(57)【要約】  本発明によれば、電力の生成に使用されるための方法が提供される。本発明の方法は、第１目標物に第１同位体変位を誘発し、第１同位体変位から中性子を生成するために、第１目標物を電磁放射入力エネルギーに曝すことによって、波共振を介して第１目標物をより高いエネルギー状態にするステップと、第２目標物を用いて中性子を捕捉することによって、第２目標物に第２同位体変位を誘発し、電磁放射出力エネルギーを生成するステップとを含む。また、本発明は、関連する装置にも関する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力の生成に使用されるための方法であって、
前記第１目標物に第１同位体変位を誘発し、前記第１同位体変位から中性子を生成するために、第１目標物を電磁放射入力エネルギーに曝すことによって、波共振を介して前記第１目標物をより高いエネルギー状態にするステップと、
第２目標物を用いて前記中性子を捕捉することによって、前記第２目標物に第２同位体変位を誘発し、電磁放射出力エネルギーを生成するステップとを含み、
生成された前記電磁放射出力エネルギーがエネルギー閾値を超える場合、第１目標物を電磁放射維持エネルギーに曝すことによって、前記電磁放射出力エネルギーの生成を維持する、方法。
【請求項２】
前記電磁放射入力エネルギーは、周波数間隔に包含される少なくとも１つの共振周波数モードを含む電磁放射線によって供給される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの共振周波数モードは、前記第１目標物の原子間距離に関連する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの共振周波数モードは、前記第１目標物の気体共振またはプラズマ共振周波数モード、前記第１目標物の磁化および／または非磁化プラズマを特徴付けるプラズマ共振、または前記第２目標物の固体／流体／気体／プラズマ共振周波数モードである、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１目標物および前記第２目標物の少なくとも１つを加熱するステップをさらに含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記電磁放射入力エネルギーは、矩形波信号または正弦波信号の形で提供される、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記電磁放射維持エネルギーは、周波数間隔に包含される少なくとも１つの共振周波数モードを含む電磁放射線によって供給される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記電磁放射維持エネルギーは、波源によって供給される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
触媒材料を含む第３目標物を提供するステップをさらに含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１目標物をプラズマ状態にするステップをさらに含む、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
電力の生成を行うための装置であって、
電磁放射入力エネルギーを生成するための供給源ユニットと、
第１目標物（２１０）と、
第２目標物（２２０）と、
前記第１目標物および前記第２目標物を収容する燃料容器（１３０）とを備え、
前記供給源ユニットは、前記第１目標物に第１同位体変位を誘発し、前記第１同位体変位から中性子を生成するために、前記第１目標物を前記電磁放射入力エネルギーに曝すことによって、波共振を介して前記第１目標物をより高いエネルギー状態にし、第２目標物を用いて前記中性子を捕捉することによって、前記第２目標物に第２同位体変位を誘発し、電磁放射出力エネルギーを生成するように、構成される、装置。
【請求項１２】
前記燃料容器は、圧力チャンバである、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記第１目標物および前記第２目標物は、混合される、請求項１１または１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記供給源ユニットは、誘導コイル構造（１２０）を備える、請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１５】
放電電極ユニット（１５０）をさらに備える、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
電力の生成に使用されるための方法であって、
前記第１目標物に第１同位体変位を誘発し、前記第１同位体変位から中性子を生成するために、第１目標物を電磁放射入力エネルギーに曝すことによって、波共振を介して前記第１目標物をより高いエネルギー状態にするステップと、
第２目標物を用いて前記中性子を捕捉することによって、前記第２目標物に第２同位体変位を誘発し、電磁放射出力エネルギーを生成するステップとを含み、
前記電磁放射入力エネルギーは、矩形波信号または正弦波信号の形で供給される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、電力の生成に使用されるための方法に関する。より具体的には、本発明は、目標物による中性子捕獲を利用して、電磁放射出力エネルギーを生成することによって、電力の生成に使用されるための方法に関する。また、本発明は、関連する装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
背景技術
核破砕および中性子捕獲は、核物理学において事実に基づく概念である。核破砕は、エネルギー中性子ビームを生成するために使用される粒子加速器において、エネルギー粒子ビームによって核子を断片化することを意味する。他方では、中性子捕獲は、核子が中性子を捕獲することによって質量を増加する融合過程である。
【０００３】
前者の場合、核破砕は、かなり高いエネルギーの入力を必要とする。後者の場合、核種表の下位の同位体による中性子捕獲は、エネルギーを出力する。エネルギー粒子ビームによる核破砕は、中性子捕獲によって得られた潜在的なエネルギーに比べて、遥かに高いエネルギーの入力を必要とするため、一般的にはエネルギーを生成するための有用な手段として考慮されていない。
【０００４】
上記に鑑み、上述した問題を克服するように、エネルギー生成を達成するための技術的進歩が必要である。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
発明の概要
従って、本発明の目的は、電力の生成に使用されるための、より制御可能な改良された方法を提供することである。
【０００６】
さらに、本発明の目的は、関連する装置を提供することである。
本発明の第１態様によれば、電力の生成に使用されるための方法が提供される。本発明の方法は、第１目標物に第１同位体変位を誘発し、第１同位体変位から中性子を生成するために、第１目標物を電磁放射入力エネルギーに曝すことによって、波共振を介して第１目標物をより高いエネルギー状態にするステップを含む。また、本発明の方法は、第２目標物を用いて中性子を捕捉することによって、第２目標物に第２同位体変位を誘発し、電磁放射出力エネルギーを生成するステップを含む。
【０００７】
本明細書において、以下は、第１目標物質と第２目標物質は、燃料または原子炉燃料として総称される。
【０００８】
本明細書において、「電磁放射（ＥＭ放射）入力エネルギーに曝すこと」とは、電磁放射線を第１目標物の少なくとも一部に照射することを意味する。放射線は、少なくとも１つの周波数または周波数モードを有する光子を含むことができる。第１例において、放射線は、複数の周波数モードを有する光子を含む。第２例において、放射線は、固定周波数の光子を含み、実質的に単色である。さらに、放射線は、好ましいレベルの強度および／またはエネルギーを有することができる。強度および／またはエネルギーの好ましいレベルは、特定の周波数に関連し得る。
【０００９】
ＥＭ放射入力エネルギーは、入力エネルギーおよび入力運動量を第１目標物に伝達することができる。エネルギーの伝達は、波動粒子加速過程によって提供されてもよい。必要に応じて、電磁放射線は、偏光されてもよい。
