(57)【要約】  エネルギーの局所化された集中を生み出す方法は、非気体媒質（６）中に、表面（４）と接触した気体ポケット（２）を提供することを含む。表面（４）は、気体ポケット（２）を少なくとも部分的に受け入れるような形状に形成された凹み（８）を含む。大気圧よりも大きい、気体ポケット（２）が崩壊して横断ジェット（１０）を形成するような態様の平均値を有する静圧が、非気体媒質（６）に加えられる。表面凹み（８）は、横断ジェット（１０）の衝突を、衝突するジェット（１０）と表面凹み（８）の間に気体ポケット（２）の少なくとも一部（１２）が捕獲されるような態様で、受け止めるように構成されている。エネルギーの局所化された集中を生み出す装置も提供される。
2015522802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体ポケットをその中に有し、前記気体ポケットが、前記気体ポケットを少なくとも部分的に受け入れるような形状に形成された凹みを含む表面と接触した、非気体媒質を提供すること、及び
大気圧よりも大きい、前記気体ポケットが崩壊して横断ジェットを形成するような態様の平均値を有する静圧を、前記非気体媒質に加えること
からなり、前記表面凹みが、前記横断ジェットの衝突を、衝突する前記ジェットと前記表面凹みの間に気体ポケットの少なくとも一部が捕獲されるような態様で、受け止めるように構成されている、
エネルギーの局所化された集中を生み出す方法。
【請求項２】
前記静圧が、１ミリ秒よりも長い時間スケール、例えば１秒よりも長い時間スケール、例えば１００秒よりも長い時間スケールにわたって加えられる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記静圧の前記平均値が、少なくとも２バール、好適には少なくとも１０バール、例えば少なくとも１５バール、例えば少なくとも２０バール、例えば少なくとも５０バール、例えば少なくとも３００バール、例えば少なくとも１キロバールである、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
所望の速度を有する横断ジェットを形成するように前記静圧のレベルを制御することを含む、請求項１、２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記非気体媒質に加えられる前記静圧が時間とともに変化する、請求項１〜４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記静圧の前記変化が、前記非気体媒質に加えられた定常圧力波又は圧力変化によって提供される、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記定常波又は圧力変化の周波数が、１０Ｈｚ超、例えば１００Ｈｚ超、例えば１ｋＨｚ超、例えば１０ｋＨｚ超、例えば２０ｋＨｚである、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記非気体媒質に、単発の圧力波又は衝撃波が追加的に加えられる、請求項１〜７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記非気体媒質中に前記気体ポケットを提供することを含む、請求項１〜８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記非気体媒質中で前記気体ポケットが膨張することを許すこと、又は前記非気体媒質中で前記気体ポケットを膨張させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記非気体媒質中に気体ポケットを繰り返し提供することを含む、請求項９又は１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記非気体媒質中に前記気体ポケットが繰り返し提供される周波数が、１０Ｈｚ超、例えば１００Ｈｚ超、例えば１ｋＨｚ超、例えば１０ｋＨｚ超、例えば２０ｋＨｚである、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記非気体媒質中で前記気体ポケットを核生成することを含む、請求項９〜１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
レーザを使用して前記気体ポケットを核生成することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
火花を使用して前記気体ポケットを核生成することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記非気体媒質に定常波又は圧力変化を加えることによって、前記気体ポケットを核生成すること、又は、既に核生成された気体ポケットを膨張させることのうちの少なくとも一方を生じることを含んでなる、請求項１３〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記非気体媒質に負の圧力衝撃波を加えることによって、前記気体ポケットを核生成すること、又は既に核生成された気体ポケットを膨張させることのうちの少なくとも一方を生じることを含んでなる、請求項１３〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記負の圧力衝撃波が、低音響インピーダンス反射器を使用して正の圧力波を反転させることによって生み出される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記気体ポケットが、前記気体ポケットと前記非気体媒質の間の境界を画定する予め製造された膜を使用することによって形成される、請求項１〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
複数の気体ポケットをその中に有する非気体媒質を提供することを含む、請求項１〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記表面が、気体ポケットを少なくとも部分的に受け入れるような形状にそれぞれが形成された複数の凹みを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記非気体媒質、及び、前記気体ポケットのうちの少なくとも一方を加熱することを含む、請求項１〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
核融合反応を発生させるために使用される、請求項１〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２４】
気体ポケットをその中に有し、前記気体ポケットが、前記気体ポケットを少なくとも部分的に受け入れるような形状に形成された凹みを含む表面と接触した、非気体媒質と、
大気圧よりも大きい、前記気体ポケットが崩壊して横断ジェットを形成するような態様の平均値を有する静圧を、前記非気体媒質に加える手段と
からなり、前記表面凹みが、前記横断ジェットの衝突を、衝突する前記ジェットと前記表面凹みの間に気体ポケットの少なくとも一部が捕獲されるような態様で、受け止めるように構成されている、
エネルギーの局所化された集中を生み出す装置。
【請求項２５】
前記静圧が、１ミリ秒よりも長い時間スケール、例えば１秒よりも長い時間スケール、例えば１００秒よりも長い時間スケールにわたって加えられる、請求項２４に記載の装置。
【請求項２６】
前記静圧の前記平均値が、少なくとも２バール、好適には少なくとも１０バール、例えば少なくとも１５バール、例えば少なくとも２０バール、例えば少なくとも５０バール、例えば少なくとも３００バール、例えば少なくとも１キロバールである、請求項２４又は２５に記載の装置。
【請求項２７】
所望の速度を有する横断ジェットを形成するように前記静圧のレベルが制御される、請求項２４〜２６のいずれかに記載の方法。
【請求項２８】
前記非気体媒質に加えられる前記静圧を時間とともに変化させる手段を備える、請求項２４〜２７のいずれかに記載の装置。
【請求項２９】
