WO2007122709A1

WO2007122709A1 - 線形加速発電装置

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Publication number: WO2007122709A1
Application number: PCT/JP2006/308277
Authority: WO
Inventors: Norio Akamatsu
Original assignee: Norio Akamatsu
Priority date: 2006-04-20
Filing date: 2006-04-20
Publication date: 2007-11-01
Also published as: JPWO2007122709A1; US20090174282A1; EP2009780A1; CN101416377A

Abstract

　従来の発電方法とは異なる新しい概念に基づき、投入エネルギーが少なく、発電効率がよく、クリーンで、枯渇する心配のない、安定した発電を可能とする。　自由電子を保有する電子供給体２０と、電子供給体２０に電気導通状態に設けられた電子放出ポート３０と、電子放出ポート３０とは電気絶縁状態に配置され、電子放出ポート３０中の電子ｅを電子放出方向へ線形加速する電子加速電極４０と、電子放出ポート３０とは電気絶縁空間Ｆを介して対向して配置され、電子放出ポート３０から放出された電子ｅを受け取るための電子受容体５０とを備え、電子加速電極４０に正電圧を加えることで電子放出ポート３０中の電子を線形加速して弾道電子として電気絶縁空間Ｆに放出させ、この放出電子を電子受容体５０で受け取らせて集める構成とした。

Description

明細書

線形加速発電装置

技術分野

[0001] 本発明は線形加速発電装置に関し、より詳しくは、線形加速された電子が物質から空間中に放出されるのを利用した発電装置に関する。

背景技術

[0002] 電気エネルギーを得る方法としての発電には、古くから行われている水力発電、風力発電の他、太陽光発電、潮力発電等の自然エネルギーを利用する発電が知られている。また化石燃料を用いた火力発電や、原子力を用いた原子力発電が知られている。

前記化石燃料を用いた発電においては、原料となる化石燃料が有限であることから、何れ枯渴し、社会のニーズに応えられなくなるという問題をかかえている。

また前記太陽光や風力等の自然エネルギーを利用した発電においては、利用する自然エネルギーである太陽光や風力の供給は自然条件に依存するので、我々が電力を必要とする際に必ず発電が行われる保障がないという欠点がある。

また原子力発電の場合は、安全性の問題や設備等の問題がある。

[0003] 一方、本発明者は、太陽光を物質に受光させて熱エネルギーに変換し、これによつて加熱された物質から熱電子を放出させ、この熱電子放出を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換することによる発電方法を提供した (特許文献 1〜4)。また熱エネルギーを電気エネルギーに変換する装置としては、次の特許文献 5も提供されている。

一方、電界を加えて電子を放出させる電界電子放出を用いた装置として、次の特許文献 6が提供されている。

特許文献 1：特許第 3449623号公報

特許文献 2 :特開 2003— 189646号公報

特許文献 3：特開 2003 - 250285号公報

特許文献 4:特開 2004— 140288号公報特許文献 5：特開 2003 - 258326号公報

特許文献 6：特表平 11— 510307号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0004] ところが上記特許文献 1〜4の発明は、何れも熱エネルギーを物体に与え、これによって加熱された物体中から熱電子を放出させ、放出された電子を回収して発電を行う方法を採用したものである。即ち外部力も熱エネルギーを与えて、これを電気工ネルギ一に変換する方式の発電装置であり、大きな電気エネルギーを得るためには、それ相当の大きな熱エネルギーの投入を必要とする。

また上記特許文献 5の発明には、電界放出を利用した素子や装置が開示されている。しかし、あくまでも電気エネルギーと熱エネルギーとの変換装置である。また発電に関しては、加熱による熱電子放出を利用した発電にとどまるものである。

また特許文献 6の発明には、電界電子放出材料、電界電子放出装置が開示されている。し力電界電子放出装置において示されたものは、電子の電界放出を放電装置、電子ガン、ディスプレイ等、何れも放出電子そのものを利用した装置であり、発電に利用すると、つた技術思想が全く存在しな、ものである。

[0005] そこで本発明は従来における発電方法とは全く異なる新しい概念に基づき、投入エネルギーが少なぐ且つ十分に効率のよい発電を得ることができると共に、クリーンで、枯渴する心配のない、安定した発電が可能な新たな発電装置の提供を課題とする。

課題を解決するための手段

[0006] 上記課題を達成するため、本発明者は種々の実験と検討を重ねた結果、物質中で電子を電界によって線形加速し、この線形加速された弾道電子 (ballistic electron )を物体力空間中に放出させるという弾道放出を利用することで、熱電子放出等のエネルギー変換を伴う既存の発電方式とは全く異なり、エネルギー変換を伴わない新たな発電方式により、効率のよい発電が可能であることを知得し、本発明を完成した。

[0007] ところで、電界中に電子が存在すると、電子は加速される。電子を 1次元方向にカロ速する場合、その加速器を線形加速装置 (linear Accelerator)と言う。

準 1次元の形状を持つ物質として、例えばカーボン 'ナノチューブがある。このカーボン'ナノチューブ（CNT)の特徴の 1つはアスペクト比である。即ち、 CNTの直径に比較して、その長さが桁違いに長い。例えば単層カーボン 'ナノチューブ（SWCNT) の直径は lnm付近にあり、フェルミ波長のオーダに近づく。このためカーボン 'ナノチユーブは、電子を実質的に 1次元方向に移動させることが可能な準 1次元の形状を持つ物質として機能することができる。準 1次元物質内を 1次元方向に加速される電子は弾道電子となる。

