(57)【要約】【課題】より高効率の核融合反応が可能な核融合ターゲットを提供する。【解決手段】核融合ターゲット４は、エネルギー線（レーザ光）を照射することによって核融合反応を発生させるための核融合ターゲットであって、ＣＤシェル４１に金属のナノ粒子４２を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エネルギー線を照射することによって核融合反応を発生させるための核融合ターゲットであって、
金属のナノ粒子を含むことを特徴とする核融合ターゲット。
【請求項２】
前記金属は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＳｎおよびＴｉからなる群から選択される１種以上の金属、またはその合金であることを特徴とする請求項１に記載の核融合ターゲット。
【請求項３】
前記金属は、Ａｇ、Ａｌ、ＡｕまたはＣｕであることを特徴とする請求項２に記載の核融合ターゲット。
【請求項４】
前記ナノ粒子は、誘電体のコアと、前記金属のシェルとを有するコア−シェル型ナノ粒子であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の核融合ターゲット。
【請求項５】
前記金属はＡｇであり、前記コアはＳｉＯ２であることを特徴とする請求項４に記載の核融合ターゲット。
【請求項６】
前記ナノ粒子の径に対するＳｉＯ２の径の比が０．７〜０．９４であることを特徴とする請求項５に記載の核融合ターゲット。
【請求項７】
前記ナノ粒子の径に対するＳｉＯ２の径の比が０．８５であることを特徴とする請求項６に記載の核融合ターゲット。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の核融合ターゲットと、
前記エネルギー線を前記核融合ターゲットに照射する照射装置と、
を備えることを特徴とする核融合装置。
【請求項９】
前記エネルギー線はレーザ光であることを特徴とする請求項８に記載の核融合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ光などのエネルギー線を照射することによって核融合反応を発生させるための核融合ターゲットに関する。
【背景技術】
【０００２】
核融合は、未来の究極の発電法として期待されている。その手法は大きく二つの種類があり、一つ目は、磁場によるプラズマの閉じ込めを利用する、いわゆるトカマク型反応炉を用いる方式であり、二つ目は、核融合反応の燃料を入れた小型の核融合ターゲットを高出力レーザで照射するいわゆるレーザ核融合という方式である。本発明は、主にレーザ核融合に関わるものである。
【０００３】
レーザ核融合の方式には、一回のレーザ照射で爆縮と点火とを行ういわゆる中心点火方式（例えば、非特許文献１参照）と、爆縮用のレーザを照射後に点火用レーザで追加熱するいわゆる高速点火方式（例えば、非特許文献２参照）とがある。核融合反応の点火は、核融合ターゲット中の限られた領域の一点でも初めに起これば、そこで発生する大きい熱量により、連鎖的に反応を開始することができる。レーザによる核融合ターゲットの照射法として、核融合ターゲット全体を照射する方法（例えば、非特許文献３および４参照）ないし、金属コーン状材料の挿入による数１００ミクロンスケールの集光下で照射する方法（例えば、非特許文献２参照）が報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】J. Nuckolls、他３名、「Laser compression of matter to super-high densities」、Nature、1972年9月15日、第239巻、p. 139―142
【非特許文献２】R. Kodama、他２０名、「Fast heating of ultrahigh-density plasma as a step towards laser fusion ignition」、Nature、2001年8月23日、第412巻、p. 798―802
【非特許文献３】O. A. Hurricane、他２１名、「Fuel gain exceeding unity in an inertially confined fusion implosion」、Nature、2014年2月20日、第506巻、p. 343―348
【非特許文献４】Y. Kitagawa、他２９名、「Direct heating of a laser-imploded core by ultraintense laser-driven ions」、Phys. Rev. Lett.、2015年5月12日、第114巻、p. 195002-1―195002-6
