(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、
前記真空容器の内部に設けられたかご状の陰極と、
前記真空容器の内部であって前記陰極の外側に設けられた陽極と、
前記真空容器の内部に設けられ、前記陽極と前記陰極間の電界によってイオン化される燃料ガスを吸蔵し、昇温および降温に応じて前記燃料ガスの吸蔵量および放出量がそれぞれ増加する水素吸蔵材料と、
前記水素吸蔵材料を加熱する加熱部と、
前記加熱部を制御することにより前記水素吸蔵材料の温度を制御する温度調整手段と、
を備えた核融合中性子発生装置。
【請求項２】
前記陰極は、
円筒形状、球形状、およびリング形状のうちいずれかの形状を有する、
請求項１記載の核融合中性子発生装置。
【請求項３】
前記陽極は、
前記陰極を覆う形状を有する、
請求項１または２に記載の核融合中性子発生装置。
【請求項４】
前記真空容器が前記陽極を兼ねる、
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の核融合中性子発生装置。
【請求項５】
前記水素吸蔵材料を冷却する冷却部、
をさらに備え、
前記温度調整手段は、
前記冷却部を制御することにより前記水素吸蔵材料の温度を制御する、
請求項１ないし４のいずれか１項に記載の核融合中性子発生装置。
【請求項６】
前記真空容器内の前記燃料ガスの圧力を測定する圧力測定手段と、
前記圧力測定手段による前記燃料ガスの圧力の測定値と、前記燃料ガスの圧力の設定値とを取得し、前記燃料ガスの圧力の前記測定値が前記設定値を維持するように、前記温度調整手段を制御する信号処理手段と、
をさらに備えた請求項１ないし５のいずれか１項に記載の核融合中性子発生装置。
【請求項７】
前記燃料ガスの核融合反応率を測定する反応率測定手段と、
前記反応率測定手段による前記燃料ガスの核融合反応率の測定値と、前記燃料ガスの核融合反応率の設定値とを取得し、前記燃料ガスの核融合反応率の前記測定値が前記設定値を維持するように、前記温度調整手段を制御する信号処理手段と、
をさらに備えた請求項１ないし６のいずれか１項に記載の核融合中性子発生装置。
【請求項８】
前記陽極と前記陰極の間の電圧および電流を測定する電圧電流測定手段と、
前記電圧電流測定手段による前記陽極と前記陰極の間の電圧および電流の測定値と、前記陽極と前記陰極の間の電圧および電流のそれぞれの設定値とを取得し、前記陽極と前記陰極の間の電圧および電流の前記測定値が前記設定値を維持するように、前記温度調整手段を制御する信号処理手段と、
をさらに備えた請求項１ないし７のいずれか１項に記載の核融合中性子発生装置。
【請求項９】
前記陽極と前記陰極の間に電圧および電流を印加するとともに、前記電圧電流測定手段を有する高電圧印加手段、
をさらに備えた請求項８記載の核融合中性子発生装置。
【請求項１０】
前記電圧および電流の時間変化にもとづいてアーク放電の発生を検知するとその旨の情報を前記信号処理手段に与えるアーク放電検知手段、
をさらに備えた請求項８または９に記載の核融合中性子発生装置。
【請求項１１】
前記信号処理手段は、
前記アーク放電の発生が検知されると、前記燃料ガスの放電状態を前記アーク放電の発生前の放電状態に戻すよう前記温度調整手段を制御する、
請求項１０記載の核融合中性子発生装置。
【請求項１２】
前記信号処理手段は、
前記アーク放電の発生が検知されると、所定の設定時間だけ前記水素吸蔵材料の温度を維持するよう前記温度調整手段を制御してから、前記真空容器内の前記燃料ガスの圧力を所定の圧力まで昇圧するよう前記水素吸蔵材料を昇温するように前記温度調整手段を制御することにより、前記燃料ガスの放電状態を前記アーク放電の発生前の放電状態に戻す、
請求項１１記載の核融合中性子発生装置。
【請求項１３】
前記陽極と同電位に保たれるとともに前記水素吸蔵材料の周囲を囲む金網状の保護材、
をさらに備えた請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の核融合中性子発生装置。
【請求項１４】
前記保護材は、
前記陰極よりも低い熱放射率を有する、
請求項１３記載の核融合中性子発生装置。
【請求項１５】
真空容器の内部に設けられたかご状の陰極に対して所定の電圧を印加し、前記真空容器の内部であって前記陰極の外側に設けられた陽極と前記陰極間の電界によってイオン化した燃料ガスを加速させて核融合反応を起こさせる核融合中性子発生装置の中性子発生方法であって、
前記燃料ガスを吸蔵し、昇温および降温に応じて前記燃料ガスの吸蔵量および放出量がそれぞれ増加する水素吸蔵材料を、前記真空容器の内部に設けるステップと、
前記水素吸蔵材料を加熱する加熱部を制御することにより前記水素吸蔵材料の温度を制御するステップと、
を有する核融合中性子発生方法。
【請求項１６】
陽極を有する真空容器の内部に設けられた陰極に対して所定の電圧を印加し、前記陽極と前記陰極間の電界によってイオン化した燃料ガスを加速させて核融合反応を起こさせる核融合中性子発生装置であって、
前記真空容器の内部に設けられ、前記燃料ガスを吸蔵し、昇温および降温に応じて前記燃料ガスの吸蔵量および放出量がそれぞれ増加する水素吸蔵材料と、
前記水素吸蔵材料を加熱する加熱部と、
前記加熱部を制御することにより前記水素吸蔵材料の温度を制御する温度調整手段と、
前記陽極と前記陰極の間の電圧および電流を測定する電圧電流測定手段と、
前記電圧電流測定手段による前記陽極と前記陰極の間の電圧および電流の測定値と、前記陽極と前記陰極の間の電圧および電流のそれぞれの設定値とを取得し、前記陽極と前記陰極の間の電圧および電流の前記測定値が前記設定値を維持するように、前記温度調整手段を制御する信号処理手段と、
を備えた核融合中性子発生装置。
【請求項１７】
陽極を有する真空容器の内部に設けられた陰極に対して所定の電圧を印加し、前記陽極と前記陰極間の電界によってイオン化した燃料ガスを加速させて核融合反応を起こさせる核融合中性子発生装置であって、
前記真空容器の内部に設けられ、前記燃料ガスを吸蔵し、昇温および降温に応じて前記燃料ガスの吸蔵量および放出量がそれぞれ増加する水素吸蔵材料と、
前記水素吸蔵材料を加熱する加熱部と、
前記加熱部を制御することにより前記水素吸蔵材料の温度を制御する温度調整手段と、
前記燃料ガスの核融合反応率を測定する反応率測定手段と、
前記反応率測定手段による前記燃料ガスの核融合反応率の測定値と、前記燃料ガスの核融合反応率の設定値とを取得し、前記燃料ガスの核融合反応率の前記測定値が前記設定値を維持するように、前記温度調整手段を制御する信号処理手段と、
を備えた核融合中性子発生装置。
【請求項１８】
陽極を有する真空容器の内部に設けられた陰極に対して所定の電圧を印加し、前記陽極と前記陰極間の電界によってイオン化した燃料ガスを加速させて核融合反応を起こさせる核融合中性子発生装置であって、
前記真空容器の内部に設けられ、前記燃料ガスを吸蔵し、昇温および降温に応じて前記燃料ガスの吸蔵量および放出量がそれぞれ増加する水素吸蔵材料と、
前記水素吸蔵材料を加熱する加熱部と、
前記加熱部を制御することにより前記水素吸蔵材料の温度を制御する温度調整手段と、
前記陽極と同電位に保たれるとともに前記水素吸蔵材料の周囲を囲む金網状の保護材と、
を備えた核融合中性子発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、核融合中性子発生装置および核融合中性子発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
核融合中性子発生装置としては、慣性静電閉じ込め式核融合を用いた装置が知られている。慣性静電閉じ込め式核融合反応を用いた装置は、たとえば陽極を兼ねる球形状の真空容器の中心に、同心球に格子状の陰極を配置した構造を有する。
【０００３】
この種の装置では、真空容器内に重水素等の燃料ガスを充填し、陽極と陰極との間に数ｋＶから１００ｋＶ程度の高電圧を印可することで、放電によって重水素イオン等が発生する。発生したイオンは電極間の電場によって中心に向かって加速収束される。陰極が格子状になっているため、大部分のイオンは陰極に衝突せず陰極内部に到達し、陰極内部から外側に飛び出し、電場によって再び中心に向かって加速収束される。
