(57)【要約】      （修正有）【課題】原子核の融合活性を生成、制御、実行、及び最適化する方法、装置、機器、及びシステムを提供する。【解決手段】制御された融合活性は、本質的に中性子を生成しない非中性子核融合反応から相当数の中性子を生成する中性子核融合反応まで、様々な反応を網羅する。一実施形態においては、物質の高速回転を利用することによって核融合反応を行うとともに、これらの反応により生成されるエネルギー及び物質を利用する状態を機器が生成する。これらの機器では、数十万又は数百万回転／秒（ＲＰＳ）で物質を回転させて、核融合反応を促進する力、効果、及び状態を生成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物質の制御核融合反応のためのシステムであって、
ａ．内表面及び外表面を備える第１のハウジングであり、前記内表面が空洞を規定した、第１のハウジングと、
ｂ．前記空洞内に配置された内側ハウジングであり、前記内側ハウジングが内表面を有し、前記内表面が回転空洞を規定した、内側ハウジングと、
ｃ．前記回転空洞内に配置された弱イオン化プラズマを形成する第１の物質と、
ｄ．前記回転空洞と関連付けられた第２の物質と、
ｅ．イオン化装置であり、前記イオン化装置が前記第１の物質と動作可能に関連付けられることによって、前記第１の物質の成分をイオン化することによりプラズマを生成可能なイオン化装置と、
ｆ．前記イオン化装置、前記第１のハウジング、及び前記回転チャンバと動作可能に関連付けられることにより、前記回転チャンバにおいて前記プラズマを高速で回転可能な回転誘導アセンブリと、
ｇ．前記プラズマの高速回転中に前記第１の物質及び前記第２の物質の前記核融合反応を提供するように構成された前記回転チャンバと、
を具備した、システム。
【請求項２】
前記核融合反応が、非中性子性である、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記核融合反応が、中性子性である、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記第１の物質が、水素を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
前記第１の物質が、水素を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項６】
前記第１の物質が、水素を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】
前記第１の物質が、水素、重水素、三重水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素、及び酸素から成る群から選択される物質を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記第１の物質が、水素、重水素、三重水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素、及び酸素から成る群から選択される物質を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１の物質が、水素、重水素、三重水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素、及び酸素から成る群から選択される物質を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１の物質が、気化した固体を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
前記第１の物質が、気化した固体を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項１２】
前記第１の物質が、気化した固体を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の物質が、水素、ヘリウム、アルゴン、及び気化した固体から成る群から選択される物質を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第２の物質が、ホウ素を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記第２の物質が、ホウ素を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項１６】
前記第２の物質が、ホウ素を含む、請求項７に記載のシステム。
【請求項１７】
前記第２の物質が、ホウ素を含む、請求項８に記載のシステム。
【請求項１８】
前記第２の物質が、ホウ素を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第２の物質が、ホウ素−１１を含む、請求項１４に記載のシステム。
【請求項２０】
前記第２の物質が、リチウムを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
前記第２の物質が、リチウム−６を含む、請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
前記第１の物質が、水素−１を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項２３】
前記第２の物質が、窒化ホウ素及び六ホウ化ランタンから成る群から選択される物質を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２４】
前記第２の物質が、窒化ホウ素及び六ホウ化ランタンから成る群から選択される物質を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項２５】
前記第２の物質が、窒化ホウ素及び六ホウ化ランタンから成る群から選択される物質を含む、請求項４に記載のシステム。
【請求項２６】
前記第１の物質及び前記第２の物質が、窒化ホウ素、六ホウ化ランタン、水素、重水素、三重水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素、酸素、気化した固体、水素−１、ホウ素−１１、リチウム−６、リチウム−７、ヘリウム−３、リチウム−６、及び窒素−１５から成る群から選択される物質を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２７】
前記第１の物質が、良好な電子放出体を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項２８】
前記第１の物質が、良好な電子放出体を含む、請求項２に記載のシステム。
【請求項２９】
前記第１の物質が、良好な電子放出体を含む、請求項３に記載のシステム。
【請求項３０】
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項３１】
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、請求項２に記載のシステム。
【請求項３２】
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、請求項３に記載のシステム。
【請求項３３】
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、請求項５に記載のシステム。
【請求項３４】
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、請求項７に記載のシステム。
【請求項３５】
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、請求項１０に記載のシステム。
【請求項３６】
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、請求項１４に記載のシステム。
【請求項３７】
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、請求項２０に記載のシステム。
【請求項３８】
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、請求項２４に記載のシステム。
【請求項３９】
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項４０】
前記磁石が、超伝導磁石を含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項４１】
前記磁石が、永久磁石を含む、請求項３０に記載のシステム。
【請求項４２】
前記磁石が、少なくともおよそ０．５テスラの磁界を生成する能力を有する、請求項３０に記載のシステム。
【請求項４３】
前記磁石が、少なくともおよそ１テスラの磁界を生成する能力を有する、請求項３０に記載のシステム。
【請求項４４】
前記磁石が、少なくともおよそ２テスラの磁界を生成する能力を有する、請求項３０に記載のシステム。
【請求項４５】
前記回転誘導アセンブリが、超伝導磁石、永久磁石、電磁石、高周波源、マイクロ波源、レーザ、及びイオン銃から成る群から選択される機器を備えた、請求項１〜９のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項４６】
核融合反応を誘導及び制御する機器であって、
回転器に対して動作可能に結合された回転チャンバと、
前記回転チャンバと関連付けられ、第１の作業物質を前記回転チャンバに導入するように構成された第１の反応物取り扱い機構であり、前記第１の作業物質が第１の核融合反応物を含む、第１の反応物取り扱い機構と、
前記回転チャンバと関連付けられ、第２の作業物質を前記回転チャンバ内で位置決めするように構成された第２の反応物取り扱い機構であり、前記第２の作業物質が第２の核融合反応物を含む、第２の反応物取り扱い機構と、
前記回転チャンバに対して動作可能に結合され、少なくとも前記第１の作業物質のイオン化を誘導して弱イオン化プラズマを生成するように構成されたプラズマ生成器と、
を備え、
前記回転器が、前記第１の核融合反応物と前記第２の核融合反応物との間で核融合反応が生じるように、前記回転チャンバ内において少なくとも前記第１の作業物質を含む前記弱イオン化プラズマの急速回転を誘導するように構成された、機器。
【請求項４７】
前記回転器が、
前記回転チャンバを通って延びる磁界を生成するように構成された磁界発生器と、
前記磁界と実質的に垂直な方向に前記回転チャンバを通って延びる電界に沿って少なくとも最初は移動するとともに、前記磁界によるローレンツ力を受けるように前記弱イオン化プラズマ中のイオンが誘導されるように、前記電界を生成するように構成された電界発生器と、
を備えた、請求項４６に記載の機器。
【請求項４８】
前記磁界発生器が、少なくとも１つの電磁石を備えた、請求項４７に記載の機器。
【請求項４９】
前記少なくとも１つの電磁石が、超伝導性である、請求項４８に記載の機器。
【請求項５０】
前記磁界発生器が、少なくとも１つの永久磁石を備えた、請求項４７に記載の機器。
【請求項５１】
前記少なくとも１つの永久磁石が、希土類磁石である、請求項５０に記載の機器。
【請求項５２】
前記磁界発生器が、０．５〜２テスラの磁界強度を前記回転チャンバ中に生成するように構成された、請求項４７に記載の機器。
【請求項５３】
前記磁界発生器が、およそ５０，０００〜１００，０００回転毎秒の前記弱イオン化プラズマの平均回転速度を誘導するのに十分な強度の磁界を前記回転チャンバ中に生成するように構成された、請求項４７に記載の機器。
【請求項５４】
前記磁界発生器が、およそ１００，０００回転毎秒より大きな前記弱イオン化プラズマの平均回転速度を誘導するのに十分な強度の磁界を前記回転チャンバ中に生成するように構成された、請求項４７に記載の機器。
【請求項５５】
前記回転チャンバが、略円筒状であり、前記回転チャンバの対称軸が前記磁界と実質的に平行となるように配向するように構成された、請求項４７に記載の機器。
【請求項５６】
前記電界発生器が、
前記回転チャンバの前記対称軸に実質的に沿って位置決めされた中心電極と、
実質的に円筒形状を有し、前記中心電極と同軸に位置決めされた外側電極と、
前記中心電極と前記外側電極との間に電圧を供給して、前記回転チャンバ内で実質的に半径方向に延びる電界を生成するように構成された電源と、
を備えた、請求項５５に記載の機器。
【請求項５７】
前記電源が、実質的に連続波（ＣＷ）の電圧を与えるように構成された電力機器を具備した、請求項５６に記載の機器。
【請求項５８】
前記電源が、１つ又は複数の電圧パルスを与えるように構成された電力機器を具備した、請求項５６に記載の機器。
【請求項５９】
前記電源が、少なくとも１つのエネルギー蓄積キャパシタを具備した、請求項５６に記載の機器。
【請求項６０】
前記回転チャンバが、定在電磁波を支持するようにさらに構成され、
前記回転器が、
前記回転チャンバ内に回転定在波が発生するように、電磁波を前記回転チャンバに印加するように構成された高周波供給装置を備え、
前記回転定在波が、前記回転チャンバ中の前記弱イオン化プラズマを回転させるように構成された、請求項４６に記載の機器。
【請求項６１】
前記回転器が、前記高周波供給装置に印加される前記電磁波に変調を適用して、前記弱イオン化プラズマの回転を促進するように構成された変調器をさらに具備した、請求項６０に記載の機器。
【請求項６２】
前記変調器が、およそ１ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの振幅変調を適用するように構成された、請求項６０に記載の機器。
【請求項６３】
前記変調器が、およそ１ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの位相変調を適用するように構成された、請求項６０に記載の機器。
【請求項６４】
前記変調器が、調節可能な変調周波数を適用するように構成された、請求項６０に記載の機器。
【請求項６５】
前記回転器が、前記回転チャンバに対して動作可能に結合された光子源を備え、前記光子源が、少なくとも前記第１の作業物質への照射によって、前記第１の作業物質を前記回転チャンバ内で回転させるのに十分な光子圧力を生成するように構成された、請求項４６に記載の機器。
【請求項６６】
前記光子源が、レーザを備えた、請求項６５に記載の機器。
【請求項６７】
前記光子源を前記第１の作業物質へと案内する少なくとも１つの光ファイバをさらに備えた、請求項６５に記載の機器。
【請求項６８】
前記プラズマ生成器が、
前記第１の作業物質と動作可能に関連付けられた第１の電極と、
前記第１の作業物質と動作可能に関連付けられた第２の電極と、
前記第１の作業物質の一部をイオン化させるのに十分な電圧を前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加するように構成された電源と、
を備えた、請求項４６に記載の機器。
【請求項６９】
前記プラズマ生成器が、
磁界を前記回転チャンバ内に印加するように構成された磁界発生器と、
前記第１の作業物質と動作可能に関連付けられ、電磁信号を前記回転チャンバに導入するように構成された高周波供給装置と、
を備え、
前記電磁信号の周波数が、前記電磁界から前記第１の作業物質への共鳴エネルギー移動によって前記第１の作業物質の少なくとも一部がイオン化されるように、前記磁界の存在下での前記第１の作業物質のシンクロトロン周波数に対応するように選択される、請求項４６に記載の機器。
【請求項７０】
前記高周波供給装置が、導波管である、請求項６９に記載の機器。
【請求項７１】
前記第１の反応物取り扱い機構が、前記第１の作業物質を前記回転チャンバに注入するように構成された入口弁アセンブリを備えた、請求項４６に記載の機器。
【請求項７２】
前記第２の反応物取り扱い機構が、前記第２の作業物質を前記回転チャンバに注入するように構成された入口弁アセンブリを備えた、請求項４６に記載の機器。
【請求項７３】
前記第２の反応物取り扱い機構が、前記第２の作業物質を前記回転チャンバ内に位置決めするように構成された搭載アセンブリを備えた、請求項４６に記載の機器。
【請求項７４】
前記搭載アセンブリが、前記回転チャンバ内で実質的に固定されたアセンブリをさらに備えた、請求項７３に記載の機器。
【請求項７５】
前記搭載アセンブリが、前記第２の作業物質の前記回転チャンバへの挿入及び前記回転チャンバからの取り出しを行うように構成された可動棒をさらに備えた、請求項７３に記載の機器。
【請求項７６】
前記第１の核融合反応物が、水素−１である、請求項４６に記載の機器。
【請求項７７】
前記第１の作業物質が、水素である、請求項４６に記載の機器。
【請求項７８】
前記第１の作業物質が、希ガスを含む、請求項４６に記載の機器。
【請求項７９】
前記希ガスが、前記第１の核融合反応物の担体である、請求項７８に記載の機器。
【請求項８０】
前記第２の核融合反応物が、ホウ素−１１である、請求項４６に記載の機器。
【請求項８１】
前記第２の作業物質が、窒化ホウ素及び六ホウ化ランタンの一方である、請求項８０に記載の機器。
【請求項８２】
前記第１の核融合反応物が、水素−１、重水素、三重水素、ヘリウム−３、リチウム−６、リチウム−７、ホウ素−１１、及び窒素−１５から成る群から選択される、請求項４６に記載の機器。
【請求項８３】
前記第２の核融合反応物が、水素−１、重水素、三重水素、ヘリウム−３、リチウム−６、リチウム−７、ホウ素−１１、及び窒素−１５から成る群から選択される、請求項４６に記載の機器。
【請求項８４】
前記第１の核融合反応物及び前記第２の核融合反応物が、同じ種類の原子核を含む、請求項４６に記載の機器。
【請求項８５】
前記第１の核融合反応物及び前記第２の核融合反応物が、異なる種類の原子核を含む、請求項４６に記載の機器。
【請求項８６】
前記第１の核融合反応物及び前記第２の核融合反応物の少なくとも一方が、高効率の電子放出体である物質を含む、請求項４６に記載の機器。
【請求項８７】
前記回転チャンバが、銅を含む構造を備えた、請求項４６に記載の機器。
【請求項８８】
前記回転チャンバが、銅、ステンレス鋼、銀、金属メッキ、セラミック、複合材、プラスチック、金属、半金属、有機物、酸化物、ガラス、ポリマー材料、合金、及びグラファイトから成る群から選択される１つ又は複数の材料で作製された構造を備えた、請求項４６に記載の機器。
【請求項８９】
前記回転チャンバ及び前記回転器が、イオンのニュートラルに対する比率が１〜およそ１００超である弱イオン化プラズマと関連して動作するように構成された、請求項４６に記載の機器。
【請求項９０】
前記回転チャンバ及び前記回転器が、イオンのニュートラルに対する比率が１〜およそ１０００超である弱イオン化プラズマと関連して動作するように構成された、請求項４６に記載の機器。
【請求項９１】
前記回転チャンバ及び前記回転器が、イオンのニュートラルに対する比率が１〜およそ１００００超である弱イオン化プラズマと関連して動作するように構成された、請求項４６に記載の機器。
【請求項９２】
前記回転器が、前記回転チャンバの領域における前記弱イオン化プラズマの粒子密度が少なくとも１０１７個毎立方センチメートルに達するように、回転速度を誘導するように構成された、請求項４６に記載の機器。
【請求項９３】
前記回転器が、前記回転チャンバの領域における前記弱イオン化プラズマの粒子密度が少なくとも１０１８個毎立方センチメートルに達するように、回転速度を誘導するように構成された、請求項４６に記載の機器。
【請求項９４】
前記回転器が、核融合が生じる領域において前記第１の作業物質及び前記第２の作業物質の粒子密度が合わせて１０２２個毎立方センチメートル超に達するように、回転速度を誘導するように構成された、請求項４６に記載の機器。
【請求項９５】
前記回転器が、核融合が生じる領域において前記第１の作業物質及び前記第２の作業物質の粒子密度が合わせて１０２３個毎立方センチメートル超に達するように、回転速度を誘導するように構成された、請求項４６に記載の機器。
【請求項９６】
前記回転チャンバに対して動作可能に結合されたエネルギー利用アセンブリをさらに備え、前記エネルギー利用アセンブリが、核融合により生成されたエネルギーを前記回転チャンバに隣接する領域から取り出すように構成された、請求項４６に記載の機器。
【請求項９７】
前記エネルギー利用アセンブリが、前記回転チャンバに対して熱的に結合された熱交換器を備えた、請求項９６に記載の機器。
【請求項９８】
前記熱交換器が、前記回転チャンバを少なくとも部分的に囲むシュラウドとして構成された、請求項９７に記載の機器。
【請求項９９】
前記熱交換器が、前記回転チャンバと熱的に接触し、熱エネルギーを運ぶ作動流体を搬送するコイルを具備するように構成された、請求項９７に記載の機器。
【請求項１００】
前記作動流体が、水、高圧水、蒸気、及び液体ナトリウムから成る群から選択される、請求項９９に記載の熱交換器。
【請求項１０１】
前記回転チャンバの近傍に位置決めされ、前記核融合反応において生成された粒子を減速及び捕集するように構成された物質を前記エネルギー利用アセンブリが備えた、請求項９６に記載の機器。
【請求項１０２】
前記回転チャンバの近傍に位置決めされ、粒子を減速及び捕集するように構成された前記物質が、前記回転チャンバの近傍に位置決めされた前記物質から熱を除去するように構成された熱交換器にさらに結合された、請求項１０１に記載の機器。
【請求項１０３】
前記核融合反応において生成された荷電粒子からエネルギーを抽出し、前記エネルギーを電流に変換するように構成された直接エネルギー変換アセンブリをさらに備えた、請求項４６に記載の機器。
【請求項１０４】
前記核融合反応において生成された荷電粒子がＰＮ接合に衝突して電子−ホール対を生成することにより電流を誘導するように、前記回転チャンバに隣接して位置決めされた半導体ＰＮ接合のアレイをさらに備えた、請求項１０３に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
【請求項１０５】
仕事関数が低い第１の電極と仕事関数が高い第２の電極との間に配設された作業物質をさらに備え、荷電粒子が前記作業物質に衝突して電子−ホール対を生成することにより前記第１の電極及び前記第２の電極から電流を誘導するように、前記作業物質が、前記回転チャンバに隣接して配置された、請求項１０３に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
【請求項１０６】
前記作業物質が、希ガスである、請求項１０５に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
【請求項１０７】
前記作業物質が、ゲルである、請求項１０５に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
【請求項１０８】
前記作業物質が、液体である、請求項１０５に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
【請求項１０９】
前記液体作業物質が、配管システムを通して循環可能である、請求項１０８に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
【請求項１１０】
仕事関数が低い前記第１の電極が、マグネシウムで作製された、請求項１０５に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
【請求項１１１】
仕事関数が高い前記第２の電極が、金で作製された、請求項１０５に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
【請求項１１２】
回転チャンバにおいて、第１の作業物質中の第１の反応物と第２の作業物質中の第２の反応物との間で制御核融合を実現する方法であって、
前記第１の作業物質を軽くイオン化して、複数のイオンを生成するステップと、
イオン−ニュートラル結合によって、前記回転チャンバ内で前記第１の作業物質の急速回転を誘導するステップと、
前記第１の反応物及び前記第２の反応物の核融合を誘導するのに前記第１の作業物質の速度が十分に高い前記回転チャンバの領域に前記第１の反応物及び前記第２の反応物の両方を取り込むステップと、
を含む、制御核融合を実現する方法。
【請求項１１３】
前記第１の作業物質の急速回転を誘導する前記ステップが、
軸の周りに生じることを意図された前記急速回転の前記軸に沿って、前記回転チャンバを通って延びる磁界を規定するステップと、
前記軸の周りに生じることを意図された前記急速回転の前記軸から半径方向外方に延びる電界を規定するステップであって、前記第１の作業物質の回転が実現されるように、前記複数のイオンが、前記電界により加速されるとともに、前記磁界によるローレンツ力を受けるステップと、
をさらに含む、請求項１１２に記載の制御核融合を実現する方法。
【請求項１１４】
前記第１の作業物質の急速回転を誘導する前記ステップが、前記磁界と実質的に垂直な方向に、前記軽くイオン化された第１の作業物質を通して電流パルスを印加するステップをさらに含む、請求項１１３に記載の制御核融合を実現する方法。
