 전후였다. 플라즈마 공간(205) 내에 있어서는 증폭재(202)의 미립자가 일정 이상의 운동량을 구비하여 운동하고 있을 필요가 있지만, 이를 위해서는 플라즈마 공간은 100℃ 이상의 온도가 필요한 것으로 여겨진다.

5. 플라즈마 공간의 형성

상기 플라즈마 공간(5)은, 이하와 같이 하여 형성된다. 그리고, 증폭재(6)로서는, 전술한 바와 같이 각종 재료를 사용할 수 있지만, 최적인 것 중 하나인 나트륨 금속 단체를 사용한 경우에 대하여 설명한다.

1) 제1 단계(기화)

상기 플라즈마 공간(5)은, 도 3에 나타낸 바와 같이 내벽면(1a)에 의해 에워싸여 있고, 내벽면(1a) 위에는, 흑연막(2)이 부착되어 있고, 본체(1)의 바닥면의 흑연막(2) 위에 주사위형(덩어리형)의 금속 나트륨이 탑재되어 있다. 금속 나트륨은 일반적으로 100℃ 이하에서 용융하지만, 전기 히터(9)를 300℃로 설정하면, 상기 내벽면(1a), 흑연막(2)은, 양자역학적으로 우물형 포텐셜을 이루고, 증폭재로서의 금속 나트륨은 발생한 전자파에 의해 단시간에 기화한다.

즉, 일반적으로 금속 구조체, 탄소재 등을 가열하면 결정 격자가 열진동하고, 이로써, 각 격자를 구성하는 원소 내의 전자도 진동한다. 결정 격자의 각 원소는 자유전자(e^-)를 잃게 되므로 이온으로서 진동하고, 이 이온 내의 전자 및 자유전자도 열진동하므로, 소위 전하가 진동하므로, 이로써, 전자파가 발생한다.

내벽면(1a) 및 흑연막(2)으로부터의 전자파는, 일반적으로 300℃의 가열에 의해서는, 주파수(1010)의 마이크로파가 발생하고, 400℃∼500℃의 가열에 의해서는 주파수 10^11∼12 정도의 원적외선이 발생한다. 이 전자파는 금속 나트륨의 원자에 흡수되고, 나트륨 원자의 증폭 작용에 의해 증폭되어 다시 방사된다. 또한, 나트륨 자체가 가열되면, 그 자체는 전자파를 방사하고, 이 전자파가 인접한 다른 원자에 의해 증폭된다. 이와 같은 나트륨 원자에 의한 상호 증폭 작용에 의해 증폭재는 국부적(局部的)으로 고온이 되고, 단시간에 나트륨이 기화하기 시작하고 그 원자의 미립자(제1 미립자군)가 반응로(1) 내를 주행한다.

상기 미립자는, 반응로(1) 내를 고속으로 주행하고 있지만, 그 속도는, 주행공간의 온도에 비례하고, Na 원자의 질량을 m이라 하면, 평균 운동에너지의 식

[수식 1]

이 되고, Na 원자의 주행 속도는,

[수식 2]

이므로,

[수식 3]

이 되고, T=373K(100℃)이면, v≒630m/s가 된다. T=473K(200℃)이면, v≒720m/s이며, T=573K(300℃)이면, v≒800m/s이며, T=673K(400℃)이면, v≒860m/s가 된다. 노 내 공간에 있어서, 미립자가 서로 충돌하여 반응이 활발하게 되므로, 노 공간 내의 온도는 어떤 일정 이상으로 할 필요가 있다. 상기 챔피언 데이터의 경우의 플라즈마 공간의 온도는 100℃이므로, Na 원자는 630m/s의 속도로 주행하고 있게 된다.

2) 제2 단계(이온화·증폭)

다음으로, 상기 원자의 중성 미립자의 주행 중에 있어서, 플라즈마 공간(5)은 소정 온도 이상(200℃∼300℃)으로 유지되고, 도 9에 나타낸 바와 같이 Na 원자는 내벽면(1a)으로부터 방사되는 전자파(정상파) 또는 다른 Na 원자로부터 방사되는 전자파(r₀, r₀…r₀)에 의해, 이온화하여 전자(e^-)를 전자파의 에너지의 크기와 광자수(전자파의 수)에 따라 1개 또는 그 이상 각 궤도로부터 튕겨 날려서 Na^＋, Na^2＋, Na^3＋, …Na^x＋의 이온으로 한다.

도 9, 10에 나타낸 바와 같이, 반응로의 내벽면으로부터의 1개의 전자파(r₀)가, 나트륨 원자 이온(Na^＋)에 흡수되면, 그 레이저 매질에 의해, 새롭게 유도 방출된 전자파(r₁)가, 원래의 전자파(r₀)에 합류하여, 전자파의 수가 2개가 된다. 이 증폭된 다전자파(r₀, r₁)는, 그 근방의 나트륨 원자와 상호 작용하여 4개의 전자파를 방사한다. 도 11에 나타낸 바와 같이, 이들이 노벽에 충돌하면, 거기에 흡수되어 충돌점에 존재하는 전자(e^-)를 벽면을 따라 진동시킨다. 이 전자의 진동에 의해 반사파(r₂, r₂)가 생기고, 이 동작이 광의 속도로 반복된다.

지금, 반응로 본체(1)의 직경 D(도 9)를 10cm로 하면, 전자파는 1초간 30억회 왕복동하고, 그 동안에 전자파는 Na^x＋ 이온과 전자 e^-의 양자(兩者)와 상호 작용하여 불확정의 타이밍으로 플라즈마 붕괴 및 플라즈마 결합을 생기게 하는 고에너지 전자파를 확률적으로 방사한다.

또한, 이온화, 증폭에 대하여 상세하게 기술하면, 이온화는 도 12에 나타낸 바와 같이, 나트륨 원자의 원자핵의 주위를 돌고 있는 전자 e^-에 에너지를 가하여, 그것을 전자궤도로부터 튕겨내는 작용이며, 이로써, 나트륨 원자가 이온화(Na^x＋)한다. 일반적으로, 나트륨 원자의 경우, 전자궤도의 최외각인 M껍질로부터 전자 e^-가 튀어나오기 쉽고, 때로는 그 내측의 L핵으로부터도 튀어나온다. 이와 같이, 2개의 전자 e^-가 튀어나온 경우에는, Na^2＋(2가의 이온)가 생긴다. 또한, 발생하는 전자파의 에너지가 큰 경우에는, K껍질로부터의 전자 e^-가 원자로부터 튀어나온다. 이와 같이, 3개의 전자 e^-가 튀어나온 경우에, Na^3＋(3가)의 이온이 생긴다. 이들, 1가, 2가, X가의 이온와 원자로부터 튀어나온 전자 e^- 및 이온화하고 있지 않은 중성 원자 Na가 플라즈마 공간(5)을 형성하고 있다(제2 미립자군). 이와 같이 하여, 본체(1) 내의 밀폐 공간을 플라즈마 공간으로 바꾸지만, 플라즈마 공간(5)은 나트륨 이온뿐만 아니라, 전자 e^-도 중요한 역할을 하고, 고속의 전자 e^-는, 중성의 이온화하고 있지 않은 나트륨 원자에 충돌하고 거기로부터 전자 e^-를 튀어나오게 하여 이온화를 추진할뿐만 아니라, 전자파와도 상호 작용하여 전자파의 주파수를 높게 하여 고에너지를 만들어 낸다. 나아가서는, 고에너지에 의해 가속된 광의 속도의 10분의 1 정도의 고속 전자 e^-가 나트륨 원자에 충돌하면, 원자 중에 침입하고, 원자핵(n)의 인력때문에, 급각도로 틀어져서 펄스형의 전류가 되고, 이 전류가 X선 영역의 전자파(r₃)를 발생하는 경우가 있다(도 13).

또한, 도 12에 나타낸 바와 같이, 나트륨 원자의 K껍질의 전자 e^-가 최외각 M껍질에 퀀텀점프를 하여, 원래의 K껍질에 되돌아가는 경우에는, 주파수가 높은 전자파(X선)가 생기는 경우도 있다.

이와 같이, 플라즈마 공간(5)은, 전자가 매우 많은 상태이지만, 도 14에 나타낸 바와 같이, 고속의 전자 e^-가 반응로 본체(1)의 흑연막(2)에 충돌하고, 거기로부터 2차 전자를 방출시킬뿐만 아니라, 고속의 나트륨 이온(Na^＋)이 벽면에 충돌하여 2차 전자 e^-를 방출시키는 경우도 있다.

이 때, 벽면으로부터 가볍고 움직이기 쉬운 전자가 빨리 상실되고, 거기에 이온이 남아있기 때문의 양과 음의 전하량의 불균형으로부터 공간 전하층이 벽면에 나타나(시스 11), 내벽을 향하여 전위 구배(勾配)를 가지므로 무거운 나트륨 이온 Na^＋가 내벽을 두드리고, 이로써, 2차 전자 e^-의 양이 증대한다.

