JPH02280090A - 核融合反応用電極およびその使用方法 - Google Patents

核融合反応用電極およびその使用方法

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JPH02280090A
JPH02280090A JP1103096A JP10309689A JPH02280090A JP H02280090 A JPH02280090 A JP H02280090A JP 1103096 A JP1103096 A JP 1103096A JP 10309689 A JP10309689 A JP 10309689A JP H02280090 A JPH02280090 A JP H02280090A
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JP
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nuclear fusion
reaction
deuterium
electrode
electrodes
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JP1103096A
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English (en)
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Shunpei Yamazaki
舜平 山崎
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Publication date
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    • G21NUCLEAR PHYSICS; NUCLEAR ENGINEERING
    • G21BFUSION REACTORS
    • G21B3/00Low temperature nuclear fusion reactors, e.g. alleged cold fusion reactors
    • 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

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  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)

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】 「発明の利用分野」 本発明は、気相または液相反応を用いて、核融合反応を
より確実に実施せしめるとともに、その核融合反応によ
って生じたエネルギを熱交換系を介して外部に取り出す
ための電極およびその使用方法に関するものである。
「従来の技術」 電気化学的に核融合反応(コールド・ニュークリア・フ
ュージョンともいう)を行わしめることが、S、E、ジ
ョーンズ等により発明、報告されている。そのタイトル
は[オブザベイション・オブ・コールド・ニュークリア
・フュージョン・イン・コンデンスト・マターjと題さ
れ、S、I!、ジョーンズ、E、P、バルマー、J、B
、フリエ、ロル、デエツカーG、L、ジエンセン、J、
M、ソーン、S、F、テーラ−(以上ブリガム・ヤング
大学)およびJ、ラフエルスキ(アリシナ大学)で示さ
れている。
これは、重水(D!O)を含む溶液中に一対の電極を構
成する陰極側にパラジウムまたはチタン、陽掻側に金ま
たは白金を挿入を使用して浸し、この電極間に直流電圧
を印加している。さらにその電気化学的核融合反応は大
気圧で行っている。
この反応は通常雰囲気下の水溶液中で行うため、重水素
核(d)同士が互いに結合し、核融合を起こす存在確率
が1よりはるかに低い。
また電極の一部で原子状重水素の発生を行うと同時に、
同じ場所で原子状重水素同士の融合反応をも行っている
。また溶液のため、重水素同士を核融合させる触媒とし
て用いられるパラジウムはその表面を非反応性の材料に
よって覆われる等の理由により被毒し触媒活性の程度を
劣化させやすく、この被毒膜を破って核融合を均一に生
ぜしめることが困難である。このため、この核融合反応
はバラツキが大きく、再現性に欠けるものであった。ま
た核融合とは別に、同時に併発する電気化学反応により
分解された大部分をしめる反応生成物は、気体の重水素
として大気中に放出されてしまい、実際の核融合反応に
用いられる重水素の数は期待値よりもはるかに小さいも
のであった。このため、この核融合反応を確実に高い確
率で制御する方法の開発が待たれていた。
「発明の目的」 本発明は、これら従来の問題点を解決するものであり、
