(57)【要約】【課題】  直径１μｍに絞った２本の荷電粒子ビームを衝突させることによって、軸方向の長さを荷電粒子の平均自由行程の長さより長くすることにより、細長い領域において核融合を発生することによって、核融合反応を発生させる基本的な条件を見出すことが出来た。（特願２０１５−０００００７）  しかしながら、平均自由行程を超える長さに亘り荷電粒子ビームを重ねる必要があり、荷電粒子バンチ全体を高い精度で衝突させる必要があるので、未反応粒子が多くなり、加速に要したエネルギーが無駄となる欠点があった。【解決手段】  荷電粒子ビームの１つを低速で、他方の荷電粒子ビームを高速で発射して衝突させることにより、低速のビームの直径と粒子数を増加することで、高い確度でビームを衝突させることができるとともに、高速の荷電粒子を無駄なく核融合反応させることができる。 【選択図】図２
2018044830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
打ち出す２本の核融合燃料である荷電粒子ビームが
双方共に重水素原子核２Ｈ（デューテリウムＤ）であるもの、
重水素原子核２Ｈ（デューテリウムＤ）と三重水素原子核３Ｈ（トリチウムＴ）であるもの、
重水素原子核２Ｈ（デューテリウムＤ）とヘリウム３原子核３Ｈｅであるもの、及び、
双方共にヘリウム３原子核３Ｈｅであるものであって、
これらの核融合燃料である荷電粒子をクーロン力により加速してパルス状の荷電粒子ビームのバンチにする粒子加速器６２（分散型加速器を含む。）、荷電粒子ビームを収束する電子レンズ６３（キャピラリー６３ｃにより収束するものを含む。）からなる「荷電粒子ビーム発生器」を備え、一方が低速の荷電粒子ビームを、他方が高速の荷電粒子ビームを発生し、
真空容器５５を備え、その中心に向けて２つの荷電粒子ビームを発射し、核融合燃料の組み合わせによって決まる核融合反応断面積が大きくなる適切な相対速度（加速に要するエネルギーに対して核融合エネルギーが大きくなる速度。）で一の軸上で衝突させて、細長い領域で核融合反応を発生させ、
核融合により生成した荷電粒子の運動エネルギーを熱及び直接電気エネルギーとして取り出すことを特徴とする荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕ。
【請求項２】
高速の核融合燃料より低速の核融合燃料の粒子数を増やした荷電粒子ビームを使用することで、衝突を容易にするとともに、高速の核融合燃料粒子の核融合反応率を向上し、加速に要するエネルギーの無駄を低減するとともに、未反応粒子回収路６８を備え、低速の未反応燃料粒子の荷電粒子を回収して再使用する構成としたことを特徴とする請求項１の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕ。
【請求項３】
セラミックなどの強靭な絶縁体材料で作成した一方が細くなったテーパー形状の容器に、
軸方向に複数の加速電極（直径が大きい部分には、加速グリッド６２ａを加える。）を配置し、
電極に一定の間隔で順次負の電圧を印加し、次に早い間隔で順次正の電圧を印加することで、
先端ほど先行する立下り波形より立ち上がり波形が早く印加されることによって、
クーロン力により荷電粒子を加速するとともに、進行方向に圧縮し、
容器の形状に従い半径方向にも圧縮して、
荷電粒子ビームのバンチを打ち出すことができる電界ピストン型加速器６２ｔを備えることを特徴とする、請求項１から２の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕ。
【請求項４】
楕円を基調とする内面形状で、楕円の焦点の１つを核融合反応点７０に置き、
他の焦点付近では緩やかに絞るキャピラリーの形状を有し、
核融合反応点７０を取り囲む様に配置することで、等方に輻射し飛翔する荷電粒子を、
分担して収束する荷電粒子収束器６３ｈを備えることを特徴とする、
請求項１から３の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕ。
【請求項５】
核融合により生成しパルス状に飛翔する荷電粒子の流れに磁気結合した導体６５ｃに誘起する誘導電流から、荷電粒子の運動エネルギーを直接電力としてエネルギーを取得するとともに荷電粒子を減速する、回生減速器６５（磁気結合回生減速器６５ｇ、可変回生減速器６５ｈ、静電結合回生減速器６５ｅを含む。）を備えることを特徴とする
請求項１から４の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕ。
【請求項６】
セラミックなどの絶縁材料で作成した筒状の容器の外側に電極を設け、位相の異なるプラスまたはマイナスの高電圧を一定の周期で加えることで、
荷電粒子の状態で移送するイオン回収チューブ６８ｔを備えることを特徴とする
請求項１から５の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕ。
【請求項７】
雌ねじ形のステーター６２ｓと雄ネジ形のローター６２ｒとを備え、断面形状がハイポサイクロイドあるいはエピサイクロイドで規定される形状（修正した形状を含む。）で、互いに嵌合して密閉されたキャビティーを１つ以上構成するとともに、
偏心半径ｅ、ローターとステーターの断面形状によって決まる形状係数Ｔ、波長λ（ピッチ）のうち、任意の１つ、２つ、あるいは全部の要素を、軸方向に変化させることで、ローター６２ｒが偏心回転することにより、密閉されたキャビティーがその容積を減じながら軸方向に移動する、
セラミックなどの強靭な絶縁体材料で作成した容積可変一軸偏心ネジポンプであって、
絶縁体材料の表面に帯電した荷電粒子の反発力によりキャビティーの密閉を行い、機械的な回転力により荷電粒子を圧縮する、荷電粒子圧縮ポンプ６２ｐを備えることを特徴とする
請求項１から６の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕ
【請求項８】
核融合生成粒子の電荷質量比及び到達時間の違いを利用して、電界または磁界（強度を変化するものを含む。）により偏向する電荷質量分離器６４ｘを備え、
核融合生成粒子の電荷質量比及び到達時間の違いを利用して、荷電粒子を核種ごとに分離することを特徴とする
請求項１から７の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕ
【請求項９】
中性子を透過し良い強靭な材料で作製した、高い圧力に耐えられる形状の中性子熱交換器５７ｃであって、核融合によって生成し飛翔する中性子ｎを減速するとともに、その運動エネルギーを熱に変換する中性子減速材１０を満たし、真空容器５５を取り囲むように配置した中性子熱交換室５７を備えることを特徴とする、
請求項１から８の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕ
【請求項１０】
熱交換室５７（中性子熱交換室５７を含む。）に推進剤５０（５０ａ、５０ｂ及び５０ｗを含む。）を送り込んで加熱し、
外部に噴射することで推進力を得る加熱型原子力ジェットエンジン８１、
発電機８８を駆動するタービン８６、及び
発電機８８を駆動する熱駆動ポンプ６６の内１つ以上を備えること特徴とする
請求項１から９の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕ
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最初の燃料として重水素のみを使用し、Ｄ−Ｄ反応を発生させ、核融合エネルギーによる発電を行うとともに、核融合により生成した三重水素を使用してＤ−Ｔ反応を発生させ、三重水素を直ちに消滅させるとともに、安全な核融合燃料として知られるヘリウム３を生産すること、及び、そのヘリウム３を核融合燃料としたＤ−３Ｈｅ反応（３Ｈｅ−３Ｈｅ反応も可能）を使用する放射性物質を伴わない核融合炉、並びに、核融合推進機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
核融合反応を利用してエネルギーを得る技術は、磁気閉じ込め型、慣性閉じ込め型などが世界中で精力的に研究が進められているが、実用化の見通しを確立した核融合方式は、未だ存在していない。
磁気閉じ込め核融合のプラズマ密度は、１０１４／ｃｍ３前後とされ、これは大気の１０万分の１であり、炉の大きさに比べて核融合反応で生じた荷電粒子の平均自由行程の方が大きい。
【０００３】
また、慣性核融合についても燃料ペレットの直径が1〜５ｍｍであり、１°Ｋまで冷却した燃料（常温の３００倍の密度と仮定する。）ペレットをレーザー光などで１０００倍に圧縮することが出来たとしても、圧縮後の燃料ペレットの直径と比べて、燃料内部における荷電粒子の平均自由行程の方が長い。
【０００４】
これらのことから、核融合反応を生じたとしても、核融合生成粒子がプラズマとなった原子核に衝突することなくすり抜けてしまうことから、プラズマを加熱することが期待できないと考えられる。
荷電粒子ビームを使用する研究もされているが、核融合プラズマやペレットを加熱・点火するためであり、荷電粒子ビーム同士を衝突させることで核融合反応を発生させようとする研究は、素粒子研究の分野以外では、見当たらない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特願２０１５−０００００７  荷電粒子ビーム衝突型核融合炉
【特許文献２】特許５６６３１２４号  容積可変軸流ネジポンプ、流体機関並びに熱機関
【特許文献３】特許５７１１８６５号  容積可変軸流ネジポンプ及び外燃機関
【特許文献４】特願２０１５−１４９０５８  可変容積進行型ポンプ（多段ポンプ）
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】分散型荷電粒子加速器概要ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｅｍｃｕｂｅ．ｃｏ．ｊｐ／ａｃｃｅｌｅｒａｔｏｒｓｕｍｍａｒｙ．ｈｔｍｌ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１においては、２本の荷電粒子ビームを直径１μｍに絞り、荷電粒子の平均自由行程を超える長さに亘って衝突させることによって、細長い領域において有効な核融合反応を発生させる基本的な条件を見出すことが出来たが、核融合を実現するために次の課題を解決する必要がある。
