JPH0465358B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 一つの核融合反応容器の周囲に、重水素と三重
水素のイオン等を、加速して反応容器の中心に向
けて打ち出し、相互に衝突させる慣性型核融合装
置では、そのイオン量が多く、密度が高いほど、
衝突の確率は高くなり、エネルギー効率も大きく
なる。

これらの中性のイオン原料ガスを周知技術では
比較的低電圧、低エネルギーで、連続的に多量に
陽イオンにし、ついで、高電圧がかかり、大電流
が流れる加速電極間へ連続的に送り込んだとすれ
ば、多量のエネルギーを要し、大電力電源を要
し、網状の加速電極は陽イオンの連続的な衝突
で、高温になり、溶融する可能性も大きい。

そこで、加速電極間に高密度で陽イオンを常在
させ、断続的に加速電極に高電圧をかけ、パルス
状に大電流を流せば、それらの問題は小さくな
る。

しかし、加速電極間を出て、反応容器の中心に
致る間に常在する陽イオンと、陽イオンに加速電
極の陰極から放出される電子が与えられ、中性化
した原子や分子から成る、高密度のプラズマに衝
突し、加速イオンのエネルギー損失がかなり生ず
る欠点がある。

本発明は上記のような従来技術の持つ問題点を
解決する、高密度荷電粒子パルス集中装置を得よ
うとするものである。

その解決手段として、反応容器を囲む多数のイ
オンガンの各加速電極を、瞬間的な大電流に対応
するための大容量コンデンサーを並列に入れた高
圧直流電源につなぎ、反応容器内や加速電極間は
真空ポンプで常に高真空にしておき、各イオンガ
ンにイオンの原料ガスを高圧ボンベから供給する
管をつなぎ、各管の先端に応答速度の速い電磁弁
を取り付け、全電磁弁を同時に開閉するパルス電
流を送るための電気回路を設け、全電磁弁を一斉
に開き、直ちに閉じ、イオンガン内に原料ガスを
送り込み、そのガスがイオンガン内で膨脹し、イ
オン化電極でイオン化され、ついで、加速電極で
加速され、高真空の加速電極間や反応容器内を、
ほとんど進路をさまたげられる事なく進行し、エ
ネルギー損失の小さい状態で反応容器の中心に集
中する、高密度荷電粒子パルス集中装置を得る。
以下、実施例に従い説明する。

第１図は本発明を実施した荷電粒子パルス集中
装置の平面図。第２図はその正面図である。

１〜６は各先端で反応容器となる空間を囲み、
反応容器の中心に向かつて焦点を結ぶ陽イオンビ
ームパルスを打ち出すイオンガンで、それらは方
向が意なるのみで、全く同構造をしている。

第３図はその内のイオンガン１の拡大縦断正面
図で、７は外を囲む絶縁体製ボツクス。８はその
右面に設けた、部分球面をなす網状球形陰極。９
はその左方の網状球形陽極。１０は重水素と三重
水素を収めた高圧ボンベ。１１はその出口に取り
付けた応答速度の速い電磁弁。１２は電磁弁の出
口に連なり、中心部に近いほど、全工程が長い、
多数の管路を持つ、ガスの進路調整器を兼ねたイ
オン発生用電極である。

なお、図示しないが、これらの装置には下記の
付属装置が付く。

100kV程度の高圧直流電源のプラス端子が陽極
９につながり、マイナス端子が陰極８につなが
り、大容量電源コンデンサーの端子も両端子につ
ながる（直流電源と、コンデンサーと、陽極９−
陰極８、は並列につながつている）。

直流500V程度の、やはり大容量コンデンサー
が並列に入つた独立電源のプラス端子が、イオン
発生電極１２につながり、マイナス端子は陰極９
につながる。

陰極８と陽極９の間、陽極９と電極１２の間等
において、ボツクス７を貫く多数の貫通孔を設
け、外部の真空ポンプに連なる管をつなぐ。

なお、上記の付属装置はイオンガン１〜６に個
別に設けてもよいし、一つの装置から配線や配管
してもよい。しかし、次の物は必ず１システムに
する。

全イオンガンの電磁弁の入力端子につながり、
パルス電流を発生する制御パルス電流発生回路。

次にこの動作を説明する。

イオンガン１〜６の相語の継ぎ目を密封し、常
に内部を上記の真空ポンプで10^-7気圧以下の高真
空に保ち、加速電極の陰極８と陽極９の間に
100kV程度の直流電圧をかけておき、独立の電源
により、陽極９に対し、イオン発生電極１２に
500V程度の直流を常にかけておく。

