(57)【要約】【課題】  地球衛星軌道上への人，物資の輸送に用いられる化学燃料式ロケットを上回る軌道投入能力を持った電気推進式エンジンに必要な電力供給方式を実現することに有る。【解決手段】  地表および衛星軌道上にミューオンビーム発生装置を設け、そこから供給されるミューオンを用いて、重水素と三重水素のミューオン触媒核融合反応を起こし、核融合反応で生じる高速中性子を核分裂ブランケットで吸収し、発熱量を増幅し、核融合および核分裂反応で生じた熱から発電を行い、電気熱変換による加熱、または放電による加熱、または放電による加熱、プラズマ化とそれに続いた電磁流体加速によって噴射媒体を高速に加速、噴射することによって推進力を得る飛翔体を構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気を外部から取り込み噴射媒体とするか，または飛翔体内部に貯蔵された噴射媒体を用いるか、あるいはその双方を噴射媒体とて利用し、それら噴射媒体を電気熱変換による加熱、または放電による加熱、または放電による加熱、プラズマ化とそれに続いた電磁流体加速を行って高速に加速、噴射し推進力とする飛翔体において、発電のための熱源として、重水素と三重水素のミューオン触媒核融合反応装置を備え、さらにミューオン触媒核融合反応装置は、重水素と三重水素の核融合反応によって発生する高速中性子を吸収し、核分裂反応によりエネルギー増幅するため、高速中性子によって核分裂をおこす核分裂物質からなるブランケットを備え、さらに核融合反応と核分裂反応で生じた熱を電気エネルギーに変換する発電装置を備え、さらに飛翔体の外部、地表あるいは衛星軌道上のミューオンビーム発生装置から供給されるミューオンビームを飛翔体内部のミューオン触媒核融合装置に導く磁気トラップを備え、さらに飛翔体が負に帯電することを防止するために電子、または負のイオンを放出する帯電防止装置を備えたことを特徴とした飛翔体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、地表および衛星軌道上にミューオンビーム発生装置を設け、そこから供給されるミューオンを用いて、重水素と三重水素のミューオン触媒核融合反応を起こし、核融合反応で生じる高速中性子を核分裂ブランケットで吸収し、発熱量を増幅し、核融合および核分裂反応で生じた熱から発電を行い、電気熱変換による加熱、または放電による加熱、または放電による加熱、プラズマ化とそれに続いた電磁流体加速によって噴射媒体を高速に加速、噴射することによって推進力を得る飛翔体に関する。
【背景技術】
【０００２】  現在、宇宙空間に人、物資を輸送するには、液体を使用するか、固体を使用するかの違いが有っても、基本的に酸化剤と還元剤を混合して化学反応させる化学燃料ロケットが用いられる。化学反応を利用するため噴射媒体の速度は４〜５ｋｍ／ｓ程度にとどまる。そのため衛星軌道に達するために必要な速度〜８ｋｍ／ｓを得るために、化学燃料ロケットの初期質量のほとんどは燃料である酸化剤と還元剤が占めることになる。このため衛星軌道上に投入できるペイロードの質量は化学燃料ロケットの初期質量の１０％に満たない。
【非特許文献１】  ”宇宙工学概論”斎藤  利生著  地人書館
【０００３】  高い排気速度を得るために核分裂反応により発生する熱を用いて噴射媒体を加熱するアイデアも考案されているが、原子炉の質量が大きくなるなど種々の問題があり、実現はしていない。また、電気熱変換を用いて噴射媒体を加熱し排気速度〜１０ｋｍ／ｓに達するレジストジェットエンジンが考案され試験的に作成されたが、適切な電源が得られないため、地表からのロケット打ち上げには利用されていない。
【非特許文献２】  ”Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｒｏｐｕｌｓｉｏｎ”  Ｒ．Ｇ．Ｊａｈｎ  Ｄｏｖｅｒ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】  噴射媒体の排気速度が〜１０ｋｍ／ｓに達する電気熱変換を用いたレジストジェットエンジン、あるいは放電による加熱をもちいたアークジェットエンジン、あるいは放電による加熱、プラズマ化とそれに続いた電磁流体加速によって噴射媒体を高遠に加速、噴射する電磁流体加速プラズマエンジンを用いて、地表からの宇宙船の打ち上げに必要な推力を発生させるに足る電力を供給する方法を提供することに有る。