・その１（ビーム衝突精度）
２本の荷電粒子ビームを、平均自由行程を超える長さに亘り、対向して重ねる必要があるから、０．１μｍ程度の極めて高い精度が求められることになる。
【０００８】
・その２（未反応粒子の増加）
核融合発生領域を限定するため、荷電粒子ビームを軸方向にも圧縮し、荷電粒子をバンチ状にしなければならないが、荷電粒子のバンチの後方は、互いに衝突する粒子が減少するため、後半ほど核融合を生じなかった未反応燃料粒子が増加してしまうので、荷電粒子をバンチにしたことによって、未反応粒子の加速に要したエネルギーが無駄になる。
【０００９】
・その３（核融合生成粒子の発散性）
さらに、核融合生成粒子は、核融合反応点を中心にあらゆる方向に等方に飛翔するため、直接電力変換、粒子の弁別、荷電粒子の回収等を困難なものにしている。
【００１０】
・その４（生成粒子の分離能力）
未反応粒子及び核融合生成粒子に含まれる三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）を、他の核種の荷電粒子と混合した後では、その中から電荷質量比の違いによって、特定の核種を分離することが困難になっていた。
【００１１】
・その５（直接電力変換）
静電型の直接電力変換は、部品点数が多くなること、出力電圧が高くなってしまうなどの問題があった。
・その６（燃料の管理）
中性子を発生しない核融合燃料である重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）及びヘリウム３（３Ｈｅ）は、核融合爆弾（水素爆弾）の原料であるから、その取扱いについて十分な管理が要求される。
また、使用環境において存在する荷電粒子や中性子による燃料の変質、核反応を防止する必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
・その１（ビーム衝突精度・未反応粒子対策）
荷電粒子の衝突方式として、一方が低速で大量の、他方が高速で少量の荷電粒子を衝突（以下「非対称衝突」と呼ぶ。）させさせることにより、衝突誤差δの許容値を大きく確保するとともに、高速の荷電粒子を無駄なく核融合させ、加速に要したエネルギーの無駄を減らすことができる。
【００１３】
表１は、荷電粒子の速度と粒子個数、質量、加速に要するエネルギー等を一覧にしたものである。
４種類の核融合反応について、高速の粒子がほぼ全て核融合反応をすると仮定し、１００倍多いため、低速粒子の９９％が未反応粒子となる非対称衝突方式と、対称衝突させる場合とを比較した。
表１  非対称衝突と対称衝突の比較
2018044830.tif 000003
【００１４】
粒子数が１００倍多い低速の荷電粒子ビーム１は、核融合反応率が低いが、加速に要するエネルギーを１４００分の１（Ｄ−Ｄ反応の場合）と少なくすることができる。ビーム径を１０倍に大きくすることができるので、衝突誤差δの許容値を対称衝突させる場合と比較して、１０〜１００倍程度まで緩和することができる。
低速の荷電粒子をさらに低速にすることによって、加速に要するエネルギーを減らすことができるが、荷電粒子の収束状態の維持とトレードオフとなると考えられる。
【００１５】
なお、Ｄ−Ｄ，Ｄ−Ｔ及びＤ−３Ｈｅは、重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）を共通の低速粒子とし、３Ｈｅ−Ｄ及び３Ｈｅ-３Ｈｅは、ヘリウム３（３Ｈｅ）を共通の低速粒子として用いることを考えている。
低速粒子を重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）とする核融合は、ヘリウム３（３Ｈｅ）の入手が困難な地球上において、Ｄ−Ｄ反応から核融合を開始することができ、ヘリウム３を生産できる。宇宙開発が進み、ヘリウム３（３Ｈｅ）を入手できるようになった後は、放射性物質を発生しない安全なＤ−３Ｈｅ反応に移行することが望まれる。
低速粒子をヘリウム３（３Ｈｅ）とする核融合は、宇宙においてヘリウム３（３Ｈｅ）が豊富な環境で有利と考えられる。
【００１６】
Ｄ-Ｄ反応では、加速に要するエネルギーが０．３４から０．１５と半減し、無効となるエネルギーは０．０５８から０．０２４まで減少している。
Ｄ−Ｔ及びＤ−３Ｈｅ反応は、対称衝突と比較して非対称衝突の方が、無効となるエネルギーが増大することになるが、Ｄ−Ｄ反応と同時に使用する場合は、未反応の低速の重水素原子核２Ｈ粒子に衝突させるので、無効エネルギーが増大することにはならない。
また、効率が高いとされる分散型加速器（非特許文献１参照）使用した場合、６０％以上の効率が得ることができるから、加速に要するエネルギーより大きな核融合エネルギーを回収することができると期待できる。
【００１７】
また、Ｄ−Ｄ反応の核融合断面積が０．１３〜０．２ｂａｒｎであるのに対して、Ｄ−Ｔ及びＤ−３Ｈｅ反応では、1〜５ｂａｒｎと高く、核融合反応率も高くなるので、低速ビームの粒子数を減少するなど、さらなる最適化の余地がある。
３Ｈｅ−３Ｈｅ反応については、核融合反応断面積が０．０１ｂａｒｎと小さく、高い核融合反応率を確保するために、他の反応と比較して荷電粒子バンチの圧縮度を高くする必要がある。
【００１８】
・その２（生成粒子の収束と弁別）
核融合生成粒子が核融合反応点を中心にあらゆる方向に等方に飛翔することから、直接電力変換、粒子の弁別及び回収を困難なものにしている。
楕円形状を基調とする内面を有するセラミック等の絶縁体で作成した荷電粒子収束器を使用して、多面体（切頂２０面体等）の面を単位として配置することにより、それぞれの方向に飛散した粒子を荷電粒子収束器ごとに収束することができる。
【００１９】
生成粒子が混合した後に分離するのではなく、表２に示すように核融合生成粒子の核種ごとの飛翔速度の違いを利用して、分離することができる。
表２  核融合反応生成粒子の飛翔速度等一覧
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【００２０】
表２のＤ−Ｄ反応における三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）と水素１Ｈ（プロトンｐ）の比軌道半径が２．２２と同一であることから、固定した磁界では分離できないことが解る。粒子の飛翔速度が異なるので、到達時間が異なることを利用して、磁界若しくは電界を変化させて分離する必要がある。
三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）とヘリウム３（３Ｈｅ）の飛翔速度の比率は、約１０％程度と僅かであるが異なっている。核融合生成粒子のパルス幅（時間幅）が１３ｎＳである場合、１ｍ以上離れた地点で混合を遁れて分離することができる計算となる。
【００２１】
・その３（直接電力変換）分離能力・
磁気結合による直接電力変換を行うことで、低い電圧による電気エネルギーに直接変換することができる。
荷電粒子収束筒６３ｈで収束し、核種分離後、荷電粒子の流れに平行に導体を配置し、その周囲を磁性体で取り囲み磁気結合することで、導体に電流を誘起することで、荷電粒子の運動エネルギーから直接電力変換を行うことが出来る。核融合生成粒子のパルス幅と同等のパルス状の電流を得る。
【００２２】
真空容器内に散乱した荷電粒子は、増加すると目的外の核融合反応を生じる可能性もあるので、炉内全体に配置した電位勾配及び重力の加速を受けて、低速の荷電粒子とともに炉の下部に設けたイオン回収路６８に誘導し、回収する。
【００２３】
低速ビームの粒子と散乱粒子を容易に回収するため、重力により粒子が下方へ向かい易いことから、炉の上方から真空容器の下部に向かって低速および高速の荷電粒子ビームを発射し、炉の下部にイオン回収路６８を設けることとした。
さらに、図に示していないが、真空容器内部に、荷電粒子を下方に誘導する電界を与える電極を絶縁容器の外側に配置する。
中性子は、電磁界の影響を受けにくいこと、物質の透過力が高いため、荷電粒子との分離は容易である。
【００２４】
・その４（燃料管理）
ＧＰＳ等位置情報取得機能を内蔵して、運搬状況を記録する他、ブラックボックスで知られるような航空機の運行情報を含めた記憶装置を内蔵した核融合燃料カセットを使用し、核融合燃料の位置管理と核融合燃料が飛行計画のとおりに使用されたか否かを管理する。
【発明の効果】
【００２５】
荷電粒子の衝突方式として、一方が低速で大量の荷電粒子と、他方が高速で少量の荷電粒子を衝突（以下「非対称衝突」と呼ぶ。）させ、高速の荷電粒子を無駄なく核融合反応させ、加速に要したエネルギーの無駄を減らすことができるとともに、衝突誤差δの許容値を大きく確保できる。
【００２６】
また、核融合生成粒子の核種ごとの飛翔速度の違いを利用して、減速する前に核種を分離することで、分離を容易にすることができる。
磁気結合による直接電力変換を行うことで、低い電圧の電気エネルギーに直接変換することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】非対称衝突型核融合炉６０ｕの説明図
【図２】簡易型の非対称衝突型核融合炉６０ｕの説明図
【図３】粒子飛翔図：（ａ）Ｄ−Ｄ反応、（ｂ）Ｄ−Ｔ反応、（ｃ）Ｄ−３Ｈｅ反応
【図４】粒子衝突図：（ａ）衝突直前、（ｂ）一部衝突、（ｃ）衝突後期、（ｄ）衝突直後、（ｅ）核融合生成粒子の飛翔状態、（ｆ）複合衝突（衝突直前）
【図５】（ａ）電界ピストン型粒子加速器６２ｔ、（ｂ）加速電圧波形、（ｃ）加速電圧、（ｄ）イオン回収チューブ６８ｔ
【図６】（ａ）回転楕円体の内面反射の特性、（ｂ）荷電粒子収束筒６３ｈ、（ｃ）核融合生成荷電粒子の収束と弁別
【図７】（ａ）荷電粒子減速器６５Ｒ、（ｂ）磁気結合回生減速器６５ｇ、（ｃ）時限回生減速器６５ｈ、（ｄ）静電結合回生減速器６５ｅ
【図８】磁気弁別器６４Ｒ：（ａ）横断面図、（ｂ）縦断面図
【図９】荷電粒子圧縮ポンプ６２ｐ：（ａ）断面図、（ｂ）ステーター６２ｓ、（ｃ）ローター６２ｒ
【図１０】（ａ）分割式の中性子熱交換器５７ｃ、（ｂ）噛合せ、（ｃ）熱駆動ポンプ６６（可変容積進行型ポンプ）の縦断面図、（ｄ）ピストン６６ｐの縦断面図、（ｅ）ピストン６６ｐの外観図
【図１１】宇宙往還機：（ａ）上面図、（ｂ）正面図、（ｃ）縦断面図