【０００４】
球中心部で高密度となったイオンが相互に衝突し、燃料ガスと衝突し、あるいは陰極や陽極に埋め込まれた燃料ガスの粒子に衝突することにより、核融合反応が発生して中性子や荷電粒子が生成される。また、慣性静電閉じ込め式核融合反応を用いた核融合中性子発生装置の構造は、たとえば陽極と陰極を円筒形状にし、同軸上に配置した構造であってもよい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８６７９７２号公報
【特許文献２】特許第３７００４９６号公報
【特許文献３】特開２００４−３１１１５２号公報
【特許文献４】特開２００８−２０２９４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
核融合中性子発生装置で得られる中性子や荷電粒子は、核物質探知、火薬探知、非破壊検査への応用が期待されている。このため、たとえば屋外等の現場での使用の利便性を高めるよう、装置の小型化が求められている。
【０００７】
しかし、従来の核融合中性子発生装置は、真空容器内の燃料ガス密度を調整するためにロータリーポンプやターボ分子ポンプといったガス排気システムを必要とするほか、水素ガス供給源やマスフローコントローラーといったガス導入システムも必要とされる。このため、装置が大型化、複雑化し、屋外などでの現場での使用が制限されてしまっていた。
【０００８】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、ガス排気システムおよびガス導入システムを用いずとも中性子や荷電粒子の発生を制御することができる核融合中性子発生装置および核融合中性子発生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る核融合中性子発生装置は、上述した課題を解決するために、陽極を有する真空容器の内部に設けられた陰極に対して所定の電圧を印加し、前記陽極と前記陰極間の電界によってイオン化した燃料ガスを加速させて核融合反応を起こさせる核融合中性子発生装置であって、水素吸蔵材料、加熱部および温度調整手段を備える。水素吸蔵材料は、真空容器の内部に設けられ、燃料ガスを吸蔵し、昇温および降温に応じて燃料ガスの吸蔵量および放出量がそれぞれ増加する。加熱部は、水素吸蔵材料を加熱する。温度調整手段は、加熱部を制御することにより水素吸蔵材料の温度を制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る核融合中性子発生装置および核融合中性子発生方法によれば、ガス排気システムおよびガス導入システムを用いずとも、中性子や荷電粒子の発生を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る核融合中性子発生装置の一例を示す構成図。
【図２】水素吸蔵ユニットの一例を示す構成図。
【図３】（ａ）は、水素吸蔵材料からの燃料ガスの放出量と水素吸蔵材料の温度との関係の一例を示す説明図、（ｂ）は真空容器内の燃料ガス圧力と水素吸蔵材料の温度との関係の一例を示す説明図、（ｃ）は真空容器内の燃料ガス圧力と水素吸蔵材料の燃料ガス吸蔵量との関係の一例を示す説明図。
【図４】本発明の第２実施形態に係る核融合中性子発生装置の一例を示す構成図。
【図５】第２実施形態に係る信号処理手段による燃料ガスの圧力制御の手順の一例を示すフローチャート。
【図６】本発明の第３実施形態に係る核融合中性子発生装置の一例を示す構成図。
【図７】（ａ）は真空容器内の燃料ガス圧力と陰極印加電圧（放電電圧）との関係の一例を示す説明図、（ｂ）は陰極印加電流（放電電流）と陰極印加電圧（放電電圧）との関係の一例を示す説明図。
【図８】第３実施形態に係る信号処理手段による陰極印加電圧(放電電圧)、陰極印加電流（放電電流）の制御の手順の一例を示すフローチャート。
【図９】本発明の第４実施形態に係る核融合中性子発生装置の一例を示す構成図。
【図１０】陰極印加電圧（放電電圧）と、陰極印加電流（放電電流）と、中性子生成量との関係の一例を示す説明図。
【図１１】第４実施形態に係る信号処理手段による核融合反応率の制御の手順の一例を示すフローチャート。
【図１２】本発明の第５実施形態に係る核融合中性子発生装置の一例を示す構成図。
【図１３】第５実施形態に係る信号処理手段によるアーク放電検知時における正常な放電状態への復帰手順の一例を示すフローチャート。
【図１４】本発明の第６実施形態に係る核融合中性子発生装置の一例を示す構成図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明に係る核融合中性子発生装置および核融合中性子発生方法の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１３】
本発明の一実施形態に係る核融合中性子発生装置は、真空容器内に設けられた水素吸蔵材料を備え、水素吸蔵材料の温度を制御して燃料ガスの吸蔵量および放出量を制御することにより、ガス排気システムおよびガス導入システムを用いることなく中性子や荷電粒子の発生を制御するものである。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る核融合中性子発生装置１０の一例を示す構成図である。
【００１５】
核融合中性子発生装置１０は、図１に示すように、陽極を兼ねた真空容器１１、真空容器１１の内部に配置された陰極１２、陰極１２に所定の高電圧を印加するための高電圧導入端子１３および高電圧印加手段１４、水素吸蔵ユニット１５、および温度調整手段１６を有する。
【００１６】
真空容器１１の形状は、球形、円筒形、６面体など任意の形状が選択可能である。真空容器１１は、たとえばアルミニウムやＳＵＳ３０４などのステンレス、チタンなどの導電性の物質で構成されてもよいし、ガラスなどの絶縁性の物質で構成されていてもよい。
【００１７】
陽極は、真空容器１１の内壁と陰極１２との間に設置され、導電性の物質により構成される。陽極の形状は、陰極１２の形状に応じて任意に選択可能である。真空容器１１の内壁がアルミニウム、ステンレスまたはステンレスなどの導電性の物質である場合、真空容器１１は陽極を兼ねることができる。
【００１８】
以下の説明では、真空容器１１が円筒形状を有し、真空容器１１の内壁がＳＵＳ３０４などの導電性の物質で構成され、真空容器１１の内壁が陽極を兼ねる場合の例について示す。
【００１９】
陰極１２は、陽極の内側に設置され、導電性の材質により構成されたかご状の電極である。かご状の陰極１２の幾何学的透過率は、９０％以上であることが好ましい。また陰極１２の形状は、円筒形状や球形状、リング形状などの形状とすることが可能である。陰極１２の材質としては、チタンやタンタルなどの導電性があり高融点の材質であれば、各種の材質を用いることができる。以下の説明では、陰極１２が純タングステンにより構成され、幾何学的透過率９５％の円筒形状を有する場合の例について示す。すなわち、以下では、陽極を兼ねた円筒形状の真空容器１１と、円筒形状の陰極１２とが同心軸状に設置されており、電圧を印加した際に、周方向に対称な電場分布となる場合の例について説明する。
【００２０】
なお、陽極と陰極１２との間には、導電性の材質からなるかご状の電極である中間電極を設置してもよい。この場合、かご状の中間電極の幾何学的透過率は、９０％以上であることが好ましい。また、中間電極の形状は円筒形状や球形状、リング形状などの形状とすることが可能である。中間電極は、陽極と陰極１２との間の空間に少なくとも１個以上配置可能である。
【００２１】
陰極１２は、高電圧導入端子１３によって支持されている。高電圧導入端子１３は、真空容器１１の外側にある高電圧印加手段１４を用いて、真空容器１１の内側にある陰極１２に電圧、電流を導入する役割がある。高電圧導入端子１３は、周囲を絶縁体で囲まれており、真空容器１１と陰極１２とを電気的に絶縁している。高電圧導入端子１３は、真空に関しても、真空容器１１の外側（大気圧側）と内側（真空側）とをシールしている。高電圧導入端子１３としては、たとえばモリブデンの周囲をアルミナで囲った端子を用いることができる。