【課題を解決するための手段】
【０００５】  大気を外部から取り込み噴射媒体とするか，または飛翔体内部に貯蔵された噴射媒体を用いるか、あるいはその双方を噴射媒体とて利用し、それら噴射媒体を電気熱変換による加熱、または放電による加熱、または放電による加熱、プラズマ化とそれに続いた電磁流体加速を行って高速に加速、噴射し推進力とする飛翔体において、発電のための熱源として、重水素と三重水素のミューオン触媒核融合反応装置を備え、さらにミューオン触媒核融合反応装置は、重水素と三重水素の核融合反応によって発生する高速中性子を吸収し、核分裂反応によりエネルギー増幅するため、高速中性子によって核分裂をおこす核分裂物質からなるブランケットを備え、さらに核融合反応と核分裂反応で生じた熱を電気エネルギーに変換する発電装置を備え、さらに飛翔体の外部、地表あるいは衛星軌道上のミューオンビーム発生装置から供給されるミューオンビームを飛翔体内部のミューオン触媒核融合装置に導く磁気トラップを備え、さらに飛翔体が負に帯電することを防止するために電子、または負のイオンを放出する帯電防止装置を備えたことを特徴とした飛翔体を作成する。
【発明の効果】
【０００６】  本発明では、ミューオン触媒核融合反応に用いられるミューオンは、地表および衛星軌道上のミューオンビーム発生装置から供給される、したがって、飛翔体にはミューオンを発生させるための加速器、ターゲットなどの設備が必要とされない。そのため、飛翔体のペイロード以外の質量を大幅に削減できる。ミューオンビームはミューオンの運動エネルギーを適切に選ぶことにより、地表から１０〜２０ｋｍは届く。また標高５０００ｍ程度にミューオンビーム発射ポイントを設けることにより、地表の１／２の大気密度を利用すれば３０ｋｍ以上の大気を透過する。地表から２０〜３０ｋｍ以上では大気密度は十分低いので衛星軌道上のミューオンビーム発生装置でミューオンを供給することができる。【０００７】  ミューオン触媒核融合反応においては、ミューオン１個あたり１５０回程度の核融合触媒反応が観察されている。核融合反応の燃料として重水素と三重水素を用い、核融合反応によって発生する高速中性子を核分裂物質によって吸収し、核分裂反応によって発熱エネルギーを増幅し、その増幅率は４０倍程度が容易に得られる。
【非特許文献３】  物理学最前線１９  ミュオン触媒核融合  永嶺謙忠著  共立出版
【特許文献１】  公開特許公報  昭５８−１２９３９５
【０００８】  地表付近では噴射媒体として大気を採り入れ、電気熱変換によって加熱し、噴射することによって、飛翔体が内部に貯蔵すべき噴射媒体質量を大きく削減することができる。【０００９】  地表から十分はなれた時点で、水素、アンモニア、ヒドラジンなどを噴射媒体として選び、電気熱変換によって３０００Ｋ程度まで加熱することにより、排気速度〜１０ｋｍ／ｓと通常の化学燃料ロケットの排気速度の２倍以上の値が得られる。これによって衛星軌道投入に必要な噴射媒体の質量を大きく削減することができる。結果として、初期質量の約５０％のペイロード（構造重量を含めて）を地球衛星軌道に投入できる。【００１０】  衛星軌道からさらに月軌道以遠に達すためには、アークジェット、電磁流体加速式のプラズマエンジンが利用できる。これらは必要な推力、噴射媒体の質量を勘案して利用される。核分裂ブランケットをそなえたミューオン触媒核融合炉の電気出力は非常に大きくできるので、短時間に加速を終了することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】  大気を外部から取り込み噴射媒体とするか，または飛翔体内部に貯蔵された噴射媒体を用いるか、あるいはその双方を噴射媒体とて利用し、それら噴射媒体を電気熱変換による加熱、または放電による加熱、または放電による加熱、プラズマ化とそれに続いた電磁流体加速を行って高速に加速、噴射し推進力とする飛翔体において、発電のための熱源として、重水素と三重水素のミューオン触媒核融合反応装置を備え、さらにミューオン触媒核融合反応装置は、重水素と三重水素の核融合反応によって発生する高速中性子を吸収し、核分裂反応によりエネルギー増幅するため、高速中性子によって核分裂をおこす核分裂物質からなるブランケットを備え、さらに核融合反応と核分裂反応で生じた熱を電気エネルギーに変換する発電装置を備え、さらに飛翔体の外部、地表あるいは衛星軌道上のミューオンビーム発生装置から供給されるミューオンビームを飛翔体内部のミューオン触媒核融合装置に導く磁気トラップを備え、さらに飛翔体が負に帯電することを防止するために電子、または負のイオンを放出する帯電防止装置を備えたことを特徴とした飛翔体を作成する。
