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公開番号2025043400
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-31
出願番号2024162510,2024065053
出願日2024-09-19,2024-04-14
発明の名称加速器、減速器、核変換システム
出願人個人
代理人
主分類G21B 3/00 20060101AFI20250324BHJP(核物理;核工学)
要約【課題】ミュオンを用いてホウ素や炭素などの原子核を核変換するシステムを検討する。ミュオン標的に炭素原子を用いた標的を用いると炭素原子が高エネルギーの陽子照射を経て高度に放射化される問題があり、ミュオン標的が放射化しにくくなる系を考案したい。標的の交換の負担を減らすシステムを考案したい。またミュオンは高速のため標的の原料原子と反応しにくい可能性もあった。
【解決手段】宇宙線により生成された宇宙ミュオンや原子衝突により生成した中間子由来の高速なミュオンを電場・減速手段を用いて減速させ核変換に用いる系を考案する。レーザー航跡場を用いた減速器と電場を形成する素子を用いた減速器を提案する。ミュオンは例えば炭素12や窒素・ホウ素等と水素を結合させ核変換に用いる。宇宙線を用いてミュオンを生成する宇宙線・宇宙構造物・宇宙探査ロボットを提案する。
【選択図】図18
特許請求の範囲【請求項１】
ミュオン粒子、又は宇宙線を用いて生成されたミュオン粒子、又は宇宙線ミュオン粒子を減速器を用いて減速可能な特徴を有する核変換システムであって、
前記減速器によって減速された前記ミュオンを核変換させたい原料原子に結合可能な核変換システムであって、
前記減速器は、
レーザー航跡場を用いて、若しくは電場を用いて、若しくは磁場を用いて、
若しくは材料内の電場を用いて、若しくは材料内の磁場を用いて、
若しくは複数積層したキャパシタ又は積層キャパシタを用いて、
若しくはキャパシタにより生じた電場を用いて、
若しくは材料を用いて、若しくはミュオン核変換において減速された前記ミュオンを結合させたい原料原子を含む材料を用いて、若しくは誘電体材料を用いて、若しくは絶縁体材料を用いて、若しくはイオン化冷却を用いて、若しくは摩擦冷却を用いて、
前記ミュオン粒子を前記減速することが可能な特徴を有する減速器を用いた核変換システムであって、
前記減速器にて前記減速されたミュオンを、
前記原料原子に輸送可能な、
若しくは前記減速器と原料原子を接続可能な、
若しくは前記減速器に備えられた原料原子に結合可能な、
若しくは前記減速器に含まれる原料原子に結合可能な、核変換システム。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記核変換させたい原料原子よりも原子番号の小さい原子に核変換する工程を有する請求項１に記載の核変換システム。
【請求項３】
前記原料原子はホウ素・炭素・窒素・酸素・フッ素の原子であって、前記減速された前記ミュオンを前記原料原子に照射・投入する工程を有する、請求項２に記載の核変換システム。
【請求項４】
宇宙線を用いて生成されたミュオン粒子又は宇宙線ミュオン粒子を減速器を用いて減速可能な特徴を有するミュオン粒子減速器を備えた核変換システム。
【請求項５】
前記減速器によって減速された前記ミュオンを核変換させたい原料原子に結合可能な請求項４に記載の核変換システム。
【請求項６】
第１の前記原料原子である水素原子・ヘリウム原子・リチウム原子・ベリリウム原子・ホウ素原子・炭素原子・窒素原子・酸素原子・フッ素原子・ネオン原子・ナトリウム原子・原子核融合させたい原子Aと、
第２の前記原料原子である水素原子・ヘリウム原子・リチウム原子・ベリリウム原子・ホウ素原子・炭素原子・窒素原子・酸素原子・フッ素原子・ネオン原子・ナトリウム原子・原子核融合させたい原子Bとを、前記減速された前記宇宙ミュオンを用いて核変換させる特徴を有する、請求項４に記載の核変換システム。
【請求項７】
第１の前記原料原子である水素原子と、
第２の前記原料原子であるリチウム・ベリリウム・ホウ素原子・炭素原子・窒素原子・酸素原子・フッ素原子とを、前記減速された前記宇宙ミュオンを用いて核変換させる特徴を有する、請求項４に記載の核変換システム。
【請求項８】
前記核変換させたい原料原子よりも原子番号の小さい原子に核変換する工程を有する請求項４に記載の核変換システム。
【請求項９】
前記原料原子はホウ素・炭素・窒素・酸素・フッ素の原子であって、前記減速された前記ミュオンを前記原料原子に照射・投入する工程を有する、請求項４に記載の核変換システム。
【請求項１０】
核融合反応によって生成した原子・粒子の原子核の電荷が核融合燃料物質の原子・粒子の原子核の電荷より小さい特徴を持つ核融合反応系を用いる、ミュオン核融合又はミュオン核変換を行う核変換システムであって、
