(57)【要約】  簡単な構成で熱エネルギーと水素を採り出すことができる核変換方法及び装置を提供する。  無酸素状態のＳＵＳ３０４、鉄等の金属材料からなる反応セル１、１００をヒータ６、１１５で加熱して５００℃以上とし、この反応セル１、１００内に水を供給して水蒸気とし、この水蒸気と反応セル１、１００の内壁間の反応により核変換を起こし、水素と熱エネルギーを取り出す。前記反応セル１、１００内に少なくともアルカリ金属と酸素を含む反応剤（ＮａＯＨ、Ｋ2ＴiＯ3等）を収納すれば、水無しで核反応が起き、核反応を活性化するために、反応剤を含む反応セル１、１００内に水蒸気を供給し、更に金属表面を増大するために反応セル１、１００内に金属元素供給体としてのフィンｆ、１２４を収納しても良い。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気中の酸素を除去した無酸素状態雰囲気内に金属材料を設置し、
この金属材料を加熱し、前記雰囲気内に水を供給して核変換を起こさせることを特徴とする核変換方法。
【請求項２】
空気中の酸素を除去した無酸素状態雰囲気内に金属材料を設置し、
この雰囲気内に少なくともアルカリ金属と酸素とを含む反応剤を設置し、金属材料および反応剤を加熱して反応剤表面から微細粒子を前記雰囲気内に飛散せしめて前記微粒子と金属材料の表面間で核変換を起こさせることを特徴とする核変換方法。
【請求項３】
前記雰囲気内に水を供給するようにした請求項２記載の核変換方法。
【請求項４】
前記雰囲気を約４９０℃以上に加熱することを特徴とする請求項１又は２記載の核変換方法。
【請求項５】
金属材料からなる中空の反応セルと、この反応セルを加熱するための加熱装置と、前記反応セルから空気を除去するための空気除去装置とからなり、前記反応セル内に水が供給される核変換装置。
【請求項６】
前記反応セル内には、金属元素供給体が収納されている請求項５記載の核変換装置。
【請求項７】
金属材料からなる中空の反応セルと、この反応セルを加熱するための加熱装置と、前記反応セルから空気を除去するための空気除去装置と、前記反応セル内に収納され少なくともアルカリ金属と酸素とを含む反応剤とからなる核変換装置。
【請求項８】
前記反応セル内に水を供給するようにした請求項７記載の核変換装置。
【請求項９】
前記反応セルには、熱交換器が設置され、この熱交換器を介して外部に熱エネルギーを取出すようにした請求項５又は７記載の熱交換装置。
【請求項１０】
無酸素状態を作ることのできる密封ケーシングと、この密封ケーシング内に設置され、金属ナノ粒子を表面に担持した対向電極と、この電極に電流を流す電源とを有し、この対向電極間に重水素、トリチウム、ヘリウム３等の反応ガスを供給せしめたことを特徴とする核変換装置。
【請求項１１】
無酸素状態を作ることのできる密封ケーシングと、この密封ケーシング内に設置され、金属ナノ粒子を表面に担持した熱の伝導体と、この伝導体と密封ケーシングを加熱する加熱装置とからなり、前記密封ケーシング内に水蒸気、重水素、トリチウム、ヘリウム３等の反応ガスを供給せしめたことを特徴とする核変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、低温で核変換を起こさせるための核変換方法及びそのための核変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルカリ金属溶融塩にニッケル、クロム及び鉄元素を接触せしめ、前記溶融塩の液面から微細粒子群を反応空間内に飛散せしめ、この微細粒子群に水蒸気を接触せしめて水から水素を採集する手段に関して本件出願人は数件の出願を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許２００９−９７３３号
【特許文献２】特許２００９−１２５号
【特許文献３】特許２００９−１２０７５７号
【特許文献４】特許２００９−０３５６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、これらの出願においては、水を分解する反応が物理化学反応であることは開示しているが、物理化学反応のみでは説明できないような現象が起きており、現象説明としては不十分な部分があった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の第１の核変換方法は、空気中の酸素を除去した無酸素状態雰囲気内に金属材料を設置し、この金属材料を加熱し、前記雰囲気内に水を供給して金属材料表面に水蒸気を接触させて核変換を起こさせるようにした。【０００６】
本発明の第２の核変換方法は、空気中の酸素を除去した無酸素状態雰囲気内に金属材料を設置し、この雰囲気内に少なくともアルカリ金属と酸素とを含む反応剤を設置し、金属材料および反応剤を加熱して反応剤表面から微細粒子を前記雰囲気内に飛散せしめて前記微細粒子と金属材料の表面間で核変換を起こさせるようにした。また、前記無酸素状態雰囲気内に水を供給するようにすることが好ましい。更にまた、前記雰囲気を約４９０℃以上に加熱することが好ましい。【０００７】
本発明の第１の核変換装置は、金属材料からなる中空の反応セルと、この反応セルを加熱するための加熱装置と、前記反応セルから空気を除去するための空気除去装置とからなり、前記反応セル内に水が供給される。また、前記反応セル内には、金属元素供給体が収納されている。更に、また、前記反応セルには、熱変換器が設置され、この熱交換器を介して外部に熱エネルギーを取出すようにした。【０００８】
本発明の第２の核変換装置は、金属材料からなる中空の反応セルと、この反応セルを加熱するための加熱装置と、前記反応セルから空気を除去するための空気除去装置と前記反応セル内に収納され少なくともアルカリ金属と酸素とを含む反応剤とからなる。また、前記反応セル内に水を供給するようにすることが好ましい。更に、また反応セルには絞られた径のガス排出管を設けることが好ましい。【０００９】
本発明の第３の核変換装置は、無酸素状態を作ることのできる密封ケーシングと、この密封ケーシング内に設置され、金属ナノ粒子を表面に担持した対向電極と、この電極に電流を流す電源とを有し、この対向電極間に重水素トリチウム、ヘリウム３等の反応ガスを供給せしめた。【００１０】
本発明の第４の核変換装置は、無酸素状態を作ることのできる密封ケーシングと、この密封ケーシング内に設置され、金属ナノ粒子を表面に担持した熱の伝導体であるナノ粒子保持体と、このナノ粒子保持体と密封ケーシングを加熱する加熱装置とからなり、前記密封ケーシング内に水蒸気、重水素、トリチウム、へりうむ３等の反応ガスを供給せしめた。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の核変換方法は、ＳＵＳ３０４又は鉄等の金属表面の特性すなわち、約５００℃程度の温度で活性化して金属イオンのプラズマ雰囲気が生じる特性を利用したものであり、ここに水蒸気が接触すると、水蒸気が電離して金属イオンと酸素イオンとの間でナノオーダーの微細酸化物粒子ができる。このときに周囲の電子を取り込み、この電子が重い電子となり、酸化物微粒子内の原子を収縮せしめ、核間距離が狭まる。また、微粒子内ではないが、重い電子が微細粒子間の境界に存在する酸素イオン又は水素イオンに吸収されて、それら酸素原子又は水素原子が収縮して核間距離が狭まり核変換が起こり易くなる。この核変換は、次々と起こり、核変換時の吸熱反応と発熱反応がバランスして反応セルが溶融してしまうことはない。また、少なくとも、アルカリ金属と酸素を含む反応剤を反応セル内に収納すれば、反応剤の微粒子が飛散し、この微粒子が金属表面に接触してナノオーダーの微細酸化物ができるので、上述したように、このときに、重い電子ができ、この重い電子の作用により原子が収縮して核反応が起き易い状態となる。このように５００℃の低温度で核反応を起こすことが可能となる。【００１２】
