JPH0341391A - 低温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、低温プラズマ発生を利用して核融合反応をよ
り確実に、かつ、容易に実施する方法−関するものであ
る。

「従来の技術」 最近電気分解の方法を利用することによって核融合反応
を行わせるが、Ｓ、Ｅ、Ｊｏｎｅｓ等によって報告され
ている。その報告はｒＯＢｓＦ、ＲＶＡＴＩＯＮ　ＯＦ
　Ｃ０ＬＤ　ＮＵＣＬＩＩ！ＡＲＰＵＳＩＯＮ　ＩＮ　
Ｃ０ＮＤＥＮＳＥＤ　ＭへＴＴＥＲＪと題され、Ｓ、Ｅ
、Ｊｏｎｅｓ＋　Ｅ、　Ｐ、Ｐａｌｍｅｒ、　Ｊ、Ｂ、
Ｃｒ１ｒｒ、　Ｄ、Ｌ、Ｄｅｃｌｃｅｒ、　Ｇ、Ｌ、Ｊ
ｅｎｓｅｒ＋＋　Ｊ、Ｍ、Ｔｈｏｒｎｅ、　Ｓ、Ｆ、Ｔ
ａｙｌｏｒ及びＪ、Ｒａｆｅｌｓｋｉによる研究である
。

これは、重水（０，０）及び少量の塩、　ＡｕＣＮ等を
含む電解液に、陰極としてパラジウムまたはチタンを陽
極として白金を用い電気分解反応を行うものである。

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かつ容易に、また、継続して行うこ
とを目的とする。反応源（Ｄ）として重水を用いるので
はなく、高純度の重水素または重水系化合物の気体を用
いる。場合によっては、低温（液体水素温度程度）状態
のものを用いる。

そしてこれらの気体をプラズマ化し、イオン及び電子を
、水素を多量に吸収している陰極材料に衝突させる。

この際、陰極側材料中への重水素濃度が増加する用に陰
極部は、液体窒素で冷却し、導入する重水素気体が陰極
材料にふきつけられる形状にしである。

かくすることにより、核融合の発生確率を高くし、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、核融合装置のま
わり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
（ＨｚＯ）に中性子等のエネルギを与えることにまり熱
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（Ｄ２）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。

また、核融合率を向上させる工夫を陰極側材料にほどこ
す。陰極側材料は、重水素を多量に吸収して金属水素化
物を作る。いわゆる水素吸蔵金属を用いる。例えば、チ
タン、パラジウム、鉄・チタン金等である。これらの金
属には、低温において水素の吸蔵量が増大するものであ
るので、陰極部分を液体窒素で冷却できるようする。ま
た、陰極材料に重水素の吸収が増すよう重水素の導入は
、陰極材料にふきつけるような形状にする。また、その
導入ガスは、液体重水素であったものが有効である。パ
ルス電圧の印加及び温度変化が、陰極材料へのクラック
発生等に関係あるかどうかは、さだかではないが、現象
として、核融合率の向上に役立っている。

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　−＋３Ｈｅ（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，ＯＩ
ＭｅＶ）の反応を期待することも可能である。

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〜−１０００ν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。

また、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持間をパル
ス化（間歇化）することにより、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
わゆる直流負連続電圧）　（１００χ）から０．１χま
で変化させた。すると、核融合率を向上させることがで
きる。

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。この電極はアット
（５）とカソード（４）よりなり、カソードはパラジウ
ム（２）とその裏面に材料を冷却する漕を有する基体に
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〜５００ＭＨ
ｚ例えば１３．５６ＭＨ２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。陰極材料を冷却するために液
体窒素容器００）にその導入（８）、導出側（８・）の
ための手段を設けである。

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（Ｄ２）　（９”　）　、水素（）１２）（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０．１ｔｏｒｒとするため
の圧力調整用バルブ（１６）　、ストップバルブ（１７
）および排気ポンプ（１８）よりなる。

中性子カウンタは、反応容器のまわりに円状に配設させ
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。

本発明構成によって、重水素の濃度が陰極付近で高めら
れるために、冷却を行わない場合に比較して、核融合反
応を発生させる確率を担当高くすることができた。

「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（９”）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Ｑ、１ｔｏｒｒ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）との間に
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　）はカッド（４
）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バラジ０ ラム（２）により ｄ　＋　ｄ　　−＋　　３Ｈｅ（０，８２ＭｅＶ）　＋
ｎ（２，４５Ｍｅν）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確認するため、このプラズマ反
応系には高純度重水素ガスを導入した。

中性子カウンタ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（Ｈ２）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４ｏ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、中性子の検出から高精度に核融合反
応率が数倍増加すること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。 ３ 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、前記陰極材料中の重水素吸収量を増加
   させるために、液体窒素または液体水素等の冷媒で前記
   陰極を冷却し、吸入される重水素ガスは陰極材料にふき
   つけるように導入して核融合反応をせしめたことを特徴
   とする低温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、これをパルス化することを特徴とす
   る低温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、チタン及び鉄・チタン合金等
   の水素吸蔵金属よりなることを特徴とする低温プラズマ
   核融合方法。