【図１２】加熱型原子力エンジン８１（ａ）配置図、（ｂ）説明図、（ｃ）粒子衝突図、（ｄ）熱交換室５７を含む横断面図
【図１３】宇宙往還機の運行形態図：（ａ）水平離着陸、（ｂ）垂直離着陸、（ｃ）スカイクレーン、（ｄ）人工重力の生成、（ｅ）大気圏突入、（ｆ）大気圏突入時の断面図
【図１４】核融合燃料カセット９７
【発明を実施するための形態】
【００２８】
核融合発電
図１は、荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕを使用した実施例１の核融合発電炉の説明図である。
図２は、荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕを使用した実施例２の簡易型の核融合発電炉の説明図であり、中性子及び放射性物質を生成しない、Ｄ−３Ｈｅ及び３Ｈｅ−３Ｈｅ反応専用の核融合炉である。
【００２９】
荷電粒子の衝突方式として、一方が低速で大量の、他方が高速で少量の荷電粒子を衝突（以下「非対称衝突」と呼ぶ。）させ、衝突誤差δの許容値を緩和するとともに、高速の荷電粒子を無駄なく核融合反応させるように構成している。
【００３０】
図１及び図２の右下の重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）タンクから荷電粒子発生装置６２によりイオン化し、荷電粒子ポンプ６２ｐによりイオンタンク５９ｉに蓄積する。
２つの粒子加速器６２（電界ピストン型粒子加速器６２ｔ）により、重水素２Ｈ原子核を加速し、時間差を付けて、電子レンズ６３（キャピラリー６３ｃ）により収束して、核融合炉の中心に向かって発射する。
【００３１】
先に粒子の多い低速のビーム１を、次に粒子の少ない高速のビーム２を発射し、炉の中心で衝突するように発射時刻と方向を調整する。
図３は、燃料粒子および生成粒子の飛翔状況の説明図である。（表２の非対称衝突燃料粒子および生成粒子の飛翔状態を図に示したものである。）
【００３２】
図３（ａ）は、Ｄ−Ｄ反応の粒子飛翔図である。
遅い重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）ビーム１に、高速の重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）ビーム２が衝突し、核融合反応で生成した粒子が、１ｍ離れた地点に、水素１Ｈ（プロトンｐ）、中性子ｎ、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）及びヘリウム３（３Ｈｅ）の順に到達する。
【００３３】
図３（ｂ）は、Ｄ−Ｔ反応の粒子飛翔図である。
遅い重水素２Ｈ（プロトンｐ）ビーム１に、高速の三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）ビーム２が衝突し、核融合反応で生成した粒子が、１ｍ離れた地点に、中性子ｎ及びヘリウム４Ｈｅの順に到達する。
【００３４】
図３（ｃ）は、Ｄ−３Ｈｅ反応の粒子飛翔図である。
遅い重水素２Ｈビーム１に、高速のヘリウム３（３Ｈｅ）ビーム２が衝突し、核融合反応で生成した粒子が、１ｍ離れた地点に、水素１Ｈ及びヘリウム４Ｈｅの順に到達する。
３Ｈｅ−Ｄ反応については（ｃ）の燃料粒子を入れ替えたものであり、３Ｈｅ−３Ｈｅ反応については、粒子放出順序により飛翔粒子のエネルギーに相違が生じるので粒子飛翔図は省略した。
【００３５】
Ｄ−Ｄ、Ｄ−Ｔ及びＤ−３Ｈｅの３種類の核融合反応を同時に行ったとき、粒子は、水素１Ｈ，ヘリウム４（４Ｈｅ）、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）及びヘリウム３（３Ｈｅ）の順序で到達する。（中性子ｎは、電荷質量比による分離の対象外であるから、到達順序から外した。）
核融合生成粒子の核種ごとの飛翔速度の違いを利用して、混合する前に到達時間差で核種を分離することが可能であることが解る。
【００３６】
図４（ａ）〜（ｅ）は、Ｄ−Ｄ反応、すなわち、重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）同志の粒子衝突及び飛翔の様子を示している。  
（ａ）は、衝突直前、（ｂ）は、一部衝突、（ｃ）は、衝突終了、（ｄ）は、衝突終了直後、（ｅ）は、核融合生成荷電粒子である水素原子核１Ｈ（ｐ），三重水素３Ｈ（Ｔ）及びヘリウム３（３Ｈｅ）が分離して球殻状に広がっていく様子を表している。（中性子ｎも飛翔しているが、図には描いていない。）
【００３７】
図４（ｂ）〜（ｄ）に示すように、ビーム２の高速の燃料粒子の移動に伴って、低速燃料粒子の上部から下部に向かって核融合反応が進む。
衝突時に下方に向かう運動エネルギーが存在するため、上方に向かう粒子は遅く、下方に向かう粒子の速度は相加するので速くなる。
また、低速のビーム１のバンチの上から下に向かって衝突が進行することから、上側に飛翔する生成粒子の半径方向の幅が広く、下側に向かう粒子の半径方向の幅が狭くなる。
【００３８】
燃料粒子同士は、高い衝突率を確保でき、燃料粒子が直径１〜１０μｍ前後の細長い領域に集中しているから、生成粒子は瞬時に燃料粒子ビームの外に達するので、生成粒子と燃料粒子との衝突率は極めて低いと考えられること、生成粒子は等方に拡がり、急速に粒子密度を下げるので、先に生成した三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）に、直後に生成したより高速の水素１Ｈ（プロトンｐ）等が衝突するといった事象はほぼ無視できると考えられる。
【００３９】
図４（ｆ）は、高速の荷電粒子ビーム２を２本使用するため、二種類の粒子を低速粒子に衝突する様子を示している。三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）の方が重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）より低速であるから、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）を先に衝突させているが、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）の核融合断面積が大きいから、逆順にした方が総合的な反応率が向上すると考えられる。
逆順とした場合、低速粒子に衝突する直前に、高速の粒子同士が相対速度差の４００ｋｅＶで衝突してＤ−３Ｈｅ反応を生じるので、核融合生成粒子の分離への影響を考慮する必要がある。
なお、図４（ａ）から（ｆ）のビームの太さを強調して描かれているが、低速のビーム１の太さは１０μｍ前後、長さは３．９ｃｍ前後である。
【００４０】
図５（ａ）は、電界ピストン型粒子加速器６２ｔの説明図である。
電界ピストン型粒子加速器６２ｔは、石英やセラミックなどの丈夫な絶縁体でテーパー状に形成された容器の外側に多数の環状の電極を設け、内部に電気的に絶縁された複数の加速グリッド６２ａを設けている。
【００４１】
絶縁体の容器の内面が帯電することにより、次第に荷電粒子が反発するようになり、荷電粒子が内壁や加速グリッド６２ａに衝突しなくなる。
加速グリッド６２ａは、荷電粒子のエミッションを増加させないように、荷電粒子を正確に容器の先端に向けて加速するために設けている。容器の直径が小さい部分では、加速グリッド６２ａを省略している。
【００４２】
電界ピストン型粒子加速器６２ｔの周囲に設けた電極及び加速グリッド６２ａに、図５（ｂ）に示すように、ノードＮ０の電極から順に最初に負電圧（−）を加え、一定の時間後に正電圧（＋）を加えて、荷電粒子をノード番号の大きい方向へ誘導している。
ノード番号が大きくなるほど両極性パルスの負電圧が加えられる時刻が遅延し、正電圧を加えるまでの時間間隔を短くしている。
荷電粒子は、電極及び加速グリッド６２ａの負の電圧に引かれ、正の電圧に反発して電界ピストン型粒子加速器６２ｔの先端に向かって加速する。
【００４３】
先行する負のパルス電圧より、後の正のパルス電圧の立ち上がりの方が速く、負電圧が加えられている区間が徐々に狭くなるから、この区間に捉えられた荷電粒子は、容器のテーパー形状に従い断面積を縮小しながら加速するとともに、軸方向にも圧縮し、荷電粒子のバンチを形成して所定の速度で打ち出す。
両極性パルスの電圧波形は、正と負の高電圧を炭化シリコンなどの半導体スイッチＳａ、Ｓｄを介して電極に印加して作成している。
電圧を反転する際は、図５（ｃ）に示すように、残った電荷をダイオードＤ、インダクタンスＬ及びスイッチＳｂ、Ｓｃを経由して放電し、電圧を反転した後に、スイッチＳａ、Ｓｄを導通して高電圧Ｖｈを加えることで、電界ピストン型粒子加速器６２ｔの動作の効率化を図っている。
【００４４】
図５（ｄ）は、イオン回収チューブ６８ｔの構成を示す。外側に荷電粒子を誘導する電極を設け、３つの相（φ０、φ１及びφ２）からなるプラスまたはマイナスの高電圧を一定の周期で順次加えることで、荷電粒子を移送する。
イオン回収チューブ６８ｔは、イオン回収路６８に接続して荷電粒子を回収し、磁気弁別器６４Ｒに送っている。イオンを輸送する他、帯電を除去することができ、特にメンテナンスに際して帯電した三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）を除去することが要求される。
また、この方法は、管内壁の帯電量を調整する方法として用いることができる。
水素原子の大きさが極めて微小であることから、帯電した水素原子が管の構成原子の隙間を抜けて外側に漏出することが考えられる。三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）の漏出を防ぐため、管の内壁に水素Ｈ、重水素２Ｈなどの原子核をあらかじめ帯電しておく方法も考えられる。
さらに、管壁内に予め帯電させた金属などを埋め込む方法も考えられる。
【００４５】
図６（ａ）は、楕円の内面形状による粒子の収束原理を説明している。
楕円は、２つの焦点を持ち、１つの焦点から発した粒子は、楕円の内側（図のａ点）で反射（θ1＝θ２）して、他の焦点に収束する性質がある。
【００４６】
図６（ｂ）に示すように核融合反応点７０を焦点とする複数の荷電粒子収束器６３ｈを配置することで、全方位に広がる荷電粒子を、荷電粒子収束器６３ｈごとに収束することができる。
