(57)【要約】【課題】中性子を放出しない核融合炉発電システムに於いて、反水素ビームによるウラン箔核分裂後の熱電流の自己磁場閉じ込めを利用する核融合燃料ペレットに関して、中性子を放出しない陽子・ホウ素１１(p-B11)燃料を内蔵するペレットを使用して、ペレットの構造及び投入方法を反水素ビームに対して最適化する。【解決手段】燃料ペレットは、二個の球をメガネ状に接合した面に劣化ウラン箔を配置してなる。 反水素ビームを左右から重ならないように一対以上設置し、真空容器の中心に到達した瞬間に照射することによりウランを核分裂を生じさせ、金属セルを通過した熱電流が反水素ビーム管を通過する電流で発生する磁場を利用して、核融合燃料の核融合ブラズマを真空容器の中心部に閉じ込める。負高電圧のシールドでアルファー線を減速し、核融合エネルギーを吸収したブランケット内部の熱で発電して、中性子を放出しない核融合発電システムを構成する。【選択図】図１
2014185948.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反陽子と陽電子の反水素ビームによる劣化ウラン核分裂後の熱電流の磁場閉じ込めを利用する核融合炉による発電に於いて、反水素ビーム管、劣化ウラン箔、金属セル及び核融合燃料からなる燃料ペレットは、二個の球をメガネ状に接合した面にはウラン箔を配置して、 反水素ビーム源を左右から重ならないように一対以上設置し、核融合炉真空容器の上部からペレット重力安定錘の効果で水平姿勢で自然落下させ、真空容器の中心で反水素をウラン２３８の陽子に衝突させてウラン核分裂後に、金属セルを通過した熱電流が反水素ビーム管で発生する円筒状の磁場を利用して、陽子・ホウ素１１(p-B11)核融合燃料の高温核融合ブラズマを閉じ込めて、ブランケット内部の熱で中性子を放出しない核融合発電をすることを特徴とする、反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項２】
該核融合発電システムは、反水素をウランの陽子に衝突させてウラン核分裂を生じさせ、金属セルを通過した強い熱電流が反水素ビーム管で発生する円筒状の強磁場を利用して陽子・ホウ素１１(p-B11)燃料の高温核融合ブラズマを閉じ込め、核融合発電することを特徴とする、請求項１記載の反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項３】
該核融合発電システムは、熱発電に加えて直流発電を含むことを特徴とする、請求項１又は２記載の反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項４】
該核融合ペレットは、直径８ｍｍ程度の二個の球をメガネ状に接合した面に劣化ウラン箔を配置し、 真空容器上部からペレット吊下げ線で鉛直にした後、吊下げ線レーザーカッタで切り、ペレット通過トリガで遅延パルスを発生し、ペレットは自然落下して核融合炉真空容器の中心で反水素ビームの照射により核融合を生じ、このエネルギーで発電することを特徴とする、請求項１記載の反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項５】
該ペレット吊下げ線は、カーボンファイバ製であることを特徴とする、請求項４記載の反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項６】
該ペレット吊下げ線は、金属製であることを特徴とする、請求項４記載の反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項７】
該核融合ペレットは重力安定錘を有し、該重力安定錘の効果で水平姿勢を保ちつつ自然落下することを特徴とする、請求項４記載の反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項８】
該重力安定錘は、鉛製であることを特徴とする、請求項７記載の反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項９】