3) 제3 단계(플라즈마 붕괴·플라즈마 결합)

고에너지의 전자파의 발생에 의해, 제2 미립자의 나트륨 원자(Na^x＋, Na)의 원자핵의 핵력이 차단되어 축차 플라즈마 붕괴하여 양자 p와 중성자 n과 전자 e^-가 분산하여 새롭게 생기고, 제2 미립자군에 새로운 양자 p와 중성자 n과 전자 e^-가 가해져서 혼합 미립자(제3 미립자군)가 된다. 이 때, 양자와 전자 e^-가 재결합하면 수소 가스가 생기며, 양자 1개와 중성자 1개의 결합도 일어날 수 있다. 양자 1개와 양자 1개의 결합은 서로 반발력이 작용하여 쉽게 생기지 않는다.

핵력이 차단되어 핵자끼리가 따로따로 분리하는 것을 플라즈마 붕괴라고 하고, 핵자끼리 및 양자와 전자가 결합하는 것을 플라즈마 결합이라고 한다. 종래, 핵분열이라는 개념은, 원자핵에 중성자를 충돌시켜 원자핵을 2∼3 개로 분리하는 것이며, 핵융합이란, 양자와 양자, 양자와 중성자가 결합하는 것을 일컫지만, 플라즈마 붕괴는, 원자핵 전체가 핵자로 분산하여 분리하는 것이며, 플라즈마 결합은, 플라즈마 붕괴 후의 양자끼리, 중성자끼리, 양자와 중성자, 양자와 전자의 결합을 포함하는 개념이며, 종래에 없던 새로운 개념이다.

그리고, 1∼3 단계에 있어서, 증폭재로서 Na, 스테인레스분, 아연, 알루미늄을 가한 경우에 있어서는, 각 미립자군에, 이들의 성분 원자(Ni, Cr, Fe, Zn, Al)와, 이들의 이온(Ni^x＋, Cr^x＋, Fe^x＋, Zn^x＋, Al^x＋)이 가해지고, 이들은, 반응로(1) 내를 500℃ 이상으로 가열하면 기화하는 것이, 다수의 실험에 의해 확인되어 있다(증폭재 중에서는, 가열에 의해 국부적인 극단적인 발열이 생긴다).

또한, 증폭재로서 NaOH, KOH를 사용한 경우에는, 제1 미립자군에는, O, H 원자, 제2 미립자군에는, O^x＋, H^＋(양자), 제3 미립자군에는, O^x＋ 이온의 붕괴한 양자 p, 중성자 n와 전자(e^-)가 가해지게 된다.

그리고, 플라즈마 붕괴 후의 양자와 중성자에 있어서는, 고에너지의 전자파에 충돌되지 않은 경우에, 온도의 영향으로 주행하는 평균 운동에너지의 식으로부터, 이들의 주행 속도를 구하면, 200℃에서는 3300m/s, 300℃에서는3800m/s, 400℃에서는 4100m/s이며, 전자는 더욱 고속이 되고(양자, 중성자의 40배 이상), 플라즈마 반응을 증진하기 위해서는, 일정 온도 이상의 플라즈마 공간이 필요하다.

4) 제4 단계(기체 처리)

제3 단계까지는, 공급한 증폭재의 거동이지만, 이 플라즈마 분위기는, 희망하는 기체의 처리때문이며, 유해한 기체, 예를 들면, 탄산 가스(CO₂)를 공급하면, 축차 C 원자, O 원자로 분리되고 또한, 이들 원자의 이온(C^x＋, O^x＋), 중성자 n, 전자(e^-)가 제3 미립자군에 가해져 제4 미립자군을 구성한다. 물(H₂O)의 수증기를 공급하면, H 원자, 그 이온 H^＋(양자), O 원자, 그의 이온 O^x＋, 양자(p), 중성자(n), 전자(e^-)가 가해지면, 질소 가스(N₂)를 처리하면, N 원자, 이들의 이온(N^x＋), 양자(p), 중성자(n), 전자(e^-)가 가해지게 된다.

6. 정상파에 대하여

전술한 바와 같이, 원통형의 반응로 본체(1)는 양자학적으로 우물형 포텐셜을 이루고, 발생하는 전자파는 정상파를 없애고, 도 9에 있어서 발생한 정상파 SW는 벽면에서 반사하면서 플라즈마 공간을 가로질러 광의 속도(30만km/시간)로 왕복 이동하고 있다. 이 정상파에 대해서는, 도 15에 나타낸 바와 같이, 반파장이 케이싱 내벽 직경 D과 동일할 때를 1차(n=1)의 정상파라고 하고, 1파장이 케이싱 내벽직경 D와 동일할 때를 2차(n=2)의 정상파라고 하고, 1.5파장이 케이싱의 내경 직경 D과 동일할 때를 3차(n=3)의 정상파라고 한다. 도 16에 나타낸 바와 같이, 케이싱의 각 온도에서의 발생하는 전자파의 주파수 ν(ν=1/λ: λ=파장)은 연속적이므로, n(차수=양자수)은 1<n<∞의 범위에서 존재하지만, 각 온도에서의 동일 차수의 에너지 E는, 불연속이며, E=hγ(h×2n)에 의해 2nh 단위로 양자적으로 변화된다. 여기서 h는 프랑크상수이다.

벽면(1a)이 600℃로 가열되면, 적외선 영역(주파수 10¹⁴ 부근)의 전자파의 정상파가 발하지만, 그 때의 강도(광자수) X는, 벽면 400℃, 500℃보다 크고, 이들 사이에는 hν의 정수배의 차이가 있다. 따라서, 온도가 높으면 높을수록, 방사되는 정상파의 강도는 커지므로, 정상파의 에너지를 높게 하는 관점에서는, 케이싱 재료의 내열성의 허용하는 범위에 있어서 온도를 높이는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 전자가 매우 많은 플라즈마 공간을 형성하고, 발생한 정상파가 노벽 사이를 왕복 이동하기 위해서는, 케이싱 내벽에서 전자가 진동하는 도전 상태를 유지하지 않으면 안되며, 내벽에 비도전성의 산화막이 생기지 않도록 해야 하다. 이 점에 있어서 흑연막(2)(도 1)은 바람직하며, 나아가서는 흑연막(2)은 내열성도 충분하다.

7. 플라즈마 공간의 작용

1) 정상파의 기능

반응로 본체(1) 내에 증폭재(6)를 넣고 예를 들면 400℃로 가열하면, 원적외선 영역의 정상파(주파수 10¹³ 정도)가 발생한다. 일반적으로, 정상파의 에너지 E에 관하여, 슐레징거 파동방정식을 고찰하면, 양자수 n차(도 15)의 에너지 En은, m을 양자의 질량이라 하면,

[수식 4]

이며,

En=n²E₁ …(2)

이 되고, 정상파의 에너지 En은 양자수(n)의 2승에 비례하게 된다.

파동의 에너지 E는

E=hν… (3)

이며, 정상파의 에너지에 있어서는, 주파수(ν)의 2승에 비례한다고 할 수 있으므로,

E=hν²… (4)

이 성립한다.

따라서, 10¹³의 주파수를 가지는 정상파은, 통상의 전자파로 전환하면, 주파수가 10^13×2의 전자파와 동일한 에너지를 가지는 것이 된다. 이 10²⁶의 주파수의 전자파는 γ선의 영역이며, γ선과 동일한 에너지를 가지고 있고, 플라즈마 공간을 날아다니고 있는 각 이온을 플라즈마 붕괴시키는 파워를 가지고 있다. 따라서, 이 γ선이 각 이온의 원자핵에 충돌 또는 근방을 지나면 핵력을 차단하여 플라즈마 붕괴시켜, 양자와 중성자의 결합을 해제한다. 그런데, γ선의 발생도 발생한 γ선이 각 이온에 충돌되는 것도 확률이며, 각 이온은 조금씩 붕괴하고, 양자는 H^＋ 이온으로서 날아다니고, 확률적으로 전자(e^-)와 재결합하여 수소 가스(H₂)가 된다. 그리고, 중성자는 양자로부터 이격되어 10 수분 지나면 β붕괴하여 양자가 되고, 결국 수소 가스(H₂)로서 케이싱 밖으로 인출할 수 있다.

이와 같이, 증폭재로서 Na를 사용한 경우에는, 300℃ 이상에서 플라즈마 공간 내에서 플라즈마 붕괴가 일어나서 수소가 발생하고, 온도를 600℃ 가까이 상승시키고, 처리할 기체(N₂, H₂O, CO₂, Ar, He)을 노내에 투입하면, 수소가 조금씩 발생한다. 도 17은, He가 플라즈마 붕괴할 때의 상태를 나타낸 것이며, 원자핵 C 내의 2개의 양자 P, P와 중성자 n, n은는 핵력의 파탄 시에 양자 P끼리는 그 반발력에 의해 서로 반대 방향으로 이산하고, 중성자 n은 반발력이 없으므로, 그자리에 부유하고, β붕괴하여 양자로 변한다.