特に単層のカーボン 'ナノチューブ中の電子が電界により加速されると、無散乱状態でバリスティックな電子移動を行う。即ち、カーボン 'ナノチューブの如き準 1次元導電体を利用することで、電子を弾道電子として線形加速し、該準 1次元導電体の端点力空間に放出させることができる。

なおカーボン 'ナノチューブは金属性と半導体性のものがある力、金属性のものを用いることで電子の線形加速を効率よく行うことができる。

準 1次元導電体であるカーボン 'ナノチューブの先端点から空間中に放出された電子は、障害物が存在しない限り、空間中を飛翔する。放出された弾道電子の軌道上に導電性体が存在すると、電子はその導電性体に衝突し、吸収される。この飛翔弾道電子を受け入れて吸収する導電性体を電子受容体 (コレクタ）とする。

電子が前記電子受容体に吸収されると、電子受容体は負電荷を帯びる。即ち、弾道電子の衝突を繰り返し受ける電子受容体は負電位になる。よって電子受容体が他カゝら絶縁状態に保持されている場合には、その負電位は次第に大きくなる。

電子受容体に電子が吸収されることで負電位が次第に大きくなる。そして最終的には、電子受容体に接近する電子は逆方向の大きな電界の作用を受け、電子受容体に到達することができなくなる。このときの臨界電位が線形加速発電装置の起電力となる。

電子が十分に線形加速されて放出される場合には、前記の起電力は容易に数十〜数百ボルトになることができる。

電子受容体に捕獲された電子を外部へ送り出す (送電する)ことで電力を取り出し、禾 IJ用することがでさる。

[0009] 線形加速発電装置において、準 1次元導電体中の電子を線形加速するための電界は、電子加速電極を用いて与えられる。この電子加速電極が前記準 1次元導電体に対して電気絶縁状態に隔離されて配置される場合には、前記準 1次元導電体内にある電子は前記電子加速電極に到達することなぐ準 1次元導電体内を線形加速され、やがて準 1次元導電体の先端力電気絶縁空間に放出される。電子が電子加速電極に到達することはない。即ち、放出された電子が電子加速電極の正電荷に吸収されることはなく、また電子加速電極の電荷消耗 (エネルギー損失)も理論上は生じない。

以上のようにして本発明では、準 1次元導電体の自由電子を線形加速することで弾道電子として先端から放出させ、且つこの放出させた電子を電子加速電極以外の電子受容体に収集して蓄積することで、実用可能な発電を完成させている。このとき電子加速電極に加える正電荷の消耗、即ち電気エネルギーの消費は最小限に抑えられる。

[0010] 本発明の線形加速発電装置は、自由電子を保有する材料からなる電子供給体と、該電子供給体に対して電気導通状態に設けられた電子放出ポートと、該電子放出ポ一トとは電気絶縁状態に配置されると共に電子放出ポート中の電子を電子放出方向へ線形加速するための 1乃至複数の電子加速電極と、前記電子放出ポートとは電気絶縁空間を介して対向して配置されると共に電子放出ポートから放出された電子を受け取るための電子受容体とを備え、前記電子加速電極に正電圧を加えることで前記電子放出ポート中の電子を線形加速して弾道電子として前記電子放出ポートから前記電気絶縁空間に放出させると共に放出された電子を前記電子受容体で受け取らせて集める構成としてあることを第 1の特徴として、る。

また本発明の線形加速発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子放出ポートは、電子供給体の表面に 1乃至複数の準 1次元導電体を立設して構成してあることを第 2の特徴としている。

また本発明の線形加速発電装置は、上記第 2の特徴に加えて、準 1次元導電体は、カーボン 'ナノチューブであることを第 3の特徴としている。また本発明の線形加速発電装置は、上記第 2又は第 3の特徴に加えて、電子加速電極は準 2次元導電体力なり、準 1次元導電体が立設されてなる電子放出ポートに対し、該電子放出ポートの側周囲に電気絶縁状態に配置してあることを第 4の特徴としている。

また本発明の線形加速発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子受容体に向かう電子の軌道を分散させて電子受容体での受電子位置が集中するのを防止する受電子位置分散手段を設けてあることを第 5の特徴としている。

また本発明の線形加速発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子受容体は複数個を相互に絶縁状態にして設け、電子放出ポートから放出された電子を前記複数個の電子受容体に振り分ける電子振り分け手段を設けてあることを第 6の特徴としている。

また本発明の線形加速発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子受容体に到達した電子が 2次放出するのを防止するための 2次放出防止手段を設けてあることを第 7の特徴としている。

また本発明の線形加速発電装置は、上記第 1の特徴に加えて、電子受容体と電子供給体とを電気接続し途中に電気的負荷を配する構成としてあることを第 8の特徴としている。

発明の効果

請求項 1に記載の線形加速発電装置によれば、電子加速電極に正電圧が加えられることで、電子放出ポート中の電子が電子加速電極によるクーロン力によって電子放出方向に線形加速され、弾道電子となって、電子の運動エネルギーが上昇する。これによつて電子のもつエネルギーが電子放出ポートの表面のエネルギー障壁を超えると、その電子は電子放出ポートから電気絶縁空間に放出される。このときの条件としては、電子放出ポートにおけるエネルギー障壁ができるだけ低くなるように、材料やポートの形状を考慮することが重要となる。また電子加速電極による電子の加速を電子放出に必要な速度まで増大させるために、且つ電子加速電極に付加される正電圧を低く抑えるために、前記電子加速電極をできるだけ電子放出ポートの周囲に近接させることが重要である。電子放出ポートから放出された電子は、電気絶縁空間を電子受容体に向けて飛翔し、電子受容体に衝突し、受け取られる。これによつて電子放出された電子は電子受容体に集められ、電子受容体における電子数が増大する。即ち、発電状態となる。電子受容体の状態は、電気的に中性乃至マイナス状態にするのが、電子と原子核との結合を防ぎ、効率のよい発電を行うのに好ましい。しかしその一方、電子受容体のマイナス電荷が増大するに従って反発力が増し、電子の受け入れが難しくなる。これを解消するには、前記電子の線形加速の度合いを増大させて運動エネルギーを増加させること、或ヽは電子受容体のマイナス電荷を電子受容体の表面から他の位置に移動させて表面のマイナス電荷を小さく保持すること等が重要となる。