基体または液体を用いて核融合反応を確実に行うため、
反応材料は溶液を用いるのではなく、98%以上の高純
度(残りは水素(H2)であり、その他は1100PP
以下である)の重水素(D2)または重水(0,0)等
の重水素化合物の気体または液体を用いている。そして
これ等の活性化した重水素か核融合を生じ、その結果発
生したエネルギを効率よく外部に取り出すための手段お
よびその使用方法を提供するものである。
即ち、この反応により生じた中性子を、核融合を生ぜし
める材料の裏側に配設された槽を有する基体に放出せし
め、この槽を構成し中性子のエネルギを消耗させる媒体
、例えば水(+120)に中性子等のエネルギを与える
ことにより熱エネルギに交換し、この熱エネルギをこの
媒体を通じて外部に取り出すことにより、核融合反応に
より生じたエネルギ、特に熱エネルギをこの核融合反応
より分離して単なる熱エネルギ源として、工業的応用、
例えば発電、暖房等に用いんとするものである。
「発明の構成」 本発明は、重水素(Dよ)または重水(IhO)等の重
水素化合物の気体または液体を反応容器に導入し、電気
エネルギを加えてこの気体をイオン化する。
さらにこの重水素イオンを負に外部バイアスされた電界
により核融合をおこす材料(以下単に材料またはパラジ
ウムまたはチタンと代表していう)の表面に引き寄せる
すると、原子状重水素(dと記す)がパラジウムのカソ
ード(陰極)側の表面またはその近傍で発生し、この表
面または内部(近傍)で核融合反応を生ぜしめ得る。
さらにこの核融合で生じたエネルギをこの裏面に配設し
た基体中の媒体例えば水と中性子を衝突させることによ
り昇温させる。この水を熱交換系をへて導出することに
より、外部に取り出し得る。
またこの基体を導体とすることにより、その上面のパラ
ジウムが高価であるため、これを1mm以下の厚さと薄
くし、電極としての一分を構成させることは有効である
。するとパラジウムの厚さは1oooÅ以上あれば電気
抵抗も十分低くし、かつ安価な電極とすることが可能と
なった。かかるパラジウムはスパッタ法、電気メツキ法
で基体であるステンレス、銅等の上に蒸着させることが
できた。
このコールド・ニュークリア・フュージョン(低温核融
合)の証明は、この容器の近くに中性子カウンタを配設
し、そこで発生した中性子の存在および量により確認し
た。
かくして陰極側において、 d + d →’He(0,82MeV)+n(2,4
5MeV)の反応を期待できる中性子(n)を計測する
ことができる。
同時に、 d 十d −+P(3,02MeV)+t(1,01M
eV)の反応を期待することも可能である。
かかる核融合の結果、このパラジウム電極の裏面に配設
された熱交換媒体、例えば水に対し、2.45Meνの
エネルギをもつ中性子が衝突し、この温度を上昇させる
ことによりエネルギ交換の存在を検出した。さらに中性
子の存在はニュートロン・スペクトロメータによりその
存在が検出することができた。
その中性子の発生の程度および媒体の温度上昇の程度は
、反応容器内のプラズマ圧力を大きくするにつれて、ま
た供給する電気エネルギを大きくするに比例して、大き
くなる。直流バイアスの程度は一100V〜−1000
Vまで変化させた。もちろんこれ以上のバイアス電圧を
加えてもよいが、その場合、何らかの拍子に爆発の起こ
る危険性があるため、反応効率は向上するが危険を伴う
と推定される。
以下に実施例に従って本発明を記す。
「実施例1」 第1図は、本発明を用いたプラズマ気相核融合システム
の概要を示す。
図面において、真空保持が可能な反応容器(1)は一対
の電極(5) 、 (4)を有する。この電極はアット
(5)とカソード(4)よりなり、カソードはパラジウ
ム(2)とその裏面に熱交換媒体用の槽を有する基体に
よって構成される。この基体は中空式のステンレスを用
いた。そしてその中空中を媒体の槽として用いた。また
この表面をスパッタ法によりパラジウムを密着させてカ
ソード(4)とした。
負の自己バイアスをカソードに印加するため、−対の電
極のうちカソード側をアノード側に比較して十分小さい
電極面積としている。これら一対の電極に高周波電源(
6)より500KHz〜500MHz例えば13.56
M1lzの高周波を印加する。この電源はアノード側を
接地(13) している。キャパシタ(14)によりこ
の電源に直流バイアスが加わらないようにしつつ、直流
電源(7)よりスイッチ(15)を介してカソード(4
)に負のバイアス印加ができるようにしている。他方は
接地している。
高周波電源での供給をゼロとし、直流電圧のみを一対の
電極(4) 、 (5)に印加すると、直流プラズマ放
電をさせることができる。熱交換媒体は、熱交換器(1
0)よりその導入側(8)、導出側(8′)よりなり、
ここには媒体例えば水を用いる。水は中性子のエネルギ
を消耗させ、熱エネルギに交換するのに好都合である。