また、荷電粒子が荷電粒子収束器６３ｈの内側の壁面に浅い角度θ１で衝突するので、直角または直角に近い角度で衝突する場合と比較して、壁面への衝撃が大きく緩和される。
【００４７】
荷電粒子収束器６３ｈの核融合反応点７０に近い側は、荷電粒子収束器６３ｈの壁面が重複することになるので、重複部分（破線で作図している部分）の壁面を取り去った形状にして、切頂二十面体などの多面体の構成面ごとに荷電粒子収束器６３ｈを配置している。
荷電粒子収束器６３ｈの核融合反応点７０から遠い方の焦点付近の形状は、徐々に細くなるキャピラリー６３ｃの形状とし、ゆるやかに荷電粒子を収束している。
【００４８】
なお、図１及び図２には、荷電粒子収束器６３ｈ、回生減速器６５以下を１組のみを示し、他は記載を省略している。
荷電粒子収束器６３ｈは、荷電粒子の照射に耐える強靭なセラミックなどを用い、中性子を伴う反応を利用する場合は、中性子を透過し易いジルコニウムなどを含む材料を用いる。
核融合で生成した荷電粒子は、より軽い粒子から順に荷電粒子収束器６３ｈに到達するが、粒子を弁別するためには、それぞれの粒子を異なる流路に誘導する必要がある。
【００４９】
表２のＤ−Ｄ反応によって生じる水素１Ｈ(プロトンｐ)と三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）は、偏向磁界に対する軌道半径が２．２２（ヘリウム３に対する比で表している。）と同一であるため、偏向を加えても同じ流路に到達してしまうから分離することができない。
このため、どちらか一方の粒子を減速するか、または、偏向磁界を増減して、異なる流路に誘導する必要がある。
【００５０】
図６（ｃ）は、収束した生成粒子が種類ごとに異なる時間差で到達すること及び電荷質量比の違いを利用して、偏向器６４により分離する方法を説明している。
到達した粒子毎に時限回生減速器６５ｈにより到達時刻により異なる制動を加えて飛翔速度を調整し、磁気偏向器６４により異なる方向に偏向する。
【００５１】
あるいは、生成粒子の到達時刻ごとに偏向磁界を変更することで、粒子の飛翔方向を調整し弁別する方法もある。
弁別後の荷電粒子は、磁気結合回生減速器６５ｇにより十分減速し、荷電粒子のままでイオンタンク５９ｉに回収する。ただし、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）は、タンクに蓄積せずに直ちに加速して核融合炉に打ち込み、消滅するように構成している。
【００５２】
図７（ａ）は、荷電粒子減速器６５Ｒの説明図である。
丈夫な絶縁体で形成された筒状の容器の外側に導体６５ｃを配置し、当該導体を容器から離れた位置でループにして接続し、荷電粒子による誘導電流Ｉを導くことができる。容器から離れた位置で適当な電気抵抗を持たせることで熱に変換し、容器の局所的な過熱を避けつつ効果的な熱交換を行うことができる。
【００５３】
図７（ｂ）は、磁気結合回生減速器６５ｇの説明図である。
円環状の磁心６５ｍの中を通過する荷電粒子の流れと逆方向に内側に配置した電極６５ｔに誘導電流が流れ、荷電粒子の減速を行うとともに電気エネルギーに直接エネルギー変換を行っている。
ロゴスキーコイルの構成とすることもできる。
【００５４】
図７（ｃ）は、可変回生減速器６５ｈの説明図である。
磁気結合回生減速器６５ｇの電気出力に電力変換器６５ｐを経由して電気エネルギーを取り出すが、スイッチする小さな容量のコンデンサーまたはインダクターを負荷とするなど、電力変換器６５ｐの変換係数を瞬時に変化することで、磁気結合回生減速器６５ｇによって取り出す電力量及び減速量を調整する。
【００５５】
核融合生成粒子は、極めて短い時間間隔で順次到来するから、それぞれの粒子のバンチ形状を崩さずに、前後の異なる核種の粒子と混合しないように、かつ、瞬時に減速量を調整しなければならない。
図７（ｄ）は、静電結合回生減速器６５ｅの説明図である。狭い流路に荷電粒子を通して、電極に誘導電流を整流して取り出すように構成している。遅延回路を使用しないので、部品点数を減少できる。
【００５６】
図１の非対称衝突型核融合炉６０ｕの上側と下側では、核融合生成粒子の到達時刻及び速度が異なるから、荷電粒子収束器６３ｈ毎に、時限回生減速器６５ｈの設定が異なるものとなる。
なお、図１には、荷電粒子収束器６３ｈ、可変回生減速器６５ｈ、粒子分離器６４ｘ（偏向器６４）及び磁気結合回生減速器６５ｇを一組のみ記載するに止めており、他の荷電粒子収束筒６３ｈについては外形のみを鎖線で描画している。
【００５７】
また、図２のＤ−３Ｈｅ及び３Ｈｅ−３Ｈｅ反応専用の簡易型の核融合発電炉６０ｕでは、核融合生成粒子の分離を行う必要が無いから、可変回生減速器６５ｈ及び粒子分離器６４ｘ（偏向器６４）は必要ない。
さらに、核融合生成粒子は、全て荷電粒子であるから、壁面への衝突などによる損失を除けば、荷電粒子の運動エネルギーは全て直接電力変換の対象であるから、極めて高い電力への変換効率が期待できる。
【００５８】
図１の電荷質量分離器６４ｘで分離された粒子は、磁気結合回生減速器６５ｇにより減速され、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）を除き、核種ごとに用意されたイオンタンク５９ｉに蓄積、または、気体に戻して回収ガスボンベ６８Ｖに蓄積する。
【００５９】
回収した三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）は、粒子加速器６２（電界ピストン型粒子加速器６２ｔ）により加速し、低速及び高速の重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）ビーム１及び２と時間差を付けて、図４（ｆ）に示すように非対称衝突型核融合炉６０ｕの中心で衝突するように発射する。
図４（ｆ）のビームの太さは強調して描かれている。（ビーム１の太さは１０μｍ、長さは３．９ｃｍ前後である。）
【００６０】
ヘリウム３（３Ｈｅ）は、通常は使用せずに気体にして回収ガスボンベ６８Ｖに保存するが、非対称衝突型核融合炉６０ｕを停止するとき（緊急停止するときを含む。）は、Ｄ−Ｄ反応を停止し、Ｄ−３Ｈｅ反応を継続しながら、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）の消滅運転を行い、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）を十分に消滅した後に運転を停止する。
【００６１】
地震等を検出した場合も、自動的に三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）の消滅運転に入るが、この場合は、Ｄ−３Ｈｅ反応による運転を継続して出力を維持し、一定時間経過後、炉の損傷の危険が無くなったと判断した時点でＤ−Ｄ反応を含む運転に復帰する。
【００６２】
図１及び図２の非対称衝突型核融合炉６０ｕの上部のキャピラリー６３ｃから発射した燃料粒子のうち、核融合反応をしなかった未反応粒子６８ｎは、非対称衝突型核融合炉６０ｕの下部に設けたイオン回収路６８から回収する。
【００６３】
回収した未反応粒子６８ｎは、再度加速して低速の荷電粒子ビーム１として再利用するが、核融合反応生成粒子との衝突や散乱により、重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）粒子以外の粒子が混入し、徐々に増加するため、核融合反応率が低下する原因等となる。
このため磁気弁別器６４Ｒに送り、重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）粒子のみを弁別する必要がある。
【００６４】
図８は、磁気弁別器６４Ｒの説明図である。
並行磁界の中に未反応粒子６８ｎを導き、電荷質量比の違いを利用して、重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）粒子から、混入した水素１Ｈ（プロトンｐ）、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）、ヘリウム３（３Ｈｅ）及びヘリウム４Ｈｅを分離する。
【００６５】
図８（ａ）は、核種ごとに異なる半径の軌跡を描き、半回転したところで分離・回収を行うが、（ｂ）に示すように粒子数の多い重水素２Ｈ(デューテリウムＤ)の一部を先行して分離し、残りの粒子は、磁界中を何度も回転させて分離精度を高めている。図には示していないが粒子の分離を促す整流板を配置するなどして分離を促している。
【００６６】
図９は、荷電粒子圧縮ポンプ６２ｐの縦断面図（ａ）、ステーター６２ｓの外観図(ｂ)及びローター６２ｒの外観図である。（偏心回転を行う駆動機構が必要であるが、記載を省略している。）
特許文献２及び３に示す可変容積一軸偏心ネジポンプ（アルミナなどの絶縁性の高い強靭な材料で作製したモーノポンプ）で、機械的な回転力により荷電粒子を圧縮する。
ステーター６２ｓとローター６２ｒとが作る密閉された空間であるキャビティーは、ローター６２ｒの偏心回転に伴い、その容積を減じながら軸方向に移動する。
【００６７】
荷電粒子圧縮ポンプ６２ｐは、荷電粒子を加速することはできないが、ステーター６２ｓとローター６２ｒとの間の隙間の表面に帯電した荷電粒子が互いに接近して電位が高くなり、電気的な斥力で密閉しているので、ローター６２ｒの偏心回転に伴い、キャビティー内の荷電粒子の密度を高めることができる。
なお、荷電粒子圧縮ポンプ６２ｐの先端Ｂ（図９（ａ）に示す。）が開いた瞬間に荷電粒子が勢い良く飛散することになるので、円筒形状のイオンタンク５９ｉの内部で荷電粒子が回転するように導き、荷電粒子同志の衝突をさけて核融合反応が生じないように導入している。
【００６８】
荷電粒子圧縮ポンプ６２ｐの回転に伴い、間欠的に圧縮された荷電粒子が出力されるので、イオンタンク５９ｉに蓄積し荷電粒子の安定供給を行う構成にしている。
なお、荷電粒子圧縮ポンプ６２ｐの使い方は、図１及び図２のとおりである必要はない。
複雑になることから図示していないが、電界ピストン型粒子加速器６２ｔの直前に荷電粒子圧縮ポンプ６２ｐを挿入する構成方法（荷電粒子圧縮ポンプ６２ｐと電界ピストン型粒子加速器６２ｔを直列に接続する。）も考えられる。
【００６９】