該核融合燃料ペレットの金属殻の材質は、白金、ロジウム、錫、タングステン又はウランのいずれ化を含む合金であることを特徴とする、請求項１記載の反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項１０】
該反水素ビーム導管はチタン、銅又は白金のいずれ化を含む合金であることを特徴とする、請求項１記載の反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項１１】
該核融合燃料ペレットの金属殻に設置された反水素ビーム導管の開口部は、縦長の形状であることを特徴とする、請求項１記載の反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項１２】
該核融合燃料ペレットの金属殻に設置された反水素ビーム導管の開口部は、スリット状であることを特徴とする、請求項１記載の反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項１３】
該核融合発電システムの点火後のプラズマ衝撃からペレット落下装置を保護するために、ペレットガイド下部にシャッターを設置することを特徴とする、請求項１記載の反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項１４】
該核融合発電システムの真空容器内側に負高電圧のアルファー線シールド２１を設置し、アルファー線を減速して、真空容器を保護することを特徴とする、請求項１記載の反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項１５】
該核融合発電システムのペレットの直径を３ｃｍ程度に拡大し、核分裂破片導入管を追加されてなり、核分裂破片が核融合燃料の奥に達する、中性子を放出しない反水素点火の陽子・ホウ素１１核爆薬。
【請求項１６】
該核融合発電システムのペレットを、単一のウラン外殻ペレットによる構成としたことを特徴とする、請求項１記載の反水素点火の陽子・ホウ素１１核融合発電システム。
【請求項１７】
該ペレットを、単一のウラン外殻ペレットによる構成としたことを特徴とする、請求項１５記載の中性子を放出しない反水素点火の陽子・ホウ素１１核爆薬。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反水素ビームによるウラン箔核分裂後の熱電流磁場閉じ込めを利用して、核融合陽子・ホウ素１１(p-B11)燃料プラズマを間歇的に発生することにより、中性子を放出しない核融合発電に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下のような核融合反応が、反応の容易さの順にある。
（１）  D-T   重水素＋三重水素  ： ヘリウム（3.5MeV） ＋ 中性子（14.1 MeV）
（２）  D-D   重水素＋重水素    ：  ヘリウム3（0.8MeV）＋中性子（2.5MeV）
（３）  D-3He 重水素＋ヘリウム３： ヘリウム4（3.7MeV）＋陽子（14.7MeV）
（４）  p-B11 陽子・ホウ素１１   : ３  ヘリウム4（8.7MeV）
括弧内はそれぞれの粒子の持つ運動エネルギーを eV（電子ボルト）の単位で示す。これらの反応に関係する物質のうち、重水素（D）は通常の水に含まれ、ほぼ無尽蔵に存在するといえる。三重水素（T）は半減期12.7年で弱いβ線をだす放射性物質で、天然にはわずかしか存在しない。
【０００３】
上記（１）の DーT 反応で発生した中性子をリチウムに当てると三重水素が発生する。ヘリウム3（3He）は地球上には極くわずかしか存在しないが、月には豊富に存在することが確認されている。DーT 反応で発生する中性子は14.1MeV（約1，400万電子ボルト）と高いエネルギーを有し、この運動エネルギーを熱エネルギーに変換する炉構造物（ブランケット）を放射化する。安全上、実用の核融合炉の構造材には放射化しにくい材料（シリコンカーバイトやバナジウム合金等）の利用を考慮する必要がある。（２）の DーD 反応の中性子のエネルギーは 2.5MeVと低く、中性子による構造材の損傷は低減する。
【０００４】