【００１０】
第１目標物の少なくとも一部は、高エネルギー状態をとることができる。第１目標物は、波共振を介してより高いエネルギー状態にされると、中性子を放出または放射することができる。換言すれば、共振波動エネルギーは、第１目標物を励起させることによって、核分裂エネルギーおよび中性子を生成することができる。この過程は、核破砕と呼ばれる。入力エネルギーが閾値エネルギー以上であるときに、中性子が放出される。しかしながら、量子力学的なトンネル効果によって、閾値エネルギーよりも低いエネルギーであっても、中性子を放出することができる。
【００１１】
第１目標物がより高いエネルギー状態をとることによって、波動エネルギーが第１目標物の少なくとも一部に伝達される。原子炉の形状および原子炉内の燃料の特定の物理性質に基づいて、波動加速過程、または等価的な波共振過程を選択することができる。物理性質は、第１目標物の物理性質に関連してもよい。これらの物理性質の一例として、第１目標物に含まれる物質の種類、その物質の格子構造の種類、その物質の物理量、例えば原子量、原子数、原子間距離、音速、プラズマ特徴速度、局所温度および平均温度、その物質の格子構造の長さ寸法、物質の粒子構造の長さ寸法、および物質の格子構造の幾何形状が挙げられる。また、物理性質は、第１目標物の局所的な共振周波数であってもよい。波共振エネルギー、すなわち、共振加速（ポンピング）過程によって得られたエネルギーは、好ましい強度で第１目標物に伝達されることができる。波共振エネルギーＷは、関連する周波数ωおよび関連する共振波長λを有する。ＥＭ放射入力エネルギーは、第１目標物中のイオンを加速することができる。
【００１２】
本発明の方法によれば、中性子が生成または放出される。非限定的な例において、中性子は低温中性子であってもよい。本明細書において低温中性子とは、これらの中性子の運動エネルギーが０ｅＶ〜０．０２５ｅＶ（ｅＶは、電子ボルトを表す）に制限されていることを意味する。特に、低温中性子は、熱中性子であってもよい。別の非限定的な例において、中性子は、０．０２５ｅＶ〜１ｅＶの運動エネルギーを有することができる。さらに別の非限定的な例において、中性子は、１ｅＶ〜１０ｅＶの運動エネルギーを有する低速中性子であってもよい。１０ｅＶ〜５０ｅＶの運動エネルギーも考えられる。
【００１３】
一定のＥＭ放射入力エネルギーを供給する場合、第１目標物から生成された中性子の数は、時間の経過と共に増加することができる。非限定的な例において、核破砕を開始した後生成された中性子の数は、毎秒に１平方センチ当たり１０１０〜１０２０個であってもよい。
【００１４】
第１目標物は、中性子を放出した後、イオン化状態またはプラズマ状態になる。第２目標物は、中性子を捕獲すると、固体または液体状態になる。
【００１５】
第１目標物は、重水素（Ｄ）および７Ｌｉのうち少なくとも１つを含むことができる。Ｄを使用する利点の１つは、安価である。別の利点は、Ｄの使用が高い純利得をもたらすことである。
【００１６】
さらに、第２目標物は、４０Ｃａ、４６Ｔｉ、５２Ｃｒ、６４Ｚｎ、５８Ｎｉ、７０Ｇｅおよび７４Ｓｅのうち、少なくとも１つを含むことができる。これらの元素のいずれかは、中性子捕獲によって余剰エネルギーを生成することができる。より詳しくは、中性子捕獲という過程は、中性子の核破砕に必要されたエネルギーよりも多くのエネルギーを放出することができる。
【００１７】
また、第２目標物は、上述した元素のより重い同位体を含むことができる。これらの元素は、短寿命なものであってもよく、安定なものであってもよい。なお、これらの同位体は、対応する元素の中性子を捕獲するによって生成されてもよい。例えば、第２目標物は、５８Ｎｉによる中性子捕獲によって生成された６０Ｎｉまたは６２Ｎｉを含むことができる。
【００１８】
本発明によって、通常、元素変換が行われない。代わりに、第１目標物および第２目標物に同位体変位が行われる。同位体とは、同一の原子番号Ｚを有するが、異なる中性子数Ｎ＝Ａ−Ｚ（Ａは、質量数である）を有する一群の核種を意味する。同位体変位過程において、同位体の質量数Ａは、少なくとも１つの整数ステップで変位される。第１同位体変位は、質量数Ａを有する同位体ＡＰから、質量数Ａ−１を有する同位体Ａ−１Ｐに変位してもよい。
【００１９】
同位体ＡＰの同位体変位は、反応チャネルＡＰ＋ＷＳ→ｎ＋Ａ−１Ｐ（ｇ．ｓ．）から開始することができる。式中、「ＷＳ」は、核破砕エネルギーを表し、「ｎ」は、中性子を表し、「ｇ．ｓ．」は、Ａ−１Ｐの基底状態を表す。この反応は、慣例的にｅＶで表される特定の閾値エネルギーに関連する。また、この種類の反応は、複数の特定の閾値エネルギーに関連してもよい。
【００２０】
同様の反応チャネルは、ＡＰから始まり、同位体Ａ−ｋＰ（式中、ｋ＝１、２、３．．．）をもたらすことができる。例えば、１つのステップで原子数を変位する上記過程をｋ回繰り返してもよく、またはｋ個のステップで直接に変位してもよい。
【００２１】
核破砕エネルギーＷＳは、少なくとも１つの中性子を放出するように、第１目標物の一部を照射に曝すことによって、第１目標物の一部に供給されたエネルギーである。第１目標物は、照射前のエネルギー状態から、より高いエネルギー状態に励起されてもよい。第１目標物は、エネルギーを吸収することによって、より高いエネルギー状態に到達することができる。例えば、吸収されたエネルギーは、第１目標物の運動エネルギーおよび／または振動エネルギーに変換することができる。
【００２２】
第１非限定的な例において、リチウムの同位体変位は、反応チャネル７Ｌｉ＋ＷＳ→ｎ＋６Ｌｉ（ｇ．ｓ．）から開始することができる。式中、「ＷＳ」は、核破砕エネルギーを表し、「ｇ．ｓ．」は、Ａ−１Ｐの基底状態を表す。この反応の閾値エネルギーは、７．２５ＭｅＶである。なお、６Ｌｉおよび７Ｌｉは、それ自体が安定同位体であるが、閾値エネルギーを超える照射によって、上記の反応を誘発することができる。
【００２３】
第２非限定的な例において、同位体変位は、反応チャネルＤ＋ＷＳ→ｎ＋１Ｈから開始することができる。式中、Ｄは、重水素２Ｈであり、Ｈは、プロトン、すなわち、水素である。この反応の閾値エネルギーは、２．２５ＭｅＶである。
【００２４】
元素変位は、ベータ崩壊を介して発生することもできる。例えば、ニッケルは、中性子を捕獲することによって、不安定同位体６３Ｎｉおよび６５Ｎｉをそれぞれ生成し、ベータ（β−）崩壊を介して、６３Ｃｕおよび６５Ｃｕをそれぞれ生成する。すなわち、中性子は、プロトンに変換される。逆に、５９Ｎｉは、中性子を捕獲し、β＋崩壊を介して、５８Ｃｏを生成する。すなわち、プロトンは、中性子に変換される。因みに、上述した不安定同位体は、大きな中性子捕獲断面積を有する。したがって、エネルギー変換過程は、中性子捕獲による同位体変位およびβ±崩壊による元素変位の複雑な過程を伴い、最終的に安定な元素をもたらすことができる。
【００２５】
第１目標物は、少なくとも１つの同位体ＡＰを含むことができる。第１例において、第１目標物は、１つの同位体のみを含む。第２例において、第１目標物は、２つの同位体を含む。第３例において、第１目標物は、複数の同位体を含む。第１目標物中の同位体ＡＰは、中性子の放出を可能にするために、好ましくは低い核結合エネルギーを有する。また、第１目標物中の同位体ＡＰは、好ましくは、同位体Ａ−１Ｐの核結合エネルギーよりも大きい核結合エネルギーを有する。
【００２６】
核結合エネルギーは、核内の核結合エネルギーの合計として測定することができる。代替的には、核結合エネルギーは、核内の各核子の核結合エネルギーとして測定することができる。特に、核結合エネルギーは、核内の全ての核子の平均核結合エネルギーとして測定することができる。
【００２７】
第２目標物は、少なくとも１つの同位体ＢＱ（Ｂは、質量数を表す）を含むことができる。第１例において、第２目標物は、１つの同位体のみを含む。第２例において、第２目標物は、複数の同位体を含む。第２目標物中の同位体ＢＱは、好ましくは、中性子捕獲過程の後に変位され得る１つの同位体または複数の同位体の核結合エネルギーよりも小さい核結合エネルギーを有する。
【００２８】
本明細書において、ＥＭ放射出力エネルギーとは、中性子を捕獲する過程に放出されたエネルギーを意味する。エネルギーは、（一次周波数、二次周波数などの）広範囲の周波数を包含する電磁波／光子の形で放出される。
【００２９】
