JPH02281184A - 電気化学的手法による低温核融合装置用陰極およびその陰極を用いた核融合方法 - Google Patents
電気化学的手法による低温核融合装置用陰極およびその陰極を用いた核融合方法Info
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- JPH02281184A JPH02281184A JP1102329A JP10232989A JPH02281184A JP H02281184 A JPH02281184 A JP H02281184A JP 1102329 A JP1102329 A JP 1102329A JP 10232989 A JP10232989 A JP 10232989A JP H02281184 A JPH02281184 A JP H02281184A
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- nuclear fusion
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
- Y02E30/10—Nuclear fusion reactors
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- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、熱エネルギー及び核種を電気化学的手法によ
り得るための陰極およびその陰極を用いた核融合方法に
関するものである。
り得るための陰極およびその陰極を用いた核融合方法に
関するものである。
［従来の技術］
核融合反応は、安価な燃料で多量のエネルギーを獲得で
きる理想的なエネルギー源として期待されている。現在
、主流となっている高温プラズマ核融合実験では、高温
のプラズマを維持するために、１０万から１００万ＫＷ
の電力を要し、投入電力よりも大きい電力が取り出せる
臨界条件は達成されていない。
きる理想的なエネルギー源として期待されている。現在
、主流となっている高温プラズマ核融合実験では、高温
のプラズマを維持するために、１０万から１００万ＫＷ
の電力を要し、投入電力よりも大きい電力が取り出せる
臨界条件は達成されていない。
これに対して、電気化学的反応を利用して重水素を閉じ
込めたＰｄを陰極とし、常温常圧で核融合反応を起こさ
せることが知られている。
込めたＰｄを陰極とし、常温常圧で核融合反応を起こさ
せることが知られている。
即ち、電気分解により発生しＰｄ中に吸蔵された水素の
特異挙動が１００年以上も研究されてきたが、最近これ
らの研究は重水素および３重水素にまで、拡張されてき
た。
特異挙動が１００年以上も研究されてきたが、最近これ
らの研究は重水素および３重水素にまで、拡張されてき
た。
重水のアルカリ溶液からの重水素の放出については、次
の反応経過によるものと考えられる。
の反応経過によるものと考えられる。
Ｄ２０ ＋ ｅ−→Ｄａｄｓ ＋ ＯＤ−（１）Ｄ
ａｄｓ ＋ Ｄ２０ ＋ ｅ−→Ｄ２ ＋ ＯＤ
−（ｎ）Ｄ ａｄｓ → Ｄ １ｏｔｔｉｃ。
（ｍ）Ｄａｄｓ＋Ｄｅｄｓ → Ｄ２
（ｔｖ）但し、Ｄは重水素原子、ｅ−は
電子、Ｄ２は重水素、Ｄ ａｄ９は吸着種、Ｄ １ａｔ
ｔｉｃｅは格子中種、Ｄ２０は重水を衷す。
ａｄｓ ＋ Ｄ２０ ＋ ｅ−→Ｄ２ ＋ ＯＤ
−（ｎ）Ｄ ａｄｓ → Ｄ １ｏｔｔｉｃ。
（ｍ）Ｄａｄｓ＋Ｄｅｄｓ → Ｄ２
（ｔｖ）但し、Ｄは重水素原子、ｅ−は
電子、Ｄ２は重水素、Ｄ ａｄ９は吸着種、Ｄ １ａｔ
ｔｉｃｅは格子中種、Ｄ２０は重水を衷す。
このようにして発生したＤ２は陰極に吸蔵され、非常に
大きな圧縮および多数回の至近距離の衝突の結果、核融
合反応を生ずるものと考えられる。
大きな圧縮および多数回の至近距離の衝突の結果、核融
合反応を生ずるものと考えられる。
しかし、現段階では核融合反応による熱エネルギーの発
生量は電極サイズにもよるが、例えば電極１ ｃｍ３当
りジュール熱の４〜８倍程度であって反応効率は低い。
生量は電極サイズにもよるが、例えば電極１ ｃｍ３当
りジュール熱の４〜８倍程度であって反応効率は低い。
［発明が解決しようとする課題］
電気化学的核融合反応では、従来、ＰｄＯ板あるいは棒
を陰極として使用する。しかし、電気化学的核融合反応