（３）の Dー3He 反応もより高いプラズマパラメーターを必要とするが、その特徴は核融合反応の結果発生する粒子はすべて荷電粒子であり、粒子の運動エネルギーを効率良く直接電力に変換する、いわゆる直接発電が原理のうえで可能なことである。陽子による構造材の損傷は小さいが、高速の陽子の長時間照射で材料はかなり放射化するので、この場合も低放射化材料の開発は必要となる。さらに資源としてのヘリウム３の確保に課題がある。核融合炉としての利用の観点からは、比較的に容易な DーT 反応を第一候補とし、研究の進んだ段階でさらなる性能向上に Dー3He 反応の利用を考慮しているが、Dー3He 反応の副反応として（２）の 重水素＋重水素により中性子が発生する。
【０００５】
さらに（４）の 陽子・ホウ素１１ (p-B11) の成分は、自然界に存在する物質だけで反応が構成されるため、非常にクリーンである。ホウ素自体も水素ほど無尽蔵には存在しないが入手性は悪くなく、実用化されれば期待ができる。陽子一ボロン11核融合は中性子を発生しないので魅力的ではあるが、自己点火温度が図５のように約二十億度(200 keV)と高く，これらを炉として役立たせるには何等かの抜本的な手法の開発が必要とされる。ボロンは中性子吸収断面積が高い材料として知られている。天然に存在するボロンには B10 と B11 の2種類の同位体があるが，中性子吸収能力が高い B10 の存在比は約20％であり，残りはほとんど吸収能力がない B11 である。この  B10 の存在比を高めた材料を濃縮ボロンと言うが，この濃縮ボロンはさらに高性能な中性子吸収材料となり，主としてt核分裂原子炉や D-T 核融合炉壁において制御材料として使用されている。
核融合反応で出てくるエネルギーは一定なので、必要なエネルギーを核融合反応から取り出すためには、頻度良く粒子が衝突する必要がある。衝突の頻度は、一定の領域に反応粒子が多いこと、その領域に1個の粒子が長く滞在することで向上する。即ち密度が高く、高温粒子の滞在の時定数（閉じ込め時間）が長いプラズマを実現しなければならない。
【０００６】
この3つの条件、温度、密度と閉じ込め時間の積を変数として、高温プラズマを保つための加熱入力と核融合出力が等しい条件を臨界プラズマ条件と呼び、高温プラズマを保つための核融合入力と核融合出力のアルファ粒子の持つ成分が等しい条件を自己点火条件と言い、ローソン図といわれる。アルファ粒子は高温プラズマ中に発生すると水素と同様に荷電粒子として磁場容器内に閉じ込められ、自らの持つエネルギーでプラズマを加熱する。自己点火条件は外部からの入力なしで  核融合反応が持続しうる条件である。磁場閉じ込め方式は、一度プラズマが自己点火すれば、定常燃焼が自動継続するので、エネルギー利得が自動的に定まる電力発振源と見做せる。これら３つのプラズマ条件の積、温度×密度×閉じ込め時間を核融合積と呼びプラズマパラメータの指標として用いる。DーT 反応の場合、閉じ込め時間が数秒で密度は 1020/m3（100兆個/cm3）、温度10keV（約1億度）以上が自己点火条件の範囲にはいる。陽子・ホウ素１１ (p-B11)の場合、閉じ込め時間が数マイクロ秒で密度は 1025/m3、温度200keV（約20億度）以上が自己点火条件である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１ー１２７９６８号公報
【特許文献２】特開２０１０ー５００７３号公報
【特許文献３】特開２００５ー１８９２２４号公報
【特許文献４】特表２０１０ー５４０９６２号公報
【０００８】
磁場方式（トカマク）の核融合炉については、国際核融合実験炉に続いて建設し二十年後の発電実証を目指すデモ核融合炉、さらに小型レーザー核融合炉などの設計研究を続けてきている。さらに、安価な装置を用いて高制御に核融合を発生させるために、レーザ光を利用することが試験されていて、レーザ装置を利用した核融合反応を利用した発電は、核分裂反応と比較してより安全な方法として期待されている。特許文献１によると、この核融合装置は、重水素又は三重水素を含有するターゲット基板と、ターゲット基板上に積層され、重水素又は三重水素を含有する薄膜層とを含む核融合ターゲット材と、収納する真空容器と薄膜層に向けて、連続した第１及び第２のパルスレーザ光を照射するレーザ装置とを備え、第１パルスレーザ光の強度は、第２パルスレーザ光の強度よりも小さく、且つターゲット基板から薄膜層を剥離可能な値に設定されている。