更に本発明の核変換装置においては、金属表面を有して密閉状態を作ることができる反応セルと、この反応セルを５００℃以上に加熱できる加熱装置と、この反応セル内から空気を除去する真空ポンプ等の空気除去装置とで構成し、これに水を供給できるようにするか、水無しで水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、チタン酸カリウム（Ｋ2ＴiＯ3）等の反応剤を入れるか、あるいは反応剤と水との両方を入れることにより、簡単な構成で大量の水素と熱エネルギーを取出すことができる。反応セルに熱交換器を取付ければ熱エネルギーを簡単に取出すことができ、しかも反応セルに反応セルの横断面より小さい横断面を有するガス排出管を介して水素を回収するようにすれば、回収水素の温度が下がって水素温度を低下せしめる手段を講じる必要がなくなる。【００１３】
更に、また、電気の導体上に金属ナノ粒子を固定せしめた導体を電極として対向させ、両電極に電流を流して放電せしめ、その雰囲気内に重水、トリチウム、ヘリウム３等のガスを供給すれば、小型の装置で核変換反応が簡単な構成で生じさせることができる。【００１４】
更に、また、無酸素状態の反応セル内に金属ナノ粒子を付着せしめたナノ粒子保持体を設置し、反応セルを５００℃以上に加熱し、その雰囲気内に水蒸気、重水、トリチウム、ヘリウム３等のガスを供給すれば小型の装置で核変換反応を簡単に生じさせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の基本的な概念を示す縦型タイプの核変換システムＳ1の概略構成図である。
【図２】図１の縦型反応セルから採集された反応ガスの質量分析器の原子比スペクトル図である。
【図３】図１の縦型反応セルの切片の斜視図である。
【図４】本発明の他の基本的概念を示す縦型タイプの核変換システムＳ2の概略構成図である。
【図５】図４の縦型反応セルから採集された反応ガスの質量分析器の原子比スペクトル図である。
【図６】本発明の他の基本的概念を示す横型タイプの核変換システムＳ3の概略構成図である。
【図７】図６の反応セルのガス排気管の温度変化グラフである。
【図８】図１の反応セルの内壁の状態を示す説明図である。
【図９】図４の反応セルの内壁の状態を示す説明図である。
【図１０】核変換システムＳ4の概略構成図である。
【図１１】反応セルの内壁に形成される合金膜の状態を示す図である。
【図１２】反応セルの圧力と水素発生量との関係を示すグラフである。
【図１３】反応セルの温度と水素発生量との関係を示すグラフである。
【図１４】反応セル内を無酸素状態にしたときの発生ガス質量分析器の原子比を示す図である。
【図１５】反応容器内に酸素を入れたときの発生ガスの質量分析器の原子比を示す図である。
【図１６】反応セルの側壁の切断片の斜視図である。
【図１７】図１６の切断片の内壁の高さに対する量の大きい元素の原子比を示すグラフである。
【図１８】図１６の切断片の内壁の高さに対する量の小さい元素の原子比を示すグラフである。
【図１９】他の反応セルの切断片における高さに対する量の多い元素の原子比を示すグラフである。
【図２０】他の反応セルの切断片における高さに対する量の少ない元素の原子比を示すグラフである。
【図２１】実験中におけるγ線と中性子の発生を示すグラフである。
【図２２】実用的な核変換装置の概略構成図である。
【図２３】実用的な核変換装置の概略斜視図である。
【図２４】実用的な核変換装置から採集される反応ガスの質量スペクトル図である。
【図２５】核融合炉の概略構成図である。
【図２６】本発明を応用した有毒物質分解炉の概略構成図である。
【図２７】本発明を応用した金属表面処理炉の概略構成図である。
【図２８】レアメタル生成システムの概略構成図である。
【図２９】本発明の核変換システムＳ8の概略構成図である。
【図３０】図２９の反応セルの斜視図である。
【図３１】本発明の他の実施例である反応セルの斜視図である。
【図３２】本発明の核変換システムＳ9の概略構成図である。
【図３３】図３２の反応セルの破断図である。
【図３４】図３２の核実験システムの水素収集管の状態説明図である。
【図３５】本発明の核変換システムＳ10の概略構成図である。
【図３６】本発明の核変換システムＳ11の概略構成図である。
【図３７】中性子発生装置の斜視図である。
【図３８】図３７の中性子発生装置本体の断面図である。
【図３９】核変換システムＳ12の概略構成図である。
【図４０】核変換システムＳ13の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図1は、核変換システムＳ1の基本概念を示し、円筒中空の反応セル１の天面には、注水のための水パイプ２と反応ガスを排出するためのガス排水管３と、熱電対４を保持するための保持筒５が取付けられ、前記反応セル１は面状ヒータ６に覆われている。また、前記排出管３には反応セル１内のガス圧を測定するための圧力計４が取付けられている。
【００１７】
前記反応セル１の材質は金属であり、例えばＳＵＳ３０４（１８％Ｃｒ−８％Ｎi−残Ｆｅ）あるいは鉄製（一般構造用圧延鋼材ＳＳ４００；Ｐ０．０５以下、Ｓ０．０５以下、残Ｆｅ）であり、前記面状ヒータ６は反応セル１を７００℃以上に加熱する能力を有している。また、反応セル１内は、空気除去装置としての真空ポンプＶ・Ｐによって真空に引かれ（０.１Ｐａ）、空気中の酸素はほぼ完全に除去されている。
【００１８】
なお、反応セル１をセラミック製とする場合には、金属元素供給体としてのＳＵＳ３０４等のフィンｆが必要となる。また、フィンｆは反応セル１と同材質で形成されてもよい。反応セル１を金属とした場合もフィンｆを加えれば反応表面が広くなり、反応が活発となる。
実験例１
前記反応セル１の材質をＳＵＳ３０４とし、内径を１１．５ｃｍ高さは１８ｃｍ肉厚３ｍｍで真空引きした後に、常温から７００℃前後迄加熱した。一回の供給水量を０．５ｃｃとし、２５日間で９４回の注水をし、総水供給量２３．５ｃｃで総水素発生量は７３リットルであった。なお、９４日の注水後も安定して水素は発生していたが、良好な状態のまま中断した。水注入後は排出管３のバルブを閉じ、平均で０．０５４ＭＰa迄、反応セル１内のガス圧（水蒸気と水素ガスとの圧力）を上昇させてから前記バルブを開放した。その結果最低４９１℃で水素が発生し、６００℃以上で安定して水素が発生した。前記反応セル１の反応後のガスを質量分析器で質量数に対する原子比（Ｍ／ｅスペクトル）を求めたところ、図２に示すように、水素Ｈ2が９５．４％でその他のガスはほとんど検出されなかった。
【００１９】
また、図３に示すように、反応セル１の壁を実験後に長手方向に切断して切断片７を取り出しその外面７ａと内面７ｂとを同位体顕微鏡システム、電界放射一透過型分析電子顕微鏡及び多重エックス線励起蛍光電子顕微鏡で分析したところ、外面７ａには、表１のような元素が観察された。