前記核融合燃料物質はホウ素原子を含み、前記核融合燃料物質は固体ではない水素化ホウ素若しくは液体又は気体の水素化ホウ素を用いるミュオン触媒核融合システムであって、
前記水素化ホウ素に前記減速された前記ミュオンを照射・投入する工程と、前記ミューオンを照射・投入された前記水素化ホウ素を圧縮する工程を有する、ミュオン触媒核融合システムを含む、請求項１に記載の核変換システム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、原子力に関連する考案・発明である。本発明はミューオン触媒核融合システムに関するものである。（アイデアによる出願であって、実証が必要である）
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
非特許文献１のようにミューオン触媒核融合方式（ミュオン触媒核融合）が公知である。
【０００３】
重水素Ｄや三重水素Ｔを含む水素分子を液体とし、そこへミューオン（ミュオン）を投入しミュオンが核融合の触媒のようにふるまい核融合反応をさせる。しかし水素分子では核融合後の原子核の電荷が水素原子の＋１からヘリウム原子の＋２に増え、＋２の電荷をもつ核・へリウム核・アルファ粒子核によりミューオンがクーロン力的に捕捉・トラップされて前記ミュオン触媒核融合が停止する（反応しにくくさせる）課題があった。
【０００４】
非特許文献２によれば、陽子とホウ素を用いる熱核融合方式が公知である。熱核融合炉ではＤ－Ｔ、Ｄ－Ｄ反応で核融合炉を放射化させうる高エネルギーの中性子線が問題になっており、その解決の例として中性子を放出しない、しにくい、陽子とホウ素を用いる系（Ｐ－１１Ｂ系、陽子ホウ素系）が検討されている。前記Ｐ－１１Ｂ系を熱核融合炉で行う場合、熱核融合を起こさせる温度がＤ－Ｔ系より１０倍高温にする必要がある課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
高エネルギー加速器研究機構ＫＥＫ、ミュオン触媒核融合［インターネット、ＷＥＢページ、ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ２．ｋｅｋ．ｊｐ／ｉｍｓｓ／ｍｓｌ／ｍｕｏｎ－ｔｏｕｒ／ｆｕｓｉｏｎ．ｈｔｍｌｌ、令和５年９月１８日閲覧］
【非特許文献】
【０００６】
核融合科学研究所ＮＩＦＳ、先進的核融合燃料を使った核融合反応の実証－中性子を生成しない軽水素ホウ素反応を利用したクリーンな核融合炉への第一歩－［インターネットＷＥＢページ、ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ｎｉｆｓ．ａｃ．ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｒｅｓｅａｒｃｈｅｓ／２３０３０９－０１．ｈｔｍｌ、令和５年９月１８日閲覧］
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
解決しようとする問題点は、水素原子・水素分子を用いるミューオン触媒核融合の系において、ミューオンがクーロン力的に捕捉・トラップされて前記ミューオン触媒核融合が停止する（反応しにくくさせる）問題である。また、ミューオン核融合において重水素Ｄや三重水素Ｔ等を用いる系では核融合炉や核融合システムの部材を放射化する虞のある中性子が発生するが、中性子の発生しない系があってもよいかもしれない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
ミューオン触媒核融合において核融合前の燃料物質である水素原子にミューオンを近づけて核融合させたいが、核融合後の原子核のヘリウム原子核は核融合前の水素原子核よりも電荷が増えてミューオンを捕捉しやすくなる。そこで本発明ではその電荷の変化を逆にする系として、陽子とホウ素を用いる系を実施例１として図１に開示する。またそれを搭載した宇宙船３・輸送機器３の想定例を図５に記載する。
【０００９】
図５の意図として恒星間惑星間を航行する宇宙船や宇宙探査ロボット３は太陽光・恒星の光の届かない、惑星間・恒星間においても宇宙船に搭載された燃料を用いて発電や推進する事が求められうる。その動力源として、宇宙の真空環境を用い、粒子加速器を稼働させミューオンや陽子を生成させ核融合炉・核融合推進器を構成出来ればと考えた背景がある。
【００１０】
また中性子が出る可能性はあるものの、本発明の別の視点での実施例（実施例２）として、陽子ホウ素を用いる系に限定しない例として、陽子とリチウムを用いる系等も開示する。リチウムの系を開示する意図としては、リチウムは融点がホウ素より低く、加熱して液体リチウムにしやすい。他方ホウ素を用いる系はホウ素の融点として摂氏２０００度超える高温に加熱する必要がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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