【請求項１１５】
空間電荷効果の作用によって前記核融合反応の断面が大きくなるように、高効率の電子放出体である前記第１の作業物質及び前記第２の作業物質の少なくとも一方を用意するステップをさらに含む、請求項１１２に記載の制御核融合を実現する方法。
【請求項１１６】
水素−１、重水素、三重水素、ヘリウム−３、リチウム−６、リチウム−７、ホウ素−１１、及び窒素−１５から成る群から選択される第１の反応物を含む第１の作業物質を用意するステップをさらに含む、請求項１１２に記載の制御核融合を実現する方法。
【請求項１１７】
水素−１、重水素、三重水素、ヘリウム−３、リチウム−６、リチウム−７、ホウ素−１１、及び窒素−１５から成る群から選択される第２の反応物を含む第２の作業物質を用意するステップをさらに含む、請求項１１２に記載の制御核融合を実現する方法。
【請求項１１８】
物質の制御核融合反応のためのシステムであって、
ａ．内表面及び外表面を備える第１のハウジングであり、前記内表面が空洞を規定した、第１のハウジングと、
ｂ．前記空洞内に配置された内側ハウジングであり、前記内側ハウジングが内表面を備え、前記内表面が回転空洞を規定した、内側ハウジングと、
ｃ．前記回転空洞内に配置された弱イオン化プラズマを形成する第１の物質と、
ｄ．前記回転空洞と関連付けられた第２の物質と、
ｅ．イオン化装置であり、前記イオン化装置が前記第１の物質と動作可能に関連付けられることによって、前記第１の物質の成分をイオン化することによりプラズマを生成可能なイオン化装置と、
ｆ．回転誘導アセンブリであり、前記回転誘導アセンブリが、前記イオン化装置、前記第１のハウジング、及び前記回転チャンバと動作可能に関連付けられることにより、前記回転チャンバにおいて前記プラズマを高速で回転可能であるとともに、前記第２の物質を解離可能な回転誘導アセンブリと、
ｇ．前記プラズマの高速回転中に前記第１の物質及び前記第２の物質の前記核融合反応を提供するように構成された前記回転チャンバと、
を具備した、システム。
【請求項１１９】
前記第２の作業物質が、六ホウ化ランタンであることにより、ランタン及びホウ素に解離する、請求項１１８に記載のシステム。
【請求項１２０】
前記核融合反応による第３の物質と、前記第３の物質との核融合反応のための第４の物質とを備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２１】
前記第３の物質が、アルファ粒子、ヘリウム−３、及び中性子から成る群から選択される物質を含む、請求項１２０に記載のシステム。
【請求項１２２】
前記第４の物質が、炭素、窒素、酸素、クロム、及びネオンから成る群から選択される物質を含む、請求項１２０に記載のシステム。
【請求項１２３】
前記第３の物質が、アルファ粒子、ヘリウム−３、及び中性子から成る群から選択される物質を含み、前記第４の物質が、炭素、窒素、酸素、クロム、及びネオンから成る群から選択される物質を含む、請求項１２０に記載のシステム。
【請求項１２４】
前記第１の物質及び前記第２の物質が、窒化ホウ素、六ホウ化ランタン、水素、重水素、三重水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素、酸素、気化した固体、水素−１、ホウ素−１１、リチウム−６、リチウム−７、ヘリウム−３、リチウム−６、及び窒素−１５から成る群から選択される物質を含み、前記システムが、前記核融合反応による第３の物質を備え、前記第３の物質との反応のための第４の物質を備え、前記第４の物質が、炭素、窒素、酸素、クロム、及びネオンから成る群から選択される物質を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２５】
前記核融合反応が、本質的に非中性子性である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２６】
前記核融合反応が、本質的に中性子性である、請求項１に記載のシステム。
【請求項１２７】
前記第３の物質が、アルファ粒子、ヘリウム−３、及びガンマ線から成る群から選択される物質を含む、請求項１２０に記載のシステム。
【請求項１２８】
前記第３の物質が、アルファ粒子、ヘリウム−３、及びガンマ線から成る群から選択される物質を含み、前記第４の物質が、炭素、窒素、酸素、クロム、及びネオンから成る群から選択される物質を含む、請求項１２０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本願は、（ｉ）米国特許法第１１９条（ｅ）（１）の下、米国仮特許出願第６１／８４０，４２８号の２０１３年６月２７日の出願日の利益を主張し、（ｉｉ）米国特許法第１１９条（ｅ）（１）の下、米国仮特許出願第６１／９２５，１１４号の２０１４年１月８日の出願日の利益を主張し、（ｉｉｉ）米国特許法第１１９条（ｅ）（１）の下、米国仮特許出願第６１／９２５，１３１号の２０１４年１月８日の出願日の利益を主張し、（ｉｖ）米国特許法第１１９条（ｅ）（１）の下、米国仮特許出願第６１／９２５，１２２号の２０１４年１月８日の出願日の利益を主張し、（ｖ）米国特許法第１１９条（ｅ）（１）の下、米国仮特許出願第６１／９２５，１４８号の２０１４年１月８日の出願日の利益を主張し、（ｖｉ）米国特許法第１１９条（ｅ）（１）の下、米国仮特許出願第６１／９２５，１４２号の２０１４年１月８日の出願日の利益を主張し、（ｖｉｉ）米国特許法第１１９条（ｅ）（１）の下、米国仮特許出願第６１／８４１，８３４号の２０１３年７月１日の出願日の利益を主張し、（ｖｉｉｉ）米国特許法第１１９条（ｅ）（１）の下、米国仮特許出願第６１／８４３，０１５号の２０１３年７月４日の出願日の利益を主張し、それぞれの全開示内容を本明細書に援用する。
【０００２】
[0002]本発明は、原子核の融合活性を生成、制御、実行、及び最適化する方法、装置、機器、及びシステムに関する。特に本発明は、とりわけ、エネルギー生成、推進、物質形成、並びに有向エネルギービーム及び粒子の生成のための融合活性に関する。さらに本発明は、本質的に中性子を生成しない非中性子核融合反応から相当数の中性子を生成する中性子核融合反応まで、様々な反応を網羅するような活性に関する。
【０００３】
[0003]本明細書において、別段の明示的な定めのない限り、核融合（ｆｕｓｉｏｎ）という用語は、その考え得る最も広い意味が与えられるものとし、１つ又は複数の新たな原子核又は異なる原子核が形成される２つ以上の原子核の間の相互作用及び反応のほか、その後の誘導、又は派生反応及びそれに伴うエネルギー生成を含む。
【０００４】
[0004]本明細書において、別段の明示的な定めのない限り、形成（ｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、物質形成（ｆｏｒｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍａｔｅｒｉａｌ）という用語及びその類似用語は、それぞれの考え得る最も広い意味が与えられるものとし、変成転換並びに、例えば、医療、撮像、試験、及びその他の有用な用途において価値がある核種及び同位体等の１つ、又は複数の原子核の改良又は生成を含む。
【０００５】
[0005]本明細書において、別段の明示的な定めのない限り、軽元素（ｌｉｇｈｔ  ｅｌｅｍｅｎｔ）という用語は、原子質量が６２以下の元素又はイオンを意味する。
【０００６】
[0006]本明細書において、別段の明示的な定めのない限り、物理的閉じ込め（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）、物理的封じ込め（ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｃｏｎｔａｉｎｍｅｎｔ）という用語及びその類似用語は、核融合反応又は相互作用を閉じ込める衝撃波又は電磁場を含む有向エネルギーの使用とは対照的に、核融合反応を受動的に閉じ込める物理的構造の使用を意味し、一例としてレーザ等からのＥＭ場等の有向エネルギーによる閉じ込めを含むものとする。
【０００７】
[0007]本明細書において、別段の明示的な定めのない限り、強イオン化プラズマ（ｓｔｒｏｎｇｌｙ  ｉｏｎｉｚｅｄ  ｐｌａｓｍａ）という用語は、イオンのニュートラルに対する比率が少なくともおよそ１：１であるプラズマを意味する。本明細書において、別段の明示的な定めのない限り、弱イオン化プラズマ（ｗｅａｋｌｙ  ｉｏｎｉｚｅｄ  ｐｌａｓｍａ）という用語は、イオンのニュートラルに対する比率がおよそ１未満：１００であるプラズマを意味する。プラズマ（ｐｌａｓｍａ）、イオン化物質（ｉｏｎｉｚｅｄ  ｍａｔｅｒｉａｌ）という用語及びその類似用語は、イオン化のあらゆる度合い及び比率を含む。
【０００８】
[0008]本明細書において、別段の明示的な定めのない限り、ニュートラル（ｎｅｕｔｒａｌ）という用語は、正味の電荷を持たない原子、分子、又はクラスタを意味する。
【背景技術】
【０００９】
[0009]科学技術界では６０年にわたって、経済的に実現可能な制御核融合の実現を目指してきている。当技術分野においては一般的に、核融合が発電の実現可能な選択肢となるには、さらに２５〜５０年の研究が必要と考えられている（「古臭いジョークだが、核融合こそが未来の電源である。そして、これからも。」（「Ｎｅｘｔ  ＩＴＥＲａｔｉｏｎ？」，Ｓｅｐｔ．３，２０１１，Ｔｈｅ  Ｅｃｏｎｏｍｉｓｔ））。さらに、本発明に至るまで、反応物の核融合の実現には、最も可能性の高い反応物であっても非常に高い温度が不可欠であり、他の反応物ではさらに高い温度が不可欠であるというパラダイムが存在すると考えられていた。その結果さらに、より低温で反応物を閉じ込める核融合反応炉の建造又は構成の研究を行う理由がないものと考えられていた。
【００１０】
[0010]本発明に至るまで、制御核融合反応の技術は、制御核融合反応炉において有益な全体エネルギーバランスを実現するのに１５０，０００，０００℃を超える温度が必要であることを教示しているものと考えられていた。全体エネルギーバランスＱは、以下のように規定されている。
【数１】
2020064062.tif 000003
ここで、Ｅｆｕｓｉｏｎは核融合反応により放出される総エネルギーであり、Ｅｉｎは反応の生成に用いられるエネルギーである。Ｊｏｉｎｔ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｔｏｒｕｓ（ＪＥＴ）はＱ≒０．７を実現したと主張しており、最近ＵＳ  Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｇｎｉｔｉｏｎ  ＦａｃｉｌｉｔｙはＱ＞１（レーザの相当なエネルギー損失を無視）を実現したと主張している。「ブレークイーブン」と称するＱ＝１の状態は、核融合反応により放出されるエネルギーの量がエネルギーの入力量に等しいことを示している。実際、発電用の反応炉においては、有用な形に変換できるのが核融合エネルギーの一部のみであるため、商業的に実現可能となるには、１よりも大幅に高いＱ値を示していなければならない。従来の考え方では、強イオン化プラズマのみがＱ＞１の実現に必要である。これらの条件により、核融合反応炉において実現可能な粒子密度及びエネルギー閉じ込め時間が制限される。したがって当技術分野では、制御核融合反応の基準として、ローソン基準に着目している。この基準は、すべてのエネルギー入力を説明する場合に、誰も実現できていないものと考えられる。当技術分野におけるローソン基準の追究又は実質的に類似するパラダイムによって、核融合機器及びシステムは大型且つ複雑になり、管理が困難であり、高コストで経済的に実現不可能となっている。
【００１１】
[0011]ローソン基準の一般公式は以下の通りである。
【数２】
2020064062.tif 000004
【００１２】
[0012]ローソン基準を構成するパラメータについては、ここでは一切論じない。ただし、この基準においては本質的に、数あるパラメータの中で特に、反応温度（Ｈ）及び反応物の反応断面と相対速度との積の平均である反応度〈σｖ〉ａｂによって決まる数よりも、粒子密度（Ｎ）とエネルギー閉じ込め時間（τＥ＊）との積を大きくする必要がある。実際のところ、この業界標準のパラダイムにより、Ｄ−Ｔ核融合反応を用いて正のエネルギーバランスを実現するのに１５０，０００，０００℃を超える温度が必要であることが示唆される。一例として、プロトン−ボロン核融合の場合は、上記基準により、密度と閉じ込め時間との積をなお一層高くする必要があることが示唆される。
【００１３】
[0013]ローソン基準の一態様は、熱エネルギーを持続的にプラズマに追加して失われたエネルギーを補うことにより、プラズマ温度を維持するとともにイオン化を完全に又は高度に保つ必要があるという前提に基づく。特に、従来の核融合システムにおける主要なエネルギー損失源は、可動電子が高温プラズマ中のイオンと相互作用する際の電子制動放射及びサイクロトロン運動に起因する放射である。ローソン基準は、高可動電子を伴う高温強イオン化プラズマの使用を回避することによって電子放射損失を本質的に考慮しない核融合方法に対しては公式化されていない。
【００１４】
[0014]従来の考え方では、高い温度及び強イオン化プラズマが必要であるため、当技術分野においてはさらに、低コストでの反応の物理的封じ込めは不可能と考えられていた。以上から、当技術分野において追及されている方法は、磁気閉じ込めシステム（例えばＩＴＥＲトカマク）及び慣性閉じ込めシステム（例えばＮＩＦレーザ）において使用されているような複雑で高コストの反応閉じ込め方式を対象としている。
【００１５】
[0015]実際、従来技術の少なくとも１つの情報源においては、核融合反応を物理的構造で封じ込めることは不可能であるという上記考えは、「プラズマを閉じ込める最も簡単且つ最も明白な方法は、物質壁との直接接触によるが、壁がプラズマを冷やしてしまう、ほとんどの壁材が融けてしまうという２つの基本的な理由のために不可能である。この場合、核融合プラズマには約１０８Ｋの温度が必要である一方、金属は一般的に５０００Ｋ未満の温度で融解することが思い当たる。」（「Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ  ｏｆ  Ｆｕｓｉｏｎ  Ｅｎｅｒｇｙ」、Ａ．Ａ．Ｈａｒｍｓ他）と明示的に認められている。
【００１６】
[0016]Ｄ−Ｔ燃料を用いる現行の核融合方式では、放射性物質が生成されることを指摘しておかなければならない。このようなシステムの運用には、ロボットが必要である。
【００１７】
[0017]本発明は、とりわけ、強イオン化プラズマの使用を回避し、クーロン障壁を修正して反応断面を増大し、核融合反応物の相互作用領域を点から大きな表面積へと拡張し、物理的閉じ込めによって核融合反応を封じ込めることにより、反応物密度の増大、電子放射損失の本質的な排除、及びこれらの組み合わせによって、従来技術のパラダイムを打破する。このような手法によって、ローソン基準は適さなくなる。
【００１８】
[0018]当技術分野においては、経済的に実現可能な制御核融合を実現することの重要性及び価値が以前から認識され、求められている。制御核融合は、エネルギー生成、推進、物質生成、物質形成、有用な同位体の生成、有向エネルギービーム及び粒子の生成、並びにその他多くの重要な分野及び用途に応用できる可能性がある。エネルギー生成の分野において、制御核融合は、供給、流通、コスト、及び炭化水素又は他の代替燃料源の使用による悪影響等、世界的なエネルギー及び環境に関する課題の解決策を提供するものと想定されている。以上から、以前から実現していない制御核融合反応及びクリーンなエネルギー、並びにこのような反応に伴う他の利益及び有効利用が求められている。核融合反応を本実行方法、機器、及びシステムによって、実現可能な制御核融合システムを創造しようとする従来の試みに伴う上記及び他の問題、欠陥、及び不備が解決される。また、本発明によって従来の核分裂発電に伴うリスクが回避される。さらに、利用可能な制御核融合の非中性子実施形態によって、他の核融合反応で生成される中性子の管理に伴う潜在的な問題が回避される。したがって本発明は、とりわけ、本明細書に教示、開示、及び請求する製造品、機器、及びプロセスを提供することによって、これらの要求を解決する。
【発明の概要】
【００１９】
[0019]本発明の一実施形態においては、物質の高速回転を利用することによって核融合反応を行うとともに、これらの反応により生成されるエネルギー及び物質を利用する状態を生成する機器が提供される。これらの機器では、数十万又は数百万回転／秒（ＲＰＳ）で物質を回転させて、核融合反応を促進する力、効果、及び状態を生成する。核融合反応は、この回転物質の外側領域の近傍において、一般的には回転中心から遠く、物質がｋｍ／秒で最速移動している位置のより近くで生じる。そして、生成物質、改良物質、及びエネルギーを含む核融合生成物は、同様にこの回転物質の外側近傍にあるため、これらの生成物について回収又は利用は、より容易に利用することができる。
【００２０】
[0020]本発明の一実施形態においては、物質の高速回転を利用することによって、核融合反応を行うとともに、これらの反応により生成されるエネルギー及び物質を利用する状態を生成する機器が提供される。これらの機器では、数十万又は数百万回転／秒（ＲＰＳ）で物質を回転させて、核融合反応を促進する力、効果、及び状態を生成する。核融合反応は、回転質量の軸方向中心から除外された領域、好ましくは物質が最速移動している位置で生じる。そして、生成物質、改良物質、及びエネルギー含む核融合生成物は、同様にこの回転物質の外側近傍にあるため、これらの生成物について回収又は利用は、より容易に利用することができる。
【００２１】
[0021]また本発明の一実施形態においては、物質の高速回転を利用することによって、核融合反応を行うとともに、これらの反応により生成されるエネルギー及び物質を利用する状態を生成する方法が提供される。これらの方法では、数十万又は数百万回転／秒（ＲＰＳ）で物質を回転させて、核融合反応を促進する力、効果、及び状態を生成する。核融合反応は、回転質量の軸方向中心から除外された領域、好ましくは物質が最速移動している位置で生じる。そして、生成物質、改良物質、及びエネルギー含む核融合生成物は、同様にこの回転物質の外側近傍にあるため、これらの生成物について回収又は利用は、より容易に利用することができる。
【００２２】
[0022]本発明の別の実施形態においては、物質の高速回転を利用することによって、核融合反応を行うとともに、これらの反応により生成されるエネルギー及び物質を利用する状態を生成する方法が提供される。この方法では、数十万又は数百万回転／秒（ＲＰＳ）で物質を回転させて、核融合反応を促進する力、効果、及び状態を生成する。核融合反応は、この回転物質の外側近傍において、一般的には回転中心から遠く、物質がｋｍ／秒で最速移動している位置のより近くで生じる。そして、生成物質、改良物質、及びエネルギー含む核融合生成物は、同様にこの回転物質の外側近傍にあるため、これらの生成物について回収又は利用は、より容易に利用することができる。
【００２３】
[0023]本発明のさらに別の実施形態においては、超高速で回転するイオン化物質を利用した核融合機器が提供される。この機器では、静止、又はあらゆる実用目的として極低速移動、若しくは回転物質に対して実際上静止となる反対方向に移動する第２の物質へと当該回転物質を強制的に変化させる状態を確立し、これら２つの物質が併せて核融合反応に取り込まれることにより、高エネルギー粒子、放射、又は新たな元素（又は、物質）のうちの１つ又は複数が生成される。
【００２４】
[0024]さらに本発明の一実施形態においては、超高速で回転するイオン化物質を利用した核融合方法が提供される。この方法では、静止、又はあらゆる実用目的として極低速移動、若しくは回転物質に対して実際上静止となる反対方向に移動する第２の物質へと当該回転物質を強制的に変化させ、これら２つの物質を併せて核融合反応に取り込むことにより、高エネルギー粒子、放射、又は新たな元素（又は物質）のうちの１つ又は複数が生成される。さらに、イオン化物質は、予備イオン化されたものとして機器に導入されるようになっていてもよい。
【００２５】
[0025]また本発明の一実施形態においては、物質の高速回転を生成及び利用することによって、核融合反応を行うとともに、これらの反応により生成されるエネルギー及び物質を利用する状態を生成する内部の機械的回転器を必要としない機器が提供される。これらの機器では、機械装置又は回転器構成要素を一切用いずに、数十万又は数百万回転／秒（ＲＰＳ）で物質を回転させて、核融合反応を促進する力、効果、及び状態を生成する。核融合反応は、一般的には回転中心から遠い領域の近傍、且つ物質がｋｍ／秒で最速移動している位置のより近くで生じる。そして、生成物質、改良物質、及びエネルギー含む核融合生成物は、同様にこの回転物質の外側近傍にあるため、より容易に回収又は利用することができる。
【００２６】
[0026]さらに本発明の一実施形態においては、物質の高速回転を生成及び利用することによって、核融合反応を行うとともに、これらの反応により生成されるエネルギー及び物質を利用する状態を生成する内部の機械的回転器を必要としない機器が提供される。これらの機器では、寸法が小さな反応炉を使用して、機械装置又は回転器構成要素を一切用いずに、数千又は潜在的に数百万回転／秒（ＲＰＳ）で物質を回転させて、核融合反応を促進する力、効果、及び状態を生成する。核融合反応は、一般的には回転中心から遠い領域の近傍、且つ物質がｋｍ／秒で最速移動している位置のより近くで生じる。そして、生成物質、改良物質、及びエネルギー等の核融合生成物についても同様に、この回転物質の外側領域の近傍にあるため、より容易に回収又は利用することができる。
【００２７】
[0027]本発明の別の実施形態においては、物質の非機械的な高速回転を利用することによって、核融合反応を行うとともに、これらの反応により生成されるエネルギー及び物質を利用する状態を生成する方法が提供される。この方法では、非機械的な手段により、数十万又は数百万回転／秒（ＲＰＳ）で物質を回転させて、核融合反応を促進する力、効果、及び状態を生成する。核融合反応は、この回転物質の外側近傍において、一般的には回転中心から遠く、物質がｋｍ／秒で最速移動している位置のより近くで生じる。そして、生成物質、改良物質、及びエネルギー等の核融合生成物についても同様に、この回転物質の外側近傍にあるため、より容易に回収又は利用することができる。
【００２８】
[0028]さらに本発明の一実施形態においては、物質の高速回転を生成及び利用することによって、核融合反応を行うとともに、これらの反応により生成されるエネルギー及び物質を利用する状態を生成する内部の機械的回転器を必要としない方法が提供される。これらの方法では、寸法が小さな反応炉を使用して、機械装置又は回転器構成要素を一切用いずに、数十万又は数百万回転／秒（ＲＰＳ）で物質を回転させて、核融合反応を促進する力、効果、及び状態を生成する。核融合反応は、一般的には回転中心から遠い領域の近傍、且つ物質がｋｍ／秒で最速移動している位置のより近くで生じる。そして、生成物質、改良物質、及びエネルギー等の核融合生成物についても同様に、この回転物質の外側領域の近傍にあるため、より容易に回収又は利用することができる。
【００２９】
[0029]本発明のさらに別の実施形態においては、超高速で回転するイオン化物質を利用した核融合機器が提供される。この機器は、機械的な回転構成要素を必要としない。この機器では、静止、又はあらゆる実用目的として極低速移動、若しくは回転物質に対して実際上静止となる反対方向に移動する第２の物質へと当該回転物質を強制的に変化させる状態を確立し、これら２つの物質が併せて核融合反応に取り込まれることにより、高エネルギー粒子が生成される。
【００３０】
[0030]さらに本発明の一実施形態においては、機械的に回転する構成要素を必要とすることなく、超高速で回転するイオン化物質を利用した核融合方法が提供される。この方法では、静止、又はあらゆる実用目的として極低速移動、若しくは回転物質に対して実際上静止となる反対方向に移動する第２の物質へと当該回転物質を強制的に変化させ、これら２つの物質を併せて核融合反応に取り込むことにより、高エネルギー粒子が生成される。
【００３１】
[0031]上記発明の別の実施形態においては、以下のうちの１つ又は複数が可能である。すなわち、高エネルギー粒子はアルファ粒子であってもよい。また、エネルギーが生成されるようになっていてもよい。少なくともおよそ１ｎＷ（ナノワット）〜およそ１ｍＷ（ミリワット）のエネルギーが生成されるようになっていてもよい。少なくともおよそ１０Ｗのエネルギーが生成されるようになっていてもよい。およそ１０ｋＷ（キロワット）のエネルギーが生成されるようになっていてもよい。およそ１ＭＷ（メガワット）のエネルギーが生成されるようになっていてもよい。およそ１００ＭＷのエネルギーが生成されるようになっていてもよい。およそ１ＧＷ（ギガワット）が生成されるようになっていてもよい。高エネルギー粒子の利用により、電気が生成されるようになっていてもよい。少なくともおよそ１ｍＷの電気が生成されるようになっていてもよい。少なくともおよそ１０Ｗの電気が生成されるようになっていてもよい。少なくともおよそ１ＭＷの電気が生成されるようになっていてもよい。少なくともおよそ１００ＭＷの電気が生成されるようになっていてもよい。少なくともおよそ１ＧＷの電気が生成されるようになっていてもよい。エネルギーが生成され、その利用により電気が生成されるようになっていてもよい。高エネルギー粒子はアルファ粒子であり、エネルギーが生成される。高エネルギー粒子は、少なくともおよそ２ＭｅＶのエネルギーを有する。また、高エネルギー粒子は、少なくともおよそ１ＭｅＶのエネルギーを有する。