2) 플라즈마의 에너지

전술한 바와 같이, 플라즈마 공간 내에서는, 밀폐 케이싱의 벽면으로부터의 전자파의 정상파의 발생, 이 정상파의 레이저 매질에 의한 에너지의 증폭(전자파의 광자수를 증가시킴) 및 고속 전자의 작용에 의한 주파수가 큰 전자파의 발생에 의해 고에너지가 만들어지므로, 플라즈마 공간 내의 이온, 미소(微小) 원자의 붕괴가 생기고 또한, 노내에 공급되는 수증기, 질소, CO₂ 등의 기체중의 미소 원자가 플라즈마 붕괴한다. 플라즈마 붕괴를 위해서는, 도 18에 나타낸 각 원자의 결합 에너지이상의 에너지가 필요하다. 즉, 도 18은, 1핵자당의 결합 에너지를 나타내고, 상이한 질량수를 가지는 각 원자의 핵력은 1핵자당의 결합 에너지에 질량수를 곱한 것이며, 원자를 플라즈마 붕괴시키기 위한 전자파의 강도(광자수)는 핵력을 상회하고 또한, 각 광자의 에너지가 1핵자당의 결합 에너지를 상회할 필요가 있는 것으로 사료된다. 즉 일정 이상의 주파수를 가지는 전자파가 아니면 안된다. 이는, 핵력은 글루온의 인장력의 2차적인 표출이며, 각 핵자 내의 글루온의 작용을 차단하기 위해서는, 핵자마다의 결합 에너지 이상의 에너지가 필요로 하기 때문이다(하나의 글루온과 하나의 핵자가 대응함).

3) 에너지 발생의 불확정

플라즈마 내에서의 에너지의 발생은, 확률적으로 일어나며 상시 계속적으로 발생하고 있는 것은 아니며, 하이델베르그의 불확정 원리에 따라서 발생한다. 즉, 에너지의 불확정성(ΔE)과 발생 시간 간격의 불확정성(ΔT)은,

[수식 5]

의 관계가 있다.

예를 들면, 10¹⁵의 주파수의 전자파의 에너지 발생의 불확정성은,

[수식 6]

[수식 7]

가 되고, 대략 1조분의 1의 또한 1만분의 1초의 시간 간격 내라면 10¹⁵의 주파수의 에너지가 발생할 수 있는 것이 된다. 이 때의 전자파는 정상파의 경우, 에너지는 주파수의 2승에 비례하므로, h×10³⁰(6.626×10^-34×10³⁰=6.626×10^-4)J의 에너지가 상기 단시간 내에서 일어날 수 있는 것이 된다.

도 24에 나타낸 바와 같이, 고에너지가 발생하면, 다음 순간, 플라즈마 붕괴가 일어나고, 흡열하고, 이와 함께 양자와 중성자, 중성자와 중성자로 플라즈마 결합이 일어난다. 재차 고에너지가 단시간 발생하면, 플라즈마 붕괴가 일어난다.

이와 같이, 고에너지의 발생(발열)과 고에너지의 흡수(흡열)를 교호적으로 행하면, 노는 파괴되지 않는다. 노내에 기체, 예를 들면 질소 가스를 넣으면, 질소 가스는 불확정의 타이밍으로 붕괴하고, 수소로 차츰 변환되어 간다. 그리고, 발생한 고에너지의 전자파는, Δt시간에 소멸하게 되므로, 광의 속도로 진행해도 노 밖으로 방사되지 않는다. 질소의 1핵자당의 결합 에너지는, 약 7.5MeV(도 18)이며, 이는, 1.2×10^-12J이며, 질소 원자에서는, 핵자가 14개이므로, 전체의 결합 에너지는,

1.2×14×10^-12J →1.68×10^-11J다.

1핵자당의 결합 에너지는 E=hν=1.2×10^-12이므로, 그 주파수 ν는

ν=1.2×10^-12/6.626×10^-34→1.8×10²¹

즉, 1핵자당 1.8×10²¹의 주파수를 가지는 하나의 광자가 필요한 동시에 이 광자가 14개 필요하다. 이 1광자의 주파수는 정상파라면

[수식 8]

이면 되고, 이 주파수(마이크로파 영역)를 가지는 전자파라면, 질소의 핵자 1개분을 플라즈마 붕괴시키고, 그 전자파의 광자가 14개 이상으로 질소의 1원자가 붕괴되게 된다.

그리고, Δt 이하의 간격으로 전자파의 큰 에너지의 발생이 일어나지만, 이 때, 플라즈마 붕괴에 더하여, 플라즈마 결합도 생길 수 있다.

4) 플라즈마 반응

도 19에 있어서, 플라즈마 공간(5)에 질소 원자(160)의 핵력보다 큰 에너지를 가진 정상파(161)가 발생하고, 고속 운동하고 있는 질소 원자에 충돌했다고 하면, 질소 원자는 플라즈마 붕괴하여 7개의 양자(162)와, 7개의 중성자(163)와, 7개의 전자(164)로 분리된다. 이 때는, 핵력에 상당하는 흡열 반응이 일어나고, 정상파(161)의 에너지를 흡수하게 되어 반응로 본체(1)에 손상을 주지 않는다. 플라즈마 붕괴에 있어서는, 양자(162)끼리는 반발력에 의해 각 방향에 비산하지만, 중성자(163)는 전하를 가지지 않으므로, 반발력이 없고, 열에 의한 운동량을 얻을 뿐이며 반응로 본체(1)의 벽을 투과하지 않고, 실험에서 중성자측정기(165)를 반응로 본체(1)에 근접하여 설치해도 그것이 중성자(163)를 검출하는 것은 전무했다.

분리한 양자(162)와 중성자(163)에 다른 큰 에너지를 가진 전자파(166, 166--166)가 충돌했다고 하면, 격자 2개가 1조를 만드는 합계 8조의 플라즈마 결합이 생길 가능성이 있다. 이 때, 양자와 양자의 조와, 양자와 중성자의 조와 중성자와 중성자의 조가 생기지만, 양자와 양자의 조의 경우에는, 이들의 반발력 이상의 운동량을 가지고 서로 핵력이 작용하는 5×10^-15m의 거리까지 근접할 필요가 있으므로, 이 결합의 확률은 극히 낮다. 그러나, 중성자와 양자, 중성자끼리의 결합은, 반발력이 생기지 않으므로, 양자와 양자끼리의 결합보다 확률은 높아진다. 따라서, 1원자의 원자핵으로부터의 플라즈마 붕괴로부터는, 반드시 플라즈마 결합이 생기는 것은 아니지만, 상기 제3, 제4 미립자군 중에 있어서는, 플라즈마 공간(5) 내에 무수한 원자핵이 존재하므로, 플라즈마 붕괴에 대하여, 극히 작은 확률이지만, 플라즈마 결합이 생겨서 발열이 생길 수 있다. 이 플라즈마 결합의 수를 증가시키면, 플라즈마 공간(5)으로부터 열을 인출하는 것이 가능하게 된다. 플라즈마 결합의 수를 증가시키는 수단으로서는, 예를 들면, 중성자원으로의 중성자, 또는 수소(H)를 반응로(1) 내에 공급하여, 플라즈마 결합의 확률을 증대시키면 된다. 그리고, 수소를 플라즈마 결합시키기 위해서는, 그것을 이온화시켜서 양자 p로 할 필요가 있고, 이 때는, 흡열되지만, 양자 p와 중성자 n의 플라즈마 결합의 발열은 이온화에 의한 흡열을 충분히 보충하여 발열 작용을 행할 수 있다.

그리고, 전술한 경우에 있어서는, 질소를 반응시켰으므로 산화는 문제가 되지 않지만, 탄산 가스(CO₂), 수증기(H₂O)를 플라즈마 공간(5) 내에 공급한 경우에는, 공급한 전체 원자(C, O, H)가 즉시 분리하지만, 플라즈마 붕괴는 모든 원자에 순간적으로 일어나는 것은 아니며, 붕괴되지 않은 산소의 일부는 증폭재와 산화하여 고체의 산화물(Na₂O, NaO)을 생성하고, 노벽(1a)에 산화물이 부착되어, 전자파의 발생을 방해하는 경우가 있다. 그러나, 산화물은 플라즈마 공간(5) 내에서는, 서서히 플라즈마 붕괴하여 양자와 중성자와 전자를 방출한다. 산화물의 플라즈마 붕괴에 대해서는, 도 8에 나타낸 실험로에 티탄산칼륨만을 넣어서 600℃로 가열하면, 도 20에 나타낸 바와 같이, 장시간, 제3 미립자군으로부터 수소와 물의 발생이 확인되었다. 즉, 산화물은 플라즈마 공간을 형성하는 증폭재의 기능을 가지고, 제3 미립자가 발생하여 적어도 수소가 발생하는 것이 판명되었다. 그리고, 도 8에 있어서, 스테인레스 로(200) 내에 증폭재(202)로서 티탄산칼륨(K₂TiO₃)만이 넣어지고, 맨틀 히터(201)에 의해 노(200)가 가열되어, 배기관(204)으로부터 발생 기체가 채취되었다. 그리고, 도 20에 있어서, 발생 기체 중, 질량 17의 기체의 종류는 명확하지 않지만 CH₅인 것으로 판단했다.

5) 플라즈마 공간에서 발생하는 에너지와 플라즈마 공간의 작용

상기 플라즈마 공간(5) 내에서 발생하는 에너지의 크기와 플라즈마 공간의 작용에 대하여, 실험 결과에 기초하여 시산(試算)하고 또한 실험 결과를 분석한다.