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
核融合点火の成否は高密度プラズマ部の温度によって決まる。しかし現状では、点火用レーザから核融合ターゲットへのエネルギー結合（伝達）効率は１０〜２０％程度と低く、いかに高効率に点火用レーザを核融合ターゲットに集光させるかが重要となる。
【０００６】
本発明は、より高効率の核融合反応が可能な核融合ターゲットを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明に係る核融合ターゲットは、エネルギー線を照射することによって核融合反応を発生させるための核融合ターゲットであって、金属のナノ粒子を含むことを特徴とする。
【０００８】
また、本発明に係る核融合ターゲットにおいて、前記金属は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＳｎおよびＴｉからなる群から選択される１種以上の金属、またはその合金であることが好ましい。
【０００９】
また、本発明に係る核融合ターゲットにおいて、前記金属は、Ａｇ、Ａｌ、ＡｕまたはＣｕであることがさらに好ましい。
【００１０】
また、本発明に係る核融合ターゲットにおいて、前記ナノ粒子は、誘電体のコアと、前記金属のシェルとを有するコア−シェル型ナノ粒子であることが好ましい。
【００１１】
また、本発明に係る核融合ターゲットにおいて、前記金属はＡｇであり、前記コアはＳｉＯ２であることがさらに好ましい。
【００１２】
また、本発明に係る核融合ターゲットにおいて、前記ナノ粒子の径に対するＳｉＯ２の径の比が０．７〜０．９４であることがさらに好ましい。
【００１３】
また、本発明に係る核融合ターゲットにおいて、前記ナノ粒子の径に対するＳｉＯ２の径の比が０．８５であることが特に好ましい。
【００１４】
また、本発明に係る核融合装置は、本発明に係る核融合ターゲットと、前記エネルギー線を前記核融合ターゲットに照射する照射装置と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る核融合装置において、前記エネルギー線はレーザ光であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、より高効率の核融合反応が可能な核融合ターゲットを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の一実施形態に係る核融合装置の構造を示す概略図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、核融合ターゲットの平面図および断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、高速点火方式による核融合反応の説明図である。
【図４】１１種類の各金属で形成されたナノ粒子の周囲における電界増強度を示すグラフである。
【図５】コア−シェル型のナノ粒子を示す断面図である。
【図６】銀ナノシェルの周囲における電界増強度を示すグラフである。
【図７】アルミニウムナノシェルの周囲における電界増強度を示すグラフである。
【図８】金ナノシェルの周囲における電界増強度を示すグラフである。
【図９】銅ナノシェルの周囲における電界増強度を示すグラフである。
【図１０】比較例における核融合ターゲットのエネルギー密度の分布を示す図である。
【図１１】実施例１における核融合ターゲットのエネルギー密度の分布を示す図である。
【図１２】図１１に示すエネルギー密度の分布の銀ナノ粒子付近を拡大して示す図である。
【図１３】実施例１および比較例における、核融合ターゲットの径方向のエネルギー密度の相対値を示すグラフである。
【図１４】実施例２における核融合ターゲットのエネルギー密度の分布を示す図である。
【図１５】図１４に示すエネルギー密度の分布の銀ナノ粒子付近を拡大して示す図である。
【図１６】実施例２および比較例における、核融合ターゲットの径方向のエネルギー密度の相対値を示すグラフである。
【図１７】実施例３における核融合ターゲットのエネルギー密度の分布を示す図である。
【図１８】実施例３および比較例における、核融合ターゲットの径方向のエネルギー密度の相対値を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。なお、本発明は、下記の実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
図１は、本発明の一実施形態に係る核融合装置１の構造を示す概略図である。核融合装置１は、照射装置２と、真空容器３と、核融合ターゲット４とを備える。