【００２０】
【表１】
2012011499.tif 000003
内面７ｂには、表２のような元素が観察された。
【００２１】
【表２】
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前記外面７ａは、ＳＵＳ３０４の成分を有するが、内面７ｂには、存在するはずのないナトリウム（Ｎａ５．９％）、アルミニウム（Ａｌ４．２％）、ランタン（Ｌａ２．７％）およびセリウム（Ｃｅ２．７％）が観察され、この代わりに鉄成分（５１．７％）の減少が見られた。
【００２２】
なお、外、内面とも酸化物はほとんど生じていなかった。
【００２３】
また、表２で観察されたクロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ケイ素（Ｓｉ）、カルシウム（Ｃａ）、銅（Ｃｕ）および亜鉛（Ｚｎ）の同位体分析と注目点を表３、４、５、６、７、８および９にそれぞれ示す。
【００２４】
【表３】
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素材のCrは左が通常の分布であるが、実験後元素は右のように違っている。
【００２５】
【表４】
2012011499.tif 000006
鉄も実験後の元素は右のように違っているが、変化は小さい。
【００２６】
【表５】
2012011499.tif 000007
Ｎｉも実験後は特に全体の同位体が平均化する。
【００２７】
【表６】
2012011499.tif 000008
Ｓｉは元々存在しない元素である。通常のものと僅かな違いがある。
【００２８】
【表７】
2012011499.tif 000009
Ｃａは元々存在しない元素であり、生成物は通常のものと違い質量44が多い。
【００２９】
【表８】
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Ｃｕは元々存在しない元素であり、通常のものと大きな変化はない。
【００３０】
【表９】
2012011499.tif 000011
Ｚｎも元々存在しない元素で、生成物は通常のものと違いがあり質量67が多い。
【００３１】
更に、実験後に、反応セル１の底板状には僅かな量ではあるが、微細なステンレスの粒子９が存在しているのが確認され、その粒子は磁性を有しており、オーステナイトの組織ではないことが確認されている。
【００３２】
なお、反応セル１の材質を鉄（ＳＳ４００）に変えて、同一形状同一寸法の反応セルを作り、空気中の酸素を除去して加熱し水を注入したところ５００℃前後で水素が発生した。
実験例２
反応セル１に空気中の酸素を取り入れた後に、加熱して水を０．５ｃｃずつ供給したところ、７００℃前後に加熱しなければ水素は発生せず、２日間で水素が発生しなくなり、反応セル１の内壁を観察すると赤錆が多く生じていた。
考察１
上記の核変換システムＳ1において、濃度の高い水素が検出されるが、酸素がほとんど検出されることがなく、しかも反応セル１の内壁にも酸化物はほとんど生成されていない。更に、ステンレスの微粒子９が検出されるのは、何らかの核変換が生じているものと推測される。すなわち、反応セル１の内壁１ａからは、ステンレスの微粒子（蒸気）が生じ、その蒸気の一部が反応セルの冷却時にその底面に落下したものと思われる。反応セル１の温度が５００℃近くになると、内壁近傍はプラズマ雰囲気となり、ここには鉄イオン（Ｆｅ2+）、クロムイオン（Ｃｒ3+）、ニッケルイオン（Ｎｉ2+）および電子（ｅ-）のプラズマが出来ており、これらに水蒸気が接触すると水蒸気は電離して
Ｈ2Ｏ→２Ｈ+＋Ｏ+＋３ｅ-      ---  （１）
のようになり、水素イオンは電子リッチの雰囲気の中で水素原子（Ｈ）となり、更にはそれらが結合して水素ガス（Ｈ2）となる。
【００３３】
ここにおいて、酸素原子は鉄イオン（Ｆｅ2+）やクロムイオン（Ｃｒ3+）と腐食反応を起こし、酸化鉄（Ｆｅ2Ｏ3）および酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）を生ぜしめる。なお、反応セル１を鉄で形した場合は、酸化鉄のみが作用する。これらの酸化物はナノオーダーの微粒子であり、この酸化反応の際、その周囲の電子が取り込まれ、この電子は酸化物微粒子内部では有効質量が大きくなる。その電子は、酸化物内の酸素原子の核外電子として取り込まれ、重い電子は酸素原子の大きさを小さくし、したがって２つの原子の核間距離が小さくなり核的な反応を生じ易くする。これによって、核融合反応が生じ、熱エネルギーが生じるが、この熱エネルギーは、水蒸気の電離のエネルギーとして消費され反応セルの急激な温度上昇はないが、短時間（例えば１マイクロ秒）に温度の上下が繰り返されているものと思われる。また、酸化物の粒子境界に酸素イオンが存在する場合には、重い電子はこの酸素イオンにも取り込まれ、酸素原子同士の核反応を生ぜしめる。
【００３４】
また、水蒸気の中には、重水も含まれており、この重水と重い電子との反応により、トリチウム（Ｔ）と陽子（Ｐ）、又はヘリウム３（3Ｈｅ）と中性子（ｎ）が生成され得る。
【００３５】
なお、酸素原子の核融合をトリガーとして生じる新たな元素については、核変換システムＳ4で説明する。
【００３６】
図４は、核変換システムＳ2を示し、このシステムＳ2は図１のシステムＳ1から水パイプ２を除去し、反応セル１の底部に反応剤８を収納したものである。反応剤８の表面からは反応剤のナノオーダー径の微粒子１０が反応セル１内に飛散して反応空間Ｒを形成している。なお、この場合にも、反応セル１をセラミックスとする場合にフィンｆが必要となる。
実験例３
システムＳ2において、反応剤８として、５００℃で個体のチタン酸カリウム（Ｋ2ＴｉＯ3）又はチタン酸ナトリウム（Ｎａ2ＴｉＯ3）を使用したところ、水を全く注入しなくても５００℃前後で水素が発生しており、そのガス成分を測定したところ、図５に示す通り、窒素４０％、水素３６％、酸素９％であることが判明した。なお、反応剤８としては、５００℃で液体の水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫｏＨ）でも良好な結果が得られる。この窒素４０％、酸素９％はガス採集時に空気が入ったものと思われる。
また、反応剤として、酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）酸化チタン（ＴｉＯ2）又はチタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉＯ3）を使用してみたが、これらの場合には、水の注入なしでは、５００℃では勿論のこと、７００℃でも水素は発生しなかった。すなわち、反応剤としては、アルカリ金属と酸素と遷移金属又は水素を含むことが必要である。
考察２
上述のように、チタン酸カリウム（Ｋ2ＴｉＯ3）又はチタン酸ナトリウム（Ｎａ2ＴｉＯ3）を反応剤として使用した場合に、水の注入なしで約５００℃で水素が発生するのは、以下の理由によるものと思われる。すなわち、図９に示すように、内壁１ａには、図８と同じように、金属元素の蒸気が発生しており、この金属蒸気にチタン酸カリウム（Ｋ2ＴｉＯ3）の微粒子が接触すると、このＫ2ＴｉＯ3は電離して、カリウムイオン（Ｋ+）、チタンイオン（Ｔｉ4+）酸素イオン（Ｏ+）と電子（ｅ-）になる。
【００３７】