前記非気体媒質に定常波又は圧力変化を加えて前記静圧の前記変化を提供する手段を備える、請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記定常波又は圧力変化の周波数が、１０Ｈｚ超、例えば１００Ｈｚ超、例えば１ｋＨｚ超、例えば１０ｋＨｚ超、例えば２０ｋＨｚである、請求項２９に記載の装置。
【請求項３１】
前記非気体媒質に単発の圧力波又は衝撃波を追加的に加える手段を備える、請求項２４〜３０のいずれかに記載の装置。
【請求項３２】
前記非気体媒質中に前記気体ポケットを提供する手段を備える、請求項２４〜３１のいずれかに記載の装置。
【請求項３３】
前記非気体媒質中で前記気体ポケットが膨張することを許すこと、又は前記非気体媒質中で前記気体ポケットを膨張させることを含む、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記非気体媒質中に気体ポケットを繰り返し提供する手段を備える、請求項３２又は３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記非気体媒質中に前記気体ポケットが繰り返し提供される周波数が、１０Ｈｚ超、例えば１００Ｈｚ超、例えば１ｋＨｚ超、例えば１０ｋＨｚ超、例えば２０ｋＨｚである、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記非気体媒質中で前記気体ポケットを核生成する手段を備える、請求項３２〜３５のいずれかに記載の装置。
【請求項３７】
前記気体ポケットを核生成するレーザを備える、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記気体ポケットを核生成する火花発生手段を備える、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
前記非気体媒質に定常波又は圧力変化を加えることによって、前記気体ポケットを核生成すること、又は既に核生成された気体ポケットを膨張させることの少なくとも一方を生じるための手段を備える、請求項３２〜３８のいずれかに記載の装置。
【請求項４０】
前記非気体媒質に負の圧力衝撃波を加えることによって、前記気体ポケットを核生成すること、又は既に核生成された気体ポケットを膨張させることの少なくとも一方を生じるための手段を備える、請求項３２〜３８のいずれかに記載の方法。
【請求項４１】
正の圧力波を反転させて前記負の圧力衝撃波を生み出す低音響インピーダンス反射器を備える、請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
前記気体ポケットが、前記気体ポケットと前記非気体媒質の間の境界を画定する予め製造された膜を使用することによって形成される、請求項２４〜４１のいずれかに記載の装置。
【請求項４３】
前記非気体媒質が、複数の気体ポケットをその中に有する、請求項２４〜４２のいずれかに記載の装置。
【請求項４４】
前記表面が、気体ポケットを少なくとも部分的に受け入れるような形状にそれぞれが形成された複数の凹みを含む、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記非気体媒質、及び前記気体ポケットのうちの少なくとも一方を加熱する手段を備える、請求項２４〜４４のいずれかに記載の装置。
【請求項４６】
核融合反応を発生させるために使用される、請求項２４〜４５のいずれかに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、局所化された非常に大きなエネルギーを生み出す方法及び装置に関する。本発明は特に、それだけに限定はされないが、核融合を引き起こすのに十分な大きさの局所化されたエネルギーを発生させることに関する。
【背景技術】
【０００２】
融合パワー（ｆｕｓｉｏｎ  ｐｏｗｅｒ）の開発は、長年にわたって時間と金銭が大量に投資されている分野である。この投資は主に、大規模な融合炉を大きな費用をかけて開発することに集中的に向けられている。しかしながら、融合を生じさせるはるかに単純ではるかに安価な機構を予言している別の理論もある。ここでは、（衝撃波などの）機械的な力を使用して、エネルギーを非常に小さなエリアに集中させ、焦束させる包括的概念「慣性閉じ込め融合（ｉｎｅｒｔｉａｌ  ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ  ｆｕｓｉｏｎ）」が重要である。
【０００３】
代替の慣性閉じ込め融合法に可能性があるとする確信の多くは、ソノルミネセンス（ｓｏｎｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）と呼ばれる現象が観察されることに由来する。ソノルミネセンス現象は、適切なサイズの気泡を含む液体が、特定の周波数の超音波によって動かされたときに起こる。この圧力波によって気泡は膨張し、次いで非常に激しく崩壊する。この過程は通常、慣性キャビテーション（ｉｎｅｒｔｉａｌ  ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）と呼ばれる。気泡のこの急激な崩壊は、それによって光を発するほどまでに内容物が熱くなる非平衡圧縮につながる（非特許文献１）。この過程を増強しようとさまざまな努力が実施され、１つのグループは、融合を観察したと主張している（非特許文献２）。しかしながら、相当な努力にも関わらず、この観察された結果はまだ検証も又は再現もされていない（非特許文献３）。この機構は、崩壊中の気泡によるルミネセンスに導く提案されている唯一の機構ではない。しかしながら、この機構についての文献が最も多い。
【０００４】
ルミネセンスは、強い衝撃波によって崩壊した気泡からも観察されている（非特許文献４）。非常に速い速度（約１ｋｍ／秒）で移動している球形の水滴を堅いターゲット中へ撃ち込んで強い衝撃波を発生させることが、特許文献１で提案されている。この衝撃波を使用して、この小滴の内部の気泡を崩壊させることができる。衝撃波を使用して気泡を崩壊させる別の機構が特許文献２に記載されており、この文献で、本出願の出願人は、高圧の衝撃波を液体に加えることによって液体中の気泡を崩壊させることを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７，４４５，３１９号明細書
【特許文献２】国際公開第２０１１／１３８６２２号
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ガイタン，ディー  エフ（Ｇａｉｔａｎ，Ｄ．Ｆ．），クラム，エル  エー（Ｃｒｕｍ，Ｌ．Ａ．），チャーチ，シー  シー（Ｃｈｕｒｃｈ，Ｃ．Ｃ．），及びロイ，アール  エー（Ｒｏｙ，Ｒ．Ａ．），Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ａｍｅｒｉｃａ，９１（６），３１６６−３１８３  ６月（１９９２）
【非特許文献２】タレヤカーン，アール  ピー（Ｔａｌｅｙａｒｋｈａｎ，Ｒ．Ｐ．），ウェスト，シー  ディー（Ｗｅｓｔ，Ｃ．Ｄ．），チョー，ジェイ  エス（Ｃｈｏ，Ｊ． Ｓ．），レイヒ，アール  ティー（Ｌａｈｅｙ，Ｒ． Ｔ．），ニグマツリン，アール  アイ（Ｎｉｇｍａｔｕｌｉｎ，Ｒ． Ｉ．），及びブロック，アール  シー（Ｂｌｏｃｋ，Ｒ．Ｃ．），Ｓｃｉｅｎｃｅ，２９５（５５６１），１８６８−１８７３  ３月（２００２）
【非特許文献３】シャピラ，ディー（Ｓｈａｐｉｒａ，Ｄ）及びソルトマーシュ，エム（Ｓａｌｔｍａｒｓｈ，Ｍ．），Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｌｅｔｔｅｒｓ，８９（１０）、１０４３０２  ９月（２００２）