前記電子加速電極に加えられる正電荷は、電子加速電極が電子放出ポートと電気絶縁状態にあり、また放出した電子が電子加速電極に到達しない限りにおいて、理論上において消費されることがないので、必要なエネルギー（投入電力）の消費を十分に抑制することが可能である。

以上より請求項 1に記載の発明の線形加速発電装置によれば、電子の線形加速による絶縁空間への放出現象を利用して、電子の線形加速に必要なエネルギーの消費を少なく抑制しながら、電気絶縁空間に放出された電子を電子受容体に収集し、効率よく発電を行うことが可能となる。

また請求項 1に記載の発明の線形加速発電装置によれば、熱エネルギーを付加し

、この熱エネルギーによって熱電子を放出させて発電に供する従来の方式、即ち熱エネルギーを電気エネルギーに変換させる方式の従来の発電に比較して、エネルギ一効率の良好な発電が可能である。

しかも請求項 1に記載の発明の線形加速発電装置によれば、太陽光などの自然ェネルギーを用いた場合の不安定な発電ではなぐ運転制御が容易で且つ安定した電力の取得が可能な発電を得ることができる。

また請求項 2に記載の線形加速発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成による作用効果に加えて、電子放出ポートは、電子供給体の表面に 1乃至複数の準 1 次元導電体を立設して構成される。

準 1次元導電体とは、電子の放出に関して 1次元の導電体としての作用と実質的に同様の作用、即ち非常に細長い形状を有する導電体で、電子が 1次元方向に移動（加速)されるものを意味する。

準 1次元導電体の場合には、電子加速電極を作用させることで電子は実質的に 1 次元方向にのみ移動、加速され、その先端から放出される。準 1次元導電体の長手方向を電子放出方向と一致させることで、電子の放出が容易となる。また準 1次元導電体を用いる場合、その先端からの電子の放出に対するエネルギー障壁が低くなると考えられる。

準 1次元導電体は多数本を電子供給体の表面に立設して電子放出ポートとすることができる。多数本を立設構成することで、電子供給体にある自由電子は多数本の準 1次元導電体を経て各先端力放出されるので、全体として多数の電子を効率よく線形加速、放出させることができる。

[0013] また請求項 3に記載の線形加速発電装置によれば、上記請求項 2に記載の構成による作用効果に加えて、準 1次元導電体がカーボン 'ナノチューブであることにより、電子の（自由）移動性を十分に良好にすることができる。またカーボン 'ナノチューブをその長手方向が電子放出方向に一致するようにして電子放出ポートに立設することで、効率のよい電子放出を可能とすることができる。カーボン 'ナノチューブは電子供給体の表面に垂直方向に植設することで立設することができる。勿論、カーボン' ナノチューブは金属性のものを用いる。またカーボン 'ナノチューブは先端部が開放されたもの（open carbon nanotube)を用いることで、先端からの電子放出がより効率よく行える。

[0014] また請求項 4に記載の線形加速発電装置によれば、上記請求項 2又は 3に記載の構成による作用効果に加えて、電子加速電極は準 2次元導電体力もなり、準 1次元導電体が立設されてなる電子放出ポートに対し、該電子放出ポートの側周囲に電気絶縁状態に配置される。電子加速電極は電子放出ポートに対して電気絶縁状態に配置されることで、電子加速電極に加えられる正電荷の消耗が理論上にお！、て生じない。

また電子加速電極を準 2次元導電体とすることで、十分にその厚みを薄くすることができ、よって電子供給体の表面に立設される準 1次元導電体力もなる電子放出ポートの突出寸法が短い場合であっても、薄い厚みの 1乃至複数の準 2次元導電体を電子放出ポートの側周囲に配置することができる。し力も、準 1次元導電体力なる電子放出ポートの先端が電子加速電極力十分に前方へ突出した状態とすることができる。従って電子放出ポートの先端力放出される電子は、もはや電子加速電極が邪魔になることはない。即ち、電子放出ポートの先端力も放出された電子は、何ら障害なく電子受容体に向けて飛翔し、到達することができる。

[0015] また請求項 5に記載の線形加速発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成による作用効果に加えて、電子受容体に向かう電子の軌道を分散させて電子受容体での受電子位置が集中するのを防止する受電子位置分散手段を設けてあるので、該受電子位置分散手段により、電子が電子受容体の一部に集中して衝突することによつて電子受容体の破損を招くような不都合を防止し、装置の耐久性を増すことができる。

[0016] また請求項 6に記載の線形加速発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成による作用効果に加えて、電子受容体は複数個を相互に絶縁状態にして設け、電子放出ポートから放出された電子を前記複数個の電子受容体に振り分ける電子振り分け手段を設けてあるので、該電子振り分け手段により、電子放出ポートから放出された電子が複数の電子受容体に振り分けられて受け取られることができる。よって個々の電子受容体での電子受け取りをより容易に、効率よく行うことができる。