(a) 실험 A

SUS304의 스테인레스 로(직경 10cm, 높이 20cm, 플라즈마 공간 용적 1570cc) 내에 50g의 주사위형의 금속 나트륨을 넣고, 노의 하반부를 전기 히터로 씌웠다(도 21). 진공펌프(V·p)로 노내를 진공(-0.1MPa)으로 하고, 그 후, 가열하여 400℃ 전후로 한 바, 압력계가 정압(0Pa 이상)이 되고, 500℃에서 0.075MPa가 되었을 때 그 압력을 해방하고, 해방된 기체를 질량 분석기로 확인한 바 수소 가스(H₂)인 것을 확인하였다(도 22). 그리고, 여기서의 온도 표시는 온도는 콘트롤러(히터)의 표시에서의 온도이며, 플라즈마 공간의 온도는, 콘트롤러의 표시의 약 절반이었다.

(b) 분석

이러한 사실로부터, 노내에는, 당초 수소 원자는 존재하지 않으므로, 금속 나트륨의 원자의 일부가 플라즈마 붕괴한 것이라고 밖에 생각될 수 없다. 금속 나트륨의 원자핵의 1핵자당의 결합 에너지는, 약 8MeV(도 18)이며, 이것을 줄(J)로 환산하면,

8×10⁶(eV)×1.6×10^-19(C)→1.28×10^-12(J)

이 되고, 나트륨은 핵자가 23개이므로,

1.28×10^-12×23=2.9×10^-11J …(8)

이 되고, 이것이 소위 핵력이다.

더 이상의 에너지가 가해지지 않으면, 나트륨의 원자핵이 붕괴되어 수소로는 변환하지 않는다. 원자핵이 붕괴되면, 그 주위의 전자 e^-는, 그 중심의 원자핵의 인력이 없어지므로, 분산되지만, 붕괴된 원자핵의 양자의 일부는 근방의 전자와 재결합하여 수소를 형성하지만 양자의 잔부는 전자와 이격되어 운동하고 있는 것으로 여겨진다.

이 때, 중성자는 노 내부에 체류하고, 10분 정도로 양자로 β붕괴한다. 본건 개발자는, 실험로의 근방에 중성자측정기와 가이거계수기를 두고 실험을 거듭하였으나, 양쪽 측정기가, 명확히 중성자 및 γ선을 검출한 것은 전무했다. γ선이 검출되지 않는 것은, 플라즈마 붕괴에 의해 방사성 물질이 생성되지 않기 때문이다.

나트륨의 원자핵의 핵붕괴가 생기는 에너지는, (8)식으로부터, 2.9×10^-11J 이상이지만, 더 이상의 에너지를 가지는 전자파의 주파수를 구하면, (1)식으로부터ν=E/h

이며, 이로부터 ν를 구하면,ν

ν=2.9×10^-11J/6.6×10^-34J·s

≒ 4.4×10²²Hz …(8a)

가 된다.

즉, γ선의 영역의 주파수가 아니면, 나트륨 원자핵은 플라즈마 붕괴하지 않는 것이 된다. 이와 같은 에너지를 가진 γ선이, 어떤 타이밍에서 생기는 지는, 하이델베르그의 불확정성 원리에 기초하여 계산된다. 즉, 발생 에너지와 시간 간격의 관계는

Δt·ΔE≥(h바)/2

이며, 이로부터

Δt≥/ΔE×2

가 되고,

Δt≥1.054×10^-34/2.9×10^-11×2

이므로,

Δt≥1.81×10^-24초… (9)

가 된다. 이것은, Δt의 시간 간격 내에서 ΔE의 발생이 일어나고 있고, ΔE가 커지면, 발생하고 있는 시간 간격은 짧아진다.

실험 A에서는, 진공 상태로부터 수소가 발생하고, 500℃에서 0.075MPa가 되었으므로, 진공 상태로부터는, 0.175MPa 증가하고 있으므로, 이 때의 수소 발생량은, 플라즈마 공간 용적이 1750cc이므로,

1750(cc)×1.75(기압)≒3000cc(3l)… (10)

가 되고, 그 때의 수소의 분자수(H₂)는,

6×10²³×3l/22.4l=8×10²²(개)… (11)

가 되고, H의 원자수는, 그 2배의 1.6×10²³개가 된다. 나트륨의 원자핵의 양자수는 11이므로, 몇개의 나트륨의 원자가 붕괴되었는지를 구하면,

1.6×10²³/1l=1.45×10²²개… (12)

가 된다.

그리고, 노내에는, 50g의 나트륨을 넣었으므로, 이론적으로는, 535l의 수소가 얻어지게 되고, 50g×3/535≒0.3g의 나트륨이 소비된 것이 된다.

고에너지 전자파의 발생은, 정상파가 나트륨 원자에 충돌되는 경우뿐만 아니라, 나트륨 원자의 증폭 작용에 의해 발생하는 경우도 있다. 그리고, 정상파의 경우에는, (1)식으로부터 벽면으로부터 발생한 원적외선(10¹³Hz)이, 나트륨 원자에 충돌되어도 그것을 붕괴시킬 수 있다.

나트륨 원자를 붕괴시킬 수 있는 고에너지의 전자파는, 전술한 단시간만 발생하고, 그 에너지는, 나트륨 원자의 붕괴에 의해 흡수된다. 또한 전자파는 광의 속도로 진행하고, 발생하고 있는 시간은 극히 단시간(1.81×10^-24초 (9)식)이므로, 발생한 전자파는, 3×10^-16m(1나노 이하)이며, 노 밖으로 그 전자파가 방사되지 않는다. 또한, 발생한 고에너지 전자파의 주위는 고열이 되지만, 즉시 나트륨 원자의 붕괴에 의한 흡열이 일어나므로, 노가 파괴되지도 않는다. 또한, 중성자는, 나트륨 원자핵의 핵력이 차단되었을 때, 자유롭게 운동 가능하게 되지만, 양자와의 상호 작용은 없으므로, 큰 운동 에너지를 가지 않고, 노내에 체류하여 β붕괴에 의해 양자가 된다.

또한, 정상파가 아닌 전자파가, 나트륨 원자의 증폭 작용으로 고에너지를 가지는 경우가 있지만, 이는, 노벽으로부터 발생하는 원적외선(주파수 10¹³Hz)이, 대향벽에 충돌하기 전에 나트륨 원자에 충돌하는 경우, 혹은, 나트륨 원자를 나온 전자파가 다른 나트륨 원자에 충돌하는 경우이다. 이러한 경우에는, 몇 번 나트륨 원자와 상호 작용하면 나트륨 원자의 플라즈마 붕괴를 일으키는 에너지를 얻을 지를 계산하면, 1회의 상호 작용으로 에너지는 2배로 되므로, 원적외선의 주파수는 10¹³Hz이며 나트륨 원자의 핵붕괴 주파수는 (8a)식으로부터 4.4×10²²이므로,

2^x×10¹³=4.4×10²²… (13)

이로부터 x=32가 되고, 32회의 상호 작용으로 붕괴 에너지에 도달하게 된다.

상기 반응로를 500℃로 가열하면, 도 23에 나타낸 바와 같이, 발생하는 전자파는, 10²Hz로부터 10²⁶Hz까지 무수하게 발생하고, 10¹³Hz(원적외선)인 것이 가장 에너지가 높고, 피크 P를 형성한다. 10¹³Hz 이상의 주파수인 것은, 점차로 하강하여 γ선 영역(10²⁰Hz 이상)인 것은 현저하게 적어진다. 이와 같이, 플라즈마 붕괴를 일으키는 전자파의 발생은, 단지 노벽을 가열하는 것만으로는 거의 일어나지 않고, 또한 발생한 전자파가 노내에 공급된 원자와 충돌할 확률도 낮으므로, 정상파의 존재와 레이저 매질을 가지는 증폭재가 필요하다.

이상, 실험 A에서 생긴 현상에서의 플라즈마 공간(5)의 작용을 정리하면, 플라즈마 공간(5)은, 나트륨 이온(Na^＋, Na^2＋, Na^3＋), 이온화하고 있지 않은 중성 나트륨 원자(Na)와 이온으로부터 튕겨진 전자(e^-)와 노벽으로부터 나간 전자(e^-)의 혼합체로 구성되며, 다양한 주파수의 전자파가, 노벽 및 나트륨 이온과 중성 나트륨 원자로부터 발생하고, 이들 전자파 중, 주로 노벽으로부터 방사된 원적외선 이상의 주파수를 가지는 정상파 및 나트륨 이온과 중성 나트륨 원자에 의해 증폭된 고에너지 전자파가, 노내에서 랜덤으로 발생하고 그 전자파 근방의 미립자에 플라즈마 붕괴를 일으켜서 흡열되어 소멸하는 동작을 반복하고 있다. 이 상태를 도 24에 나타내고 있다. 즉, 나트륨 원자가 붕괴하는 에너지((8)식으로부터 2.9×10^-11J)가, 예를 들면, 1.81×10^-24초((9)식) 동안 발생하고(Δt₀), 이어서, 보다 높은 에너지가 보다 짧은 시간(Δt₁) 발생하여 소멸하고, 나아가서는 붕괴 에너지보다 작은 에너지도 Δt₂ 동안 발생 소멸하고, 이어서 Δt₂ 동안 내에서 중첩하여 붕괴 에너지가 Δt₀ 동안 발생한다.