【非特許文献４】ボーン，エヌ  ケー（Ｂｏｕｒｎｅ，Ｎ．Ｋ．）及びフィールド，ジェイ  イー（Ｆｉｅｌｄ，Ｊ．Ｅ．），Ｐｈｉｌｏｓｏｐｈｉｃａｌ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｒｏｙａｌ  Ｓｏｃｉｅｔｙ  ｏｆ  Ｌｏｎｄｏｎ  Ｓｅｒｉｅｓ  Ａ−Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，３５７（１７５１）、２９５−３１１  ２月（１９９９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この機構は、例えば小滴を高速で衝突させる必要がないなど、以前の技法にはないいくつかの利点をもたらすが、十分に高い圧力の衝撃波を発生させるのに必要な装置は、複雑で高価なものになりうる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の技法の代替技法を提供することを目的とする。本発明が別の用途を有することもある。第１の態様から見たとき、本発明は、
気体ポケットをその中に有し、その気体ポケットが、気体ポケットを少なくとも部分的に受け入れるような形状に形成された凹みを含む表面と接触した、非気体媒質を提供すること、及び
大気圧よりも大きい、気体ポケットが崩壊して横断ジェット（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ  ｊｅｔ）を形成するような態様の平均値を有する静圧を、非気体媒質に加えること
からなり、表面凹みが、横断ジェットの衝突を、衝突するジェットと表面凹みの間に気体ポケットの少なくとも一部が捕獲されるような態様で、受け止めるように構成されている、エネルギーの局所化された集中を生み出す方法を提供する。
【０００９】
本発明はさらに、
気体ポケットをその中に有し、その気体ポケットが、気体ポケットを少なくとも部分的に受け入れるような形状に形成された凹みを含む表面と接触した、非気体媒質と、
大気圧よりも大きい、気体ポケットが崩壊して横断ジェットを形成するような態様の平均値を有する静圧を、非気体媒質に加える手段と
からなり、表面凹みが、横断ジェットの衝突を、衝突するジェットと表面凹みの間に気体ポケットの少なくとも一部が捕獲されるような態様で、受け止めるように構成されている、エネルギーの局所化された集中を生み出す装置に及ぶ。
【００１０】
したがって、本発明は、国際公開第２０１１／１３８６２２号で得られたものと同様の気体ポケットの制御された崩壊、すなわち、気体ポケットを横断し、表面との間に一部の気体を捕獲する横断ジェットを、高圧の衝撃波を発生させるために通常は必要な複雑で高価な装置を提供する必要なしに提供することが理解される。その代わりに、非気体媒質に静圧を制御可能に加えることができ、周囲圧力のこの上昇が、気体ポケットの崩壊に向けられる、したがってジェットの生成に向けられる制御可能な量のエネルギーを発生させる。加えられる静圧のレベルは、その結果生じる効果及びその効果の大きさを制御するように選択することができる。これについては後にさらに説明する。
【００１１】
より高い周囲圧力が、気体ポケットの崩壊の際に使用されうるような態様でより多くのエネルギーが非気体媒質中に蓄えられることを可能にすることに加えて、高い静圧では、
表面と接触した気体ポケットの崩壊が高度に非対称であり、このことが一般に、崩壊中の気体ポケットを横切って移動する非気体媒質の横断ジェットの形成につながることが分かった。大部分の系では、この非対称の崩壊が望ましくない。この非対称の崩壊は不安定につながり、また、その後に使用できない多数の気体ポケット、例えば気泡の形成につながるためである。しかしながら、本発明によれば、この現象を、非常に高い局所化されたエネルギー集中を生み出すように適切に適合させること、及びこの現象を利用して、非常に高い局所化されたエネルギー集中を生み出すことができ、この非常に高い局所化されたエネルギー集中を使用して、例えば核融合を、後に説明するように生じさせることができることを本発明の発明者は認めた。
【００１２】
本発明では、気体ポケットと接触した表面の提供が、静圧下で横断ジェットが表面の方向に形成されるような態様で、すなわち、気体ポケットが崩壊する唯一の方法が、表面の方向に気体ポケットを横断し、続いて表面に衝突する横断ジェットが形成されることであるような態様で、対称性を崩す。表面凹みは、横断ジェットの衝突を受け止め、同時に、元の気体ポケットのうちの小さな体積を、衝突するジェットと表面凹みの間に捕獲するように設計される。気体の捕獲された部分は強く加熱され、このことが、捕獲された気体のこの体積内に非常に大きなエネルギーを集束させるさまざまな物理機構を誘起する。気体ポケットは、凹みの近傍で表面と接触することが好適である。気体ポケットは、横断ジェットが、気体ポケットの風下（ｌｅｅｗａｒｄ）側に衝突したときに、気体ポケットのこの部分が表面と接触しており、気体ポケットと凹みの表面の間に非気体媒質が一切なく、そのため、ジェットの先端と表面の間に気体ポケットの一部分を捕獲することができ、したがって凹みの中の捕獲された気体の体積を圧縮することができるような態様で、表面と十分に接触しているのであれば、表面と完全に接触している必要はなく、又は凹みの中に全体がある必要もない。例えば、この接触は、単一の接触パッチ全体にわたって生じることができ、又は、表面テクスチャ（ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｅｘｔｕｒｅ）を適切に設計することにより、複数の不連続な接触点／接触領域で生じることができる。
【００１３】
純粋な例として、この高速の横断ジェットは、大気圧において加えられた２００バールの静圧に対して２０００ｍ秒−１超に達することがある。このジェットが凹みの表面にぶつかると、したがって、このジェットが、ジェットの先端と表面の間に気体ポケットの少なくとも一部分を捕獲すると、衝突の力によって、気体ポケット中に強い衝撃波が、米国特許第７，４４５，３１９号明細書に記載された高速の小滴が衝突する状況に類似の様態で発生する。加える静圧を適切に選択することによって、その結果生じる衝突するジェットの速度を、所望の用途に合うように調整することができる。
【００１４】
非気体媒質に静圧を加えることが意味するものは、長期にわたって非気体媒質が平均した圧力を受けることであり、これはすなわち、非気体媒質に高圧の衝撃波が瞬間的に加えられる国際公開第２０１１／１３８６２２号のシナリオと対照をなす。したがって、非気体媒質に加えられる高圧の衝撃波の時間スケールよりも長い時間スケールにわたって静圧が加えられること、すなわち加えられる静圧が実質的に連続していることが好適である。静圧は、１ミリ秒よりも長い時間スケール、例えば１秒よりも長い時間スケール、例えば１００秒よりも長い時間スケールにわたって加えられることが好適である。大気圧は、静圧が除去された場合に非気体媒質の圧力がその圧力まで低下するであろう圧力である。大気圧は一般に約１バールである。当然ながら、この値は、例えば環境条件もしくは大気の状態又は高度によって変化しうる。
【００１５】
加える静圧は、時間が経過しても一定とすることができるが、このことは必須ではなく、少なくとも１組の実施形態では、非気体媒質に加えられる静圧が時間とともに変化する。後に論じるとおり、静圧のこの変化はかなり大きくすることができ、負圧に達することもできるが、重要なのは、この変化よりも長い時間スケールにわたって測定された平均圧
力が大気圧よりも大きく、そのため、静圧によって非気体媒質に蓄えられた位置エネルギーを、気体ポケットの崩壊の際に利用することができることである。
【００１６】
この静圧は、非気体媒質の平均圧力を大気圧よりも高いレベルに維持することができる知られている任意の方法を使用して、例えば圧力容器を使用して発生させることができる。本出願の出願人は、気体ポケットの崩壊時に得られる横断ジェットの速度が、非気体媒質に加えられた静圧とともに増大すること、例えば静圧の平方根に比例して増減すること（ｓｃａｌｉｎｇ  ｗｉｔｈ）を認めた。したがって、本発明の方法の所望の用途に応じて、加える静圧のレベルを選択することができる。すなわち、静圧のレベルは、所望の速度を有する横断ジェットを形成するように制御される。いくつかの用途に対しては、静圧の平均値が、少なくとも２バール、さらに好適には少なくとも１０バール、例えば少なくとも１５バール、例えば少なくとも２５バール、例えば少なくとも５０バールであることが好適である。核融合などの他の用途に対しては、静圧の平均値が、少なくとも３００バール、例えば少なくとも１キロバール、例えば少なくとも２キロバール又はそれ以上であることが好適である。これらの高い静圧は、ジェットによって運ばれるエネルギーの量、したがって、圧縮された気体の体積内の結果として生じる温度及び物理効果を増大させる。１０００ｍ秒−１を超える範囲のジェット速度が、気体中での核融合を達成するのに適していることがあるが、本発明によれば、圧縮された気体の体積の温度及び圧力を非常に高くする５０００ｍ秒−１又は６０００ｍ秒−１よりも高いジェット速度を得ることができる。さらに、このような高い静圧は、一般的な工学の文脈におけるキャビテーション中に気泡が経験するであろう圧力変化よりもはるかに大きな（そして制御可能な）圧力変化を表し、達成されるジェット速度は、凹みによって提供される気体ポケットの捕獲によって増大することが理解される。