1つの電子受容体のみで全ての放出電子を受け取る場合には、多数の電子を急激に受け取ることで電子受容体の負電荷が急増しやすぐよって飛来電子を反発する等、電子の受け取り率が悪くなる事態が生じ得る。一方、複数の電子受容体を用いて電子を振り分けて受け取る場合には、個々の電子受容体においては、電子の増加が急激には行われないことから、受け取った電子を他の場所に移行させ或いは使用に供することで、負電荷の増加を適当に防止することが可能となる。従って引き続き飛来する電子を、負電荷によって反発させることなぐ電子受容体で効率よく受け取ることがでさる。

[0017] また請求項 7に記載の線形加速発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成による作用効果に加えて、電子受容体に到達した電子が 2次放出するのを防止するための 2次放出防止手段を設けてあるので、電子受容体に飛来した電子を確実に拘束して受け取ることができる。よって発電効率を上げることができる。

[0018] また請求項 8に記載の線形加速発電装置によれば、上記請求項 1に記載の構成による作用効果に加えて、電子受容体と電子供給体とを電気接続し途中に負荷を配する構成としてあるので、電子受容体で受け取った電子を電気的負荷に供給して仕事を行わせることができる。電気的負荷を経た電子は電子供給体に戻る。即ち、電子の循環を行うことができる。

図面の簡単な説明

[0019] [図 1]本発明の実施形態に係る線形加速発電装置の概略断面構成図である。

[図 2]本発明の実施形態に係る線形加速発電装置の要部の詳細を示す断面構成図である。

[図 3]本発明の実施形態に係る線形加速発電装置において、準 1次元導電体を網目状に組み合わせることで準 2次元導電体からなる電子加速電極を構成した例を示す図である。

[図 4]本発明の実施形態に係る線形加速発電装置において、準 1次元導電体を平行に配することで準 2次元導電体からなる電子加速電極を構成した例を示す図である。

[図 5]本発明の実施形態に係る線形加速発電装置において、複数の準 1次元導電体を立設して電子放出ポートを構成した例を示す図である。

[図 6]線形加速発電装置における発電の起電力を説明する図である。

[図 7]本発明の実施形態に係る線形加速発電装置において、受電子位置分散手段を付加した例を説明する図である。

[図 8]本発明の実施形態に係る線形加速発電装置において、電子振り分け手段を付カロした例を説明する図である。

[図 9]本発明の実施形態に係る線形加速発電装置において、電子振り分け手段を付加した場合に対応して構成される電力取出回路の具体的構成の 1例を説明する図である。

[図 10]本発明の実施形態に係る線形加速発電装置において、 2次放出防止手段を付加した 1例を説明する図である。圆 11]本発明の実施形態に係る線形加速発電装置の構成おいて、 2次放出防止手段を付加した他の 1例を説明する図である。

符号の説明

10 真空容器

20 電子供給体

30 電子放出ポート

30a 準 1次元導電体

40 電子加速電極

40a 準 1次元導電体

41 電子加速電源

50 電子受容体

60 電力取出回路

61 電気的負荷

70 電 5¾絶体

90 受電子位置分散手段

100 電子振り分け手段

110 2次放出防止手段

F 電気絶縁空間

e 電子

発明を実施するための最良の形態

[0021] 図 1を参照して、本発明の実施形態に係る線形加速発電装置を説明する。

真空容器 10内の電気絶縁空間 Fに電子供給体 20、電子放出ポート 30、電子加速電極 40、電子受容体 50が設けられている。また 2次放出防止手段 110が設けられている。

また真空容器 10外に電子加速電源 41、電力取出回路 60が設けられている。

[0022] 前記真空容器 10はその内部を真空乃至十分に減圧された状態にする容器で、材料の種類は特に限定されるものではない。真空容器 10内は真空乃至減圧された状態の電気絶縁空間 Fとなって、る。前記電子供給体 20は、電子を供給する源となる物質で構成され、金属材料、その他の自由電子を豊富に保有する材料で構成される。

前記電子放出ポート 30は、電子をそこ力も前記電気絶縁空間 Fに放出する機能を果たすもので、前記電子供給体 20と電気的に導通状態に設けられる。

電子放出ポート 30は、その先端力も電子が放出されるのに対するエネルギー障壁、即ち、電子を電子放出ポートから電気絶縁空間 Fに放出させるのに必要な最小のエネルギーである仕事関数 E (work function)が小さい材料を用いて構成するこ

w

とが好ましい。電子放出ポート 30の形状もまたエネルギー障壁、即ち仕事関数 Eの

w 小さ、形状で構成することが好ま、。

前記電子加速電極 40は、電子放出ポート 30中の電子を電子放出方向へ線形カロ速するための電極であり、 1乃至複数の電極力もなる。電子加速電極 40は前記電子放出ポート 30とは絶縁状態に配置される。

前記電子受容体 50は、電子放出ポート 30から電気絶縁空間 Fに放出された電子を受け取るためのもので、前記電子放出ポート 30とは電気絶縁空間 Fを介して対向して配置されている。この電子受容体 50は金属材料等の自由電子の保有能力が大ヽ材料で構成することができる。

[0023] 前記電子加速電源 41は、前記電子加速電極 40に正電圧を加える機能を果たすもので、本実施形態では前記電子供給体 20に負電極、前記電子加速電極 40に正電極が加わるように接続して、る。

前記電力取出回路 60は、前記電子受容体 50に集められた電子 eを外部に取り出すための回路である。前記電子受容体 50と前記電子供給体 20との間で電気接続されており、その途中に電気的負荷 61が配された構成になされて!、る。