【００３２】
[0032]本発明のさらに別の実施形態においては、以下のうちの１つ又は複数を有する核融合反応機器及び方法が提供される。すなわち、この機器又は方法は、核融合反応の所定のエネルギーバランスを実現するように構成及び運用されていてもよい。核融合反応の所定の速度を実現するように構成及び運用されていてもよい。所定の反応物密度を実現するように構成及び運用されていてもよい。所定の核融合反応断面を実現するように構成及び運用されていてもよい。核融合反応の膨張閉じ込めを容易化することにより、核融合反応が核融合チャンバの内側領域ではなく外側領域へと強制されるように構成及び運用されていてもよい。より長い閉じ込め時間にわたる反応の可能性を高くするように構成及び運用されていてもよい。
【００３３】
[0033]また本発明の実施形態においては、以下のうちの１つ又は複数を有する核融合反応機器及び方法が提供される。すなわち、この機器又は方法は、膨張閉じ込めを行うことによって、持続的に作用する核融合反応及び微小規模（例えば数ミリメートル未満のサイズ）から数メートル、商業発電規模の核融合反応機器を生成するように構成及び運用されていてもよい。また、核融合反応炉のサイズの幾何学的なスケーリングによる反応速度の決定が行われるようになっていてもよい。核融合反応炉のサイズの幾何学的なスケーリングによるエネルギーバランスの決定が行われるようになっていてもよい。
【００３４】
[0034]さらに本発明の実施形態においては、ある用途に用いる核融合反応を可能にする核融合反応炉構成が提供され、すなわち第１の密度を有する第１の反応物及び第２の密度を有する第２の反応物と、膨張閉じ込め手段と、反応の断面を修正する手段とを組み込んでおり、反応炉は所定の生成物を生成可能である。
【００３５】
[0035]さらに本発明の実施形態においては、ある用途に用いる核融合反応を可能にする核融合反応炉構成であって、およそ１０１３個／ｃｍ３のオーダ〜およそ１０２３個／ｃｍ３、およそ１０２４個／ｃｍ３超、およそ１０２５個／ｃｍ３超のオーダの第１の密度を有する第１の反応物、及びおよそ１０１３個／ｃｍ３〜およそ１０２３個／ｃｍ３、およそ１０２４個／ｃｍ３超、およそ１０２５個／ｃｍ３超のオーダの第２の密度を有する第２の反応物と、クーロンポテンシャル以上の所定のポテンシャル源とを組み込んでおり、これらのポテンシャルがクーロンポテンシャル障壁との相互作用及び／又は結合を行う反応炉が提供される。
【００３６】
[0036]さらに本発明の実施形態においては、およそ１０１３個／ｃｍ３〜およそ１０２３個／ｃｍ３、およそ１０２４個／ｃｍ３超、およそ１０２５個／ｃｍ３超のオーダの第１の密度を有する第１の反応物、及びおよそ１０１３個／ｃｍ３〜およそ１０２３個／ｃｍ３、およそ１０２４個／ｃｍ３超、およそ１０２５個／ｃｍ３超のオーダの第２の密度を有する第２の反応物と、膨張閉じ込め手段と、反応の断面を修正する手段とを備え、所定の生成物を生成可能な反応炉を組み込んだシステム構成が提供される。このシステムは、エネルギー変換システムと、反応炉に給電する構成要素と、反応炉を制御する構成要素とを有する。
【００３７】
[0037]さらに本発明の実施形態においては、高速で回転する物質を組み込み、この回転によりシステムの圧力が変化するシステム構成が提供される。この圧力変化には、物質の吸引又は流れを含んでいてもよい。
【００３８】
[0038]さらに、本願の特許請求の範囲、図面、及び明細書において、本発明の実施形態を提供する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る、制御核融合機器の一実施形態の模式図である。
【図２】本発明に係る、制御核融合機器の一実施形態の斜視断面図である。
【図２Ａ】図２の実施形態の線Ａ−Ａに沿って動作の各段階を捕えた斜視断面図である。
【図２Ｂ】図２の実施形態の線Ａ−Ａに沿って動作の各段階を捕えた斜視断面図である。
【図２Ｃ】図２の実施形態の線Ａ−Ａに沿って動作の各段階を捕えた斜視断面図である。
【図２Ｄ】図２の実施形態の線Ａ−Ａに沿って動作の各段階を捕えた斜視断面図である。
【図２Ｅ】図２の実施形態の線Ａ−Ａに沿って動作の各段階を捕えた斜視断面図である。
【図３】本発明に係る、制御核融合機器の一実施形態の斜視断面図である。
【図４Ａ】本発明に係る、制御核融合機器の一部である制御装置及び放電回路の一実施形態を示した図である。
【図４Ｂ】本発明に係る、システム制御及び放電回路の別の実施形態を示した図である。
【図５Ａ】本発明の一実施形態に係る、第１の原子核が第２の原子核に近づいている２粒子系のポテンシャルエネルギー曲線を示した図である。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態に係る、第１の原子核が第２の原子核に近づいている２粒子系のポテンシャルエネルギー曲線を示した図である。
【図５Ｃ】本発明の一実施形態に係る、第１の原子核が第２の原子核に近づいている２粒子系のポテンシャルエネルギー曲線を示した図である。
【図６】本発明に係る、機器の実施形態のチャンバの内部を高速ビデオカメラで捉えた静止画像で、核融合チャンバにヘリウムが存在することを示している。
【図７】本発明に係る、機器構成要素の内表面の静止画像で、マイクロエッチングが存在することを示すとともに、高エネルギー粒子の生成を立証している。
【図８Ａ】本発明に係る、８．２５ミリ秒の時間にわたる箔検出器の写真で、検出可能な影響が生じる前の検出器を示している。
【図８Ｂ】本発明に係る、８．２５ミリ秒の時間にわたる箔検出器の写真で、核融合反応中の影響を示している。
【図８Ｃ】本発明に係る、８．２５ミリ秒の時間にわたる箔検出器の写真で、核融合反応中の影響を示している。
【図８Ｄ】本発明に係る、８．２５ミリ秒の時間にわたる箔検出器の写真で、核融合反応中の影響を示している。
【図８Ｅ】本発明に係る、８．２５ミリ秒の時間にわたる箔検出器の写真で、破壊を示している。
【図８Ｆ】本発明に係る、８．２５ミリ秒の時間にわたる箔検出器の写真で、フレームから完全に消え去った状態を示している。
【図９Ａ】本発明に係る、外側電極及び同心内側電極を有し、２つの電極間の環状空間に局在的な軸方向磁界が生成された状態の制御核融合機器の一実施形態の軸方向断面図である。
【図９Ｂ】図９Ａの機器の実施形態の側方断面図である。
【図１０】本発明に係る、電極を用いて物質が回転する環状空間に局在的な電界を生成することにより物質が方位角方向に加速される制御核融合機器の一実施形態の軸方向断面図である。
【図１１】本発明に係る、第２の作業物質が固形の複数の物質から成る制御核融合機器の一実施形態を示した図である。
【図１２】本発明に係る、内側電極、外側電極、制御圧力チャンバ、及び磁石が円筒ではなく輪環体の形状である制御核融合機器の一実施形態の斜視断面図である。
【図１３】本発明に係る、ホウ素板と正反対の外側電極の部分に加熱コイルが追加された当該外側電極及びホウ素板の一部の一実施形態の斜視仮想線図である。
【図１４】本発明に係る、カーボンナノチューブが付着した外側電極の内表面の一実施形態の模式図である。
【図１５】本発明に係る、光子圧力を回転源として利用した制御核融合機器の一実施形態の模式斜視図である。
【図１６】本発明に係る、電子放出によってクーロンポテンシャルの低下を促進させる手段を組み込んだ機器の一実施形態の模式斜視図である。
【図１７】本発明に係る、修正されたクーロンポテンシャルによって決まる共鳴状態の一実施形態を示したグラフである。
【図１８】本発明に係る、共鳴ピークを有する反応断面の一実施形態を示したグラフである。
【図１９】本発明に係る、回転源が電磁性であり、共鳴に基づいて動作するマイクロ反応炉制御核融合機器の一実施形態の模式斜視図である。
【図２０】本発明に係る、電子遮蔽効果の増大に利用可能なレーザを備えた制御核融合機器の一実施形態の模式断面図である。
【図２１】本発明に係る、ホウ素含有化合物に覆われた２つのワイヤが軸方向に貫通した制御核融合機器の一実施形態の模式断面図である。
【図２２】本発明に係る、制御核融合機器及びエネルギー利用アセンブリの一実施形態の模式図である。
【図２３】本発明に係る、制御核融合機器及び直接エネルギー変換アセンブリの一実施形態の模式図である。
【図２４Ａ】本発明に係る、制御核融合機器の模式図である。
【図２４Ｂ】本発明に係る、第３の作業物質を追加した図２４Ａの核融合機器の模式図である。
【図２５】本発明に係る、制御核融合機器の斜視図である。
【図２５Ａ】図２５の機器の断面図である。
【図２５Ｂ】図２５の機器の分解斜視図である。
【図２６】本発明に係る、制御核融合機器の一実施形態の斜視図である。
【図２６Ａ】図２６の実施形態の分解図である。
【図２７】本発明に係る、制御核融合機器の動作中の電圧及び電流をプロットしたグラフである。
【図２７Ａ】本発明に係る、Ｈｅ及び核融合生成物の写真を模式的に示した図である。
【図２７Ｂ】本発明に係る、Ｈｅ及び核融合生成物の写真を模式的に示した図である。
【図２７Ｃ】本発明に係る、Ｈｅ及び核融合生成物の写真を模式的に示した図である。
【図２７Ｄ】本発明に係る、Ｈｅ及び核融合生成物の写真を模式的に示した図である。
【図２７Ｅ】本発明に係る、Ｈｅ及び核融合生成物の写真を模式的に示した図である。
【図２７Ｆ】本発明に係る、Ｈｅ及び核融合生成物の写真を模式的に示した図である。
【図２８】本発明に係る、Ｈｅ及び核融合生成物の写真を模式的に示した図である。
【図２９】本発明に係る、Ｈｅ及び核融合生成物の写真を模式的に示した図である。
【図３０】本発明に係る、発光スペクトルを示した図である。
【図３１】本発明に係る、発光スペクトルを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
[0077]一般的に本発明は、原子核の融合活性を生成、測定、制御、実行、及び最適化する方法、装置、機器、及びシステムに関する。特に本発明は、とりわけ、エネルギー生成、推進、物質形成、並びに有向エネルギービーム及び粒子の生成のための融合活性に関する。さらに本発明は、本質的に中性子を生成しない非中性子核融合反応から相当数の中性子を生成する中性子核融合反応まで、様々な反応を網羅するような活性に関する。
【００４１】
[0078]一般的に、本方法、装置、及びシステムでは、好ましくは磁界又は高エネルギー封じ込め場を必要とすることなく、粒子の高速回転を利用することによって、制御核融合反応を実行する。さらに本発明の実施形態では、量子等の効果を生成又は修正することにより、核融合反応を実行又は強化する。
【００４２】
[0079]一般的に制御核融合機器では、粒子の高速回転を利用する。これは、様々な方法で行われるようになっていてもよい。例えば、円筒チャンバに軸方向磁界を生成可能であり、中心放電棒及び同心電極間に電圧を印加することによって、半径方向プラズマ電流を誘導可能である。垂直な電界及び磁界により、当該電界及び磁界の両方に垂直な軸に沿って、この場合は方位角方向にローレンツ力が生じる。電界及び磁界は、さらに垂直以外の角度であってもよく、それにより、程度の差こそあれ、十分に強い方位角方向のローレンツ力を生成するのに十分な強度で垂直成分が存在していてもよい。この方位角方向の力はイオンに作用し、イオンがニュートラルと結合することにより、中心放電棒と外側電極との間の環状空間の粒子が高い回転速度で移動することになる。可動機械部品が一切存在しないことは、回転の速度にほとんど制約がないことを意味するため、１００，０００ＲＰＳを超える回転速度を提供可能である。
【００４３】
[0080]図１には、本発明の核融合機器の一実施形態の模式図を示している。制御核融合機器１００は、第１の作業物質１０１及びこれと関連付けられた第２の作業物質１１０を有する。また、制御核融合機器１００は、回転チャンバ壁１０５及び空洞１０８を有する回転チャンバ１０３と、制御圧力領域１０４とを有する。回転チャンバ１０３と、回転源１０２及びプラズマ生成器１０６が動作可能に関連付けられている。機器１０２及び１０６は、同じであっても異なっていてもよく、組み合わせ及び変形によって動作可能に関連付けられていてもよい。空洞１０８内には核融合表面１０９が存在する。
【００４４】
[0081]第１の作業物質１０１は、プラズマ、より好ましくは弱イオン化プラズマに形成可能な任意の物質又は材料の組み合わせである。例えば第１の作業物質としては、水素、重水素、三重水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素、酸素、一般的には気体物質、気化した固体等の固体、又は液体が可能である。これは、イオン化可能な補助物質と核融合反応に直接関わることを意図した物質との組み合わせであってもよい。またイオン化可能な補助物質が核融合反応に関わっていてもよい。例えば（補助物質としての）アルゴンガスが気化したホウ素と組み合わされていてもよい。一実施形態においては、第１の物質として水素が可能である。
【００４５】
[0082]第２の作業物質１１０は、第１の作業物質１０１と同じ物質が可能であり、第１の作業物質と組み合わされていてもよいし、異なっていてもよい。一般的に第２の作業物質及び第１の作業物質は、所定の最適化された核融合反応を与えるように選択するものとする。したがって、例えばこれら物質の組み合わせは、とりわけ、非中性子核融合反応の生成、高い粒子密度の提供、高いエネルギー出力の提供、良好な電子放出の提供、磁気モーメントがともに正又はともに負である物質の使用の提供、並びにこれら及び他の因子の組み合わせ及び変形を目的とするものであってもよい。この物質は、好ましくは非中性子核融合反応を与えるように選択するものとする。第２の作業物質は、固体であるのが好ましい。一実施形態においては、第２の物質として、ホウ素又は窒化ホウ素若しくは六ホウ化ランタン等のホウ素化合物が可能である。
【００４６】
[0083]制御核融合機器のいくつかの実施形態において、第１及び第２の物質は、水素−１とホウ素−１１、水素−１とリチウム−６、水素−１とリチウム−７、重水素とヘリウム−３、重水素とリチウム−６、ヘリウム−３とリチウム−６、ヘリウム−３とヘリウム−３、水素−１と窒素−１５、重水素と重水素、重水素と三重水素、又は三重水素と三重水素であるのが好ましい。例えば、窒化ホウ素又は六ホウ化ランタン等、良好な電子放出体である分子化合物を使用すると都合が良い。また第１又は第２の作業物質は、例えば一方が良好な電子放出体で他方が核融合反応物を含む化合物等、それぞれ核融合反応に有利となり得る異なる物質のマトリクス又は複合材であってもよい。第１及び第２の作業物質の決定に当たってさらに考慮すべきことは、潜在的なコスト増の他、潜在的な危険、自己熱分解、又は健康、安全、若しくはコスト上の懸念事項の増大の可能性がある物質取り扱いの困難さを回避することである。
【００４７】
[0084]回転源１０２又はプラズマ、好ましくは弱イオン化プラズマを回転させる機器は、超伝導磁石、永久磁石、電磁石、高周波源、マイクロ波源、電界源、電極、レーザ、イオン銃、並びにこれら及び他の種類の機器の組み合わせ及び変形を具備していてもよい。
【００４８】
[0085]プラズマ生成器１０６は、高周波源、マイクロ波源、レーザ、電界源、電極、スパークギャップ、及びイオン銃、並びにこれら及び他の種類の機器の組み合わせ及び変形を具備していてもよい。
【００４９】
[0086]いくつかの実施形態においては、回転器１０２及びプラズマ生成器１０６が組み合わされていてもよい。例えば、およそ０．５〜およそ２テスラ以上の磁界を生成する超伝導磁石、及び電圧差がおよそ２ｋＶ（キロボルト）〜３ｋＶ以上の電極集合がプラズマの生成及び前記プラズマの回転の両方を行う。別の例としては、磁界中のイオン及び電子の共鳴周波数で電磁波によりプラズマが生成され、同じ電磁波及び磁界により回転も行われる。
【００５０】
[0087]回転チャンバ１０３は、プラズマ、好ましくは弱イオン化プラズマを含む空洞１０８を構成又は規定している。空洞と、回転器１０２及びプラズマ生成器１０６が関連付けられている。このように、これらの機器１０２、１０６はプラズマを生成するとともに、例えば少なくともおよそ１，０００回転／秒（ＲＰＳ）、少なくともおよそ５，０００ＲＰＳ、少なくともおよそ５０，０００ＲＰＳ、少なくともおよそ１００，０００ＲＰＳ、少なくともおよそ３００，０００ＲＰＳ以上、及びおよそ１００，０００〜およそ３００，０００ＲＰＳの高回転にて、チャンバ内でプラズマを回転させる。
【００５１】
[0088]回転チャンバ１０３は、金属、セラミック、プラスチック、複合材、並びにこれら及び他の種類の材料の組み合わせ及び変形で構成されていてもよい。また、回転チャンバは制御圧力領域１０４を提供可能であり、それ自体が制御圧力領域１０４に含まれていてもよいし、制御圧力領域１０４の一部であってもよい。回転チャンバは、制御された環境と、好ましくはとりわけ、プラズマの回転を案内又は包含する表面とを提供する。また回転チャンバは電極を具備していてもよいし、電極であってもよい。
【００５２】
[0089]回転チャンバ１０３は、回転プラズマに対する物理的障壁の他、いくつかの実施形態においては大気及び圧力を包含又は制御する物理的障壁を与える壁１０５又は構造を有する。回転チャンバ壁１０５は、その全体又は一部が空洞１０８を規定可能である。空洞１０８は、プラズマが回転して核融合反応が生じ得る容積を構成するか、又はそのような領域を規定している。
【００５３】
[0090]機器１００には、核融合表面１０９が設けられている。核融合反応が生じる核間距離又は核領域を扱う際には、距離に関する相対用語又は一般用語が完全に当てはまらない場合がある。このため、本明細書において、核融合反応が表面又は領域上、近傍、又は隣接して生じるものとされている場合は、これらの用語をそれぞれの考え得る最も広い意味で使用すべきであり、反応が当該全般領域で生じること、又は当該表面により包囲される、或いは物理的に包含されることを含むものとする。機器１００において、核融合反応は、その全体又は一部が核融合表面１０９に隣接して生じるのが好ましい。核融合表面は、その全体又は一部が回転チャンバ１０３、制御圧力領域１０４、空洞１０８、並びにこれらの組み合わせ及び変形を構成していてもよい。また核融合表面１０９は、これらの構造の一部又は全部に含まれていてもよい。ただし、核融合表面は、制御圧力領域１０４内に配置されているものとする。核融合表面は、固体、スクリーン、ナノ粒子、ゲル、マトリクス、一般的には被膜及びメッキ、マイクロ及びナノ構造表面であってもよく、例えば、銅、ステンレス鋼、銀、金属メッキ、セラミック、複合材、プラスチック、金属、半金属、有機物、酸化物、ガラス、ポリマー材料、合金、グラファイト、並びにこれら及び他の材料の組み合わせ及び変形で構成されていてもよい。さらに核融合表面１０９は、第２の作業物質を含んでいてもよいし、第２の作業物質であってもよい。
【００５４】
[0091]図２には、制御核融合機器２００の一実施形態の斜視断面図を示している。制御核融合機器２００は、およそ０．５〜２テスラの磁界を与える超伝導磁石２０１を有する。磁石２０１ひいては当該磁石が生成する磁界内には、外側電極２０４及び内側電極２０２が存在する。内側電極は絶縁体２０３を有する。外側電極２０４の内表面２０８上には、第１のホウ素板２０５及び第２のホウ素板２０６が配置されている。内側電極２０４内及び磁石２０１内には、作動ガス入口ライン２０７が配置されている。
【００５５】
[0092]外側電極２０４は、内径が１６センチメートル（ｃｍ）の管状である。また、外側電極２０４は銅で構成されている。内側電極２０２の非絶縁又は露出部２０９は、軸方向にホウ素板２０５及び２０６の真向かいに配置されている。図中に示してはいないが、内側及び外側電極は制御された圧力環境内に含まれている。内側電極及び非絶縁部２０９の直径は４ｃｍである。したがって内側及び外側電極は、図４Ａに示す電源及び回路と電気的に関連付けられているため、これら２つの電極間には電圧が供給される。本実施形態において、ホウ素板は窒化ホウ素又は六ホウ化ランタンで構成されているのが好ましく、両方ともに優れた電子放出体である。
【００５６】
[0093]本実施形態は、構成要素及びそれぞれの位置を修正又は変更して構成可能であることが了解されるものとする。例えば、複数の内側電極を使用するようにしてもよいし、使用する外側電極の構成が異なっていてもよいし、使用するホウ素板がより多くても少なくてもよいし、ホウ素の連続リングを使用するようにしてもよいし、ホウ素の他の構成を使用するようにしてもよいし、作動ガス入口ライン２０７の場所及び位置を変更するようにしてもよいし、複数の作動ガス入口ライン２０７を使用するようにしてもよい。
【００５７】
[0094]外側電極２０４の内表面と内側電極の露出外側部２０９との間の距離は、約６ｃｍである。この領域においては、電流が作動ガスを流れることにより、プラズマ、好ましくは弱イオン化プラズマが生成される。作動ガスの濃度及び種類、作動ガスの圧力、電極間の距離等の因子は、プラズマの生成に用いられる電圧及び電流の決定に際して評価される。さらに、ローレンツ力を付与してプラズマの回転を生成するのに用いられる電圧及び電流は、磁界等の因子に基づく。これにより本実施形態において、電極間の距離は１センチメートル未満、２ｃｍ未満、およそ２ｃｍ〜およそ５０ｃｍ、およそ５ｃｍ〜およそ２０ｃｍ、及び１ｍ超であってもよい。この距離を決定するに当たって考慮すべきことは、距離の増加が、プラズマの形成及び核融合を生じさせるのに十分な回転を誘導する十分なローレンツ力の生成に必要な電力に及ぼす悪影響である。距離を短くする場合に考慮すべきことは、核融合を生じさせるのに十分な回転を付与するローレンツ力の能力に悪影響を及ぼし得る境界層効果の生成を回避することである。磁界はおよそ０．５テスラ〜およそ２０テスラ、およそ２テスラ〜およそ５テスラであってもよく、十分な回転が付与されるように、プラズマ電流に応じて、より大きくても小さくてもよい。水素ガスは約３ｔｏｒｒであるのが好ましいが、およそ０．５ｔｏｒｒ〜およそ１２ｔｏｒｒ、およそ１ｔｏｒｒ〜およそ７ｔｏｒｒ、好ましくは２ｔｏｒｒ以上であってもよい。さらにプラズマ生成への悪影響又は阻害なく、水素の圧力を可能な限り高くすることがより好ましい。電極の軸方向長さ、より好ましくは内側電極の非絶縁部の軸方向長さは１センチメートル未満であってもよく、核融合の発生を意図した領域において十分な回転を誘導するために電極間の電圧が十分高いことを条件として、実質的に１センチメートル超とすることも可能である。さらに本実施形態には、他の第１の作業物質及び他の第２の作業物質を使用するようにしてもよい。
【００５８】
[0095]一般的に図２の実施形態の機器は、およそ０．５テスラ〜およそ２テスラの磁界を与え、機器からすべての大気を除去した後、およそ３ｔｏｒｒまで水素を充填することによって動作可能である。電流制限抵抗を通しておよそ１．４ｋＶの電圧を内側電極に印加すると、およそ１０〜５０Ａのプラズマ電流が生成され、磁界及び電流によって生成されたローレンツ力により、およそ１，０００ＲＰＳの回転が付与される。図２の種類の実施形態の機器におけるこの初期の回転によって、核融合を生じるのに十分な回転速度を実現する能力が増強されるのが好ましい。初期の回転を確立した後は、外側及び内側電極間のおよそ４００Ｖ〜１ｋＶのパルスによって、およそ２〜５ｋＡのプラズマ電流を生成し、少なくともおよそ１００，０００ＲＰＳの回転を付与する。プラズマの回転はおよそ１０ミリ秒にわたって維持される。このプラズマの回転中に、プロトンとホウ素−１１原子核との間の核融合反応によって、アルファ粒子が生成される。プロトンの平均運動エネルギーは約５００ｅＶ（電子ボルト）と考えられる。各核融合反応により生成された３つのアルファ粒子に付与されている累積エネルギーは約８．６８ＭｅＶと考えられる。
【００５９】
[0096]単一パルス動作の他、図２の実施形態は、１つ又は２つ以上の順次間隔を空けたパルスで動作するようになっていてもよい。この順次間隔を空けたパルスは、交互であってもよいし、重なっていてもよい。さらには、パルスよりも長い持続時間にわたって、ＣＷ（連続波）電圧を印加するようにしてもよい。このように、これらの手法によって観測された１０ミリ秒よりも実質的に長い融合活性時間を与えるようにしてもよく、アルファ粒子の生成及び関連するエネルギー生成が生じ得る。
【００６０】
[0097]また、エネルギーを有するアルファ粒子と他の物質との間の２次的な核反応が生じて、システムにエネルギーが追加されるようになっていてもよい。例えば、水素−１とホウ素−１１との間の１次反応により生成されたアルファ粒子は、制御核融合機器の壁中の炭素と反応して酸素を生成し、付加的なエネルギーを放出するようになっていてもよい。このように、核融合生成物自体が第３の作業物質等の作業物質になる場合がある。