【００１７】
さまざまな制御様式（ｒｅｇｉｍｅ）を使用して、加えられる静圧の他に、気体ポケットの崩壊の条件ならびに衝突する高速ジェットの形成及び制御の条件を改良することができる。例えば、周囲温度を高くすることもできる。
【００１８】
静圧を変化させる１組の実施形態では、定常圧力波（例えば音響圧力波又は超音波圧力波）又は低周波数の圧力変化（例えば力がゆっくりと変化するピストンによって加えられる圧力変化）を非気体媒質に加えることによって、すなわち定常圧力波又は低周波数の圧力変化を一定の圧力に追加することによって、この変化を提供することができる。例えば、定常波が、静圧を、気体ポケットが非対称に崩壊するための一定のしきい値よりも高くするように、これらの圧力値が構成されている場合に、この一定の圧力は、気体ポケットが激しく崩壊するための位置エネルギーを提供することができ、その一方で、定常波又は圧力変化のピークを使用して、気体ポケットの崩壊の引き金を引くことができるため、このことは、本発明にとって特に有利である。後に説明するが、定常圧力波又は圧力変化は、本発明の範囲に含まれる他のいくつかの利点を有する。
【００１９】
一般に、この定常波又は圧力変化は連続する周期的な動因であり、周波数を有するため、有効な正味のエネルギー出力を提供するのに十分な大きさの周波数で気体ポケットを崩壊させるように、この周波数を選択することができる。この定常波又は圧力変化の周波数は、１０Ｈｚ超、例えば１００Ｈｚ超、例えば１ｋＨｚ超、例えば１０ｋＨｚ超、例えば２０ｋＨｚであることが好適である。
【００２０】
その代わりに、又はそれに加えて、例えば国際公開第２０１１／１３８６２２号に記載されているように、非気体媒質に、単発の圧力波、例えば衝撃波を加えることもできる。しかしながら、非気体媒質には既に静圧が加えられているため、この衝撃波が、国際公開第２０１１／１３８６２２号の衝撃波と同じ強さである必要はない。例えば、上で論じた定常波又は圧力変化について言うと、衝撃波のピーク圧力を使用して、気体ポケットの崩
壊の引き金を引くことができるが、既に静圧が加えられているため、この静圧に追加して衝撃波が加える圧力が、大気圧において非気体媒質に衝撃波を加える場合と同じ強さである必要はない。これらの理由から、国際公開第２０１１／１３８６２２号で必要とされる複雑で高価な装置を本発明のシステムで使用する必要はないと考えられ、そのため、はるかに単純ではるかに安価なデバイス、例えば圧電アクチュエータを使用して、衝撃波を発生させることができる。好適な実施形態では、このような圧電デバイスが、１０バールから１０キロバールの間の衝撃波圧力を生じさせる。この衝撃波は、平面波、例えば平面波発生装置によって生み出された平面波とすることができるが、他の実施形態では、気体ポケットの形状に従うように衝撃波が成形される。このようにすると衝撃波が気体ポケット上に焦束し、その結果、気体ポケットの崩壊がより激しくなる。
【００２１】
気体ポケットは、非気体媒質中に既に存在することができる。気体ポケットが既に存在しているが、表面と接触していない場合、本発明の方法は、気体ポケットを移動させかつ／又は気体ポケットを成長させて、気体ポケットを（凹みの近傍で）表面と接触させることを含むことができる。しかしながら、１組の実施形態では、本発明の方法が、非気体媒質中に気体ポケットを提供する工程を含み、本発明の装置が、非気体媒質中に気体ポケットを提供する手段を備える。これによって、非気体媒質中に気体ポケットを導入し、次いで崩壊させ、圧縮された気体の体積の温度及び圧力を所望の高温及び高圧にすることができるような態様で、非気体媒質を高い静圧に維持することができる。気泡の自然形成、例えばキャビテーションを誘起する低圧による気泡の自然形成と比較すると、高圧に維持された非気体媒質中へのこの気体ポケットの導入は、外部から制御された工程を表すと認識される。気体ポケットは、表面と接触するように提供すること、例えば表面に核生成することができ、又は、表面の近くに提供し、次いで膨張させて、表面と接触させることができる。１組の実施形態では、非気体媒質中に気体ポケットが提供された後、気体ポケットが崩壊する前に、気体ポケットが膨張することを許し、又は気体ポケットを膨張させて、横断ジェットの形成に使用可能なエネルギーを増大させる。
【００２２】
このような実施形態はさらに、この工程の繰返し可能性（ｒｅｐｅａｔａｂｉｌｉｔｙ）、例えば、直前の気体ポケットが崩壊した後に非気体媒質中に気体ポケットを再び導入することを見込んでいる。したがって、１組の実施形態では、本発明の方法が、非気体媒質中に気体ポケットを繰り返し提供する工程を含む。いくつかの実施形態では、この繰返し可能性が、有効な正味のエネルギー出力、すなわち全ての個々の反応の累積による有効な正味のエネルギー出力を提供するのに十分な高さの周波数で気体ポケットが崩壊することを可能にする。非気体媒質中に気体ポケットが繰り返し提供される周波数は、１０Ｈｚ超、例えば１００Ｈｚ超、例えば１ｋＨｚ超、例えば１０ｋＨｚ超、例えば２０ｋＨｚであることが好適である。
【００２３】
気体ポケットを提供する手段は、ある体積の気体を非気体媒質中にポンプ送入する手段、例えば、ある体積の気体を表面を通して凹みの中へポンプ送入する手段を含むことができる。これによって、気体の組成及び気体の体積を正確に制御することができる。しかしながら、この工程は侵襲的な（ｉｎｖａｓｉｖｅ）工程であり、気体ポケットの崩壊及び表面に対するジェットの衝突を妨害する可能性がある。非気体媒質がゲルである１組の実施形態では、使用するゲル・ブロックから適正な形状をパンチによって打ち抜き、もしくは他の方法で切り抜き、又は成形することによって、気体ポケットを予め製造しておくことができる。それに加えて、又はその代わりに、非気体媒質中の空隙を自然に維持するように、表面の微小構造又は濡れ特性を最適化することもできる。
【００２４】
１組の実施形態では、気体ポケットを提供する手段が、非気体媒質中で気体ポケットを核生成する手段を含む。核生成された後、気体ポケットは、例えば約１０マイクロ秒の時間スケールの間に、静圧によって崩壊しうる体積まで、急激に膨張する。気体ポケットの
核生成では、非気体媒質中の正確な位置に気体ポケットを非侵襲的に提供することができ、気体ポケットの体積及び組成を制御するための技法を使用することができる。さらに、ある体積の気体をポンプ送入するのとは違い、気体ポケットの核生成では、気体ポケットが膨張したときに気体ポケットが表面と接触し、その後に崩壊するような態様で、最初に気体ポケットを、表面から離れた位置に配置することができる。すなわち、この実施形態では、成長中の気体ポケットが、気体ポケットと表面の間の非気体媒質を押しのける必要がある。これによって、横断ジェットと表面の間に、ある体積の気体ポケットを捕獲することができる。しかしながら、気体ポケットが膨張するときには気体ポケットが常に表面と接触しているように、気体ポケットを表面に隣接した位置で核生成することもできる。核生成を使用して、高い繰返し率（ｒｅｐｅｔｉｔｉｏｎ  ｒａｔｅ）で非気体媒質中に気体ポケットを提供し、非気体媒質中に常に多数の気体ポケットがあるようにすることもできる。非気体媒質中に複数の気体ポケットを含む１組の実施形態では、それぞれの気体ポケットが関連する凹みを含むことが好適である。すなわち、表面が、気体ポケットを少なくとも部分的に受け入れるような形状にそれぞれが形成された複数の凹みを含むことが好適である。
【００２５】