[0024] 上記実施形態に係る線形加速発電装置では、電子供給体 20から電子放出ポート 30に入った電子 eが、電子加速電極 40による正の電圧を付加されることによって、電子放出ポート 30中を電子放出方向に線形加速され、高速となった電子 eが、電子放出ポート 30の先端から、弾道電子となって電気絶縁空間 Fに放出される。

電気絶縁空間 Fに飛び出した電子 eは、弾道軌道上を飛翔し、対向配置された受容体 50に達して衝突、吸収される。電子 eが吸収された電子受容体 50と前記電子供給体 20との間には、電力取出回路 60が接続されており、電子 eを吸収した電子受容体 50から電子供給体 20に電子 e 力 Sフィードバックされる。その際、電子 _eが電気的負荷 61の中を移動することにより、電流 iが流れる。即ち、発電された電気が電気エネルギーとして電気的負荷 61に供給され、エネルギーが利用され、仕事を行う。

[0025] 図 2に線形加速発電装置の電子放出ポート 30、電子加速電極 40の詳細を示す。

電子放出ポート 30は、図 1、図 2においては電子放出ポート 30を 1本の準 1次元導電体 30aで表現して、これを電子供給体 20に立設して構成した状態に表現して、る。準 1次元の導電体の場合は、実際には非常に細いものである力図面上でが概念的に拡大して表現して!/、る。

勿論、電子放出ポート 30は、複数本の準 1次元導電体 30aを束にして構成することができる。

電子放出ポート 30と電子加速電極 40との間は電気絶縁体 70で電気的に隔離されている。よって、電子放出ポート 30から電子加速電極 40に電子が移動することはない。勿論、電子加速電極 40は電子供給体 20からも電気絶縁空間 Fを介して絶縁状態に保持されている。よって、電子加速電極 40は周囲から電気絶縁性を保持されており、電子加速電源 41から供給される電荷が殆ど保持されており、理論的には電力消費は殆ど発生しない。従って発電効率が良好な発電装置が実現される。

電子放出ポート 30は、多数の準 1次元導電体 30aを電子供給体 20の表面に立設して構成することができる。多数の準 1次元導電体 30aを立設構成することで、電子供給体 20にある自由電子は、立設されたそれぞれの準 1次元導電体 30aを経て、その先端力放出がなされ、全体として多数の電子を効率よく放出させることができる。この場合には、これら多数の準 1次元導電体 30aと電子加速電極 40とは、相互に絶縁状態に保持される。

図 2で、電子放出ポート 30はチューブ状に描いている力これは電子放出ポート 30 を準 1次元導電体であるカーボン 'ナノチューブで構成することを意識したものである

[0026] カーボン 'ナノチューブを用いて電子放出ポート 30を構成する場合は、電子供給体 20の表面に鉄、コバルト、ニッケル等の触媒物質を積層し、雰囲気を 650°C付近に設定する等して、適温保持し、気体としてメタン、アセチレン等の炭素系ガスを適切に供給し、条件を適切に維持することで、前記電子供給体 20上にカーボン 'ナノチューブ、若しくはこれに類する準 1次元物質を成長させる。

[0027] 図 2において、電子放出ポート 30を 1乃至複数の準 1次元導電体で構成する場合に対応した電子加速電極 40として、電子加速電極 40を準 2次元導電体で構成するようにしている。準 2次元導電体で電子加速電極 40を構成することで、電子加速電極 40の厚みを十分に薄くすることができる。従って電子供給体 20からの突出量 (突出寸法）が短い電子放出ポート 30であっても、電子放出ポート 30の側周囲に電子加速電極 40を配置することができ、し力も電子放出ポート 30の先端が加速電極 40よりも前方へ十分に突出するように配置することができる。このように構成することで、電子放出ポート 30中の電子 eは 1乃至複数の電子加速電極 40によって十分に線形加速されると共に、電子放出ポート 30の先端力放出される際には既に電子加速電極 40 の位置を越えており、もはや電子加速電極 40が電子の放出の邪魔になることがない

[0028] 図 3は電子加速電極 40を、準 1次元導電体 40aを網目状に組み合わせて重ねることにより、準 2次元導電体にして構成した例を示す。準 1次元導電体 30aから構成することができる電子放出ポート 30は、準 2次元導電体からなる網目を貫通して設けられる。勿論、電子放出ポート 30と電子加速電極 40とは相互に電気絶縁状態とされる。この場合、電子放出ポート 30の準 1次元導電体 30a、電子加速電極 40の準 1次元導電体 40aの表面を絶縁物質で被覆するようにしてもよヽ。準 1次元導電体として力一ボン'ナノチューブを用いることができる。

[0029] 図 4は、電子加速電極 40を、準 1次元導電体 40aを平行に配することで準 2次元導電体にして構成した例を示す。上記図 3で既に示す例の場合と同様に、準 1次元導電体 30aから構成することができる電子放出ポート 30は、準 2次元導電体からなる平行な隙間を貫通して設けられる。勿論、電子放出ポート 30 (30a)と電子加速電極 40 とは相互に電気絶縁状態とされる。この場合、上記図 3で示す例の場合と同様に、電子放出ポート 30の準 1次元導電体 30a、電子加速電極 40の準 1次元導電体 40aの表面を絶縁物質で被覆することで、相互の電気絶縁性を確保することができる。準 1 次元導電体としてカーボン 'ナノチューブを用いることができる。

[0030] 図 5を参照して、複数の準 1次元導電体 30aを立設して電子放出ポート 30を構成した例を説明する。

この例では、電子供給体 20の表面に多数の準 1次元導電体 30aを幅広く立設構成して電子放出ポート 30とし、且つこれらの準 1次元導電体 30aを貫通させたような状態にして複数の電子加速電極 40を水平方向に配してヽる。そして電子加速電源 41 を、電子供給体 20を負極側に、各電子加速電極 40を正極側にして接続している。電子放出ポート 30の各準 1次元導電体 30aと各電子加速電極 40とは相互に電気絶縁状態に保持される。