【００２０】
照射装置２は、レーザ光Ｌを出射する装置である。照射装置２としては、半導体レーザやＹＡＧレーザ等が使用できるが、核融合装置１の高効率化および小型化の観点から、半導体レーザを用いることが好ましい。
【００２１】
真空容器３は、内部が真空である金属容器である。真空容器３内には、核融合ターゲット４が配置される。また、照射装置２から出射されたレーザ光Ｌは、真空容器３の窓３１を通って、核融合ターゲット４に照射されるようになっている。
【００２２】
図２（ａ）および（ｂ）はそれぞれ、核融合ターゲット４の平面図および断面図である。核融合ターゲット４は、重水素化ポリスチレン（Ｃ８Ｄ８）シェル（以下、ＣＤシェル）４１を備える。ＣＤシェル４１の内部空間には、重水素のガスが充填されている。
【００２３】
本実施形態において、ＣＤシェル４１の形状およびサイズは、直径が約５００μｍ、厚さが約１０μｍの球状であるが、本発明はこれに限定されない。ＣＤシェル４１は、各国でレーザ核融合の実験に用いられているものと同程度（数１００μｍ〜数ｍｍ）のサイズとすることができる。
【００２４】
さらに、核融合ターゲット４は、ＣＤシェル４１に金属のナノ粒子４２を含むことを特徴としている。これにより、核融合ターゲット４にレーザ光Ｌが照射された場合に、表面プラズモン共鳴による電界集中効果によって、ナノ粒子４２の近傍でレーザ光Ｌのエネルギー密度が著しく向上する。表面プラズモン共鳴とは、金属中の自由電子の集団的振動と電磁場との共鳴のことであり、これにより、特定の波長域の入射光に対し、金属体がアンテナのように光を引き寄せ集中させる現象が起きる。
【００２５】
表面プラズモン共鳴による電界集中効果によって、ナノ粒子４２の近傍は、エネルギーが局所的に集まった「ホットスポット」となり、他の場所よりも高温になるので、核融合反応が起きる可能性を飛躍的に高めることができる。また、レーザ光Ｌのエネルギーを高効率に利用できるため、核融合装置１の照射装置２の小型化も可能となる。ホットスポットにおいてひとたび核融合反応が起きれば、その莫大な反応熱により、さらにその近傍での核反応が誘発されるため、連鎖的に核融合ターゲット４全体の核融合反応を引き起こすことができる。
【００２６】
このように、ＣＤシェル４１に金属のナノ粒子４２を導入することにより、より高効率の核融合反応が可能な核融合ターゲット４を提供することができる。
【００２７】
なお、ＣＤシェル４１にナノ粒子４２を導入する方法は特に限定されないが、一般的に実用化されている化学プロセスを用いることができる。例えば、化学プロセスの工程中において、化学反応により重水素化ポリスチレンを生成したのち、重水素化ポリスチレンをＣＤシェル４１のサイズおよび形状に成形を行う。このとき、液状ないしゲル状の重水素化ポリスチレンにナノ粒子４２を散布し、攪拌したのちに、冷却・成形することで、ナノ粒子４２を含んだＣＤシェル４１を比較的容易に作製することができる。
【００２８】
レーザ核融合の方式には、一回のレーザ光照射で爆縮と点火とを行ういわゆる中心点火方式と、爆縮用のレーザ光を照射後に点火用レーザ光で追加熱するいわゆる高速点火方式とがあり、本発明は、いずれの方式にも適用可能である。一例として、高速点火方式による核融合反応を図３に示す。高速点火方式では、図３（ａ）に示す核融合ターゲット４に爆縮用のレーザ光を照射すると、爆縮が起こり、図３（ｂ）に示すように、直径約５０μｍのガス状ＣＤ４３となる。このガス状ＣＤ４３が慣性で静止している間に、点火用レーザ光を照射すると、ナノ粒子４２を起点に核融合反応が連鎖的に誘発され、図３（ｃ）に示すように、核融合ターゲット４の全体が核融合反応を引き起こす。
【００２９】
ナノ粒子４２の直径は、本発明において特に限定されないが、１０〜１００ｎｍ程度が好ましく、レーザ光の集光度が最も高くなる１００ｎｍ程度がより好ましい。なお、ナノ粒子４２のサイズが小さすぎると、金属中の電子が移動する際に、金属表面での散乱によるエネルギーロスの影響が大きくなる。一方、ナノ粒子４２のサイズが大きすぎると、光に伴う電磁場の金属体による減衰の作用により、入射光が金属中に発生する熱として失われる効果が大きくなる。
【００３０】
ナノ粒子４２を形成する金属は、表面プラズモン共鳴による電界集中を引き起こす金属であれば特に限定されない。例えば、前記金属は、Ａｇ、Ａｌ、Ａｕ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｐｄ、Ｐｔ、ＳｎおよびＴｉからなる群から選択される１種以上の金属、またはその合金である。
【００３１】