Ｋ2ＴｉＯ3 →  ２Ｋ+ ＋  Ｔｉ4+  ＋  ３Ｏ+  ＋  ９ｅ- -----（２）
この電離は、アルカリ金属（Ｋ，Ｎａ等）と遷移金属（Ｔｉ，Ｃｒ等）の両者の存在の下で起こり、遷移金属のみ（ＴｉＯ2は反応しない）、又はアルカリ金属の代わりにアルカリ土類金属（Ｍｇ，Ｃａ等）（ＭｇＴｉＯ3は反応しない）を使用しても起きない。
（２）式での酸素イオン（Ｏ+）は、（１）式での酸素イオン（Ｏ+）と同様の作用をして壁面から蒸発している金属イオンと酸化物の微粒子を作り、この微粒子は周囲の電子（ｅ-）を取り込んで重い電子を作り、核反応を生ぜしめる。この核反応により生じる元素については、核変換システムＳ4で説明する。
【００３８】
図６は、核変換システムＳ3を示し、このシステムＳ3は、横型円筒形の反応セル１１を有し、この反応をセル１１は、水パイプ２１と、ガス排出管１２とを有している。前期反応セル１１の端面には、反応セル１０の反応空間Ｒ内の温度を検出するための熱電対１３を保持する保持筒２０が固定されている。また、反応セル１１は、面状ヒーター１５で加熱され、反応セル１１内には、反応剤１６が収納され、この反応剤１６として水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）が好適である。この場合も、反応空間Ｒには、反応剤の微粒子が充満している。
実験例４
図１、図４の縦型の反応セル１のみならず、図６に示すような横型の反応セル１１においても、排出管３、１２から排出されるガスの温度が、常温に近いことから、温度低下が反応セルのどこかで生じていることとなる。このため、排出管１２の外壁面で反応セル１１の上面から７ｃｍのところに熱電対１４をセットし、そこの温度を測定した。なお、反応セル１１の直径（内径）は１０ｃｍで長さは３０ｃｍであり、排出管１２の内径は約１．５ｃｍである。その結果を図７で示す。曲線Ａは、熱電対１３のデータであり、曲線Ｂは熱電対１４のデータである。これによれば、水を注入してもしなくても、曲線Ａは変動が少なく、ほぼ５２０〜５４０℃の範囲で動いているが、曲線Ｂに示す如く、水を注入した時に、２００℃以上急激に温度が下降して、所定時間経過後上昇することが判る。すなわち注水時（１３時４分１０秒、１４時２７分３０秒）には下降点ｌｐ1、ｌｐ2において、ほぼ１７０〜１８０℃まで約４００℃から下降して激しい吸熱反応が生じており、ガス自体はこれ以上下降し、排出管１２を出る時にはほぼ常温になっている。前記反応セル１１の内部の反応空間Ｒでは、熱電対１３のデータが示す通り、温度の下降はないが、排出管１２の中では、ガスの流れが絞られ、このように絞られた部分で急激な吸熱反応が起こっていることが判る。すなわち、常温の水素ガスを排出するためには、ガス排出管１２の径を反応セルの横断面より小さくして絞ってガスの流れを速くする必要がある。
【００３９】
図１０は、核変換システムＳ4を示し、このシステムＳ4は反応セル１００を備え、この反応セル１００は円筒状をなし、ステンレス鋼ＳＵＳ３０４（１８Ｃｒ−８Ｎｉ−残Ｆｅ）で形成されている。前記反応セル１００の上面には水管１０２と水素管１０３の端部がそれぞれ支持され、水管１０２の下端は反応セル１００の底部に設けられた水受けポット１０５に臨まされ、この水受ポット１０５内に水が供給される。前記水管１０２には、チュービングポンプ１０６が設けられ、このチュービングポンプ１０６は水タンク１０７からの水を一定量水受けポット１０５に送って水蒸気を生成する。
【００４０】
前記水素管１０３は冷却器１０８にバルブ１０９を介して接続され、この冷却器１０８は、その周囲に設けた冷媒１１０によって−７０℃以下の温度に冷却され、ここで反応セル１００から水素とともに流失した水蒸気が冷却されて除去される。前記冷却器１０８から流失した水素は流量計１１１を通って、一方の分岐管１１２ａに取付けた質量分析器１１２から外部に放出される。また、他方の分岐管１１２ｂには、真空ポンプ１１３が取付けられ、この真空ポンプ１１３は、分岐管１１２ａに取付けたバルブ１１４を閉じた状態で核変換システムＳ4を真空とするものである。
【００４１】
前記反応セル１００は面状発熱体１１５で被われ、この面状発熱体１１５は反応セル１００を３００〜５００℃に加熱する。前記反応セル１００の底部には、親水性の非常に高い反応剤１２０が収納され、この反応剤１２０の温度が温度計１２１で検出されるとともに、反応セル１００の反応空間Ｒ内の圧力が圧力計１２２で測定され、前記チュービングポンプ１０６、面状発熱体１１５、圧力計１２２、バルブ１０９及び流量計１１１がコントローラ１２３に接続される。なお、前記反応セル１００の底部には、反応場を作るためのＳＵＳ３０４からなるフィン１２４が収納されている。
【００４２】
１．反応場について
１）雰囲気
核変換システムＳ4内には、空気中の酸素が混入してはならず、空気中の酸素（水と結合していない酸素）が系内、特に反応セル１００内に混入すると、反応剤１２０、反応セル１００の内壁及びフィン１２４が反応剤に溶け出して酸化反応が激しく起こりシステムＳ4が短時間で破壊される。
実験例５
しかしながら、僅かに空気中の酸素が混入した場合には、図１１に示すように、反応セル１００の内壁に薄い合金膜？が層状に生成する。この合金膜の成分は、反応剤として後述するＮａＯＨを使用し、反応セルとしてＳＵＳ３０４を使用した場合には、表１０に示す通りであった。  
【表１０】
2012011499.tif 000012
これによれば、ＳＵＳ３０４合金にＮａが加わり、硬度はＳＵＳ３０４より高いがＮａが入っているため非常に脆い。この合金膜ｌは反応場を作るのに寄与でき反応場を破壊することはない。
【００４３】
２）反応剤
（ａ）溶融塩
溶融塩としては、周期表第１、第２族の親水性が非常に高いアルカリ金属水酸化物、たとえば水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が好ましく、アルカリ土類金属水酸化物、例えば水酸化ストロンチウム（Ｓｒ（ＯＨ）2）が好ましい。これらをその融点上に上昇せしめ液状とし金属イオン（Ｋ+、Ｎａ+、Ｓｒ2+）と、水酸基（ＯＨ-）に電離させる。なお、これらのアルカリ金属水酸化物同士又はアルカリ金属水酸化物とアルカリ土類金属水酸化物とを混合させたものでもよい。なお、これらの融点は３００℃以上であるが、溶融塩の温度は４００〜５００℃が好ましい。
【００４４】
（ｂ）アルカリ金属を含む複合金属酸化物
アルカリ金属水酸化物（ＫＯＨ、ＮａＯＨ）と金属（水）酸化物（ＴｉＯ2、ＭｇＯ、Ｃａ（ＯＨ）2等）とを加熱反応させてアルカリ金属と他の金属と酸素と結合した親水性の非常に高い複合金属酸化物（Ｋ2ＴｉＯ3、Ｎａ2ＴｉＯ3、Ｋ2ＭｇＯ2、Ｎａ2ＭｇＯ2等）でもよく、これらは固体である。
【００４５】
これに反して溶融塩は液体状であり、移動体（船等）に搭載するのは不適切であるが、固体状の反応剤は移動体に搭載するのに便利であり。なお、これらの反応剤は約５００℃に加熱することが好ましく、この温度でも固体であり、溶融塩の方が低温で反応可能である。
【００４６】