電子供給体 20の電子は、電子放出ポート 30の各準 1次元導電体 30aを通って、複数の電子加速電極 40によって線形加速され、各電子加速電極 40を貫通したその先の先端力弾道電子 eとなって放出される。

前記放出された弾道電子 eは電子受容体 50に衝突し、吸収される。

[0031] 図 6を参照して、本発明の線形加速発電装置における発電の起電力を説明する。

電子放出ポート 30から電気絶縁空間 Fに放出された電子 eが電子受容体 50に衝突することにより、それに受け取られて吸収される。飛翔する電子 eは速度 v (mZs) で電子受容体 50に衝突する。電子 eが吸収されること〖こより電子受容体 50の電位が V (volt)になる。電子 eが電子受容体 50に接近すると、減速される。従って、下記の不等式 1を満たす速度があれば、電子 eは電子受容体 50に到達する。

mv²/2 >qV 式 1

ここで、 q (クーロン）は電子が保有する電荷である。

式 1を満たすためには、飛翔電子の初期速度を大きくする必要がある。電子の初期速度は電子加速電極 40にカ卩えられる電圧によって決まる。従って、この線形加速発電装置の起電力は電子加速電極 40に加えられる電圧によって決まる。起電力を大きくするには、電子加速電極 40に加える電圧を大きくすればよい。しかし電子加速電極 40に加える電圧を大きくすると、電子加速電極 40と負極との間にある絶縁体に流れる漏れ電流も大きくなる可能性があるので、極度に電圧を大きくすることは得策ではない。よって発生する起電力は絶縁体の漏れ電流を考慮し、損失が大きくならない範囲内で加速電圧を大きくすることにより決定される。

[0032] 図 7を参照して、図 1に示す本発明の実施形態に係る線形加速発電装置において、電子受容体 50に受電子位置分散手段 90を付加した例を説明する。

受電位置分散手段 90は、電子放出ポート 30から放出された電子 eを収集する電子受容体 50に対して、電子受容体 50に向力電子 eの軌道 orbを分散させることで、電子受容体 50での受電子位置が集中するのを防止するためのものである。

受電子位置分散手段 90は、電子受容体 50の手前に配置され、電子受容体 50に向力う電子 eの軌道を周期的に或いはランダムに変更する。

図 7では、電子受容体 50を、図 1に示す状態から 90度回転させて示している。しかしながら、これは説明がしゃす、ように回転して示して、るだけである。

受電子位置分散手段 90は、水平方向の 2枚の偏向板 92、 92と垂直方向の 2枚の偏向板 94、 94と水平方向の走査電子回路 91と垂直方向の走査電子回路 93によつて構成され、水平方向の 2枚の偏向板 92、 92は水平方向の走査電子回路 91によつて水平方向にスキャンする電気信号が加えられ、垂直方向の 2枚の偏向板 94、 94は垂直方向の走査電子回路 93によって垂直方向にスキャンする電気信号が加えられる。水平方向の走査信号により発生する水平方向の電界の変化によって、電子 eの軌道 orbは水平方向に曲げられる。また垂直方向の走査信号により発生する垂直方向の電界の変化によって、電子 eの軌道 orbは垂直方向に曲げられる。水平方向走查と垂直方向走査の組み合わせによって、電子 eの軌道 orbは周期的に或いはランダムに変更され、結果として電子 eは電子受容体 50の広い範囲に分散して受電される。これによつて、電子 eが電子受容体 50の狭い範囲に集中して受電されることによつて生じる電子受容体 50の破損、破壊が防止され、耐久性を増すことができる。

[0033] 図 8を参照して、本発明の実施形態に係る線形加速発電装置の構成に電子振り分け手段 100を付加した例を説明する。

真空中を飛翔する電子 eの電荷が qクーロンであり、その速度が Vであり、電子 eが電子受容体 50に接近する場合を考察する。電子受容体 50に蓄えられた電荷が Q クーロンであれば、両者の電荷の積 q X Qに比例するクーロンの反発力が働く。電子 eの速度 vが大き!/、場合には、電子 eはクーロンの反発力に打ち勝って電子受容体 5 0に衝突することは可能である。し力し速度 Vが小さい場合には、クーロン力の反発力の作用により電子 eは電子受容体 50に到達することが不可能となる。従って電子受容体 50に蓄積される負電荷の量が限定され、クーロンの反発力により衝突しなかつた電子は加えた電源の正極に吸収される等、電気エネルギーの発生効率が低下する。従って真空中を飛翔する電子 eの全てを電子受容体 50に吸収させることが重要となる。

電子振り分け手段 100は、電子受容体 50の手前に配置し、電子受容体 50に向かう電子 eを振り分けるものである。即ち、電子放出ポート 30と電子受容体 50との間の電気絶縁空間 Fに、 1対の振り分け電極 101、 102を対向させて配し、その電極 101 、 102間を電子 eが通過するように構成する。前記 1対の振り分け電極 101、 102に対しては交流電源 103を接続し、片方の振り分け電極 101 (102)に正電圧が加わる場合には、他方の振り分け電極 102 (101)には負電圧が加わるようにする。

前記電子振り分け手段 100を設ける場合には、前記電子受容体 50の構成として、振り分けられた電子を受け取る複数個の電子受容体 50を設ける。即ち図 8において、電子受容体 50は、絶縁部材 55により相互に絶縁した状態にして、第 1電子受容体 56と第 2電子受容体 57とを配置する。

