JPH02287190A - 低温核融合装置及び低温核融合用電極 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、強力なエネルギーを低温で安価に、高効率に
生み出す低温核融合生成装置及びこれに使用する電極、
特には電気化学的手段を用いた低温核融合装置及び低温
核融合用電極に関する。

従来の技術 一般に、核融合反応を引き起こすためには、水素同位体
の原子核（イオン）同士を衝突させればよい。しかし、
水素同位体分子は電子がもつクーロン力のため固有のバ
リヤーを越えて、原子核（イオン）同士を近ずけること
はできない。したがって、従来、核融合を発現させるた
めには高密度で、高温のプラズマを作り、これを閉じ込
めて熱核融合反応の形で、この反応を実現し核融合炉か
らエネルギーを取・り出している。

発明が解決しようとする課題 このように熱核融合反応を実現させるためには、プラズ
マを閉じ込めなければならず、そのために２億度以上の
高温及び〈密度×閉じ込め時間〉の積（ｃ　ｍ−３ｓ　
）が２・１０１４以上の条件が必要であった。従って、
非常に強力な磁場あるいは強力なレーザーや強力な電子
ビームが不可欠であった。

課題を解決するための手゛段 本発明は、ある種の特殊な条件下では、分子状水素同位
体間で核融合の起きる割合を量子機構トンネル効果によ
って支配でき、この割合を飛躍的に増大させることが可
能である点に鑑み、ある種の水素同位体吸蔵（吸着）合
金を負極に用い、電気化学的に電解液中の水素同位体を
この負極に効率的に高密度に吸蔵させることによって、
核融合反応を低温で高効率に発現させる有効な装置及び
特定材料からなる低温核融合用電極である。

作用 本発明はラーベス相Ｃ１４型または（及び）Ｃ１５型合
金からなる負極と、金属または金属酸化物または金属水
酸化物からなる正極と、少なくとも水素同位体を化学式
に含む電解液からなる装置であり、これに通電すること
によって常温で核融合反応を起こさせることができ、そ
の結果、強力なエネルギーを従来より低温で、容易に、
安価に、高効率に生み出すことが可能である。

また、特定の水素同位体吸蔵（吸着）合金を電極に用い
ることによって有効な低温核融合を起こすことができる
。

実施例 核融合反応は、重いウラン原子が分裂する際発生する大
量の熱を利用した原子力発電とは逆に、水素同位体原子
などの軽い原子核が融合してより重い原子核に変わる核
反応で、多くの場合、熱中性子の発生などにより、核分
裂の約３倍にも達する大きなエネルギーの放出がみられ
る。また太陽が燃えているのと同じ反応で、理想的なり
リーンエネルギー源である。

利用可能な核融合反応としては、低エネルギーで反応断
面積が大きい必要があることから、■Ｄ　＋　Ｔ−＊’
　Ｈｅ　（３，５ＭｅＶ）＋　ｎ　（１４，Ｉ　Ｍｅｎ
）■Ｄ　＋　Ｄ　−＋ａ　Ｈｅ　（０，８２ＭＥＩＶ）
＋　ｎ　（２，４５Ｍｅｖ）■Ｄ　＋　Ｄ　４　Ｔ　（
１，０１ＭｅＶ）＋　ｐ　（３，０２Ｍｅｎ）■Ｄ　＋
”Ｈｅ　＋’Ｈｅ　（３，Ｇ　Ｍｅ’Ｖ）＋　ｐ（１４
，７Ｍｅｎ）が現在考えられている。　０の中はその粒
子のもつ運動エネルギーである。これらの中で、資源的
にみれば無尽蔵と考えられる重水素によるＤ−Ｄ反応を
利用するのが理想的である。ここで反応■と■の反応断
面積（反応確率）はほぼ等しい。また３重水素Ｔは弱い
ベータ線を出す半減期１２年の放射性同位元素である。