非気体媒質中で気体ポケットを核生成することができる異なるいくつかの方法がある。気体ポケットは、さまざまな液体の不安定な乳濁液を使用することによって、又は火花、例えば電気火花を使用することによって、核生成することができる。この後者の方法は比較的に安価で単純であり、核生成の位置の正確な制御を可能にする。さらに、後者の方法を、表面と接触した気体ポケットが提供されることを保証する助けとすることもできる。電気火花に点火するために、１対の電極を、例えば凹みの両側又は凹みの中に配置することができる。それらの電極は、気泡の崩壊を妨害しない十分に小さなものとすることができる。
【００２６】
しかしながら、１組の実施形態では、レーザを使用して気体ポケットが核生成される。非気体媒質中に複数の気体ポケットを含む１組の実施形態では、それらの複数の気体ポケットが、レーザのアレイを使用して核生成される。特定の１組の実施形態では、レーザを液体中のナノ粒子とともに使用して気体ポケットを核生成する米国特許第７，４４５，３１９号明細書に記載されたシステムと同様のシステムを使用して、気体ポケットが核生成される。レーザを使用して気体ポケットを核生成するときには、レーザのエネルギー、レーザの焦束、及び／又は非気体媒質に加えるレーザ・パルスの持続時間を制御して、あるサイズの気体ポケットを、例えば気体ポケットが特定の点のまわりに集まり、表面と接触するように、核生成することができる。
【００２７】
他の１組の実施形態では、非気体媒質に加えられた圧力波を使用して非気体媒質中での気体ポケットのキャビテーションを誘起することにより、気体ポケットが核生成される。この圧力波は、非気体媒質に加えられた、例えば上で論じたような定常音響波もしくは超音波、又は低周波数の圧力変化とすることができる。定常波サイクル又は圧力変化サイクル中の圧力低下を使用して、非気体媒質中で気体ポケットのキャビテーションを誘起することができる。この圧力低下は例えば負圧とすることができる。すなわち、定常波又は圧力変化を使用して、気体ポケットを核生成し、かつ／又は既に核生成された気体ポケットを膨張させることができる。定常波又は圧力変化は一般に周波数を有するため、全ての個々の反応の累積による有効な正味のエネルギー出力を提供するのに十分な高さの周波数で気体ポケットが生成し、崩壊するような態様で、気体ポケットがキャビテーションにより生成されるように、この周波数を選択することができる。いくつかの実施形態では、非気体媒質、又はその容器が、共振器、例えば定常波又は圧力変化の周波数に整合した共振器を含む。前述のとおり、この定常波又は圧力変化の周波数は、１０Ｈｚ超、例えば１００Ｈｚ超、例えば１ｋＨｚ超、例えば１０ｋＨｚ超、例えば２０ｋＨｚであることが好適である。理解されるとおり、非気体媒質中で気体ポケットが繰り返し提供される１組の実施
形態では、その周波数が、定常波又は圧力変化の周波数となんらかの関係を有する。例えば、これらの２つの周波数を等しくすることができ、又は一方の周波数をもう一方の周波数の整数倍とすることができる。さらに、定常波又は圧力変化の形状を使用して非気体媒質中で圧力変化を集束させて、表面凹みに対する所望の位置で気体ポケットをキャビテーションにより生成することができるようにすることができる。
【００２８】
あるいは、非気体媒質に負の圧力衝撃波を加えて、非気体媒質中での気体ポケットのキャビテーションを誘起し、すなわち気体ポケットを核生成し、かつ／又は既に核生成された気体ポケットを膨張させることもできる。この負の圧力衝撃波は、所望の圧力の大きさに応じた適当な手段によって、例えば圧電アクチュエータ、衝撃波砕石デバイス（ｓｈｏｃｋｗａｖｅ  ｌｉｔｈｏｔｒｉｐｓｙ  ｄｅｖｉｃｅ）又は爆発性平面波発生装置（ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ  ｐｌａｎｅ  ｗａｖｅ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を使用して、非気体媒質に加えることができる。負の圧力波は、低音響インピーダンス反射器を使用して正の圧力波を反転させることによって生じさせることもできる。低音響インピーダンス反射器はさらに負の圧力波を焦束させることができ、波の大きさを大きくすることができる。
【００２９】
これらの両方の方法、すなわち定常波、圧力変化又は負の圧力波を非気体媒質に加える方法に関しては、これらの方法が、気体ポケットのキャビテーションを直接に誘起する目的に使用されるとは限らない。１組の実施形態では、非気体媒質中で気体ポケットが核生成され、非気体媒質に定常波、圧力変化又は負の圧力波が加えられる。例えば、定常波又は圧力変化を使用する場合には、定常波サイクル又は圧力変化サイクルの特定の点、例えばサイクルの負勾配部分で、気体ポケットを核生成し、又は気体ポケットを供給し、それによってサイクルの次の部分、例えばサイクルの負部分が、気体ポケットを膨張させるために使用されるようにすることができる。このようにすると、核生成が、気体ポケットを生み出す引き金として使用され、圧力波が、気体ポケットへの成長を促進するために使用される。これによって、気体ポケットの位置とサイズの両方に対して制御を働かせることができる。
【００３０】
気体ポケットの崩壊の引き金を引くために非気体媒質に加えられる定常波、圧力変化及び／又は衝撃波のサイクルの特定の点で気体ポケットが核生成される実施形態では、これらの事象を調和させるために、これらの事象のタイミングが正確である必要があり、システムが高い繰返し率で運転されているときには特にそうであることが理解される。したがって、１組の実施形態では、定常波、圧力変化及び／又は衝撃波が提供される場合に、本発明の装置が、気体ポケットの核生成を、定常波、圧力変化及び／又は衝撃波の付与と調和させる制御手段を備える。これによって例えば、気体ポケットができるだけ大きな体積に膨張し、次いでその最大体積に到達したときに、加えられた静圧及び／又は衝撃波によって崩壊することができるような定常波サイクル又は圧力変化サイクルの最適な点で、気体ポケットを核生成することができる。気体ポケットは、非気体媒質中でより大きく成長することができるほど、より大きな位置エネルギーを獲得し、したがって、その結果、気体ポケットの崩壊の際により多くのエネルギーを利用することができ、すなわちより高いジェット速度を利用することができ、それによって、ジェットと表面の間に捕獲された圧縮された気体の体積の温度及び圧力をより高くすることができる。
【００３１】
他の１組の実施形態では、気体ポケットが、気体ポケットと非気体媒質の間の境界を画定し、したがって気体ポケットの形状も画定する予め製造された膜を使用することによって形成される。薄い膜をこのように使用すると、液体材料と気体材料とを分離することができ、組成物の任意の組合せを選択することができる。薄い膜をこのように使用するとさらに、気体ポケットの形状及び体積を、他の方法では利用できない精度で制御することができる。この膜は、任意の適当な材料、例えばガラス、例えばプラスチック、例えばゴムから形成することができる。予め製作された膜を使用すると、気体ポケットが表面に対し
て捕獲され、したがって気体ポケットが浮き上がって表面から離れたり、又は別の形で乱されたりすることがないため、液体媒質をより容易に使用することができる。特定の１組の実施形態では、この膜が壊れやすく、この膜が、静圧又は加えられた衝撃波によって非気体媒質中である圧力に達したときに、結果として生じる動態に影響を与えないような態様で壊れるように構成される。
【００３２】
１組の実施形態では、予め製作されたこの膜が、弱い線又は弱い領域を含み、そのため、臨界圧力に達すると、膜が、その弱い線に沿って又はその弱い領域で壊れる。この弱い線又は弱い領域は、破れる位置が、続いて起こる流れのパターンに影響を及ぼすように、例えば、破れる位置が、横断ジェットの形成及び動態を制御する助けとなりうるように、構成することができる。他の１組の実施形態では、崩壊する気体ポケットとともに変形するように膜が設計される。
【００３３】