【００６１】
[0098]図２Ａ〜図２Ｅには、図２の実施形態の線Ａ−Ａに沿った斜視断面図を示している。後述する通り、これらの図は、例えばアルファ粒子及び関連するエネルギー生成等、核融合反応及び核融合生成物の生成に至る図２の実施形態の様々な電界、磁界、及び動作パラメータを示している。
【００６２】
[0099]図２Ａには、矢印（Ｂ）で磁力線を示している。磁石２０１により生成されたこれらの磁力線は、内側電極２０２と外側電極２０４との間の環状空間２２２を通過するように示されている。この環状空間２２２には水素ガスが充填されている。この図に示すように、電極２０２及び２０４間には電圧が印加されていないため、回転も生じていない。また、電源２２０及び水冷ライン２２１ａ、２２１ｂも図示している。
【００６３】
[00100]図２Ｂにおいては、電界が生成され、これを内側電極２０２上のプラス記号及び半径方向に内側電極２０２から外側電極２０４まで外方に延びる矢印（Ｅ）で示している。この図から電気力線（Ｅ）が磁力線（Ｂ）に垂直であることが分かる。初期の電圧は低レベルで印加することにより、弱いイオン化及び初期の低速回転を生成するのが好ましい。
【００６４】
[00101]図２Ｃには、低電力ＣＷ電圧の印加によって初期に発生する弱イオン化プラズマの生成を示している。このように、電界が一部の水素をイオン化することによって弱イオン化プラズマを生成している（例えば、およそ１００，０００個のニュートラルごとに１つのイオン）。これらのイオンの存在によって、半径方向外方に延びるギザギザの稲妻のような線（Ｉ）で示すように電流を流すことができる。また、弱いプラズマにより安定を維持可能である。
【００６５】
[00102]そして図２Ｄに進むと、高電力パルスの電極間への印加により、矢印（Ｆ）で示す方位角方向のローレンツ力が生じて、弱イオン化プラズマ中のイオンに作用している。図２Ｃ及び図２Ｄの両方において、プラズマ電流の流れは半径方向外方に延びるギザギザの稲妻のような線（Ｉ）で示している。弱イオン化プラズマのイオンに加わるローレンツ力（Ｆ）の方向は、（図２Ｄの接線方向矢印で示すように）磁界（Ｂ）及び電界（Ｅ）の両方に垂直であり、力（Ｆ）及び図２Ｅに示す円形矢印（Ｒ）の方向の回転を誘導する。
【００６６】
[00103]したがって弱イオン化プラズマ中のイオンの回転により、ニュートラル（例えば非イオン化水素）が回転する。この回転はイオンとニュートラルとの間の衝突が原因と考えられる。このため、図２の実施形態により、ごくわずかなイオンによって、核融合反応に十分なエネルギーレベルまで相当数のニュートラル粒子を加速可能である。
【００６７】
[00104]例えば水素を使用する場合、イオンのニュートラルに対する比率は、およそ１：１，０００〜およそ１：１２０，０００、およそ１：５０，０００〜およそ１：１００，０００、およそ１：１００，０００〜およそ１：１８０，０００、１〜少なくともおよそ１、１〜少なくともおよそ１０、１〜少なくともおよそ１００、１〜少なくともおよそ１，０００、１〜少なくともおよそ１０，０００、１〜少なくともおよそ５０，０００、１〜少なくともおよそ８０，０００、１〜少なくともおよそ１００，０００、１〜少なくともおよそ１８０，０００であってもよい。
【００６８】
[00105]したがって、図２Ｅには、本実施形態では外側電極２０４の内表面２０８である核融合表面２０８に沿って核融合反応が生じていることを概念的に示している。現下、図２の実施形態においては、核融合反応の大部分が核融合表面に隣接して生じているものと考えられる。核融合反応は、ホウ素板２０５及び２０６から移動したと考えられるホウ素粒子の周りの星状図形で示している。
【００６９】
[00106]図４Ａは、図２に示したような制御核融合機器の一部である制御装置及び放電回路の一実施形態を示している。システム制御ブロック４０１は、制御核融合機器と動作可能に相互接続された１つ又は複数の要素のオペレータによる管理及び制御を可能にする。また、システム制御ブロック４０１はコンピュータを具備していてもよい。或いは、手動スイッチ又は当技術分野において知られているその他任意の種類の制御インターフェースを具備していてもよい。制御及びデータ信号送受信等の通信経路は図中の破線で示す通りである。制御装置は、連続波（ＣＷ）放電回路４０７及びパルス放電回路４０６を具備する。ＣＷ放電回路４０７は、１．４〜２．０ｋＶの電圧を供給するように構成されたＤＣ電源４０２で構成されているが、他の電圧も可能である（データ及び制御通信経路は、破線４０２ａで示す）。ＤＣ電源４０２は、ヒューズバンク４２１及びこれと関連付けられた可変変圧器４０８を有する。また、ＤＣ電源４０２は、プラズマ負荷４０３に連続電圧を印加するため、約５オームのインピーダンスを通して、制御核融合機器の電極に対して動作可能に接続されている。図２を参照して上述した通り、ＣＷ電圧はプラズマを予備イオン化して、プラズマの回転を開始するようになっていてもよい。動作時、ＣＷ放電回路４０７は約１０〜５０アンペアの電流をプラズマに供給する。また、ＣＷ放電回路４０７は、例えばデータ連通したオシロスコープ、０．１オーム１％抵抗器４１２、５オーム抵抗器４１１、３０アンペアヒューズ４１０、及び３６Ａ３ｋＶ分離ダイオード４０９に接続された高電圧プローブ４１３ａ、４１３ｂを有する。ＣＷ放電回路４０７及びパルス放電回路４０６は、クローバーダイオード４２０がブリッジしている。
【００７０】
[00107]パルス放電回路４０６は、１．５〜４ｋＶに充電されるキャパシタバンク４０４で構成されている。いくつかの実施形態において、キャパシタバンク４０４は３．６ｍＦの容量を有するが、他の容量値を使用するようにしてもよい。システム制御ブロックが（例えば制御及びデータ経路４０５ａを介して）ゲート駆動スイッチ４０５を閉じると、キャパシタバンク４０４がプラズマにより放電して、約１０〜１５ミリ秒間にわたって３ｋＡ〜５０ｋＡの電流が生成される（矢印４２１で示す）。この電流パルス４２１は、プラズマの最大およそ１００，０００ＲＰＳの急速回転を誘導し、これが核融合を誘導する。制御装置及び放電回路の他の変形についても可能であり、本発明の範囲及び主旨に含まれる。また、パルス放電回路４０６は、１．５ｋＶ〜４ｋＶの電圧源４１８、１００オーム抵抗器４１７、１６マイクロヘルツ機器４１６、０．３オーム抵抗器４１５、及び（経路４１４ａを介して制御及びデータ連通した）１０Ａ飽和の電流モニタ４１４を有する。また、このシステムは、ガス（噴射）入口弁（図示せず）と関連付けられた制御及びデータ通信経路４２０と、データ及び通信経路４１９ａを有する高速ビデオカメラ４１９とを有する。
【００７１】
[00108]電圧が印加されてイオン化の度合いが高くなると、電流がより容易に流れる結果として、所要電圧が予想通りに降下する。その結果、様々な電圧源の優先順位付け又は使用が行われ、低電圧ＣＷ源の使用による初期起動回転の生成が行われ、高電圧の使用による必要なイオン化度及び高速回転（例えば、およそ少なくとも１００，０００ＲＰＳ）の構成が行われ、低電圧の使用による長時間の核融合反応のためのイオン化度及び回転速度の維持が行われるようになっていてもよい。システムの全体効率を向上させるため、必要な電圧の種類ごとに最も効率的な電圧源を使用するのが好ましい。したがって、核融合領域において伝導度が上昇するように電力入力の優先順位を付けると、そのような上昇に追従して電圧入力は低下する。これにより所要電力入力も低くなるため、この核融合機器の全体的な利得が高くなる。
【００７２】
[00109]図３には、制御核融合機器３００の一実施形態の斜視断面図を示している。制御核融合機器３００は超伝導磁石３０７を有する。磁石３０７ひいては当該磁石が生成する磁界内には、制御圧力チャンバ３０６、外側電極３０４、及び内側電極３０２が存在する。内側電極は絶縁体３０３を有する。外側電極３０４の内表面３１２上には、第２の作業物質を有する部材３０５ａと、第２の作業物質を有する第２の部材３０５ｂとが配置されている。内側電極３０４及び磁石３０７内には、作動ガス入口ライン３０１が配置されている。
【００７３】
[00110]外側電極３０４は内径が１６センチメートル（ｃｍ）の管状であり、銅で構成されている。外側電極３０４の壁３１３は厚さがおよそ２ｃｍである。内側電極３０２は銅で構成され、拡張された非絶縁外表面３１１を有する。内側電極３０２の外表面３１１と外側電極３０４の内表面３１２との間の距離は、両方向矢印３１０で示しており、およそ３．５ｃｍである。部材３０５ａ、３０５ｂは、軸方向に内側電極３０２の外表面３１１の真向かいに配置されている。
【００７４】
[00111]核融合チャンバ３０８は、少なくとも一部が磁石３０７の磁界内に位置決めされている。制御圧力チャンバ３０６と、核融合表面３０９が関連付けられている。
【００７５】
[00112]内側及び外側電極は、例えば図４Ｂ（本明細書の以下により詳しく説明する）に示すような電源及び回路と電気的に関連付けられているため、２つの電極３０４、３０２間には電圧が印加される。本実施形態においては、第１の作業物質が作動ガス、特に水素であり、第２の作業物質が窒化ホウ素又は六ホウ化ランタンであるのが好ましい。
【００７６】
[00113]電極３０２の外表面３１１と内表面３１２との間の領域においては、第１の作業物質に電流が流れることにより、弱イオン化プラズマが生成されるのが好ましい。動作時には、核融合空洞３０８中、好ましくは核融合表面３０９に隣接して核融合反応が生じる。
【００７７】
[00114]本実施形態は、構成要素及びそれぞれの位置を修正又は変更して構成可能であることが了解されるものとする。例えば複数の内側電極を使用するようにしてもよいし、外側電極の構成が異なっていてもよいし、使用する第２の作業物質がより多くても少なくてもよいし、連続リングを使用するようにしてもよい。作動ガス入口ライン、核融合チャンバ、核融合表面、及び他の構成要素の場所及び位置を同様に変更するようにしてもよい。
【００７８】
[00115]図４Ｂは、図３を参照して説明したシステムと併せて使用可能なシステム制御及び放電回路の別の実施形態を示している。システム制御及び放電回路は、ＣＷ放電回路４５７及びパルス放電回路４５６を具備する。ＣＷ放電回路４５７は、６〜１８オームのインピーダンスを通してプラズマ４５３に１．４４ｋＶを供給するように構成されたＤＣ電源４５２を具備する。ただし、他の電圧レベル及びインピーダンス値を使用するようにしてもよい。ＤＣ電源４５２は、プラズマに１０アンペアのオーダで給電することにより、プラズマを予備イオン化して回転を開始するように構成されている。ＤＣ電源４５２はヒューズバンク４７１及び変圧器４５８を有する。また、ＣＷ放電回路４５７は、オシロスコープ（図示せず）と（経路４６３ａを介して）連通した高電圧プローブ４６３、６〜１８オーム抵抗器４６１、３０アンペアヒューズ４６０、分離ダイオード４５９（例えば、３６Ａ、３ｋＶ）を有する。
【００７９】
[00116]パルス放電回路４５６は、容量が５．６ｍＦのキャパシタバンク４５４を具備するが、他の容量値も可能である。キャパシタバンクは、電圧源４６８（３ｋＶ、５Ａ）によって約３ｋＶまで充電される。システム制御ブロック４５１がパルス制御スイッチ４５５を閉じると、３〜３０ｋＡの電流パルス（矢印４８０）がプラズマに印加され、急速回転の誘導により核融合事象が発生する。また、パルス放電回路４５６は、１００オーム抵抗器４６７、リレー４７４、１０Ａ飽和電流モニタ４８５、及び経路４８５ａを有する。
【００８０】
[00117]図４Ｂの実施形態の制御システム及び放電回路は、制御装置４５１（１つ又は複数の制御装置、ＰＬＣ、コンピュータ、プロセッサ−メモリ組み合わせ、並びにこれらの変形及び組み合わせが可能）を有する。制御装置４５１は、破線として示した様々な通信経路を有する通信及びデータネットワークを介して連通している。これにより、経路４６９ａは制御装置４５１と連通した高速ビデオカメラ４６９を収容しており、経路４５２ａはＤＣ電源と関連付けられ、経路４７０はガス噴射弁と関連付けられ、経路４７２は熱電対と関連付けられ、経路４７３は他のモニタリング装置（例えば付加的なオシロスコープ）と関連付けられ、経路４９１ａは光ファイバモノクロメータ４９１と関連付けられ、経路４６８ａは電圧源４６８と関連付けられ、経路４５５ａはパルス制御器４５５と関連付けられている。
【００８１】
[00118]一般的に、用語「およそ（ａｂｏｕｔ）」は、表示値の取得に関連する実験又は器械誤差、好ましくはこれらの大きい方として、±１０％の分散又は範囲を含むことを意図している。
【００８２】
[00119]本発明の実施形態では、とりわけ、大きな電界、高い電子密度、動重力、クーロン障壁の修正又は変更、反応断面の修正又は変更、空間電荷又は電子遮蔽効果、ニュートラルの使用、イオン−ニュートラル結合、核磁気モーメント相互作用、スピン偏極、磁気双極子−双極子相互作用、高粒子密度物質、遠心力又は動重力と関連付けられた圧縮力、水素の相転移、正帰還の機構、並びにこれら及び他の効果の修正及び変形等、量子効果、静電効果、機械的効果、又は他の効果を利用するようにしてもよい。本明細書における障壁の修正、変更、低減、抑制、又は除去に関するすべての言及には、１つ又は複数の他の特徴（例えば高い電子密度）の存在によって、クーロン障壁自体が（このような特徴とは無関係に）不変であるにも関わらず、クーロン障壁のオフセット又はその効果の抑制を行う手段を含む。
【００８３】
[00120]なお、本発明の主題である新規且つ革新的な核融合方法、機器、及びシステムの根拠となる理論を提供すること又はそのような理論に対処することは求められていない。それでもやはり、これら理論の提供によって、この重要な分野における技術はさらに発展する。本明細書に提示の理論は、別段の明示的な定めのない限り、特許請求の範囲に係る発明が与える保護の範囲を何ら限定、減縮、又は制限するものではない。また、これらの理論は、本発明を利用する必要がなくてもよいし、そのように実行しなくてもよい。さらには、本発明によって、その核融合方法、機器、及びシステムを説明するための新たな未知の理論がもたらされる場合があることが了解され、このように後で展開される理論は、特許請求の範囲に係る発明が与える保護の範囲を減縮又は限定するようには作用しないものとする。
【００８４】
クーロン障壁の修正又は変更
[00121]融合には、２つの原子核が接触する必要がある。ただし、原子核は非常に小さく（１０−１５ｍのオーダ）、正に帯電しているため、静電的に反発し合う。図５Ａ〜図５Ｃには、２粒子系のポテンシャルエネルギー曲線の例示的な使用による本発明の一実施形態の影響の説明の例を示している。図５Ａには、第１の原子核５０２が第２の原子核に近づいている２粒子系のポテンシャルエネルギー曲線５０１を示している。水平軸５０６上において、ｘは２つの原子核間の距離である。この系のエネルギーはｙ軸５０５に示している。系のポテンシャル５０１は、第１の原子核が第２の原子核から遠くに配置されている場合はゼロに近く、第１の原子核が第２の原子核に近づくと高くなる。系のポテンシャル５０１は（正の）クーロン反発ポテンシャル及び（負の）強い核引力ポテンシャルの合計である。２つの原子核が距離ｘｎ（ｘｎは２つの融合原子核の半径の合計に略等しい）だけ離れて非常に近くなると、系のポテンシャル５０１は強い核力の影響で負になる。したがって、用語「クーロン障壁（Ｃｏｕｌｏｍｂ  ｂａｒｒｉｅｒ）」は、図５Ａに示すポテンシャル曲線の通過又は乗り越えによって２つの原子核が接触することの困難さを記述するためのものである。
【００８５】
[00122]図５Ａでは、以下により表される２原子核系の運動エネルギー「ε」を表示している。
【数３】
2020064062.tif 000005
ここで、ｖ＝ｖ１−ｖ２において、ｖ１及びｖ２は２つの原子核の速度であり、ｍｒは系の換算質量であって、以下により表される。
【数４】
2020064062.tif 000006
ここで、ｍ１及びｍ２は２つの原子核の質量である。古典力学では、原子核が互いに近づいている場合、これらの原子核が接触するには、εをクーロン障壁の高さよりも大きくする必要があるとされている。ただし量子力学では、ポテンシャル障壁を通る「トンネリング」ｘＴによって、εがこの閾値を下回る場合の核融合反応が可能である。ただし、障壁の大きさは依然としてトンネリングｘＴの障害となっているため、クーロン障壁がより大きな（例えば、高く、広く、又はその両方）反応は一般的に、小さな障壁の場合よりも生じ難い。したがって古典力学では、領域５０３のエネルギーがクーロン障壁を乗り越えることはない。
【００８６】
[00123]本発明の実施形態では、負のポテンシャル（引力）を有する効果の生成、修正、又は利用によって、クーロン障壁を低下又は低減させるようになっていてもよい。このような負のポテンシャルを図５Ｂに示す。この図には負のポテンシャル５０７を示しており、負のポテンシャル５０７及び系の初期ポテンシャル５０１の相加効果の結果として、新たな系のポテンシャル５０４が生成されている。この結果としての新たな系のポテンシャル５０７では、距離ｘ１でポテンシャルが負になり始めており、クーロン障壁が実質的に低下するとともに、トンネリングの距離ｘＴが短くなって、引力が優位になる距離ｘｎに近づいている。
【００８７】
[00124]したがって、例えば本発明の実施形態では、遠心効果、空間電荷又は電子遮蔽効果等の効果の使用、ニュートラルの使用、イオン−ニュートラル結合、核磁気モーメント相互作用、スピン偏極、又は双極子−双極子相互作用効果、並びにこれら及び他の効果の組み合わせ及び変形によって、クーロン障壁を低下又は低減させるようになっていてもよい。図５Ｃは、系の初期ポテンシャル５０３に遠心ポテンシャル５０８、電子遮蔽ポテンシャル５０９、及び核磁気モーメント相互作用ポテンシャル５１０を組み合わせた結果として得られた系のポテンシャル５０４を示している。これらは、それぞれ単独及び組み合わせによって、クーロン障壁を低減（低く、薄く、及び両方）しており、原子核のポテンシャル障壁のトンネリング又は乗り越えを容易化することによって、核融合反応が生じる可能性を高めている。
【００８８】
遠心ポテンシャル
[00125]物質が閉鎖空間で回転する場合は、回転物質により生成される力（遠心力）に対する反力（向心力）を隔壁が与える。これらの反力によって、回転物質は隔壁に隣接する領域の他の物質に押し付けられる。この圧迫によって負の遠心ポテンシャルが生じる。遠心ポテンシャルは、隔壁に向かう引力を効果的に生成し、この力は物質が隔壁に近づくと強くなる。本発明の実施形態では、閉鎖空間内で粒子の急速回転を誘導し、閉鎖構造の外壁に向かって粒子を加速させることにより、強い遠心ポテンシャルを生成するようにしてもよい。本発明の一実施形態においては、プラズマの回転によって１０９ｇの遠心加速度が生成されるが、この値は系のパラメータを変化させることによって（例えば、機器の曲率半径又は反応物の方位角方向の速度を変化させることによって）高くすることも低くすることもできる。この遠心加速度は重力に似ているが、有効な力は、重力の場合の半径方向内方とは対照的に、半径方向外方を向いている。したがって局在的な核融合反応部位、すなわち２つの原子核間においては、数億或いは数十億ｐｓｉの圧力に相当する力が存在する可能性がある。遠心加速度を使用する利点として、物質が点に向かってではなく面に隣接して押し付けられることが挙げられる。これにより反応物が密に接触して核融合が生じ得るより大きな領域が得られるため、核融合の可能性及び速度が高くなるものと考えられる。このように、核融合反応により生成されたエネルギーを抽出して使用するための容易且つ簡単に利用可能な手段がさらに提供される。遠心ポテンシャル５０６の効果については、図５Ｃに示している。
【００８９】
電子遮蔽
[00126]弱イオン化プラズマを使用する利点は、反応物が主に中性原子を含むことである。原子核間に介在する電子は、正に帯電した原子核間のクーロン反発力を遮蔽する。この現象は、クーロン反発に影響してクーロン障壁を低減させる場合がある。また、高効率の電子放出体である反応物を使用することによって、正に帯電した反応物間に電子雲、負の空間電荷が導入され、これにより遮蔽効果がさらに増強される。本発明の一実施形態において、第２の作業物質は、あらゆる既知の化合物の中で電子放出率が最も高いものの１つである六ホウ化ランタンを含むように選択される。六ホウ化ランタン作業物質によって放出された電子はホウ素の近傍に留まって、クーロン障壁を低減させるとともに核融合反応速度を向上させる電子遮蔽効果を与えるものと考えられる。別の実施形態において、第２の作業物質は、同じく高効率の電子放出体であり、同様の効果を有する窒化ホウ素を含む。電子遮蔽ポテンシャル５０７の効果については、図５Ｃに示している。さらに別の実施形態においては、不均一な電界を生成する形状又は表面プロファイルの物質が系に存在していてもよい。これにより、一例として、核融合のための局在的な電子遮蔽を生成するには、樹枝状プロファイルの六ホウ化ランタン表面が望ましい場合がある。
【００９０】
核磁気モーメント相互作用
[00127]多くの原子核は、それぞれの微小な磁界と関連付けられた角運動量の形態の固有の「スピン」を有する。磁力線は原子核の一端が磁気的なＮ極、他端が磁気的なＳ極であるかのように形成されるため、原子核を「磁気双極子」と称するとともに、双極子の強度及び方位は「核磁気モーメント」で記述される。
【００９１】
[00128]核磁気モーメントは量子トンネリングにおいて役割を果たす。具体的に、２つの原子核の磁気モーメントが平行である場合、２つの原子核間には引力が生成される。その結果、磁気モーメントが平行な２つの原子核間の総ポテンシャル障壁は低下し、トンネリング事象が起き易くなる。２つの原子核の磁気モーメントが逆平行である場合は、上記の逆が真となって、ポテンシャル障壁が高くなり、トンネリングは起き難くなる。
【００９２】
[00129]特定の種類の原子核の磁気モーメントが正である場合、この原子核の磁気モーメントは、印加磁界の方向と一致する傾向にある。これに対して、モーメントが負である場合、原子核は印加磁界と逆平行に揃う傾向にある。潜在的な核融合反応物として関心のあるほとんどの原子核等、ほとんどの原子核は正の磁気モーメントを有する（ｐ、Ｄ、Ｔ、６Ｌｉ、７Ｌｉ、及び１１Ｂはすべて正のモーメントを有し、３Ｈｅ及び１５Ｎは負のモーメントを有する）。制御核融合機器の一実施形態においては、磁界が存在する機器内のすべての点で磁気モーメントを略同じ方向に揃える磁界が与えられるようになっていてもよい。これにより、第１及び第２の作業物質の核磁気モーメントがともに正又はともに負である場合に、原子核間の総ポテンシャルエネルギー障壁は低下する。これによりトンネリングの速度が増大し、核融合反応が起こり易くなるものと考えられる。核磁気モーメント相互作用ポテンシャル５０８の効果については、図５Ｃに示している。この効果は、スピン偏極又は磁気双極子−双極子相互作用と称する場合もある。また、原子核の総角運動量の決定には、磁力線周りの原子核の旋回も寄与する。このため、原子核のサイクロトロン運動によって核磁気モーメントの偏極と同じ方向の付加的な角運動量が生成されている場合には、クーロン障壁がさらに低減される。
【００９３】
反応断面の修正又は変更
[00130]一対の原子核間の核融合反応の確率は、反応断面「σ」によって表される。断面は通常、静止した原子核ターゲットに原子核のビームを衝突させることにより、εの関数として実験で測定される。この断面は通常、以下のように規定される。
【数５】
2020064062.tif 000007
ここで、Ｂはターゲット原子核当たり単位時間当たりの反応数であり、Ｉは単位ターゲット面積当たり単位時間当たりの入射粒子数である。断面がこのように規定及び測定される場合、各核融合反応は、所与の系の特定のεにおいて一定の比断面を有することになる。
【００９４】
[00131]特定の反応炉における単位体積当たりの核融合反応速度は通常、以下により表される。
【数６】
2020064062.tif 000008
ここで、第１の原子核及び第２の原子核が同じ種類の原子核である（例えば、重水素が重水素と核融合する）場合はδ１２＝１、それ以外の場合はδ１２＝０であり、〈σｖ〉は系の「平均反応度」であって、以下のように規定される。
【数７】
2020064062.tif 000009
ここで、ｆ（ｖ）は
【数８】
2020064062.tif 000010
となるように正規化された相対速度の分布関数である。第２の原子核が静止している場合は、〈σｖ〉＝σｖである。ただし、先の規定は第２の原子核が移動する状況を説明したものであり、相互作用する各原子核対は異なる相対速度ｖを有していてもよい。
【００９５】
[00132]そして、核融合エネルギーの放出速度は以下により与えられる。
【数９】
2020064062.tif 000011
ここで、Ｗは単位体積当たりに放出される総核融合エネルギーであり、Ｅは単一の反応で放出されるエネルギーである（ｐ−１１Ｂ核融合の場合はＥ＝８．６８ＭｅＶ）。
【００９６】
[00133]量子トンネリング事象によって２つの原子核が接触する確率はトンネリング障壁透明度Ｔにより記述されるが、Ｔの値が大きくなると、トンネリングの可能性も高くなる。トンネリングは核融合発生の１次機構であるため、断面がＴに比例する（σ∝Ｔ）。Ｔは以下のように近似される。