■や■の反応で生じる中性子をリチウムを含むブランケ
ットに入れ次の反応で３重水素を生産することが出来る
。

■’Ｌ　ｉ＋ｎ＋’Ｈｅ＋Ｔ＋（４，８Ｍｅｖ）■’Ｌ
　ｉ　＋　ｎ−＋’Ｈｅ　＋’ｒ　＋　ｎ　’　＋（−
２，４７Ｍｅｖ）上式中の中性子ｎ′により３重水素の
増殖も可能である。

通常、核融合を起こすためには、太陽の内部に匹敵する
高温と原子核の高密度の条件を生み出すことが必要であ
る。しかしながら、ある種の条件下では、水素同位体原
子核間の核融合の起きる確率を量子機構トンネル効果に
よって支配でき、この確率を飛躍的に増大させることが
可能である。

本発明はこの条件を満たし、反応確率を飛躍的に増大さ
せ、上の反応■〜■、特に理想的な■、■を実現させた
ものである。

本発明は詳しくは負極に主としてラーベス相Ｃ１４型ま
たは（及び）Ｃ１５型合金を、正極に金属または金属酸
化物または金属水酸化物を、電解液にアルカリ金属イオ
ン（Ｌ　ｌ　’、Ｋ　”など）などを含何した水素同位
体と酸素の化合物（重水など）を用い、電気化学的に電
解液を分解して重水素（Ｄ）などの水素同位体を負極材
中に高密度で吸蔵させ、その結果、低温で核融合反応生
成条件を生み出したものである。

具体的な手順は、まず所望のラーベス相Ｃ１４型または
（及び）Ｃ１５型合金の組成になるようにＴｉやＺｒ等
の原材料を秤量し、アルゴンアーク溶解炉（またはアル
ゴン不活性ガス中での高周波誘導加熱炉）で直接溶解し
た。溶解した合金試料の一部は、原子組成、結晶構造、
結晶格子定数、均質性等の合金分析用に使用し、残りは
水素同位体ガス中での吸蔵・放出量測定用（主としてＰ
（圧力）−Ｃ（組成）−丁（温度）測定）および電気化
学的性能評価用に用いた。

電極形成は粉末固結化法、粉末焼結法、切削加工法、鋳
造法等によっ゛た。

このようにして検討した本発明に係る種々の負極材の好
適な実施組成例および電気化学的水素同位体（特に重水
素）吸蔵量の一例を第１表に示す。

表中の吸蔵量は合金１原子当りの吸蔵水素同位体原子数
（Ｈ／Ｍ）で示す。分析の結果から、第１表の実施例の
合金は、均質で、主たる合金相が０１４型またはＣ１５
型ラーベス相であり讐その結晶格子定数は、６方対称の
Ｃ１４型の場合はａｌＣがそれぞれａ＝４．８〜５．２
　　　ｃ＝７．９〜８．３Ａ（オングストローム）また
、立方対称の０１５型の場合は結晶格子定数ａが６．９
２〜７．７０であることを確認した。また組成ずれもほ
とんど無かった。第１表かられかるように電気化学的水
素同位体の吸蔵量は、Ｐｄ単体金属などの従来の値より
大きく、反応速度などの特性も良好であった。

なお、結晶構造がＣ１４型またはＣ１５型のラーベス相
合金でも多くの組成が存在し得るが、−般式ＡＢａ　（
ただし、ＡはＺｒｔ　　Ｔｌ＊　　Ｈｅ、Ｔａ５Ｙ、　
　Ｃ−、Ｍｅ＝　　Ｌ−９Ｃ−Ｐ−、Ｍ−９Ｎｂ、Ｎｍ
−Ｍ０＝　　ＡＩ＋　　Ｓｒから選んだ１種又は２種以
上の元素。