膜を使用して気体ポケットを画定するとき、非気体媒質中で気体ポケットが繰り返し提供される１組の実施形態では、直前の気体ポケットが崩壊した後に、気体ポケット、又は多数の気体ポケットが提供される場合には多数の気体ポケットを非気体媒質中に容易に挿入することを、この膜が可能にする。非気体媒質中へ進入させる単一の膜上に多数の気体ポケットを提供することができ、例えば、気体ポケットを崩壊させるために、１度に１つ又は複数の気体ポケットが静圧にさらされる。この１組の実施形態は、非気体媒質に定常波又は圧力変化が加えられる１組の実施形態と一緒に使用すると特によく機能する。例えば、膜を壊す臨界圧力よりも圧力が低くなるような定常波サイクル又は圧力変化サイクルの低部分の間に、以前に壊された膜を非気体媒質から取り出し、新しい気体ポケットを有する次の膜を非気体媒質に導入することができる。新しい気体ポケットが所望の位置に来たら、圧力が増大して、膜を壊し、気体ポケットを崩壊させることができる。したがって、例えば上で論じた制御手段によって、膜の交換を、定常波又は圧力変化の変動と調和させることができる。同様に、非気体媒質中でこの膜が繰り返し提供される周波数は、定常波又は圧力変化の周波数となんらかの関係を有する。例えば、これらの２つの周波数を等しくすることができ、又は一方の周波数をもう一方の周波数の整数倍とすることができる。
【００３４】
１組の実施形態では、非気体媒質及び／又は気体ポケットが加熱される。周囲温度を上昇させることが、気体ポケットの崩壊に対してより多くのエネルギーを供給し、得られるピーク温度及びピーク圧力をさらに増大させるのに役立つことがある。周囲温度の上昇は、非気体媒質の体積全体を加熱することによって、かつ／又は非気体媒質中に導入された気体を加熱することによって達成することができる。
【００３５】
ジェットが表面の平らな領域と接触するように、気体ポケットが崩壊する側とは反対側の凹みの表面の形状を平面とすることができる。しかしながら、好適な１組の実施形態では、ジェットと表面の間の最初の接触領域が、閉じたループ、例えばリングを形成する曲面となるように、表面凹み及び気体ポケットが構成される。これにより、ジェットの先端と凹みの縁の間に気体ポケットの一部分を捕獲することがより容易になる。これを達成するため、表面の断面は、ジェットの先端の曲率よりも大きな曲率を有し、表面のこの部分は、ジェットがその中で衝突するように配置される。衝突すると、ドーナツ形の衝撃波が発生し、この衝撃波の内縁は、凹みの基部及び気体の捕獲された部分に向かって伝播する。これが、衝突するジェットの運動を停止させる気体の「ピストン」効果と組み合わさると、捕獲された気体の極めて強い加熱が得られる。例えば、気体ポケットが平面と接触する構成と比べると、静圧が一定の場合には、これらの構成によって、ピーク温度を１桁を超えて増大させることができる。
【００３６】
凹みはいくつかの形状をとることができる。１組の実施形態では、凹みが、断面で見た
ときに、口から離れにつれて次第に狭くなる。凹みは、皿、例えば連続的に湾曲した皿に似せることができる。しかしながら、表面が連続的に湾曲している必要はない。１組の実施形態では、表面が、皿の形よりもむしろ裂け目（ｃｒａｃｋ）に似ている。これは、深さが幅よりも大きいことを指摘することによって、又は気体ポケットの裂け目の中に受け入れられる部分の曲率（又は最大曲率）よりも曲率が大きい領域が裂け目の先端に存在することによって、定義することができる。１組の実施形態では、表面が、複数の不連続部分、例えば部分間で勾配が連続していない複数の部分を含む。それらの部分は、部分楕円、放物線などとすることができるが、同様に直線とすることもできる。不連続部分からなる表面の１組の実施形態は、区分的に多項（ｐｉｅｃｅｗｉｓｅ  ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ）であると記述することができる。
【００３７】
前述のとおり、気体ポケットが一方の側にだけ付着するように、気体ポケットを、凹みの寸法に比べて小さくすることができ、又は、凹みを完全に閉ざすように、気体ポケットを、凹みと同様のサイズとすることもでき、又は、それに留まらず、気体ポケットの体積を、凹みの体積よりも大きくすることもできる。気体ポケットを部分的に受け入れる凹みが１つでなければならないというわけではない。気体ポケットは、複数の凹みにまたがって膨張することができ、後に論じるように、複数の凹みによって気体ポケットを部分的に受け入れることもできる。
【００３８】
特定の１組の実施形態では、特定の粗さ又は微視的形状を有するように仕上げられた表面のエリアに、横断ジェットが、気体ポケットの多くの小部分がジェット先端と表面の間に捕獲されるような態様でぶつかるように、すなわち、横断ジェットの先端のサイズに比べて多くの小さな凹みが小さくなるように、高速ジェットが構成される。
【００３９】
さらに、非気体媒質に衝撃波が追加的に加えられる１組の実施形態では、表面の幾何形状を使用して、入射衝撃波が気体ポケットに到達する前に、入射衝撃波の反射を、気体ポケットの崩壊が増強されるような態様で、例えば最初に入射する衝撃波が気体ポケットの表面により合致するような態様で、制御することができる。気体ポケットが凹みの近傍で表面と接触するのに適した領域を提供するために表面がとりうる多くの形状及び輪郭（ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）がある。表面の輪郭は、衝撃波が表面とどのように相互作用するのかを決定し、気体ポケットの配置及び形状に対する表面の形状は、衝撃波が気体ポケットとどのように相互作用するのかを決定する。衝撃波は、衝撃波が表面と相互作用する前、衝撃波が表面と相互作用するのと同時に、又は衝撃波が表面と相互作用した後に、気体ポケットと相互作用する可能性がある。これは、崩壊の動態に影響を及ぼし、したがって、静圧によって達成され衝撃波によって増大する気体の圧縮によって達成可能な温度及び密度を増大させることができる。気体ポケット上に衝撃波を焦束させるのに適した表面の形状についての追加の詳細は、国際公開第２０１１／１３８６２２号で論じられている。
【００４０】
気体ポケットが接触する表面は、（例えば前述のジェット現象を利用するための）単一の凹みを有する表面だけに限定されず、したがって、１組の実施形態では、表面が、複数の凹みを含む。個々の凹みはそれぞれ、多数のジェットを形成させることによって、又は衝撃波が使用される場合に１つもしくは複数の気体ポケット上に衝撃波を収束させることによってエネルギーの集束を助長するような形状を有することができる。すなわち、気体ポケットが凹みと接触する位置が２つ以上あるように、したがって無限のスケーラビリティ（ｓｃａｌａｂｉｌｉｔｙ）を提供するように、表面を仕上げることができる。複数の凹みを使用することの利点は、静圧によって蓄えられ（、任意選択で衝撃波を加えることによって増大させ）たエネルギーのうちのより大きな部分を利用することができる点である。例えば、複数の凹みを横切って大きな気体ポケットを配置することができ、又は、それよりも小さな体積の個別の気体をそれぞれの個々の凹みの中に配置することができる。
前者の場合、このような凹みの数に応じた形で、個々の凹みのサイズは、気体ポケットのサイズよりもかなり小さい。多数の凹みに対応することができるより大きな体積の非気体媒質に関して、このことは、エネルギー生産用の融合装置について、製造が単純であることを示している。
【００４１】
このような複数の凹みはいくつかの方法で形成することができる。例えば、固体表面にドリルで穴をあけて、又は他の方法で機械加工して、凹み又はくぼみを生み出すことができる。しかしながら、１組の実施形態では、表面の表面テクスチャによって凹みが生み出される。例えば、表面を、研磨材料を用いてブラスト処理し、エッチングし、又は他の方法で処理して、顕微鏡レベルの多数のくぼみ又は凹みを提供する所望の程度の表面粗さを与えることができる。
【００４２】
上で概要を説明した実施形態の多くで暗示されているように、表面は、固体材料、例えば金属、堅いプラスチック又はセラミックからから構築することができるが、同様に、液体、例えば液体金属などの非気体媒質よりも重い液体とすることもできる。固体の場合には、米国特許第７，４４５，３１９号明細書で提案されている材料が適当であることがある。液体の場合には、いくつかの方法で必要な表面形状を達成することができる。例えば、ある体積の液体の表面を適当な振動によって（例えば超音波法又は他の方法を使用して）刺激して、所望の形状の波を発生させることができる。あるいは、適切に整合した濡れ特性を有する固体表面と液体との間の接触角によって所望の形状を達成することもできる。当然ながら、この後者の例は、表面が、固体と液体の組合せを含むことができることを示している。表面が液体を含む場合、表面の密度は一般に非気体媒質の密度よりも大きい。