(c) 실험 B

실험 A에서의 반응로에 새롭게 CO₂를 도 22에 나타낸 바와 같이, 정압계가 0(대기압)로부터 0.1MPa까지 1570cc 유입시킨 바, 즉시 좌회전하고, 3∼4 분 동안 부압계의 -0.07MPa의 위치까지 회전하여 정지했다. 그리고, 노 온도 400∼600 ℃일 때, 플라즈마 공간의 온도는 200∼300 ℃였다. 이 실험을 수회 행하여 재현성이 있는 것을 확인한 바, 정압 시에, 노내의 기체를 채집하여 질량 분석기로 확인한 바, 수소였다. 이 사실을 바꾸어 말하면, 1570cc의 CO₂가, 완전히 사라질뿐만 아니라, 나아가서는, 0.1MPa만 수납되어 있던 기체(수소로 확인)의 1570cc의 7할(1099cc)이나 사라지고, 총계 2669cc의 기체(수소)가 사라진 것이 된다. 또한, 전기 히터의 콘트롤러는 설정 온도를 600℃로 하고, 노의 온도가 600℃를 초과하면 전류가 끊어지게 되지만, CO₂를 유입하면 630℃(콘트롤러 표시)정도까지 노 온도가 5∼6 초에 상승하고, 2∼3 분에 노 온도가 600℃로 하강했다. 그리고, 이 때의 플라즈마 공간의 온도의 상하 이동은 콘트롤러 표시의 상하 이동과 근사하고 있었다.

(d) 실험 B의 분석

플라즈마 공간 내에, CO₂가 유입되면, C와 O의 화학적 결합은 분해되어, C와 O의 원자로 나누어지고, C는 고체이며 O는 기체이지만, 이들 원자는, 축차 플라즈마 붕괴하여 양자와 중성자와 전자로 나누어지고, 거의 용적을 가지지 않게 되고, 점차로 압력은 내려가고, 결국 부압으로 된다. 이 때, 양자와 전자의 재결합이 일어나고, 수소가 발생하는 경우는 있을 수 있지만, 전자파의 작용으로 즉시 이온화하여 진공이 된다(도 25).

CO₂를 유입하기 전에는, 1570cc의 수소가 노내에 존재하고, 그 후 CO₂ 1570cc를 공급하였으므로, 3140cc의 O와 H의 플라즈마 공간 내의 혼합 기체(C는 고체)가 30℃ 상승한 것에 의해, 그 때의 에너지는, 수소와 산소의 정적 몰 비열이 20.7이므로,

20.7(J/mol·K)×3.14l/22.4l×30℃=87J… (14)이 된다.

이 때의 에너지는, 플라즈마 붕괴 후의 양자와 전자의 재결합에 의한 것인지, 양자끼리, 중성자끼리, 양자와 중성자의 플라즈마 결합에 의한 것인지 분명치는 않지만, 그 에너지의 크기로 보면, 플라즈마 결합에 의한 것으로 여겨진다.

플라즈마 결합의 수는, 핵자 전체의 어느 정도의 확률인가를 계산하면, 플라즈마 붕괴한 CO₂는 1570cc가 플라즈마 붕괴하고, 수소는, 1570cc×0.7=1099cc 이온화하여 양자가 되고 있다. 여기서,

CO₂의 분자수=6×10²³×1.57/22.4=0.42×10²³

C의 원자수=0.42×10²³

O의 원자수=0.42×2×10²³=0.84×10²³

C의 핵자수=0.42×12×10²³=5.04×10²³

O의 핵자수=0.84×10²³×16=13.44×10²³

따라서, 플라즈마 붕괴한 CO₂의 핵자는, 18.48×10²³개가 된다.

한편, 수소 1099cc 내의 양자수는,

6×10²³×1.099l/22.4l≒0.29×10²³

이 되고 CO₂＋H₂의 핵자수는 18.77×10²³개가 되고, 이 핵자 중에 있어서 양자와 중성자의 조합이 대부분인 것으로 여겨지며, 다른 조합을 무시하면, 양자와 중성자의 1조(組)의 결합 에너지는, 도 18로부터 1.11MeV이므로, 이것을 줄로 환산 하면,

1.11×10⁶×1.6×10^-19=1.78×10^-13J …(15)

이 되고, (14)식의 87J는 몇 조의 조합이 생기는지는,

87÷(1.78×10^-13)=48.9×10¹³=4.89×10¹⁴조가 되고, 이 핵자수는, CO₂와 H₂의 총핵자수에 대하여,

4.89×10¹⁴:18.77×10²³=1:3.84×10⁹… (16)

이 되고, 그 확률은, 매우 낮은 것을 알 수 있다.

(e) 실험 C

도 2에서의 실험로(1) 내에 카본(100g)과 봉형(棒形) 나트륨(50g)을 넣고, 부압의 -0.1MPa까지 진공 흡인하고, 실험로(1)의 바닥부를 600℃까지 가열한 바, 부압계의 침은 거의 회전하지 않아, 기체의 발생은 인정되지 않았다. 이에, CO₂를 -0.1MPa(부압계)로부터 ＋0.1MPa(정압계)까지 주입한 바, 정압계의 침은 역회전(좌회전)하고, 1∼2 분로 부압계의 -0.1Mpa까지 도달했다. 이 때, 콘트롤러의 온도계는 650℃까지 상승했다. 즉, 실험로(1)의 2배의 용적(1570cc×2=3140cc의 CO₂가 소멸하고, 이 때, 실험로의 바닥부가 50℃ 상승하게 된다.

(f) 실험 C의 분석

플라즈마 붕괴 후의 플라즈마 결합에 의해 열이 발생하는 것의 증명이지만, 실험 B와는 약간 상이하며, 증폭재가 카본(C)과 나트륨(Na)이며, 카본(C)을 가하면, 붕괴로 생긴 양자, 중성자, 전자의 재결합을 저지하는 작용 또는, 재결합해도 즉시 분리시키는 작용이 커지고, 결국, CO₂가 가지는 양자, 중성자, 전자는 뿔뿔이 흩어진 상태로 잔류하고, 거의 용적을 가지지 않게 되어, CO₂가 소멸한 상태로 보이는 것이다.

8. 플라즈마 공간의 적용

1) 열원으로서의 적용

전술한 바와 같이, 노를 400∼600 ℃로 가열했을 때, 플라즈마 공간은 200∼300 ℃가 된다. 플라즈마 공간의 온도를 600∼700℃까지 상승시키도록 플라즈마 결합을 생기게 하면, 열교환기에서 400℃의 열을 외부로 인출하도록 하면, 플라즈마 공간을 200∼300 ℃로 유지할 수 있어, 플라즈마 반응을 유지할 수 있다. 실험 B의 경우에는, 플라즈마 공간 온도를 400℃ 상승시키기 위해서는, 30℃ 상승시키는데 87J 필요하였으므로,

87J×400℃/30℃≒1160J …(17)

필요하다. 이 에너지 발생에 필요한 수소 원자수와 중성자수의 조의 1핵자당의 에너지는, (15)식으로부터 1.78×10^-13J이므로, 필요한 플라즈마 결합수는,

1160J/1.78×10^-13J=6.6×10¹⁵개… (18)

가 된다. 플라즈마 결합이 일어날 확률은, (16)식으로부터 1/3.84×10⁹이므로, 필요한 수소 원자수와 중성자 원자수는, 각각

6.6×10¹⁵×3.84×10⁹=25.3×10²⁴개… (19)

가 되고, 이는, 수소 가스로서는, 941l이 되고, 이 용적의 수소 가스를 노내에 넣는 것은 현실적이지 않다.

이에, 도 26에 나타낸 바와 같이, 발열 반응로(20) 내에 플라즈마 공간(21)을 형성하고, 반응로(20)의 벽내에 설치한 전기 히터(22)에 의해 플라즈마 공간(21)을 200∼300 ℃로 유지한다. 상기 반응로(20) 내에는, 외부에 설치한 기화로(23)에서 형성된 플라즈마 혼합체(24)가 송입되고, 그 양은 송로(25)에 설치한 밸브(26)에 의해 조정된다. 상기 기화로(23)의 바닥부에는, 금속 나트륨 등의 증폭재(27)가, 기화로(23)의 벽내에 설치된 전기 히터(28)에 의해 600∼700 ℃로 가열된다.

상기 반응로(20)의 플라즈마 공간(21) 내에는, 플라즈마 결합을 위한 수소를 분사하는 수소 분사통(29a, 29a)이 소정 간격으로 수직으로 대향 설치되고, 양쪽 수소 분사통(29)에는, 동일 높이 위치에 복수의 분사 노즐(29a, 29a…29a)이 설치되고, 대향한 분사 노즐(29a)로부터의 압력 수소(10기압)는, 서로 충돌하고 접근한다. 도 27에 나타낸 바와 같이, 수소의 원자 직경은 10^-8cm이며, 양쪽 핵자가 결합하기 위해서는, 핵력이 작용하는 0.5×10^-12cm 정도까지, 그 거리를 줄일 필요가 있다. 이 때, 플라즈마 공간(21)에서 발생하고 있는 고에너지의 다수의 전자파 r₁, r₁…r₁이, 수소 원자로부터 전자를 떼어 놓고, 양자 p를 노출시키고(이온화), 양자 p에 직접 고에너지의 전자파를 작용시키고, 이와 동시에, 근방의 중성자 n, n에도 전자파가 작용하여 양자 p와 중성자 n이 결합된다. 양자와 양자의 결합은 그 확률이 낮으며, 양자와 중성의 결합 쪽이 일어나기 쉽다. 그리고, 중성자 n은, 나트륨의 붕괴시에 플라즈마 공간 내에 존재하고 있고, 이 중성자도 결합하지만, 수소 가스(H₂) 대신 중수소 가스(D₂ 가스)를 가하여, 중성자를 보급해도 된다.

