(57)【要約】【課題】核子あたり５０ｋｅＶ以下のエネルギーの重陽子又は陽子ビームを溶融金属リチウムの液体標的に注入する化学核融合では、液体中の熱力学的力によって反応レートが１０１３倍以上増進するが、該液体中で水素化リチウムを生成する化学反応が競合するため金属リチウムが劣化し核融合増進効果が減殺される。【解決手段】前記競合する化学反応を排除するためイオン源より引出すか反応槽内の放電で生じたリチウムイオンを加速して該リチウムイオンを溶融金属リチウム又はリチウム合金等の液体標的表面に注入し、上記液体標的内の熱力学的力によって増進する化学核融合反応を誘発させることにより解決した。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源より引出すか反応槽内の放電で生じたリチウム・イオンを加速し、溶融金属リチウムを主体とする核融合物質からなる液体標的に注入し、上記液体標的内の熱力学的力によって増進する化学核融合反応を誘発させることを特徴とするリチウム化学核融合反応発生法。
【請求項２】
上記核融合物質に金属リチウム以外の化学核融合反応誘発物質あるいは標的温度制御物質を混入することを特徴とする請求項１記載のリチウム化学核融合反応発生法。
【請求項３】
正または負イオンを生成するリチウム・イオン源と溶融金属リチウムを主体とする核融合物質からなる液体標的と壁面を金属リチウムまたはリチウム化合物等の中性子吸収剤およびガンマ線遮蔽材で覆った上記液体標的を囲む反応容器とより成り、液体標的内の熱力学的力によって増進する化学核融合反応を誘発させ、上記核融合で放出される低速中性子と反応容器壁面の金属リチウムまたはリチウム化合物等の中性子吸収剤に二次核反応を誘発せしめることを特徴とするリチウム化学核融合エネルギー発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は化学核融合反応発生法及び化学核融合エネルギー発生装置、特に溶融金属リチウムを主体とする核融合物質からなる液体を標的とするリチウム化学核融合及び二次核反応を利用したリチウム化学核融合反応発生法並びにリチウム化学核融合エネルギー発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  現在実用レベルの核融合はまだ実現していない。このようなことから本発明者は特開２００３−２７０３７２号「無反跳非熱核融合反応生成方法及び無反跳熱エネルギー発生装置」、特開２００２−２０７０９２号「溶融リチウム核融合反応発生方法及び核融合エネルギー供給装置」、特開２００３−０６６１７６号「非熱核融合発電方法および非熱核融合発電装置」、特開２００３−１３０９７６号「核融合反応装置」、特開２００３−１３０９７７号「溶融リチウム核融合反応生成方法および溶融リチウム核融合エネルギー発生装置」特願２００３−２８２２６１号「増進核融合発生方法および増進核融合エネルギー発生装置」を発明した。
また、これ等の発明の熱力学第二法則に立脚した理論は非特許文献１に開示されている。これ等の先願発明では既存の手段によって実用レベルの非熱核融合の達成が可能であり、これを利用したエネルギー装置の構成例が示されている。【０００３】  ［特許文献１」    特開２００２−２０７０９２号公報
［特許文献２」    特開２００３−０６６１７６号公報
［特許文献３」    特開２００３−１３０９７６号公報
［特許文献４」    特開２００８−１３０９７７号公報
［特許文献５」    特開２００３−２７０３７２号公報【０００４】  ［非特許文献１］Ｂｕｌｌｅｔｉｎ  ｏｆ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，Ｕｐｐｓａｌａ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２００２  池上栄胤  他著，  ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｉｎｓｔ．ｋｅｍｉ．ｕｕ．ｓｅ／Ｂｕｌｌｅｔｉｎ／Ｂｕｌｌｅｔｉｎｅｎ＿１．ｐｄｆ
［非特許文献２］Ｗｈｉｔｅ  Ｄｗａｒｆｓ（Ｎｏｒｔｈ−Ｈｏｌｌａｎｄ，Ａｍｓｔｅｒｄａｍ，１９５８）Ｅ．Ｓｃｈａｔｚｍａｎ  著