【０００９】
反物質である反陽子と陽電子は、それぞれ通常物質である陽子、電子と対消滅し、高エネルギーのガンマ線を発生する。電子ー陽電子対消滅はポジトロンＣＴ通称ＰＥＴに利用されている。また反陽子は陽子との対消滅でＧｅＶ級の超高エネルギーガンマ線を発生するが、ガンマ線の高透過力を利用した非破壊検査、ガンの放射線治療、核融合反応の点火などに利用できる。反陽子、陽電子は反物質であり、宇宙において大量に存在する通常物質と対消滅するので、保存、蓄積することが困難であり、実用的利用が難しくなっている。通常は反陽子、陽電子を粒子ビームとして磁場による偏向、収束効果を利用した蓄積リングに保存、蓄積するか、静電気的多重極を用いたイオントラップが用いられる。反水素、陽電子の結合した反水素は電気的中性になるので磁気的、電気的に閉じ込めることが難しく、光子圧をもちいたトラップなどが考案されているが、保存、蓄積可能な反物質量は極微量である。反水素原子ビームを取り出すため、特殊な尖った電場と磁場を持つカスプトラップ法では、反水素原子の原材料反陽子を装置内に蓄積・冷却し、陽電子付近に反陽子を打ち込む。反陽子は陽電子と衝突して冷たくなり、両者が結合して冷たい反水素原子になる。この反水素原子は電気的に中性なため、電場の影響を受けずに四方八方に拡がり、再電離トラップに到達する。この到達した反水素原子の一部は、陽電子をはがされ反陽子に戻ってとどまる。この再電離反陽子の数から、打ち込んだ反陽子の少なくとも７％が反水素原子に変換されていることが分かった。
【００１０】
反水素原子は加速器で生成していたため、非常に高価であった。イタリアの人工衛星で1911年に、地球のバンアレン帯に反水素原子が生成していることが発見された。特許文献２によると、正電荷と負電荷の粒子からなるプラズマを磁気によって閉じ込める超高真空容器と排気装置および磁気閉じ込め装置を備え、反陽子と陽電子を電荷的中性が保たれるようにほぼ同数磁気閉じ込め装置に注入することを第一の特徴とし、さらに反陽子と陽電子の混合したプラズマの温度が低下し反陽子と陽電子の結合した中性反水素が発生しないようにプラズマを加熱し温度維持を行う装置を備えたことを特徴とする反物質保存蓄積装置を構成する。
【００１１】
特許文献３は、イオン源付きの線形加速器を同一センターライン上で向き合わせたイオンビーム発生システムを使用している。このイオンビームを必要な数だけ球形圧力容器（真空）の中心点で交差させ、イオンビームボールができる。加速パルスを同期させて、同一ポイント、同一タイミングで正面衝突させると、高速・高密度の陽イオンは中心点で正面衝突を繰り返し、核融合反応が発生する。
【００１２】
特許文献４は、レーザー慣性閉じ込め核融合・核分裂エネルギー発電プラントの核融合・核分裂ハイブリッドシステムは、重水素と三重水素の核融合反応により中性子を生成する慣性閉じ込め核融合を利用している。核融合中性子が核分裂燃料または親物質燃料の未臨界ブランケットを駆動する。燃料を通して循環される冷却材が燃料から熱を取り出し、その熱を利用して電気を生成する。慣性閉じ込め核融合反応は、中心ホットスポット点火核融合または高速点火核融合、及び直接または間接駆動を用いて実行することができる。核融合中性子が核分裂ブランケットで燃料を超高度に燃焼させ、よって核廃棄物を燃焼することができる。燃料は劣化ウラン、天然ウラン、濃縮ウラン、使用済核燃料、トリウム、及び兵器級プルトニウムを含む。ＬＩＦＥ機関が安全かつ持続可能な方法で世界的な電力需要に応じることができ、同時に劣化ウラン、使用済核燃料及び余剰兵器物質などの大変好ましくない物質の蓄積を大幅に減少させることができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
中性子を放出しない核融合炉発電システムに於いて、反水素ビームによるウラン箔核分裂後の熱電流の自己磁場閉じ込めを利用する核融合燃料ペレットに関して、中性子を放出しない陽子・ホウ素１１(p-B11)燃料を内蔵するペレットを使用して、ペレットの構造及び投入方法を反水素ビームに対して最適化する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