그리고, 상기 반응로(20)의 천장벽에는, 레이저광을 가이드하기 위한 레이저 가이드 통(30)을 설치하고, 이 가이드 통(30)의 상단에는 투명판(31)이 설치되고, 레이저 발진기(32)로부터의 레이저광(33)이 상기 수소 분사통(29) 사이를 방사하여, 양쪽 분사통(29)으로부터 분사된 양자와 중성자의 결합을 촉진한다. 이와 같은 구성으로 하면, 플라즈마 결합의 확립을 현저하게 높일 수 있다. 플라즈마 결합의 비율의 조정은, 수소 분사통(27)에 보내는 가스압, 가스량의 조절에 의해 행하고, 플라즈마 공간의 온도가 600∼700 ℃로 유지되도록 조절하면, 400℃의 온도에 상당하는 열량을 외부에 인출해도 플라즈마 공간 온도가 200∼300 ℃로 유지된다.

도 28은, 플라즈마 공간(21)의 온도를 200∼300 ℃로 유지하는 조절 방법을 도시한 것이다. 고에너지가 발생했을 때, 플라즈마 결합의 열발생에 의해 하강 온도를 600℃에서 정지하도록 하고, 400℃의 열량을 외부에 인출해도 플라즈마 공간 온도는 200℃로 유지된다. 이와 같이 하면, 전기 히터(22)는, 당초의 플라즈마 공간형성 시에만 사용하면 되고, 그 이후에는, 증폭재(27)의 양과 압축 수소 송입량을 적절하게 조절함으로써, 일정한 열량을 외부에 인출해도 플라즈마 공간을 200∼300 ℃로 유지할 수 있으므로, 전기 히터(22)의 사용은 불필요하게 된다.

2) CO₂의 처리

도 1에 있어서, 유입통(4)으로부터 CO₂를 노내에 유입시키면, 이 CO₂는, C와 O로 해리하고 또한 플라즈마 공간 내의 전자파와 상호 작용을 하여 이온화한다. 이 때, C는, 양이온 C^4＋와 4개의 전자 e^-를 발생시키고, O는, 전자 2개를 받아들여 O^2- 이온이 되고(O는 2개로 전자를 4개 받아들임), 플라즈마 공간(5) 내의 이온수는 증가하지만, 전자의 수는 늘어나지 않는다. 이들 이온(C^4＋, O^2-)의 원자핵에 고에너지 전자파가 충돌하면 조금씩 붕괴하여 수소가 발생한다. 상기 양쪽 이온 C^4＋, O^2-는, 퀀텀점프에 의해 보조적으로 증폭재의 작용을 하므로, 보조 에너지 증폭재라고 할 수 있다. 탄소 C의 1핵자당의 결합 에너지는, 7.5MeV(도 18)이며, 핵력은 7.5×12=90MeV이며, O의 1핵자당의 결합 에너지는, Na와 거의 동일하여 8MeV이며, 핵력은 8×16=128MeV가 되고, 핵력으로서는, C의 핵력은 Na의 핵력(8×23=184MeV)의 절반이며, O의 핵력은 Na의 약 10분의 7이며, 어느 쪽의 경우도 Na보다 플라즈마 붕괴를 일으키기 쉽다. 또한, CO₂ 전부가 즉시 플라즈마 붕괴하여 수소로 변하는 것은 아니며, 고에너지에 접촉된 원자가 축차 변환되어 간다. 따라서, C와 이온화한 O는, 동시에 전부가 수소로 변환되지 않고, 변환되어 있지 않은 나머지 O 원자는, 화학적 반응에 의해 산화물을 생기게 한다. 산화물로서는, 증폭재의 Na로 NaO, Na₂O를 생기게 하고, 노벽에서는, 흑연막의 C와 화학적 반응을 하여 CO₂를 생기게 한다. 전술한 NaO, Na₂O는, 개체에서 무거우므로, 플라즈마 공간으로부터 낙하하여 노바닥부에 위치하지만, 노바닥부에서의 열에 의해 축차 플라즈마 붕괴하여 수소로 변해 간다. 노벽에서 생긴 CO₂는 기체이므로, 노내벽이 산화물로 덮여서 전자파가 발생하지 않게 되는 경우는 없다. 그리고, 유해 물질로서의 PCB의 분해도 가능하다.

3) H₂O의 처리

물을 플라즈마 공간에 공급하여 수소를 대량으로 채집할 수 있고, H₂O의 H₂는 노내에 공급된 순간에 즉시 O로부터 이온화하여 수소 가스가 되지만, O는 축차 플라즈마 변환하여 수소가 되어 감과 동시에, 플라즈마 붕괴하지 않고 있는 O는 NaO, Na₂O 및 노내의 C와 결합하여 CO₂가 되고, CO₂는 전술한 바와 같이 서서히 변환하여 수소가 되고, 노바닥부에 낙하한 NaO, Na₂O는 서서히 수소로 변환되어 간다. 장시간, H₂O를 처리하고 있으면 NaO, Na₂O가 노바닥부에 퇴적되어 플라즈마 공간 내의 나트륨 이온이 부족하므로, 도 26에 나타낸 바와 같이, 나트륨 증기를 다른 기화로로부터 공급하도록 하는 것이 바람직하다. 그리고, 여기서의 O는, 보조 에너지 증폭재로서의 기능을 가진다.

4) 질소 가스의 처리

질소의 1핵자당의 결합 에너지는 7.8MeV이며, 핵력은 7.8×14=109.2MeV이며 Na의 10분의 6 정도이며, 플라즈마 공간 내에서의 플라즈마 붕괴가 생기는 것은 명확하다. 질소 가스(N² 가스)를 플라즈마 공간 내에 넣으면, 플라즈마 공간 내의 질소와 질소로부터 생긴 수소로 암모니아(NH₃)의 생성이 일어나고, 질소는 양이온으로서, 수소는 음이온(H^-)으로서 기능하여 전자를 받아들이게 된다. 따라서, 전자 부족이 되어 플라즈마 공간의 능력을 저하시킨다. 또한, 증폭재로서 나트륨을 사용하고 있을 때는, Na^＋ 이온과 H^- 이온이 결합하여 수소화 나트륨(NaH)의 결정이 노벽에 부착한다. 따라서, 이 때는, 플라즈마 공간의 온도를 NaH 결정의 분해 온도(400℃) 이상으로 상승시킬 필요가 있다. 통상 플라즈마 공간 온도는 200∼250 ℃로 충분하지만, N의 처리의 경우에는, 발생 전자파의 파워 업에 의한 전자 부족 해소를 위하여, 또한 NaH의 결정 생성을 억제하기 위하여, 플라즈마 공간의 온도를 400℃ 이상으로 하는 것이 바람직하다.

질소 가스로부터 수소를 채취하는 것은, 사막의 녹화에 기여할 수 있다. 사막에는 물이 없으므로, 공기로부터 질소를 분리하여 반응로에 유입하고, 수소를 인출하고, 연소시켜서 열 에너지와 수증기를 얻고, 이 수증기를 냉각하면 물이 되고, 이와 같이 대량의 물을 사막에서 입수하는 것이 가능하게 되어, 물로 식물을 길러서 사막의 녹화에 기여할 수 있다.

5) 6불화우라늄(UF₆) 또는 6불화플루토늄(PuF₆)의 이용

현재, 원자력발전에서는, 반응의 전단계(前段階)에서 6불화우라늄(UF₆)이 생성되고, 원심분리에 의해 U²³⁵가 만들어지고 있다. 이 UF₆는 기체이며, 이것을 플라즈마 공간 내에 공급하면, 우라늄 U²³⁸의 1핵자당의 결합 에너지는, 7.7MeV이며, 그 핵력은 7.7×238=1832.6MeV이며, 그것을 줄로 환산하면, 2.9×10^-10J이 된다. 이는, 어느 정도의 주파수에 상당하는지 계산하면,

ν=E/h=2.9×10^-10/6.6×10^-34=4×10²³… (19)

이 되고, 원적외선(주파수 10¹³)의 정상파라면(ν²의 에너지에 상당함), 플라즈마 붕괴를 일으킬 수 있고, 정상파가 증폭재의 입자에 충돌하지 않아도, 그 입자의 증폭 효과에 의해 생긴 고에너지 전자파에 의해 플라즈마 붕괴를 일으킬 수 있다. 또한, 플라즈마 붕괴시의 수소 원자(양자)가, 다른 원자(Na, O, C 원자)보다 현저하게 많아지게 되어(1핵자의 붕괴에 의해 92개의 양자가 분산함), 중성자도 충분히 존재하고, 플라즈마 결합의 확률도 증가하여, 대량의 열이 얻어진다. 이 때, 이온화한 불소(F^-)는, 음성 원소이며, 전자를 받아들이므로, 그 폐해를 방지하기 위하여, 주에너지 증폭재에 아연, 알루미늄, 티탄 등의 부에너지 증폭재를 가하는 것이 바람직하다. 동일하게 기체의 6불화플루토늄(PuF₆)도 이용 가능하다.