核融合を起こさせる場合は、パルス電流発生回
路のスイツチを押し、1μs程度の短時間、持続す
るパルス電流をイオンガン１〜６の各電磁弁１１
に加えると、弁は開き、直ちに閉じるが、ボンベ
１０内の1000気圧程度の重水素と三重水素の混合
ガスが１mg程度、電極１２内の多数の孔の中に入
り、膨脹し、音速程度の速度で分子が電極９に向
かつて動き、各水素原子の電子が電極１２に吸収
され、陽イオンとなり、電極１２に対しては負電
位の陽極９に500eVの加速を受けて向かい、一部
のイオンは陽極９の網目の孔を通り抜け、
100keVの加速を受け、陰極８に引かれて進み、
イオンガン１〜６の各陰極８が形成する球形の反
応容器の中心点に集中し、その内で、ほぼ正面衝
突をした重水素と三重水素の原子核は核融合す
る。（陽極９と陰極８の間の電気力線は、それら
電極のなす球面の中心に向くので、イオン流もそ
の方向に向かう）。

電極１２の中心部は周辺部に比して管路が長
く、電極１２を通過するのに周辺部より、やや長
い時間を要するので、電極１２を通過するのが、
周囲の管路を通るものより、やや遅れるが、球形
凸面の陽極９の中心部は電極１２に近く、けつき
よく、電極１２の中心部を通つた陽イオンも、周
囲を通つた陽イオンも、ほぼ同時に陽極９の各部
に到達し、反応容器の中心点にも、ほぼ同時に達
する事になる。

電磁弁１１は、磁歪による金属棒の伸縮を利用
した物を用いる等、高速応答の可能な物を用いれ
ばよいが、1μsの短時間で電磁弁１１が開閉し、
１mgのガスが放出されたとしても、ガスの膨脹
や、電極１２内を通過するのにそれ以上の時間を
要し、反応容器内に打ち込まれるイオンの通過時
間はそれより延長する。

もし、１mgの重水素と三重水素の同分子数の混
合気が完全に電離した場合、その遊離電子数は
6.02×10²³×１／1000×１／2.5＝2.408×10²⁰個と
なる。その電気量は38.4Qであり、それに近い電
気量がごく短時間に大パルス電流となり、ガス→
電極１２→電源及びその並列コンデンサー→陽極
９、の回路に流れる。

また、陽極９と陰極８の網目を陽イオンが通過
すると、陰極８から飛び出した電子が、陰極８の
網目を通過する陽イオンの一部に捕らえられ、そ
れを中性原子化し、陽イオン→陰極８→高圧電源
及びその並列コンデンサー→陽極９の回路に大パ
ルス電流が流れる。（陰極８から陽イオンに多量
の電子が与えられ、それを中性化する事は、反応
容器の中心部に陽イオンが集中し、強い陽電界が
できたとしても、その斥力による減速を受けず、
容器の中心点付近まで進む事ができる利点が生ず
るので、陰極８を加熱し、熱電子を放出させ、多
量の中性粒子を造るようにしてもよい。） このように、陰極１２に連なる500v電源と陰
極８に連なる高圧電源とには瞬間的な大電流（か
りに、20Qが10μsに流れたとしても、２×10⁶A）
が流れるので、大容量の並列コンデンサーをぜひ
設ける必要がある。これらのコンデンサーには、
放電後、電源の整流器付変圧機等を界し、やや長
い時間を要して、再充電される。再充電が完了す
るごとに、パルス電流発生装置から電磁弁１１に
通電し、反応容器内への陽イオンの打ち込みを行
なう事ができる。