また、図には示していないが、ステーター６２ｓの外側には、メンテナンス等が容易に行い得るように、帯電を除去するための電極を配置する。
さらに、荷電粒子の流路を構成する部材に帯電除去のための電極を配置する他、絶縁体の厚み（電極までの距離）を調整することで帯電量を調整し、荷電粒子の流れを調整し安定化する。
【００７０】
核融合で生成された中性子ｎは、荷電粒子収束器６３ｈの壁面を透過し、熱交換室５７に満たした中性子減速材（水）１０によって減速され、熱に変換される。
熱交換室５７は、全体形状が球殻状で、図１０（ａ）に示すような円環状（ドーナッツ状）の熱交換器５７ｃを複数組み合わせた形状で、内部の高い圧力に耐えるようになっている。
中性子ｎの照射を受ける個所には、十分な強度があり、中性子ｎに対する反応断面積の小さなジルコニウムなどを用いる。
【００７１】
図１０（ｂ）は中性子熱交換器５７の断面図を示す。
真空容器５５を取り囲むように配置した中性子熱交換器５７ｃは、保守作業のために一部を取り外すことが可能であり、接合箇所から中性子が漏出しない形状とする必要がある。  
保守管理のために中性子熱交換器５７ｃを分解して任意に取り外すことができる構造としている。
荷電粒子収束筒６３ｈの取り出し部分等から、中性子ｎが外部に漏れないように対策が必要である。
【００７２】
複数の中性子熱交換器５７ｃを経由し中性子減速材１０を下から上に向かって循環し、中性子ｎの照射を受けて熱せられる。高温になった中性子減速材１０は、上部の中性子熱交換器５７ｃから取り出し、タービン８６を回して発電機８８を駆動している。
図１の中性子熱交換器５７と真空容器５５（６３ｈ）との間、または、図２の熱交換室５７は、空冷とし、気体を循環して、熱駆動ポンプ６６（特許文献４の可変容積進行型ポンプ等）に導き、熱を回転力に変換し、発電機８８を駆動して発電する。
【００７３】
中性子熱交換器５７の内部で中性子減速材１０（水）が気化するなどして密度が低下し、中性子ｎの遮蔽力が低下しないように注意が必要である。
図には示していないが、中性子減速材１０に三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）が多く含まれる場合は、漏えいを減少させるため、必要に応じて熱交換器を挿入する。
中性子減速材１０は、冷却した後、中性子熱交換器５７ｃの下部に戻し、循環している。
【００７４】
また、中性子減速材１０を使用するのではなく、リチウム６などの中性子吸収材を使用し、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）を生産する方法も考えられるが、確実かつ瞬時に三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）を回収する必要がある。
Ｌｉ６  ＋  ｎ  →  ４Ｈｅ（３．５ＭｅＶ）  ＋  Ｔ（２．７ＭｅＶ）
この反応に適切な速度まで中性子ｎを減速することが必要であること、生成した三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）を収集しなければならないこと、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）の取扱量が増加するとともに、装置が複雑になるため、望ましい方法ではないと考えられる。
【００７５】
さらに、ヘリウム３（３Ｈｅ）を中性子吸収材として用いることが可能だが、トリチウムＴに変化するため、ヘリウム３（３Ｈｅ）の生産量が減少するとともに、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）の取り扱い量が増加することになる。
３Ｈｅ  ＋  ｎ  →  Ｔ
やはり、中性子減速材１０として軽水を用いるのがベストと考えられ、中性子捕獲の結果、ガンマー線γを放出して、重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）に変換されるから、精製して燃料の一部に加えることができる。
１Ｈ  +  ｎ  →  ２Ｈ  +  γ
【００７６】
図２の簡易型の非対称荷電粒子ビーム衝突方式核融合炉６０ｕでは中性子熱交換器５７ｃを記載していない。使用するヘリウム３（３Ｈｅ）に重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）や三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）等の異原子が含まれていると、中性子ｎが発生する反応が生じるので、混入の度合いにもよるが中性子減速材１０等で遮蔽する必要がある。
【００７７】
また、荷電粒子が壁面等に衝突することなどで発熱があるため、図２には、熱交換室５７としてのみ示しているが、少なくとも冷却を行う必要がある。
簡易型の非対称荷電粒子ビーム衝突方式核融合炉６０ｕは、粒子の弁別装置を持たないから、ヘリウム４（４Ｈｅ）や水素１Ｈ（プロトンｐ）とともにイオンタンク５９ｉ、回収ガスボンベ６８Ｖに回収する。
【００７８】
図１０（ｃ）は、可変容積進行型ポンプ６６の縦断面図である。分割式の中性子熱交換器からの熱源流体(高温になった中性子減速材１０等)をＡから導入し、シリンダー６６ｃ壁を通して熱交換し、Ｂから排出して、熱交換器５７ｃへ循環している。
可変容積進行型ポンプ６６の作動流体をＣから導入し、複数のピストン６６ｐで構成する気筒を順次移動しながら加熱を受けることで膨張し、回転しながら往復運動するピストン６６ｐを駆動する。膨張を終えた作動流体は、Ｄからシリンダー６６ｃ壁を通して再度熱交換し、熱エネルギーを十分回収してＥから排出している。
【００７９】
弁６６ｖは、ピストン６６ｐが図の右方向に移動するときは閉じ、左方向に移動するときは開く動作をする。弁６６ｖを通過した作動流体は、ピストン６６ｐとシリンダー６６ｓの間隙を通過しながら加熱を受ける。（動作の詳細は、特許文献４を参照）
作動流体が空気である時は図には示していないが予め圧縮して用いる。水などのバイナリ流体は圧縮することなく用いることができる。
流路ＡからＢと、流路ＣからＥは、互いに分離されており、混合しないので、流路ＡからＢに流す熱源流体に放射性物質が含まれていた場合でも漏えいを低く抑えることができる。
【００８０】
表３は、図１の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕを使用した実施例１の核融合発電量の概算である。
全ての反応において、毎秒７．２８×１０１９個の粒子が衝突する条件で検討し、生成粒子の損失がないものとして計算した。

電力に換算して５０５．５ＭＷの出力があり、ヘリウム３（３Ｈｅ）を燃焼せずに蓄積した場合は、２９０．４ＭＷの出力となる。Ｄ−Ｔ反応２０５．１ＭＷ及びＤ−３Ｈｅ反応２１５．２ＭＷと比較して、Ｄ−Ｄ反応による出力は、８５．２ＭＷと総発電量に対する占める割合が少ない。
表３  Ｄ−Ｄ反応による核融合発電量
2018044830.tif 000005
【００８１】
荷電粒子として３１２．８ＭＷの出力があり、直接発電の効率が８５％であると仮定すると、２６５．９ＭＷの電気出力が得られ、損失となった４６．９ＭＷの熱出力と、中性子の持つエネルギー１９２．７ＭＷと合わせて、２３９．６ＭＷの発熱量がある。この熱から効率６０％の発電を行うことで、１４３．８ＭＷの電気出力を得ることができるので、直接発電と合わせて４０９．６ＭＷの電力を得ることができることになる。
【００８２】
加速された高速粒子のエネルギーは１１．７ＭＷであり、効率６０％の分散型加速器を使用した場合、１９．４ＭＷの電力を要するから、差引、３９０．２ＭＷの電力が得られる計算になる。
なお、低速粒子の加速エネルギーは、１１７ｋＷ（１９４ｋＷ）と少ないため、無視した。
【００８３】
熱効率ηを６０％として計算を示したが、熱出力は、熱交換器の耐熱温度まで上げることができるから、カルノーサイクルの理論熱効率から高温源ＴＨが１３００°Ｋであれば７７％、ＴＨが１８００°Ｋであれば８０％を超える熱効率ηが期待できる。
η＝１−（ＴＬ／ＴＨ）
【００８４】
表４は、図２の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕを使用した実施例２の簡易型の核融合発電量の概算である。
Ｄ−３Ｈｅ反応による２１５．２ＭＷの電力換算出力があり、直接発電の効率が８５％であると仮定すると、１８２．９ＭＷの電気出力が得られ、損失となった３２．３ＭＷの熱出力から熱効率６０％の発電を行うことで、１９．４ＭＷの電気出力を得ることができるから、合計２０２．３ＭＷの電力を得ることができる。
粒子を加速するために４．７ＭＷを要し、効率６０％の分散型加速器を使用した場合、７．８ＭＷの電力を要するから、差引、１９４．５ＭＷの電力が得られる計算になる。
表４  Ｄ−３Ｈｅ反応による核融合発電量
2018044830.tif 000006
【００８５】
図１１は、実施例２の電気出力を下げ、荷電粒子減速器６５Ｒの要素を増やすなどして、熱出力を増加した構成の実施例３の簡易型の非対称荷電粒子ビーム衝突方式核融合炉６０ｕを搭載した核融合推進機（航空機・宇宙往還機・惑星間航行機）８０の説明図である。
Ｄ-３Ｈｅ反応または３Ｈｅ−３Ｈｅ反応を利用した中性子が発生しない核融合を用いる。
【００８６】
表５  Ｄ-３Ｈｅ反応による核融合推進
2018044830.tif 000007
Ｄ−３Ｈｅ反応による２１５．２ＭＷの電力換算出力がある想定であるが、直接発電は１０％の２１．５ＭＷに抑え、１９３．７ＭＷを熱に変換して、空気を加熱して噴射することで、核融合推進機８０の駆動力にしている。（全てを熱出力とし、タービンを駆動して発電する方法も考えられる。）
粒子の衝突エネルギーに４．７ＭＷを要し、効率６０％の分散型加速器を使用した場合、７．８ＭＷの電力を要するから、直接発電で得た電力を投入して賄う。
【００８７】
図１１（ａ）は、核融合推進機８０の上面図である。折たたむことができる主翼８２及び尾翼８３を備えている。
図１１（ｂ）は、核融合推進機８０の正面図である。核融合推進機８０の上面に大気圏突入シールド８０ｓを構成している。機体の底面には、車輪を収納する必要があり、継ぎ目が存在するため大気圏突入シールドを底面に設けることは望ましくないからである。