図４は、上記１１種類の各金属で形成されたナノ粒子の周囲における電界増強度（ある物体の存在下でのその物体周辺の電界強度と物体がない場合のもとの電界強度の比（＝エネルギー密度の比））を示すグラフである。この電界増強度は、より具体的には、爆縮された重水素化ポリスチレン中の球状の金属ナノ粒子について、三次元での静電場近似計算によって算出された電界増強度である。計算には、「Handbook of optical constants of solids」（E. D. Palik他、Academic Press、Orlando、1985年）に記載されている、光の波長に依存する各材料の複素誘電関数の実験データの文献値を用いている。なお、金属ナノ粒子の周囲の媒体の誘電関数はポリスチレンのものと同等であると仮定している。
【００３２】
図４に示す上記１１種類の金属の中で、Ａｇ、Ａｌ、ＡｕおよびＣｕは、電界増強度のピーク値が高い。そのため、ナノ粒子４２を形成する金属は、Ａｇ、Ａｌ、ＡｕまたはＣｕであることが好ましい。また、可視光波長領域では、Ａｇが最も高い電界増強度のピークを有する。そのため、ナノ粒子４２を形成する金属は、Ａｇであることが特に好ましい。
【００３３】
また、図５に示すように、ナノ粒子４２は、誘電体のコア４２１と、金属のシェル４２２とを有するコア−シェル型ナノ粒子（ナノシェル）であることがさらに好ましい。これにより、電界増強度をさらに増大させることが可能となる。
【００３４】
コア４２１は、誘電体であれば特に限定されないが、低屈折率の誘電体であることが好ましい。例えば、コア４２１としてＳｉＯ２を用いることができる。
【００３５】
シェル４２２を形成する金属は、表面プラズモン共鳴による電界集中を引き起こす金属であれば特に限定されないが、Ａｇ、Ａｌ、ＡｕまたはＣｕであることが好ましい。
【００３６】
図６〜図９はそれぞれ、銀ナノシェル（コア／シェル＝ＳｉＯ２／Ａｇ）、アルミニウムナノシェル（コア／シェル＝ＳｉＯ２／Ａｌ）、金ナノシェル（コア／シェル＝ＳｉＯ２／Ａｕ）および銅ナノシェル（コア／シェル＝ＳｉＯ２／Ｃｕ）の周囲における電界増強度を示すグラフである。これらの電界増強度は、爆縮された重水素化ポリスチレン中の球状の金属ナノシェルについて、三次元での静電場近似により計算された値である。各グラフにおいて、ａ１は、コア（ＳｉＯ２）の径であり、ａ２は、ナノ粒子の径（コアの径とシェルの厚みとの和）である。すなわち、ａ１／ａ２は、ナノ粒子の径に対するＳｉＯ２（コア）の径の比である。
【００３７】
これらのグラフから、コア４２１がＳｉＯ２であり、シェル４２２を形成する金属がＡｇであること（銀ナノシェル）が、特に電界増強度を高められる点で好ましい。銀ナノシェルでは、ａ１／ａ２＝０．７〜０．９４である場合に、電界増強度のピーク値が１０００を超える。例えば、ａ１／ａ２＝０．９３程度の銀ナノシェルを含む核融合ターゲットに対し、波長１．０５μｍの点火用レーザ光を照射することにより、１１００倍もの電磁場強度、すなわち、エネルギーの増大が得られることが分かる。
【００３８】
特に、ａ１／ａ２＝０．８５である場合に、電界増強度のピーク値が１５００を超える。よって、ナノ粒子４２として、ａ１／ａ２＝０．８５である銀ナノシェルを用いることが特に好ましい。
【００３９】
このように、ナノ粒子４２をコア−シェル型ナノ粒子とした場合、ナノ粒子の径に対するコアの径の比（ａ１／ａ２）を変えることにより、核融合に用いるレーザ光の波長に応じて、エネルギーの増大がピークとなる共鳴波長を自由に調整できるという利点がある。
【００４０】
なお、上述の電界増強度は、ナノ粒子４２が球状である場合のものであるが、ナノ粒子４２の形状は、エリプソイド（回転楕円形）であることがより好ましい。鋭い曲率の金属表面ほど高い電界増強度が得られるため、さらにエネルギーの増大度を高くすることができる。なお、この現象は「ライトニングロッド（光る杖）」（アンテナのように、尖った部分に光・電磁場が集められることによる）効果などと呼ばれている。
【００４１】
また、核融合ターゲット４に含まれるナノ粒子４２の個数は、特に限定されないが、ナノ粒子４２の最適な密度は、以下のようにして決定される。
１．核融合ターゲット４に入射されるレーザ光のエネルギーが、核融合ターゲット４中のどのナノ粒子４２にも到達し得るような場合においては、入射エネルギーがナノ粒子４２間で分配されることになる。そのため、局所的なエネルギーを最大にするために、ナノ粒子４２の数は少ないほど望ましい。しかし、実際には、１個のナノ粒子４２が集められる光の空間的範囲には限りがあるため、この限りではない。
２．粒子１個当たりに集められるエネルギーが同等である場合には、粒子数が多いほど、高エネルギーの地点の数が増えて、核融合反応の起きる確率が統計的に高まるため、望ましいと考えられる。
【００４２】