安定同位体または不安定同位体は、中性子を捕獲することができる。一例において、中性子を捕獲することによって、安定同位体をもたらす。別の例において、中性子を捕獲することによって、不安定同位体をもたらす。中性子捕獲に関与する同位体ＢＱの１つの反応チャネルは、ＢＱ＋ｎ→Ｂ＋１Ｑ＋ＷＣで表すことができる。式中、ＷＣは、中性子捕獲により放出されたエネルギーである。２つ以上の中性子を捕獲するように、この反応を繰り返すことによって、同位体Ｂ＋２Ｑ、Ｂ＋３Ｑ、Ｂ＋４Ｑなどを生成することができる。これらの同位体は、合わせてＢ＋ｋＱ（式中、ｋ＝１、２、３．．．）として記載することができる。一例において、第２目標物は、実際に１つの中性子のみを捕獲する。別の例において、第２目標物は、２つ、３つまたは４つの中性子を捕獲する。さらに別の例において、第２目標物は、複数の中性子を捕獲する。捕獲された中性子の数は、第１目標物によって生成された中性子束と相関することができる。具体的には、臨界中性子束によって、中性子の捕獲を調節することができる。例えば、臨界中性子束は、毎秒に１平方センチ当たり１０１４〜１０２０個の中性子を有してもよい。
【００３０】
中性子生成および中性子捕獲を組み合わせた過程を有効にするためには、中性子の生成率は、出力エネルギーを入力エネルギーで除した値として定義されたエネルギー利得比に比べて十分高く、１を超えることが好ましい。
【００３１】
本発明によれば、電力の生成に使用されるための方法が提供される。第１目標物質を共振状態にすることによって、中性子を生成することができる。第１目標物による中性子の生成と第２目標物による中性子の捕獲とを協同して行うことによって、出力エネルギーを生成することができる。第２目標物中の物質を低エネルギー状態に転移することによって、エネルギーを生成することができる。例えば、５８Ｎｉは、２つの中性子を捕獲することによって、６０Ｎｉに変位することができる。
【００３２】
さらに、第１目標物を加熱することができる。熱は、加熱装置によって提供されてもよい。適切に設計された加熱装置は、第１目標物を共振状態にもたらす波を生成することができる。燃料を臨界温度に維持し、共振基準を満たすことによって、中性子核破砕と中性子捕獲とを組み合わせた方法を実施することができる。共振基準については、以下に説明する。
【００３３】
中性子の生成は、中性子の捕獲によって出力されたエネルギーよりも低いエネルギーを入力する必要がある。具体的には、エネルギーは、放射線の形で放出される。例えば、運動量ｐまたはエネルギーＷ＝｜ｐ｜×ｃを有するように特徴付けられた光子が放出される。したがって、本発明の方法は、電力生成の部分的なステップとして利用することができる。例えば、生成された余剰エネルギーを使用して、蒸気タービンを駆動することによって、電力を生成することができる。
【００３４】
中性子捕獲を使用するもう１つの利点は、中性子が電荷を持たないため、核内により容易に進入することができることである。実際に、プロトンなどの荷電粒子が関与する過程の場合、核融合を行うために、核のクーロン障壁（Coulomb barrier）を通らなければならず、かなり高いエネルギーが必要となる。
【００３５】
また、本発明によって、電力の生成に使用されるための、より制御可能な方法が提供される。実際に、外部エネルギーを調整することによって、中性子の生成速度を容易に制御することができる。特に、中性子の生成速度は、電磁入力放射線の強度および周波数を調整することによって、より容易に制御することができる。中性子の生成速度は、電磁入力放射線のエネルギーおよび／または強度並びに波数とは直接に相関する。
【００３６】
以下において、第１目標物および第２目標物に関連する勾配力（gradient force）という概念を説明する。下記で詳述するように、勾配力は、電磁波が任意の凝集状態の物質を貫通することによって生じ得る。
【００３７】
プラズマ物理学において、ポンデロモーティブ力は、不均一な振動電磁場の存在下で、荷電粒子を含む媒体に作用する時間で平均化した非線形力を効果的に記述する周知なものである。時間で平均化したポンデロモーティブ力の基礎は、電磁波がエネルギーおよび運動量を物質に伝達することである。
【００３８】
潜在的な５種類のポンデロモーティブ力のうち、ミラー力（Miller force）およびアブラハム力（Abraham force）は、弱い磁化環境または磁場勾配のない環境において最も強力であると考えられている。しかしながら、加熱方法によっては、磁気勾配力の影響を排除することはできない。さらに、気体粒子の衝突によって引き起こされたバーロー力（Barlow force）も、システムの動力学に影響を及ぼす可能性がある。
【００３９】
本明細書に考慮された全体的に有効なポンデロモーティブ加速力は、ミラー力または同等の勾配力である。
【００４０】
導電性固体物質がプラズマまたは固体プラズマとして処理され得るという仮定で、勾配力という概念を適用することができる。以下の２つの理由によって、アルフベン波の類推が固体物質中の勾配力を導出する際に選択される。第１に、アルフベン波は、全ての状態、すなわち、プラズマ状態、気体状態、液体状態および固体状態において、プラズマに観察されている。第２に、アルフベン波は、共振よりも低い周波数に依存しない応答を有する。
【００４１】
しかしながら、一般的に、固体物質中には、アルフベン波と、音波などの他の波との混合物が存在している。
【００４２】
従って、通常の電磁放射線を任意の凝集状態の物質に照射することによって生成された力に加えて、勾配力および関連する勾配圧力が存在している。
【００４３】
固体物質は、イオンおよび電子を含み、全体的に中性荷電であるものとして記述することができる。通常、イオンの質量が電子の質量の１８００倍以上であるため、電子の質量を無視することができる。したがって、質量密度およびプラズマに作用する対応の力は、イオンの質量ｍによって決定される。周波数ωを有するアルフベン波は、デカルト座標において磁力線ｋ＝（０，０，ｋ）に沿って伝播し、直線偏光を有する。以下の式は、流体においてアルフベン波によって支配される縦方向勾配力（ＣＧＳ単位）に適用される。
【００４４】
【数１】
2018517130.tif 000003
【００４５】
式中、ｅは、基本電荷であり、Ωは、サイクロトロン共振周波数である。ｚ方向における矩形波電場Ｅ２の空間勾配は、力の大きさを決定する。なお、式（１）は、ω２＝Ω２では特異点を有する。さらに、ω２＜Ω２では、勾配力は引力であり、ω２＞Ω２では、勾配力は斥力である。したがって、ω２＜Ω２の低周波アルフベン波は、荷電粒子を波源に向かって吸引し、ω２＞Ω２の高周波アルフベン波は、粒子を排斥する。低周波の場合の吸引は、直感的に間違っていると考えられる。しかしながら、このことは、明らかにプラズマに適用され、中性の固体物質に対して実験的且つ理論的に確認されている。勾配力は、波共振時に力の方向を両極に変位することに加えて、ｅ２因子によって粒子電荷の符号に依存しない。これは、正のイオンおよび電子に適用された力は、同一方向に向いていることを意味する。
【００４６】
なお、中性物質は、流体状態、気体状態、プラズマ状態、または固体状態にあってもよい。原子および核レベルでは中性物質が電荷を構成するため、原子振動（例えば、ブラウン運動）および原子間振動を「基本周波数」として考えることができる。したがって、電磁波の電場項は、強い磁場によって拘束されたプラズマと同様の方法で、例えばバンデルワール力によって拘束された原子「媒質」に影響を及ぼすことができる。
【００４７】
非磁化中性子の場合、勾配力が原子プロトンおよび電子の両方に影響を与えるため、波動エネルギーが貫通する可能性があることを意味している。
【００４８】
ω２≪Ω２のような低周波波の場合、ωを無視できるため、式（１）を簡略化することができる。この場合、原子構造または質量に拘わらず、勾配力は、弱い引力になる。
【００４９】
しかしながら、共振周波数に近づく場合、すなわち、ω２＝Ω２の場合、勾配力は、非線形に増加する。プラズマ物理学において、共振周波数は、流体の固有特性、例えば、プラズマ密度、粒子質量、粒子慣性および磁場に関連している。機械的および原子間ファンデルワールス力が同時に関与していることを除いて、同様のことは、固体物質に適用すると宣言できる。
【００５０】