また、貨物室８５の扉を背面に設ける場合は、クレーンなどを使用して荷を釣り上げて積み込む必要があるが、貨物室８５の扉を底面に設け、内蔵のクレーン９７を設けているから、自力で荷の積み下ろしができる。
【００８８】
核融合推進機８０が空中分解したときにも乗員を保護可能な、大気圏突入時に回転可能なコックピット８０ｃ、及び、航行記録装置を内蔵し、燃料の使用状況を検証可能な核融合燃料カセット７９を搭載する。
【００８９】
図１１（ｃ）は、核融合推進機８０の縦断面図である。
貨物室８５には、貨物モジュール９５または回転可能な乗員モジュール９６等を搭載することができ、乗員モジュール９６は、国際結合機構８０ＣＢＭを備えコックピット８０ｃや宇宙ステーションとドッキングすることができる。
【００９０】
図１２（ａ）は、簡易型の非対称衝突型核融合炉６０ｕを使用した加熱型原子力エンジン８１の配置図である。Ｄ-３Ｈｅ反応を利用した核融合では、中性子の発生は無い筈であるが、ヘリウム３（３Ｈｅ）に不純物として重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）粒子などが含まれていると、中性子が発生するため、安全のため乗員に対して距離を取る配置となっている。
【００９１】
図１２（ｂ）は、簡易型の非対称衝突型核融合炉６０ｕを使用した加熱型原子力エンジン８１及びノズル９３の縦断面図である。
矢印は、空気の流れを示している。取り込んだ空気をタービン８６で圧縮し、簡易型の非対称衝突型核融合炉６０ｕの熱交換室５７に送り、加熱して高温になった空気を後方のタービン８６に送り拡張し、ノズル９３から後方に噴射する。
【００９２】
高温の空気をタービン８６の前で分岐し、前方のノズルから下方に噴射するとともに、後方のノズル９３の方向を下向きに変え、荷が軽量である場合に垂直離着陸を可能にしている。
宇宙空間では、タービン８６を駆動する必要が無いから、機体内に蓄積した推進剤５０（空気５０ａ、水５０ｗ等を含む。）を換気口５６から熱交換室５７に導入し、タービン８６をバイパスして噴射する。
火星以下の天体に垂直離着陸可能な推力が必須である。
【００９３】
図１２（ｃ）は、燃料荷電粒子の衝突状態の説明図である。低速の重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）粒子のビーム１と高速のヘリウム３（３Ｈｅ）粒子のビーム２とを非対称衝突させるが、荷電粒子ビームは、下向きではなく、後方に向けて打ち出している。
【００９４】
エンジンが稼働中は、前方に向けた加速が伴うので、イオン回収路６８を後方に配置し未反応燃料６８ｎ及び散乱粒子の回収を行うことは有効と考えられる。
なお、図１２（ｃ）の荷電粒子ビーム１及び２は、太さを強調して描かれているが、この例ではビーム１の太さは１０μｍ前後であり、長さは３から１０ｃｍであることを想定している。
【００９５】
核融合反応点７０は、荷電粒子の発射間隔を調整することで、細長い核融合炉の中心軸上の任意の位置、あるいは、複数個所で核融合反応を発生することができ、簡易型の非対称衝突型核融合炉６０ｕを取り囲む熱交換室５７の表面温度分布を制御する。
【００９６】
図１２（ｄ）は、加熱型原子力エンジン８１の簡易型の非対称衝突核融合炉６０ｕの横断面図である。
ヘリウム３（３Ｈｅ）を用いる核融合では、核融合生成粒子の分離を行う必要がないこと、中性子ｎの発生が少ないこと、並びに、荷電粒子ビームのバンチを軸方向に長くすることができることなどから、炉の設計が容易になる。
【００９７】
核融合生成粒子１Ｈ及び４Ｈｅは、図１２（ｄ）に示すように放射方向の断面形状が楕円を基調とした反射面（荷電粒子の帯電を考慮した形状）を有する荷電粒子収束器６３ｈを構成しており、収束した荷電粒子は、円筒形の回収路６８に導かれ、回転運動をしながら減速され、運動エネルギーを熱に変換する。（回転半径が小さいと荷電粒子の急激な減速を行うこととなり、放射光の発生を伴う。）
【００９８】
円筒形の回収路６８は、図１２（ｂ）の右方向に向けて直径が増大しており、回転運動する荷電粒子は、次第に右方向に向きを変え、磁気結合回生減速器６５ｇに導かれる。（円筒形の回収路６８の詳細な形状は、図１２（ｂ）に示していない。同じ符号６８を付した燃料である荷電粒子ビームの回収路６８とは異なる。）
【００９９】
取り入れた空気をタービン８６で圧縮し、非対称衝突核融合炉６０ｕの熱交換室５７に送り、加熱する。
熱交換室５７の軸方向の形状は、明確に示していないが、熱交換室５７を螺旋状にすることで、空気との熱交換の効率を向上させることも考えられる。
【０１００】
磁気結合回生減速器６５ｇに達した核融合生成粒子は、運動エネルギーの一部を電力に変換するとともに、減速を行い、燃料粒子を加速するための電力を得ている。  
減速した荷電粒子は、回収する。あるいは、核融合炉の真空容器５５に空気が逆流しない状況が確保できた場合は、図には示していないが減速した荷電粒子をノズルから混合加熱室５８に噴射して熱交換室５７を通過した空気と混合し、直接的な加熱を行うこともできる。
膨張した空気をタービン８６に導き、ノズル９３から噴射して推力を得ている。
【０１０１】
３Ｈｅ−３Ｈｅ反応を利用可能なように設計することも可能である。
重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）燃料は、繰り返し使用されるので、散乱した核融合生成粒子である水素１Ｈ、ヘリウム４Ｈｅ等の粒子が累積すると、核融合反応率が低下することになる。
水素１Ｈ、ヘリウム４Ｈｅ等の累積の状況にもよるが、磁気弁別器６４Ｒなどを用いて、イオン回収路６８から回収した未反応燃料６８ｎを弁別しながら再使用するか、エンジンの使用時間が短い場合は、使い捨てる方法（核融合燃料カセット７９に回収し精製し再利用する。）も考えられる。
【０１０２】
弁別し取り除いた粒子は、核融合燃料カセット７９に回収し、燃料の消費状況の記録と照合し、核融合燃料（重水素２Ｈ及びヘリウム３（３Ｈｅ））が奪取されていないことを検証する必要がある。
航行終了後は、残った低速用の重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）粒子も核融合燃料カセット７９に回収する。
【０１０３】
ヘリウム３（３Ｈｅ）を用いる核融合反応では、核融合反応断面積が大きく、基本的に三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）や中性子ｎの発生が極めて少ないと考えられるため、核融合生成粒子の分別を省略することができ、中性子ｎの遮蔽を削減することができるので、簡易型の非対称衝突核融合炉６０ｕは、より小型かつシンプルな構成とすることが出来る。
【０１０４】
図１１から１３は、核融合推進機（航空機・宇宙往還機・惑星間航行機）８０用のエンジンとして構成例を示しているが、磁気結合回生減速器６５ｇの他、ＭＨＤ発電などを加えて直接電力変換を強化する方法の他、この図には示していないがタービン８６に発電機を接続することもできるから、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）や中性子ｎを発生しない核融合発電設備を構成することも可能である。
【０１０５】
核融合推進機８０は、大気圏外においては、図には示していないが、空気取り入れ口を閉ざし、機体内に蓄積した圧縮空気や水などを換気口５６から導入し、推進剤５０として簡易型の非対称衝突核融合炉６０ｕの熱交換室５７に導き、タービン８６をバイパスし、膨張した推進剤５０を後方又は下方に噴射して推力を得ることができる。
大気圏外で使用するエンジンは、宇宙空間専用のエンジンとして設計する方法もある。
【０１０６】
図１３は、核融合推進機８０の運行形態の説明図である。
図１３（ａ）は、滑走路を使用して水平離着陸を、図１３（ｂ）は、荷が軽いときは、垂直離着陸を、図１３（ｃ）は、荷を下ろすだけのときは、内蔵のクレーン９７によるスカイクレーン方式による運行を行うことができることを示している。
図１３（ｄ）は、宇宙空間においては、乗員モジュール９６を核融合推進機８０から離れた位置で内蔵のクレーン９７等を用いて結合し、互いに回転することで人工重力を発生することができることを示している。
【０１０７】
図１３（ｅ）は、背面の大気圏突入シールド８０ｓを突入方向に向け、主翼８２及び尾翼８３を折りたたみ、背面から大気圏突入を行うことを示している。
核融合推進機８０の背面に大気圏突入シールド８０ｓを配置することにより、貨物室の扉などの継ぎ目を設ける必要が無いので、壊れにくい大気圏突入シールド８０ｓを実現している。
図１３（ｆ）は、大気圏突入時には、重力（制動）の方向に合わせてコックピット８０ｃ及び乗員モジュール９６を貨物室８５内で回転することが可能であることを示している。
【０１０８】
図１４は、核融合燃料カセット７９の説明図である。
核融合燃料カセット７９は、重水素ガス（Ｄ２）、ヘリウム３ガス（３Ｈｅ）のボンベの他、回収した水素ガス５１（Ｈ２）、重水素ガス５２（Ｄ２）及びヘリウムガス５４（４Ｈｅ）を収容する回収ガスボンベ６８Ｖ、並びに、電子装置７９ｅ、電源７９ｄなどを内蔵している。
水素ガス５１（Ｈ２）及び重水素ガス５２（Ｄ２）は、水素吸蔵合金５９ｍとヒーター５９ｈを内蔵している。
【０１０９】
荷電粒子は、金属で囲うことで遮蔽できる。
燃料ボンベに圧入したヘリウム３ガス５３が、中性子ｎによって三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）に変化すること防ぐため、中性子ｎ遮蔽材（ホウ素など）によって囲むこと、並びに、回収ボンベ６８ｖや燃料ボンベ５２の重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）がボンベ材料の金属原子間を浸透して、ヘリウム３（３Ｈｅ）ガス５３に混入しないようにするため、多重構造にしたボンベ間に真空００を設ける構造としている。
回収ガスボンベ６８ｖは、処理可能な工場において回収するときのみ回収ガスのヒーター５９ｈを稼働することができる仕組みとなっている。
各ガスタンクは、電子装置７９ｅによって制御される弁７９ｖで開閉され、認証を行う。
【０１１０】
核融合燃料カセット７９の内側を低圧とし、外部から穴を開けられたことを検出する。
電子装置には、非対称衝突核融合炉６０ｕの運転状況を記録（核融合推進機８０の航行記録を含む。）する他、ＧＰＳ等受信機を内蔵し、独自に測位して位置を記録するほか、追跡用の電波を発信することができる。複数の核融合燃料カセット７９を装備し、異常発生時にそれまでの運転記録を放出する。