では、反応効率を向上させるために陰極に燃料（水素、
重水素、三重水素、あるいはこれらの混合物）を効果的
に吸蔵すること、即ち単位体積当りの吸蔵量を大きくし
、陰極に吸蔵された燃料の圧縮を反応が制御できる範囲
に最適化すること、及び燃料の散逸を防止することが重
要である。本発明は、これらの条件を実現し、併せて陰
極の製造コストを低下することを目的とするものである
。
を陰極として使用する。しかし、電気化学的核融合反応
では、反応効率を向上させるために陰極に燃料（水素、
重水素、三重水素、あるいはこれらの混合物）を効果的
に吸蔵すること、即ち単位体積当りの吸蔵量を大きくし
、陰極に吸蔵された燃料の圧縮を反応が制御できる範囲
に最適化すること、及び燃料の散逸を防止することが重
要である。本発明は、これらの条件を実現し、併せて陰
極の製造コストを低下することを目的とするものである
。
［課題を解決するための手段］
かくして、本発明によれば、水素２重水素及び三重水素
あるいはこれらの混合物からなる核融合燃料を吸蔵する
材料が、電気分解によって前記核燃料を発生する能力の
高い材料で全面的または部分的に分散して覆われている
れていることを特徴とする電気化学的手法による低温核
融合装置用陰極及び該陰極を用いて重水を電気分解する
ことを特徴とする低温核融合方法が提供される。
あるいはこれらの混合物からなる核融合燃料を吸蔵する
材料が、電気分解によって前記核燃料を発生する能力の
高い材料で全面的または部分的に分散して覆われている
れていることを特徴とする電気化学的手法による低温核
融合装置用陰極及び該陰極を用いて重水を電気分解する
ことを特徴とする低温核融合方法が提供される。
本発明では、陰極の形状と構造を最適化して、燃料（水
素、重水素、三重水素、あるいはこれらの混合物）の吸
蔵蓄積と燃料の圧縮を最大限にし、燃料の散逸を防止す
るものであり、まず、燃料の吸蔵蓄積の効率を上げるた
めに、電極の基本構造として、燃料の吸蔵能力の高い材
料を燃料の発生能力の高い材料で被覆したものである。
素、重水素、三重水素、あるいはこれらの混合物）の吸
蔵蓄積と燃料の圧縮を最大限にし、燃料の散逸を防止す
るものであり、まず、燃料の吸蔵蓄積の効率を上げるた
めに、電極の基本構造として、燃料の吸蔵能力の高い材
料を燃料の発生能力の高い材料で被覆したものである。
この場合、覆う材料が前記核燃料を透過するときには全
面的に覆い、透過しないときには部分的に覆うものとす
る。このような構造をとると、電極の表面では燃料源（
軽水、重水、三重水、あるいはこれらの混合物）から燃
料が効率よく発生し、拡散によって、電極内部に効果的
に吸蔵される。電極のもっとも内側まで燃料が拡散する
のには長時間を要し、また燃料吸蔵によって電極材料の
機械的強度が低下するので、電極保持強度を維持し外部
回路との接続の役割を果たすため、電極内部には燃料の
拡散に対する障壁となる材料例えばグラファイトを電極
中心部に配設することもできる。第１図は、このような
陰極（４）の縦断面図で、グラファイト（１）の周囲を
水素吸蔵材料（２）が包囲しその表面が水電解用材料（
３）で被覆されている。なお、拡散に対する障壁材料は
グラファイトに限定されるものではなく、融点の高い卑
金属例えばタンタル（Ｔａ）やニオブ（ＮＩ））は水素
吸蔵能力が低いので好ましい。
面的に覆い、透過しないときには部分的に覆うものとす
る。このような構造をとると、電極の表面では燃料源（
軽水、重水、三重水、あるいはこれらの混合物）から燃
料が効率よく発生し、拡散によって、電極内部に効果的
に吸蔵される。電極のもっとも内側まで燃料が拡散する
のには長時間を要し、また燃料吸蔵によって電極材料の
機械的強度が低下するので、電極保持強度を維持し外部
回路との接続の役割を果たすため、電極内部には燃料の
拡散に対する障壁となる材料例えばグラファイトを電極
中心部に配設することもできる。第１図は、このような
陰極（４）の縦断面図で、グラファイト（１）の周囲を
水素吸蔵材料（２）が包囲しその表面が水電解用材料（
３）で被覆されている。なお、拡散に対する障壁材料は
グラファイトに限定されるものではなく、融点の高い卑
金属例えばタンタル（Ｔａ）やニオブ（ＮＩ））は水素
吸蔵能力が低いので好ましい。
表面の材料としては、水から水素を発生する能力の高い
貴金属が良く、Ｐｔ、 Ｐｄが好ましく用いられる。Ｐ
ｄは水素透過性が高いので電極表面を一様に覆う形でも