類推すると、中性流体／固体を照射する電磁波が直線偏光されていると仮定する場合、放射電場Ｅを有する線形偏光された電磁波によって、個々の粒子／原子ｍａに作用する勾配力は、式（２）で表される。
【００５１】
【数２】
2018517130.tif 000004
【００５２】
具体的に、この式は、第１目標物に対して有効である。式（２）における理論勾配力対周波数は、共振周波数Ωａを導入したことを除いて、式（１）のものに似ている。共振周波数Ωａは、任意の凝集状態、すなわち、固体状態、液体状態、気体状態またはプラズマ状態における物質の共振周波数であってもよい。同様に、全ての周波数が共振周波数未満である場合、すなわち、ω２＜（Ωａ）２の場合、勾配力は、引力である。共振周波数を超える場合、すなわち、ω２＞（Ωａ）２、勾配力は、斥力である。共振周波数よりも遥かに低い周波数の場合、すなわち、ω２≪（Ωａ）２の場合、勾配力が周波数に依存せず、次の式が適用される。
【００５３】
【数３】
2018517130.tif 000005
【００５４】
物質の凝集状態が固体である場合、共振周波数は、Ωａ＝ｃ／ａとして記載することができる。式中、ａは、原子間距離であり、ｃは、媒質中の光の局所速度である。したがって、ω２≪（Ωａ）２の場合、以下の近似式を得ることができる。
【００５５】
【数４】
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【００５６】
この場合、勾配力は、材料定数ξ（ａ，ｍａ）と、物質中で伝播する矩形波電場Ｅ２の空間勾配に依存する。波動エネルギーは、加熱エネルギーおよび／または運動エネルギーであってもよい。電磁波の引力は、商δＥ２／δｚとして記載することができるＥ２の空間勾配によって決定される。式中、δＥ２は、微分相互作用長δｚにおけるＥ２の差分である。材料定数ξ（ａ，ｍａ）、勾配δＥ２／δｚおよび横波電場Ｅは、固体物質中の個々の原子に作用する勾配力を決定する。なお、プラズマ運動を制御する磁場と同様に、原子間距離ａは、結合力または張力を規定する。係数ａは、共振を定義するパラメータであってもよい。追加のパラメータを用いて、共振を定義してもよい。
【００５７】
より一般的には、式Ωａ＝ｕ／ａ中のｕは、媒体における電磁波（例えば、音波、イオン音波）の局所速度に関連する。
【００５８】
式（４）から得られた分析結果は、キャベンディッシュ真空実験から得られた実験結果とよく一致すると実証されている。
【００５９】
上記の式（４）から、第１目標物または第２目標物の勾配力を計算するための式を得ることができる。
【００６０】
【数５】
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【００６１】
式中、Ｋ（ａ，ｍａ）は、第１目標物および／または第２目標物の特徴特性である。特徴特性は、各々の原子質量、原子数、および原子間距離などであってもよい。
【００６２】
入力電磁放射線の入力エネルギーをより強くすると、勾配力がより強くなり得る。例えば、低周波領域、すなわち、ω２≪（Ωａ）２の場合、勾配力は、入力電磁放射線の入力エネルギーに直接比例する。
【００６３】
上述したように、固体物質にはアブラハム力が存在し得る。プラズマに類推すると、縦方向のアブラハム力は、この場合、矩形波電場の時間変化に比例し、以下の式によって記述される。
【００６４】
【数６】
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【００６５】
式中、ｃＡは、アルフベン速度であり、Ｂは、磁場である。プラス記号またはマイナス記号は、磁場Ｂの方向と平行または逆平行の波伝播方向にそれぞれ対応する。アブラハム力は、Ｅおよび／または弱い磁場の急速変化に対して重要であり得る。後者は、低い速度で中性子を生成する低サイクロトロン共振周波数に関連している可能性がある。したがって、アブラハム力の利点は、電磁場の方向を迅速に変化することによって加熱を促進することである。また、アブラハム力は、原子炉内において縦方向の集束を維持することができる。
【００６６】
プラズマ中の電磁波が吸引を引き起こすということは、まだ明らかになっていない。電磁流体波（ＭＨＤ波）は、プラズマと磁場とが相互振動を示し、プラズマが磁場に「凍結」されていると見なされる流体波の一種である。空間的に一方向の磁場において、プラズマ共振周波数は、波の伝播方向（＋ｚ方向）ではなく、力の方向を決定する。Ω＝ｅＢ／ｍｃのため、低周波の場合、ω２≪Ω２、以下の式を得ることができる。
【００６７】
【数７】
2018517130.tif 000009
【００６８】
この場合、勾配力は、非常に低い周波数で一定のＢを有する均質媒質において一定であり、ＥＭ波の周波数に無関係である。勾配力は、ＥＭ波の強度の勾配に比例する。（物質に力を加える）相互作用中に波の強度が減少するため、勾配力は、波の伝播方向と反対方向に向けられる。
【００６９】
ＭＨＤ波の概念は、プラズマ流体の記述に由来する。ＭＨＤ波は、磁化プラズマの磁気張力によって決定される。磁気張力が強くなるほど、波群速度および勾配力が弱くなる。同様に、固体プラズマ中のＭＨＤ波は、それらの誘電特性および原子間張力によって決定される。磁化気体プラズマの局所共振周波数は、イオンジャイロ周波数によって決定されるが、原子を含む中性固体および中性気体の局所共振周波数は、まだ明らかになっていない。しかしながら、既に述べたように、勾配力は、電荷に依存しない。すなわち、正荷電粒子（プロトン）および負荷電粒子（電子）上の力が、同一方向に指向している。理想的なＭＨＤは、物質内に粒子の伝送を行わないため、プラズマ中のＭＨＤ波による類推が有用である。代わりに、物質は、波電場の空間勾配によって特徴付けられた波動エネルギーの局所放出による力に曝される。本発明の方法による中性子捕獲を確立するために、７ＬｉまたはＤのような「核破砕核」と、５８Ｎｉまたは４０Ｃａのような高収率の中性子捕獲核とを一定の比例で混合する必要がある。この核過程中、環境に応じて、他の状態の移行、例えば、電子捕獲が発生する可能性がある。しかしながら、システムを適切に設計することによって、これらの過程から所定の出力エネルギーに与える影響を軽微にすることができる。
【００７０】
燃料温度および波共振に依存して、７Ｌｉ−５８Ｎｉまたは７Ｌｉ−４０Ｃａの混合目標物における中性子生成の速度は、中性子捕獲による出力エネルギーが実質的に入力エネルギーを超えるという状態に達成することができる。
【００７１】
中性子捕獲による余剰エネルギーは、原子炉を加熱するほかに、核破砕速度を高めることもできる。後者は、原子炉に与える電磁放射線の入力エネルギーを高めることによって達成され得る。さらに、共振に近い波動エネルギーは、核破砕率をさらに改善することができる。中性子核破砕および中性子捕獲過程５８Ｎｉ−＞６０Ｎｉの理論比が７Ｌｉの１．４から重水素の３．６まで変動し得るため、外部駆動の中性子核破砕のみでは上記の利得しか得られない。しかしながら、中性子捕獲に関連して生成された余剰エネルギーは、中性子生成過程に戻され、核破砕速度をさらに高めることができる。この内在性の中性子捕獲より駆動された核破砕過程は、電力利得をさらに増加することができる。例えば、直接駆動過程に比べて、エネルギー利得を１桁に増加することができる。上述したように、勾配力の双極方向の力変位を考慮すれば、過剰な加熱または共振周波数を超える周波数は、避けられなければならない。さもなければ、勾配力の反発によってシステムが崩れることがある。
【００７２】
次に、本発明の様々な実施形態を説明する。
一実施形態によれば、ＥＭ放射入力エネルギーは、周波数間隔に包含される少なくとも１つの共振周波数モードを含むＥＭ放射線によって供給される。また、ＥＭ放射入力エネルギーは、複数の周波数を含むＥＭ放射線と共に、広域スペクトルの高調波を含むことができる。これらの高調波は、少なくとも１つの共振周波数モードに近い。共振周波数モードを有するＥＭ放射線に第１目標物を曝すことによって、第１目標物を共振に近いが共振よりも低い状態にすることができる。
【００７３】
共振周波数は、機械的共振周波数であってもよい。代替的には、共振周波数は、ＥＭ波の共振周波数であってもよい。
【００７４】
共振周波数は、第１目標物の凝集状態と関連し得る。具体的には、第１目標物は、固体状態では１つの共振周波数を有し、気体状態では１つの共振周波数を有し、プラズマ状態では別の共振周波数を有することができる。
【００７５】
