JPH032690A - 核融合用重水素取り込み材料 - 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） この発明は、常温核融合を実現するための重水素取り込
み材料に関する。

（従来の技術） １９８９年３月に、常温核融合の可能性を示唆する研究
結果がアメリカのユタ大学化学部のスタンレー・ポンス
学部長とイギリスのサラサンプトン大学のマルチン・フ
ライシュマン教授のグループ及び、同じくユタ州プリガ
ムヤング大学のスチーブン・ジョーンズ教授とアリシナ
大学の研究グループから発表された。その後、世界各地
でその検証実験が行なわれ、常温核融合が有望であると
の報告も多くなされている。例としてはアメリカのロス
アラモス国立研究所のハワード・メンラブ博士らの超低
温に冷やした重水素ガスに高圧をかけるとユタ大グルー
プのように電流をかけなくても核融合を示唆する中性子
発生があることを確認したと報告がある。

核反応は、核分裂と同じ核反応の一つである。

核分裂は、ウランなどの質量の大きい原子核が分裂して
２つの新しい原子核を生成する現象である。

その２つの原子核の質量の和は、分裂前の質量の和より
小さい。その小さくなった質量をエネルギーとして放出
する。

一方、核融合では重水素など質量の小さい原子核どうし
が衝突し互いに融合して新しい原子核を生成する。この
とき生まれる原子核の質量はもとの２つの原子核の質量
の和より小さく、その差がエネルギーとなる。太陽の中
心では膨大な圧力と高温のために原子核がむき出しにな
り、激しく衝突して融合する。それが太陽の光と熱の源
であり熱核融合と呼ばれている。もともと原子核は十の
電荷を持っている。同じ電荷どうしであるのでお互いに
反発しあい、通常ではぶつからない。そこであらかじめ
１億度Ｃ以上の超高温にして、原子核と電子をバラバラ
な状態（プラズマ）にしておく。さらにその数（プラズ
マ数）を１立方センチあたり３兆個以上にして、原子核
どうしがぶつかりやすくしてやらなければならない。し
かもその状態を最低でも１秒間は保つ必要がある。しか
しそんな超高温や超高密度には、どんな素材でも耐えら
れない。そこで地場で閉じ込めたり、レーザーで一種の
宙吊り状態にしてやったりしなければならない。この熱
核融合については、いずれも国家規模の巨大プロジェク
トとして研究が進められている。

重水素どうしが核融合すると、ヘリウム−３と中性子、
三重水素（トリチウム）と陽子が発生し熱がでる。さら
に２次反応でガンマ線も出てくる。

そこでこれらを測定することにより核融合が起きたかど
うかを判断できる。しかしトリチウムはもともと重水に
含まれており、それとの区別が難しい。中性子を測定す
るのが最も確実である。なお核融合の場合２．４５メガ
電子ボルトの領域の中性子が多く出ることが分かってい
る。

常温核融合について、ジョーンズ教授らが成功したとい
う実験装置を一例として、第３図に示す。

これは電気分解と同じ仕組みである。たたし水のかわり
に重水１１を用い、電極は陽極には金８または白金、陰
極にはパラジウム９やチタン１０を用いる。重水１１は
絶縁物なので塩化リチウムなどの塩基物を少し混ぜであ
る。陰極にチタン１０とパラジウム９を用い比べてみた
ところチタン１０の方が効率が良かったとの報告がなさ
れている。

また水１２とリチウムガラス１４から成る高精度の中性
子測定装置１３を備え、２．４５メガ電子ボルト領域の
中性子を確かに捉え、発生したエネルギーは１０兆分の
１ワツトであったとのことである。

メンラブ博士らの実験は、外部と遮蔽された容器の中に
チタンをおき、そこに重水素ガスを注入。

さらに、容器内部に２０〜５０気圧の圧力をかけるとと
もに、液体窒素を使って温度をマイナス摂氏１９３度ま
で下げる。この状態でしばらく放置し、次第に温度が上
がっていく過程で内部の変化を調べたところ、チタンに
重水素ガスが吸収されて、ごくわずかながら中性子の発
生が断続的に検知された。またマイナス３０度になった
ところで急激に中性子が噴出される現象が確認された。