9. 실용적 장치

플라즈마 반응을 이용하여 열원으로서 열을 발생하여 외부에 인출하여 열 에너지로서 이용하고 또한, 동시에 발생하는 수소를 에너지로서 이용하기 위한 장치로서는, 이하와 같은 구조가 고려된다.

도 29에 있어서, 플라즈마 반응 장치(M₂)는, 원통형의 스테인레스제의 본체(81)를 가지고, 이 본체(81)는 내통(82)과 외통(83)으로 이루어지고, 내외통 사이에 플라즈마 공간(84)이 형성되고, 내통(82)의 상단부에는, 수소 버너(85)가 지지되고, 버너(85)로부터의 열가스는, 보온실(88)을 통과하고, 그 상단의 배기통(88a)으로부터 배기된다.

이 배기는 냉각기(97)에 의해 냉각되어 물이 되고, 사막에서는 이 물이 식물 육성에 사용된다.

상기 수소 버너(85)에는, 수소 탱크(86)로부터의 수소가 공급되고, 이 수소 탱크(86)에는, 플라즈마 공간(84)에서 발생된 수소가 저류되고, 그 일부가, 보조 에너지 증폭재로서, 특히 플라즈마 결합을 촉진하기 위해 공급관(98)을 통하여 플라즈마 공간(84) 내에 공급된다. 그리고, 보조 에너지 증폭재로서는, 질소(N₂), 탄산 가스(CO₂) 및 물(H₂O)이 적절하게 공급되고, 이들 자신도 플라즈마 붕괴하여 수소를 생성하고, 발생한 수소는, 회수관(87)을 통하여 수소 탱크(86)에 저류된다. 그리고, 본체(81)의 주위에는, 단열 진공실(99)이 형성되고, 이 진공실(99)의 외부에 증폭재로서의 용융염을 이루는 액체 나트륨 또는 불화리튬의 순환계로(89)가 형성되고, 이 계로(89)를 플라즈마 공간(84)의 하면에 저류하는 액체 나트륨(90)이 순환하고, 액배출관(91)을 나온 액체 나트륨은 여과기(92)에서 여과되고, 압송 펌프(93)에 의해 송출되고, 필요에 따라 탱크(94) 내의 액체 나트륨은 보충되어 유입관(95)으로부터 플라즈마 공간(84) 내에 유입한다. 그리고, 플라즈마 공간(84) 내에는, 열교환기(96)가 연장되어 있고, 이 열교환기(96)는, 플라즈마 붕괴의 흡열 반응과 플라즈마 결합의 발열 반응의 밸런스에 의해 발생시킨 에너지를 외부에 인출하고, 플라즈마 공간(84)을 원하는 온도 200∼300 ℃로 유지한다.

도 30은, 다른 실시예를 나타내고, 이 플라즈마 반응 장치(M₃)는, 스테인레스제의 본체(201)를 가지고, 이 본체(201)의 외측은 단열재(202)로 덮여져 있다. 상기 본체(201)의 내측에는, 탄소를 주형 성형한 통형의 카본통(203)이 설치되고, 이 카본 본체(203)에는, 전기 히터(204)가 매립되고, 이 히터(204)는 플라즈마 공간(205)의 온도 조정에 사용된다. 이 플라즈마 공간(205) 내에는, 수소를 배출하는 회수관(206), 보조 에너지 증폭재로서의 탄산 가스(CO₂) 및 물(H₂O)을 공급하는 공급관(207)이 이어져 있다. 또한, 이 실시예에서는, 플라즈마 공간(205)이 카본통(203) 내에 형성되어 있으므로, 그 내벽이, 플라즈마 공간(205) 내의 산소 이온(O^2-)과 반응해도 기체의 CO₂가 생기므로, 내벽이 산화막으로 덮여지지는 없다. 따라서, CO₂와 물의 처리에는, 적절한 실시예라고 할 수 있다.

그리고, 본체(201)의 바닥부에는, 도 29와 마찬가지로 순환계로(208)로부터의 액체 나트륨(209)이 공급되고, 이 액체 나트륨(209)은, 순환계로(208) 내를 순환하고, 상기 계로(208)는, 액배출관(210), 여과기(211), 압송 펌프(212), 나트륨 탱크(213) 및 유입관(214)을 가지고 있다.

상기 카본통(203) 위에는 프레넬 렌즈(Fresnel lens)판(215)으로 폐색되고, 이 프레넬 렌즈판(215)은 가시광선(216)을 플라즈마 공간(205)에 집광하면서 보내고, 상기 가시광선(216)은 카본통(203)의 하면에 설치된 반사 추(錘)(217)에 의해 반사되고 본체 내벽면에 흡수되어, 새로운 전자파를 방사한다. 플라즈마 공간(205) 내에 있어서, 가시광선(216)은 증폭되어, 플라즈마 반응에 기여한다. 상기 주, 보조 에너지 증폭재의 송입량 및 증폭된 가시광선에 의해 발생한 열량은, 플라즈마 공간 내에 연장되어 있는 열교환기에 의해 외부로 인출된다.

다음으로, 도 31, 32에 있어서, 가로형의 플라즈마 반응 장치(M₄)는, 스테인레스제(SUS304)의 반응로(52)를 가지고, 이 반응로(52)는, 외통(53)과, 이 외통(53)의 중심부에 배치된 내통(61)과, 이 내통(61)의 외측에 내통(61) 내의 연소가스를 유동시켜 반응로(52)를 보온하기 위한 보온통(67)을 가지고 있다. 상기 외통(53)과 내통(61) 사이에 플라즈마 공간(54)이 형성되고, 외통(53)과 보온통(67) 사이에, 보온실(60)이 형성되고, 보온실(60) 내를, 상기 내통(61)의 좌단부에 삽입된 수소 버너(56)에서 연소된 열가스가, 보온통(67)의 우측단벽(67a)에서 반전하여 배출구(51)로부터 배출한다. 상기 반응로(52)의 좌측단벽에는, CO₂, H₂O, N₂ 등의 처리할 기체 혹은 UF₆ 등의 기체형 증폭재를 주입하기 위한 주입관(57)과, 플라즈마 공간(54) 내에서 생성된 수소를 배출하기 위한 배기통(58)이 장착되고, 상기 외통(53)의 내벽 및 내통(61)의 외주벽에는, 흑연재(카본)(65, 66)가 부착되어 있다. 그리고, 흑연재(65, 66)는, 서로 대향하여 흑체 방사가 생기고, 정상파가 생기기 쉬우며, 산화막이 생기지 않고, 플라즈마 공간의 에너지 증폭 작용이 커지고, 내통(61)의 온도 보다 외통(53)의 온도가 100℃ 이상 높아지고, 수소 버너의 연소를 억제해도 충분한 플라즈마 반응이 행해질 수 있다. 상기 내통(61)의 외주벽(플라즈마 공간(54)의 내벽)에는, 수평 방향으로 증폭재(68)를 유지하기 위한 유지 프레임(59)이 내달아 형성되어 있다. 이 유지 프레임(59)에는, 반응로(52)의 우측단벽에 장착된 분사 공급 장치(70)에 의해, 증폭재(68)가 공급된다. 상기 분사 공급 장치(70)는, 분사관(74)을 가지고, 이 분사관(74)에는, 호퍼(71)가 접속되고, 호퍼(71) 내의 증폭재(68)는, 예를 들면, 에어건(도시하지 않음)으로, 분사관(74)에 압력 공기를 보내고, 밸브(73)를 개방하여 호퍼(71)로부터 낙하하는 증폭재(68)를 플라즈마 공간(54) 내에 분사 공급한다. 그리고, 분사 공급 장치(70)는, 플라즈마 반응 장치(M₄)의 작동 개시 시와, 유지 프레임(59) 내의 증폭재가 소모되었을 때 증폭재를 보급할 때 사용한다.

도 33은, 대량의 CO₂를 처리할 때에 적합한 플라즈마 반응 장치(M₅)를 나타내고, 이 장치(M₅)는 반응로 본체(300)를 가지고, 이 반응로 본체(300) 내에는, 예를 들면, 수소 버너(301)로부터의 열가스를 가이드하는 열배관(302)이 반응로 내 전체적으로 배치되고, 플라즈마 공간(303)을 소정 온도로 가열한다. 노 밖으로는, 나트륨 용융염 또는 불화리튬(LiF) 용융염이 순환하는 순환 장치(304)가 설치되고, 이 장치(304)는, 여과기(305)와 순환 펌프(306)를 가지고 있고, 용융염 MS는, 반응로(300) 내의 상부로부터 샤워 기구(307)에 의해 분무되어, 반응로 하면에 설치한 받이접시(308)로 모아져서 여과기(305)에 보내진다. 그리고, 노내의 공간에는, 용융염의 샤워를 분산시키는 분산판(309)이 설치되고, 이것은 용융염의 샤워를 받아서 분산시키는 펀치 플레이트이다. 처리할 CO₂는, 노본체(300)의 측면에 설치한 주입관(310)으로부터 주입되고, 플라즈마 붕괴 후의 플라즈마 결합에 의해 생긴 수소 가스는, 인출관(311)을 거쳐 도시하지 않은 수소 탱크에 저류된다. 또한, 플라즈마 결합에 의한 발열이 생겼을 때에는, 열교환기(312)에 의해 열을 인출할 수 있다.