【００２２】
高電圧印加手段１４は、高電圧導入端子１３を介して陰極１２に負極性の高電圧を印可するための電源である。
【００２３】
ここで、核融合中性子発生装置１０における核融合反応発生の流れについて簡単に説明する。まず、高電圧印加手段１４により、陽極を兼ねた真空容器１１と陰極１２との間に負極性の電圧を印加する。なお、真空容器１１は接地されている。陰極１２と陽極を兼ねた真空容器１１との間の負の電圧によって、円筒形状の真空容器１１の円径方向内向きの電場が生じる。この電場により、陽極を兼ねた真空容器１１と陰極１２との間でグロー放電が生じ、燃料ガスイオンが生成される。陰極１２と真空容器１１との間の空間で生成されたイオンは、陰極１２に向かって加速される。加速されたイオンは、かご状の陰極１２の隙間を通過して陰極１２の内側に収束される。そして加速、収束されたイオン同士による衝突や、イオンと燃料ガスとの衝突等によって核融合反応が生じる。たとえば、燃料ガスに重水素を用いた場合、核融合反応によって中性子や陽子が発生する。
【００２４】
水素吸蔵ユニット１５は、真空容器１１の内部に設けられ、温度調整手段１６により温度制御されて、真空容器１１内の燃料ガスを吸蔵し、あるいは真空容器１１内に燃料ガスを放出する。
【００２５】
温度調整手段１６は、たとえば電源により構成され、水素吸蔵ユニット１５を加熱して昇温することにより、水素吸蔵ユニット１５から真空容器１１内に燃料ガスを放出させる。また、温度調整手段１６は、水素吸蔵ユニット１５を冷却して降温することにより、真空容器１１内の燃料ガスを水素吸蔵ユニット１５に吸蔵させる。
【００２６】
図２は、水素吸蔵ユニット１５の一例を示す構成図である。図２に示すように、水素吸蔵ユニット１５は、真空容器１１内の燃料ガスの圧力を制御するための水素吸蔵材料１７、水素吸蔵材料１７を加熱するための加熱部１８、水素吸蔵材料１７を冷却するための冷却部１９を有する。
【００２７】
水素吸蔵材料１７は、重水素、3重水素、またはこれらの混合ガスから構成された燃料ガスを吸蔵、放出する特性のある材料である。図２には、水素吸蔵材料１７がリング形状を有し、ジルコニウムやバナジウムなどから構成された合金により構成される場合の例について示した。
【００２８】
水素吸蔵材料１７を構成する合金としては、温度を上昇、下降させることにより、重水素やトリチウムなどの燃料ガスを吸蔵、放出する特性があるものを用いる。水素吸蔵材料１７の材料としては、加熱した際も材料が蒸発しない非蒸発性の材料を用いることが好ましいが、蒸発した材料を蒸着させる蒸着面を別途設置等するのであれば、蒸発性の材料を用いてもよい。また、水素吸蔵材料の形状は、円筒形状や６面体形状などの任意の形状を用いることが可能であるが、水素吸蔵材料の表面積が大きく、材料を均等に加熱、降温させることが容易な形状が好ましい。
【００２９】
加熱部１８および冷却部１９は、真空容器１１の壁面に設けられた端子１６ａおよびケーブル１６ｂを介して温度調整手段１６により電流、電圧を印可されて動作を制御される。
【００３０】
加熱部１８は、水素吸蔵材料１７を加熱するためのヒータである。加熱部１８は、水素吸蔵材料１７の形状に応じて任意の位置に設置可能である。図２には、加熱部１８がリング形状の水素吸蔵材料１７の中央部に設置される場合の例を示した。
【００３１】
冷却部１９は、水素吸蔵材料１７を冷却するための冷却器である。冷却部１９は、水素吸蔵材料１７の形状に応じて任意の冷却器、形状、設置場所を選択可能である。図２には、冷却部１９がペルチェ素子により構成される場合の例を示した。この場合、ペルチェ素子により構成された冷却部１９の冷却面１９ａを円筒形状の水素吸蔵材料１７の底面に設置し、ヒートシンクと呼ばれる放熱面１９ｂを真空容器１１に接続するとよい。
【００３２】
次に、本実施形態に係る核融合中性子発生装置１０および核融合中性子発生方法の動作の一例について説明する。
【００３３】
図３（ａ）は、水素吸蔵材料１７からの燃料ガスの放出量と水素吸蔵材料１７の温度との関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は真空容器１１内の燃料ガス圧力と水素吸蔵材料１７の温度との関係の一例を示す説明図であり、（ｃ）は真空容器１１内の燃料ガス圧力と水素吸蔵材料１７の燃料ガス吸蔵量との関係の一例を示す説明図である。
【００３４】
水素吸蔵材料１７は、温度に応じて重水素やトリチウムなどの燃料ガスを放出する特性があり、材料を昇温すると燃料ガスを放出し、降温すると燃料ガスを吸蔵する（図３（ａ）参照）。燃料ガスは、事前に真空容器１１内に封入してもよいし、あるいは、事前に水素吸蔵材料１７に燃料ガスを吸蔵させておいてもよい。
【００３５】
水素吸蔵材料１７の温度を制御することにより、真空容器１１内の燃料ガスの圧力を制御することができる（図３（ｂ）参照）。水素吸蔵材料１７の温度を上昇させると、真空容器１１内の燃料ガス圧力は上昇し、昇温させると圧力は低下する。真空容器１１内の燃料ガス圧力と水素吸蔵材料１７の温度との関係は、水素吸蔵材料１７の燃料ガスの吸蔵量に応じて変化する。このため、燃料ガスの吸蔵量に応じて水素吸蔵材料１７の温度を制御することにより、真空容器１１内の燃料ガス圧力を制御することができる（図３（ｃ）参照）。
【００３６】
水素吸蔵材料１７の温度制御は、たとえば加熱部１８を用いて行う。温度調整手段１６を構成する電源から加熱部１８に印加する印加電圧、印加電流を制御することにより、加熱部１８の発熱量を調整し、水素吸蔵材料１７の温度を制御する。具体的には、温度調整手段１６は、燃料ガスの圧力が数Ｐａ以下の一定値になるように温度調整手段の出力を制御する。
【００３７】
水素吸蔵材料１７の温度は加熱部１８の発熱量のみを制御することで可能であるが、水素吸蔵材料１７の温度を降下させて真空容器１１内の圧力を低下させる場合に、加熱部１８の制御のみでは水素吸蔵材料１７の温度を降下させるのに時間を要してしまう。そこで、本実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、加熱部１８に加えて、冷却部１９を備える。冷却部１９を利用することにより、水素吸蔵材料１７の降温に要する時間を短縮し、圧力制御の応答性を高めることができる。
【００３８】
本実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、温度調整手段１６、水素吸蔵材料１７および加熱部１８を備え、水素吸蔵材料の温度を制御することで真空容器１１内の燃料ガスの圧力を調整することができる。このため、ガス排気システムおよびガス導入システムを用いずとも、中性子や荷電粒子の発生を制御することができる。したがって、燃料ガス圧力を制御するためにガス導入システムおよびガス排気システムを必要とする場合に比べ、大幅に装置を小型化、簡素化することができる。
【００３９】
また、本実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、冷却部１９をさらに備えてもよい。この場合、水素吸蔵材料１７の温度を降下させて真空容器１１内の圧力を低下させる場合には、冷却部１９を用いることができるため、水素吸蔵材料１７の降温に要する時間を短縮し、圧力制御の応答性を高めることができる。
【００４０】
（第２の実施形態）
次に、本発明に係る核融合中性子発生装置および核融合中性子発生方法の第２実施形態について説明する。
【００４１】