この時間は５千分の１秒間でこの際の中性子の量は、自
然放射能より数桁多い規模であったという。

第２図に従来の金属結晶型重水素取り込み材料に重水素
原子が取り込まれる様子を示した原理図を示す。この図
を用いて常温核融合の起きる原理を、ジョーンズ教授の
実験例で電極にパラジウムを用いた場合で説明する。６
は陰極に用いられているパラジウム金属結晶である。パ
ラジウム金属結晶６は、パラジウム原子２がパラジウム
原子間結合３により規則正しく格子状にならんで、金属
結晶を構成している。重水が電気分解されると、重水素
の陽イオン（重水素原子５）が陰極のパラジウム金属結
晶６に引き寄せられる。パラジウムは軽い元素を取り込
む性質があるので、重水素原子５はどんどんパラジウム
金属結晶６に入り込んでしまう。やがてパラジウム金属
結晶６の結晶格子の中に重水素原子間の距離が、トンネ
ル効果が起きる距離まで近ずくことにより融合し、質量
欠損によるエネルギーが生じるとされている。トンネル
効果とは粒子が障壁を通りぬけて、もれだすことである
。

（発明が解決しようとする課題） 従来の例による実験結果ではその効率が低く、効率よく
常温核融合の起こる材料等が要求されていた。

（課題を解決するための手段） この発明における重水素取り込み材料は、その構造をア
モルファスとしたものである。

（イ乍用） 従来のパラジウムやチタンなどの重水素取り込み材料は
その構造が結晶構造でありしたがって重水素原子は均一
に金属結晶中に広がっていた。その構造をアモルファス
とすることにより結晶を構成する原子間の距離に短い部
分と距離の長い部分とが生じる。このため入り込んでき
た重水素原子どうしの距離は、結晶原子間距離の短い部
分でより短くなり、重水素どうしが融合するための障壁
がちいさくなり、トンネル効果により通りぬけやすい部
分が生じる。このため重水素原子はそこで融合しやすく
なる。

（実施例） 第１図はこの発明によるアモルファス重水素取り込み材
料の一実施例である。アモルファスとは規則正しく原子
が配列した結晶に対する言葉である。ここではアモルフ
ァスを固体に限定した不規則系物質であるとする。この
アモルファス重水素取り込み材料をパラジウムとした場
合の例を説明する。第１図において１はアモルファスパ
ラジウム、２はパラジウム原子、３はパラジウム原子間
結合、４は未結合手、５は重水素原子である。アモルフ
ァスパラジウム１は、パラジウム原子２がパラジウム原
子間結合３により結合されている。

このときパラジウム原子２の並び方が、不規則であり、
パラジウム原子間結合３に結合距離の長い部分と短い部
分が生じる。また、パラジウム原子２の結合手があまり
、未結合手４がアモルファスパラジウム１中に存在する
。重水素原子５はこのアモルファスパラジウム１の構造
中に次々取り込まれる。アモルファスパラジウムには結
晶を構成する原子間の距離に短い部分と距離の長い部分
とが生じる。このため入り込んできた重水素原子５どう
しの距離は、原子間結合距離の短い部分でより短くなる
。このため重水素どうしが融合するための障壁をトンネ
ル効果により通りぬけやすくなる。このためパラジウム
原子間結合３の距離の短いところで核融合が起こりやす
くなり、この材料をジョーンズ教授やメンラブ博士らの
実験に組み込むことにより常温核融合の実用化の可能性
が高まる。

なおこの例の場合はパラジウムにて説明をしたが、チタ
ン等の他の金属及びセラミックでもその構造をアモルフ
ァスとすることにより同様の効果が期待できる。

（発明の効果） 以上のように、この発明によれば重水素取り込み材料の
構造をアモルファスとしたので、重水素どうしの融合す
る効率があがり常温核融合の実用化に役立ち、エネルギ
ー問題の解決に貢献するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるアモルファス重水素取り込基材
料に重水素原子が取り込まれる様子を示した原理図、第
２図は従来の金属結晶型重水素取り込み材料に重水素原
子が取り込まれる様子を示した原理図、第３図はジョー
ンズ教授の常温核融合装置の構成図。 １・・・アモルファスパラジウム、２・・・パラジウム
原子、３・・・パラジウム原子間結合、４・・・未結合
手、５・・・重水素原子、６・・・パラジウム金属結晶
、７・・・バッテリー、８・・・金、９・・・パラジウ
ム、１０・・・チタン、１１・・・重水、１２・・・水
、１３・・・中性子測定器、１４・・・リチウムガラス 第１図 １・・・アモルファスパラジウム ２・・・パラジウム原子 ３・・・パラジウム原子間結合 ４・・・未結合手 ５・・・重水素原子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 核融合用重水素取り込み材料において、その構造をアモ
   ルファスとしたことを特徴とする重水素取り込み材料