【数１０】
2020064062.tif 000012
ここで、ｅはオイラー数、εＧはクーロン障壁の修正エネルギーである。２つの原子核が距離ｘ≧ｘＴだけ離れている場合、εＧは以下により記述される。
【数１１】
2020064062.tif 000013
ここで、ｑ１は第１の原子核の電荷、φ（ｘ）はｘの関数として表されたポテンシャル、ｘＴは、φ（ｘＴ）＝εとなるｃｌａｓｓｉｃａｌ  ｔｕｒｎｉｎｇ  ｐｏｉｎｔである。
【００９７】
[00134]これらの関係の結果として、φの値が大きくなると（例えば、より大きなクーロン障壁）εＧも大きくなり、任意特定の系に関して、Ｔが小さく、σが小さく、Ｒが小さくなるとともに、Ｅ＞０の場合は、
【数１２】
2020064062.tif 000014
も小さくなる傾向にある。したがって、φが大きな系では核融合事象が少なく、核融合エネルギーの放出速度が低くなり、φが小さな系では核融合事象が多く、核融合エネルギーの放出速度が高くなる傾向にある。上述の通り、クーロン障壁を低減させることはφを小さくすることと同等であり、本発明の実施形態ではこれらの技術を採用して、断面を全体的に大きくすることにより、核融合反応速度を高くするようにしてもよい。
【００９８】
高粒子密度
[00135]本発明の一実施形態では、電磁力を利用するため、荷電粒子が存在している必要がある。ただし、強イオン化プラズマを生成する代わりに弱イオン化プラズマを生成した後、イオンに依拠することにより、イオン−ニュートラル結合の原理を通してニュートラルを駆動する。この手法ではプラズマが不安定になることはないため、粒子密度（ｎ１及びｎ２）を強イオン化プラズマの場合よりもはるかに高くすることができる。本発明の一実施形態において、粒子密度は機器の容積全体において、少なくとも１０１７／ｃｍ３である。さらに遠心ポテンシャルが誘導する圧迫により、核融合事象の集中が予想される領域において粒子の密度が高くなり、核融合反応が集中する機器の領域においては密度がおよそ１０１８／ｃｍ３となる。
【００９９】
[00136]また本発明の一実施形態では、粒子密度が１０２３／ｃｍ３のオーダの固形のホウ素化合物を使用する。このため本発明では、核融合反応が集中すると考えられる領域において、当技術分野で既知の他の方法よりもはるかに高い物理的コンテナ中の粒子密度が実現される（例えば、トカマク反応炉はおよそ１０１４／ｃｍ３を超える持続的な粒子密度を実現していないものと考えられる）。
【０１００】
[00137]本発明の利点は、電子制動放射に起因する放射損失を効果的に抑えられることである。トカマク等の従来の核融合反応炉では高温の高イオン化プラズマを採用する。制動放射及びサイクロトロン放射に至る電子−イオン相互作用は、大きなエネルギー損失源であり、このような系がローソン基準を満足できていない理由の１つである。ただし、本発明の実施形態に採用される高密度軽イオン化低温プラズマでは、電子移動度が抑えられるため、放射損失も大幅に低くなる。
【０１０１】
高圧下における水素の相転移
[00138]高圧圧縮下の水素原子は、圧縮力及びそれぞれの回転状態に応じて、液体又は固体金属になり得る。液体又は固体状態のいずれにおいても、密度は気体状態よりもはるかに高い。これに対応して、総反応速度は、２つの反応物の粒子密度の積に従って高くなる。
【０１０２】
[00139]また金属水素は、高導電性或いはゼロ抵抗の超伝導体になる。これにより系全体の伝導度が高くなって、抵抗損失及び必要な入力エネルギーが抑えられる。したがって、このような系の全体効率は高く、高いＱファクタ及び対応するエネルギー利得を容易に実現可能である。
【０１０３】
[00140]このように現下、例えば水素ニュートラル等のニュートラルのより高い回転速度が実現されると、これらのニュートラルは液体、固体、又は超伝導体になるか、又はそのように振る舞うものと理論化されている。この形態の作業物質は核融合反応に寄与するため、現下、壁寄りの核融合反応チャンバ又は領域の外側到達範囲に主として配置されているものと考えられている。この形態の作業物質が存在することにより、系の全体効率が大きく向上する可能性がある。
【０１０４】
正帰還
[00141]本発明では、動作時に粒子が生成される場合がある。場合により、これらの粒子は機器の機能に利益をもたらす場合がある。イオン化粒子を利用する実施形態においては、イオン化放射線の生成によって、作業物質又はプラズマのイオン化又は回転運動の増大、変更、維持、又は改善により付加的な核融合がさらに増強される場合がある。これにより、一例として、第１の作業物質が水素であり、第２の作業物質がホウ素である弱イオン化プラズマ及び回転機構を用いる装置では、アルファ粒子が生成される場合がある。これらの粒子は付加的な水素をイオン化するとともに、回転エネルギーを付与する場合がある。したがって、この付加的なイオンを生成する核融合生成物の相乗効果は、外部源からの付加的なエネルギーを必要とすることなく、回転エネルギーを増大させる効果を有する場合がある。さらにこの特徴が暴走反応に至ることのないように、系の温度及び水素の供給が常にモニタリングされ、これに応じて水素の供給を調整することにより、ニュートラルの存在数を変更して反応速度を制御することができる。
【０１０５】
[00142]電流及び電圧の振動をモニタリングする診断法は、その場のものであり、且つマイクロ又はナノスケールであってもよいが、これを制御核融合機器に導入するようにしてもよいし、Ｗｉ−Ｆｉチャンネルを通してデータ制御センターと無線通信するようになっていてもよい。この構成により、核融合反応領域内の状態を直接モニタリング及び管理することができる。これにより核融合システムの設計が効率化される。また当技術分野において既知の温度、分光法、レーザ診断法、温度モニタリング、粒子検出器、ビデオ等の別の診断及びモニタリングシステム及び技術を利用することにより、核融合反応炉及び発電システムの制御及びモニタリングシステムを確立するようにしてもよい。
【０１０６】
（実施例）
[00143]以下の実施例は、本発明の制御核融合方法、機器、及びシステムの種々実施形態を説明するためのものである。これらの実施例は説明を目的としており、本発明の範囲として見なされるべきではなく、そうでなければ本発明の範囲を制限するもではない。
【０１０７】
実施例１
[00144]全体的に図３の実施形態に示したような制御核融合機器を動作させて、高エネルギーのアルファ粒子及びヘリウムを生成する制御核融合反応を与えた。この機器の第１の作業物質は水素である。この機器の第２の作業物質は、外側電極の内壁上のプレート等の窒化ホウ素ターゲット及び棒により反応チャンバに挿入されたディスク等の六ホウ化ランタンターゲットとして機器に導入されたホウ素である。制御核融合機器の内部構成要素に磁石が与える磁界は０．５テスラである。制御圧力チャンバはパージしている。パージ後、制御圧力チャンバ及び核融合空洞には、常温でおよそ３ｔｏｒｒまで水素ガスを充填させる。電流制限抵抗を通しておよそ１．４ｋＶの電圧を内側電極に印加することにより、およそ２５Ａのプラズマ電流が生成される。これにより、磁界及び電流が生成するローレンツ力によって、およそ８００〜２，０００ＲＰＳと考えられる初期回転又は予備回転が付与される。電極及び装置は、生成される電界が実質的に装置の所望の部分にあって、望ましくない表面へのアーク放電が最小限に抑えられるように設計されている。初期回転の確立後、外側及び内側電極間のおよそ４００Ｖ〜１ｋＶのパルスによって、最大およそ４３ｋＡのプラズマ電流が生成され、これにより、イオンのニュートラルに対する比率がおよそ１：１００，０００と考えられる弱イオン化プラズマが生成される。またこれにより、少なくともおよそ１００，０００ＲＰＳの回転が弱イオン化プラズマ（イオン及びニュートラル）に付与される。弱イオン化プラズマの回転は、およそ１０ミリ秒間にわたって維持される。
【０１０８】
[00145]この弱イオン化プラズマの回転中には、プロトンとホウ素−１１原子核との間の核融合反応によって、アルファ粒子が生成される。またこの反応中に、回転の開始前に存在していなかったヘリウムが現れた。これらプロトンの平均運動エネルギーは約５００ｅＶ（電子ボルト）と考えられる。各核融合反応により生成された３つのアルファ粒子に付与された累積エネルギーは約８．６８ＭｅＶと考えられる。
【０１０９】
[00146]核融合チャンバにヘリウムが存在することは、機器の実施形態のチャンバ内部の高速ビデオカメラで捉えた静止画像により、その一部が明らかとなった。ホウ素ターゲットをチャンバに配置して、水素ガスをチャンバに導入した。静止画像は、高エネルギー粒子により励起されたヘリウムの強発光スペクトルの波長である５８７．５ナノメートルを中心とする光学フィルタを適用することによって取得した。捉えた画像を図６に示す。この画像は、チャンバ中の内側電極等の放電棒において高電圧パルスを開始することによりチャンバ中で水素−ホウ素相互作用を促進した後、ｔ＝１０．７４ｍｓで捉えたものである。
【０１１０】
[00147]図６に示すように、チャンバ中のヘリウムの存在によって、水素ガスによりイオン及びニュートラルのプラズマが生成され、プラズマ中の粒子と円筒チャンバ中のホウ素ターゲットとが式Ｈ＋１１Ｂ→３４Ｈｅ＋＋＋８．７ＭｅＶに従って核融合するのに十分な加速度レベルの電界及び磁界によりチャンバ内で回転することが立証される。このように、図６は水素−ホウ素相互作用の結果として生成されたヘリウムニュートラルを示している。
【０１１１】
[00148]また、高エネルギーアルファ粒子の生成は、例えば図７の写真に示す機器構成要素の内表面上のマイクロエッチングの存在により明らかとなった。さらに高エネルギーアルファ粒子の生成は、核融合チャンバ８０２の近傍に配置された箔検出器８０１に対して観測された影響及びその最終的な破壊により明らかとなった。箔検出器８０１は２枚のアルミニウム箔で構成され、第１の箔の厚さが１．２μｍであり、第２の箔の厚さが０．８μｍである。単一の粒子によるこれら箔の貫通又は著しい変形に要するエネルギーは、少なくともおよそ２ＭｅＶである。図８Ａ〜図８Ｆは、８．２５ミリ秒の時間にわたる箔検出器８０１の一連の写真であって、検出可能な影響が生じる前の検出器（図８Ａ）、核融合反応中の様々な影響（図８Ｂ〜図８Ｄ）、破壊（図８Ｅ）、及びフレームから完全に消え去った状態（図８Ｆ）を示している。アルミニウム箔の破壊片の方向は、下方及び回転する水素の方向であって、中心生成領域における水素原子の回転と一致している。
【０１１２】
実施例１（ａ）
[00149]実施例１の方法及び機器を十分な磁界及び電圧で動作させることにより、少なくともおよそ２５０ＭＭＢｔｕ／時の熱エネルギーを与える。この熱エネルギーは、熱交換器、蒸気タービン、及び発電機等、電力及び発電技術分野の当業者に既知の装置により変換され、少なくともおよそ２５ＭＷの電力が与えられる。
【０１１３】
実施例１（ｂ）
[00150]実施例１のような機器１０台を併せて動作させることにより、合計で少なくともおよそ２，５００ＭＭＢｔｕ／時の熱エネルギーを与える。この熱エネルギーは、熱交換器、蒸気タービン、及び発電機等、電力及び発電技術分野の当業者に既知の装置により変換され、少なくともおよそ２５０ＭＷの電力が与えられる。これらの機器をより少なく又はより多く組み合わせてより大きな熱エネルギーを与えることにより、１台がオフラインになった場合のバックアップユニットを提供するようにしてもよく、このアセンブリは当業者に既知の熱変換機器と関連付け可能である。
【０１１４】
実施例１（ｃ）
[00151]実施例１の方法及び機器を十分な磁界及び電圧で動作させることにより、少なくともおよそ１０，０００ＭＭＢｔｕ／時の熱エネルギーを与える。この熱エネルギーは、熱交換器、蒸気タービン、及び発電機等、電力及び発電技術分野の当業者に既知の装置により変換され、少なくともおよそ１，０００ＭＷの電力が与えられる。
【０１１５】
実施例１（ｄ）
[00152]実施例１の方法及び機器を十分な磁界及び電圧で動作させることにより、少なくともおよそ５ＭＭＢｔｕ／時の熱エネルギーを与える。この熱エネルギーは、熱交換器、蒸気タービン、及び発電機等、電力及び発電技術分野の当業者に既知の装置により変換され、少なくともおよそ５００ｋＷの電力が与えられる。実施例１の機器のうちの１つ又は複数を組み合わせてより大きな熱エネルギーを与えることにより、１台がオフラインになった場合のバックアップユニットを提供するようにしてもよく、このアセンブリは当業者に既知の熱変換機器と関連付け可能である。
【０１１６】
実施例１（ｅ）
[00153]実施例１の方法及び機器を十分な磁界及び電圧で動作させることにより、少なくともおよそ０．１ＭＭＢｔｕ／時の熱エネルギーを与える。この熱エネルギーは、熱交換器、蒸気タービン、及び発電機等、電力及び発電技術分野の当業者に既知の装置により変換され、少なくともおよそ１０ｋＷの電力が与えられる。実施例１の機器のうちの１つ又は複数を組み合わせてより大きな熱エネルギーを与えることにより、１台がオフラインになった場合のバックアップユニットを提供するようにしてもよく、このアセンブリは当業者に既知の熱変換機器と関連付け可能である。
【０１１７】
実施例２
[00154]実施例１に従って、機器の動作を４００回以上繰り返した。各回にヘリウム及び高エネルギーアルファ粒子の生成の証拠が観測された。
【０１１８】
実施例３
[00155]全体的に図３に示した実施形態のような制御核融合機器の一実施形態では、希土類磁石を有する。
【０１１９】
実施例３（ａ）
[00156]全体的に図３に示した実施形態のような制御核融合機器の一実施形態では、電磁石を有する。
【０１２０】
実施例４
[00157]制御核融合機器の一実施形態を図９Ａ及び図９Ｂに示すが、図９Ａは軸方向断面図、図９Ｂは側方断面図である。本実施形態では、外側電極９０１及び同心内側電極９０３を有し、これら２つの電極９０１、９０３間の環状空間には、局在的な軸方向磁界９０４が生成されている。磁界は、回転を誘発する領域９０５の両側に軸方向に隣接して配置された導電コイル９０２によって生成されており、各対のコイル９０２は、それぞれが生成する磁界が同じ軸方向（例えば矢印Ｂ）を向くように動作する。これにより、本実施形態において、コイル対が生成する磁界は２つの電極間の関心領域の中心軸と平行に延びており、プラズマの回転を誘導している。本実施形態には、大規模な発電ユニット等の大規模な用途での利点が考えられる。
【０１２１】
実施例４（ａ）
[00158]実施例４の方法及び機器を十分な磁界及び電圧で動作させることにより、少なくともおよそ２５０ＭＭＢｔｕ／時の熱エネルギーを与える。この熱エネルギーは、熱交換器、蒸気タービン、及び発電機等、電力及び発電技術分野の当業者に既知の装置により変換され、少なくともおよそ２５ＭＷの電力が与えられる。
【０１２２】
実施例４（ｂ）
[00159]実施例４のような機器１０台を併せて動作させることにより、合計で少なくともおよそ２，５００ＭＭＢｔｕ／時の熱エネルギーを与える。この熱エネルギーは、熱交換器、蒸気タービン、及び発電機等、電力及び発電技術分野の当業者に既知の装置により変換され、少なくともおよそ２５０ＭＷの電力が与えられる。これらの機器をより少なく又はより多く組み合わせてより大きな熱エネルギーを与えることにより、１台がオフラインになった場合のバックアップユニットを提供するようにしてもよく、このアセンブリは当業者に既知の熱変換機器と関連付け可能である。
【０１２３】
実施例４（ｃ）
[00160]実施例４の方法及び機器を十分な磁界及び電圧で動作させることにより、少なくともおよそ１０，０００ＭＭＢｔｕ／時の熱エネルギーを与える。この熱エネルギーは、熱交換器、蒸気タービン、及び発電機等、電力及び発電技術分野の当業者に既知の装置により変換され、少なくともおよそ１，０００ＭＷの電力が与えられる。
【０１２４】
実施例４（ｄ）
[00161]実施例４の方法及び機器を十分な磁界及び電圧で動作させることにより、少なくともおよそ５ＭＭＢｔｕ／時の熱エネルギーを与える。この熱エネルギーは、熱交換器、蒸気タービン、及び発電機等、電力及び発電技術分野の当業者に既知の装置により変換され、少なくともおよそ５００ｋＷの電力が与えられる。実施例４の機器のうちの１つ又は複数を組み合わせてより大きな熱エネルギーを与えることにより、１台がオフラインになった場合のバックアップユニットを提供するようにしてもよく、このアセンブリは当業者に既知の熱変換機器と関連付け可能である。
【０１２５】
実施例４（ｅ）
[00162]実施例４の方法及び機器を十分な磁界及び電圧で動作させることにより、少なくともおよそ０．１ＭＭＢｔｕ／時の熱エネルギーを与える。この熱エネルギーは、熱交換器、蒸気タービン、及び発電機等、電力及び発電技術分野の当業者に既知の装置により変換され、少なくともおよそ１０ｋＷの電力が与えられる。実施例４の機器のうちの１つ又は複数を組み合わせてより大きな熱エネルギーを与えることにより、１台がオフラインになった場合のバックアップユニットを提供するようにしてもよく、このアセンブリは当業者に既知の熱変換機器と関連付け可能である。
【０１２６】
実施例５
[00163]図１０に示すように、制御核融合機器の一実施形態においては、電極（例えば１００１）を用いることにより物質が方位角方向に加速されることによって、物質が回転している環状空間１００３に局在的な電界（例えば１００２）が生成される。電界は振動によって（磁気浮上式の鉄道車両が軌道中の磁界の振動によって駆動されるのと同等に）物質を意図する方向に加速させる。内側電極（環状空間１００３の内表面）は支持部１００５に搭載され、外側電極（環状空間１００３の外表面）は支持部１００４上にある。回転物質中にはいくつかのイオンが存在する。電界の結果としてニュートラル原子が直接的な力を受けることはないが、これはイオン−ニュートラル結合の原理によって、ニュートラルの駆動には比較的少数のイオンがあれば十分であるためである。このシステムでは軸方向の静磁界は不要である。
【０１２７】
実施例６
[00164]全体的に図３の実施形態に示したような制御核融合機器は、動作によって、高エネルギーアルファ粒子及びヘリウムを生成する制御核融合反応を与える。この機器の第１の作業物質は水素である。この機器の第２の作業物質はリチウムである。制御核融合機器の内部構成要素に磁石が与える磁界は０．５テスラである。制御圧力チャンバはパージしている。パージ後、制御圧力チャンバ及び核融合空洞には、常温でおよそ３ｔｏｒｒまで水素ガスを充填させる。電流制限抵抗を通しておよそ１．４ｋＶの電圧を内側電極に印加することにより、およそ２５Ａのプラズマ電流が生成される。これにより、磁界及び電流が生成するローレンツ力によって、およそ８００〜２，０００ＲＰＳと考えられる初期又は予備回転が付与される。初期回転の確立後、外側及び内側電極間のおよそ４００Ｖ〜１ｋＶのパルスによって、最大およそ４３ｋＡのプラズマ電流が生成され、これにより、イオンのニュートラルに対する比率がおよそ１：１００，０００と考えられる弱イオン化プラズマが生成される。またこれにより、少なくともおよそ１００，０００ＲＰＳの回転が弱イオン化プラズマ（イオン及びニュートラル）に付与される。弱イオン化プラズマの回転はおよそ１０ミリ秒間にわたって維持され、核融合反応が生じる。
【０１２８】
実施例７
[00165]図１１に示すように、制御核融合機器の一実施形態において、第２の作業物質は複数の固形物質から成る。１つの物質である元素としてのホウ素１１０１は、第２の物質である酸化バリウム１１０２との複合構造で配置されている。元素としてのホウ素は、水素−１とホウ素−１１との反応（第１の作業物質は水素）に必要なホウ素源を与えるように選択されている。第２の作業物質は、クーロン障壁を低下させるとともに核融合の速度を増大させる強い電子遮蔽効果を生成するため、高効率の電子放出体であるのが望ましい。元素としてのホウ素は低効率の電子放出体であるが、酸化バリウムは高効率の電子放出体である。このように、複合材には各物質の利点又はより大きな利点を組み合わせる相乗効果がある。核融合反応物及び高効率の電子放出体の両方を含むように第２の作業物質を構成することによって、強い電子遮蔽効果が生成される。さらに、図１１に示す層状構造の他、例えばマイクロ構造、ナノ粒子、マトリクス、及び混合物を含む、この相乗効果を得るための異なる物質の他の構成が使用され得る。
【０１２９】
実施例８
[00166]制御核融合機器の一実施形態においては、動重力を利用して核磁気モーメントポテンシャルを増幅するイオンサイクロトロン共鳴器が制御核融合機器と関連付けられている。イオンサイクロトロン共鳴器は、２．４５ギガヘルツ（ＧＨｚ）の周波数で電磁放射を行うマイクロ波源を具備する。制御核融合機器に存在する磁界は、マイクロ波源が導入された点において、電子のサイクロトロン周波数がマイクロ波源の周波数と整合するように調節される。これにより、制御核融合機器中の電子が励起され、それぞれの磁力線周りの旋回半径が大きくなる。
【０１３０】
[00167]２．４５ＧＨｚのマイクロ波信号に第２の周波数を重ねることによって、振幅変調、位相変調、又はその両方が生成される。これにより、励起電子が第２の周波数で多かれ少なかれ励起される。第２の周波数は、回転が誘導されている制御核融合機器の領域の第１の作業物質中に存在する水素−１イオンのイオンサイクロトロン周波数と整合するように選択されている。サイクロトロン周波数は以下により与えられる。
【数１３】
2020064062.tif 000015
ここで、ｑは粒子又はイオンの電荷の絶対値、Ｂは磁界強度、ｍは粒子又はイオンの質量である。ｑは電子及び水素−１イオンに等しいが、ｍは水素−１イオンの方が桁違いに大きいため、所与のＢ値において、水素−１のサイクロトロン周波数は電子のサイクロトロン周波数よりも桁違いに低い。本実施形態において、回転が誘導されている制御核融合機器の領域における水素−１イオンのサイクロトロン周波数は、約７．６メガヘルツ（ＭＨｚ）と考えられる。この第２の周波数が電子によって水素−１に伝えられることにより水素−１が励起され、それぞれの磁力線周りの旋回半径が大きくなる。その結果水素−１の総角運動量も大きくなる。水素−１イオン及び原子の旋回方向が一致する傾向にあるため、核磁気モーメントポテンシャルは増幅される。
【０１３１】
実施例９
[00168]図１２には、制御核融合機器１２００の一実施形態の斜視断面図を示している。本実施形態は図２に示した実施形態に類似しているが、内側電極１２０２、外側電極１２０３、制御圧力チャンバ１２０５、及び磁石１２０６が円筒ではなく輪環体の形状である点が明らかに異なる。輪環体は開いた構成も可能であるし、閉じた構成も可能である。作動ガス入口ライン１２０１は、磁石１２０６及び制御圧力チャンバ１２０５を挿通して、内側電極１２０２と外側電極１２０３との間の環状空間に至っている。核融合チャンバ１２０７は磁石１２０６の磁界内に位置決めされている。核融合表面１２０８は制御圧力チャンバ１２０５と関連付けられている。
【０１３２】
実施例１０
[00169]制御核融合機器の一実施形態においては、当該制御核融合機器を用いて物質を形成する。この形成は変成転換によって実現されるため、水素−１及びリチウム−６の核融合反応によりヘリウム−３及びヘリウム−４が生成される。ヘリウム−３は、中性子検出、医療用画像、及び低温学に用いられる極めて有益な同位体である。本実施形態においては、水素が第１の作業物質であり、フッ化リチウム（リチウムにリチウム−６を混入、すなわち天然存在度よりも高い割合のリチウム−６を含有）が第２の作業物質である。制御核融合機器の動作後、当該制御核融合機器からガスが除去される。このガスはヘリウム−３を含み、後で分離することによって、使用に適した高純度のヘリウム−３を得ることができる。
【０１３３】
実施例１１
[00170]制御核融合機器の一実施形態において、当該制御核融合機器は図２に示した実施形態に類似している。相違点は以下に説明するように、改良によってホウ素板による電子の放出を向上させることにより、電子遮蔽効果を強化していることである。外側電極１３０１の一部及びホウ素板１３０２の拡大図を図１３に示す。本実施形態においては、ホウ素板１３０２と正反対の外側電極１３０１の部分に加熱コイル１３０３を追加している。ホウ素板１３０２は、加熱時に優れた電子放出体となる六ホウ化ランタンで構成されている。
【０１３４】
[00171]加熱コイル１３０３は、制御核融合機器における回転の誘発前及び誘発中に直ちに稼働させることにより、熱が外側電極１３０１を通ってホウ素板１３０２に伝えられる。このホウ素板１３０２の加熱によって電子の放出が誘導され、加熱コイル１３０３を使用しなかった場合よりも結果的に電子雲の密度が高くなる。これにより電子遮蔽効果が高まって、クーロン障壁が低くなるとともに核融合の速度が高くなる。
【０１３５】
実施例１２
[00172]制御核融合機器の一実施形態において、当該制御核融合機器は図２に示した実施形態に類似している。相違点は以下に説明するように、改良によって電子遮蔽効果を向上させていることである。外側電極１４０１の内表面２０８の詳細図を図１４に示す。外側電極１４０１には、高効率の電子放出体であるカーボンナノチューブ１４０２が付着している。
【０１３６】