以上のことから、ナノ粒子４２同士の光を集める範囲がオーバーラップ（競合、奪い合い）しない範囲で、密度を最も高くすることが最適と考えられる。そこで、以下のように最適密度を導出することができる。
【００４３】
１個のナノ粒子４２は、おおよそ電磁エネルギー増強度に対応した光との相互作用の断面積（光を吸い寄せる粒子の実効的な断面積。粒子の実際の物理的断面積のおよそ電磁エネルギー増強度倍の面積となる。）を持ち、例えば、電磁エネルギー増強度が１００（倍）である場合、その粒子の半径の１０倍程度の距離までの光を集めることとなる。つまり、ナノ粒子４２のサイズが１００ｎｍ程度である場合には、１個／μｍ３程度の密度が望ましいということとなる。
【００４４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、種々の変更が可能である。
【００４５】
例えば、核融合ターゲットに照射されるエネルギー線は、表面プラズモン共鳴による電界集中によって局所的に集中するものであれば、特に限定されない。例えば、エネルギー線として、レーザ光の他、ＬＥＤ光や、電界によって発生するプラズマ線などを用いてもよい。
【００４６】
また、上記実施形態では、核融合ターゲットとして、中空シェル状のターゲットを用いたが、例えば、燃料が内部まで詰まった粒子状ターゲット（ペレット）を用いてもよい。また、上記実施形態では、核融合ターゲットの燃料として重水素化ポリスチレン（Ｃ８Ｄ８）を用いたが、本発明では核融合反応が可能な燃料であれば特に限定されない。
【００４７】
また、本発明は、従来の核融合技術と対峙するものではなく、それらと連結して同時に用いることができる。例えば、非特許文献２に記載の技術と本発明とを組み合わせると、金属コーン等によって集光させたレーザ光を、本発明の核融合ターゲットに照射することで、核融合ターゲットにおいてさらにレーザ光を局所的に集光させることができる。これにより、さらに高効率な核融合点火をもたらすことができる。また、核融合装置の小型化も可能となり、究極的には通常の実験室、ひいては卓上に納まるスケールで核融合装置が実現される可能性もある。
【実施例】
【００４８】
核融合ターゲットに金属ナノ粒子を導入することにより、どの程度光エネルギー密度が増大するかを把握するための電磁界解析を行った。具体的には、二次元での有限要素周波数領域計算により厳密にマクスウェル方程式を解くことによって、点火用レーザ光の照射時における核融合ターゲットの基底光学モードの時間平均電磁界エネルギー密度（Ｊ／ｍ３、以下「エネルギー密度」）を計算した。核融合ターゲットは、直径１００μｍの球状の核融合ターゲットとし、点火用レーザ光の波長は、１．０５μｍとした。
【００４９】
（実施例１）
実施例１では、１個の直径１００ｎｍの銀ナノ粒子が中央に配置されている核融合ターゲットに、点火用レーザ光を照射した場合の電磁場のエネルギー密度を計算した。
【００５０】
（実施例２）
実施例２では、１個の直径１００ｎｍの銀ナノ粒子が中央から右方向に１５μｍ離れた位置に配置されている核融合ターゲットに、点火用レーザ光を照射した場合の電磁場のエネルギー密度を計算した。
【００５１】
（実施例３）
実施例３では、１０個の直径１００ｎｍの銀ナノ粒子がランダムに分散された核融合ターゲットに、点火用レーザ光を照射した場合の電磁場のエネルギー密度を計算した。
【００５２】
（比較例）
比較例では、銀ナノ粒子を導入していない核融合ターゲットに、点火用レーザ光を照射した場合の電磁場のエネルギー密度を計算した。
【００５３】
（結果）
図１０は、比較例における核融合ターゲットのエネルギー密度の分布を示している。図１１は、実施例１における核融合ターゲットのエネルギー密度の分布を示しており、図１２は、図１１に示すエネルギー密度の分布の銀ナノ粒子付近を拡大して示している。なお、図１０〜図１２については、参考資料として別途カラー図面を提出している。
【００５４】
図１３は、実施例１および比較例における、核融合ターゲットの径方向のエネルギー密度の相対値を示すグラフである。なお、図１３において、比較例については、縦軸の値を１０倍している。
【００５５】
図１４は、実施例２における核融合ターゲットのエネルギー密度の分布を示しており、図１５は、図１４に示すエネルギー密度の分布の銀ナノ粒子付近を拡大して示している。なお、図１４および図１５については、参考資料として別途カラー図面を提出している。
【００５６】
図１６は、実施例２および比較例における、核融合ターゲットの径方向のエネルギー密度の相対値を示すグラフである。なお、図１６において、比較例については、縦軸の値を１０倍している。
【００５７】