【実施例】
【００１２】  地上および衛星軌道上にミューオンビーム発生装置が設けられる。ミューオンビーム発生装置は、陽子を数百ＭｅＶからＧｅＶ級に加速し、重水素、炭素などの軽元素からなるターゲットに照射し、発生する負のπ中間子の崩壊によって負のミューオンを得る。得られた負のミューオンは磁気レンズなどでコリメートされ、飛翔体の位置によってミューオンの運動エネルギーが調整される。通常は負のミューオンの運動エネルギーは１００ＭｅＶから数ＧｅＶ程度の間で調整される。【００１３】  以下、図を用いて実施例を説明する。飛翔体には、重水素と三重水素の同一モル分率からなる混合物が高圧で充填されたミューオン触媒核融合炉の炉心となる高圧容器１１が設置される。高圧容器１１の周囲にウラン２３８を主成分としウラン２３５、またはプルトニウム２３９を数％添加した、高速中性子による発熱エネルギー増幅率４０倍程度とした核分裂ブランケット１２が設置される。核分裂ブランケット１２はヘリウムで冷却される。核分裂ブランケットを出た高温のヘリウムは、発電装置１３で熱エネルギーが電力に変換され、冷却されたヘリウムは核分裂ブランケット１２の冷却に使われ、発電装置１３と核分裂ブランケットの間でヘリウムが循環する。発電装置１３には冷却装置１４が接続される。核分裂ブランケット１２と発電装置１３の間の矢印はヘリウムの循環を、発電装置１３と冷却装置１４の間の矢印は冷却剤の循環を表す。発電装置１３はスターリングエンジン式、ガスタービン式などが用いられる。【００１４】  液体ヘリウムによって冷却された超電導磁石からなるミラー型磁気トラップ１５が設置される。この磁気トラップによって外部のミューオンビーム２１をミューオン触媒核融合炉の炉心となる高圧容器１１に導く。【００１５】  地表近くの大気密度が高い領域では、吸気口３２からコンプレッサー３１を用いて大気を採り入れ、電気熱変換装置を備えたレジストジェットエンジン３３に送り込み、大気を噴射媒体として推力を得る。これによって飛翔体を速度１ｋｍ／ｓ程度まで加速する。発電装置１３とレジストジェットエンジン３３の間の線は電力の供給を意味する。【００１６】  外部の大気密度が薄くなり、十分な噴射媒体量が得られなくなった時点で、飛翔体内部の貯蔵容器３４に蓄えられているアンモニアをポンプ３５を用いて噴射媒体としてレジストジェットエンジン３３に送り込む。３０００Ｋ程度まで加熱することによりアンモニアおよびアンモニアの分解生成物の排気速度〜１０ｋｍ／ｓが得られる。これによって速度〜８ｋｍ／ｓまで加速する。【００１７】    このとき噴射終了後の最終質量は構造重量を含めて初期質量の約５０％になる。現在用いられている化学燃料式ロケットを遥かに上回る衛星軌道投入力を得ることができる。【００１８】  負のミューオンは崩壊して電子とニュートリノに変換するので、飛翔体の帯電を防ぐために帯電防止装置４１が設置され、電子または負のイオンを放出することによって、飛翔体の電荷的中性を保つ。高圧容器１１と帯電防止装置４１の間の矢印は電子の流れを表し、帯電防止装置４１から出る矢印は電子、または負イオンの放出を表す。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の概念図である。
【符号の説明】
１１  ミューオン触媒核融合の炉心となる高圧容器
１２  核分裂ブランケット
１３  発電装置
１４  冷却装置
１５  ミラー型磁気トラップ
２１  ミューオンビーム
３１  コンプレッサー
３２  吸気口
３３  レジストジェットエンジン
３４  アンモニア貯蔵容器
３５  ポンプ
４１  帯電防止装置
【図１】
2009096441.tif 000003