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  前記各先願発明では実用化する上で完全解消していない以下の課題がある。
即ち、前記各先願発明では核子あたり５０ｋｅＶ（キロ電子ボルト）以下のエネルギーの重陽子または陽子ビームを溶融金属リチウムを主体とする液体標的に注入し、該液体中の熱力学的力によって核融合レートを１０１３倍以上増進する化学核融合反応と呼ばれるようになった新原理の核融合方法が開示されているが、該液体金属リチウム中で化学核融合反応と競合する化学反応が水素化リチウムを生成し、それによる溶融金属リチウムの劣化に伴う核融合レートの減速がおこる可能性がある。【０００６】  そこで、本発明の課題は化学核融合反応と競合する化学反応を排除して、金属リチウムの完全な金属性を保持する実用可能な化学核融合反応発生法および化学核融合エネルギー発生装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明は前記課題を達成するためにイオン源より引出すか反応槽内の放電で生じたリチウムイオンを加速して溶融金属リチウムまたはリチウム合金等の液体標的表面に注入し、競合化学反応を誘発することなく上記液体金属リチウム内の熱力学的力によって化学核融合反応を増進し、核融合で生ずる低速中性子による二次核反応も間接的に増進せしめるのに加えて、上記液体標的中に金属性核融合物質を混入させ核融合反応前後のＧｉｂｂｓエネルギー（化学ポテンシャル）差を大きくして、さらに反応を強化することを特徴とする。【０００８】  さらに、正または負のリチウム・イオンを生成する要素と溶融金属リチウムまたは金属リチウム合金等の液体核融合物質からなる液体標的と、壁面を金属リチウムまたはリチウム化合物等の中性子吸収剤およびガンマ線遮蔽材で覆った上記液体標的を囲む反応容器とより成り、液体標的内の熱力学的力によってリチウム化学核融合反応を増進し、核融合で放出される低速中性子と反応容器壁面の金属リチウムまたはリチウム化合物等の中性子吸収剤が惹きおこす二次核反応も増進せしめることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】  本発明によれば核融合反応の主体は金属リチウムだけであるから加速リチウムイオンをクリーンな真空中で溶融金属リチウムまたはリチウム合金等の核融合物質からなる液体標的と反応させ、液体中の熱力学的力によって化学核融合反応を増進させることができる。そのため安全かつ安定したエネルギー供給ができ、その取扱いも容易で簡便である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】  化学核融合反応は非特許文献２以来公知の超高密度の白色矮星中で発生している類似の核融合以外には、前記非特許文献１以前は理論的にも実験的にも報告例が全くない。
ここでは化学核融合反応のうち、本発明のリチウム化学核融合反応を化１式の核融合反応を例にとり詳述する。【００１１】
【化１】
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ここに１２Ｃ＊と８Ｂｅ＊は反応中間状態の励起核で２０．９０ＭｅＶは反応発生エネルギーであり、単位ＭｅＶは１００万電子ボルトである。【００１２】  この場合の発生エネルギーは全て生成原子４Ｈｅ又はα線の運動エネルギーの形で放出される。
この反応では、６Ｌｉイオンエネルギーが４０ｋｅＶ（キロ電子ボルト）の場合、クーロン障壁の貫通因子は４．３×１０−４８と小さく通常の観測手段では不可能なほどに反応確率は小さい。しかし、このエネルギー領域では化１式の核融合反応に以下に示す化２式の原子変換反応が付随的に発生する。【００１３】
【化２】
2005321366.tif 000004
【００１４】  このため溶融金属リチウムの核融合化１式では化２式の原子変換反応におけるＧｉｂｂｓエネルギー変化  ΔＧｒ≒−４．７ｅＶと液体標的温度Ｔで決まる熱力学的力による莫大な値の反応増進因子【００１５】
【化３】
2005321366.tif 000005