図１７は、実施例３における核融合ターゲットのエネルギー密度の分布を示している。なお、図１７については、参考資料として別途カラー図面を提出している。
【００５８】
図１８は、実施例３および比較例における、核融合ターゲットの径方向（図１７の破線）のエネルギー密度の相対値を示すグラフである。なお、図１８において、比較例については、縦軸の値を１０倍している。
【００５９】
図１３から、実施例１では、銀ナノ粒子が存在しない比較例に比べ、銀ナノ粒子付近においてエネルギーを約６５倍集束させていることが分かる。
【００６０】
図１６から、実施例２では、比較例に比べ、銀ナノ粒子付近においてエネルギーを約６０倍集束させており、銀ナノ粒子の位置が核融合ターゲットの中央からずれていても、高い集束性が得られることが分かる。
【００６１】
図１８から、実施例２では、比較例に比べ、それぞれの銀ナノ粒子付近においてエネルギーを約５０集束させており、複数の銀ナノ粒子を分散させることにより、高い集束性が得られることが分かる。
【００６２】
以上のように、表面プラズモン共鳴により、銀ナノ粒子の近傍において、電磁界エネルギーが数十倍に増強されることが分かった。よって、公知の核融合ターゲット中に銀ナノ粒子を導入することにより、点火用レーザが局所的に集中して、より高効率な核融合点火をもたらすことができることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明は、凝縮系核融合または常温核融合などと呼ばれている、電気化学的な手法を用いた重水素化金属を利用した方式の核融合反応に適用することも可能である。凝縮系核融合の実現には、
課題１．いかにして空間的に高密度な重水素、トリチウムの存在する構造体を形成するか、
課題２．いかにして重水素、トリチウムを含むターゲットに対し、高密度なエネルギーを照射するか、
が重要なファクターである。
【００６４】
まず、課題１に対し、重水素分子のパラジウム表面への吸脱着過程のダイナミクスのモデルリングを行う。構築した輸送・反応モデルにより各素過程単独の速度を抽出し、系全体としての律速段階を決定することで、重水素吸着・吸収速度および最終到達水素密度を最大化するような条件の割り出しを行う。特に、気相中での重水素分子の解離過程が律速となっている可能性が考えられる（N. Lopez 他、Phys. Rev. Lett.、2004年、第93巻）が、その素過程を促進できれば、系全体としての重水素吸着・吸収速度を大幅に高めることが可能である。ここでも光のエネルギーを活用できる可能性があり、レーザ照射による重水素プラズマの生成が可能であると考えられる。重水素プラズマは、従来の解離重水素原子と比べ反応活性が高く、パラジウム等の金属への吸着速度の著しい向上が見込まれる。また、特にナノ粒子状の金属においては、表面プラズモン共鳴により、電界の著しい集中・増大が生じるため、より高い効率で重水素分子の解離およびイオン化が行われると期待される。これにより、パラジウムナノ粒子の粒径や形状、凝集度合いといった構造パラメータの最適化も行うことができる。
【００６５】
課題２に対しては、1990年頃の電気化学的な凝縮系核融合の実験（M. Fleischmann 他、J. Electroanal. Chem.、1989年、第261巻、p. 301、および、S. E. Jones 他、Nature、1989年、第338巻、p. 737）において、発明者の見積もったところ、投入されている電気エネルギーは数Ｗ／ｃｍ２程度のパワー密度である。気相反応系（Y. Arata and Y. Zhang、Proc. Jpn. Acad.、2002年、第78巻、p. 57）においても、同程度の吸着熱によるパワー密度が与えられていると考えられる。これに対し、レーザ光によるパワー密度がこれらの数桁倍に及び、さらに、本発明を適用することにより、表面プラズモン効果による電磁場増強によって、パラジウムナノ粒子自体などであっても１０倍程度、貴金属ナノシェルにおいては１０００倍という局所的なレーザ光のエネルギーの集中が得られることから、重水素吸蔵金属へのレーザ照射はますます有望であると考えられる。
【符号の説明】
【００６６】
１      核融合装置
２      照射装置
３      真空容器
３１    窓
４      核融合ターゲット
４１    ＣＤシェル
４２    ナノ粒子
４２１  コア
４２２  シェル
４３    ガス状ＣＤ
Ｌ      レーザ光（エネルギー線）
【図１】
2017058181.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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