JPH02287191A

JPH02287191A - 低温核融合装置及び低温核融合用電極

Info

Publication number: JPH02287191A
Application number: JP1108848A
Authority: JP
Inventors: Koji Gamo; 孝治蒲生; Junji Niikura; 順二新倉; Noboru Taniguchi; 昇谷口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-04-27
Filing date: 1989-04-27
Publication date: 1990-11-27

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装置及びこれに使用する低温核融合
用電極、特には電気化学的手段あるいは気相放電を用い
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。しだがって、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
高温及びく密度Ｘ閉じ込め時間〉の積（ｃ　ｒｒｒ３ｓ
　）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、上記問題点に鑑み、ある種の容易に崩れない
非晶質水素同位体吸蔵（吸着）用金属または合金を電極
に用いて解決したちのでる。

ある種の特殊な条件下では、分子状または原子状水素同
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。

本発明は、非晶質水素同位体吸蔵（吸着）用金属または
合金を電極に用い、電気化学的（または気相放電）作用
によって電解液中（または気相中）の水素同位体を電極
に高密度に安定に吸蔵させることによって、特殊な条件
を実現し、核融合反応を低温で高効率に高信頼性で発現
させる有効な低温核融合装置及び低温核融合用電極を提
供することを目的とする。

作用本発明は主として長周期の結晶路、子規則を有さない非
晶質金属または合金からなる負極（または電極）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（
または電極）と、少なくとも水素同位体を化学式に含む
電解液（または放電気体）からなる装置である。また特
定材料からなる低温核融合用電極である。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、高効率に安定して生み出すことが可能で
ある。

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
面積が大きいことが必要であることがら、■Ｄ　＋　Ｔ
→’Ｈｅ　（３，５ＭｅＶ）＋　ｎ　（１４，１ＭｅＶ
）■Ｄ　＋　Ｄ　＋”　Ｈｅ　（０，８２ＭｅＶ）＋　
ｎ　（２，４５Ｍｅｖ）■Ｄ　十Ｄ　＋　Ｔ　（１，０
１ＭｅＹ）＋　ｉ）　（３，０２Ｍｅｎ）■Ｄ　＋３Ｈ
ｅ　４４Ｈｅ　（３，［ｉ　ＭｅＶ）＋　ｐ　（１４，
７Ｍｅｖ）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、第一段反
応としては、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　＋Ｔ＋　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■、■を第一
段反応として実現させたものである。

本発明は詳しくは負極（または電極）に、主として長周
期の結晶格子規則を有さない非晶質金属または合金を、
正極（または電極）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（Ｌｉ・、Ｋ
・など）などを含有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。また、気相放電では電解液の代わりに水素同
位体ガスを用い、電極間放電によって、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。

具体的な手順例は以下のようである。まず所望の長周期
の結晶格子規則を有さない非晶質金属（または合金）の
組成になるようにＴｉやＺｒ等の原材料を秤量し、石英
坩堝中に入れ、アルゴン等の不活性ガス中で高周波誘導
加熱炉を用い、直接溶解し、溶湯を片ロール法で急冷し
た。製造した合金の形状は薄帯（リボン状）または板状
構造で、試料の一部は、原子組成、結晶性、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
ｅ放出量測定用（主としてＰ（圧力）−〇（組成）−丁
（温度）測定）および電気化学的性能評価用に用いた。

非晶質合金の形成法は、゛上記以外に蒸着法や溶湯落下
法など種々あり、どの様な方法でもよい。

電極形成は、急冷薄帯（リボン状）をそのまま用いるか
、または粉末固結化法、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非晶質電極
材の好適な実施組成例および水素同位体（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、不純物
の混入や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あるいは気相による水素同位体の吸
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。また電極の崩れや微粉
化は観測されなかった。この・現象は非晶質合金水素同
位体の最大の特長である。

なお、種々の非晶質合金の中でも第１表に示したように
、特にＴｔ、Ｚｒｓ　　Ｈｆ１　Ｍｇｓ　　Ｌａ族元素
およびＰｄから選んだ１種以上の元素を主成分（２０原
子％以上）トシ、残部がＦ−、Ｖ、　Ｎ１゜Ｃｒ＋　　
Ｍ＋＋＋　　Ｃｏ＋　　Ｃｕ＋　　Ｚｎ＋　　ＡＩｔ　
　Ｓｌ＋　　Ｎｂ＊　　ＭａｔＷｌＭｇ、　　Ｃ，、Ｙ
、　　Ｔ、、　　Ｐ、＋、　　Ｐｔ、　Ａｇ、　　Ａｕ
、　　Ｃｄ＋　　Ｌ＋　　ＢＩ＋　　Ｌａｒ　　Ｃａ、
Ｐｅｒ　　Ｎｄ＋　　Ｔｈ＋　　Ｓｓ＋　　Ｍ、（ここ
でＭ、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、からなる合金は、均質な非晶質相
を形成することができ、電極の崩れもなく、水素同位体
吸蔵量が特に大きく、その結果核融合反応が容易に進行
し、発生エネルギーも大きく特性も良好であった。

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゛容量１００ｍ１のビー
力１に約０．１規定の塩化リチウム、塩化鉄を溶かした
純度９９．５％の重水２を入れ、この中に厚さ０．１ｍ
ｍの薄帯（リボン状）ＴｉｚＮｔ負極３と、厚さ０．３
ｍｍの板状白金正極４とを対向させて構成し、直流電源
６により電圧２０〜３０Ｖをかけ、電流値１０〜５００
ｍＡで、重水を約２４０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。負極電極の割れや粉化はまった
く観測されなず、吸蔵反応はスムーズに進行した。

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ョンカウンターでト
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、液体シンチレーショ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（Ｄ２０）および電
気分解後の重水中のトリチウム（Ｔ）量測定結果を第１
表に、その経過時間特性を第２図に示す。図中でｄｌ）
ｍ／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４．５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かわかった。

第１表パルス状電圧２０〜５０Ｖを約１００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
体シンチレーション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非晶質合金材料による。

すなわち、軽水や重水の電気分解に、−船釣に用いられ
る負極材料は結晶質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ＰｄＨ＠、ｓ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／Ｍ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。

第２表第２表の続き第２表の続き本発明負極材は第２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
素の密度が従来の結晶質Ｐｄ金属と比較して約２倍以上
も大きくとれる。また水素同位体を吸蔵する事による割
れや粉化もない。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密度大きいことが、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。

なお、上記実施例においては電解液中の水素同位体を電
気化学的反応によって電極に吸蔵させたが、ガス状水素
同位体を電極間に通電させることによって、イオン化さ
せ、これを吸蔵させて低温核融合を発現させることも可
能である。

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、安定して
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（Ｄ２０）中のトリチウム（Ｔ）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。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）水素同位体（重水素など）を結晶格子中（または
表面）に吸蔵または吸着させるための負極と、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を含む電解液からなり、両電
極間に電流を通じて、前記電解液を電気化学的に分解し
、負極に吸蔵または吸着した水素同位体間の相互反応に
よって核融合を引き起こす低温核融合装置において、前
記負極が主として長周期の結晶格子規則を有さない非晶
質金属または非晶質合金からなることを特徴とする低温
核融合装置。
（２）主として長周期の結晶格子規則を有さない非晶質
金属または非晶質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）非晶質金属または非晶質合金がＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ
、Ｍｇ、Ｌａ族元素およびＰｄから選んだ１種以上の元
素を主成分（２０原子％以上）とす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）非晶質金属または非晶質合金から成る負極電極が
薄帯または板状構造であることを特徴とする請求項２ま
たは３記載の低温核融合用電極。