反陽子と陽電子の反水素による重水素ヘリウム３核融合炉発電に於いて、反水素ビームによるウラン箔核分裂後の熱電流の磁場閉じ込めを可能とする、核融合燃料ペレットの構造に関するものである。そこで本発明は、反水素による核融合反応を比較的高効率で誘起させることができ、装置を小型化するこ核融合燃料ペレット、核融合装置、及び核融合方法を提供することを課題とする。中性子に由来する重水素・トリチウムは DーＴ 核融合の基本課題を回避するため、中性子を発生しない核融合反応である重水素・ヘリウム３  Dー3He核融合でも発生するが、それは核融合エネルギーの僅か1％程度で、炉の寿命を通じて炉材料の損傷や放射化は間題にならない。実際問題としては  Dー3He 核融合燃料を利用したヘリウム3エネルギーは、中性子の発生を極力おさえる目的に適したものと考えられる。
【００１５】
この Dー3He 核反応は DーＴ 核反応のミラー反応で、反応に伴う発熱量もほぼ同程度である。ヘリウムの荷電数はトリチウムの２倍なので核反応のクーロン障壁が大きく、より高い点火温度が要請される。燃焼温度が高いので燃料プラズマからの輻射によるエネルギー損失が大きく、これを補うべくは DーＴ 核融合に比べて５倍ほど大きな閉じ込めパラメータ、例えば平均数密度 5×1020／立方米で平均温度８３ｋｅＶ以上のプラズマが必要である。さらに、資源としてのヘリウム３の確保に課題がある。核融合炉としての利用の観点からは、比較的に容易な DーT 反応を第一候補とし、さらなる性能向上に Dー3He 反応の利用を考慮しているが、Dー3He 反応の副反応としての 重水素＋重水素  ( D-D 反応) により中性子が発生する。
【００１６】
本発明では、反水素で天然または劣化ウラン U を核分裂させて 陽子・ホウ素１１ (p-B11)核融合を実現する発電システムをシミュレーションして概念設計をした。小球ペレットを反水素で点火するため、ウラニウム金属箔表面上に反陽子 p- が衝突して、ウラニウム内の陽子 p と対消滅し即発核分裂を引き起こし、核分裂破片 と中性子 ができる。この時に発生するエネー16.5 MeVで、ウラニウム金属箔は数万度の高温になる。この核融合の発電システムの直径約１０ｍ球状真空容器の上部から、ペレット(238Ｕ核分裂およびp-B11 熱核融合物質を含む)として直径約１ｃｍの小球一対を、真空容器の中心に向かって自然落下させる。このペレット中心に向かって反水素中性ビームが、各小球中のウラニウムディスク箔に間歇的に発射する。そこでは重いウラニウム核の中の反陽子陽子消滅により、パイオンおよび核分裂破片は、200ｋｅＶまで核融合燃料を熱して点火する
【００１７】
反水素ビーム（個数 Na ）がウラン箔（質量 mu 、比熱 cu ）に衝突後、その箔温度 Tu  の時間t変化はパイオンエネルギー Ep  、核分裂片エネルギー Ef 、と箔（熱伝導率 ku ）・ペレット被服金属ジャンクション温度 Tj による。
【００１８】
【数１】
2014185948.tif 000003
【００１９】
このジャンクション（質量 mj  、比熱 cj  ）温度 Tj も、箔温度 Tu  やペレット被覆金属（熱伝導率 kj ）から冷接点温度３Ｋの関数である。
【００２０】
【数２】
2014185948.tif 000004
【００２１】
ペレット中心金属管の熱電流は、熱・冷点温度差に比例（比例係数 s ）するから、ペレットの半径方向 r での磁場  H  は次式になり、その結果を図5に示す。
【００２２】
【数３】
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【００２３】
反陽子はペレット中心管を通過してウランと反応し消滅して、三つのパイオンは236MeVのエネルギーがある。パイオンエネルギー236MeVの半分 E は、ウラン箔を通り核融合物質をプラズマにするから、磁場Hでのイオン（質量 Mp ）旋回半径 rg は電荷 q にもよる。
【００２４】
【数４】
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【００２５】