以上のような構成において、前記交流電源 103をオンすると、 1対の振り分け電極 1 01、 102には一定の周期で正電位と負電位とが加えられる。

今、図面上、左の振り分け電極 101に正電位、右の振り分け電極 102に負電位が加えられている期間には、飛翔電子 eは正電位の方向（左方向）に軌道を曲げられ、左の第 1電子受容体 56に衝突、吸収される。また右の振り分け電極 102に正電位、左の振り分け電極 101に負電位が加えられて、る期間には、飛翔電子 eは右方向に軌道を曲げられ、右の第 2電子受容体 57に衝突、吸収される。このようにして、一定の周期で左右の第 1電子受容体 56と第 2電子受容体 57とに電子 eが振り分けられて収集される。

電子 eの収集が 1対の電子受容体 56、 57により交互に行われることで、第 1電子受容体 56と第 2電子受容体 57のそれぞれでは、電子 eの受容が行われていない期間においては、溜まっている電子 eを外部に流出させて電力に供すると共に、電子受容体 56、 57内の電子 e量を減じて次の周期での電子受け取りの準備とすることができる

[0035] 図 9を参照して、振り分け手段 100により前記第 1電子受容体 56及び第 2電子受容体 57に振り分けられて蓄積された電子 eを取り出し、電力供給に供する電力取出回路 60の具体例の 1つを説明する。

電力取出回路 60には、変圧器 62を設け、その 1次卷線 63の一端 63aを第 1電子受容体 56に接続し、 1次卷線 63の他端 63bを第 2電子受容体 57に接続する。また 1 次卷線 63の中央部に中間端子 63cを設け、この中間端子 63cを電子供給体 20に接続するように構成する。変圧器 62の 2次卷線 64の両端 64a、 64b間に電圧が出力される。よってこの両端 64a、 64b間に電気的負荷 65を接続することで、電気的負荷に対して電力を供給して仕事をさせることができる。

[0036] 前記電子振り分け手段 100により左の振り分け電極 101に正電位が加えられている期間は、電子は第 1電子受容体 56に受け入れられて蓄積される。第 1電子受容体 56に蓄積された電子 eは、電力取出回路 60の 1次卷線 63へその一端 63aから流れてゆき、中間端子 63cを通って電子供給体 20へ移動する (循環する)。この際、変圧器 62の 2次卷線 64には磁束が発生し、電圧が発生する。通常は 2次卷線 64側に電気的負荷 65が接続されるので、電気的負荷 65に電流が流れることによって逆起電力が発生し、この逆起電力によって、第 1電子受容体 56から 1次卷線 63を通って電子供給体 20に移動する電子の量が制限される。このため第 1電子受容体 56に蓄積された電子 eが十分に放電されるまでには時間を必要とする。

一方、所定のサイクルで前記交流電源 103の電圧が変化することで、前記電子振り分け手段 100の左の振り分け電極 101が負電位となり、右の振り分け電極 102が正電位となると、飛翔電子 eは第 2電子受容体 57に受け入れられて蓄積される。第 2電子受容体 57に蓄積された電子 eは、電力取出回路 60の 1次卷線 63へその他端 63b 力も流れてゆき、中間端子 63cを通って電子供給体 20へ移動する（循環する）。この際、変圧器 62の 2次卷線 64には、前回とは逆の磁束が発生し、正負が逆の電圧が発生する。即ち、電気的負荷 65に流れる電流が前回とは逆方向となる。 2次卷線 64 の電気的負荷 65に電流が流れることによって逆起電力が発生し、この逆起電力によつて、第 2電子受容体 57から 1次卷線 63を通って電子供給体 20に移動する電子の量が制限される。このため第 2電子受容体 57に蓄積された電子 eが十分に放電されるまでには時間を必要とする。

他方、この期間では、前記第 1電子受容体 56に到達する電子 eは存在しないので、第 1電子受容体 56に蓄えられた電子 eの殆ど全ては変圧器 62の 1次卷線 63を経由して電子供給体 20に帰還する。即ち、この期間に第 1電子受容体 56に蓄えられた電子 eは殆ど放電される。よって第 1電子受容体 56は、この期間に次の周期における電子 eの受け入れ態勢が整う。

第 2電子受容体 57の場合も同様な経過を経て、電子の受け入れと放電による受け入れ態勢の整えが行われる。

なお前記電力取出回路 60の 2次卷線 64側では交流電圧が発電される。

[0037] 以上のように、電子振り分け手段 100により、放出電子 eを、 2つの電子受容体、即ち第 1電子受容体 56と第 2電子受容体 57とに交互に振り分けて受容させることで、電子受容体に多量の電子 eが蓄積されることが防止でき、よって更なる電子 eの受容が妨げられるといった不都合を回避することができ、良好に効率よく放出電子 eを受け入れて、且つ電子供給体 20に帰還させることが可能となる。

従って本発明の線形加速発電装置における最大の問題点である電荷の蓄積現象による電気エネルギー発生の効率の低下を阻止することが可能となり、高効率の発電装置を提供することができる。

[0038] 図 1に戻って、本発明の実施形態に係る線形加速発電装置の構成に、電子受容体 50に到達した電子が 2次放出されるのを防止するための 2次放出防止手段 110を付カロした例を説明する。

この例では、電子受容体 50の背面に電気絶縁空間 Fを介して導電体 110aを配置し、この導電体 110aに電源 110bからの正電圧が加わるように構成して!/、る。