図４は、本発明の第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０の一例を示す構成図である。第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、真空容器１１内の燃料ガス圧力が任意の設定値に維持されるように自動制御するものであり、温度調整手段１６を自動制御することにより真空容器１１内の燃料ガス圧力を自動制御する信号処理手段２１と、真空容器１１内の燃料ガスの圧力を測定する圧力測定手段２２とを備える点で第１実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と異なる。他の構成および作用については図１に示す第１実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と実質的に異ならないため、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００４２】
第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、真空容器１１内の燃料ガス圧力を測定する圧力測定手段２２を有する。燃料ガスの圧力測定手段２２としては、電離式真空計や隔膜式真空計など任意の圧力測定手段を用いることができる。なお、燃料ガスの圧力測定手段２２の取り付け位置は、真空容器１１内の燃料ガス圧力を代表できる場所への設置が好ましい。
【００４３】
圧力測定手段２２は、計測信号を信号処理手段２１に与える。信号処理手段２１は、たとえばＰＩＤ制御を用いたフィードバック制御回路により構成され、圧力測定手段２２により測定された燃料ガスの圧力値を用いて、真空容器１１内の燃料ガス圧力を任意の設定値に維持する。具体的には、信号処理手段２１は、圧力測定手段２２により測定された燃料ガスの圧力の測定値と、燃料ガスの圧力の設定値とを取得し、燃料ガスの圧力の測定値が設定値を維持するように、温度調整手段１６である電源の出力を制御し水素吸蔵材料１７の温度を制御する。燃料ガスの圧力の設定値は、あらかじめ図示しない記憶媒体に記憶されて信号処理手段２１により読み出されてもよいし、図示しない入力回路を介してユーザにより入力されて信号処理手段２１に与えられてもよい。
【００４４】
なお、信号処理手段２１は、たとえばＣＰＵなどのプロセッサ、ＲＡＭ、およびＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成されてもよい。この場合、信号処理手段２１のプロセッサは、この記憶媒体に記憶されたプログラムに従って、圧力測定手段２２による燃料ガスの圧力の測定値と、燃料ガスの圧力の設定値とを取得し、燃料ガスの圧力の測定値が設定値を維持するように、温度調整手段１６を制御する機能を実現するとよい。
【００４５】
次に、第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０および核融合中性子発生方法の動作の一例について説明する。
【００４６】
上述の第１実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、真空容器１１内の燃料ガスを任意の圧力にするためには、真空容器１１に燃料ガスを充填、もしくは水素吸蔵材料１７に燃料ガスをあらかじめ吸蔵させた状態で、水素吸蔵材料１７の温度を加熱部１８、冷却部１９および温度調整手段１６を用いて制御する。一方で、放電中の真空容器１１内の温度変化、装置外への燃料ガスのリーク、核融合反応による燃料ガスの消費等の影響で真空容器１１内の燃料ガス圧力は常時変化している。このため、真空容器１１内の圧力は、一定に保つことが好ましい。しかし、第１実施形態に係る核融合中性子発生装置１０を用いる場合、真空容器１１内の燃料ガス圧力を調整するためには、温度調整手段１６の出力を手動で調整する必要がある。
【００４７】
そこで、第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、信号処理手段２１を用いて、燃料ガスの圧力が任意の設定値を維持するように、温度調整手段１６を自動制御する。
【００４８】
図５は、第２実施形態に係る信号処理手段２１による燃料ガスの圧力制御の手順の一例を示すフローチャートである。図５において、Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
【００４９】
まず、ステップＳ１において、信号処理手段２１は、燃料ガスの圧力の設定値Ｐ０を取得する。次に、ステップＳ２において、信号処理手段２１は、圧力測定手段２２により測定された真空容器１１内の燃料ガス圧力の測定値Ｐ１を取得する。
【００５０】
次に、ステップＳ３において、信号処理手段２１は、燃料ガス圧力の設定値Ｐ０が測定値Ｐ１より高いか否かを判定する。設定値Ｐ０が測定値Ｐ１より高い場合は、信号処理手段２１は、加熱部１８に電圧、電流を印可して水素吸蔵材料１７を昇温するよう温度調整手段１６を制御する（ステップＳ４）。一方、設定値Ｐ０が測定値Ｐ１以下である場合は、信号処理手段２１は、加熱部１８への印加電圧、印加電流を抑制、停止するとともに、冷却部１９を構成するペルチェ素子に電圧、電流を印可して水素吸蔵材料１７を降温するよう、温度調整手段１６を制御する（ステップＳ５）。
【００５１】
なお、ステップ３において燃料ガス圧力の測定値Ｐ１が設定値Ｐ０から所定範囲内である場合は、ステップＳ４およびＳ５のいずれにも進むことなく、すなわち、水素吸蔵材料１７の温度調整を行なうことなく、ステップＳ２に戻って測定値Ｐ１の監視を続けてもよい。
【００５２】
以上の手順により、水素吸蔵材料１７の温度を燃料ガス圧力の測定値Ｐ１に応じて自動制御することにより、燃料ガスの圧力が数Ｐａ以下の任意の値になるように制御することができる。
【００５３】
第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、第１実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と同様の作用効果を奏する。また、第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、圧力測定手段２２により測定された燃料ガスの圧力の測定値Ｐ１に応じて信号処理手段２１が水素吸蔵材料１７の温度を制御することができる。このため、第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０によれば、真空容器１１内の燃料ガスの圧力を任意の設定値Ｐ０に自動で調整することができる。
【００５４】
（第３の実施形態）
次に、本発明に係る核融合中性子発生装置および核融合中性子発生方法の第３実施形態について説明する。
【００５５】
図６は、本発明の第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０の一例を示す構成図である。第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、放電電圧、放電電流が任意の設定値に維持されるように自動制御するものであり、高電圧印加手段１４が電圧電流測定手段１４ａを有し、信号処理手段２１が放電電圧、放電電流を任意の設定値に維持するように自動制御する点で第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と異なる。他の構成および作用については図４に示す第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と実質的に異ならないため、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００５６】
なお、第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、圧力測定手段２２を備えずともよい。この場合、信号処理手段２１は、温度調整手段１６を自動制御することにより真空容器１１内の燃料ガス圧力を自動制御する機能を有さずともよい。図６には、第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０が圧力測定手段２２を備えるとともに信号処理手段２１が温度調整手段１６を自動制御することにより真空容器１１内の燃料ガス圧力を自動制御する機能を有する場合の例を示した。