この旋回半径 rg  は、ペレット内半径より小さい必要がある。
核融合燃料（アルファ線飛程内の原子数 N ）の初期温度 T は、反水素ビーム Na  とパイオンと融合のエネルギー和（ Ep + Ef = 118 MeV） により、この温度は200 keV以上の必要がある。
【００２６】
【数５】
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【００２７】
この初期イオン数密度 ni は、その体積 V に反比例する。
【数６】
2014185948.tif 000008
【００２８】
核融合の閉込め時間 t は、ペレット被覆のシェル金属（厚さ h 、密度 r 、Poisson比 n 、ヤング率 Y ）  への縦波の通過時間である。
【００２９】
【数７】
2014185948.tif 000009
【００３０】
燃料燃焼割合 f は、核融合反応の確率 σ, τ と ni の関数である。
【００３１】
【数８】
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【００３２】
過渡的なイオン密度 n は、反応率 s に比例する。
【００３３】
【数９】
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【００３４】
熱電電流が U 金属（約５万度）およびペレットの表面金属を流れて、図５のように300テスラ以上の誘導磁界が10ｎｓの間に発生し、ペレットのまわりの薄い金属シェルを熱絶縁し、プラズマを閉じ込める。厚さ約2ｍｍの Ｕ 合金の金属シェルは慣性核融合を、さらに図６のように約300ｎｓにわたり自己誘導磁場で核融合を持続できる。
【００３５】
本発明は、反水素ビームによる劣化ウラン核分裂後の熱電流の自己誘導磁場閉じ込めを利用する核融合炉９による発電に於いて、反水素ビーム管２、劣化ウラン箔５、金属セル４及び核融合燃料３からなる燃料ペレット１は、二個の球をメガネ状に接合した面に劣化ウラン箔５を配置してなる。 反水素ビーム源を左右から重ならないように一対以上設置し、細線１３で吊るしたペレットを核融合炉真空容器６上部８の シャッター２０付のペレットガイド１６ から細線レーザーカッタ１４で細線を切断してペレットを自然落下させる。途中通過時にトリガー信号を発信し、これを同期信号として真空容器６の中心に到達した瞬間に反水素ビームを照射する。反陽子ビームを燃料ペレット内のウラン２３８の陽子に衝突させてウランを核分裂を生じさせ、金属セル４を通過した熱電流が反水素ビーム管２を通過する電流で発生する磁場を利用して、陽子・ホウ素１１(p-B11)燃料からなる核融合燃料３の核融合ブラズマ１０を真空容器６の中心部に閉じ込める。負高電圧のシールド２１でのアルファー線を減速し、核融合エネルギーを吸収したブランケット７内部の熱で発電する。かかる構成により中性子を放出しない核融合炉を実現することを特徴とする核融合発電システムである。
【発明の効果】
【００３６】
反水素ビームによる劣化ウラン核分裂後の熱電流の磁場閉じ込めを利用する核融合炉による発電に於いて、反水素ビーム管、劣化ウラン箔、金属セル及び核融合燃料らなる燃料ペレットは、二個の球をメガネ状に接合した面には 劣化ウラン箔を配置して、 核融合炉真空容器の上部から自然落下させ、真空容器の中心で反水素をウランの陽子に衝突させてウラン核分裂後に、金属セルを通過し熱電流が反水素ビーム管から発生する円筒状の磁場を利用して、p-B11 核融合燃料の核融合ブラズマを閉じ込められる。核融合積の p-B11 の場合、閉じ込め時間が数マイクロ秒で密度 1021 m-3、温度200keV 以上の自己点火条件を満足し、ブランケット部の高熱約摂氏500度でタービン発電する核融合発電システムを提供できる。ボラン (borane) はホウ素の水素化合物（水素化ホウ素）の総称で、狭義にはモノボラン (BH3) およびジボラン (B2H6) を指す。ジボランは比重0.447（摂氏ー112度に於いて），融点摂氏ー165.5度、沸点摂氏ー92.5度であるから、摂氏ー150度に冷やして加圧すると個体ペレットを製造できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】図１は本発明に係る核融合炉システムの構成を示した概念図である。（実施例１）