導電物質体 110aに蓄えられた正電荷によって、電子受容体 50の前記導電体 110 a側の表面 (背面）に負電荷が誘導され、電子受容体 50の前面 (電子 eを受け取る面 )に正電荷が誘導される。前記電子受容体 50の前面に誘導された正電荷によって、飛翔電子 eが引き寄せられ、電子受容体 50の前面に確実に到達する。電子受容体 50に到達して収集された電子 eは、電力取出回路 60を経て、電気エネルギーとして利用することができる。

[0039] 図 10を参照して、本発明の実施形態に係る線形加速発電装置の構成に、電子受容体 50に到達した電子が 2次放出されるのを防止するための 2次放出防止手段 110 を付加した 1例を説明する。

この例では、電子受容体 50の前面 50a、即ち飛翔してくる電子 eを受け取る面 50a の周囲を囲むようにして絶縁部材カもなる絶縁周壁 111を設け、絶縁周壁 111の開口部にゲート部材 112を配置する。ゲート部材 112の中央付近には電子受入口 113 を設けて、る。また電子受容体 50の前面 50aは中央部が高く周縁が低くなるような傾斜面にする。

そして電源 114を設けて、絶縁周壁 111で隔離された前記ゲート部材 112に負電圧、前記電子受容体 50に正電圧がそれぞれ加わるようにする。

ゲート部材 112の電子受入口 113を通過した電子 eは、電子受容体 50の表面 50a に衝突する。衝突した電子 e或いは 2次的に飛び出した電子 eは曲がった電子軌道 o rbに進み、最終的には電子受容体 50に吸収される。ゲート部材 112と電子受容体 5 0との間に発生する電界は、飛翔電子 eを電子受容体 50に接近させる力となって働くので、ゲート部材 112の電子受入口 113を通過した電子 eの全てが電子受容体 50に吸収される。

電子受容体 50に吸収された電子 eは、電力取出回路 60を経て電子供給体 20に帰還すると共に、途中の電気的負荷 61で利用される。

なお前記電子受容体 50に加わる正電圧は低く或いはゼロに近い方力収集した電子の利用効率がよくなる。

[0040] 図 11を参照して、本発明の実施形態に係る線形加速発電装置の構成に、電子受容体 50に到達した電子が 2次放出されるのを防止するための 2次放出防止手段 110 を付加した他の 1例を説明する。

この例では、電子受容体 50の前面に準 2次元絶縁体 115を介して準 2次元導電体 116を積層している。そして、電源 117aを設けて、準 2次元絶縁体 115で隔離された前記準 2次元導電体 116に負電圧、前記電子受容体 50に正電圧がそれぞれ加わるように構成している。

電子受容体 50に向かう飛翔電子 eは、準 2次元導電体 116に衝突すると、準 2次元導電体 116中をトンネル現象により通り抜け、更に準 2次元絶縁体 115もトンネル現象により通り抜けて、電子受容体 50に衝突し、吸収される。

電子受容体 50に衝突した電子 eは速度が低下し、また準 2次元導電体 116に蓄えられた負電荷によるクーロン力を受けるので、電子受容体 50から再び準 2次元絶縁体 115や準 2次元導電体 116を通過して外部に飛び出ることが防止される。即ち、電子受容体 50に到達した電子 eが 2次放出されるのが防止される。

産業上の利用可能性

線形加速によって放出される電子を利用した本発明の線形加速発電装置は、従来の火力発電、水力発電、原子力発電、太陽光等の自然エネルギーを用いた発電に代わり、或いは新たに加わるべき発電手段として、投入エネルギーが少なぐクリーンで、安定した電気エネルギーを低コストで供給することが可能であり、産業上の利用可能性が非常に大きいものである。

Claims

請求の範囲

[1] 自由電子を保有する材料からなる電子供給体と、該電子供給体に対して電気導通状態に設けられた電子放出ポートと、該電子放出ポートとは電気絶縁状態に配置されると共に電子放出ポート中の電子を電子放出方向へ線形加速するための 1乃至複数の電子加速電極と、前記電子放出ポートとは電気絶縁空間を介して対向して配置されると共に電子放出ポートから放出された電子を受け取るための電子受容体とを備え、前記電子加速電極に正電圧を加えることで前記電子放出ポート中の電子を線形加速して弾道電子として前記電子放出ポートから前記電気絶縁空間に放出させると共に放出された電子を前記電子受容体で受け取らせて集める構成としてあることを特徴とする線形加速発電装置。

[2] 請求項 1において、電子放出ポートは、電子供給体の表面に 1乃至複数の準 1次元導電体を立設して構成してあることを特徴とする線形加速発電装置。

[3] 請求項 2において、準 1次元導電体は、カーボン 'ナノチューブであることを特徴とする線形加速発電装置。

[4] 請求項 2又は 3において、電子加速電極は準 2次元導電体力なり、準 1次元導電体が立設されてなる電子放出ポートに対し、該電子放出ポートの側周囲に電気絶縁状態に配置してあることを特徴とする線形加速発電装置。

[5] 請求項 1において、電子受容体に向力電子の軌道を分散させて電子受容体での受電子位置が集中するのを防止する受電子位置分散手段を設けてあることを特徴とする線形加速発電装置。

[6] 請求項 1において、電子受容体は複数個を相互に絶縁状態にして設け、電子放出ポートから放出された電子を前記複数個の電子受容体に振り分ける電子振り分け手段を設けてあることを特徴とする線形加速発電装置。

[7] 請求項 1にお、て、電子受容体に到達した電子が 2次放出するのを防止するための 2次放出防止手段を設けてあることを特徴とする線形加速発電装置。

[8] 請求項 1において、電子受容体と電子供給体とを電気接続し途中に電気的負荷を配する構成としてあることを特徴とする線形加速発電装置。