【００５７】
また、図６には高電圧印加手段１４が陰極１２への印加電圧(放電電圧)、印加電流（放電電流）を測定する電圧電流測定手段１４ａを備える場合の例について示したが、電圧電流測定手段１４ａは高電圧印加手段１４とは別体として設けられてもよい。この場合、電圧電流測定手段１４ａは、たとえば陰極１２への印加電圧、印加電流を測定する電圧プローブ、電流プローブなどであってもよい。
【００５８】
信号処理手段２１は、たとえばＰＩＤ制御を用いたフィードバック制御回路により構成され、電圧電流測定手段１４ａにより測定された陰極１２への印加電圧(放電電圧)および印加電流（放電電流）を用いて、陰極１２への印加電圧(放電電圧)および印加電流（放電電流）を任意の設定値に維持する。具体的には、信号処理手段２１は、電圧電流測定手段１４ａによる陰極１２への印加電圧(放電電圧)および印加電流（放電電流）の測定値と、陰極１２への印加電圧(放電電圧)および印加電流（放電電流）の設定値とを取得し、陰極１２への印加電圧(放電電圧)および印加電流（放電電流）の測定値が設定値を維持するように、温度調整手段１６である電源の出力を制御し水素吸蔵材料１７の温度を制御する。陰極１２への印加電圧(放電電圧)および印加電流（放電電流）の設定値は、あらかじめ図示しない記憶媒体に記憶されて信号処理手段２１により読み出されてもよいし、図示しない入力回路を介してユーザにより入力されて信号処理手段２１に与えられてもよい。
【００５９】
なお、信号処理手段２１は、たとえばＣＰＵなどのプロセッサ、ＲＡＭ、およびＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成されてもよい。この場合、信号処理手段２１のプロセッサは、この記憶媒体に記憶されたプログラムに従って、電圧電流測定手段１４ａにより測定された陰極１２への印加電圧(放電電圧)および印加電流（放電電流）の測定値と、陰極１２への印加電圧(放電電圧)および印加電流（放電電流）の設定値とを取得し、陰極１２への印加電圧(放電電圧)および印加電流（放電電流）の測定値が設定値を維持するように、温度調整手段１６を制御する機能を実現するとよい。
【００６０】
次に、第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０および核融合中性子発生方法の動作の一例について説明する。
【００６１】
図７（ａ）は真空容器１１内の燃料ガス圧力と陰極印加電圧（放電電圧）との関係の一例を示す説明図であり、（ｂ）は陰極印加電流（放電電流）と陰極印加電圧（放電電圧）との関係の一例を示す説明図である。
【００６２】
上述の第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、真空容器１１内の燃料ガスを任意の圧力に自動制御する。ところで、本明細書の実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、グロー放電を利用して燃料ガスをイオン化している。一般に、グロー放電は、電極間距離が一定の場合、真空容器１１内の燃料ガス圧力が上昇すると、図７（ａ）に示すように印加電圧（放電電圧）は低下する。また、図7（ｂ）に示すように、印加電圧（放電電圧）は、印加電流（放電電流）によっても変化する。また、印加電圧（放電電圧）は、装置の動作時間、陰極１２の温度などの影響を受け、同一の燃料ガス圧力条件においても放電電圧が変化してしまうことがある。
【００６３】
そこで、第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、信号処理手段２１を用いて、陰極１２への印加電圧(放電電圧)、印加電流（放電電流）が任意の設定値を維持するように、温度調整手段１６を自動制御して真空容器１１内の燃料ガス密度を調整する。
【００６４】
図８は、第３実施形態に係る信号処理手段２１による陰極印加電圧(放電電圧)、陰極印加電流（放電電流）の制御の手順の一例を示すフローチャートである。図８において、Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。
【００６５】
まず、ステップＳ１１において、信号処理手段２１は、陰極印加電圧(放電電圧)、陰極印加電流（放電電流）の設定値Ｖ０、Ｉ０を取得する。次に、ステップＳ１２において、信号処理手段２１は、電圧電流測定手段１４ａにより測定された陰極印加電圧(放電電圧)、陰極印加電流（放電電流）の測定値Ｖ１、Ｉ１を取得する。
【００６６】
次に、ステップＳ１３において、信号処理手段２１は、測定値Ｖ１、Ｉ１が、ともに設定値Ｖ０、Ｉ０から所定範囲内にあるか否かを判定する。所定範囲内にある場合は、ステップＳ１２に戻り、測定値Ｖ１、Ｉ１の監視を続ける。一方、所定範囲内にない場合は、ステップＳ１４に進む。
【００６７】
次に、ステップＳ１４において、信号処理手段２１は、印加電圧の測定値Ｖ１が設定値Ｖ０より高いか否かを判定する。測定値Ｖ１が設定値Ｖ０より高い場合は、信号処理手段２１は、加熱部１８に電圧、電流を印可して水素吸蔵材料１７を昇温するよう温度調整手段１６を制御する（ステップＳ１５）。水素吸蔵材料１７を昇温することにより、燃料ガス圧力を上昇させ（図３（ｂ）参照）、放電電圧を低下させることができる（図７（ａ）参照）。一方、測定値Ｖ１が設定値Ｖ０以下である場合は、信号処理手段２１は、加熱部１８への印加電圧、印加電流を抑制、停止するとともに、冷却部１９を構成するペルチェ素子に電圧、電流を印可して水素吸蔵材料１７を降温するよう、温度調整手段１６を制御する（ステップＳ１６）。水素吸蔵材料１７を降温することにより、燃料ガス圧力を低下させ（図３（ｂ）参照）、放電電圧を増加させることができる（図７（ａ）参照）。
【００６８】
以上の手順により、水素吸蔵材料１７の温度を印加電圧の測定値Ｖ１に応じて自動制御することにより、陰極１２への印加電圧、印加電流が任意の値になるように自動制御することができる。
【００６９】
第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、第１実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と同様の作用効果を奏する。また、第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、図６に示すように圧力測定手段２２を備えるとともに信号処理手段２１が温度調整手段１６を制御することにより真空容器１１内の燃料ガス圧力を自動制御する機能を有してもよい。この場合、第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と同様の作用効果を奏する。
【００７０】
また、第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、電圧電流測定手段１４ａにより測定された陰極印加電圧(放電電圧)、陰極印加電流（放電電流）の測定値Ｖ１、Ｉ１に応じて信号処理手段２１が水素吸蔵材料１７の温度を制御することができる。このため、第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０によれば、陰極１２への印加電圧(放電電圧)および印加電流（放電電流）を任意の設定値Ｖ０、Ｉ０に自動で調整することができる。
【００７１】
（第４の実施形態）
次に、本発明に係る核融合中性子発生装置および核融合中性子発生方法の第４実施形態について説明する。
【００７２】