【図２】図２はそれぞれの核融合反応における反応断面積の温度依存性を示した概念図である。
【図３】図３は二対のペレットのメガネ状に接合接合面に夫々劣化ウラン箔を配置して、 反水素ビームを左右上下から重ならないように照射する構成とした場合の横水平断面を示す概念図である。
【図４】図４は二個の球をメガネ状に接合したペレットを、核融合炉真空容器上部からペレット吊り下げ糸で鉛直に垂下する燃料ペレットの保持方法を示す概念図である。
【図５】図５は本発明に係る構成を、単一爆発源として応用する場合を説明する概念図である。
【図６】図６はウラン箔の温度と時間の関係の、ペレットの半径方向での磁場の強度による差異を示す図である。
【図７】図７は本発明に係る核融合炉システムの核融合ブラズマ密度を示す図である。
【図８】図８は核融合燃料ペレットの金属殻の材質を、錫、タングステンとウラン合金にした場合の核融合温度、閉じ込め温度や核融合燃料閉じ込め時間などを示す図である。
【図９】図９は本発明に係る構成を、単一のウラン外殻ペレットによる構成とした場合を説明する概念図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【００３８】
図１は本発明に係る核融合炉システムの構成を示した概念図である。本発明は、反陽子と陽電子の反水素ビームによる劣化ウラン核分裂後の熱電流の磁場閉じ込めを利用する核融合炉９による発電に於いて、反水素ビーム管２、劣化ウラン箔５、金属セル４及び核融合燃料３からなる燃料ペレット１は、二個の球をメガネ状に接合した面には 劣化ウラン箔５を配置して、 反水素ビーム源を左右から重ならないように一対以上設置し、核融合炉真空容器６の上部８からペレット重力安定錘１２の効果で水平姿勢で自然落下させるため、細い線１３で吊るして、核融合炉真空容器６上部８の ペレットガイド１６ から細線レーザーカッタ１４で自然落下させる。途中通過時にトリガー信号を発信して、反水素ビーム発生装置１８で照射して 、真空容器６の中心で反水素をウラン２３８の陽子に衝突させてウラン核分裂後に、金属セル４を通過し熱電流が反水素ビーム管２で発生する円筒状の磁場を利用して、p-B11 の核融合燃料３の核融合ブラズマ１０を閉じ込めて、ブランケット７内部の熱で核融合発電１１発電することを特徴とする核融合発電システムである。
【００３９】
図１のように、反陽子と陽電子の反水素ビーム２による劣化ウラン核分裂後の熱電流の磁場閉じ込めを利用する核融合炉９による発電に於いて、反水素ビーム管２、劣化ウラン箔５、金属セル４及び核融合燃料３からなる燃料ペレット１は、二個の球をメガネ状に接合した面には 劣化ウラン箔５を配置して、 反水素ビーム源を左右から重ならないように一対以上設置し、核融合炉真空容器６の上部８からペレット重力安定錘１２の効果で水平姿勢で落下させるために、細い線１３で吊るして、核融合炉真空容器６上部８の ペレットガイド１６ から細線を細線レーザーカッタ１４で切断して自然落下させる。途中通過時にトリガー信号を発信して 、反水素ビーム発生装置１８で照射して 、真空容器６の中心で反水素をウラン２３８の陽子に衝突させてウラン核分裂後に、金属セル４を通過し熱電流が反水素ビーム管２で発生する円筒状の磁場を利用して、p-B11 核融合燃料３の核融合ブラズマ１０を閉じ込めて、ブランケット７内部の熱で核融合発電１１発電することが出来る。
【００４０】
図２はそれぞれの核融合反応における反応断面積の温度依存性を示した概念図である。図からわかるように、本発明に用いた陽子・ホウ素１１ (p-B11) 反応は他の反応に較べて大きな反応断面積を必要とするが、本発明に係る構成により小型且つ簡便にこの条件を満足することが可能となった。
【実施例２】
【００４１】