도 34는, 전자파를 발생하는 기구가 상이한 플라즈마 반응 장치(M₆)를 나타내고, 이 장치(M₆)는 반응로 본체(400)를 가지고, 이 본체(400)의 내면은, 카본벽(401)으로 덮어지고, 이 카본벽 내에는, 플라즈마 공간(402)을 소정 온도로 가열하는 전기 히터(403)가 설치되어 있다. 상기 본체(400)의 상부측에는, 마이크로파를 발생하는 마그네트론(magnetron) 장치(전자파 발생 장치)(404)가 설치되고, 이 장치(404)에 의해 발생된 마이크로파는 도파관(導波管)(405)을 거쳐 플라즈마 공간(402) 내에 보내지고, 그 전자파는, 본체(400)의 천장벽으로부터 수하(垂下) 회전하는 전자파 분산체(407)(모터(406)에 의해 회전됨)에 충돌하여 반사되어, 각 방향으로 분산된다. 한편, 상기 플라즈마 공간(402)은 증폭재의 미립자가 고속 주행하는 공간이며, 이 증폭재의 미립자는, 본체 외에 설치한 미립자 발생 장치(408)에 의해 플라즈마 공간(402) 내에 보내지고, 상기 장치(408)는, 그 상면에 설치한 전자총(409)을 구비하고, 그 하면에 탑재된 증폭재(Na, Al, Zn 등)를 전자총(409)으로부터의 전자선에 의해 기화되어 적절하게 송입관(410)을 통하여 플라즈마 공간(402) 내에 보내진다. 상기 미립자 발생 장치(408)에는, 호퍼(h) 내에서의 증폭재의 입자가 적절하게 공급된다.

상기 플라즈마 공간(406)은, 카본벽(401)에 매설된 전기 히터(403)의 작동에 의해 소정 온도(미립자를 고속으로 주행시키는 온도, 200℃ 정도에서 600m/s 이상이 됨)로 유지되고, 이 온도에 의해 카본벽(401)의 내면으로부터도 정상파를 이루는 전자파(원적외선)(411, 411…411)가 방사되고, 처리할 기체(CO₂, H₂O, N₂ 등)는, 주입관(412)으로부터 보내지고, 생성된 H₂ 가스로부터는, 주출관(413)으로부터 인출된다.

이와 같이, 미립자 발생 장치(408)와 전자파 발생 장치(404)를 본체(400) 밖에 설치하고, 이들의 발생량을 컨트롤하면서 본체 내에 보낼 수 있으므로, 플라즈마 반응의 제어가 용이하게 되고, 본체(400)를 전자파 발생을 위해 고온으로 가열할 필요가 없어진다.

[산업상 이용가능성]

본 발명은, 수소 관련 사업 및 발전 사업에 이용되 수 있다.

1…반응로 본체
1a…노벽
5…플라즈마 공간
6…증폭재
20…반응로
23…기화로
27…수소 분사통
84…플라즈마 공간
203…카본통
205…플라즈마 공간

Claims (18)

1. 가열에 의해 전자파의 정상파를 방사하는 벽면으로 밀폐 공간을 형성하고, 상기 밀폐 공간을 소정 온도 이상으로 가열하고 또한 밀폐 공간 내에 전자파의 에너지를 증폭하는 증폭재의 미립자를 공급하고, 상기 벽면으로부터 방사되는 전자파 및 상기 미립자 자체로부터 다른 미립자에 방사되는 전자파에 의해 상기 미립자를 이온화시켜서 플라즈마 공간을 형성하고, 불확정 원리에 기초하여 고에너지의 전자파를 발생하고, 확률적으로 증폭재의 미립자를 플라즈마 붕괴시켜 붕괴된 미립자를 양자, 중성자, 전자로 분리하고, 이어서 분리한 이들 미립자 사이에 있어서 서로 재결합하여 플라즈마 결합을 생성하는, 플라즈마 반응 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 플라즈마 공간 내에 처리할 기체를 공급하고, 이 기체 성분의 원자를 플라즈마 붕괴시킨 후, 플라즈마 결합시키고, 양자와 중성자의 결합에 의해 발열시켜 플라즈마 공간의 온도를 높이도록 한, 플라즈마 반응 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 발열 작용을 증대시키기 위하여, 상기 플라즈마 공간에 수소를 공급하여 양자수를 증가시키거나, 또는 중성자를 공급하여 플라즈마 결합을 증대시키는, 플라즈마 반응 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 증폭재는, 장주기표 제1 족 및 제2 족의 전형원소 중 적어도 1종이거나, 이들 중 적어도 1종을 포함하는 화합물이며, 처리할 기체는 탄소 가스, 수증기, 질소 가스, 6불화우라늄, 6불화플루토늄, PCB 가스 중, 적어도 1종인, 플라즈마 반응 방법.
5. 제3항에 있어서,
   상기 증폭재는, 스테인레스, 아연, 철, 크롬, 알루미늄, 구리, 은, 금, 팔라듐, 백금, 망간, 몰리브덴, 티탄 및 지르코늄의 판형, 분말형, 덩어리형 중 적어도 1종을 포함하고 또는 액상(液狀)의 인 또는 수은을 포함하는, 플라즈마 반응 방법.
6. 제1항에 있어서,
   전자파를 방사하는 벽면을 스테인레스재, 흑연재, 구리재, 알루미늄재 중, 적어도 1종으로 구성한, 플라즈마 반응 방법.
7. 제1항에 있어서,
   상기 증폭재를 용융염으로 구성하고, 플라즈마 공간의 상부로부터 상기 용융염의 액적으로 공급하고, 플라즈마 공간의 하부에 용융염의 액적을 모아서 다시 플라즈마 공간의 상부로 순환시키도록 하고, 상기 플라즈마 공간 내에 열배관을 설치하고 이 열배관과 상기 용융염의 액적을 서로 작용시켜 증폭재의 미립자를 생성하도록 한, 플라즈마 반응 방법.
8. 가열에 의해 전자파의 정상파를 방사하는 벽면이 밀폐 공간을 형성하는 플라즈마 반응로 본체와, 상기 밀폐 공간을 소정 온도 이상으로 가열하는 가열 장치와, 상기 밀폐 공간을 플라즈마 공간으로 하기 위해 공급되고 전자파의 에너지를 증폭하는 미립자로 이루어지는 증폭재와, 상기 증폭재로부터 미립자를 발생시키는 미립자 발생 장치를 가지고, 상기 벽면으로부터의 정상파와 미립자의 상호 작용에 의해 확률적으로 고에너지를 발생시키는, 플라즈마 반응 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 반응로의 벽면은, 흑연재, 스테인레스재, 철재, 알루미늄재 및 구리재 중, 적어도 1종의 재료로 이루어지는, 플라즈마 반응 장치.
10. 제8항에 있어서,
    상기 증폭재는 용융염으로 이루어지고, 이 용융염은 금속 나트륨, 금속 칼륨, 및 불화리튬 중 적어도 1종으로 이루어지고, 이 용융염은, 외부로부터 플라즈마 반응로의 플라즈마 공간 내에 공급되고, 또한 플라즈마 반응로의 외부에 취출되는 순환 장치에 의해 순환되는, 플라즈마 반응 장치.
11. 제8항에 있어서,
    상기 증폭재는, 알칼리 금속을 포함하는 화합물과, 스테인레스분(粉), 철분, 알루미늄분, 아연분, 구리분 중, 적어도 1종의 조합으로 이루어지고, 보충 가능하도록 플라즈마 반응로 내에 설치되는, 플라즈마 반응 장치.
12. 제8항에 있어서,
    상기 가열 장치는 플라즈마 반응로의 벽면 내 또는 외면에 설치되거나 또는 플라즈마 반응로 내에 설치되는 전기 히터인, 플라즈마 반응 장치.
13. 제8항에 있어서,
    상기 가열 장치는, 플라즈마 반응로 내에 설치되고, 가스 버너로부터의 열가스를 통과시키는 열배관으로 이루어지는, 플라즈마 반응 장치.
14. 제8항에 있어서,
    상기 플라즈마 공간 내에 수소 분사통을 대향 설치하고, 이 수소 분사통에 압력 수소를 공급하는, 플라즈마 반응 장치.
15. 제14항에 있어서,
    상기 플라즈마 공간 내에 열교환기가 설치되고, 플라즈마 공간 내의 열의 일부를 인출하도록 한, 플라즈마 반응 장치.
16. 제8항에 있어서,
    상기 미립자 발생 장치는, 증폭재를 받는 노(爐) 본체 바닥벽과, 이 바닥벽을 가열하는 가열 장치로 이루어지는, 플라즈마 반응 장치.
17. 제8항에 있어서,
    상기 미립자 발생 장치는, 상기 본체 밖에 설치되고, 증폭재에 전자총에 의한 전자를 충돌시켜 기화시키는, 플라즈마 반응 장치.
18. 제8항에 있어서,
    상기 본체 밖에 마그네트론(magnetron)으로 이루어지는 전자파 발생 장치를 설치하고, 이 장치로부터의 전자파는 상기 플라즈마 공간 내에 있어서 각 방향으로 분산 방사되는, 플라즈마 반응 장치.

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