好ましくは、共振周波数モードは、臨界共振周波数に近い周波数である。これは、共振基準であり得る。臨界共振周波数は、勾配力が発散になるおよび／または勾配力が方向を変えるときの周波数であってもよい。
【００７６】
一例として、共振周波数と臨界共振周波数との比が０．８〜０．９９９、より好ましくは０．９〜０．９９になる場合、共振周波数は、臨界共振周波数に近いと見なされてもよい。
【００７７】
さらに、共振周波数モードは、好ましくは、上述した臨界共振周波数よりも低い周波数である。これは、共振基準であり得る。上記に示されており、以下でさらに説明するように、臨界共振周波数よりも小さい共振周波数は、燃料の収縮をもたらすことができる。
【００７８】
重要なことには、共振周波数モードは、周波数間隔内の任意の周波数であってもよい。しかしながら、生成される中性子の量は、使用される共振周波数モードに依存する可能性がある。
【００７９】
周波数間隔は、より低い周波数から臨界共振周波数まで延ばすことができる。例えば、外部波発生器は、第１共振周波数モードと第２共振周波数モードとを提供することができ、第１共振周波数モードは、第２共振周波数モードよりも臨界共振周波数に近い。第１共振周波数モードを有するＥＭ放射入力エネルギーに第１目標物を曝すことによって、第２共振周波数モードを有するＥＭ放射入力エネルギーに第１目標物を曝すことよりも、多くの中性子を生成することができる。さらに、入力エネルギーの増加は、中性子生成の速度を増加することができる。
【００８０】
したがって、波動エネルギー伝達は、好ましくは共振エネルギー伝達であるが、非共振エネルギー伝達であってもよい。共振エネルギー伝達とは、ＥＭ放射線の周波数が臨界共振周波数に近い周波数間隔に包含されることを意味する。
【００８１】
少なくとも１つの共振周波数モードは、多くの単一共振周波数を含むことができる。これは、共振基準であり得る。例えば、共振周波数ωは、複数の共振周波数２ω、３ω、４ω、５ω、．．．をもたらすことができる。
【００８２】
関連するエネルギーが第１目標物中の中性子の核破砕を引き起こすための閾値エネルギー以上であるように、共振周波数モードを選択することができる。
【００８３】
一例として、共振周波数モードが臨界共振周波数に近い場合、勾配力は、１０−５Ｎ〜１Ｎの強度を有することができる。別の例において、勾配力は、０．０１Ｎ〜０．１Ｎの強度を有することができる。しかしながら、他の強さも同様に考えられることは、明らかである。
【００８４】
中性子生成の速度は、勾配力の強さ、燃料の温度、および共振周波数のうち少なくとも１つに依存し得る。
【００８５】
第１例において、７Ｌｉの気体／プラズマに関連する臨界共振周波数Ωａ＝１．３×１０１６Ｈｚである。また、Ωａは、波長の原子間距離ａ＝１．１×１０−８ｍに基づいており、波は、光の速度（ｃ）で伝播する。
【００８６】
第２例において、対応する気体／プラズマのイオン音波共振である７Ｌｉ＋の臨界共振周波数は、Ωａ＝７．９×１０１３Ｈｚである。気体／プラズマにおける平均原子間距離ａ＝１．１×１０−９ｍである。
【００８７】
第３例において、対応する重水素気体／プラズマのイオン音波の臨界周波数およびＤ＋の平均原子間距離は、それぞれΩａ＝１．３×１０１３Ｈｚおよびａ＝６．１×１０−９ｍである。
【００８８】
一実施形態によれば、少なくとも１つの共振周波数モードは、第１目標物の原子間距離に関連する。第１目標物の所定部分に対して、原子は、３次元格子状に配列され得る。第１目標物がいくつかの同位体を含む場合、その部分は、固定の格子構造を有する１つの特定の同位体に関連し得る。格子のｘ、ｙ、ｚ方向の原子間距離は、それぞれａｘ、ａｙ、ａｚとして記載することができる。明らかには、原子間距離ａｘ、ａｙおよびａｚは、一般に異なり、特定種類の格子に依存する。
【００８９】
共振周波数モードは、関係式ωｉ＝ｕｉ／ａｉによって原子間距離ａｉに関係し得る。式中、ｕｉは、定数であり、ｉは、ｘ、ｙまたはｚである。定数ｕｉは、速度の寸法を有する、すなわち、［ｕｉ］＝Ｌ×Ｔ−１。式中、Ｌは、長さパラメータであり、Ｔは、時間パラメータである。定数ｕｉは、特定方向上の速度成分または速度の大きさであってもよい。第１非限定的な例において、定数ｕｉは、第１目標物の一部の音速である。音速は、イオン音波速度であってもよい。第２および第３非限定的な例において、定数ｕｉは、第１目標物の一部のプラズマ波速度ｕｗである。
【００９０】
一実施形態によれば、少なくとも１つの共振周波数モードは、第１目標物の気体共振またはプラズマ共振周波数モード、第１目標物の磁化および／または非磁化プラズマを特徴付けるプラズマ共振、または第２目標物の固体／流体／気体／プラズマ共振周波数モードである。
【００９１】
一実施形態によれば、本発明の方法は、第１目標物をプラズマ状態にすることをさらに含む。実際に、第１目標物がプラズマ状態になった場合、勾配力は、支配的になる。
【００９２】
一実施形態によれば、本発明の方法は、第１目標物を固体状態から液体状態にすることをさらに含む。本発明の方法は、第１目標物を液体状態から気体状態にすることをさらに含むことができる。また、本発明の方法は、第１目標物を気体状態からプラズマ状態にすることをさらに含むことができる。
【００９３】
一実施形態によれば、第２目標物は、微細粒粉末（低温状態）として固体状態に維持される。一実施形態によれば、本発明の方法は、第２目標物を液体状態または気体状態にすることをさらに含む。
【００９４】
一実施形態によれば、本発明の方法は、第１目標物および第２目標物の少なくとも１つを加熱するステップをさらに含む。この実施形態により、より多くの中性子を生成することができる。実際に、より高温の燃料は、勾配力による圧縮を受けることができ、中性子の生成および中性子の捕獲に有益である。
【００９５】
一実施形態によれば、加熱は、誘導加熱によって行われる。誘導加熱は、２相または３相の誘導加熱であってもよい。この実施形態の利点は、燃料が加熱装置によって加熱されることができ、燃料と物理的に接触する必要がない。また、加熱は、燃料の抵抗加熱を引き起こす誘導渦電流によって達成されてもよい。さらに、加熱は、燃料における磁気ヒステリシス損失によって達成されてもよい。
【００９６】
上述したように、勾配力の別の意味は、熱い物質が冷たい物質を吸引し得ることである。例えば、第１目標物は、中性子を放出または放射すると、冷たくなる。これによって、第１目標物は、第２目標物によって吸引され得る。具体的には、第１目標物は、第２目標物の核に向かって吸引され得る。
【００９７】
燃料の加熱は、臨界共振周波数よりも遥かに低い周波数を有するＥＭ放射線で第１目標物を照射する場合でも、燃料の核に影響を及ぼすことができる。燃料を高温にすると、勾配力のコア収縮および周囲粒子の吸引を引き起こすことができる。物質の凝集状態に関わらず、共振に近い波加熱は、かなり大きな力をもたらす。蓄積された共振力は、最終的に、第１目標物の核分裂／核破砕エネルギーに達する。
【００９８】
第１目標物の加熱、蒸発およびイオン化は、高い炉心温度だけで原子炉内の中性子核破砕をもたらす可能性があるが、この場合、生成速度が低い。力の大きさは、共振周波数付近よりも数桁大きくてもよい。
【００９９】
各々が対応の凝集状態に関連するいくつかの共振が考えられる。電磁力の強度を考慮する場合、電磁力も中性気体を支配する。具体的には、電磁力は、０．０１％のイオン化率を超える環境に有効である。その理由で、核破砕過程は、プラズマ共振によって支配される過程として見なされてもよい。第１目標物（リチウムイオンおよび重水素イオン）のイオン化率は、イオン化と再結合との均衡である。再結合とは、イオンが中性子に戻ることを意味する。高密度気体環境で高いイオン化率を維持するためには、余剰電磁力が必要である。
【０１００】
一実施形態によれば、ＥＭ放射入力エネルギーは、矩形波信号または正弦波信号の形で提供される。矩形波信号は、複数の高調波、すなわち周波数モードを含む。具体的には、矩形波信号は、少なくとも１つの共振周波数モードを含むことができる。他の種類の信号も同様に考えられる。具体的には、非正弦波信号が好まれる場合がある。例えば、鋸歯状の信号を提供してもよい。さらに、不規則な信号を提供してもよい。
【０１０１】
