JPH02280092A - プラズマ核融合方法 - 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】 「発明の利用分野」 本発明は、プラズマ気相反応を用いて、核融合反応をよ
り確実に実施せしめるとともに、その核融合反応の程度
を制御する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」と題さ
れ、Ｓ、Ｈ，ジョーンズ、Ｅ、Ｐ、バルマー、Ｊ、Ｂ、
フリエ、Ｄ、Ｌ、デエッカ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（ＤｇＯ）を含む溶液中に一対の電極を構
成する陰掻側にパラジウムまたはチタン、陽極側に金ま
たは白金を使用して浸し、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、低
温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（１１
□）であり、その他は１１００ＰＰ以下である）の重水
素（Ｄりまたは重水素化合物の気体を用いている。そし
てこれ等の気体をプラズマ化する領域と、このプラズマ
化した重水素を核融合反応をする材料に引きつけて、こ
こで核融合反応を行わしめる領域とを設け、核融合の発
生の確率の向上に努めたものである。

かくすることにより、核融合の発生確率を高（し、核融
合により発生したエネルギをより効率よく外部に取り出
さんとしたものである。

さらに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漕を有する基体に放出せし
め、この漕を構成し中性子のエネルギを消耗させる媒体
、例えば水（１１□０）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）または重水素化合物の気体を
プラズマ反応容器に導入し、電気エネルギを加えてこの
気体をプラズマ化する。さらにこのプラズマ中の重水素
イオンを負に自己バイアスまたは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）はパラジウム側のカ
ソード（陰極）側の表面に衝突し、この表面または内部
（近傍）で核融合反応を生ぜしめ得る。自己バイアスは
一対の放電用電極の形状異方性の設計を行うことにより
作り、外部バイアスは高周波電圧の印加に加えて直流バ
イアスをパラジウム側が負のバイアスになるように印加
した。

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　−＋３１１ｅ（０，８２ＭｅＶ）＋ｎ　（
２，４５ＭｅＶ）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　＋　ｄ　−＋Ｐ（３，０２ＭｅＶ）＋ｔ（１，０１
ＭｅＶ）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。全くの自己または外部よりのバイアスを加えな
い場合に比べ、陰極側の反応は負のバイアス電圧を大き
くすることにより、核融合反応は明らかに助長された。

直流バイアスの程度は一１００ｖ〜−１０００Ｖ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。

またかかるプラズマ空間の一方の電極表面にパラジウム
を配設させ、そこでの核融合とするに際し、反応が異常
に進行しないように反応の程度を制御することは重要で
ある。そのため、反応に必要な電圧に比べ十分高い電圧
を印加し、かつ負の直流バイアスでありながらその印加
時間をパルス化（間歇化）することにより、反応が核融
合臨界値をこえないように制御した。即ち、例えば毎分
１〜１０００回のパルス電圧を印加し、パルス巾も連続
（いわゆる直流頁連続電圧）　（１００χ）から０．１
χまで変化させた。すると、例えば直流連続電圧印加の
場合、僅か一２００ｖ程度から核融合反応の存在が観察
された。直流のパルス電圧を印加する場合、十分高い電
圧である例えば−３００〜−１０００Ｖ、特に例えば−
５００ｖとし、さらにこのデユーティ比５０％（１回の
周期のうち、５０％が電圧を印加し、５０％は電圧を０
とする）回数を１分間に３０回とすることによって、核
融合の程度を押さえる（制御する）ことが可能となった
。

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。この電極はアノー
ド（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漕を有する基体
によって構成される。負の自己バイアスをカソードに印
加するため、一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〜５００Ｍ
Ｈｚ例えば１３．５６ＭＨｚ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（Ｄｔ）　（９°゛）、水素（ｕｚ）　（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０．１　ｔｏｒｒとするた
めの圧力調整用パルプ（１６）　、ストップバルブ（１
７）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、カソード（４）は直径１０ｃｍ
＋φ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５０〜５００Ｗ例えば２００Ｗを印加した。重水素
（Ｄ２）を（９１）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０．１　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）とノ間に
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Ｉ１１！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℃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（Ｈ７）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大きくなった。

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（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
るカウント数の自己バイアス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」 この実施例は実施例２において負の直流電圧をパルス状
に加えた。するとそのデユーティ比を調整することによ
り、単にパラジウム表面がスパッタされ破壊することに
よる発熱を核融合による発熱とを区別して、より高精度
に核融合反応の存在を確認することができた。

「効果」 以上の実施例は単にラボ（実験室）スケールで行ったも
のである。しかしこの規模を１０〜１０００倍とするこ
とにより、実用的な核融合反応を生ぜしめることと、そ
の応用としての核融合が制御可能なエネルギ源とするこ
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。

【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。

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電極を有し、
   該電極の少なくとも一つには核融合反応を生ぜしめる材
   料を表面に具備した電極よりなるプラズマ気相反応方法
   において、前記反応容器内に重水素または重水素化合物
   の気体を導入し、プラズマ活性化した前記気体を前記電
   極表面またはその近傍で核融合反応をせしめたことを特
   徴とするプラズマ核融合方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、核融合反応を生ぜ
   しめる材料を具備した電極側に負のバイアスを自己また
   は外部より印加したことを特徴とするプラズマ核融合方
   法。 ３、特許請求の範囲第１項において、核融合反応を生ぜ
   しめる材料はパラジウムまたはチタンよりなることを特
   徴とするプラズマ核融合方法。