【００１６】  が期待される。ここでｋＢはＢｏｌｔｚｍａｎｎ常数であり、原子変換反応化２式におけるＧｉｂｂｓネルギー変化ΔＧｒはリチウムと炭素それぞれの結合エネルギーＧｆから【００１７】
【化４】
2005321366.tif 000006
【００１８】  によって算出される。例えば絶対温度Ｔ＝４６０Ｋ（ケルビン）では
ｋＢＴ＝０．０４０ｅＶで増進因子化３式の値は１０５１に達する。そのため核融合反応化１式は原子変換反応化２式を通じて前記の貫通因子を相殺する大きなレートで発生する。さらに、原子変換反応化２式の中間原子の炭素がリチウムと約２．０ｅＶのエネルギーで結合する可能性を考慮するとＧｉｂｂｓネルギー変化４式の値は−６．７ｅＶとなり、増進因子は１０７２にもなり得る。【００１９】  このように前記熱力学的力が核融合反応をも支配することは前述の先願発明（特開２００８−２７０３７２）で議論され、それによる核融合反応レート増進効果が既に実験的に確認されており、上記非特許文献１に開示されている。
例えば、金属リチウムの融点における１０ｋｅＶ（キロ電子ボルト）及び２０ｋｅＶの重水素イオン注入で、それぞれ１０１４倍、１０１２倍程度の核融合反応レートの増進が観測されている。【００２０】  加速イオンおよび液体標的に７Ｌｉが混入している場合は、核融合反応化１式と共に【００２１】
【化５】
2005321366.tif 000007
【００２２】  ならびに
【化６】
2005321366.tif 000008
の核融合反応が発生する。ここにｎは低速中性子である。【００２３】  核融合で放出された低速中性子は、前記先願（特開２００３−２７０３７２）で解説されているように金属リチウムまたはリチウムあるいはボロン化合物等の中性子吸収材に吸収されるので、この二次核反応もエネルギーを発生する。これらの核融合と二次核反応は、リチウムイオンの注入中止で即座に停止するので、容易にエネルギー発生の制御が可能であり、使用しないときにはエネルギー及び放射線の放出がないため、利用上の制限が少なく取り扱い易いエネルギー源を提供することが可能である。【００２４】  液体標的に少量の物質Ｘを混入して、リチウムを溶融合金とすることによって次の化７式に示される核融合に付随する原子変換が発生する場合は反応前後の
Ｇｉｂｂｓネルギー変化は次の化８式に示されるようになる。【００２５】
【化７】
2005321366.tif 000009
【００２６】
【化８】
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【００２７】  上記化４式と化８式に示されるＧｉｂｂｓネルギー変化の間に次の化９式【００２８】
【化９】
2005321366.tif 000011
【００２９】  の関係が成立する場合は、化学核融合の増進度が次の化１０式に示すように向上するが、上記原子変換反応化７式で生成した中間励起核は瞬時にヘリウムに分裂するので、遊離したＸは消失することなく再びリチウムと合金化する。つまりこの物質Ｘは触媒としての機能をもつことになる。【００３０】
【化１０】
2005321366.tif 000012
【００３１】  具体例の一つとして、触媒Ｘとしてボロンの場合を考える。
ボロンは３００℃以下ではリチウムと化合することはなく、Ｌｉ中に溶けて合金化する。合金化したリチウムの化学核融合反応の場合の化８式で示されるＧｉｂｂｓネルギー変化はボロンとの合金化をしない場合の化４式に示される値より２ｅＶ程度絶対値が増加し、上記化７式に示される原子変換反応の増進度は化２式に示される原子変換反応に比べ１０２０倍以上大きくなる。これにともなって化学核融合反応の増進度も同じように大きくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】  本発明のリチウム化学核融合エネルギー発生装置は基本的には特開２００３−２７０３７２公報に開示されたものと同様の反応容器ならびにリチウム等の核融合物質の還流浄化システム、核融合で生成するヘリウムの回収システム、冷却系、断熱材、熱交換システムに加えて中性子、ガンマ線、ベータ線等の放射線遮蔽材を用いる。
ここでは反応装置本体図に基き本発明に係るリチウム化学核融合反応発生方法及びリチウム化学核融合エネルギー発生装置の形態を説明する。