図９は、本発明の第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０の一例を示す構成図である。第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、核融合反応率が任意の設定値に維持されるように自動制御するものであり、核融合反応率に係るデータを測定可能な核融合反応率測定手段２３を有し、信号処理手段２１が核融合反応率を任意の設定値に維持するように自動制御する点で第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と異なる。他の構成および作用については図６に示す第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と実質的に異ならないため、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００７３】
なお、第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、圧力測定手段２２を備えずともよい。この場合、信号処理手段２１は、温度調整手段１６を自動制御することにより真空容器１１内の燃料ガス圧力を自動制御する機能を有さずともよい。また、第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、電圧電流測定手段１４ａを備えずともよい。この場合、信号処理手段２１は、温度調整手段１６を自動制御することにより陰極１２への印加電圧(放電電圧)および印加電流（放電電流）を自動制御する機能を有さずともよい。図９には、第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０が圧力測定手段２２および電圧電流測定手段１４ａを備え、信号処理手段２１が温度調整手段１６を自動制御することにより真空容器１１内の燃料ガス圧力を自動制御する機能および温度調整手段１６を自動制御することにより陰極１２への印加電圧(放電電圧)および印加電流（放電電流）を自動制御する機能を有する場合の例を示した。
【００７４】
核融合反応率測定手段２３としては、たとえば中性子生成量を測定する中性子検出器を用いることができる。核融合反応率測定手段２３として用いる中性子測定器としては、たとえば３Ｈｅ検出器や液体シンチレータ検出器などの任意の中性子検出器を用いることができる。また、中性子検出器が測定する中性子は、核融合反応で発生した高速中性子や熱化した熱中性子など、使用する中性子計測器に応じて任意のエネルギーの中性子を選択することができる。また核融合反応率測定手段２３は、陽子などの荷電粒子を測定する測定器を用いてもよい。
【００７５】
以下の説明では、核融合反応率測定手段２３として、中性子生成量を測定する中性子測定器を用いる場合の例について示す。
【００７６】
信号処理手段２１は、たとえばＰＩＤ制御を用いたフィードバック制御回路により構成され、核融合反応率測定手段２３により測定された核融合反応率を用いて、核融合反応率を任意の設定値に維持する。具体的には、信号処理手段２１は、核融合反応率測定手段２３により測定された核融合反応率の測定値と、核融合反応率の設定値とを取得し、核融合反応率の測定値が設定値を維持するように、温度調整手段１６である電源の出力を制御し水素吸蔵材料１７の温度を制御する。核融合反応率の設定値は、あらかじめ図示しない記憶媒体に記憶されて信号処理手段２１により読み出されてもよいし、図示しない入力回路を介してユーザにより入力されて信号処理手段２１に与えられてもよい。
【００７７】
信号処理手段２１は、核融合反応率測定手段２３で得られた測定値を、フラックスや真空容器１１内の全体での核融合の発生量など、任意の単位形式に変換することができる。また任意の核融合反応率を設定した際には、あらかじめデータ採取しておいた核融合反応率と、放電電圧、放電電流、燃料ガス圧力との関係をもとに、自動で放電電圧、放電電流、燃料ガスの初期状態を設定することができる。
【００７８】
なお、信号処理手段２１は、たとえばＣＰＵなどのプロセッサ、ＲＡＭ、およびＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成されてもよい。この場合、信号処理手段２１のプロセッサは、この記憶媒体に記憶されたプログラムに従って、核融合反応率測定手段２３により測定された核融合反応率の測定値と、核融合反応率の設定値とを取得し、核融合反応率の測定値が設定値を維持するように、温度調整手段１６である電源の出力を制御し水素吸蔵材料１７の温度を制御する機能を実現するとよい。
【００７９】
次に、第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０および核融合中性子発生方法の動作の一例について説明する。
【００８０】
図１０は、陰極印加電圧（放電電圧）と、陰極印加電流（放電電流）と、中性子生成量との関係の一例を示す説明図である。
【００８１】
上述の第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、真空容器１１内の燃料ガスを任意の圧力に自動制御する。また、上述の第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、放電電圧、放電電流を自動制御する。上述のとおり、本明細書の実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、グロー放電を利用して燃料ガスをイオン化している。この場合、一般に、印加電圧（放電電圧）が上昇し、あるいは印加電流(放電電圧)が上昇すると、図１０に示すように核融合反応率は上昇する。また、核融合反応量は、真空容器１１内の燃料ガスの量、装置の動作時間、陰極１２の温度などの影響を受け、変化してしまうことがある。
【００８２】
そこで、第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、信号処理手段２１を用いて、核融合反応率が任意の設定値を維持するように、温度調整手段１６を自動制御して真空容器１１内の燃料ガス密度を調整する。
【００８３】
図１１は、第４実施形態に係る信号処理手段２１による核融合反応率の制御の手順の一例を示すフローチャートである。図１１において、Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。なお、図１１には、信号処理手段２１が核融合反応率測定手段２３の出力にもとづいて中性子生成量を用いて核融合反応率を制御する場合の例について示した。
【００８４】
まず、ステップＳ２１において、信号処理手段２１は、中性子生成量の設定値ｇ０を取得する。次に、ステップＳ２２において、信号処理手段２１は、核融合反応率測定手段２３の出力にもとづいて中性子生成量の測定値ｇ１を取得する。
【００８５】
次に、ステップＳ２３において、信号処理手段２１は、中性子生成量の測定値ｇ１が設定値ｇ０より高いか否かを判定する。測定値ｇ１が設定値ｇ０より高い場合は、信号処理手段２１は、加熱部１８に電圧、電流を印可して水素吸蔵材料１７を昇温するよう温度調整手段１６を制御する（ステップＳ２４）。水素吸蔵材料１７を昇温することにより、燃料ガス圧力を上昇させ（図３（ｂ）参照）、放電電圧を低下させ（図７（ａ）参照）、中性子生成量を低下させることができる（図１０参照）。一方、測定値ｇ１が設定値ｇ０以下である場合は、信号処理手段２１は、加熱部１８への印加電圧、印加電流を抑制、停止するとともに、冷却部１９を構成するペルチェ素子に電圧、電流を印可して水素吸蔵材料１７を降温するよう、温度調整手段１６を制御する（ステップＳ２５）。水素吸蔵材料１７を降温することにより、燃料ガス圧力を低下させ（図３（ｂ）参照）、放電電圧を上昇させ（図７（ａ）参照）、中性子生成量を増加させることができる（図１０参照）。
【００８６】
なお、ステップ２３において中性子生成量の測定値ｇ１が設定値ｇ０から所定範囲内である場合は、ステップＳ２４およびＳ２５のいずれにも進むことなく、すなわち、水素吸蔵材料１７の温度調整を行なうことなく、ステップＳ２２に戻って測定値ｇ１の監視を続けてもよい。
【００８７】
以上の手順により、水素吸蔵材料１７の温度を核融合反応率の測定値に応じて自動制御することにより、核融合反応率が任意の値になるように自動制御することができる。
【００８８】