一実施形態によれば、本発明の方法は、生成されたＥＭ放射出力エネルギーがエネルギー閾値を超える場合、第１目標物をＥＭ放射維持エネルギーに曝すことによって、ＥＭ放射出力エネルギーの生成を維持するステップをさらに含む。この実施形態の利点は、生成されたＥＭ放射出力エネルギーがエネルギー閾値を超える場合、第１目標物に維持エネルギーを入力することによって、追加のＥＭ放射出力エネルギーを生成することができることである。具体的には、このステップは、加熱を徐々にオフにしながら達成することができる。さらに、加熱を完全にオフにした場合にも、維持エネルギーを維持することができる。維持エネルギーは、上述した加熱装置とは別個の供給源から供給されてもよい。
【０１０２】
一例において、第１目標物は、ＥＭ維持エネルギーのみに曝される。具体的には、第１目標物に、加熱、例えば外部加熱を加えない。別の例において、第１目標物は、ＥＭ維持エネルギーと共に、加熱を加える。
【０１０３】
別の実施形態によれば、本発明の方法は、生成された中性子が閾値を超える場合、第１目標物をＥＭ放射維持エネルギーに曝すことによって、ＥＭ放射線出力エネルギーの生成を維持するステップをさらに含む。
【０１０４】
繰り返して説明すれば、保守的な省エネルギー方法を用いて、低エネルギー入力で中性子捕獲過程を実行することができる。高エネルギーで第１中性子を捕獲するための準定常状態に到達した後、共振周波数に近いが共振周波数未満の周波数で動作する低電力高周波ＥＭ波源を用いて、第２準定常状態にする。本明細書において、第２準定常状態とは、中性子の捕獲を維持するために必要な入力エネルギーがより少なくなり、従って電力の生成も少なくなることを意味する。臨界共振に近い低電力高周波は、主に内部加熱によって維持される温度基準線から中性子核破砕速度を向上させるのに十分である。
【０１０５】
所望の出力エネルギーを達成した後、原子炉は、波源からの小さい補正入力による調整によって、ほぼ自立して一定の電力を出力しながら、動作することができる。波源は、低電力高周波源であってもよい。上述した方法は、中性子捕獲過程をより良く制御することに加えて、高エネルギー利得を制御し、原子炉の持続可能な動作を提供することができる。
【０１０６】
一実施形態によれば、ＥＭ放射維持エネルギーは、周波数間隔に包含される少なくとも１つの共振周波数モードを含むＥＭ放射線によって供給される。
【０１０７】
一実施形態によれば、ＥＭ放射維持エネルギーは、波源によって提供される。波源または波発生器は、ＥＭ波源であってもよい。非限定的な例において、波源は、放電電極である。波源によって、維持エネルギーをより制御された方法で提供することができる。さらに、中性子の生成を維持するためには、より低い電力を必要とする。実際には、波動源を用いて、低減した電力で定常動作を維持することができる。低減した電力は、組み合わせられた加熱およびＥＭ放射入力エネルギーによって提供された電力に比べて、無視できない。
【０１０８】
一実施形態によれば、本発明の方法は、遠距離宇宙探測機用の軽量熱電電力の生成機の作動を含むことができる。供給源ユニットは、低電力維持モードで動作する場合、長期間（３０年以上）に動作することができ、常に少ない量の目標物を必要とする。他の解決法に比べて、利点は、電力を供給するために放射性元素を必要しないことである。
【０１０９】
別の実施形態によれば、本発明の方法は、生成されたＥＭ放射出力エネルギーによってタービンを作動させ、タービンによって電気を生成する動作をさらに含むことができる。タービンは、蒸気タービンであってもよい。
【０１１０】
なお、上述した方法のステップまたは実施形態のいずれかは、上記で説明した順序に従って正確に実行する必要がない。
【０１１１】
本発明の第２態様によれば、電力の生成に使用されるための装置が提供される。この装置は、ＥＭ放射入力エネルギーを生成するための供給源ユニットと、第１目標物と、第２目標物とを含む、供給源ユニットは、第１目標物に第１同位体変位を誘発し、第１同位体変位から中性子を生成するために、第１目標物を電磁放射入力エネルギーに曝すことによって、波共振を介して第１目標物をより高いエネルギー状態にし、第２目標物を用いて中性子を捕捉することによって、第２目標物に第２同位体変位を誘発し、電磁放射出力エネルギーを生成するように、構成される。
【０１１２】
本発明の第２態様の詳細および利点は、上述した本発明の第１態様の詳細および利点と大いに類似している。
【０１１３】
一実施形態によれば、装置は、磁場および／または電場を生成するためのＥＭ供給源ユニットをさらに備える。非限定的な例において、ＥＭ供給源ユニットとＥＭ放射入力エネルギーを生成するための供給源ユニットとは、同様である。
【０１１４】
一実施形態によれば、装置は、第１目標物および第２目標物を収容するための燃料容器をさらに備える。燃料容器は、放射線および／または中性子を吸収する材料を含むことができる。具体的には、燃料容器は、軟放射線および／または熱中性子を吸収する材料を含むことができる。燃料容器は、セラミック材料を含むことができる。セラミック材料は、酸化アルミニウムを含むことができる。
【０１１５】
一実施形態によれば、燃料容器は、圧力チャンバである。圧力チャンバを介して、改善された方法で燃料容器内の核燃料の圧力を調節および制御することができる。例えば、第１目標物を固体状態から気体状態に変換すると、第１目標物の体積が大きくなるため、燃料容器内の圧力が上昇する。この圧力は、圧力チャンバに接続された通気システムによって制御することができる。また、通気システムを用いて、気体状態および／または液体状態の第１目標物を原子炉に供給することができる。
【０１１６】
一実施形態によれば、第１目標物および第２目標物は、混合される。第１目標物および第２目標物を比例的に混合することができる。これによって、第１目標物の量および第２目標物の量を調整することによって、増加した量の中性子を生成することができる。目標物を混合することによって、安定して装置の長期間の動作を維持することができる。所定の利得レベルで安定性を維持することができる。
【０１１７】
第１の非限定的な例において、第１目標物および第２目標物の少なくとも１つは、粒子の形で提供される。第２の非限定的な例において、第２目標物は、網織物の形で提供される。第３の非限定的な例において、第２目標物は、糸または繊維の形で提供される。
【０１１８】
一般的に、特許請求の範囲に使用された全ての用語は、特に明記しない限り、当該技術分野における通常の意味に従って解釈すべきである。全ての「要素／装置／部品／手段／ステップ」の言及は、特に明記しない限り、少なくとも１つの要素、装置、部品、手段、ステップを意味する開放的な意味で解釈すべきである。
【０１１９】
本発明の上記および他の目的、特徴および利点は、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態の以下の例示的および非限定的な詳細な説明からよりよく理解されるであろう。添付の図面において、同様の参照番号を使用して、類似の要素を参照する。
【図面の簡単な説明】
【０１２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る装置を示す概略断面図である。
【図２】図１の装置を示す概略側面図である。
【図３】本発明の方法の一実施形態を示すフローチャートである。
【図４】図３のフローチャートに従った電力の生成を維持するためのステップを示すフローチャートである。
【図５】７Ｌｉ−５８Ｎｉ装置の電力対時間のシミュレーション図である。
【図６】Ｄ−５８Ｎｉ装置の電力対時間のシミュレーション図である。
【発明を実施するための形態】
【０１２１】
好ましい実施形態の詳細な説明
次に、図１および図２を参照して、本発明を説明する。図１および図２は、本発明の実施形態に係る装置１００を概略的に示している。図１は、装置１００を示す断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った側面図である。
【０１２２】
装置１００は、円筒形原子炉または単に原子炉と呼ばれ、チャンバ１１０、誘導コイル構造１２０、燃料容器１３０および側部構造１４０を備える。
【０１２３】
チャンバ１１０は、セラミック円筒である。このセラミック円筒は、装置１００の外部障壁を形成し、誘導コイル構造１２０と燃料容器１３０とを囲む。チャンバ１１０は、環状断面を有する。さらに、チャンバ１１０は側部構造１４０に緊密に嵌合している。
【０１２４】