【００４３】
表面は、非気体媒質を保持した容器の壁の部分を含むことができる。その代わりに、又はそれに加えて、複数の気体ポケット及び表面の複数の凹みが提供される場合には、非気体媒質中に置かれた材料片、例えば非気体媒質中に浮遊させた材料片又は他の方法で非気体媒質中に配置された材料片によって、表面を提供することもできる。表面を提供する材料を、非気体媒質中に、例えば非気体媒質を保持している容器の壁から離して配置することによって、その材料の多数の表面に気体ポケットを提供することができる。
【００４４】
本明細書に記載された本発明の諸態様は、それぞれに利点を有する国際公開第２０１１／１３８６２２号及び米国特許第７，４４５，３１９号明細書に記載された技法の代替技法を提供する。国際公開第２０１１／１３８６２２号で示唆されている高圧衝撃波発生装置の複雑さ及び費用、ならびに米国特許第７，４４５，３１９号明細書で示唆されている、ターゲットへ向けて高速で発射された小滴中での気泡の核生成には重大な問題があることを本発明の発明者は認めた。これらの両方の方法では、衝撃波がぶつかったときに、気泡が、その膨張−崩壊サイクルの有利な時期にあるために、タイミングが非常に正確でなければならない。米国特許第７，４４５，３１９号明細書が必要とし、米国特許第７，３８０，９１８号明細書に詳細に記載されている高速の小滴を生じさせる方法も複雑で費用がかかる。対照的に、本発明の少なくとも好適な実施形態によれば、このような複雑さ及び関連費用を回避することができる。したがって、気体ポケットが形成された非気体媒質に高い静圧を単に与えればよいため、本発明のさまざまな態様は、気体ポケット中に捕捉されたある気体の体積を圧縮するはるかに単純な技法を提供する。さらに、本発明の発明者が実施した両方の技法の理論的コンピュータ・モデリングによれば、本発明に基づくこの方法は、米国特許第７，４４５，３１９号明細書に詳述されている方法よりも１桁大きい圧力強度及び温度強度を与えることができることが示唆されている。
【００４５】
本明細書で使用される用語「気体」は総称として理解すべきであり、したがって、純粋な原子気体又は分子気体だけに限定されず、気体中の液体もしくは固体の蒸気、浮遊物も
しくは微小浮遊物、又はこれらの混合物を含む。「非気体媒質」は総称として理解すべきであり、したがって、液体、非ニュートン液体、半固体ゲル、衝撃波の通過がその特性を変化させるまでは表面的に固体である材料、浮遊物、又は微小浮遊物及びコロイドを含むことができる。その例には、限定はされないが、水、油、アセトンなどの溶媒、ヒドロゲル及び有機ゲルなどが含まれる。この液体の密度は、気体ポケット中の気体の密度よりも大きいことを理解すべきである。
【００４６】
非気体媒質は、液体、半固体ゲルなど、それに静圧を加えるのに適した物質とすることができる。次いで、液体媒質又はゲル媒質中の必要な位置に浮遊させた気泡、すなわち表面に接触させた気泡によって、気体ポケットを提供することができる。ゲル又は粘性の液体を使用することには、気体ポケットの浮力が液体の粘度に打ち勝つことがあるより低粘度の液体に比べて、媒質中の気泡の位置の制御がより容易であるという利点がある。気体ポケットが表面と接触したときに、表面の性質、例えば表面の材料及び凹みは、気泡を表面にくっつけるのに役立つことがある。ゲル又は粘性の液体を使用することには、気泡の詳細な形状を制御するのがより容易であるという利点もある。
【００４７】
米国特許第７，４４５，３１９号明細書と比べたときのこのデバイスの構成のより静的な性質のため、気体ポケットの形状に対してはるかによく制御を働かせることができる。気体ポケットが表面に付着することによって気体ポケットの端部が切り詰められた場合を除き、気体ポケットの形状は球形とすることができる。例えば気体ポケットは半球形となることがある。いくつかの実施形態では、気体ポケットが、気体ポケットに対して垂直な表面と接触し、他の実施形態では別の角度が必要となる。これらの実施形態の上位集合では、気体ポケットが事実上球形ではなく、別の形状を呈する。この別の形状には、限定はされないが、楕円体、心臓形、及び例えばフーリエ級数によって記述することができる摂動を表面が有する球形、心臓形又は楕円体形状からの変形形状、ならびに円錐体、不等辺四辺形などの他の全く別の形状を有する気体ポケットが含まれる。例えば、実際の液体媒質中で円錐形の気体ポケットを達成することが困難であることは明らかだが、ゲル媒質の場合にはこの１組の実施形態が可能になり、それらの実施形態が有利なことがある。このような１組の実施形態では、気体ポケットの形状と表面の形状とを適切に整合させることができる。例えば、凹みが半球形である場合には気体ポケットを球形とすることができる。
【００４８】
好適な１組の実施形態では、本明細書に記載された方法が、核融合反応を発生させるために使用される。核融合反応のための燃料は、気体ポケット中の気体もしくは非気体媒質によって、又は表面自体によって提供することができる。非気体媒質中で気体ポケットが核生成される１組の実施形態では、この燃料が、始めは非気体媒質中に存在することができ、次いで核生成によって蒸発して、燃料を含む気体ポケットを生じさせることができる。米国特許第７，４４５，３１９号明細書に記載されている燃料はいずれも、本発明で使用するのに適している。
【００４９】
本発明は、
気体ポケットをその中に有し、その気体ポケットが、気体ポケットを少なくとも部分的に受け入れるような形状に形成された凹みを含む表面と接触した、非気体媒質を提供すること、及び
大気圧よりも大きい、気体ポケットが崩壊して横断ジェットを形成するような態様の平均値を有する静圧を、非気体媒質に加えること
からなり、表面凹みが、横断ジェットの衝突を、衝突するジェットと表面凹みの間に気体ポケットの少なくとも一部が捕獲されるような態様で、受け止めるように構成されている、
核融合を生み出す方法に及ぶ。
【００５０】
本発明はさらに、
気体ポケットをその中に有し、その気体ポケットが、気体ポケットを少なくとも部分的に受け入れるような形状に形成された凹みを含む表面と接触した、非気体媒質と、
大気圧よりも大きい、気体ポケットが崩壊して横断ジェットを形成するような態様の平均値を有する静圧を、非気体媒質に加える手段と
からなり、表面凹みが、横断ジェットの衝突を、衝突するジェットと表面凹みの間に気体ポケットの少なくとも一部が捕獲されるような態様で、受け止めるように構成されている、
核融合炉に及ぶ。
【００５１】
本発明のデバイスは、サイズに関して、小滴のサイズが気体ポケットの最大のサイズを拘束する米国特許第７，４４５，３１９号明細書ほどには制限されない。より大きな体積の気体を加熱する場合にはより大きな装置の方が有利なことがある。それぞれのポケット中の気体の体積は状況に応じて選択することができるが、好適な１組の実施形態では、それぞれのポケット中の気体の体積が５×１０−１１から５×１０−３リットルの間である。
【００５２】
本発明のある種の実施形態に従って得ることができる融合反応を、純エネルギー生産（この分野における長期の研究目標）のために使用することができるが、融合の効率が、純エネルギー生産に必要な効率よりも低い場合であっても、本発明の実施形態に従って得ることができる信頼性の高い融合は、例えば他の融合プロジェクトの燃料として使用することができ、現存の技術を使用して生産すると非常に費用がかかる三重水素の生産において有利であることを、本発明の発明者は認知した。この融合はさらに、当業者には明白な多くの可能な用途を有する高速で安全な中性子源を提供する際に有益となりうる。
【００５３】
さらに、本発明によれば融合を生み出すことは必須ではない。例えば、いくつかの実施形態では、本発明の技法及び装置が、極端な条件及び異常な条件にアクセスする目的に使用することができる音響化学反応器として有利に使用される。
【００５４】
次に、添付図面を参照して、本発明のある種の実施形態を、単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１ａ】本発明の１実施形態に基づく気体ポケットの核生成及び崩壊の連続する段階を示す図。