よく、例えばメツキや蒸着により被覆することができる
。
貴金属が良く、Ｐｔ、 Ｐｄが好ましく用いられる。Ｐ
ｄは水素透過性が高いので電極表面を一様に覆う形でも
よく、例えばメツキや蒸着により被覆することができる
。
また、核燃料吸蔵材料としてはＰｄのほか、Ｔｉ系材料
例えばＴｉ 、Ｔｉ−希土類合金や、ジルコニウム系材
料例えばＺｒや、Ｚ「−希土類合金等を用いることがで
きる。
例えばＴｉ 、Ｔｉ−希土類合金や、ジルコニウム系材
料例えばＺｒや、Ｚ「−希土類合金等を用いることがで
きる。
また、Ｐｔのように水素透過性の低い場合には、第２図
に示すように数マイクロメーター以下のサイズの島状の
水電解用材料（３）の金属を多数、水素吸蔵材料（２）
の表面に一様に分散付着させてもよい。Ｐｔ上で発生し
た重水素などは、スピルオーバーによってＰｔ表面から
移動し、燃料吸蔵材料に吸蔵される。このような構造と
することにより、水からの水素発生能力の高い高価な材
料の使用量を減し、電極製造コストを低減することがで
きる。
に示すように数マイクロメーター以下のサイズの島状の
水電解用材料（３）の金属を多数、水素吸蔵材料（２）
の表面に一様に分散付着させてもよい。Ｐｔ上で発生し
た重水素などは、スピルオーバーによってＰｔ表面から
移動し、燃料吸蔵材料に吸蔵される。このような構造と
することにより、水からの水素発生能力の高い高価な材
料の使用量を減し、電極製造コストを低減することがで
きる。
次に、陰極に使用する電極の形状は、電気化学的核融合
にとフて重要である。燃料の吸蔵量は、電極の体積に比
例し、特に吸蔵された燃料の拡散速度は電極表面積に比
例するので、陰極の表面積と体積との比が小さい形状が
良い。また、電解時の電極表面の電流密度は均一なこと
が望まれる。
にとフて重要である。燃料の吸蔵量は、電極の体積に比
例し、特に吸蔵された燃料の拡散速度は電極表面積に比
例するので、陰極の表面積と体積との比が小さい形状が
良い。また、電解時の電極表面の電流密度は均一なこと
が望まれる。
これらの条件を満たすために、電極の形状を球あるいは
球に近い形状とすることが好ましい。第３図はこの球状
陰極の断面図で、グラフアイ） （１）を中心にして、
球状に水素吸蔵材料（２）が設けられ、その表面が水電
解用材料（３）で被覆されている。
球に近い形状とすることが好ましい。第３図はこの球状
陰極の断面図で、グラフアイ） （１）を中心にして、
球状に水素吸蔵材料（２）が設けられ、その表面が水電
解用材料（３）で被覆されている。
本発明の陰極を用いて燃料源の水（軽水、重水、三重水
、あるいはこれらの混合物）を電解することにより、効
率よく低温核融合反応を発生させることができる。
、あるいはこれらの混合物）を電解することにより、効
率よく低温核融合反応を発生させることができる。
［作用］
陰極の構造を−様な、または部分的被覆構造としたこと
によって、燃料の発生を担う材料と燃料の蓄積を担う材
料とにそれぞれ最も効率の高い材料を用いることができ
る。このため、陰極中に蓄積される燃料の密度が高くな
り、核融合反応の効率が上がる。また、高価な貴金属の
使用量が減るので、経済的な電極が作成できる。
によって、燃料の発生を担う材料と燃料の蓄積を担う材
料とにそれぞれ最も効率の高い材料を用いることができ
る。このため、陰極中に蓄積される燃料の密度が高くな
り、核融合反応の効率が上がる。また、高価な貴金属の
使用量が減るので、経済的な電極が作成できる。
さらに、陰極の形状を球に近付けたことによって、電極
表面からの燃料の散逸が減ると同時に電解時の電流密度
が均一になり、核融合の効率が向上する。
表面からの燃料の散逸が減ると同時に電解時の電流密度
が均一になり、核融合の効率が向上する。
［実施例コ
以下に実施例により、本発明をさらに具体的に説明する
。
。
重水の電解に使用した電解槽の概略構造は第４図に示す
通りで、直径５ｃｍ、深さ１０ｃｍで、白金陽極（４）
、陰極（５）、熱量校正用ヒーター（６）及び電解液温
度測定用のサーミスタ温度計（７）を備え、電解槽は恒
温槽（８）内に納められている。
通りで、直径５ｃｍ、深さ１０ｃｍで、白金陽極（４）
、陰極（５）、熱量校正用ヒーター（６）及び電解液温
度測定用のサーミスタ温度計（７）を備え、電解槽は恒
温槽（８）内に納められている。
電解液として軽水０．５％、重水９９．５％からなる水
を使用し、これに導電性を付与するため、Ｌｉ０Ｄを０