【０１１１】
航空機としての利用にあたっては、燃料の供給を受けることが出来ない空港では、核融合燃料を積載しているため、乗員が核融合推進機８０から離れることも出来ない。
燃料や機の盗難・奪取を避けるため、積載モジュール（貨物モジュール９５、乗員モジュール９６）の交換を短時間で行い、安全を優先する運行を行う。
【産業上の利用可能性】
【０１１２】
地球上に豊富にある重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）を最初の燃料として核融合を発生させ、発電を行うとともに、核融合生成粒子のうちヘリウム３（３Ｈｅ）を分別して回収し、放射能を外部に排出しない理想的な核融合燃料及び発電装置、宇宙機、航空機等の動力装置を提供することができる。
【符号の説明】
【０１１３】
００  真空  １Ｈ  水素原子核（陽子、プロトン粒子ｐ）  １０  中性子減速材（水等）  
２Ｈ  重水素原子核（Ｄ）  ３Ｈ  三重水素原子核（Ｔ）  ３２  多面体（切頂二十面体等）
３Ｈｅ  ヘリウム３原子核    ４Ｈｅ  ヘリウム原子核（アルファ粒子α）
５０  推進剤（冷却材）  ５０ａ  空気  ５０ｂ  粉体  ５０ｗ  水  
５１  水素ガス  ５２  重水素ガス  ５３  ヘリウム３ガス  ５４  ヘリウム４ガス
５５  真空容器  ５６  換気口    ５７  熱交換室  ５７ｃ  中性子熱交換器
５７ｏ  開口部  ５８  混合反応室  
５９ｔ  タンク  ５９ｉ   イオンタンク  ５９ｍ  水素吸蔵合金  ５９ｈ  ヒーター
６０ｕ  非対称ビーム衝突型核融合炉    ６１  荷電粒子発生器  
６２  粒子加速器  ６２ａ  加速グリッド  ６２ｔ  電界ピストン型粒子加速器  
６２ｐ  荷電粒子圧縮ポンプ（可変容積一軸偏心ネジポンプ）
６２ｒ  ローター  ６２ｓ  ステーター
６３  電子レンズ  ６３ｃ  キャピラリー  ６３ｈ  荷電粒子収束器  
６４  偏向器  ６４Ｒ  磁気弁別器  ６４ｘ  電荷質量分離器  
６４Ｎ  磁極Ｎ  ６４Ｓ  磁極Ｓ
６５  回生減速器  ６５ｃ  導体  ６５ｅ  静電結合回生減速器  ６５ｇ  磁気結合回生減速器
６５ｈ  可変回生減速器  ６５ｍ  磁心  ６５Ｐ  電力変換器  ６５Ｒ  荷電粒子減速器
６５ｔ  電極
６６  熱駆動ポンプ（可変容積進行型ポンプ）  ６６ｃ  シリンダー  ６６ｇ  案内ピン
６６ｌ  ピストンリング  ６６ｐ  ピストン  ６６ｓ  回転軸  ６６ｔ  案内溝  ６６ｖ  弁
６８  イオン回収路  ６８ｎ  未反応燃料  ６８ｔ  イオン回収チューブ  
６８Ｖ  回収ガスボンベ
７０  核融合反応点
７９  核融合燃料カセット  ７９ｂ  内蔵ボンベ  ７９ｃ  接続装置    
７９ｄ  内蔵電源  ７９ｅ  内蔵電子装置  ７９ｖ  弁
８０  核融合推進機  ８０ｃ  コクピット  ８０ＣＢＭ  共同結合機構ＣＢＭ  
８０ｓ  大気圏突入シールド  ８１  加熱型原子力ジェットエンジン  
８２  主翼  ８３  尾翼  ８４  エンジンフラップ  
８５  貨物室  ８５ｄ  貨物室ドア  ８６  タービン  ８８  発電機  
９３  噴射ノズル  ９４  乗降スロープ  ９４ｇ  着陸脚  ９４ｈ  ロボットアーム    
９５  貨物モジュール  ９６  乗員モジュール  ９７  内蔵のクレーン
【図１】
2018044830.tif 000008
【図２】
2018044830.tif 000009
【図３】
2018044830.tif 000010
【図４】
2018044830.tif 000011
【図５】
2018044830.tif 000012
【図６】
2018044830.tif 000013
【図７】
2018044830.tif 000014
【図８】
2018044830.tif 000015
【図９】
2018044830.tif 000016
【図１０】
2018044830.tif 000017
【図１１】
2018044830.tif 000018
【図１２】
2018044830.tif 000019
【図１３】
2018044830.tif 000020
【図１４】
2018044830.tif 000021
【手続補正書】
【提出日】平成28年9月20日(2016.9.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７４】
また、中性子減速材１０を使用するのではなく、リチウム６（６Ｌｉ）などの中性子吸収材を使用し、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）を生産する方法も考えられるが、確実かつ瞬時に三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）を回収する必要がある。
６Ｌｉ  ＋  ｎ  →  ４Ｈｅ（３．５ＭｅＶ）  ＋  ３Ｈ（２．７ＭｅＶ）
この反応に適切な速度まで中性子ｎを減速することが必要であること、生成した三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）を収集しなければならないこと、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）の取扱量が増加するとともに、装置が複雑になるため、望ましい方法ではないと考えられる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
さらに、ヘリウム３（３Ｈｅ）を中性子吸収材として用いることが可能だが、トリチウムＴに変化するため、ヘリウム３（３Ｈｅ）の生産量が減少するとともに、三重水素３Ｈ（トリチウムＴ）の取り扱い量が増加することになる。
３Ｈｅ  ＋  ｎ  →  ３Ｈ（０．１９ＭｅＶ）  ＋  １Ｈ（０．５７ＭｅＶ）
やはり、中性子減速材１０として軽水を用いるのがベストと考えられ、中性子捕獲の結果、ガンマー線γを放出して、重水素２Ｈ（デューテリウムＤ）に変換されるから、精製して燃料の一部に加えることができる。
１Ｈ  +  ｎ  →  ２Ｈ  +  γ
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月14日(2016.12.14)
【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】
打ち出す２本の核融合燃料である荷電粒子ビームが
双方共に重水素原子核２Ｈ（デューテリウムＤ）であるもの、
重水素原子核２Ｈ（デューテリウムＤ）と三重水素原子核３Ｈ（トリチウムＴ）であるもの、
重水素原子核２Ｈ（デューテリウムＤ）とヘリウム３原子核３Ｈｅであるもの、及び、
双方共にヘリウム３原子核３Ｈｅであるものであり、
これらの核融合燃料である荷電粒子をクーロン力により加速してパルス状の荷電粒子ビームのバンチにする粒子加速器６２（分散型加速器を含む。）、荷電粒子ビームを収束する電子レンズ６３（キャピラリー６３ｃにより収束するものを含む。）及び荷電粒子ビームの飛翔方向を変える偏向器６４からなる「荷電粒子ビーム発生器」を２組、並びに、核融合反応を発生する真空容器５５を備え、
真空容器５５の中心部に荷電粒子ビームを収束し、核融合燃料の組み合わせによって決まる核融合反応断面積が大きくなる適切な相対速度（加速に要するエネルギーに対して核融合エネルギーが大きくなる速度。）で一の軸上で衝突させて、細長い領域で核融合反応を発生させ、
真空容器５５の中心部からパルス状に放射する核融合により生成した荷電粒子の運動エネルギーを直接電気エネルギーとして取り出す回生減速器６５、  
炉内から未反応燃料粒子及び核融合生成粒子を回収するイオン回収路６８を備え、
加えて、核融合生成粒子の到達時間の違い及び電荷質量比の違いを利用して、電界または磁界（いずれもその強度を変化するものを含む。）により核種ごとに偏向して分別する電荷質量分離器６４ｘを備え、
核融合燃料の回収率を向上したことを特徴とする荷電粒子ビーム衝突型核融合炉６０（一方が低速の、他方が高速の荷電粒子ビームであり、高速の荷電粒子より低速の荷電粒子の粒子数を多くする構成にした荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕであるものを含む。以下同じ。）
【請求項２】
荷電粒子ビームのバンチを打ち出す加速器であって、加速電圧を加える直前に、電極に残った電荷をダイオードとインダクタンスを通して放電して極性を反転することで効率化を図った電界ピストン型加速器６２ｔを備えることを特徴とする、請求項１に記載の荷電粒子ビーム衝突型核融合炉６０。
【請求項３】
楕円を基調とする内面形状で、楕円の焦点の１つを核融合反応点７０に置き、
他の焦点付近では緩やかに絞るキャピラリーの形状を有し、
核融合反応点７０を取り囲む様に配置することで、等方に飛翔する荷電粒子を、
分担して収束する荷電粒子収束器６３ｈを備えることを特徴とする、
請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム衝突型核融合炉６０。
【請求項４】
核融合により生成しパルス状に飛翔する荷電粒子の流れから、荷電粒子の運動エネルギーを直接電力としてエネルギーを取得するとともに荷電粒子を減速する、
磁気結合回生減速器６５ｇ、可変回生減速器６５ｈ、及び、静電結合回生減速器６５ｅのうち１つ以上を備えることを特徴とする
請求項１から３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム衝突型核融合炉６０。
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月14日(2017.4.14)
【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】
打ち出す２本の核融合燃料である荷電粒子ビームが 双方共に重水素原子核（２Ｈ、デューテリウムＤ）であるもの、
重水素原子核（２Ｈ、デューテリウムＤ）と三重水素原子核（３Ｈ、トリチウムＴ）であるもの、