なお、核変換システムＳ4は、水と反応剤と金属元素を使用する場合であり、核変換システムＳ1は水と金属元素、核変換システムＳ2は反応剤と金属元素を使用する場合であり、核変換システムＳ2で使用できない、酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）、チタン酸マグネシウム（ＭｇＴｉＯ3）は、核変換システムＳ4では使用できる。また、酸化チタン（ＴｉＯ2）のみでは、いずれのシステムでも使用できない。すなわち、単なる酸化物のみでは、いずれのシステムでも使用できないが、例外的に酸化ナトリウム（Ｎａ2Ｏ）の場合は、水の存在下で水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）となり、使用可能となる。
実験例６
なお、ＫＯＨ，ＮａＯＨと他の金属（水）酸化物とを反応させて脱水させた複合金属酸化物を反応剤とした場合の反応結果（発生水素量）を表１１に示す。
【００４７】
【表１１】
2012011499.tif 000013
ここで、◎は優良であり、○は良であり、△は僅かに水素が出たものであり、×は水素が全く発生しなかった。複数の酸化物が記載されているのは、それらの混合を意味する（例えば、表２のＴｉＯ2、Ｃｒ2Ｏ3はこれらの両酸化物の混合を意味する）。これらの結果、ＫＯＨもＮａＯＨの場合も、ＴｉＯ2、Ｃｒ2Ｏ3、ＭｇＯとの組合せが良好であることが判明している。すなわち、固体反応剤としてはそれらの組合せの結果生じるチタン酸カリウム（ナトリウム）、クロム酸カリウム（ナトリウム）、マグネシウム酸カリウム（ナトリウム）が好ましい。
実験例７
３）金属元素
核反応の場としては、金属元素の存在が有効であり、しかも反応セル１００の材質と、フィン１２４の材質としては場の形成に大きく影響し、反応剤１２０の種類をＮａＯＨ（溶融塩）、ＫＯＨ（溶融塩）、Ｋ2Ｔｉ2Ｏ5（Ｋ2ＴｉＯ3）、Ｎａ2Ｔｉ2Ｏ5（Ｎａ2ＴｉＯ3）（固体）とした場合の（これら４種類の反応結果に変化なし）反応セル１００の材質とフィン１２４との関係を表１２に示す。この結果Ｎｏ１、２、４、１８、１９、２０のＳＵＳ３０４（１８Ｃｒ−８Ｎｉ−残Ｆｅ）とＳＵＳ３１６Ｌ（１８Ｃｒ−１２Ｎｉ−２．５Ｍｏ−低Ｃ−残Ｆｅ）又は鉄（Ｆｅ)との組合せが良好であり、Ｎｏ.５のＮｉを含まないＳＵＳ４３０（１８Ｃｒ−残Ｆｅ）同士の組合せは反応しないことが判る。Ｎｏ.６、８、１０、１１のようにＮｉケースは不良であるが、全体的に見て、周期表第１０族のＮｉ、Ｐｄ（Ｎｏ.１２）、Ｐｔ（一般的判断）のうち、１つの元素が有効であると思われ、他に遷移金属のうちの一種が加わると反応が良好となる（Ｎｏ.１、２、４、７、１８、１９、２０）。なお、反応セルの材質とフィン１２４との材質をＳＵＳ３０４とした場合が記載されていないが、フィン１２４なしで反応セル１００の内壁のみでも反応は十分に起こり、これにフィン１２４を加えば更に反応が活発になる。また、フィン１２４は反応剤１２０内に埋もれて、その表面上に突出していなくても効果に変化はない。
【００４８】
【表１２】
2012011499.tif 000014
４）反応空間
主反応場所としては、反応剤１２０中ではなく、反応剤１２０の表面から微細粒子群ｇが上方に飛散し、この飛散場所が反応空間Ｒをなしている。
【００４９】
すなわち、溶融塩（ＮａＯＨ、ＫＯＨ）の場合、これら水酸化物のナノオーダーの粒子が３００〜５００℃の温度で飛散して反応空間Ｒ内を満たし、ここで反応が起こる。固体（Ｋ2ＴｉＯ3、Ｎａ2ＭｇＯ3）の場合も同じで、それら固体反応剤の表面からそれらの微粒子が反応空間に充満する。
【００５０】
なお、系内が無酸素状態（空気中の酸素がない）であれば、ＳＵＳ３０４の反応セル１００の内壁及びフィン１２４からＣｒ、Ｎｉ、Ｆｅ成分は反応剤（溶融塩、固体）の両者に対して溶け出すことはなかった。すなわち、１週間空気を入れたセルと空気を除いたセルの両者に水酸化ナトリウムを入れ５００℃に加熱したところ、空気を入れたものは赤錆を生じていたが、空気を入れないものは、全くそのままであり、フィンの重量の減少は全くなかった。
実験例８
前記反応セル１００に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を反応剤として使用し、バルブ１０９を閉じ、反応セル１００内の圧力と水素の発生量との関係および水素発生量とセル内の温度との関係を求めたら図１２及び図１３に示すような結果となった。すなわち、以下のような操作によって実験がなされた。反応セル１００は面状ヒータ１１５（温度計１２１とコントローラ１２３によって調整）によって３００〜５００℃に加熱され、この温度で反応空間Ｒの金属元素表面近傍はプラズマ雰囲気となる。前記反応セル１００の加熱前に真空ポンプ１１３を作動させて空気を完全に系外に排出させる。反応セル１００が加熱された後に、水タンク１０７からの水がチュービングポンプ１０６により所定量水管１０２を通って水受け１０５内に送られ、水蒸気を発生させた。このとき、水素管１０３のバルブ１０９を閉じておき、反応空間Ｒ内で水素が発生して圧力が所定圧（例えば、圧力計１２２により３気圧を検出）以上になったときにバルブ１０９を開放するようにコントローラ１２３によってシステムを操作した。
【００５１】
すなわち、反応空間Ｒの圧力と水素発生量は比例し、反応剤１２０の温度が４５０℃以上になると水素の発生量は急速に増大する（図１３）。また、核反応の活発度は水素発生量に比例する。
【００５２】
また、水素管１０３によって送られた水素は、冷却器１０８によって冷却され、もし、水素とともに未反応の水蒸気が出てきた場合には、ここで凍って氷として除去される。なお、この冷却器１０８内には、反応容器１００内で主として酸素イオンが核変換して生じた種々の元素が捕捉され、実際に反応剤１２０をＮａＯＨとし、反応セル１００とフィン１２４をＳＵＳ３０４とした場合には、表１３に示すような元素が冷却器１０８内で採集された。
【００５３】
【表１３】
2012011499.tif 000015
ここに、系内に実験前には存在しないで、新たに発生した異常に量の多い元素は、Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃａであり、酸素（Ｏ）、ナトリウム（Ｎａ）、鉄（Ｆｅ)，ニッケル  （Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）のうち何れかの元素がこれら元素に変換しているものと思われる。特に、酸素の大部分が他の元素に変換しているものと思われる（以下に説明するように、ガス分析によると酸素は全く検出されない）。
【００５４】
真空引き後（無酸素状態）に水を反応セル１００内に供給した場合において、質量分析器１１２で測定すると、図１４に示すように水素（Ｈ2)が９７％以上占め、このとき窒素（Ｎ2）が０．６％以上観察されるが、原子量３２の酸素（Ｏ2)は全く検出されない。
【００５５】
しかしながら、真空引きすることなく反応セル１００内に空気を入れたまま水を供給すると図１５に示すように、水素（Ｈ2）が４０％、窒素（Ｎ2）が３０％、酸素（Ｏ2)が６％存在した。このときには核反応は起きないものと思われる。
【００５６】
前記核変換システムＳ4を１０日間程度稼働させた後に反応セル１００の内壁を観察してみた。図１６に示すように、容器の側壁１０１ａの内壁ｉｓには元のＳＵＳ３０４には存在しないようなアルミニウム元素が観察された。その結果を図１７、１８に示し、両図において縦軸は原子比（モル比％）を示し、横軸は側壁１０１ａの高さを示している。反応剤１２０の表面の高さをＤ１とすると位置Ｄ１ではＦｅの原子比に対応してＡｌの原子比が著しく増大し、高さが高くなるに従ってＡｌ量が減少しこれに反してＦｅ量が増大する。４ｃｍ以上の高さでは、ほぼ本来のＳＵＳ３０４の成分に戻っている。図１８は微小原子の原子比を示し、特に、Ｍｎ、ＣｕはＤ１位置では減少し、高さが高くなるに従ってその量が増大している。なお、Ｃａは高い位置で急に増大している。