電極１２や陽極９を通過しても、陽イオンにな
れなかつた中性ガス、陰極８に衝突して進行方向
を変えられた陽イオンや中性原子、反応容器内で
生じたヘリウム、残存した陽イオンや中性ガス等
を含むプラズマは、前記の真空ポンプにより、排
除され、反応容器内やイオンガン内は、常に高真
空に保たれ、再打ち込みの際の陽イオンの進路の
さまたげにはならない。

上記の実施例では６本のイオンガンを用いた
が、その数を20本程度にしてもよい。その場合、
電磁弁からでたガスを円筒形のイオンパルスビー
ムにし、イオンガンの出口等に設けた集束コイル
で円錐形に変え、反応容器の中心に集中させても
よい。

電磁弁１１の出口の右端に、陽極９とほぼ平行
な円盤形空洞の中心をつなぎ、その空洞の円周部
右側に輪状の出口を設け、それに同直径の円筒形
の透き間、右へ行くほど直形が小さくなる種々の
傾斜を持つ円錐形の透き間を多数設け、進路調整
器を兼ねたイオン発生電極にする事、電極１２の
形や構造を種々設形する事ができる。

陰極８に通常は電圧をかけず、電磁弁１１が開
閉してガスパルスが生じ、更に陽イオンパルスに
なり、陽極９に達した時、スイツチを閉じ、コン
デンサーを含む高圧電源に陰極８をつなぐように
してもよい。

ボンベ１０に重水素、三重水素以外の核融合に
適したガスを入れ、用いてもよい。

反応容器の中心にイオンパルスが集中し、高温
になり、膨脹して衝撃波になり、陰極８の球面で
反射され、再び衝撃波が中心に集中し、高圧にな
る時に同期して、陰極８で加速された陽イオンパ
ルスがそれに衝突するようにしてもよい。

反応容器の中心に重水素と三重水素の高圧ガス
を封入したペレツトを打ち込み、それが中心部に
致つた時、陽イオンビームパルスをヘレツトの周
囲に打ちあてるようにしてもよい。

そのようなペレツトの周囲に直径１cm程度の球
形爆薬を取り付け、反応容器の中心に打ち込み、
その周囲に陽イオンパルスをあてて起爆させ、爆
薬の爆縮波を用いてペレツトにも〓縮を起こさ
せ、中心部に核融合を起こさせてもよい。（爆薬
の周囲にレーザーパルスをあて、起爆させ、同等
の効果を得てもよい。） ボツクス７内に連なる排気管内に、陽極９と陰
極８のような部分球面の電極を設け、数100Vの
直流、または数1000Hzの直流パルス電圧をかけ、
ボツクス１内の残留ガスをプラズマ化し、電極の
なす球面の中心点に集中するように加速し、イオ
ンポンプ（プラズマポンプ）を形成させ、その集
中点に遠心ポンプ等から成る二次ポンプの円錐形
吸気管の頂点に開いた小吸気孔を位置させ、ボツ
クス７内の低密度のガスをまずイオンポンプで濃
縮し、更に二次ポンプで排気するようにしてもよ
い。

電極１２の各管路の先端の方向を変える等し、
中性粒子を陰極９と異なる方向に飛ばせ、真空ポ
ンプで吸引し、陽極９の電気力に引かれて進むイ
オンから分離する、周知のイオントラツプの技術
を併用してもよい。

その他種々の設計変更が可能である。

本発明を実施すれば、高電圧で加速した多量の
陽イオンを高密度で一点に集中させ、衝突させ、
高いエネルギー効率で、核融合反応を起こさせ得
る、荷電粒子パルス集中装置が得られる利点が生
ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した荷電粒子パルス集中
装置の平面図。第２図はその正面図。第３図はイ
オンガン１の拡大縦断正面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 核融合を起こさせる高真空の反応容器の中心
   に向けてイオンパルスを打ち込むための、反応容
   器の周囲を取り囲む多数のイオンガンの各加速電
   極に、大容量のコンデンサーを並列に入れた高圧
   直流電源をつなぎ、各イオンガンのイオン発生装
   置につながる重水素等のイオン原料ガス供給管路
   中に、応答速度の速い、イオンパルスの原料とな
   るガスパルス発生用電磁弁を挿入し、これらの電
   磁弁を同時に開き、直ちに閉じるための、パルス
   通電を行なう電気回路を設けて成る、荷電粒子パ
   ルス集中装置。