誘導コイル構造１２０は、巻き構成で燃料容器１３０の周りに対称的に配置される。これにより、原子炉中心に幾何学的に集中する装置１００が形成される。誘導コイル構造１２０は、少なくとも１つの誘導コイルを備える。第１配線１２２は、誘導コイル構造１２０の左端に接続され、第２配線１２４は、誘導コイル構造１２０の右端に接続される。装置１００の動作時、第１配線１２２および第２配線１２４は、誘導コイル構造１２０に電力を供給する電源（図示せず）に接続されている。電源は、誘導コイル構造１２０内の電磁石に交流電流を流すように構成されている。
【０１２５】
本実施形態によれば、電源は、誘導コイル構造１２０に矩形波信号を供給するように構成される。矩形波信号は、固定の振幅および幅を有し、少なくとも１つの共振周波数モードを含むように選択される。電源からの信号の強度は、固定である。
【０１２６】
図１に見られるように、燃料容器１３０は、環状の断面を有する。また、燃料容器１３０は、鋼製である。燃料容器１３０の中央部には、燃料容器１３０の長手方向に沿って延在する燃料２００が設けられている。燃料２００は、第１目標物２１０と、第２目標物２２０とを含む。最初に、すなわち、装置１００が動作する前に、第１目標物２１０は、リチウム−７（７Ｌｉ）を含み、第２目標物２２０は、ニッケル５８（５８Ｎｉ）を含む。本実施形態によれば、第１目標物２１０と第２目標物２２０とは、粒子の形で提供され且つ混合されている。
【０１２７】
必要に応じて、燃料容器１３０は、中性子を遮蔽するための中性子吸収シールド（図示せず）を含むことができる。また、燃料容器１３０は、放射線を遮蔽するための放射線吸収シールド（図示せず）を含むことができる。中性子および／または放射線吸収シールドは、燃料容器１３０の少なくとも一部の上面に配置されてもよい。例えば、中性子吸収シールドおよび放射線吸収シールドは、単一のシールドに形成されてもよい。
【０１２８】
理解すべきことは、上述した例は、非限定的であり、第１目標物２１０は、他の物質、例えば重水素を含んでもよいことである。また、理解すべきことは、第２目標物２２０は、他の物質、例えば４０Ｃａ、４６Ｔｉ、５２Ｃｒ、６４Ｚｎ、７０Ｇｅおよび７４Ｓｅを含んでもよいことである。
【０１２９】
側部構造１４０は、第１側部１４２と第２側部１４４とを含む。側部構造１４０は、第１側部１４２および第２側部１４４に配置された放電電極ユニット１５０を含む。第３配線１２６は、放電電極ユニット１５０の左側の放電電極に接続され、第４配線１２８は、放電電極ユニット１５０の右側の放電電極に接続される。装置１００の動作時、第３配線１２６および第４配線１２８は、放電電極ユニット１５０に電力を供給する電源（図示せず）に接続されている。
【０１３０】
本実施形態によれば、放電電極ユニット１５０は、燃料容器１３０から空間的に離間している。放電電極は、制御された間隔で高電圧のナノ長パルスを発生することができる。パルスの電圧は、キロボルト（ｋＶ）級の電圧であってもよい。別の実施形態によれば、明らかには、放電電極ユニット１５０は、燃料容器１３０に空間的に接続されてもよい。
【０１３１】
次に、図３および図４のフローチャートを参照して、本発明の電力の生成に使用されるための方法（ブロック３００）の実施形態を説明する。本発明の方法は、上述した装置または円筒形原子炉１００において実施される。
【０１３２】
まず、燃料２００を燃料容器１３０に配置する（ブロック３１０）。燃料２００は、７Ｌｉを含有する第１目標物２１０と、５８Ｎｉを含有する第２目標物２２０とを含む。より具体的には、燃料２００は、５８Ｎｉに混合された７Ｌｉを含む。７Ｌｉおよび５８Ｎｉの両方は、固体の形で提供される。
【０１３３】
次に、燃料２００は、上述した誘導コイル構造１２０によるＥＭ放射線によって照射される（ブロック３２０）。したがって、第１目標物２１０は、波共振によって、まず、部分的にイオン化された気体状態になり、その後より高いエネルギー状態になる。より具体的には、ＥＭ放射線は、臨界共振周波数に近いが臨界共振周波数よりも低い周波数を有する少なくとも１つの共振周波数モードを含む。臨界共振周波数は、ＥＭ放射線によって誘起された勾配力が特異値になる時の周波数である。勾配力の特性は、上記の概要で詳述されている。具体的に説明すると、勾配力は、臨界共振周波数を超える場合および臨界共振周波数未満の場合に、異なる方向に作用する。方向は、互いに反対である。具体的には、勾配力は、臨界共振周波数未満の場合、燃料２００内の物質を収縮させるように作用する。
【０１３４】
一定の入力エネルギーを得るまで、ＥＭ放射線による照射を徐々に増加する。
誘導コイル構造１２０は、燃料２００に対して誘導加熱を行う（ブロック３３０）。留意すべきことは、中央放電チャネルと誘導加熱の幾何合焦との組み合わせは、燃料２００に与える放射エネルギーを増幅することである。
【０１３５】
幾何合焦は、装置１００の大きさによって変化してもよい。非限定的な例において、装置１００の幾何合焦は、合焦の幾何形状によって、焦点における放射線を２〜６倍に増幅することができる。これによって、第１目標物および第２目標物の勾配力対入力電力を増幅することができる。なお、この場合、力の値は、共振よりも遥かに低い波長に対するものである。
【０１３６】
燃料２００が加熱されると、第１目標物２１０は、気体状態になり、その後イオン化され、プラズマ状態になる。一方、第２目標物２２０は、固体または液体のままに留まる。実際に、リチウムは、１３４２℃という比較的低い沸点を有するため、より容易にプラズマ状態に変換することができる。重水素も同様である。逆に、ニッケルは、２９１３℃という比較的高い沸点を有するため、少なくともより長い時間に、固体または液体のままに留まる。
【０１３７】
放電電極ユニット１５０は、円筒状原子炉１００内の気体をイオン化して加熱する。円筒状原子炉１００の両端の放電電極１５０は、内部に放電チャネルを形成する。この放電チャネルは、燃料容器１３０に配置された燃料２００を所定のイオン化状態に維持することができる。
【０１３８】
したがって、燃料混合物中の７Ｌｉは、その沸騰温度を超えると予想され、これによって、放電管内の７Ｌｉ気体／イオン存在量が増加する。逆に、５８Ｎｉは、過剰温度で固体または溶融状態のままに留まり、原子炉内の勾配力の主要誘引物になる。その理由の１つは、この実施形態において７Ｌｉを含む第１目標物２１０は、燃料容器１３０内の高温によって、気化およびイオン化して、燃料容器１３０内に迅速に分布することである。一方、この実施形態においてニッケルを含む第２目標物２２０は、中性子を捕獲するために、徐々に燃料容器１３０内の最も熱い物になる。これによって、第２目標物２２０は、装置１００内で最も強い誘引物になる。第２目標物２２０の高融点は、第２目標物２２０の蒸発を妨げる。その結果、第２目標物２２０は、より長い時間の間に留まり、周囲の気体および／またはプラズマを吸引することができる。
【０１３９】
加熱に加えて、組み合わせられた誘導および放電放射線は、広域スペクトルの高調波を含み、これらの高調波は、臨界共振周波数に近いが、臨界共振周波数未満の周波数を有する。
【０１４０】
燃料２００を加熱することによって、臨界共振周波数は、全てのリチウムが気化および／またはイオン化される平衡状態になるまで徐々に変化する。平衡状態は、イオン化と再結合が均衡になる状態であってもよい。平衡状態は、組換え頻度によって決定され得る。
【０１４１】
燃料２００の温度がより高くなると、燃料２００の勾配力のコア収縮および周囲粒子の引力が高くなる。燃料２００が第１目標物２１０の核分裂／核破砕エネルギーに達すると、第１目標物２１０は、中性子を放出し、７Ｌｉから６Ｌｉへの同位体変位を行う。
【０１４２】
第２目標物２２０は、放出された中性子を捕獲すると、少なくとも１つの同位体変位を行う。また、中性子が捕獲されると、ＥＭ放射出力エネルギーが放出される。例えば、第２目標物２２０中の５８Ｎｉは、２つの中性子を捕獲する場合、同位体６０Ｎｉに変位することができ、４つの中性子を捕獲する場合、同位体６２Ｎｉに変位することができる。
【０１４３】
装置１００によって生成された出力エネルギーがエネルギー閾値よりも大きい場合（ブロック３４０）、装置１００は、維持モードに入ることができる（ブロック３５０）。以下、図４を参照して、維持モードを説明する。
【０１４４】
装置１００によって生成された出力エネルギーがエネルギー閾値よりも小さい場合（ブロック３４０）、燃料２００は、ＥＭ放射線によってさらに照射され（ブロック３２０）、さらに加熱される（ブロック３３０）。誘導コイル構造１２０および放電電極装置１５０による照射および加熱は、中性子捕獲によって生成されたＥＭ放射出力エネルギーがエネルギー閾値よりも大きくなるまで継続する。
