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公開番号2025105158
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-10
出願番号2023223510
出願日2023-12-28
発明の名称プラズマ発生装置およびプラズマ発生方法
出願人個人
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G21B 1/11 20060101AFI20250703BHJP(核物理;核工学)
要約【課題】10⁸K程度の高温を実現することができる核融合反応発生装置を提供する。
【解決手段】核融合反応発生装置1は、重水を含む絶縁性を有する液体に電位差を与える少なくとも一対の電極3,3と、一対の電極3,3に接続された直流電源5と、液体に分散された導電性を有する複数のカーボンナノチューブ4と、を備えている。各カーボンナノチューブ4は、直径が10nm程度、長さが3mm程度とされている。電極3,3間の距離が1cmとされている。電極3,3の電位差が100kVとされている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
核融合燃料を含む絶縁性を有する媒体に電位差を与える少なくとも一対の電極と、
前記一対の電極に接続された電源と、
前記媒体に分散された導電性を有する複数のナノ構造材料と、
を備え、
各前記ナノ構造材料は、直径が1nm以上100nm以下、長さが0.5mm以上100mm以下とされ、
前記電極間の距離が１mm以上100mm以下とされ、
前記電位差が10ｋＶ以上1000ｋＶ以下とされている核融合反応発生装置。
続きを表示（約 730 文字）【請求項２】
絶縁性を有する媒体に電位差を与える少なくとも一対の電極と、
前記一対の電極に接続された電源と、
前記媒体に分散された導電性を有する複数のナノ構造材料と、
を備え、
各前記ナノ構造材料は、直径が1nm以上100nm以下、長さが0.5mm以上100mm以下とされ、
前記電極間の距離が１mm以上100mm以下とされ、
前記電位差が10ｋＶ以上1000ｋＶ以下とされているプラズマ発生装置。
【請求項３】
核融合燃料を含む絶縁性を有する媒体に電位差を与える少なくとも一対の電極と、
前記一対の電極に接続された電源と、
前記媒体に分散された導電性を有する複数のナノ構造材料と、
を用いて行う核融合反応発生方法であって、
各前記ナノ構造材料は、直径が1nm以上100nm以下、長さが0.5mm以上100mm以下とされ、
前記電極間の距離が１mm以上100mm以下とされ、
前記電位差が10ｋＶ以上1000ｋＶ以下とされている核融合反応発生方法。
【請求項４】
絶縁性を有する媒体に電位差を与える少なくとも一対の電極と、
前記一対の電極に接続された電源と、
前記媒体に分散された導電性を有する複数のナノ構造材料と、
を用いて行うプラズマ発生方法、
各前記ナノ構造材料は、直径が1nm以上100nm以下、長さが0.5mm以上100mm以下とされ、
前記電極間の距離が１mm以上100mm以下とされ、
前記電位差が10ｋＶ以上1000ｋＶ以下とされているプラズマ発生方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、核融合反応発生装置、プラズマ発生装置、核融合反応発生方法およびプラズマ発生方法に関するものである。
続きを表示（約 1,500 文字）【背景技術】
【０００２】
核融合反応の必要条件は、10
8
Ｋ程度の高温、十分な密度、十分な閉じ込め時間である。一般的に問題となるのは、高温発生に必要となる大きなエネルギー・仕事率と、発生する超高圧の閉じ込めである。
【０００３】
燃料プラズマを10
8
Ｋまで加熱すると、温度に比例した圧力が増大し、これを閉じ込めなければ膨張して反応率が低下する（例えば、爆薬ですら10
3
Ｋの温度(せいぜい5000K程度)に留まるのに、10
8
Ｋにもなる核融合プラズマはその10
5
倍となる）。高温においては、高エネルギーの熱放射を発して急速に冷える。これは、Stefan－Boltzmannの法則により、黒体ならばＴ
4
に比例するエネルギーの熱放射をするため。高温では特に強力な放射となり、そのために中心温度が1600万Ｋの太陽ですら、黒体と見なせる表面付近の温度は6000Ｋ程度にまで下がる。10
8
Ｋなら単位面積当たり太陽表面の10
16
倍以上のエネルギーを発することとなり非現実的である。ただし、一般に地上のプラズマの光学的深さは小さいためそこまでの強度にはならないものの、温度に見合った熱放射（高温においてはＸ線）を発して急速に冷える。このため、あまり時間を掛けて加熱することはできないし、できるだけプラズマの光学的深さを小さくする必要がある。
【０００４】
1ｇの重水燃料を10
8
Ｋまで1秒で加熱するには、～10
9
Ｊ程度、～10
9
Ｗ程度のエネルギー・仕事率が必要となるが、現実的ではない。直流電力を用いるなら、日本最強レベルの直流電源である佐久間周波数変換所レベルでも仕事率が足りない。パルス電源ならば仕事率は達成可能だが、上記のエネルギー量は到達困難である。そのうえ実用的なエネルギー増倍率では、出力が最大の通常爆弾並みとなってしまう。そのため、核融合点火には少量の燃料を集中的に加熱する方法が必要不可欠となる。
【０００５】
密度を保ち、核融合反応を進めるには、何らかの閉じ込め方式が必要となる。方式によっては、液体も固体も簡単に圧縮し、セラミックですら液体のように振る舞うほどの圧力を閉じ込める必要がある。閉じ込め方式としては、磁場閉じ込めと慣性閉じ込めが種々検討されている。
【０００６】
磁場閉じ込めでは、真空中の希薄な（磁場で閉じ込められる程度の密度の）プラズマを加熱することにより、少量の燃料を集中加熱する。
【０００７】
10
8
Ｋまでプラズマを加熱するには、10ｋＶ程度の電位差を下らせれば十分である。ただし、プラズマが希薄なため、比較的長時間閉じ込める必要がある。
【０００８】
基本的にプラズマを粒子束として扱うが、実際のプラズマは多体系であり流体である（振る舞いがChaoticである）ため、現状、プラズマを思うように閉じ込めておくことができない。
【０００９】
また、空間に閉じ込めたプラズマを再加熱するのが困難である。よく用いられる大出力の中性粒子ビームや共鳴マイクロ波は、効率的・安定的に発生させることが難しい。
【００１０】
慣性閉じ込め方式では、小さな燃料球に全方向から高エネルギーのレーザーを照射することにより、少量の燃料を集中加熱する。
（【００１１】以降は省略されています）

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