ＢはＦ、、　Ｖ、　Ｎ＋＋　　Ｃ，、Ｍｍ、　　Ｃ−、
Ｃｕ、　　ＺＩｌ、　　ＡＩ＋　　Ｓｌ＋　　Ｎｂ＋　
　Ｍｏｌ　　ＷＮ　　Ｍｇｔ　　Ｃａｒ　　Ｙ＋　　Ｔ
ａｒ　　Ｐｔ＋Ｐ　ｔ＋　Ａａ＋　　Ａｕ＋　　Ｃｄ、
Ｌｌ’　　Ｂａｔ　　Ｌｓｔ　　Ｃ０＋　　Ｐｒ＋ＮＰ
、　　Ｔｈ、　　Ｓい１Ｍｍ（ここでＭｍは希土類元素
の混合物を示す）から選んだ１種または２種以上の元素
、α＝１．５〜２．５、またＡとＢは異種元素）で表さ
れる合金は、均質なラーベス相を形成することができ、
核反応特性が良好であり、また、その結晶格子定数が、
６方対称のＣ１４型の場合は、特に格子定数ａ１　Ｃが
それぞれａ＝４．８〜５．２ｃ＝７．９〜８．　３　　
また、立方対称のＣ１５型については結晶格子定数ａが
特に６．９２〜７゜７０　である合金が、中でも特に核
融合反応が容易に進行し、発生エネルギーも大きかった
。

以下に、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明す
る。

［実施例１］ 第１図に本発明の構成概要の一実施例を示す。

反応容器として用いた開放系の容ｆｆｉ１００ｍｌのビ
ー力１に約０．１規定の塩化リチウム、塩化ニッケルを
溶かした純度９９．５％の重水２を入れ、この中に直径
２．０ｍｍの線杖Ｔ　ｉ　Ｚ　ｎａ負、極３を中心部に
、厚さ０．３　ｍｍの板状白金正ｓｉ４をその周囲にな
るよう構成して、直流電源６により直流２０〜３０Ｖの
電圧をかけ、電流値１０〜５００ｍＡで、重水を約２０
０時間電気分解した。反応初期には負極からは重水素ガ
スは出なかったが、反応終盤では多くの気泡が発生した
。また正極からは初期段階から酸素が発生した。反応終
了後、重水を採取し液体シンチレーシｅンカウンターで
トリチウム量の測定を行なった。実験条件は測定時間２
時間、液体シンチレーシジンカウンターのバックグラウ
ンドは平均４４ｄｐｍであった。重水（０２０）および
電気分解後の重水中のトリチウム（Ｔ）ｆｉ測定結果を
第２表に、その経過時閘特性を第２図に示す。図中でｄ
ｐｍ／ｇは重水１ｇ中で１分間に崩壊したトリチウム数
を表わす。これらから、重水中のトリチウム量が反応前
に比べて約５倍に増大していることが明らかで、核融合
反応が室温で、容易に発生していることがわかった。

またＢＦａボナボールレムカウンターを用いて中性子を
観測した結果、Ｄ−Ｄ反応に伴う２．４５ＭｅＶの中性
子が通常の約１０倍の１時間当り約５００個であった。

［実施例２］ 前例とほぼ同様の装置、すなわち５０ｍ１のビー力に約
０．　１規定の濃度でリチウム金属（ＬｉＯＤ）、約０
．１規定の濃度でＨ２ＳＯ−を溶かした純度９９．５％
の重水を入れ、この中に直径２゜０ｍｍの板状ＣｅＰｔ
２負極と、厚さ０．３ｍｍの板状ニッケル正極を対向さ
せて構成し、約１秒のパルス状電圧２０＝５０Ｖを約１
００回かけ重水を電気分解した。その後、重水を採取し
、前実施例と同様に液体シンチレーシ日ソカウンターで
トリチウムの測定を行なった結果、重水中のトリチウム
量が反応前に比べて約１０倍に増大していた。

また６Ｌｉガラスシンチレータを用いた中性子測定の結
果、同様に中性子数も同様に大幅に増大していた。

以上のように、本発明が低温度で極めて容易に核融合を
発現できた理由は負極に用いた合金材料による。すなわ
ち、軽水や重水の電気分解に、−船釣に用いられる負極
材料はＰｄ金属である。Ｐｄ金属は常温でまず、ＦＣＣ
（面心立方体）結晶構造を維持しつつ、約３原子％まで
重水素（水素同位体の一例とする）を吸収する。この時
、格子定数ａは３．８９１〜３．８９４Ａまで固容体α
相を保ちつつ増加する。続いて、更に重水素を吸蔵すれ
ば徐々に同じＦＣＣ（面心立方体）結晶構造を有するβ
相を形成し、最大ＰｄＨｉ、ｅとなって、格子定数も４
．０１８Ａまで増大する。より低温ではＨ／Ｍ　（重水
素−金属原子比）はさらに増大し、例えば４．２にでは
理論的に最大４となり得る。