このプラズマ核融合システムには、重水素等の反応性気
体はガス系(9)より導入する。ガス系には流量計(1
2)、バルブ(11)を有し、ヘリウム(9”)。
重水素(口り (9’”)、水素(11□)(9”’)
を適時加える。
排気系は反応容器(1)内のプラズマ発生圧力を0.0
01〜10torr、例えばQ、1torrとするため
の圧力調整用バルブ(16)、ストップバルブ(17)
および排気ポンプ(18)よりなる。
中性子カウンタ(22)およびその制御電源(23)を
配設させている。
以上の如きシステムによってプラズマ気相核融合反応を
行わしめた。
「実施例2」 第1図の装置において、中空導体の基体上にパラジウム
またはチタンをコートしたカッ7ド(4)は直径10c
mφを有し、アノード(5)は直径20cmφを有する
高周波電源(6)より13.56MHzの周波数の高周
波を50〜500−例えば20叶を印加した。重水素(
D2)を(9”)より20cc/分の流量で導入し、空
間(21)にプラズマが発生するように排気系を調整し
Q、 l torrの圧力とした。
すると第2図はこのプラズマ空間(21)での電位を表
しているが、アノード(5)とカソード(4)との間に
は陽光柱(19)と負のセルフバイアスでの電位差(2
0)を有し、この電位差値(24)は−183vを有し
ていた。正のイオン化した重水素(d)はカソード(5
)に衝突する。そして重水素によりパラジウム表面の汚
物を還元させて除去された活性パラジウム(2)により d + d  −+  ’He(0,82MeV) +
n(2,45MeV)の核融合反応をさせることができ
た。
第3図は横軸にエネルギに対応したチャネル、縦軸に中
性子カウンタにおけるカウント数を示す。
繰り返しの測定でバラツキ(上下の巾(27) )は大
きいが、中性子のエネルギに対応する領域では明らかに
そのカウント数が増加しており、このことより、上式の
存在を確認することができた。
投入高周波エネルギは200Wであった。
この核融合反応の存在を確認するため、このプラズマ反
応系には高純度重水素ガスを導入した。
すると反応系の温度が高くなり、熱交換器(10)での
水の昇温も室温から40°C近くまで観察することが可
能となった。また中性子カウンタ(22)は明らかにそ
の存在を確認することができた。 さらにこの反応はプ
ラズマを持続させると安定に500時間近くも核融合反
応を持続させることができた。
この核融合がおきていることを逆証明するために、第1
図において(9”’)より水素(lを導入して同一実験
条件でプラズマ反応を試みた。
この時は中性子の存在は自然界にあるものと同程度しか
なく、その時の中性子のカウント数を第3図曲線(26
)に示す。これと前記した重水素を用いた実施例のカウ
ント数(25)とは、差が明白にあり、明らかに核融合
反応が生じていることが確認できた。
「実施例3」 第1図のシステムにおいて、スイッチ(15)をオンと
し高周波電力を一対の電極で供給するのに加えて、負の
直流バイアスを重ねて加えることができた。このバイア
ス電圧を一50V〜−1000Vまで可変しつつ加えた
するとこの直流バイアス電圧により、パラジウム表面へ
の重水素イオンの衝突量がより太き(なった。そして原
子状重水素をより多く発生させやすくすることができた
第2図において、バイアス電圧(20°)により、バイ
アス電圧(24”)をより大きく、かつその程度を直流
電圧を可変することにより自己制御することが可能とな
った。この程度に従って第3図における100の位置に
おけるカウント数をバイアスを加えない場合の平均40
から40以上80近くまで増加させることができ、明ら
かに負の外部バイアスはその効果が著しかった。
「実施例4」 第4図は、本発明を用いた重水である液体を用いた核融
合反応容器を示す。
図面において、大気圧または加圧型の反応容器(36)
内には塩が添加された重水(0,0)溶液(31)が封
入させである。この塩はPe504・lH2O,NiC
1゜・611J、PdC1z、CaC0z、Li5O4
H108zO,CaH4(POn)z ・H,0,Ti
504・811□0等がその例として選ばれる。−対の
電極(34) 、 (35)はそれぞれカソードおよび
アノードとして用いた。カソード側の電極は核融合反応
を生ぜしめるための材料(32)、例えばパラジウムを
スパッタ法を用いてその全面にコートした中空の銅の基
体とした。即ちその内部は熱交換用媒体、代表的には水
を槽として有する基体(33)よりなる。この媒体は熱
交換器(40)からの導入系(48)および昇温した媒
体の熱交換器(40)への導出系(48’)よりなり、
中性子のエネルギを有効に外部に取り出さしめている。
これら一対の電極(34)。
(35)に直流電源(44)より電圧系(43)、電流
系(42)によりそれぞれの値を測定しつつ連続直流電
圧またはパルス状の直流電圧を印加した。