第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、第１実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と同様の作用効果を奏する。また、第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、図９に示すように圧力測定手段２２を備えるとともに信号処理手段２１が温度調整手段１６を制御することにより真空容器１１内の燃料ガス圧力を自動制御する機能を有してもよい。この場合、第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と同様の作用効果を奏する。また、第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、図９に示すように電圧電流測定手段１４ａを備えるとともに信号処理手段２１が温度調整手段１６を自動制御することにより陰極１２への印加電圧(放電電圧)および印加電流（放電電流）を自動制御する機能を有してもよい。この場合、第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と同様の作用効果を奏する。
【００８９】
また、第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、核融合反応率測定手段２３により測定された核融合反応率の測定値に応じて信号処理手段２１が水素吸蔵材料１７の温度を制御することができる。このため、第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０によれば、核融合反応率を任意の設定値に自動で調整することができる。
【００９０】
（第５の実施形態）
次に、本発明に係る核融合中性子発生装置および核融合中性子発生方法の第５実施形態について説明する。
【００９１】
図１２は、本発明の第５実施形態に係る核融合中性子発生装置１０の一例を示す構成図である。第５実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、アーク放電が発生した際も、アーク放電発生前の放電状態に復帰させるよう自動制御するものであり、アーク放電の発生を検知するアーク放電検知手段２４を有し、信号処理手段２１がアーク放電の発生時にアーク放電発生前の正常な放電状態に復帰させるように水素吸蔵材料１７の温度を自動制御する点で第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と異なる。他の構成および作用については図９に示す第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と実質的に異ならないため、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【００９２】
なお、アーク放電検知手段２４およびアーク放電の発生時にアーク放電発生前の正常な放電状態に復帰させるように水素吸蔵材料１７の温度を自動制御する機能を有する信号処理手段２１は、図１に示す第１実施形態に係る核融合中性子発生装置１０、図４に示す第２実施形態に係る核融合中性子発生装置１０、図６に示す第３実施形態に係る核融合中性子発生装置１０のいずれとも組み合わせることが可能である。図１２には、アーク放電検知手段２４およびアーク放電の発生時にアーク放電発生前の正常な放電状態に復帰させるように水素吸蔵材料１７の温度を自動制御する機能を有する信号処理手段２１が図９に示す第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０に追加された場合の例を示した。
【００９３】
第５実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、アーク放電検知手段２４によりアーク放電の発生を検知する。アーク放電検知手段２４は、たとえば陰極印加電圧および陰極印加電流の時間変化を計測し、陰極印加電圧の時間変化、陰極印加電流の時間変化があらかじめ設定した閾値を超えると、アーク放電が発生したと検知し、信号処理手段２１にその旨の情報を示す信号を出力する。
【００９４】
本第５実施形態に係る高電圧印加手段１４は、アーク放電が発生した際に、出力が自動停止せずに、自動復帰する機能を有する電源を用いることが好ましい。
【００９５】
信号処理手段２１は、たとえばＣＰＵなどのプロセッサ、ＲＡＭ、およびＲＯＭをはじめとする記憶媒体などにより構成される。信号処理手段２１のプロセッサは、この記憶媒体に記憶されたプログラムに従って、アーク放電検知手段２４からアーク放電検知信号が入力されると、アーク放電発生前の正常な放電状態に放電を復帰させる機能を実現する。また、正常な放電状態に復帰した後は、信号処理手段２１のプロセッサは、あらかじめ設定した燃料ガス圧力値Ｐ０（図５参照）、陰極印加電圧値Ｖ０および陰極印加電流値Ｉ０（図８参照）、あるいは核融合反応率（図１１参照）を維持するよう制御する機能を実現するとよい。
【００９６】
次に、本実施形態に係る核融合中性子発生装置１０および核融合中性子発生方法の動作の一例について説明する。
【００９７】
上述のとおり、本明細書の実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、グロー放電を利用して燃料ガスをイオン化している。この場合、陰極１２の表面状態や温度変化などによっては、突発的にアーク放電が発生してしまうときがある。アーク放電が生じてしまうと、陰極印加電圧および核融合反応率が低下してしまう。この場合、たとえば第３実施形態の図８に示す手順や第４実施形態の図１１に示す手順で説明した信号処理手段２１の機能により、陰極印加電圧の増加や核融合反応率の増加を試みようと、水素吸蔵材料１７を降温させて真空容器１１内の燃料ガスの圧力を下げてしまうことが予想される。
【００９８】
しかし、アーク放電による陰極印加電圧の低下や核融合反応率の低下に応じて燃料ガス圧力を下げてしまうと、正常な放電の開始電圧が上がってしまい、さらなるアーク放電を引き起こす可能性があるほか、アーク放電前の正常な放電状態への復帰に時間を要してしまう。
【００９９】
そこで、第５実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、アーク放電検知手段２４がアーク放電を検知すると、信号処理手段２１を用いてアーク放電発生前の放電状態、任意の設定状態に早期に復帰させる。
【０１００】
図１３は、第５実施形態に係る信号処理手段２１によるアーク放電検知時における正常な放電状態への復帰手順の一例を示すフローチャートである。図１３において、Ｓに数字を付した符号はフローチャートの各ステップを示す。なお、図１３には、正常な放電状態に復帰した後に、信号処理手段２１が、あらかじめ設定した核融合反応率を維持するよう制御する場合の例を示した。図１１と同等のステップには同一符号を付し、重複する説明を省略する。
【０１０１】
ステップＳ３１において、アーク放電検知手段２４は、印加電圧、印加電流測定値の時間変化が設定閾値を超えたか否かを判定することにより、アーク放電が発生したか否かを判定する。アーク放電が発生した場合、アーク放電検知手段２４はアーク放電検知信号を信号処理手段２１に出力し、ステップＳ３２に進む。一方、アーク放電が発生していない場合は、ステップＳ２２に進み、あらかじめ設定した核融合反応率を維持するように温度調整手段１６を制御する。
【０１０２】
次に、ステップＳ３２において、信号処理手段２１は、所定の設定時間だけ水素吸蔵材料１７の温度を維持するよう、温度調整手段１６を制御する。
【０１０３】
次に、ステップＳ３３において、信号処理手段２１は、真空容器１１内の放電状態がアーク放電から正常な放電状態、本明細書の実施形態に係る核融合中性子発生装置１０ではグロー放電、に復帰しているか否かを判定する。放電状態がグロー放電か否かの確認方法としては、陰極印加電圧および陰極印加電流の測定値にもとづく方法や、核融合反応率の測定値にもとづく方法などを用いることができる。