【００５７】
図１９、２０は同一材料の他の反応セルの実験後の内壁状態を示し、この場合には、位置Ｄ１付近ではＦｅ量が少なく、Ｃｒは２２〜２５％と高く、４ｃｍ付近では２０％以下に下がり、Ｎｉは高さによっては殆んど変化がなく、Ｎａがほぼ均一に分散している（図１９）。なお、微小金属としては（図２０）、Ｓｉの変化が激しくＭｎが１％弱検出されており、Ａｌは少量（０．１％以下）検出されている。
【００５８】
このように、反応セル１００内の内壁はプラズマ雰囲気の影響を受け、核変換を起こして元素の成分割合が変化する。
【００５９】
また、核変換が起きていれば、γ線や中性子が出ていると思われるので、それら放射線を測定してみると図２１に示すように、バックグランド値より若干高い強度のものが検出された。すなわち、γ線のバッググランド値は０．０５７±０．００８５μｓ／ｈであり、上限の０．０６３μｓ／ｈよりも若干高い部分が検出され、また、中性子のバッググラント値は０．１１９±０．０２２μｓ／ｈであり、上限の０．１４１μｓｖ／ｈよりも若干高い部分が検出された。これらは、人体に大きな影響はない。
考察３
前記核変換システムＳ4においては、反応セル１００内に親水性の高い反応剤を収納し、更に水蒸気を供給して、反応剤からのナノオーダーの微粒子が反応空間Ｒ内に充満し、この親水性の微粒子は水蒸気を捕捉し、水蒸気で濡れた微粒子は金属表面に作用し、金属表面の金属イオン（Ｃｒ3+、Ｎｉ2+、Ｆｅ3+）のプラズマ雰囲気内で、微粒子内の酸素又は水蒸気内の酸素が、プラズマ雰囲気内の金属イオン（特にＦｅ3+、Ｃｒ3+）と酸化物を作るが、このときに周囲の電子を取り込み、ナノオーダーの微細な酸化物粒子を生成する。この微細酸化粒子内の電子は有効質量が大きくなり、重くなる。この重くなった電子は原子を収縮せしめ、微粒子自体に含まれる原子同士の核間距離を狭めるため核反応を起こし易くする。また、微粒子内の重い電子は、重い電子を含む原子の境界付近に他の原子（例えば、プラズマ雰囲気内では、酸素イオン、水素イオン等）に取り込まれその原子を収縮させ核変換を起こし易くする。特に、水蒸気の中には、重水が１／７０００程度含まれており、この中の重水素は核変換が起こり易く、Ｄ−Ｄ反応が生じる場合がある。これにより、中性子が発生したり、プロトンが生じて、水素が発生する場合がある。
【００６０】
このように、反応剤と水蒸気とを加えると、より水素の発生量が多くなるし、核反応を起こし易くし、熱エネルギーとしても取り出すことができる。
【００６１】
次に応用例について説明する。
【００６２】
本発明の核変換システムは、図２２、２３に示すように水素採集装置として使用され、大量の水素が採集できる。
【００６３】
すなわち、水素発生システムＳ5が、３０ｃｍ以上の水の壁からなる中性子遮蔽用の水タンクＴ内に収められ、システムＳ5は横型の反応セル１４０を備え、この反応セル１４０内には、ヒーター管１４１が内臓され、このヒーター管１４１内に棒ヒーター１４２が着脱自在に収納されている。このヒーター管１４１には多数のフィン１４３、１４３…１４３が所定間隔で固定され、前記反応セル１４０内には、ＮａＯＨ等の反応剤１４４が収納されている。この反応剤１４４は、ヒーター１４２によって３００〜５００℃に加熱される。前記反応セル１４０内には、バルブ１４５を介して過熱蒸気が供給され、この過熱蒸気は高周波加熱装置１４６により２００℃以上とされ、この高周波加熱装置１４６には、蒸気発生器１４７により蒸発した１００℃以上の蒸気が供給され、蒸気発生器１４７は面状ヒーター１４８により加熱される。この蒸気発生器１４７には、前記水素発生システムＳ5を取囲んでいる水タンクＴからパイプ１４９を介して水が供給される。なお、水タンクＴは水素発生システムＳ5から注水時に発生する若干の中性子線を遮蔽するために用いられ、その厚さＵは３０ｃｍ以上であることが好ましい。なお、水タンクＴの代わりに、ポリエチレンの壁をセットしてもよい。
【００６４】
また、反応セル１４０からは、バルブ１５０を介して水素ガスが冷却器１５１内に供給され、ここで水蒸気が冷却されて除去される。なお、この冷却器１５１は冷媒１５２で冷却される。この冷却器１５１の底板１５３は開閉可能となっており、ここで酸素が変換されて貯溜されたカルシウム（Ｃａ）、ケイ素（Ｓｉ）等が残渣として除去される。
【００６５】
なお、反応セル１４０は４５０〜５００℃に加熱されることが好ましく直径１２ｃｍ長さ６０ｃｍの円筒とし、フィン１４３は５ｃｍ間隔で設けられ、これらの材料をＳＵＳ３０４で形成した場合に図２４に示すように質量３のガスが２０％以上検出され（図２４では２７％）、測定したところ質量３のガスはヘリウム３であると判定された。
【００６６】
一般の水素ガス（Ｈ2）は質量２のものが原子比で０．９９９８、質量３（ヘリウム３）のものが０．０００１５、質量４（重水素）０．００００５であるが、前記反応セル４０で発生するヘリウム３のガスが最大２７％以上となっている。図２４では、質量２のものが０．７２９９、質量３のヘリウム３が０．２７、質量４のものが０．００００５を示している。
【００６７】
ここでのヘリウム３は核融合物質であり、このヘリウム３（3Ｈｅ）と重水素原子核（2Ｈ）又はヘリウム３同士を核融合させれば、大きな熱エネルギーを取出すことができる。
【００６８】
図２５は低温核融合システムＳ6を示し、このシステムＳ6は核融合炉１６０を有し、この炉１６０は、ＳＵＳ３０４製の炉本体１６１と、この本体１６１を加熱する高周波誘導コイル１６２と、その外側に水を通して熱エネルギーを取出す水循環ジャケット１６３とを有し、前記炉本体１６１内には、ＳＵＳ３０４製のフィン１６４が収納されるとともに、ＮａＯＨ等の反応剤１６５が収納されている。前記炉本体１６１の上面には、水蒸気供給配管１６６と、ヘリウム３（3Ｈｅ）、重水素（2Ｈ）等の核融合物質を供給する核ガス供給配管１６７と、核融合後に発生するヘリウム（4Ｈｅ）、あるいは水素等の成果ガス配管１６８が設けられている。前記核ガス供給配管１６７には、遠心分離器１６９が接続され、ここで図２２の水素発生システムで採集される水素（Ｈ2）と、ヘリウム３（3Ｈｅ）が分離され、分離されたヘリウム３（3Ｈｅ）は、核融合炉１６０に供給され、分離された水素（Ｈ2）は貯溜されて各種用途に使用される。また、前記成果ガス配管１６８にも遠心分離器１７０が接続され、この分離器１７０により例えば水素（Ｈ2）とヘリウム（4Ｈｅ）に分離される。なお、これら遠心分離器１６９、１７０の代りに、パラジウム合金からなる分離膜を使用して水素とヘリウムとを分離することが可能である。これは、水素分子の大きさとヘリウム分子の大きさは約１：４であるので、分離が比較的容易なためである。
【００６９】
また、上述のような核変換反応は、有毒物質の分解にも応用でき、図２６に示すように、図２２に示す反応容器１４０と同じ構造の分解炉１９０に水蒸気管１９１及び有毒ガス物質タンク１９２を接続し、排出管１９３にガス分離器１９４を取付けて分解ガスを分離するようにする。前記分解炉１９０内のプラズマ雰囲気内に有毒ガスである、例えば炭酸ガス（ＣＯ2）、ダイオキシン（Ｃ12Ｈ4Ｏ2Ｃｌ4）、ＰＣＢ（Ｃ12Ｈ10-nＢｒｎ）等を注入した場合に、それら物質を元素毎に分離して分解する。