【実施例】
【００３３】  図１は本発明リチウム化学核融合エネルギー発生装置の反応装置本体１の概略構造図であって溶融金属リチウム容器２、溶融リチウムイオン源３、溶融金属リチウム又は同合金４、熱電対列５、イオン加速電極６、絶縁材７、反応槽８、高圧電源９の各構成要素で構成されている。ただし、溶融金属リチウム加熱システムや熱電対列等の構造は簡略する。【００３４】  溶融リチウムイオン源３は電界蒸発型の液体イオン源を集積した構造をしており、ここから引き出されたリチウムイオンは加速電極６で所定のエネルギーに加速され、標的の溶融金属リチウム又はリチウム合金４にリチウムの原子状態を乱すことなく注入される。その結果、前記熱力学的力によって大部分の注入リチウムイオンが溶融金属リチウム表層で核融合反応を誘発し、数ＭｅＶの放出エネルギーのヘリウムイオンを発生する。発生エネルギーは熱電対列５あるいは反応装置冷却用冷媒を通じて取出される。
本発明ではヘリウムが反応生成物であるので、前記ヘリウム回収システムにより取り出して有効利用することができ放射性廃棄物は生じない。【００３５】  上記実施例によれば、リチウムイオンをクリーンな真空中の標的金属リチウムに導入することができ、イオン源の印加電圧の調整でビーム強度も加速エネルギーと同様に自由に制御できる。この結果、例えば特開２００３−２７０３７２号公報に記載の方法と装置によって発電あるいは地域暖房等の目的に応じて、最適エネルギー発生量が得られ、利用上の制限が少なく安全かつ安定なエネルギー源を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】  本発明のリチウム化学核融合エネルギー発生装置の反応装置本体の概略構造図。
【符号の説明】
【００３７】１  リチウム化学核融合エネルギー発生装置の反応装置本体
２  溶融金属リチウム容器
３  溶融リチウムイオン源
４  溶融金属リチウム又は同合金
５  熱電対列
６  イオン加速電極
７  絶縁材
８  反応槽
９  高圧電源
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成16年8月2日(2004.8.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明は前記課題を達成するためにイオン源より引出すか反応槽内の放電で生じたリチウム・イオン(原子イオンと分子イオンの総称)を加速して溶融金属リチウムまたはリチウム合金等の液体標的表面に注入し、競合化学反応を誘発することなく上記液体金属リチウム内の熱力学的力によって化学核融合反応を増進し、核融合で生ずる低速中性子による二次核反応も間接的に増進せしめるのに加えて、上記液体標的中に金属性核融合物質を混入させ核融合反応前後のGibbsエネルギー(化学ポテンシャル)差を大きくして、さらに反応を強化することを特徴とする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明によれば核融合反応の主体は金属リチウムだけであるから加速リチウム・イオンをクリーンな真空中で溶融金属リチウムまたはリチウム合金等の核融合物質からなる液体標的と反応させ、液体中の熱力学的力によって化学核融合反応を増進させることができる。そのため安全かつ安定したエネルギー供給ができ、その取扱いも容易で簡便である。
【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】
ならびに
【化６】
2005321366.tif 000014
なお、この反応で放出されるヘリウム・イオンのスペクトル観測で、１０56倍の反応増進度が測定され本発明の原理は実証された。
【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】
核融合で放出された低速中性子は、前記先願（特開２００３−２７０３７２）で解説されているように金族リチウムまたはリチウムあるいはボロン化合物等の中性子吸収材に吸収されるので、この二次核反応もエネルギーを発生する。これらの核融合と二次核反応は、リチウム・イオンの注入中止で即座に停止するので、容易にエネルギー発生の制御が可能であり、使用しないときにはエネルギー及び放射線の放出がないため、利用上の制限が少なく取扱い易いエネルギー源を提供することが可能である。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