【図１ｂ】本発明の１実施形態に基づく気体ポケットの核生成及び崩壊の連続する段階を示す図。
【図１ｃ】本発明の１実施形態に基づく気体ポケットの核生成及び崩壊の連続する段階を示す図。
【図１ｄ】本発明の１実施形態に基づく気体ポケットの核生成及び崩壊の連続する段階を示す図。
【図２ａ】本発明の代替実施形態に基づく気体ポケットの核生成及び成長の連続する段階を示す図。
【図２ｂ】本発明の代替実施形態に基づく気体ポケットの核生成及び成長の連続する段階を示す図。
【図３】気体ポケットを核生成する本発明の１実施形態に基づく方法を示す図。
【図４ａ】表面凹みの幾何形状の代替実施形態を示す図。
【図４ｂ】表面凹みの幾何形状の代替実施形態を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００５６】
図１ａ、１ｂ、１ｃ及び１ｄは、本発明に基づく気体ポケット２の核生成（図１ａ）、成長（図１ｂ）及び崩壊（図１ｃ及び１ｄ）の連続する４つの段階を示す。この装置は、ヒドロゲルの形態、例えば水とゼラチンの混合物の形態の非気体媒質６の中に置かれた固体表面４、例えば高強度鋼（ｈｉｇｈ  ｓｔｒｅｎｇｔｈ  ｓｔｅｅｌ）でできた固体表面４を含む。非気体媒質６はさらに、非気体媒質６中での気体ポケット２の核生成を促進するのに適したナノ粒子、及び核融合反応に参加するのに適した燃料を含む。
【００５７】
表面４には凹形の凹み８が画定されており、図１ａ〜１ｄでは、これが、機械加工によって、又は自然に生じた表面４の裂け目の結果として形成された次第に狭くなるＶ字形の凹み８の形態をとる。示されていないが、非気体媒質６は、容器、例えば圧力容器の中に保持されており、この容器は、非気体媒質６に静圧を加えることを可能にする。装置のサイズは柔軟に変更できるが、この図の典型的な寸法は０．１ｍから１×１０−５ｍの間である。
【００５８】
動作においては、非気体媒質６に静圧、例えば１キロバールの静圧を加える。レーザ（図示せず）を使用し、ナノ粒子の存在を助けとして、図１ａに示されているように、非気体媒質６中で気体ポケット２を核生成する。レーザによって供給されたエネルギーにより、この気体ポケット２は、蒸発した形態の非気体媒質６を含み、したがって、核融合反応に参加するのに適した蒸気状の燃料を含む。
【００５９】
レーザによって供給されたエネルギーはさらに、気体ポケット２を、図１ｂに示されているように、非気体媒質６の静圧に逆らって膨張させる。すなわち、レーザからのエネルギーは、膨張した気体ポケット２に蓄えられた位置エネルギーに変換される。気体ポケット２は、表面４と接触し、したがって凹み８を埋め、それまで気体ポケット２と表面４との間にあった非気体媒質６を押しのけるような態様で、すなわち図１ｂに示されているように膨張する。気体ポケット２が膨張する最大体積は、レーザによって供給されるエネルギー及び非気体媒質６の静圧によって決まり、この実施形態では、図１ｃに示されているように気体ポケット２が崩壊するまで、表面凹み８の体積よりもはるかに大きい。
【００６０】
非気体媒質６の高い静圧のため、気体ポケット２は不安定であり、崩壊する。しかしながら、気体ポケット２が接触した表面４が存在することにより、これが、系の対称性を崩し、さらに、膨張した気体ポケット２に流入し、気体ポケット２を横断する非気体媒質６の横断ジェット１０を形成することによって、気体ポケット２を崩壊させる。横断ジェット１０は、表面凹み８の中で衝突するまで、気体ポケット２を横切って加速し、ジェット１０の先端と表面４の次第に狭くなる凹み８との間に、気体ポケット２の体積１２を捕獲する。捕獲された体積内の気体状燃料の圧縮により、核融合反応を発生させるのに十分なものとなりうる強い局所加熱が生じる。
【００６１】
図２ａ及び２ｂは、図１ａ〜１ｄに示した実施形態の変形実施形態を示し、この変形実施形態では、表面１０４の次第に狭くなるＶ字形の凹み１０８の中で気体ポケット１０２が核生成される。この実施形態では、図２ｂに示されているように気体ポケット１０２がその最大体積まで膨張したときでさえも、凹み１０８の体積が、気体ポケット１０２の体積よりもはるかに大きい。図２ａ及び２ｂに示された実施形態の動作は、図１ａ〜１ｄに示した実施形態に非常によく似ている。最初に、図２ａに示されているように、非気体媒質１０６中で一定体積の気体１０２を、この一定体積の気体１０２が次いで膨張して表面１０４と接触し、凹み１０８の底の非気体媒質１０６を押しのけるような態様で、核生成する。図２ｂに示されているようにその最大体積まで膨張した後、気体ポケット１０２は、図１ｃ及び１ｄに関して説明したのと同じ様態で崩壊し、したがって、横断ジェットと次第に狭くなる凹み１０８との間に気体ポケット１０２の一部分を捕獲し、その部分を圧縮して、強い局所加熱を生じさせる。
【００６２】
図３は、別の方法を使用して非気体媒質２０６中で気体ポケット２０２を核生成する代替実施形態を示す。この実施形態では、表面２０４の凹み２０８の頂部から突き出た１対の電極２１４が提供される。動作においては、電極２１４間に電気火花を生じさせる電圧パルスを電極２１４に印加する。この電気火花は、気体ポケット２０２を核生成するエネルギーを供給し、核生成された気体ポケット２０２は次いで、以前の実施形態に関して説明したのと同じ様態で表面２０４と接触し、崩壊する。分かりやすくするため、この実施形態では、図１ａ〜１ｄに示した形状と同じ形状の凹みが示されているが、任意のタイプの凹みを提供することができ、電極は、所望の位置で気体ポケットを核生成するための位置に配置することができる。
【００６３】
図４ａ及び４ｂは、以前の図に示したものとは異なる幾何形状を表面凹みが有する代替実施形態を示す。図４ａでは、表面３０４が、滑らかに湾曲した凹形の凹み３０８を含み、凹み３０８の底の非気体媒質３０６中に気体ポケット３０２が位置する。図４ｂでは、凹み４０８が、表面４０４の台形であり、気体ポケット４０２が、凹み４０８全体よりも広い部分を覆っている。加えて、凹み４０８は、大きな凹み４０８の底に、多数の小さな凹み４１６を含む。図４ｂで、形成されたジェットが、多数の小さな凹み４１６の中に気体ポケット４０２の多数の部分を捕獲し、それによって気体の多数の体積が圧縮され、局所的に加熱されることを除き、これらの２つの実施形態は、以前の実施形態に関して説明したのと同じように動作する。
【００６４】
特定の例を示したが、多くのパラメータ、例えば液体媒質又はゲル媒質の密度、周囲圧力及び周囲温度、気体ポケットの組成及び非気体媒質の組成、表面又は凹みの形状及び表面又は凹みの微小構造、静圧の大きさ、ならびに非気体媒質に対する定常波、圧力変化及び／又は衝撃波の使用が、達成される実際の結果に影響を与えることが理解される。
【００６５】
以上に説明したそれぞれの実施形態において、示された図は、気体媒質及び表面の３次元体積を切断した垂直断面図であり、したがって、それらの図は、回転対称である実施形態を示す。しかしながら、このことは、本発明にとって必須でない。具体的には、表面は、示された垂直断面において不連続である代わりに、又は示された垂直断面において不連続であることに加えて、回転方向に不連続な表面部分を含むことができる。後者の場合、表面は、多数の小面（ｆａｃｅｔ）を有することになろう。それぞれの小面は、別個の、しかし収束する衝撃波を生み出すことができる。
【００６６】
実験の数値モデリングでは、本明細書に記載された技法が、約２００キロバールのピーク圧力を生み出す。この圧力は、崩壊した気体の体積内の温度を、核融合反応を生じさせるのに十分な温度でありうる１×１０６ケルビン超まで上昇させるのに十分である。非限定的ないくつかの例では、結果として生じる中性子を他の工程で使用することができ、又は、中性子の運動エネルギーを熱エネルギーに変換するために、したがって従来の熱力学的なエネルギー発生のために、結果として生じる中性子を中性子吸収体によって吸収することができる。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【国際調査報告】
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