、１ ｍｏｌ／ ｌ添加した。この水溶液を用い、常
温で電解を行った。
を使用し、これに導電性を付与するため、Ｌｉ０Ｄを０
、１ ｍｏｌ／ ｌ添加した。この水溶液を用い、常
温で電解を行った。
実施例 １
第１図に示した構造の陰極を用いた。陰極の中心グラフ
ァイトは径１ ｃｍ、長さ１０ｃｍで、この外周を燃料
吸蔵材としてＴＩを厚さ０．５ｃｍ、長さ５ｃｍで覆い
、表面な水電解用材料としてＰｄを２μｍの厚さて被覆
したものを用いた。極間距離２ｃｍ、電流密度０ 、５
ａｍｐ／ ｃｍ２、電圧２０Ｖて約２００時間連続し
て電解した。
ァイトは径１ ｃｍ、長さ１０ｃｍで、この外周を燃料
吸蔵材としてＴＩを厚さ０．５ｃｍ、長さ５ｃｍで覆い
、表面な水電解用材料としてＰｄを２μｍの厚さて被覆
したものを用いた。極間距離２ｃｍ、電流密度０ 、５
ａｍｐ／ ｃｍ２、電圧２０Ｖて約２００時間連続し
て電解した。
この間、中性子の発生と異常高エネルギーの発生が認め
られ、電極の体積１ ｃｍ３当りジュール熱の１０倍も
の熱が発生し、核融合が生起していることが推定される
。
られ、電極の体積１ ｃｍ３当りジュール熱の１０倍も
の熱が発生し、核融合が生起していることが推定される
。
比較例 １
実施例１て使用したとほぼ同量である直径０．５ｍｍ、
長さ５ｃｍのＰｄ棒を陰極とした以外は、実施例１と同
じ条件で電解を行なったが、余分に発生した熱量は電極
の体積１ ｃｍ３当りのジュール熱の１０％以下であっ
た。
長さ５ｃｍのＰｄ棒を陰極とした以外は、実施例１と同
じ条件で電解を行なったが、余分に発生した熱量は電極
の体積１ ｃｍ３当りのジュール熱の１０％以下であっ
た。
実施例 ２
実施例１の陰極に代えて、第２図に示す構造の陰極を使
用した。陰極の燃料吸蔵材Ｔ１の表面に水電解用材料と
して平均大きさ１μｍ、厚さ１１１ｍの島状に白金を陰
極表面積の３０％被覆配設した以外は実施例１と同様に
実施し、電極の体積１ ｃｍ”当りジュール熱の１０倍
の熱の発生をみた。
用した。陰極の燃料吸蔵材Ｔ１の表面に水電解用材料と
して平均大きさ１μｍ、厚さ１１１ｍの島状に白金を陰
極表面積の３０％被覆配設した以外は実施例１と同様に
実施し、電極の体積１ ｃｍ”当りジュール熱の１０倍
の熱の発生をみた。
実施例 ３
第３図に示す構造の陰極を使用した。径５ｍｍのグラフ
ァイト棒を、ＴＩを水素吸蔵用材料として用い、半径１
０ｍｍの球状に覆った。この球面に、１μｍの厚さに水
電解用材料としてＰｄを被覆したものを使用した。
ァイト棒を、ＴＩを水素吸蔵用材料として用い、半径１
０ｍｍの球状に覆った。この球面に、１μｍの厚さに水
電解用材料としてＰｄを被覆したものを使用した。
実施例１と同様に電解を行なったところ、電極の体積１
ｃｍ＋３当りジュール熱の１５倍の熱の発生をみた。
ｃｍ＋３当りジュール熱の１５倍の熱の発生をみた。
また、電極中に蓄積される燃料の密度は、棒状の電極に
比べて２．０倍であると推定された。
比べて２．０倍であると推定された。
［発明の効果］
本発明によれば、陰極の構造を２Ｎ構造としたために、
単一の材料では満たずことの困難な数々の機能即ち核燃
料の発生、貯蔵および反応を、より高い能力を持つ別々
の材料に担わせることにより、同等に機能させることが
可能となり、その結果、効率的に反応を起こすことがで
きる陰極が得４゜ られる。また、高価な材料の使用量を最小限に抑えるこ
とができる利点がある。
単一の材料では満たずことの困難な数々の機能即ち核燃
料の発生、貯蔵および反応を、より高い能力を持つ別々
の材料に担わせることにより、同等に機能させることが
可能となり、その結果、効率的に反応を起こすことがで
きる陰極が得４゜ られる。また、高価な材料の使用量を最小限に抑えるこ
とができる利点がある。
電気化学的核融合において、陰極の形状を球に近いもの
にしたため、反応時の燃料の散逸が抑えられ、効率的に
反応を起こすことができる。
にしたため、反応時の燃料の散逸が抑えられ、効率的に
反応を起こすことができる。
第１図、第２図及び第３図はぞれぞれ本発明に係る電気
化学的核融合反応に使用される陰極実施例の縦断面図で
、第４図は本発明に使用された電解槽の概略構造を示す
説明図である。 （１）・・・グラファイト棒、（２）・・・燃料吸蔵用
材料。 （３）・・・水電解用材料、（４）・・・白金陽極、（
５）・・・陰極。 （６）・・・熱量校正用ヒーター、（７）・・・サーミ