具体例の一つとして、触媒Ｘとしてボロンの場合を考える。
ボロンは300℃以下ではリチウムと化合することはなく、リチウム中に溶けて合金化する。合金化したリチウムの化学核融合反応の場合の化８式で示されるGibbsエネルギー変化はボロンとの合金化しない場合の化４式に示される値より２eV程度絶対値が増加し、上記化７式に示される原子変換反応の増進度は化２式に示される原子変換反応に比べ１０２０倍以上大きくなる。これに伴って化学核融合反応の増進度も同じように大きくなる。
リチウム分子イオンではCXの役をするC２が発生し自己触媒効果がある。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
溶融リチウム・イオン源は例えば電界蒸発型の液体イオン源を集積した構造をしており、ここから引出されたリチウム・イオンは加速電極６で所定のエネルギーに加速され、標的の溶融金属リチウム又はリチウム合金４にリチウムの原子状態を乱すことなく注される。その結果、前記熱力学的力によって大部分の注入リチュウム・イオンが溶融金属リチウム表層で核融合反応を誘発し、数MeVの放出エネルギーのヘリウム・イオンを発生する。発生エネルギーは熱電対列５あるいは反応装置冷却用冷媒を通じて取出される。
本発明ではヘリウムが反応生成物であるので、前記ヘリウム回収システムにより取出して有効利用することができ放射性廃棄物は生じない。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３５】
上記実施例によれば、リチウム・イオンをクリーンな真空中の標的金属リチウムに導入することができ、イオン源の印加電圧の調整でビーム強度も加速エネルギーと同様に自由に制御できる。この結果、例えば特開２００３−２７０３７２号公報に記載の方法と装置によって発電あるいは地域暖房等の目的に応じて、最適エネルギー発生量が得られ、利用上の制限が少なく安全かつ安定なエネルギー源を提供することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３７】
１  リチウム化学核融合エネルギー発生装置の反応装置本体
２  溶融金属リチウム容器
３  溶融リチウム・イオン源
４  溶融金属リチウム又は同合金
５  熱電対列
６  イオン加速電極
７  絶縁材
８  反応槽
９  高圧電源
【手続補正書】
【提出日】平成16年8月3日(2004.8.3)
【手続補正１】
【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】
核融合で放出された低速中性子は、前記先願（特開２００３−２７０３７２）で解説されているように金属リチウムまたはリチウムあるいはボロン化合物等の中性子吸収材に吸収されるので、この二次核反応もエネルギーを発生する。これらの核融合と二次核反応は、リチウム・イオンの注入中止で即座に停止するので、容易にエネルギー発生の制御が可能であり、使用しないときにはエネルギー及び放射線の放出がないため、利用上の制限が少なく取扱い易いエネルギー源を提供することが可能である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
溶融リチウム・イオン源は例えば電界蒸発型の液体イオン源を集積した構造をしており、ここから引出されたリチウム・イオンは加速電極６で所定のエネルギーに加速され、標的の溶融金属リチウム又はリチウム合金４にリチウムの原子状態を乱すことなく注入される。その結果、前記熱力学的力によって大部分の注入リチュウム・イオンが溶融金属リチウム表層で核融合反応を誘発し、数MeVの放出エネルギーのヘリウム・イオンを発生する。発生エネルギーは熱電対列５あるいは反応装置冷却用冷媒を通じて取出される。
本発明ではヘリウムが反応生成物であるので、前記ヘリウム回収システムにより取出して有効利用することができ放射性廃棄物は生じない。