本実施例に於いて、図１に示すペレット１は直径７ｍｍの小さな二個の球をメガネ状に接合した面に劣化ウラン箔５を配置し、 反水素ビーム照射源を左右に重ならないように一対設置して、真空容器上部からペレットをペレット吊り下げ糸１３ で鉛直に垂下した。吊り下げ糸をレーザーカッタ１４で切断するとペレットが自然落下し、ペレット通過トリガ１５で遅延パルスを発生する。ペレットは重力安定錘の効果で水平姿勢で自然落下できるので、反水素ビームを正確に反水素ビーム管２に通すことができる。本実施例に於いては、核融合炉真空容器６の上部８から水平姿勢で落下させるために、図３のように細い線１３で吊るして、核融合炉真空容器６上部８の ペレットガイド１６ から細線レーザーカッタ１４で自然落下させた。細線１３の種類としては、糸、アルミ線やカーボンファイバを比較した結果、軽くて引っ張り応力に強いカーボンファイバ（直径０．１mm以下）が適していた。
【実施例３】
【００４２】
図３は二対のペレットのメガネ状に接合接合面に夫々劣化ウラン箔を配置して、 反水素ビームを左右上下から重ならないように照射する構成とした場合の横水平断面を示す概念図である。小さな二個の球をメガネ状に接合した面には 劣化ウラン箔５を配置し、 反水素ビームを左右から重ならないように反水素ビーム発生装置１８で照射して 、真空容器６の中心で反水素をウランの陽子に衝突させてウラン核分裂を生ぜしめ、金属セル４を通過し熱電流が反水素ビーム管２で発生する円筒状の磁場を利用して、p-B11 核融合燃料３の核融合ブラズマ１０を閉じ込めて、ブランケット７内部の熱で核融合発電１１発電するミュレーションを行った。
【実施例４】
【００４３】
図５は本発明に係る構成を、単一爆発源として応用する場合を説明する概念図である。図５のようにペレット直径を３ｃｍに大きくして、二個の球をメガネ状に接合した面には 劣化ウラン箔５を配置し、 反水素ビームを左右から重ならないように反水素ビーム発生装置１８で照射して 真空容器６の中心で反水素をウランの陽子に衝突させてウラン核分裂を生じさせ、金属セル４を通過し熱電流が反水素ビーム管２で発生する円筒状の磁場を利用して、p-B11 核融合燃料３の核融合ブラズマ１０を閉じ込めて、単一の爆発を起こすことが出来る。この構成により、核融合の大規模土木工事用爆薬等への応用が可能になる。
【実施例５】
【００４４】
図９は本発明に係る構成を、単一のウラン外殻ペレットによる構成とした場合を説明する概念図である。減損ウラン(U238)合金からなるペレットの金属殻４の内部中心に、銅合金製の細棒22を設置し、細棒22の方向から反陽子ビーム18を照射して、U238を核分裂して熱電流を細棒22に流し、p-B11プラズマを閉じ込めることが可能となる。かかる構成によっても、同様に核融合発電が実現出来る。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
直径約１０mの核融合真空容器中心で反水素を減損ウラン２３８の陽子に衝突させてウラン核分裂後に、金属セル４を通過し熱電流が反水素ビーム管２で発生する円筒状の磁場を利用して、p-B11 の核融合燃料３の核融合ブラズマ１０を一秒に一回余り発生して、ブランケット７内部の熱で百万キロワット級の核融合発電することができる。該核融合発電システムのペレットは、ペレット直径を大きくして図５のように核分裂破片導入管１９を追加すると、核分裂破片が核融合燃料の奥にも達して、核爆薬として機能し、これは大規模土木工事等にも応用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１  ペレット
２  反水素ビーム導管
３  核融合燃料
４  ペレットの金属殻
５  ウラン箔
６  真空容器
７  ブランケット
８  ペレット落下装置
９  外壁
１０  真空
１１  発電設備
１２  ペレット重力安定錘
１３  ペレット吊り下げ細線
１４  吊り下げ糸レーザーカッタ
１５  ペレット通過トリガ
１６  ペレットガイド
１７  真空排気装置
１８  反水素ビーム発生装置
１９  核分裂破片導入管
２０  シャッター
２１  アルファー線シールド
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図２】
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【図６】
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