それぞれの電極間にはリチウムガラスからなる遮蔽板(
47)を配設し、−度反応して生した不要の重水素(H
2) (41)と酸素(0□)(41”)とが互いに混
合し、化学発熱反応を生じないようにした。
これら重水素と酸素は容器の圧力上昇用に用いた。更に
圧力調整用に安全弁(38) 、 (38’ )を有し
、圧力計(39) 、 (39”)を有している。直流
電源(44)はリードによりそれぞれの電極(34) 
、 (35)に連結されている。そしてこれらは反応容
器(36)とは電気的に分離している。
この反応容器は実験用のため、内容量は20ccが入る
程度にしである。しかしこの大きさは工業的に用いられ
る場合、10〜104倍としてもよく、これら小規模の
装置を複数個併用して用いることも可能である。
外部よりの補充用の溶液は(45)より加圧注入系(4
6)を介して容器(36)内に連続的に注入させ得るよ
うにした。
この実験例は高圧型の容器内に塩を添加した重水(口2
0)を10cc、塩として、N1Ch ・611Jを重
水に対して0.13体積%添加した。さらにPH2,8
となるように硝酸を添加した。ここに直流(連続)電圧
を印加した。
すると、この陰極側から重水素(D2)が発生し、かつ
中性子カウンタ(図示は省略)から中性子の検出があっ
た。反応を大気圧とした場合、2.5MeVのエネルギ
のカウント数は約4(3〜10)シかみられなかったが
、デユーティ比を75χ(45秒印加、15秒OV)と
したら、このカウント数は約50%増の6倍に大きくな
った。さらに熱交換器(46)、基体(33)を通じて
水を循環させたが、その循環水は明らかに発熱がみられ
た。この加圧による核融合反応により生じた重水素(4
1)および酸素(41’)を外気に放出させることなく
高圧容器(36)内に閉じ込め、安全弁を通じて不要物
を放出することにより、定の圧力とすればよい。
この不要物としての放出ガスは酸素を放出することによ
り成就した。即ち加圧状態で重水と酸素とが再び電気化
学発熱反応をし、急激な発熱を防ぐことが目的である。
「効果」 本発明により、これまで不可能とされていた連続的かつ
人工的な核融合の程度を制御し続ける反応用の電極とそ
れに密接した中性子を吸収するための漕を有する熱交換
用基体とを一体化することによりエネルギを外部に初め
て取り出すことが可能となった。そのため、工業的にき
わめて大きな効果を有する。
この熱交換器より取り出したエネルギをさらに効率よく
せしめて、100 ’Cの沸騰水として取り出すことも
装置の改良、大型化で可能であり、これらも本発明の一
変形である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のプラズマ核融合反応のシステムを示す
。 第2図は第1図における一対の電極間のバイアス関係を
示す。 第3図は中性子カウンタにおけるカウント数を示す。 第4図は本発明の熱交換機能を有する電極を設けた液体
式の核融合を実験するための装置の概要を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、核融合反応を生ぜしめる反応容器内に一対の電極を
    有し、該電極の少なくとも一方の電極は核融合反応を生
    ぜしめる材料を表面に具備するとともに、該電極に密接
    して設けられた基体は熱交換系より導入される媒体と前
    記核融合により昇温した媒体を前記熱交換系に導出する
    手段とを具備したことを特徴とする核融合反応用電極。 2、核融合反応を生ぜしめる反応容器内に電極を有し、
    該電極の少なくとも一つの電極は核融合反応を生ぜしめ
    る材料を表面に具備するとともに、該電極に密接して設
    けられた基体は、熱交換系より導入される媒体と前記核
    融合により昇温した媒体を前記熱交換系に導出する手段
    とを具備し、核融合を生ぜしめるため、反応容器内には
    重水素または重水素化合物の気体を導入し、該気体をプ
    ラズマ化して前記電極側に負のバイアスを印加して前記
    電極上またはその近傍で核融合反応を生ぜしめることを
    特徴とする核融合反応用電極使用方法。 3、核融合反応を生ぜしめる反応容器内に一対の電極を
    有し、該電極の少なくとも一方の電極は核融合反応を生
    ぜしめる材料を表面に具備するとともに、該電極に密接
    して設けられた基体は、熱交換系より導入される媒体と
    、前記核融合により昇温した媒体を前記熱交換系に導出
    する手段とを具備し、前記核融合を生ぜしめるための反
    応容器内に重水または重水素化合物の液体を導入し、前
    記電極側に負のバイアスを印加し核融合反応を液体を用
    いて生ぜしめることを特徴とする核融合反応用電極使用
    方法。
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