[00173]機器の動作中は、熱エネルギー、電磁放射、高エネルギー粒子、又は電界の存在によって、カーボンナノチューブ１４０２による電子の放出が誘導される。外側電極１４０１の内表面２０８が核融合表面であることから、電子放出は、核融合の集中が予想される領域に局在する。このことは電子遮蔽効果の生成又は向上にとって理想的であり、クーロン障壁が低くなるとともに核融合の速度が高くなる。
【０１３７】
実施例１３
[00174]制御核融合機器の一実施形態において、当該制御核融合機器は図３に示した実施形態に類似している。本実施形態において、第１の作業物質は（図３の好適な実施形態における水素ガスの代わりに）ヘリウム−３ガスであり、第２の作業物質は一般的に「重水」と称する液体である酸化重水素で構成されている。ホウ素板３０５ａ、３０５ｂは不要であり、重水は外側電極３０４の内表面３１２に沿って配置されている。
【０１３８】
[00175]機器の動作中は、回転によって、外側電極３０４の内表面３１２全体に重水がリングを形成する。第１の作業物質中のヘリウム−３と第２の作業物質中の重水素との間の核融合反応によってエネルギーが放出されるが、このエネルギーを後で捕捉して、発電、加熱、又は他の有用な目的に使用可能である。
【０１３９】
実施例１４
[00176]制御核融合機器の一実施形態において、クーロンポテンシャルを低減させるとともに核融合反応の断面を大きくする方法には、制御核融合システムの作動範囲に存在する電子を生成して制御する手段等、負の電位の導入、改良、増強、又は制御を含む。この方法及び効果を利用した制御核融合機器を図１６の模式図に示す。この機器において、制御核融合機器１６００は、第１の作業物質１６０２及びこれと関連付けられた第２の作業物質１６０４を有する。また、制御核融合機器１６００は、壁１６０６及び空洞１６０５を有するチャンバ１６０１を有する。チャンバ１６０１と、電子放出物質１６０３が関連付けられている。また、この機器と、物質１６０３からの電子放出を誘導するエネルギー源１６０７が関連付けられている。電子放出物質１６０３としては、窒化ホウ素、六ホウ化ランタン等の高効率の電子放出体が挙げられる。また、放出物質１６０３は、化合物、マトリクス、被膜、バルク材料、又は他の構成であってもよい。エネルギー源１６０７としては、光子、イオン、加速粒子、電界、磁界、熱、放射線、抵抗加熱等が挙げられるが、これらに限定されない。これにより、一例としては、加速粒子源が制御核融合機器１６００と関連付けられ、粒子の一部又は全部が電子放出体１６０３へと向かっていてもよい。さらに、別の例としては、光子源が制御核融合機器１６００と関連付けられ、粒子の一部又は全部が電子放出体１６０３へと向かっていてもよい。
【０１４０】
実施例１５
[00177]制御核融合機器の一実施形態においては、イオンが不要であってもよい。これにより、本実施形態において、制御核融合機器はイオンを含まないのが好ましいが、いくつかのイオンの存在によってその利点が依然として得られるようになっていてもよい。そこで、回転源として光子圧力を利用した制御核融合機器を図１５に示す。制御核融合機器１５００は、第１の作業物質１５０３及びこれと関連付けられた第２の作業物質１５０２を有する。また、制御核融合機器１５００は、回転チャンバ壁１５０５及び空洞１５０６を有する回転チャンバ１５０１を有する。回転チャンバ１５０１と、光子源１５０４が関連付けられている。
【０１４１】
[00178]本実施例においては、光子源１５０４からの光子が第１の作業物質１５０３に衝突する。光子の物質との相互作用によって、作業物質１５０３に力が付与される。この力は実質的に、所定の方向を向くことができる。この「光子圧力」を用いることにより、第１の作業物質１５０３を実質的に方位角方向に加速させて、制御核融合に望ましい種類の回転を誘導可能である。光子源１５０４としては、単一の光子源、多数の光子源、又は単一の光子源からの多方向エネルギーが可能である。例えば、光子源のアレイを設け、所定の作業物質経路の接線方向に光子が向かうように機器１５０１の半径に沿って光子源を配置することにより、回転を誘導することができる。
【０１４２】
[00179]光子圧力により誘導された回転によって、機器壁１５０５及び第１の作業物質１５０３と第２の作業物質１５０２（これらは同じ物質でも可能である）との間に膨張圧が生成されることになる。この圧力によって、核融合事象の生成の誘導又は補助が可能である。
【０１４３】
[00180]また、システム中の光子によって、作業物質１５０２の空間電荷放出又は核融合機器１５００と関連付けられた電子放出体の提供が可能である。
【０１４４】
[00181]さらに、イオンの存在に対する依拠又は実質的な依拠なく回転を誘導して制御核融合を実行可能な他の実施形態も考えられる。
【０１４５】
実施例１６
[00182]制御核融合機器の一実施形態においては、クーロンポテンシャルによって、障壁を通る量子トンネリングが可能であってもよい。このトンネリングの確率は通常、原子核の相対エネルギーの関数として理解されており、エネルギーが高いほどトンネリングの確率も高くなる。ただし、ある「形状」のクーロンポテンシャルによって、共鳴と称する状態により相対的に低いエネルギーでトンネリングの向上が可能であってもよい。図１７は共鳴状態を示している。１７０１は入射原子核の波動関数、１７０２は系のクーロンポテンシャル、１７０３は減衰波動関数又は１７０１のエバネッセント波、１７０４はクーロン障壁を超えて存在する波動関数の部分である。
【０１４６】
[00183]クーロン障壁１７０２の形状及び１７０１のエネルギーによって波動関数の減衰部分である１７０３の形状が変化するため、１７０４の形状は、クーロン障壁及び系のエネルギーの両方の影響を受ける。特定のクーロン障壁及び核ポテンシャルの場合のあるエネルギーにおいて、波動関数はその「形状」によってクーロン障壁１７０２の最適な透過が可能となる共鳴状態となっていてもよい。この状態は、所与のトンネリング確率を実現するのに必要となるエネルギーよりも少ないエネルギーで生じるようになっていてもよい。
【０１４７】
[00184]図１８に示すように、この共鳴状態によって反応の断面が修正される。１８０１は、共鳴状態でない場合のエネルギーの関数としての反応の断面である。１８０２は共鳴ピークであって、質量中心基準枠でのあるエネルギーにおいて反応の断面が大きくなることが分かる。これにより、例えば、上述の方法及び機器を用いて、クーロンポテンシャルの他、反応系のエネルギーを制御することにより、トンネリングの共鳴状態を実現、制御、修正、又は誘導することができる。
【０１４８】
実施例１７
[00185]制御核融合機器の一実施形態においては、様々な形状及び向きを利用するようにしてもよい。一例として、図１９は本明細書に記載の原理上で動作するマイクロ反応炉１９００を示している。本実施形態において、回転源は電磁石であり、共鳴に基づいて動作する。この機器は、反応チャンバ１９０１、チャンバ壁１９０２、第１の作業物質１９０３、第２の作業物質１９０４、及び空洞１９０５を具備する。この空洞及びチャンバの形状が本実施形態において重要であり、ここでは一例として、特性寸法Ｌ  １９０６により表わしている。
【０１４９】
[00186]電磁放射はそれに関連した波長を有する。電磁放射源１９０７を設定することにより、波長及び特性寸法１９０６が特定の関係となるように選択可能である。この選択基準の結果としては、空洞１９０４に存在する共鳴波が可能である。具体的にこの波は、作業物質の一部又は追加として存在する荷電粒子との相互作用に際して、１つ又は複数の作業物質が実質的に方位角方向に加速されるように、方位角方向に回転するようになっていてもよい。
【０１５０】
[00187]本実施形態によれば、実に様々な反応炉寸法が可能であり、特性長がセンチメートルの規模の当技術分野における想定よりも小さな反応炉が挙げられるが、これに限定されない。
【０１５１】
[00188]いくつかの実施形態において、電磁放射源はマイクロ波発生器であってもよい。いくつかの実施形態においては、複数の放射源が存在していてもよい。いくつかの実施形態においては、所与の空洞内で複数の共鳴周波数が確立されていてもよい。さらには、共鳴周波数の動作中の調整又は調節によって最適な核融合状態を誘導する実施形態が想定される。
【０１５２】
実施例１８
[00189]制御核融合機器の一実施形態において、当該制御核融合機器は図３に示した実施形態に類似している。このため、図２０に示すように、内側電極２００４を囲む絶縁体２００３を貫通した光ファイバ２００２にレーザ２００１が追加及び接続されている。光ファイバ２００２は、プレート２００６ａ近傍の点２００５で終端している。ファイバ２００２の端部は、出射する光がプレート２００６ａに向かうように配向している。また、プレート２００６ａは光電子放出化合物を含む。
【０１５３】
[00190]レーザ２００１がオンになると、プレート２００６ａに入射する光によって電子が放出され、レーザ２００１を使用しなかった場合よりも結果的に電子雲の密度が高くなる。これにより電子遮蔽効果が高まって、クーロン障壁が低くなるとともに核融合の速度が高くなる。
【０１５４】
[00191]この機器は、燃焼材を含む第２のプレート２００６ｂ、ガス噴射入口２０１０、外側電極２００７、圧力制御容器２００８、及び磁石２００９を有する。また、第２のファイバ及びビーム発生器を用いて、レーザビームをプレート２００６ｂに向かわせることも可能である。
【０１５５】
実施例１９
[00192]制御核融合機器の一実施形態において、当該制御核融合機器は図３に示した実施形態に類似している。このため、図２１に示すように、ホウ素板３０５ａ及び３０５ｂを排除し、それらを、制御核融合機器を軸方向に貫通して内側電極２１０３と外側電極２１０４との間の環状空間に至る２つのワイヤ２１０１及び２１０２で置き換えるのが好ましく、内側電極が非絶縁状態２１０７となっている制御核融合機器の軸方向部分において、ホウ素被膜２１０５及び２１０６がワイヤ２１０１及び２１０２を覆っている。ホウ素被膜２１０５及び２１０６が外側電極２１０４の内表面２１０８から半径方向内方にある距離で配置されているため、核融合反応は、図３に示した実施形態よりも半径方向内方の領域に集中する傾向となる。このことは、境界層の成長によって粒子速度が低下し得る外側電極２１０４の内表面２１０８に沿う場合よりも、ホウ素被膜２１０５及び２１０６の近傍において粒子のエネルギーが大きくなり得るため、好都合と考えられる。粒子エネルギーが高くなると、それに応じてトンネリングの速度も高くなり、核融合の速度も上昇する傾向にある。本実施形態では、制御圧力ハウジング２１１２及び磁石２１１３を有する。
【０１５６】
実施例２０
[00193]図２２には、制御核融合機器及びエネルギー利用アセンブリを模式的に示している。この構成２２００は、ＤＣ−ＡＣ電源２２０５、ガス入力ライン２２０４、電源ケーブル２２０６、及び絶縁カバー２２０３を有する放電棒２２０２を有する核融合機器２２００である。放電棒２２０２は絶縁カバー２２０３を超えて、核融合機器内及びガス回転領域２２２０へと延びている。ガス回転領域２２２０内には、ホウ素ターゲット２２１７、２２１９及び制御アーム２２１０と機械的に関連付けられたホウ素ターゲット２２１８が存在する。核融合機器は、外側電極２２０１及び磁石２２１６を有する。本実施形態において、エネルギー利用アセンブリ２２６０は、核融合機器の圧力制御構造の内側且つ外側電極２２０１のすぐ外側に配置されるとともに、ガス回転領域２２２０に直接隣接している。また、核融合機器は、カメラ２２０９、真空ポンプ２２０７、及び弁２２０８を有する。また、本実施形態においては、サンプリング及び分析アセンブリも設けられている。このアセンブリは、弁２２１１、分析チャンバ２２１２、ポンプ２２１３、弁２２１４、及びＲＧＡ（残留ガス分析器）２２１５を有する。分析チャンバの圧力は１０−５ｔｏｒｒであってもよい。
【０１５７】
[00194]本実施形態において、エネルギー利用アセンブリとしては、水、高圧水、液体ナトリウム、蒸気、又は当技術分野において既知の他の熱交換媒体等の作動流体を利用する熱交換器が可能である。熱交換器は、例えばジャケット、コイル、対向機構等、外側電極の内表面上、外側電極の壁内、又は外側電極の外表面に沿って位置決めされたチャンネルであってもよい。また、作動流体は荷電流体であってもよいし、電荷が付随していてもよく、機器内に存在する磁界及び電界を利用することによって、作動流体に駆動力を与えることにより、熱交換効率を容易に向上させる。
【０１５８】
[00195]さらに、本実施形態並びに本明細書に記載のその他の実施例及び図面の実施形態は一般的に、好ましくは制御装置及びコンピュータのシステムによって全部又は一部を動作可能であり、遠隔アクセスも可能な制御回路を有していてもよい。これにより、例えば制御システムは、分散制御ネットワーク、制御ネットワーク、又は大型のプラント及び設備を制御する当業者に既知の他の種類の制御システム、及び個々の装置、並びにこれらの組み合わせ及び変形であってもよい。さらに、より好適な実施形態において、この制御システムは、例えばＳＡＰ等の企業データシステムと統合されていてもよいし、或いは関連付けられていてもよい。制御システムは、核融合反応、熱エネルギー収集又は利用プロセス、及び電気エネルギー等の有用なエネルギー形態への変換に関するありとあらゆるパラメータを制御するようにしてもよい。制御システムは、熱生成と熱除去との間の事前に選択された所定のバランスを維持するのが好ましい。これにより、例えばこの事前に選択された所定のバランスを維持するため、制御システムは、例えば各パルス間の時間の延長又は短縮、プラズマ生成のために印加される電圧の変更、超伝導磁石と併せた調整可能な磁石による磁界の変更、及び反応物の密度の変更等、電気パルスの変調を行うようにしてもよい。
【０１５９】
[00196]また本実施形態は、内側電極と関連付けられた類似種類の熱交換装置を有していてもよい。さらに、これら様々な熱交換及び捕捉システムは、放電によってプラズマを生成する実施形態の他、制御核融合機器の他の実施形態と併せて利用可能であることが了解されるものとする。
【０１６０】
実施例２１
[00197]図２３には、制御核融合機器及びエネルギー利用アセンブリを模式的に示している。この構成２３００は、ＤＣ−ＡＣ電源２３０５、ガス入力ライン２３０４、電源ケーブル２３０６、及び絶縁カバー２３０３を有する放電棒２３０２を有する核融合機器２３００である。放電棒２３０２は絶縁カバー２３０３を超えて、核融合機器内及びガス回転領域２３２０へと延びている。ガス回転領域２３２０内には、ホウ素ターゲット２３１７、２３１９及び制御アーム２３１０と機械的に関連付けられたホウ素ターゲット２３１８が存在する。核融合機器は、外側電極２３０１及び磁石２３１６を有する。本実施形態において、直接エネルギー変換アセンブリ２３５０等のエネルギー利用アセンブリは、核融合機器の圧力制御構造の内側且つ外側電極２３０１のすぐ外側に配置されるとともに、ガス回転領域２３２０から（下流側に）離れている。また、核融合機器は、カメラ２３０９、真空ポンプ２３０７、及び弁２３０８を有する。また本実施形態においては、サンプリング及び分析アセンブリも設けられている。このアセンブリは、弁２３１１、分析チャンバ２３１２、ポンプ２３１３、弁２３１４、及びＲＧＡ（残留ガス分析器）２３１５を有する。分析チャンバの圧力は１０−５ｔｏｒｒであってもよい。
【０１６１】
[00198]本実施形態において、直接エネルギー変換アセンブリは、板状、棒状、円筒状、円筒の部分要素等の形状の金属等の電子駆動材料と、核融合反応により生成された高エネルギー荷電粒子の考え得る経路に隣接して位置決めされた導電性コイルとを具備していてもよいため、荷電粒子の捕集によって、電流の直接的な誘導が可能である。さらに、図示はしていないものの、このような機器は核融合反応領域又はチャンバの軸端に配置されていてもよい。例えば、アルファ粒子を生成する核融合反応を利用した実施形態において、アルファ粒子は、直接エネルギー変換アセンブリにおける物質のイオン化によってエネルギーを失い、電流を導く自由電子を生成する。他の実施形態において、荷電粒子は、電界、磁界、又は両方の組み合わせによってビームへと案内され、これにより直流が生成されるようになっていてもよい。
【０１６２】
[00199]制御核融合機器の別の実施形態において、直接エネルギー変換アセンブリは半導体ＰＮ接合のアレイを具備する。ＰＮ接合によって、電界が勾配した領域を生成する空乏層が生成される。核融合反応、電磁放射、又は両方において生成されるアルファ粒子等の荷電粒子は、半導体材料と相互作用して、電界勾配の近傍に電子−ホール対を生成する。電子及びイオンが空乏層の縁部に向かって加速されると、電流が生成される。
【０１６３】
[00200]制御核融合機器の別の実施形態において、直接エネルギー変換アセンブリは、高エネルギー荷電粒子を利用して電流を生成するアセンブリを具備する。例えば、上述の水素−ホウ素反応により生成されたアルファ粒子の場合は、核融合反応領域から、容易にイオン化可能な物質により分離された第１のプレート及び第２のプレートを有する領域へと案内されるようになっていてもよい。このように、案内されたアルファ粒子がこの容易にイオン化可能な物質を通過すると、電子及び陽イオンが生成される。そして電子が第１のプレートに移動し、陽イオンが第２のプレートに移動することによって、両プレートが電気的に接続された場合に電流を流す電位が生成される。例えば、第１のプレートはマグネシウム等の仕事関数が低い材料で構成され、第２のプレートは金等の仕事関数が高い材料で構成されていてもよく、容易にイオン化可能な物質はアルゴンガスであってもよい。さらに、イオン化可能な物質はゲル状であって、直接エネルギー変換領域に当該イオン化可能な物質を含むことが簡素化されるようになっていてもよい。また、第１のプレート、第２のプレート、及び容易にイオン化可能な物質は、アルファ衝突に耐えるとともに層間に電位を生成可能な固体の多層半導体構造として組み合わされていてもよい。別の実施形態において、制御核融合機器の軸は、イオン化可能な物質として機能するゲル又は液体を有するコンテナへとアルファ粒子が出射して下方に向かう開口を備えた垂直位置又は本質的な垂直位置に存在していてもよい。このように、容易にイオン化可能な物質の封じ込めは、制御核融合機器の低圧封じ込め領域に対して当該容易にイオン化可能な物質を隣接又は保持しつつ、アルファ粒子の透過が可能な膜等の部材を必要とすることなく実現可能である。
【０１６４】
実施例２２
[00201]図２４Ａは、放射源２４０１、第１の作業物質２４０４、放射ターゲット２４０３、第２の作業物質２４０２、及び空洞２４０５を備えた制御核融合機器２４００を示している。放射線２４０１は、放射ターゲット２４０３に衝突して第１の作業物質２４０４を生成する。放射線は、レーザ、イオンビーム、パルス放射源等であってもよい。放射ターゲットは、金属箔、ポリマー等であってもよい。第１の作業物質は、プロトン、イオン等の望ましい反応物及び物質であってもよい。また、第１の作業物質は、第２の作業物質２４０２の方向に移動するようになっている。第１の作業物質のエネルギーは、１ｅＶ超、１００ｅＶ超、１ｋｅＶ超、１００ｋｅＶ超、１ＭｅＶ超、又は１０ＭｅＶ超であってもよい。
【０１６５】
[00202]図２４Ｂは、第３の作業物質を追加した図２４Ａの制御核融合機器を示している。制御核融合機器２４００は、放射源２４０１、第１の作業物質２４０４、放射ターゲット２４０３、第２の作業物質２４０２、空洞２４０５、及び第３の作業物質２４０６を有する。放射線２４０１は、放射ターゲット２４０３に衝突して第１の作業物質２４０４を生成する。放射線は、レーザ、イオンビーム、パルス放射源等であってもよい。放射ターゲットは、金属箔、ポリマー等であってもよい。第１の作業物質は、プロトン、イオン等の望ましい反応物及び物質であってもよい。また、第１の作業物質は、第３の作業物質２４０６の方向に移動するようになっている。第１の作業物質の運動は、第２の作業物質２４０２の方向に移動するようになっている第３の作業物質と結合する。第１の作業物質のエネルギーは、１ｅＶ超、１００ｅＶ超、１ｋｅＶ超、１００ｋｅＶ超、１ＭｅＶ超、又は１０ＭｅＶ超であってもよい。
【０１６６】
実施例２３
[00203]制御核融合機器の一実施形態において、当該制御核融合機器は全体的に図３に示したようなものである。このため、ワイヤ上に位置決めされた複数のホウ素構造体が内側電極と外側電極との間のホウ素化合物のホウ素シェルを構成していてもよい。
【０１６７】
実施例２４
[00204]制御核融合機器の本実施形態は、相対的にコンパクト且つ小型とすることができる。これにより、サイズが問題となる多くの用途にこれらの機器を採用することができる。また、これら小さな機器をいくつか併用して、所要量の電力を供給することも可能である。これらの機器は、例えばおよそ小型冷蔵庫、ゴルフクラブのバッグ、スーツケース、数フィート×数フィート、例えば大型のコーヒー缶のサイズである１平方フィート以下のサイズ等、本質的に小型且つコンパクトにすることができる。
【０１６８】
[00205]そこで、図２５には、卓上制御核融合機器２５００の一実施形態の斜視図を示している。機器２５００はテーブル２５０１（２フィート×２フィート）に備え付けられている。また、機器２５００はその軸端に２つの磁石ホルダー２５０３、２５０２を有する。各磁石ホルダーは磁石２５０９、２５０８を保持している。磁石ホルダー２５０３、２５０２間には回転ガスを封じ込めるアセンブリが存在し、このアセンブリはハウジング２５１０の軸端に取り付けられた２つの外側カバーフランジ２５１２、２５１１を有する。ハウジング２５１０及びフランジ２５１２、２５１１は、ガスが回転する空洞２５０６を形成している。ハウジング２５１０の内表面２５０７は核融合プロセスが主に生じる表面である。また、ハウジング２５１０は外側電極として機能する。内側電極２５０４は放電ヘッド２５０５を有する。また、このアセンブリは取り付け具２５２４及び２５１７により保持されている。各取り付け具は、それぞれ底部アーム２５２４ａ、２５１７ａ及び上部キャップ２５２４ｂ、２５１７ｂを有する。ガス入口ライン２５１５が開口２５１５ａを有し、ガス出口２５１６が出口開口（図示せず）を有する。ハウジング２５１０の周りを水が循環できるように、冷却水循環ライン、入口２５１４、出口２５１３が設けられている。
【０１６９】
[00206]図２５Ｂは図２５の実施形態の断面図であり、図２５Ｃは図２５の実施形態の構成要素を示した分解図である。
【０１７０】
実施例２４ａ
[00207]実施例２４の機器は、核融合物質の供給によって非中性子核融合を可能としており、電気自動車に給電するためのものである。
【０１７１】
実施例２４ｂ
[00208]図２５の実施形態は図２４の機器よりも大きく、物質供給によって中性子核融合及び中性子の生成を可能としている。この機器は医療機器で使用することにより、制御して的を絞った中性子ビームによる疾患の治療が可能である。
【０１７２】
実施例２４ｃ
[00209]図２５の実施形態は、小型で外径がおよそ６インチ未満であり、物質供給によって中性子核融合及び中性子の生成を可能としている。この機器は、石油及びガス探索用（例えば石油探鉱用）縦穴検層及び測定具（ＬＷＤ、ＭＷＤ、及びＬＭＷＤと称する場合が多い）に組み込まれている。機器により生成された中性子を分析目的で使用することにより、掘削孔に関連する形成の性質を評価する。この機器で中性子を生成するのに必要な電力はわずか（いくつかの実施形態においてはゼロ）であるため、特に、例えば１０，０００フィート超の非常に深い（すなわち長い）掘削孔の測定又は検層においては、縦穴に電気を伝送する際の大幅な電力損失を克服する必要がないため、非常に有益である。
【０１７３】
実施例２５
[00210]本実施例の実施形態においては、マイクロ波源を使用することにより、ガス（弱イオン化ガス）の回転の始動を補助する。このように、マイクロ波源であれば、電流を用いてガスの初期の回転を得る場合よりも必要な電力が少なくて済むので、マイクロ波発生器を使用することによって、より良好（例えば、より効率的）なエネルギーバランスが可能となる。
【０１７４】
[00211]そこで、図２６には、卓上制御核融合機器２６００の一実施形態の斜視図を示している。機器２６００はテーブル２６０１（１フィート×２フィート）に備え付けられている。また、機器２６００はその軸端に２つの磁石ホルダー２６０３、２６０２を有する。各磁石ホルダーは磁石２６０９、２６０８を保持している。磁石ホルダー２６０３、２６０２間には、回転ガスを封じ込めるアセンブリが存在し、このアセンブリは２つの外側カバーフランジ２６１２、２６１１を有する。フランジ２６１２はハウジング２６１０の軸端に取り付けられている。ハウジング２６１０の他端にはフランジ状のマイクロ波供給アセンブリ２６５０が取り付けられており、このアセンブリ２６５０にフランジ２６１１が取り付けられている。また、アセンブリ２６５０にはマイクロ波源２６５１が取り付けられている。ハウジング２５１０、アセンブリ２６５２、及びフランジ２６１２、２６１１は、ガスが回転する空洞を形成している。ハウジング２６１０の内表面は核融合プロセスが主に生じる表面である。また、ハウジング２６１０は外側電極として機能する。内側電極２６０４は放電ヘッドを有する。また、このアセンブリは取り付け具２６２４及び２６１７により保持されている。各取り付け具は、それぞれ底部アーム２６２４ａ、２６１７ａ及び上部キャップ２６２４ｂ、２６１７ｂを有する。ガス入口ライン２６１５が開口２６１５ａを有し、ガス出口２６１６が出口開口（図示せず）を有する。ハウジング２６１０の周りを水が循環できるように、冷却水循環ライン、入口２６１４、出口２６１３が設けられている。