しかしながら、常温ではＨ／Ｂが最もよい条件でも、最
大０．６であり、本合金系と比較してかなり小さな値で
ある。しかも０．０３以上のβ相形成域では格子が膨張
することによって微粉化し電極材としての機能を果たさ
なくなる。

本発明負極材は第１表にも示した通り、常温で容易にＨ
／Ｍが１．０以上を示し、従って負極結晶格子中の重水
素の密度が従来のＰｄ金属と比較して約２倍以上も大き
くとれる。また本発明合金は非常に重水素に活性であり
、反応速度が大きい。

以上のように吸蔵した重水素の密度が大きいことが、本
発明が従来の装置と比べ、低温度で極めて容易に核融合
を発現できた最大の理由であり、更に重水素に対する本
発明合金の親和力が大きいことが第２の理由である。

第１表 第１表の続き 第２表 第１表の続き （以下余白） なお、上記実施例においては、電極を液相反応に用いる
場合についてのみ述べたが、気相反応においても用いら
れ、その場合は負極である必要もない。

発明の効果 以上のように、本装置及び電極は常温で容易に核融合反
応を起こさせることができ、その結果、強力なエネルギ
ーを従来より極めて低温で、容易に、安価に、高効率に
生み出すことが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の低温核融合装置の概略構成
図、第２図は同装置における一実施例の電気分解前後の
重水（ＤｚＯ）中のトリチウム（′量測定結果の経過時
間特性図である。 １・・反応容器、２・・重水、３・・負極、４・・正極
６・・電源。 代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　はか１８第 図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）主としてラーベス相Ｃ１４型または（及び）Ｃ１
   ５型合金からなる負極と、主として金属または金属酸化
   物または金属水酸化物からなる正極と、少なくとも水素
   同位体（重水素など）を含む電解液からなり、両電極間
   に電流を通じることにより、前記電解液を電気化学的に
   分解し、前記水素同位体を結晶格子中（または表面）に
   吸蔵（または吸着）させ、前記水素同位体間の相互反応
   によって核融合反応を引き起こすことを特徴とする低温
   核融合装置。
2. （２）主としてラーベス相Ｃ１４型または（及び）Ｃ１
   ５型合金からなることを特徴とする水素同位体を吸蔵（
   または吸着）する低温核融合用電極。
3. （３）ラーベス相合金が一般式ＡＢα（ただし、ＡはＺ
   ｒ、Ｔｉ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｙ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃａ、
   Ｐｒ、Ｍｍ、Ｎｂ、Ｎｄ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｓｉから選んだ
   １種または２種以上の元素、ＢはＦａ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｒ
   、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、
   Ｗ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｙ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ａｇ、Ａｕ、
   Ｃｄ、Ｉｎ、Ｂｉ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｔｈ、Ｓ
   ｍ、Ｍｍ（ここでＭｍは希土類元素の混合物を示す）か
   ら選んだ１種または２種以上の元素、α＝１．５〜２．
   ５、またＡとＢは異種元素）で表されることを特徴とす
   る請求項２記載の低温核融合用電極。
4. （４）ラーベス相Ｃ１４型または（及び）Ｃ１５型合金
   が６方対称のＣ１４型については結晶格子定数ａ、ｃが
   それぞれａ＝４．８〜５．２Ａ（オングストローム）、
   ｃ＝７．９〜８．３Ａ（オングストローム）また、立方
   対称のＣ１５型については結晶格子定数ａが６．９２〜
   ７．７０Ａ（オングストローム）の合金相であることを
   特徴とする請求項２または３記載の低温核融用電極。