【００７０】
更に、本発明の核変換システムは、図２７に示すように金属の表面処理に使用できる。すなわち、処理炉１８０内にＮａＯＨ等の反応剤１８１を入れ、この反応剤１８１にＳＵＳ３０４のフィン１８２を浸漬し、処理炉１８０の側壁に水受け１８３を取付け、この水受け１８３に水パイプ１８４を臨ませ水受け１８３で水蒸気を作る（処理炉１８０は図示しない加熱ヒーターにより５００℃前後に加熱される）。前記処理炉１８０の開閉自在の蓋１８５の下側には、処理すべき金属板１８６が吊り下げられている。この金属板１８６はプラズマ雰囲気に曝され、１秒の間に何度も加熱、冷却作用を受けてその表面の結晶構造が変化し、例えばアモルファスの被膜が生成されたりする。なお、この反応の際、副産物として水素が生成され、水素管１８７を通って採集される。更に、図２８はレアメタル生成装置システムＳ7を示し、このシステムＳ7は、反応剤（ＮａＯＨ）２００を収納した反応セル２０１を有し、この反応セル２０１は図示しないヒーターにより３００〜５００℃に加熱される。前記反応セル２０１内には、フィン２０２が設けられ、このフィン上にレアメタル採集皿２０３が載置され、この皿２０３の中心部には、反応剤の微粒子が上方に通過する開口２０３ａが設けられている。
【００７１】
前記反応セル２０１の上蓋には、蒸気管２０４が取付けられ、この蒸気管２０４には、変換元素、例えば種々の金属をナノオーダーに微細にした粒子を貯溜しておく変換タンク２０７が吸引ポンプ２０８を介して接続され、変換元素は、所定量水蒸気により反応セル２０１に供給され、この中で核変換を起こして前記採集皿２０３内に貯まる。また、変換した軽い金属又は気体は採集管２０５を通って冷却器２１０内の内筒２１１内に貯溜される。前記冷却器２１０は冷媒２１２によって冷却され、反応時に生成したヘリウム３、水素等は、排出管２１３を通って貯溜される。なお、変換タンク２０７にガスを入れて、このガスを変換させることも可能である。このようにすれば、レアメタルが採集できる。
【００７２】
更に核変換システムＳ8は、水平円筒形の反応セル３０１を有し、この反応セル３０１には、過熱水蒸気が過熱水蒸気発生装置（水蒸気供給装置）３０２から送られる。この過熱水蒸気発生装置３０２は高周波誘導コイル３０３によって加熱され、この中には水蒸気発生タンク３０４内の水蒸気が送られ、このタンク３０４内の水は、水素バーナ３０６によって加熱される。前記反応セル３０１は、図３０に示すように、円筒形のケーシング３１０を備え、その中には４本のヒータ管３１１、３１１…３１１が設けられ、この中には加熱装置としての電気作動の棒ヒータ３１２、３１２…３１２が収納されている。前記ヒータ管３１１には、所定間隔で円板状の金属元素供給体としてのフィン３１３、３１３…３１３が保持され、このフィン３１３には、多数の開口Ｏ、Ｏ…Ｏ（水素、水蒸気流通のため）が設けられている。
【００７３】
前記ケーシング内には、反応剤３１４が収納され、この反応剤３１４上に反応空間Ｒが形成され、この反応空間Ｒには反応剤から無数の微粒子群が飛散しており、この微粒子群とフィン３１３とケーシング３１０の材質とヒータ３１２からの熱が反応空間Ｒ内の金属表面近傍をプラズマ雰囲気としている。前記ケーシング３１０の上面片側には、過熱水蒸気発生装置３０２からの水蒸気が送られる水蒸気管３１５が固定され、水蒸気管３１５の反対側には水素管３１６が設けられ、前記ケーシング３１０の側面には微細粒子群が循環する循環管３１７が突出形成され、この循環管３１７は、熱交換箱３１８内に位置し、この熱交換箱３１８内を水が循環し、この循環水が外部に熱を取出すようになっている。すなわち、循環管３１７、熱交換箱３１８、循環水が熱エネルギー取出装置を構成している。
【００７４】
前記水素管３１６には、反応セル３０１内で核変換して生成された残渣を回収する残渣回収器３７０が設けられ、この残渣回収器３７０を通過した水素ガスとヘリウムガス（3Ｈｅ）は分離膜３１８ａを内蔵した分離装置３１８によって分離され、ヘリウム３はボンベ３１９に貯溜され、このヘリウム３は、ボンベ３２０に貯溜された重水素（Ｄ2）ガスと混合されて、核融合配管３２１から反応セル３０１内に供給される。この混合ガスは反応セル３０１内において核融合し、１０００〜２０００℃の熱を発生させる。この熱は水蒸気管３１５から供給される水蒸気量によって調整される。
【００７５】
また、前記分離装置３１８によって分離された水素ガス（Ｈ2）は、水素ボンベ３２２によって一旦貯溜された後に前記水素バーナ３０６に送給される。前記反応セル３０１内の反応剤３１４は高温でベーパー化してその一部は、水素、ヘリウムガスと共に残渣回収器３７０内に送給され消費されることとなるので、図３０に示すように補充筒３２３を設け、この補充筒３２３を介して反応剤３１４を反応セル３０１内に補充するようにする。なお、補充筒３２３の送り管３２４の上下には、弁３２５、３２６が設けられ、これら両弁の開閉により反応剤が空気を反応器３００内に入れることなく供給されることとなる。
【００７６】
前記反応剤３１４が、密閉空間内で空気中の酸素を入れることなく４００℃〜５００℃で加熱されると、その表面からは、ベーパー状の微粒子が飛散し、この微粒子は金属元素供給体すなわち反応セル３０１の内壁及び金属元素供給体としてのフィン、更にはヒータ管３１１の外表面の金属元素と相俟ってプラズマ雰囲気を作る。なお、金属元素供給体としては、板状、塊状、粒状のような形状でもよい。このプラズマ雰囲気が核変換を生ぜしめることとなる。
【００７７】
更に、他の実施例について説明する。
【００７８】
図３１において、縦型の反応器３４０は背の低い大径の円筒形ケーシングからなる反応剤収納部３３０を有し、この収納部には反応剤３３１が収納され、前記収納部３３０の周囲には、多数の小円筒形ケーシングからなる反応空間室３３２、３３２…３３２が立設され、この反応空間室３３２には、反応器３３０から連管３３３、３３３…３３３を介して反応剤の微粒子群が供給される。前記反応器３３０及び反応空間室３３２は熱風発生装置としての水素バーナ３３４によって加熱され、この水素バーナ３３４は複数の枝管３３４ａ、３３４ａ…３３４ａを有し、この枝管３３４ａは開口３３４ｂ、３３４ｂ…３３４ｂを備え、この開口３３４ｂから水素が流出して燃焼するようになっている。前記反応空間室３３２内には、熱交換パイプからなる熱エネルギー取出装置３３５が収納され、前記熱エネルギー取出装置３３５には水循環システム３３７によって水が循環するようになっている。前記各反応空間室３３２には、水供給システム３３６によって所定のタイミングで水が供給され、水素収集システム３３８によって水素が採集されるようになっている。
【００７９】
前記反応器３３０内又は反応空間室３３２内には、金属元素供給体としてＳＵＳ３０４のフィン（図示なし）が収納されており、前記反応空間室３３２内には、水供給システム３３６によって水を直接供給してもよく、この代わりに水蒸気を供給してもよい。
【００８０】
図３２〜３４において、核変換システムＳ9は縦型の円筒形の反応セル３５０を有し、この反応セル３５０は加熱装置としての加熱炉３５１内に収納され、この加熱炉３５１は熱風発生装置としての水素バーナ３５２を備え、この水素バーナ３５２からの熱風により反応セル３５０は３００〜５００℃に加熱される。前記反応セル３５０は円筒形のケーシング３５３を有し、このケーシング３５３の中心には熱風を通すための熱風通路３５４が設けられている。また、前記ケーシング３５３は、仕切板３５５によって上下に仕切られ、その下部は反応剤３５６が収納される反応剤収納部３５７に形成され、その上部は反応空間室３５８に形成されている。