【０１７５】
実施例２６
[00212]全体的に図３に示したような機器を用いて、核融合相互作用を実行した。図２７は、ガスを回転させるために機器に印加した電流及び電圧を示している。これにより、線２７０２は電極の経時的（ｍｓ）な電圧を示している。また、線２７０１は、経時的なパルス電流（アンペア）を示している。これら２つの線は、ＣＷ電圧とパルス中の電流との関係を示している。図２７のグラフ上の点（Ａ）は図２７Ａに対応し、図２７のグラフ上の点（Ｂ）は図２７Ｂに対応し、図２７のグラフ上の点（Ｃ）は図２７Ｃに対応し、図２７のグラフ上の点（Ｄ）は図２７Ｄに対応し、図２７のグラフ上の点（Ｅ）は図２７Ｅに対応し、図２７のグラフ上の点（Ｆ）は図２７Ｆに対応している。
【０１７６】
[00213]図２７Ａ〜図２７Ｆは、核融合機器の回転ガス空洞内で撮った写真を模式的に示している。図２７Ａは反応が起こっておらず、弱イオン化ガスが印加電圧によって回転し、パルスの印加が始まったばかりの状態を示している。図２７Ｂは核融合生成物の形成が始まった状態を示しており、点Ｃ及び点Ｄを通ってパルスが大きくなるにつれ、核融合反応生成物も増えている。例えば電流の低下等によってパルスが停止しても（点Ｅ及び点Ｆ）、核融合反応及び核融合生成物の生成は続いている。
【０１７７】
実施例２７
[00214]全体的に図３に示したような機器を用いて、核融合相互作用を実行した。図２８は、時間１０．７ｍｓにおいて、５８７．５ｎｍ（±２．５ｎｍ  ＦＷＨＷ）を中心とするフィルタを用いて観測したＨｅ  ｌニュートラルの放出２８０１を図解表示したものであり、ガスを回転させるために機器に印加した電流及び電圧を示している。
【０１７８】
実施例２８
[00215]全体的に図３に示したような機器を用いて、核融合相互作用を実行した。図２９は、時間１０．７ｍｓにおいて、５８７．５ｎｍ（±２．５ｎｍ  ＦＷＨＷ）を中心とするフィルタを用いて観測したＨｅ  ｌニュートラルの放出を図解表示したものである。核融合生成物及び弱イオン化ガス２９０１は、２．５２×１０６ｍ／ｓで計算したものであり、核融合生成物及び弱イオン化ガス２９０２は、１．６３×１０６ｍ／ｓで計算したものであり、核融合生成物及び弱イオン化ガス２９０３は、１．１５×１０６ｍ／ｓで計算したものであり、核融合生成物及び弱イオン化ガス２９０４は、９．９５×１０５ｍ／ｓで計算したものである。
【０１７９】
実施例２９
[00216]図３０及び図３１は、ホウ素ターゲットを用いた場合及びホウ素ターゲットを用いていない場合のＨｅ放出の強度を示している。
【０１８０】
[00217]エネルギー蓄積及び生成機器の有効性及び有用性は、比エネルギー及び比出力の観点で論じることが多い。同時に高い比エネルギー及び高い比出力を併せ持つことが非常に望ましい。また、所定の比エネルギー及び比出力を有するのが望ましい場合がある。
【０１８１】
[00218]比エネルギーは通常Ｊ／ｋｇ又はＪ／Ｌ（容積測定）で測定される。一方、比出力は通常Ｗ／ｋｇ又はＷ／Ｌで測定される。これらの値は、所与のサイズの系の総エネルギー生成量及びエネルギー生成率を示す。
【０１８２】
[00219]比エネルギーの代表的な値は、スーパーキャパシタの場合の１０−８Ｊ／ｋｇから圧縮水素の場合の１０８Ｊ／ｋｇ（１０６Ｊ／Ｌ）まで変化する。比出力の代表的な値は１Ｗ／ｋｇから１０４Ｗ／ｋｇまで変化する。ただし、本発明に至るまでは、一定レベルを超える比エネルギー及び出力（又はその組み合わせ）は許容できないものであった。さらに、例えばロケットエンジンは、比較的高い比出力を有し得るが、サイズの縮小又は拡大は容易ではない。したがって、ここでは制御核融合機器が下表に応じた比出力及び比エネルギーを有し得ることが想定される。
【０１８３】
[00220]
【表１】
2020064062.tif 000016
【０１８４】
実施例３０
[00221]本実施形態において、機器における弱イオン化プラズマの回転は、波動及び粒子捕獲によって得られる。一般的に、機器においては内壁の近傍、好ましくは内壁に直接隣接して円形の電磁波が誘導される。イオン化粒子はこの円形波に結合し、機器の周りを移動することによって中性粒子を運ぶ。このように、機器における弱イオン化プラズマの高速回転は、磁界を必要とすることなく実現可能である。したがって、陽イオン、陰イオン、及び中性分子（ニュートラル）から成る３成分プラズマ系における非線形波動及び粒子捕獲及びイオン−ニュートラル結合の基本原理として理論化されているものを用いることにより、粒子の核融合相互作用に必要な条件が得られる。その結果としての集団現象は、各部分を合わせたものよりもはるかに豊富且つ多様である。通常、不安定なイオンは安定に保たれ、また逆帯電した粒子は波動ポテンシャルトラフにおいて分離した状態に保たれ、空間電荷の制約なく、非常に高い全体密度が得られる。ニュートラルとイオンとの間の衝突によって、電磁界による高密度媒体の制御が可能となる。これらの現象は、気体及び液体の両方に当てはまる。
【０１８５】
[00222]波動は粒子の集団運動の現れであり、エネルギー及び運動量を有する。粒子として波束を励起し、好ましい方向に向かわせることができる。陰イオン及び陽イオンとの波動の併用については、特にイオン及び中性分子が様々な濃度で共存する形態において、十分に研究されていない。
【０１８６】
[00223]位相速度が厳密に揃った進行電波は、陽イオン、陰イオン、及びニュートラルを高い速度まで加速することができる。１．５秒間すなわち９×１０６周期にわたって、１００Ｖ  ６ＭＨｚの電波を用いることにより、ニュートラルは９０００メートル毎秒を超えて加速する。陰イオン及び陽イオンの速度はそれぞれ、ある領域において負の大きな値を有しているように見えるが、これらの領域はこれらイオンの最も低い密度に対応していることに留意することが重要である。同様に、陰イオン、陽イオン、及びニュートラルの正の速度が最も高い領域は、粒子密度が最も高い領域に相関している。これにより、陰イオン、陽イオン、及びニュートラルの正味の運動量はそれぞれ前進方向である。これらのシミュレーションから、従来の理論に基づいて、ニュートラルはイオンと結合された場合に電波によって加速可能であり、陰イオン及び陽イオンは、ニュートラルと結合された場合に分離した状態に保たれ、ポテンシャル井戸及びトラフを用いることにより、陰イオン及び陽イオンの一群を交互に加速可能であることが立証される。
【０１８７】
[00224]上記実施例は、可能性空間の実例となるように意図したものである。また、比エネルギー及び比出力を計算する境界は、系の種類に応じて変更可能であることが了解されるものとする。
【０１８８】
[00225]エネルギー利用アセンブリ及び直接エネルギー変換アセンブリの種々実施形態は、個別又は一体として、様々な制御核融合機器に対する使用又は様々な制御核融合機器に関連した使用が可能である。これにより、例えば、機器の全体的なエネルギー変換効率を向上させるとともに、機器の構成要素を熱損傷から保護するため、直接エネルギー変換アセンブリにエネルギー利用アセンブリが付随していてもよい。同様にエネルギー利用アセンブリは、それぞれの表面に直接エネルギー変換アセンブリを有しているのが好ましい。このように、制御核融合機器における伝熱又は高エネルギー粒子捕獲の使用可能なすべての表面及び領域が利用されるようになっているのが好ましい。
【０１８９】
[00226]本明細書に記載の機器、方法、及びシステムの種々実施形態は、物質の形成等、様々な運用、他のエネルギー生成に使用するようにしてもよい。また、これらの実施形態は、例えば将来的に開発可能なシステム及び運用並びに本明細書の教示内容に基づいて一部を改良可能な既存のシステム及び運用に使用するようにしてもよい。さらに、本明細書に記載の種々実施形態は、全部又は一部を種々異なる組み合わせで互いに併用するようにしてもよい。これにより、例えば、本明細書の種々実施形態に示した構成を互いに併用するようにしてもよく、本発明が与える保護の範囲は、特定の実施形態、実施例、又は特定の図面の実施形態に記載の特定の実施形態、構成、又は配置に制限されることがないものとする。
【０１９０】
[00227]本発明は、その主旨又は本質的な特性から逸脱することなく、本明細書の具体的な開示以外の形態にて実施可能である。上記実施形態は、あらゆる点で一例に過ぎず、何ら限定的なものではないと考えるべきである。
【図１】
2020064062.tif 000017
【図２】
2020064062.tif 000018
【図２Ａ】
2020064062.tif 000019
【図２Ｂ】
2020064062.tif 000020
【図２Ｃ】
2020064062.tif 000021
【図２Ｄ】
2020064062.tif 000022
【図２Ｅ】
2020064062.tif 000023
【図３】
2020064062.tif 000024
【図４Ａ】
2020064062.tif 000025
【図４Ｂ】
2020064062.tif 000026
【図５Ａ】
2020064062.tif 000027
【図５Ｂ】
2020064062.tif 000028
【図５Ｃ】
2020064062.tif 000029
【図６】
2020064062.tif 000030
【図７】
2020064062.tif 000031
【図８Ａ】
2020064062.tif 000032
【図８Ｂ】
2020064062.tif 000033
【図８Ｃ】
2020064062.tif 000034
【図８Ｄ】
2020064062.tif 000035
【図８Ｅ】
2020064062.tif 000036
【図８Ｆ】
2020064062.tif 000037
【図９Ａ】
2020064062.tif 000038
【図９Ｂ】
2020064062.tif 000039
【図１０】
2020064062.tif 000040
【図１１】
2020064062.tif 000041
【図１２】
2020064062.tif 000042
【図１３】
2020064062.tif 000043
【図１４】
2020064062.tif 000044
【図１５】
2020064062.tif 000045
【図１６】
2020064062.tif 000046
【図１７】
2020064062.tif 000047
【図１８】
2020064062.tif 000048
【図１９】
2020064062.tif 000049
【図２０】
2020064062.tif 000050
【図２１】
2020064062.tif 000051
【図２２】
2020064062.tif 000052
【図２３】
2020064062.tif 000053
【図２４Ａ】
2020064062.tif 000054
【図２４Ｂ】
2020064062.tif 000055
【図２５】
2020064062.tif 000056
【図２５Ａ】
2020064062.tif 000057
【図２５Ｂ】
2020064062.tif 000058
【図２６】
2020064062.tif 000059
【図２６Ａ】
2020064062.tif 000060
【図２７】
2020064062.tif 000061
【図２７Ａ】
2020064062.tif 000062
【図２７Ｂ】
2020064062.tif 000063
【図２７Ｃ】
2020064062.tif 000064
【図２７Ｄ】
2020064062.tif 000065
【図２７Ｅ】
2020064062.tif 000066
【図２７Ｆ】
2020064062.tif 000067
【図２８】
2020064062.tif 000068
【図２９】
2020064062.tif 000069
【図３０】
2020064062.tif 000070
【図３１】
2020064062.tif 000071
【手続補正書】
【提出日】令和1年12月23日(2019.12.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁界を生成するように構成された超伝導磁石と、
前記超伝導磁石及びそれにより生成された前記磁界内に配置された外側電極及び内側電極と、
前記外側電極の内表面上に配置された１つ以上の板と、
前記内側電極上に配置された絶縁体であり、前記内側電極の非絶縁部が、軸方向に前記１つ以上の板の真向かいに配置される、前記絶縁体と、
前記外側電極と前記内側電極との間に規定される空間に作動ガスを導入するように構成された作動ガス入口ラインと、
前記外側電極と前記内側電極との間にわたる電圧を提供することにより、電界を生成し、前記作動ガスのイオン化を誘導して、前記磁界及び結果として生じるローレンツ力によって前記空間内に回転を与えるプラズマ電流を生成するように電気的に構成された電界発生源であり、前記電界発生源は、前記外側電極と前記内側電極との間にパルスを生成することにより弱イオン化プラズマを生成するように更に構成され、前記弱イオン化プラズマ内におけるイオンとニュートラル粒子との衝突が前記空間内の回転を加速させる、前記電界発生源と、
を備える、制御核融合機器。
【請求項２】
前記電界発生源が、前記磁界と実質的に垂直な方向に前記外側電極と前記内側電極との間に規定される前記空間を通って延びる電界を生成するように構成されることによって、前記弱イオン化プラズマ内のイオンが、少なくとも最初は前記電界に沿って移動し、前記磁界によるローレンツ力を受けるように誘導される、請求項１に記載の制御核融合機器。
【請求項３】
前記超伝導磁石が、少なくとも１つの電磁石及び／又は少なくとも１つの永久磁石を備える、請求項２に記載の制御核融合機器。
【請求項４】
前記超伝導磁石が、およそ１００，０００回転毎秒より大きな前記弱イオン化プラズマの平均回転速度を誘導するのに十分な強度の磁界を前記外側電極と前記内側電極との間に規定される前記空間内に生成するように構成される、請求項２又は３に記載の制御核融合機器。
【請求項５】
前記外側電極と前記内側電極との間に規定される前記空間の対称軸が前記磁界と実質的に平行となるように、前記外側電極と前記内側電極とが互いに同軸である、請求項２〜４のいずれか一項に記載の制御核融合機器。
【請求項６】
前記電界発生源が、前記外側電極と前記内側電極との間に規定される前記空間内で実質的に半径方向に延びる電界を生成するように前記外側電極と前記内側電極との間の電圧を供給するように構成される電源を含む、請求項２〜５のいずれか一項に記載の制御核融合機器。
【請求項７】
前記外側電極と前記内側電極との間の前記空間内に回転定在波が発生するように、電磁波を前記空間に印加するように構成された高周波供給装置を更に備え、前記回転定在波が、定在電磁波を支持するように構成された前記空間中の前記弱イオン化プラズマを回転させるように構成される、請求項２〜６のいずれか一項に記載の制御核融合機器。
【請求項８】
前記高周波供給装置に印加される前記電磁波に変調を適用して、前記弱イオン化プラズマの回転を促進するように構成された変調器を更に備える、請求項７に記載の制御核融合機器。
【請求項９】
前記変調器が、調節可能な変調周波数を適用するように構成される、請求項８に記載の制御核融合機器。
【請求項１０】
前記外側電極と前記内側電極との間の前記空間に対して動作可能に結合された光子源を更に備え、前記光子源が、少なくとも前記作動ガスへの照射によって、前記作動ガスを前記空間内で回転させるのに十分な光子圧力を生成するように構成される、請求項１に記載の制御核融合機器。
【請求項１１】
前記光子源がレーザを備える、請求項１０に記載の制御核融合機器。
【請求項１２】
前記作動ガスが、水素−１、重水素、三重水素、ヘリウム−３、リチウム−６、リチウム−７、ホウ素−１１及び窒素−１５から成る群から選択され、前記板が、水素−１、重水素、三重水素、ヘリウム−３、リチウム−６、リチウム−７、ホウ素−１１及び窒素−１５から成る群から選択される核融合反応物を含む、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の制御核融合機器。
【請求項１３】
イオンのニュートラルに対する比率が１〜およそ１００００超である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の制御核融合機器。
【請求項１４】
前記作動ガスが第１の作業物質であり、前記１つ以上の板が第２の作業物質を含み、前記制御核融合機器が、核融合が生じる領域において前記第１の作業物質及び前記第２の作業物質の粒子密度が合わせて１０２３個毎立方センチメートル超に達するように、回転速度を誘導するように構成される、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の制御核融合機器。
【請求項１５】
前記外側電極と前記内側電極との間に規定された前記空間に対して動作可能に結合されたエネルギー利用アセンブリを更に備え、前記エネルギー利用アセンブリが、核融合により生成されたエネルギーを前記空間に隣接する領域から取り出すように構成される、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の制御核融合機器。
【請求項１６】
前記１つ以上の板が、前記外側電極の前記内表面の周りに配置された連続リングを規定する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の制御核融合機器。
【請求項１７】
前記内側電極の前記非絶縁部が、前記絶縁体によって覆われた前記内側電極の残部よりも大きくなっている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の制御核融合機器。
【請求項１８】
前記内側電極の前記非絶縁部が、前記内側電極の端部に配置される、請求項１７に記載の制御核融合機器。
【請求項１９】
複数の水冷ラインを更に備える、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の制御核融合機器。
【請求項２０】
制御装置を更に備え、前記制御装置が、コンピュータ及び／又は１つ以上の手動スイッチである、請求項１〜１９のいずれか一項に記載の制御核融合機器。
【請求項２１】
制御装置を更に備え、前記制御装置が、連続波放電回路及びパルス放電回路を含む、請求項１〜２０のいずれか一項に記載の制御核融合機器。
【請求項２２】
圧力チャンバを更に備え、前記圧力チャンバ内に前記外側電極及び前記内側電極が設けられる、請求項１〜２１のいずれか一項に記載の制御核融合機器。
【請求項２３】
クーロン障壁を低下させるために前記外側電極と前記内側電極との間に規定された前記空間内に電子が放出されることによって、前記空間内の前記プラズマにおいて２つの近づく粒子間の衝突が促進される、請求項１〜２２のいずれか一項に記載の制御核融合機器。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１９０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１９０】
[00227]本発明は、その主旨又は本質的な特性から逸脱することなく、本明細書の具体的な開示以外の形態にて実施可能である。上記実施形態は、あらゆる点で一例に過ぎず、何ら限定的なものではないと考えるべきである。
本明細書は以下の実施形態を開示する。
（実施形態１）
物質の制御核融合反応のためのシステムであって、
ａ．内表面及び外表面を備える第１のハウジングであり、前記内表面が空洞を規定した、第１のハウジングと、
ｂ．前記空洞内に配置された内側ハウジングであり、前記内側ハウジングが内表面を有し、前記内表面が回転空洞を規定した、内側ハウジングと、
ｃ．前記回転空洞内に配置された弱イオン化プラズマを形成する第１の物質と、
ｄ．前記回転空洞と関連付けられた第２の物質と、
ｅ．イオン化装置であり、前記イオン化装置が前記第１の物質と動作可能に関連付けられることによって、前記第１の物質の成分をイオン化することによりプラズマを生成可能なイオン化装置と、
ｆ．前記イオン化装置、前記第１のハウジング、及び前記回転チャンバと動作可能に関連付けられることにより、前記回転チャンバにおいて前記プラズマを高速で回転可能な回転誘導アセンブリと、
ｇ．前記プラズマの高速回転中に前記第１の物質及び前記第２の物質の前記核融合反応を提供するように構成された前記回転チャンバと、
を具備した、システム。
（実施形態２）
前記核融合反応が、非中性子性である、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態３）
前記核融合反応が、中性子性である、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態４）
前記第１の物質が、水素を含む、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態５）
前記第１の物質が、水素を含む、実施形態２に記載のシステム。
（実施形態６）
前記第１の物質が、水素を含む、実施形態３に記載のシステム。
（実施形態７）
前記第１の物質が、水素、重水素、三重水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素、及び酸素から成る群から選択される物質を含む、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態８）
前記第１の物質が、水素、重水素、三重水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素、及び酸素から成る群から選択される物質を含む、実施形態２に記載のシステム。
（実施形態９）
前記第１の物質が、水素、重水素、三重水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素、及び酸素から成る群から選択される物質を含む、実施形態３に記載のシステム。
（実施形態１０）
前記第１の物質が、気化した固体を含む、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態１１）
前記第１の物質が、気化した固体を含む、実施形態２に記載のシステム。
（実施形態１２）
前記第１の物質が、気化した固体を含む、実施形態３に記載のシステム。
（実施形態１３）
前記第１の物質が、水素、ヘリウム、アルゴン、及び気化した固体から成る群から選択される物質を含む、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態１４）
前記第２の物質が、ホウ素を含む、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態１５）
前記第２の物質が、ホウ素を含む、実施形態２に記載のシステム。
（実施形態１６）
前記第２の物質が、ホウ素を含む、実施形態７に記載のシステム。
（実施形態１７）
前記第２の物質が、ホウ素を含む、実施形態８に記載のシステム。
（実施形態１８）
前記第２の物質が、ホウ素を含む、実施形態９に記載のシステム。
（実施形態１９）
前記第２の物質が、ホウ素−１１を含む、実施形態１４に記載のシステム。
（実施形態２０）
前記第２の物質が、リチウムを含む、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態２１）
前記第２の物質が、リチウム−６を含む、実施形態２０に記載のシステム。
（実施形態２２）
前記第１の物質が、水素−１を含む、実施形態４に記載のシステム。
（実施形態２３）
前記第２の物質が、窒化ホウ素及び六ホウ化ランタンから成る群から選択される物質を含む、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態２４）
前記第２の物質が、窒化ホウ素及び六ホウ化ランタンから成る群から選択される物質を含む、実施形態２に記載のシステム。
（実施形態２５）
前記第２の物質が、窒化ホウ素及び六ホウ化ランタンから成る群から選択される物質を含む、実施形態４に記載のシステム。
（実施形態２６）
前記第１の物質及び前記第２の物質が、窒化ホウ素、六ホウ化ランタン、水素、重水素、三重水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素、酸素、気化した固体、水素−１、ホウ素−１１、リチウム−６、リチウム−７、ヘリウム−３、リチウム−６、及び窒素−１５から成る群から選択される物質を含む、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態２７）
前記第１の物質が、良好な電子放出体を含む、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態２８）
前記第１の物質が、良好な電子放出体を含む、実施形態２に記載のシステム。
（実施形態２９）
前記第１の物質が、良好な電子放出体を含む、実施形態３に記載のシステム。