【０１４５】
本実施形態によれば、装置１００は、装置１００によって生成されたＥＭ放射出力エネルギーがエネルギー閾値を超える場合に、維持モードに入る（ブロック４００）。
【０１４６】
まず、誘導コイル構造１２０の動作を停止する（ブロック４１０）。動作の停止は、徐々に行われる。これによって、誘導コイル構造１２０から燃料２００、特に第１目標物２１０に供給される照射および加熱は、終了する。
【０１４７】
次いで、第１目標物２１０をＥＭ放射維持エネルギーに曝す（ブロック４２０）。本実施形態によれば、ＥＭ電線維持エネルギーは、放電電極ユニット１５０のみから提供される。したがって、入力エネルギーよりも少ないエネルギーで、第１目標物２１０の核破砕、すなわち、中性子放出を維持することができる。好ましくは、電磁放射維持エネルギーは、臨界共振周波数に近いがそれより低い周波数を有する共振周波数モードを含む。さらに、放電電極ユニット１５０が誘導コイル構造１２０に比べてより良好に制御され得るため、核破砕過程をより良好に制御することができる。実際に、放電電極ユニット１５０は、より精確な周波数を提供することができる。具体的には、放電電極ユニット１５０の制御を改善することによって、出力エネルギーをより良好に制御することができる。
【０１４８】
装置１００のこの状態では、中性子の捕獲を維持するために必要な入力エネルギーがより少なくなり、従って電力の生成も少なくなるため、装置１００のこの状態を準定常状態（ＱＳＳ）と呼ぶことができる。実際に、小さいエネルギーの入力は、大きいエネルギー利得を得ることができる。
【０１４９】
装置１００または同等の原子炉の動作中、特に準定常状態の間に、装置１００の内部で生成される正味エネルギーは、装置１００の放射損失、すなわち、装置１００の表面、例えばチャンバ１１０から放射されたエネルギーと同等である。以下に詳述するように、装置１００の表面から放射されたエネルギーを用いて、装置を動作させることができる。
【０１５０】
外部から７Ｌｉおよび５８Ｎｉを加熱することによって、第１目標物２１０中の中性子の核破砕および第２目標物２２０中の中性子の捕獲を理論的なＱＳＳレベルまで最も効率的に確立することができる。説明の目的のために、従来の熱交換問題に基づいて、関数Ｐ（ｔ）＝Ｐ０（１−ｅｘｐ（−ｔ／ｔ０））を用いて、装置１００によって生成されたエネルギーの増加を説明することができる。式中、Ｐ０は、ＱＳＳ電力を表し、すなわち、Ｐ原子炉＝Ｐ放射＝Ｐ０。なお、これは、理想的なＱＳＳである。実際には、この過程は、時間の経過と共に変化する、例えば、他の元素による中性子の捕獲、または時間の経過と共に一次同位体の漸進的な「減衰」、例えば５８Ｎｉから６０Ｎｉから６２Ｎｉまでの減衰に従って変化することができる。後者は、内部過程がＱＳＳを大幅に促進することを示している。中性子捕獲による内部加熱は、第１目標物２１０の核破砕速度および第２目標物２２０の中性子捕獲速度を向上させることができ、外部加熱によって得られる可能なエネルギー利得率を超えるエネルギー利得率をもたらす。最終的には、内部加熱は、装置１００内の過程の主な利得ドライバになる可能性がある。これによって、出力エネルギーと入力エネルギーとの比率として定義された利得比は、大きな係数で増大することができる。非限定的な例において、この係数は、３〜２０、または５〜１０であってもよい。上記の結果として、新しいＱＳＳを達成することができる。
【０１５１】
上記を考慮して、重要な課題は、適切な原子炉の設計、および原子炉壁温度を保持するおよび／または抵抗するために使用される材料を提供することである。
【０１５２】
したがって、中性子の捕獲による内部加熱および放電電極ユニット１５０からの微量な共振波入力エネルギーによって、核破砕過程は、最終的にほぼ自立することになる。これにより、微量な入力エネルギーを必要とする効率的な反応過程をもたらすことができる。
【０１５３】
必要に応じて、装置１００は、遮蔽装置（図示せず）をさらに備える。この遮蔽装置は、装置１００が準定常状態に達したときに、中性子の生成を中止するように構成されている。遮蔽装置を用いて、中性子の生成速度を低下させることによって、電力の生成を中止するまたは緩和することができる。エネルギーの出力が所望よりも大きい場合、電力の生成を緩和することができる。遮蔽装置は、燃料容器１３０の中心付近に配置することができる。遮蔽装置は、第１目標物２１０から放出された中性子を遮蔽するために、燃料容器１３０に挿入され得る中性子吸収物質を含むことができる。中性子吸収材料は、Ｘｅ−１３５またはＳｍ−１４９であってもよい。
【０１５４】
上述した電力の生成は、燃料２００の一定な部分を使い切るまでまたは出力電力がより低い出力電力未満に低下するまで、継続してもよい。使用済み燃料とは、最初に７Ｌｉを含む第１目標物が同位体６Ｌｉに変位されたこと、および／または最初に５８Ｎｉを含む第２目標物が５８Ｎｉまたは６２Ｎｉなどのニッケル同位体に変位されたことを意味する。
【０１５５】
最初の燃料２００を使い切ると、装置１００に新しい燃料を装填することができる。必要に応じて、最初の燃料２００を使い切る前に、一定の間隔で新しい燃料を装填してもよい。別の実施形態によれば、重水素は、液体または気体で連続的に注入されることができる。
【０１５６】
上述した装置１００は、電力を生成するための発電所（図示せず）に配置されてもよい。当業者に知られているように、発電所は、装置１００、蒸気タービン、および電気を生成するための追加の装置を備えてもよい。電気は、装置１００からの出力エネルギーを利用して生成されてもよい。
【０１５７】
具体的には、上述した方法は、発電所に使用された電気生成方法の一部であってもよい。発電所に使用された方法は、電気を生成するための更なるステップを含むことができる。
【０１５８】
理解すべきことは、装置１００から出力された電力を使用して、様々な種類の機械を動作させることができることである。非限定的な例において、これらの機械は、スターリングモータ、蒸気モータなどであってもよい。装置１００と装置との間には、熱交換器を設けてもよい。
【０１５９】
さらに、より多くの出力エネルギーを供給するために、２つ以上の装置１００を直列または並列に設けることができる。
【０１６０】
図５は、異なる動作段階（Ａ）〜（Ｄ）を示す７Ｌｉ−５８Ｎｉ装置の電力対時間のシミュレーション図である。（Ａ）は、第１目標物の初期気化およびイオン化段階を表す。（Ｂ）は、第１擬似定常相をもたらす遷移相を表す。（Ｃ）は、外部ヒータによるエネルギーの漸減および共振に近い外部電磁波放射による温度フィードバックを組み合わせた位相を表す。（Ｄ）は、第２レベルの準定常状態で動作する外部電磁波放射による温度フィードバックを表す。この場合のエネルギー利得が、１０〜５０倍に上昇する。（１）は、気化／イオン化電力、（２）は、誘導コイルの入力電力、（３）は、第２準定常状態を得るための波維持電力、（４）は、原子炉から生成された電力、（５）は、余剰電力（核融合誘発分裂）を表す。
【０１６１】
図６は、図５の応答位相を示すＤ−５８Ｎｉ装置の電力対時間シミュレーションを示すシミュレーション図である。留意すべきことは、一般に、Ｄ−５８Ｎｉ装置は、７Ｌｉ−５８Ｎｉ装置よりも約３倍の効率を有し、より低い外部電力および波エネルギー入力で動作できることである。
【０１６２】
主にいくつかの実施形態を参照して、上記で本発明を説明した。しかしながら、当業者にとって容易に分かるように、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の範囲内で、上記に開示された実施形態以外の他の実施形態も同様に可能である。具体的には、特定の第１目標物および第２目標物の選択は、限定的なものではなく、例示的な目標物のみを表すものとして見なすべきである。例えば、第１目標物は、重水素または７Ｌｉおよび重水素の混合物を含んでもよく、第２目標物は、４０Ｃａ、４６Ｔｉ、５２Ｃｒ、６４Ｚｎ、５８Ｎｉ、７０Ｇｅまたは７４Ｓｅ、またはこれらの同位体の２つ以上の混合物を含んでもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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