スタ温度計、（８）・・・恒温槽。
化学的核融合反応に使用される陰極実施例の縦断面図で
、第４図は本発明に使用された電解槽の概略構造を示す
説明図である。 （１）・・・グラファイト棒、（２）・・・燃料吸蔵用
材料。 （３）・・・水電解用材料、（４）・・・白金陽極、（
５）・・・陰極。 （６）・・・熱量校正用ヒーター、（７）・・・サーミ
スタ温度計、（８）・・・恒温槽。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １、水素、重水素及び三重水素あるいはこれらの混合物
からなる核融合燃料を吸蔵する材料が、電気分解によっ
て前記核燃料を発生する能力の高い材料で全面的または
部分的に分散して覆われていることを特徴とする電気化
学的手法による低温核融合装置用陰極。 ２、低温核融合装置用陰極が球形状である請求項１記載
の電気化学的手法による低温核融合装置用陰極。 ３、重水及び三重水素水を含む電解液を、請求項１また
は請求項２記載の低温核融合装置用陰極を用いて電気分
解することを特徴とする低温核融合方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1102329A JPH02281184A (ja) | 1989-04-22 | 1989-04-22 | 電気化学的手法による低温核融合装置用陰極およびその陰極を用いた核融合方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1102329A JPH02281184A (ja) | 1989-04-22 | 1989-04-22 | 電気化学的手法による低温核融合装置用陰極およびその陰極を用いた核融合方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02281184A true JPH02281184A (ja) | 1990-11-16 |
Family
ID=14324495
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1102329A Pending JPH02281184A (ja) | 1989-04-22 | 1989-04-22 | 電気化学的手法による低温核融合装置用陰極およびその陰極を用いた核融合方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02281184A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995035574A1 (en) * | 1994-06-20 | 1995-12-28 | Yoshiaki Arata | Heat energy generating method and apparatus |
| WO1999049471A1 (fr) * | 1998-03-20 | 1999-09-30 | Araki, Masao | Reacteur pour produire de l'energie et des neutrons par reaction electrolytique dans une solution d'eau legere ou d'eau lourde |
-
1989
- 1989-04-22 JP JP1102329A patent/JPH02281184A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1995035574A1 (en) * | 1994-06-20 | 1995-12-28 | Yoshiaki Arata | Heat energy generating method and apparatus |
| WO1999049471A1 (fr) * | 1998-03-20 | 1999-09-30 | Araki, Masao | Reacteur pour produire de l'energie et des neutrons par reaction electrolytique dans une solution d'eau legere ou d'eau lourde |
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