（実施形態３０）
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態３１）
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、実施形態２に記載のシステム。
（実施形態３２）
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、実施形態３に記載のシステム。
（実施形態３３）
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、実施形態５に記載のシステム。
（実施形態３４）
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、実施形態７に記載のシステム。
（実施形態３５）
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、実施形態１０に記載のシステム。
（実施形態３６）
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、実施形態１４に記載のシステム。
（実施形態３７）
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、実施形態２０に記載のシステム。
（実施形態３８）
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、実施形態２４に記載のシステム。
（実施形態３９）
前記回転誘導アセンブリが、磁石を備えた、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態４０）
前記磁石が、超伝導磁石を含む、実施形態３０に記載のシステム。
（実施形態４１）
前記磁石が、永久磁石を含む、実施形態３０に記載のシステム。
（実施形態４２）
前記磁石が、少なくともおよそ０．５テスラの磁界を生成する能力を有する、実施形態３０に記載のシステム。
（実施形態４３）
前記磁石が、少なくともおよそ１テスラの磁界を生成する能力を有する、実施形態３０に記載のシステム。
（実施形態４４）
前記磁石が、少なくともおよそ２テスラの磁界を生成する能力を有する、実施形態３０に記載のシステム。
（実施形態４５）
前記回転誘導アセンブリが、超伝導磁石、永久磁石、電磁石、高周波源、マイクロ波源、レーザ、及びイオン銃から成る群から選択される機器を備えた、実施形態１〜９のいずれか一項に記載のシステム。
（実施形態４６）
核融合反応を誘導及び制御する機器であって、
回転器に対して動作可能に結合された回転チャンバと、
前記回転チャンバと関連付けられ、第１の作業物質を前記回転チャンバに導入するように構成された第１の反応物取り扱い機構であり、前記第１の作業物質が第１の核融合反応物を含む、第１の反応物取り扱い機構と、
前記回転チャンバと関連付けられ、第２の作業物質を前記回転チャンバ内で位置決めするように構成された第２の反応物取り扱い機構であり、前記第２の作業物質が第２の核融合反応物を含む、第２の反応物取り扱い機構と、
前記回転チャンバに対して動作可能に結合され、少なくとも前記第１の作業物質のイオン化を誘導して弱イオン化プラズマを生成するように構成されたプラズマ生成器と、
を備え、
前記回転器が、前記第１の核融合反応物と前記第２の核融合反応物との間で核融合反応が生じるように、前記回転チャンバ内において少なくとも前記第１の作業物質を含む前記弱イオン化プラズマの急速回転を誘導するように構成された、機器。
（実施形態４７）
前記回転器が、
前記回転チャンバを通って延びる磁界を生成するように構成された磁界発生器と、
前記磁界と実質的に垂直な方向に前記回転チャンバを通って延びる電界に沿って少なくとも最初は移動するとともに、前記磁界によるローレンツ力を受けるように前記弱イオン化プラズマ中のイオンが誘導されるように、前記電界を生成するように構成された電界発生器と、
を備えた、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態４８）
前記磁界発生器が、少なくとも１つの電磁石を備えた、実施形態４７に記載の機器。
（実施形態４９）
前記少なくとも１つの電磁石が、超伝導性である、実施形態４８に記載の機器。
（実施形態５０）
前記磁界発生器が、少なくとも１つの永久磁石を備えた、実施形態４７に記載の機器。
（実施形態５１）
前記少なくとも１つの永久磁石が、希土類磁石である、実施形態５０に記載の機器。
（実施形態５２）
前記磁界発生器が、０．５〜２テスラの磁界強度を前記回転チャンバ中に生成するように構成された、実施形態４７に記載の機器。
（実施形態５３）
前記磁界発生器が、およそ５０，０００〜１００，０００回転毎秒の前記弱イオン化プラズマの平均回転速度を誘導するのに十分な強度の磁界を前記回転チャンバ中に生成するように構成された、実施形態４７に記載の機器。
（実施形態５４）
前記磁界発生器が、およそ１００，０００回転毎秒より大きな前記弱イオン化プラズマの平均回転速度を誘導するのに十分な強度の磁界を前記回転チャンバ中に生成するように構成された、実施形態４７に記載の機器。
（実施形態５５）
前記回転チャンバが、略円筒状であり、前記回転チャンバの対称軸が前記磁界と実質的に平行となるように配向するように構成された、実施形態４７に記載の機器。
（実施形態５６）
前記電界発生器が、
前記回転チャンバの前記対称軸に実質的に沿って位置決めされた中心電極と、
実質的に円筒形状を有し、前記中心電極と同軸に位置決めされた外側電極と、
前記中心電極と前記外側電極との間に電圧を供給して、前記回転チャンバ内で実質的に半径方向に延びる電界を生成するように構成された電源と、
を備えた、実施形態５５に記載の機器。
（実施形態５７）
前記電源が、実質的に連続波（ＣＷ）の電圧を与えるように構成された電力機器を具備した、実施形態５６に記載の機器。
（実施形態５８）
前記電源が、１つ又は複数の電圧パルスを与えるように構成された電力機器を具備した、実施形態５６に記載の機器。
（実施形態５９）
前記電源が、少なくとも１つのエネルギー蓄積キャパシタを具備した、実施形態５６に記載の機器。
（実施形態６０）
前記回転チャンバが、定在電磁波を支持するようにさらに構成され、
前記回転器が、
前記回転チャンバ内に回転定在波が発生するように、電磁波を前記回転チャンバに印加するように構成された高周波供給装置を備え、
前記回転定在波が、前記回転チャンバ中の前記弱イオン化プラズマを回転させるように構成された、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態６１）
前記回転器が、前記高周波供給装置に印加される前記電磁波に変調を適用して、前記弱イオン化プラズマの回転を促進するように構成された変調器をさらに具備した、実施形態６０に記載の機器。
（実施形態６２）
前記変調器が、およそ１ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの振幅変調を適用するように構成された、実施形態６０に記載の機器。
（実施形態６３）
前記変調器が、およそ１ｋＨｚ〜２００ｋＨｚの位相変調を適用するように構成された、実施形態６０に記載の機器。
（実施形態６４）
前記変調器が、調節可能な変調周波数を適用するように構成された、実施形態６０に記載の機器。
（実施形態６５）
前記回転器が、前記回転チャンバに対して動作可能に結合された光子源を備え、前記光子源が、少なくとも前記第１の作業物質への照射によって、前記第１の作業物質を前記回転チャンバ内で回転させるのに十分な光子圧力を生成するように構成された、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態６６）
前記光子源が、レーザを備えた、実施形態６５に記載の機器。
（実施形態６７）
前記光子源を前記第１の作業物質へと案内する少なくとも１つの光ファイバをさらに備えた、実施形態６５に記載の機器。
（実施形態６８）
前記プラズマ生成器が、
前記第１の作業物質と動作可能に関連付けられた第１の電極と、
前記第１の作業物質と動作可能に関連付けられた第２の電極と、
前記第１の作業物質の一部をイオン化させるのに十分な電圧を前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加するように構成された電源と、
を備えた、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態６９）
前記プラズマ生成器が、
磁界を前記回転チャンバ内に印加するように構成された磁界発生器と、
前記第１の作業物質と動作可能に関連付けられ、電磁信号を前記回転チャンバに導入するように構成された高周波供給装置と、
を備え、
前記電磁信号の周波数が、前記電磁界から前記第１の作業物質への共鳴エネルギー移動によって前記第１の作業物質の少なくとも一部がイオン化されるように、前記磁界の存在下での前記第１の作業物質のシンクロトロン周波数に対応するように選択される、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態７０）
前記高周波供給装置が、導波管である、実施形態６９に記載の機器。
（実施形態７１）
前記第１の反応物取り扱い機構が、前記第１の作業物質を前記回転チャンバに注入するように構成された入口弁アセンブリを備えた、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態７２）
前記第２の反応物取り扱い機構が、前記第２の作業物質を前記回転チャンバに注入するように構成された入口弁アセンブリを備えた、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態７３）
前記第２の反応物取り扱い機構が、前記第２の作業物質を前記回転チャンバ内に位置決めするように構成された搭載アセンブリを備えた、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態７４）
前記搭載アセンブリが、前記回転チャンバ内で実質的に固定されたアセンブリをさらに備えた、実施形態７３に記載の機器。
（実施形態７５）
前記搭載アセンブリが、前記第２の作業物質の前記回転チャンバへの挿入及び前記回転チャンバからの取り出しを行うように構成された可動棒をさらに備えた、実施形態７３に記載の機器。
（実施形態７６）
前記第１の核融合反応物が、水素−１である、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態７７）
前記第１の作業物質が、水素である、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態７８）
前記第１の作業物質が、希ガスを含む、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態７９）
前記希ガスが、前記第１の核融合反応物の担体である、実施形態７８に記載の機器。
（実施形態８０）
前記第２の核融合反応物が、ホウ素−１１である、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態８１）
前記第２の作業物質が、窒化ホウ素及び六ホウ化ランタンの一方である、実施形態８０に記載の機器。
（実施形態８２）
前記第１の核融合反応物が、水素−１、重水素、三重水素、ヘリウム−３、リチウム−６、リチウム−７、ホウ素−１１、及び窒素−１５から成る群から選択される、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態８３）
前記第２の核融合反応物が、水素−１、重水素、三重水素、ヘリウム−３、リチウム−６、リチウム−７、ホウ素−１１、及び窒素−１５から成る群から選択される、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態８４）
前記第１の核融合反応物及び前記第２の核融合反応物が、同じ種類の原子核を含む、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態８５）
前記第１の核融合反応物及び前記第２の核融合反応物が、異なる種類の原子核を含む、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態８６）
前記第１の核融合反応物及び前記第２の核融合反応物の少なくとも一方が、高効率の電子放出体である物質を含む、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態８７）
前記回転チャンバが、銅を含む構造を備えた、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態８８）
前記回転チャンバが、銅、ステンレス鋼、銀、金属メッキ、セラミック、複合材、プラスチック、金属、半金属、有機物、酸化物、ガラス、ポリマー材料、合金、及びグラファイトから成る群から選択される１つ又は複数の材料で作製された構造を備えた、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態８９）
前記回転チャンバ及び前記回転器が、イオンのニュートラルに対する比率が１〜およそ１００超である弱イオン化プラズマと関連して動作するように構成された、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態９０）
前記回転チャンバ及び前記回転器が、イオンのニュートラルに対する比率が１〜およそ１０００超である弱イオン化プラズマと関連して動作するように構成された、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態９１）
前記回転チャンバ及び前記回転器が、イオンのニュートラルに対する比率が１〜およそ１００００超である弱イオン化プラズマと関連して動作するように構成された、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態９２）
前記回転器が、前記回転チャンバの領域における前記弱イオン化プラズマの粒子密度が少なくとも１０１７個毎立方センチメートルに達するように、回転速度を誘導するように構成された、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態９３）
前記回転器が、前記回転チャンバの領域における前記弱イオン化プラズマの粒子密度が少なくとも１０１８個毎立方センチメートルに達するように、回転速度を誘導するように構成された、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態９４）
前記回転器が、核融合が生じる領域において前記第１の作業物質及び前記第２の作業物質の粒子密度が合わせて１０２２個毎立方センチメートル超に達するように、回転速度を誘導するように構成された、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態９５）
前記回転器が、核融合が生じる領域において前記第１の作業物質及び前記第２の作業物質の粒子密度が合わせて１０２３個毎立方センチメートル超に達するように、回転速度を誘導するように構成された、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態９６）
前記回転チャンバに対して動作可能に結合されたエネルギー利用アセンブリをさらに備え、前記エネルギー利用アセンブリが、核融合により生成されたエネルギーを前記回転チャンバに隣接する領域から取り出すように構成された、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態９７）
前記エネルギー利用アセンブリが、前記回転チャンバに対して熱的に結合された熱交換器を備えた、実施形態９６に記載の機器。
（実施形態９８）
前記熱交換器が、前記回転チャンバを少なくとも部分的に囲むシュラウドとして構成された、実施形態９７に記載の機器。
（実施形態９９）
前記熱交換器が、前記回転チャンバと熱的に接触し、熱エネルギーを運ぶ作動流体を搬送するコイルを具備するように構成された、実施形態９７に記載の機器。
（実施形態１００）
前記作動流体が、水、高圧水、蒸気、及び液体ナトリウムから成る群から選択される、実施形態９９に記載の熱交換器。
（実施形態１０１）
前記回転チャンバの近傍に位置決めされ、前記核融合反応において生成された粒子を減速及び捕集するように構成された物質を前記エネルギー利用アセンブリが備えた、実施形態９６に記載の機器。
（実施形態１０２）
前記回転チャンバの近傍に位置決めされ、粒子を減速及び捕集するように構成された前記物質が、前記回転チャンバの近傍に位置決めされた前記物質から熱を除去するように構成された熱交換器にさらに結合された、実施形態１０１に記載の機器。
（実施形態１０３）
前記核融合反応において生成された荷電粒子からエネルギーを抽出し、前記エネルギーを電流に変換するように構成された直接エネルギー変換アセンブリをさらに備えた、実施形態４６に記載の機器。
（実施形態１０４）
前記核融合反応において生成された荷電粒子がＰＮ接合に衝突して電子−ホール対を生成することにより電流を誘導するように、前記回転チャンバに隣接して位置決めされた半導体ＰＮ接合のアレイをさらに備えた、実施形態１０３に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
（実施形態１０５）
仕事関数が低い第１の電極と仕事関数が高い第２の電極との間に配設された作業物質をさらに備え、荷電粒子が前記作業物質に衝突して電子−ホール対を生成することにより前記第１の電極及び前記第２の電極から電流を誘導するように、前記作業物質が、前記回転チャンバに隣接して配置された、実施形態１０３に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
（実施形態１０６）
前記作業物質が、希ガスである、実施形態１０５に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
（実施形態１０７）
前記作業物質が、ゲルである、実施形態１０５に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
（実施形態１０８）
前記作業物質が、液体である、実施形態１０５に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
（実施形態１０９）
前記液体作業物質が、配管システムを通して循環可能である、実施形態１０８に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
（実施形態１１０）
仕事関数が低い前記第１の電極が、マグネシウムで作製された、実施形態１０５に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
（実施形態１１１）
仕事関数が高い前記第２の電極が、金で作製された、実施形態１０５に記載の直接エネルギー変換アセンブリ。
（実施形態１１２）
回転チャンバにおいて、第１の作業物質中の第１の反応物と第２の作業物質中の第２の反応物との間で制御核融合を実現する方法であって、
前記第１の作業物質を軽くイオン化して、複数のイオンを生成するステップと、
イオン−ニュートラル結合によって、前記回転チャンバ内で前記第１の作業物質の急速回転を誘導するステップと、
前記第１の反応物及び前記第２の反応物の核融合を誘導するのに前記第１の作業物質の速度が十分に高い前記回転チャンバの領域に前記第１の反応物及び前記第２の反応物の両方を取り込むステップと、
を含む、制御核融合を実現する方法。
（実施形態１１３）
前記第１の作業物質の急速回転を誘導する前記ステップが、
軸の周りに生じることを意図された前記急速回転の前記軸に沿って、前記回転チャンバを通って延びる磁界を規定するステップと、
前記軸の周りに生じることを意図された前記急速回転の前記軸から半径方向外方に延びる電界を規定するステップであって、前記第１の作業物質の回転が実現されるように、前記複数のイオンが、前記電界により加速されるとともに、前記磁界によるローレンツ力を受けるステップと、
をさらに含む、実施形態１１２に記載の制御核融合を実現する方法。
（実施形態１１４）
前記第１の作業物質の急速回転を誘導する前記ステップが、前記磁界と実質的に垂直な方向に、前記軽くイオン化された第１の作業物質を通して電流パルスを印加するステップをさらに含む、実施形態１１３に記載の制御核融合を実現する方法。
（実施形態１１５）
空間電荷効果の作用によって前記核融合反応の断面が大きくなるように、高効率の電子放出体である前記第１の作業物質及び前記第２の作業物質の少なくとも一方を用意するステップをさらに含む、実施形態１１２に記載の制御核融合を実現する方法。
（実施形態１１６）
水素−１、重水素、三重水素、ヘリウム−３、リチウム−６、リチウム−７、ホウ素−１１、及び窒素−１５から成る群から選択される第１の反応物を含む第１の作業物質を用意するステップをさらに含む、実施形態１１２に記載の制御核融合を実現する方法。
（実施形態１１７）
水素−１、重水素、三重水素、ヘリウム−３、リチウム−６、リチウム−７、ホウ素−１１、及び窒素−１５から成る群から選択される第２の反応物を含む第２の作業物質を用意するステップをさらに含む、実施形態１１２に記載の制御核融合を実現する方法。
（実施形態１１８）
物質の制御核融合反応のためのシステムであって、
ａ．内表面及び外表面を備える第１のハウジングであり、前記内表面が空洞を規定した、第１のハウジングと、
ｂ．前記空洞内に配置された内側ハウジングであり、前記内側ハウジングが内表面を備え、前記内表面が回転空洞を規定した、内側ハウジングと、
ｃ．前記回転空洞内に配置された弱イオン化プラズマを形成する第１の物質と、
ｄ．前記回転空洞と関連付けられた第２の物質と、
ｅ．イオン化装置であり、前記イオン化装置が前記第１の物質と動作可能に関連付けられることによって、前記第１の物質の成分をイオン化することによりプラズマを生成可能なイオン化装置と、
ｆ．回転誘導アセンブリであり、前記回転誘導アセンブリが、前記イオン化装置、前記第１のハウジング、及び前記回転チャンバと動作可能に関連付けられることにより、前記回転チャンバにおいて前記プラズマを高速で回転可能であるとともに、前記第２の物質を解離可能な回転誘導アセンブリと、
ｇ．前記プラズマの高速回転中に前記第１の物質及び前記第２の物質の前記核融合反応を提供するように構成された前記回転チャンバと、
を具備した、システム。
（実施形態１１９）
前記第２の作業物質が、六ホウ化ランタンであることにより、ランタン及びホウ素に解離する、実施形態１１８に記載のシステム。
（実施形態１２０）
前記核融合反応による第３の物質と、前記第３の物質との核融合反応のための第４の物質とを備えた、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態１２１）
前記第３の物質が、アルファ粒子、ヘリウム−３、及び中性子から成る群から選択される物質を含む、実施形態１２０に記載のシステム。
（実施形態１２２）
前記第４の物質が、炭素、窒素、酸素、クロム、及びネオンから成る群から選択される物質を含む、実施形態１２０に記載のシステム。
（実施形態１２３）
前記第３の物質が、アルファ粒子、ヘリウム−３、及び中性子から成る群から選択される物質を含み、前記第４の物質が、炭素、窒素、酸素、クロム、及びネオンから成る群から選択される物質を含む、実施形態１２０に記載のシステム。
（実施形態１２４）
前記第１の物質及び前記第２の物質が、窒化ホウ素、六ホウ化ランタン、水素、重水素、三重水素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、キセノン、窒素、酸素、気化した固体、水素−１、ホウ素−１１、リチウム−６、リチウム−７、ヘリウム−３、リチウム−６、及び窒素−１５から成る群から選択される物質を含み、前記システムが、前記核融合反応による第３の物質を備え、前記第３の物質との反応のための第４の物質を備え、前記第４の物質が、炭素、窒素、酸素、クロム、及びネオンから成る群から選択される物質を含む、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態１２５）
前記核融合反応が、本質的に非中性子性である、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態１２６）
前記核融合反応が、本質的に中性子性である、実施形態１に記載のシステム。
（実施形態１２７）
前記第３の物質が、アルファ粒子、ヘリウム−３、及びガンマ線から成る群から選択される物質を含む、実施形態１２０に記載のシステム。
（実施形態１２８）
前記第３の物質が、アルファ粒子、ヘリウム−３、及びガンマ線から成る群から選択される物質を含み、前記第４の物質が、炭素、窒素、酸素、クロム、及びネオンから成る群から選択される物質を含む、実施形態１２０に記載のシステム。
【外国語明細書】
2020064062000001.pdf