重水素原子核（２Ｈ、デューテリウムＤ）とヘリウム３原子核（３Ｈｅ）であるもの、及び、
双方共にヘリウム３原子核（３Ｈｅ）であるものであり、
これらの核融合燃料である荷電粒子をクーロン力により加速してパルス状の荷電粒子ビームのバンチにする粒子加速器（６２）、荷電粒子ビームを収束する電子レンズ（６３、キャピラリー６３ｃにより収束するものを含む。）及び荷電粒子ビームの飛翔方向を変える偏向器（６４）からなる「荷電粒子ビーム発生器」を２組、並びに、核融合反応を発生する真空容器（５５）を備え、
前記真空容器（５５）の中心部に荷電粒子ビームを収束し、核融合燃料の組み合わせによって決まる核融合反応断面積が大きくなる適切な相対速度（加速に要するエネルギーに対して核融合エネルギーが大きくなる速度。）で一の軸上で衝突させて、細長い領域で核融合反応を発生させ、
前記真空容器（５５）の中心部からパルス状に放射する核融合により生成した荷電粒子の運動エネルギーを直接電気エネルギーとして取り出す回生減速器（６５）、
炉内から未反応燃料粒子及び核融合生成粒子を回収するイオン回収路（６８）を備え、
加えて、核融合生成粒子の到達時間の違い及び電荷質量比の違いを利用して、電界または磁界（いずれもその強度を変化するものを含む。）により核種ごとに偏向して分別する電荷質量分離器（６４ｘ）を備え、
一方が低速の、他方が高速の荷電粒子ビームであり、高速の荷電粒子より低速の荷電粒子の粒子数を多くする構成にしたことを特徴とする荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉（６０ｕ）。
【請求項２】
セラミックなどの絶縁材料で作成した一方が細くなったテーパー形状の容器の外壁面に加速電極（直径が大きい部分には、加速グリッド６２ａを加える。）を軸方向に複数配置し、先に負、次に正の両極性パルスを加え、先行する立下り波形より立ち上がり波形を早くし、端子（Ｎ０〜Ｎｎ）を通して前記加速電極（加速グリッド６２ａ）に順次両極性パルスを印加することによって、クーロン力により荷電粒子を進行方向に加速するとともに圧縮し、容器の形状に従い半径方向にも圧縮して、荷電粒子ビームのバンチを打ち出す加速器であって、逆極性の加速電圧を加える直前に、前記加速電極に残った電荷をダイオードとインダクタンスを通して放電して極性を反転することで効率化を図った電界ピストン型加速器（６２ｔ）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉（６０ｕ）。        
【請求項３】
セラミックなどの絶縁材料（中性子を伴う反応を利用する場合は、中性子を透過し易いジルコニウムなどを含む材料）で作成した楕円を基調とする内面形状で、
楕円の焦点の１つを核融合反応点（７０）に置き、
他の焦点付近では緩やかに絞る形状を有し、
前記核融合反応点（７０）を取り囲む様に配置することで、
等方に飛翔する荷電粒子を、分担して収束する荷電粒子収束器（６３ｈ）を備えることを特徴とする、
請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉（６０ｕ）。
【請求項４】
核融合により生成しパルス状に飛翔する荷電粒子の流れから、電磁誘導作用により、荷電粒子の運動エネルギーを直接電力としてエネルギーを取得するとともに荷電粒子を減速する、
円環状の磁心（６５ｍ）の中を通過する荷電粒子の流れにより、内側に配置した導体（６５ｃ）に電流を誘起する磁気結合回生減速器（６５ｇ）、
電力変換器（６５ｐ）の変換係数を瞬時に変化することで、荷電粒子の到達時刻により異なる制動を加えて飛翔速度を調整する可変回生減速器（６５ｈ）、及び、
狭い流路に荷電粒子を通し、外側に設けた電極に発生する誘導電流を整流して取り出す静電結合回生減速器（６５ｅ）のうち、１つ以上を備えることを特徴とする
請求項１から３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉（６０ｕ）。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
・その３（直接電力変換）  
磁気結合による直接電力変換を行うことで、低い電圧による電気エネルギーに直接変換することができる。
荷電粒子収束器で収束し、核種分離後、荷電粒子の流れに平行に導体を配置し、その周囲を磁性体で取り囲み磁気結合することで、導体に電流を誘起することで、荷電粒子の運動エネルギーから直接電力変換を行うことが出来る。核融合生成粒子のパルス幅と同等のパルス状の電流を得る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
真空容器内に散乱した荷電粒子は、増加すると目的外の核融合反応を生じる可能性もあるので、炉内全体に配置した電位勾配及び重力の加速を受けて、低速の荷電粒子とともに炉の下部に設けたイオン回収路に誘導し、回収する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
低速ビームの粒子と散乱粒子を容易に回収するため、重力により粒子が下方へ向かい易いことから、炉の上方から真空容器の下部に向かって低速および高速の荷電粒子ビームを発射し、炉の下部にイオン回収路を設けることとした。
さらに、図に示していないが、真空容器内部に、荷電粒子を下方に誘導する電界を与える電極を絶縁容器の外側に配置する。
中性子は、電磁界の影響を受けにくいこと、物質の透過力が高いため、荷電粒子との分離は容易である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
【図１】非対称衝突型核融合炉６０ｕの説明図
【図２】簡易型の非対称衝突型核融合炉６０ｕの説明図
【図３】粒子飛翔図：（ａ）Ｄ−Ｄ反応、（ｂ）Ｄ−Ｔ反応、（ｃ）Ｄ−３Ｈｅ反応
【図４】粒子衝突図：（ａ）衝突直前、（ｂ）一部衝突、（ｃ）衝突後期、（ｄ）衝突直後、（ｅ）核融合生成粒子の飛翔状態、（ｆ）複合衝突（衝突直前）
【図５】（ａ）電界ピストン型粒子加速器６２ｔ、（ｂ）加速電圧波形、（ｃ）加速電圧、（ｄ）イオン回収チューブ６８ｔ
【図６】（ａ）回転楕円体の内面反射の特性、（ｂ）荷電粒子収束器６３ｈ、（ｃ）核融合生成荷電粒子の収束と弁別
【図７】（ａ）荷電粒子減速器６５Ｒ、（ｂ）磁気結合回生減速器６５ｇ、（ｃ）可変回生減速器６５ｈ、（ｄ）静電結合回生減速器６５ｅ
【図８】磁気弁別器６４Ｒ：（ａ）横断面図、（ｂ）縦断面図
【図９】荷電粒子圧縮ポンプ６２ｐ：（ａ）断面図、（ｂ）ステーター６２ｓ、（ｃ）ローター６２ｒ
【図１０】（ａ）分割式の中性子熱交換器５７ｃ、（ｂ）噛合せ、（ｃ）熱駆動ポンプ６６（可変容積進行型ポンプ）の縦断面図、（ｄ）ピストン６６ｐの縦断面図、（ｅ）ピストン６６ｐの外観図
【図１１】宇宙往還機：（ａ）上面図、（ｂ）正面図、（ｃ）縦断面図
【図１２】加熱型原子力エンジン８１（ａ）配置図、（ｂ）説明図、（ｃ）粒子衝突図、（ｄ）熱交換室５７を含む横断面図
【図１３】宇宙往還機の運行形態図：（ａ）水平離着陸、（ｂ）垂直離着陸、（ｃ）スカイクレーン、（ｄ）人工重力の生成、（ｅ）大気圏突入、（ｆ）大気圏突入時の断面図
【図１４】核融合燃料カセット９７
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
荷電粒子収束器６３ｈの核融合反応点７０に近い側は、荷電粒子収束器６３ｈの壁面が重複することになるので、重複部分（破線で作図している部分）の壁面を取り去った形状にして、切頂二十面体などの多面体の構成面ごとに荷電粒子収束器６３ｈを配置している。
荷電粒子収束器６３ｈの核融合反応点７０から遠い方の焦点付近の形状は、徐々に細くなる形状とし、ゆるやかに荷電粒子を収束している。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
図６（ｃ）は、収束した生成粒子が種類ごとに異なる時間差で到達すること及び電荷質量比の違いを利用して、偏向器６４により分離する方法を説明している。
到達した粒子毎に可変回生減速器６５ｈにより到達時刻により異なる制動を加えて飛翔速度を調整し、磁気偏向器６４により異なる方向に偏向する。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５６】
図１の非対称衝突型核融合炉６０ｕの上側と下側では、核融合生成粒子の到達時刻及び速度が異なるから、荷電粒子収束器６３ｈ毎に、可変回生減速器６５ｈの設定が異なるものとなる。
なお、図１には、荷電粒子収束器６３ｈ、可変回生減速器６５ｈ、粒子分離器６４ｘ（偏向器６４）及び磁気結合回生減速器６５ｇを一組のみ記載するに止めており、他の荷電粒子収束器６３ｈについては外形のみを鎖線で描画している。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７１】
図１０（ｂ）は中性子熱交換器５７の断面図を示す。
真空容器５５を取り囲むように配置した中性子熱交換器５７ｃは、保守作業のために一部を取り外すことが可能であり、接合箇所から中性子が漏出しない形状とする必要がある。  
保守管理のために中性子熱交換器５７ｃを分解して任意に取り外すことができる構造としている。
荷電粒子収束器６３ｈの取り出し部分等から、中性子ｎが外部に漏れないように対策が必要である。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
表３は、図１の荷電粒子ビーム非対称衝突型核融合炉６０ｕを使用した実施例１の核融合発電量の概算である。
Ｄ−Ｄ反応は、毎秒１．４６×１０２０個の粒子が、Ｄ−Ｔ及びＤ−３Ｈｅ反応において、毎秒７．２８×１０１９個の粒子が衝突する条件で検討し、未反応粒子及び生成粒子の損失がないものとして計算した。
電力に換算して５０５．５ＭＷの出力があり、ヘリウム３（３Ｈｅ）を燃焼せずに蓄積した場合は、２９０．４ＭＷの出力となる。Ｄ−Ｔ反応２０５．１ＭＷ及びＤ−３Ｈｅ反応２１５．２ＭＷと比較して、Ｄ−Ｄ反応による出力は、８５．２ＭＷと総発電量に対する占める割合が少ない。
表３  Ｄ−Ｄ反応による核融合発電量
2018044830.tif 000022
【手続補正１１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図６】
2018044830.tif 000023