【００８１】
前記反応剤収納部３５７には、金属元素供給体としての２つの円形フィン３５９、３６０が収納され、前記反応空間室３５８は、放射方向に伸びる４枚の仕切板３６１、３６２、３６３、３６４によって４つの反応空間室３５８ａ、３５８ｂ、３５８ｃ、３５８ｄに仕切られ、各反応空間室には、前記ケーシング３５３を上下に仕切る仕切板３５５に形成された連通穴３５５ａ、３５５ｂ…３５５ｄが対応し、これら連通穴を通って、反応剤３５６から飛散した微細粒子群が各反応空間室内に充満する。前記各反応空間室には、それぞれ水供給パイプ３６５、３６５…３６５と、水素収集管３６６、３６６…３６６が接続されるとともに熱エネルギー取出装置としての熱交換パイプ３６７、３６７…３６７が収納され、これらパイプには水が供給され、前記水供給パイプ３６５に対応して水受け３６８が各反応室内に設けられる。前記水供給パイプ３６５は水集合管３６９から伸び、この水集合管３６９には水タンク３７１からの水が供給され、前記水素収集管３６６は水平水素収集管３７０の水中に伸び（図３４）、この水素収集管３６６には、水素とヘリウム３（3Ｈｅ）を分離する分離装置３７２が接続されている。
【００８２】
図３５において、核変換システムＳ10は加熱炉３８０を備え、この加熱炉３８０は、炉筒３８１と熱風筒３８２とを有し、前記加熱炉３８０は熱風発生装置としての水素バーナ３８３を備え、前記熱風筒３８２の側面には保持部３８４が設けられ、この保持部３８４は２本の加熱筒３８５、３８５を保持している。この加熱筒３８５、３８５内には、水平反応セル３８６、３８６が収納され、前記水平反応セル３８６には、水循環パイプからなる熱エネルギー取出装置３８７、３８７が取付けられている。前記反応セル３８６は加熱方式を除いて図２９に示すような構造を備え、反応セル３８６の周囲を熱風が流れ、反応剤と反応セル３８６のケーシングが加熱される。前記加熱筒３８６の先端上部には熱風を排出する煙突部３８８、３８８が形成されている。
【００８３】
図３６において、核変換システムＳ11は反応セル３９０を有し、この反応セル３９０は円筒形のケーシング３９１を備え、このケーシング３９１の周囲には、高周波誘導コイル３９２を備え、このコイル３９２はコントローラ３９３によって制御され、前記コイル３９２には、２０ＧＨｚ以上の周波数の電流が流され、これにより反応セル３９０内部は加熱され、前記ケーシング３９１の内部に沿って水循環パイプからなる熱エネルギー取出装置３９３が設置される。高周波は、プラズマ雰囲気を作るのに寄与するので核変換効率が著しく向上する。前記熱エネルギー取出装置３９３からの高温水蒸気はタービン３９４に送られ、このタービンは発電機３９５を回転させる。
【００８４】
なお、このような反応において、水を注入したときに反応セルからは中性子が発生することが確認されているので、中性子発生装置としても応用できる。次に中性子発生装置について説明する。
【００８５】
図３７において、中性子発生装置Ｍは、本体４００を有し、この本体４００は図３８に示すように、縦型円筒形のＳＵＳ３０４製の反応器４０１を備え、この反応器４０１内にＳＵＳ３０４のフィン４０２と反応剤４０３と、水受け４０４が収納されている。前記反応器４０１は面状発熱体４０５によって３００〜５００℃に加熱されるようになっており、前記水受け４０４には、水管４０６が臨まされ、反応器４０１の上面からは水素管４０７が上方に伸びている。前記反応器４０１の周囲には、水素化合物又はコンクリート製の中性子吸収物質である遮蔽体４０８が設けられている。前記反応器４０１の側面には、角形ガイド筒４０９が設けられ、このガイド筒４０９は、面状発熱体４０５および遮蔽体４０８の開口部４０８ａから横方向に伸び、検知物の方向に中性子線を向ける。中性子は反応器４０１の壁を透過するので特に反応器４０１の壁に開口を形成する必要はない。
【００８６】
図３７において、前記水管４０６は電磁弁４１０を介して水タンク４１１に伸び、この水タンク４１１はコンプレッサ４１２によって２〜３気圧に加圧され、水タンク４１１内の水が電磁弁４１０の開閉により所定圧で反応器４０１内に送られる。前記反応器４０１には圧力計４１３及び温度計４１４が取り付けられ、前記電磁弁４１０、コンプレッサ４１２、圧力計４１３、温度計４１４及び面状発熱体４０５はコントローラ４１５に接続され、反応器４０１の温度、圧力に応じて面状発熱体４０５がコントロールされるとともに、水の供給がコンプレッサ４１２及び電磁弁４１０によりコントロールされる。実験によれば、水が反応器４０１内に送られたときに、中性子が飛び出すことが確認されているので、水の送り量、タイミングをコントロールすることによって検知物に放射される中性子量がコントロールされる。
【００８７】
なお、中性子発生とともに水素ガス（Ｈ2）が採集されるが、この水素ガスは適宜大気に排出される。また、前記中性子を所定方向に指向せしめるガイド筒４０９は、中性子を吸収しにくいジルコニウム（Ｚｒ）材で形成するのがよい。
【００８８】
次に、本発明の核変換システムＳ12およびＳ13について説明する。
【００８９】
上述のように、低温での核変換はナノオーダーの微細粒子の存在と重い電子の存在と、核変換し易い元素の存在が必要であるとの知見から、図３９に示すように、無酸素状態を作り出す密封ケーシング５００内に、例えば蒸着等の手段によりナノオーダーの金属粒子を電導体５０１に付着せしめてナノ粒子層５０２を形成し、これを対向電極とし、これに電源５０３から電気を流し、対向電極間で放電させれば、ナノ微粒子と重い電子の作用によりナノ微粒内の元素同士の核間距離が狭まって核反応が起きる。特にこのとき重水素ガス（Ｄ2）、ヘリウム３（3Ｈｅ）、トリチューム（3Ｔ）等の核反応ガスを供給すれば、Ｄ−Ｄ反応、Ｄ−Ｈ、Ｄ−Ｔ反応が起こり易くなる。なお、電導体５０１上の金属ナノ粒子の固定は、酸化ニッケル（ＮｉＯ）等の半導体で行うのがよい。
【００９０】
また、図４０において、無酸素状態を作り出す密封ケーシング５１０を加熱装置としてのヒータ５１１で５００℃以上に加熱し、前記密封ケーシング内に熱の伝導体であるナノ粒子保持体５１２上に金属ナノ粒子層５１３を形成したものを設置し、この雰囲気内に核反応を起こし易い重水素ガス（Ｄ2）、ヘリウム３（3Ｈｅ）、トリチウム（3Ｔ）を供給してもよい。なお、密封ケーシング５１１を５００℃以上に加熱すれば、水蒸気を反応ガスとすることができる。低温では、水蒸気は水となり反応しないので核変換システムＳ12では水蒸気は反応ガスとして使用し難い。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年2月15日(2013.2.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
【特許文献１】特願２００９−９７３３号
【特許文献２】特願２００９−３９４８５号
【特許文献３】特願２００９−１２０７５７号
【特許文献４】特願２００９−１７８７４１号
【国際調査報告】
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