【０１０４】
ステプＳ３３で真空容器１１内の放電状態が正常な放電に復帰していないと判定されると、ステップＳ３４において、信号処理手段２１は、真空容器１１内の燃料ガスの圧力を所定の圧力まで昇圧するよう水素吸蔵材料１７を昇温するように温度調整手段１６を制御することにより、燃料ガスの放電状態をアーク放電の発生前の放電状態に戻すよう試みて、ステップＳ３３に戻る。
【０１０５】
一方、ステップＳ３３で真空容器１１内の放電状態が正常な放電に復帰したと判定されると、ステップＳ２２に進み、あらかじめ設定した核融合反応率を維持するように温度調整手段１６を制御する。
【０１０６】
以上の手順により、アーク放電が発生した場合に、アーク放電発生前の放電状態、任意の設定状態に早期に復帰させることができる。
【０１０７】
第５実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、第１−第４実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と同様の作用効果を奏する。また、第５実施形態に係る核融合中性子発生装置１０によれば、アーク放電検知手段２４がアーク放電を検知すると、信号処理手段２１を用いてアーク放電発生前の放電状態、任意の設定状態に早期に復帰させることができる。
【０１０８】
（第６の実施形態）
次に、本発明に係る核融合中性子発生装置および核融合中性子発生方法の第６実施形態について説明する。
【０１０９】
図１４は、本発明の第６実施形態に係る核融合中性子発生装置１０の一例を示す構成図である。第６実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、水素吸蔵材料１７の周囲を囲む保護材２５を有し、この保護材２５によって、陰極１２やプラズマからの放射熱が水素吸蔵材料１７の温度制御に及ぼす影響を低減するとともに水素吸蔵材料１７を真空容器１１内に挿入した際の陰極１２と陽極との間の電界の乱れを抑制する点で第５実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と異なる。他の構成および作用については図１２に示す第５実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と実質的に異ならないため、同じ構成には同一符号を付して説明を省略する。
【０１１０】
なお、水素吸蔵材料１７の保護材２５は、第１−第５実施形態に係る核融合中性子発生装置１０のいずれとも組み合わせることが可能である。図１４には、保護材２５が図１２に示す第５実施形態に係る核融合中性子発生装置１０に追加された場合の例を示した。
【０１１１】
第６実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、保護材２５により水素吸蔵材料１７を囲っている。保護材２５は、たとえば水素吸蔵材料１７の燃料ガスの吸蔵性能および脱離性能、いわゆるコンダクタンスを低下させないような、開口率の高い金網状の形状を有するとよく、たとえば開口率が80％のメッシュ形状を有するとよい。また、保護材２５は、陰極１２と陽極を兼ねた真空容器１１との間の電界分布への影響が小さい位置に設置することが好ましい。また、保護材２５の電位は、陽極を兼ねた真空容器１１と同電位となっていることが好ましい。このため、保護材２５の材料としては、導電性の材料を用いることが好ましい。また、保護材２５の材料としては、陰極１２よりも低い熱放射率を有する材料を用いるとよい。
【０１１２】
次に、本実施形態に係る核融合中性子発生装置１０および核融合中性子発生方法の動作の一例について説明する。
【０１１３】
水素吸蔵材料１７を真空容器１１内に挿入した際に、水素吸蔵材料１７によって陰極１２と陽極との間の電界を乱してしまうと、陰極１２と陽極との間でのイオンの加速効率が低下し、核融合反応率が低下してしまう場合がある。また、水素吸蔵材料１７と陰極１２との間には、局所的な放電が生じてしまう可能性がある。ここで、局所的な放電とは、アーク放電や水素吸蔵材料１７と陰極１２との間のグロー放電などをいう。
【０１１４】
そこで、第６実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、陽極を兼ねた真空容器１１と同電位の保護材２５で水素吸蔵材料１７を囲むことにより、水素吸蔵材料１７を静電遮蔽する。また、保護材２５は、陰極１２と真空容器１１との間の電界を乱さない位置に配置される。また、陰極１２と保護材２５との距離が、陰極１２と真空容器１１の内壁との距離と同程度になるように配置することで、局所的なグロー放電の発生を抑制することができる。
【０１１５】
また、本明細書の実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、水素吸蔵材料１７の温度を制御することで真空容器１１内の圧力を制御するが、加熱部１８以外からの熱の流入があると、水素吸蔵材料１７の温度制御性能が悪化する可能性がある。加熱部１８以外から流入する可能性がある熱としては、たとえば高温になった陰極１２からの放射熱などが挙げられる。
【０１１６】
そこで、第６実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、陰極１２よりも熱放射率の小さな材料で構成された保護材２５で水素吸蔵材料１７を囲むことにより、陰極１２からの放射熱の流入を最小限に抑えることができる。
【０１１７】
すなわち、第６実施形態に係る核融合中性子発生装置１０は、第１−第５実施形態に係る核融合中性子発生装置１０と同様の作用効果を奏する。また、第６実施形態に係る核融合中性子発生装置１０によれば、水素吸蔵材料１７を真空容器内に挿入した際の陰極と陽極間の電界の乱れを抑制することができるとともに、陰極１２やプラズマからの放射熱が水素吸蔵材料１７の温度制御に及ぼす影響を低減することができる。
【０１１８】
以上説明した少なくとも１つの実施形態によれば、温度調整手段１６、水素吸蔵材料１７および加熱部１８を備え、水素吸蔵材料の温度を制御することで真空容器１１内の燃料ガスの圧力を調整することができる。このため、ガス排気システムおよびガス導入システムを用いずとも、中性子や荷電粒子の発生を制御することができる。したがって、燃料ガス圧力を制御するためにガス導入システムおよびガス排気システムを必要とする場合に比べ、大幅に装置を小型化、簡素化することができる。
【０１１９】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【０１２０】
また、本発明の実施形態では、フローチャートの各ステップは、記載された順序に沿って時系列的に行われる処理の例を示したが、必ずしも時系列的に処理されなくとも、並列的あるいは個別実行される処理をも含むものである。
【符号の説明】
【０１２１】
１０…核融合中性子発生装置、１１…真空容器、１２…陰極、１４…高電圧印加手段、１４ａ…電圧電流測定手段、１６…温度調整手段、１７…水素吸蔵材料、１８…加熱部、１９…冷却部、２１…信号処理手段、２２…圧力測定手段、２４…アーク放電検知手段、２５…保護材。
【図１】
0006591259.tif 000002
【図２】
0006591259.tif 000003
【図３】
0006591259.tif 000004
【図４】
0006591259.tif 000005
【図５】
0006591259.tif 000006
【図６】
0006591259.tif 000007
【図７】
0006591259.tif 000008
【図８】
0006591259.tif 000009
【図９】
0006591259.tif 000010
【図１０】
0006591259.tif 000011
【図１１】
0006591259.tif 000012
【図１２】
0006591259.tif 000013
【図１３】
0006591259.tif 000014
【図１４】
0006591259.tif 000015