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公開番号2025164630
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-30
出願番号2024077576
出願日2024-04-18
発明の名称加速器屋が考えたTEMモード同軸共鳴器型核融合炉
出願人個人
代理人
主分類G21B 1/01 20060101AFI20251023BHJP(核物理;核工学)
要約【課題】現在開発が行われている大型の核融合炉では衝突断面積が10倍以上大きなD-T反応が用いられておりオーム加熱が主に用い入られており、プラズマの温度をあげて反応が持続する事を用いている。本発明ではTEMモード同軸共鳴器型空洞の空間に無数のサイクロトロンを形成して2次元の衝突により効率的に高いエネルギーの衝突を起こして核融合反応を生じさせるものである。途中で弾性散乱等で壁と衝突したものは壁の軽元素と反応をおこす、サイクロトロン共鳴を利用する為にはガスの圧力コントロールする事が極めて重要である。空洞の大きさとガス圧を適切に選ぶ事により最大の反応を得る事ができる。
【解決手段】本発明は、磁場とTEMモードマイクロ波空洞を用いて水素または重水素を高エネルギーに加速しランダムに衝突させて核融合を生じさせその結果出てくる粒子のエネルギーを吸収させ熱エネルギーに変換して発電を行う装置である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
本発明はＤＣ磁場とＴＥＭモード同軸共鳴器型空洞を平行に組み合わせて磁場強度と空洞周波数をサイクロトロン共鳴が生じるよう選びＤ－Ｄ反応、Ｄ－Ｔ反応、Ｄ－Ｈｅ３反応を用いいて核融合炉を実現させるものである。空洞壁にはＬＩ，Ｂｅ，Ｂ等の薄膜を設けて反応を増幅させる。また薄膜を設けることにより水素（ｐ）を用いて空洞壁の軽元素との核融合炉としても使用できる。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＤＣ磁場とＴＥＭモードのマイクロ波空洞を用いて水素、重水素を高エネルギーに加速し重水素どうし、重水素と３重水素を衝突させて核融合を生じさせその結果出てくる高エネルギー粒子のエネルギーを空洞等に吸収させ熱エネルギーまたは高周波エネルギーに変換して発電等を行う装置である。水素どうしは核融合はほとんどしないが空洞壁にＬｉ，Ｂｅ，Ｂ等の薄膜をつけておき、これらの原子核と融合反応を起こして核融合エネルギーを取り出すことができる。特に同位元素Ｌｉ６は重陽子と、Ｌｉ７とＢ１１は陽子とそれぞれ反応した時中性子等の透過力の大きな放射線を出さないことから特に有用と考えられる。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
現在核融合炉の開発には主に重水素（Ｄ）と３重水素（Ｔ）を用いて比較的低い温度で反応を進められるＤ＋Ｔ反応が用いられる。本発明ではよく知られてはいるが高い反応エネルギーが必要な重水素どうしや壁面でのＬｉ．Ｂｅ，Ｂ等の軽元素との核融合を行う事にも応用できる。
Ｄ＋Ｄ→Ｈｅ＋γ線（２３．８ＭｅＶ），Ｄ＋Ｄ→Ｔ＋ｐ（４．０３ＭｅＶ），Ｄ＋Ｄ→Ｈｅ３＋ｎ（３．２７ＭｅＶ）、壁でのＤ＋Ｌｉ，Ｔ＋Ｌｉ，等の軽元素との反応をもちいる。
また、陽子（ｐ）の場合は空洞壁でのＬｉ，Ｂｅ，Ｂ等の軽元素との核融合（融合原子核は最終的には２つまたは３つのＨｅに分離する）を用いる。ここではプラズマ中の反応ではなく壁面の個体ターゲットＬｉ，Ｂｅ，Ｂ等との反応を用いるのが特徴である。
【０００３】
水素は元より、燃料の重水素は海水に０．０６％含まれており無尽蔵と言ってよく、Ｄ＋Ｄ反応が実現出来れば人類のエネルギー問題の解決につながる。Ｄ－Ｄ反応が進むとＤ－Ｔ、Ｄ－Ｈｅ３反応も加わる。Ｄ－Ｔ反応炉、Ｄ－Ｈｅ３反応炉としても応用できる。Ｌｉもリチウム電池の材料として豊富でありＢもホウ素で広く用いられている。
【０００４】
現在の試験用核融合炉はプラズマを磁場により閉じこめ電流、高周波，中性ビーム加熱等により温度をあげて熱核融合を持続させることを目指している。本発明では磁場と垂直な面内に無数の高周波共鳴加速器（サイクロトロン）を形成して高エネルギーまで加速を行い互いに反対周りに加速された重水素同士の衝突また空洞壁に設けたけＬｉ等の軽元素核との衝突により核融合を生じさせるものである。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
解決に必要な課題は今までの装置が３次元的温度を一億度以上に高めることを目指して来たのに対して、磁場と垂直な面内の等価的温度を１億度（約１０ｋｅＶ）から数十１０億度（約数１００ｋｅＶ）に高め融合反応を生じさせる方法にある。ちなみ文献によるとＤＴ反応の断面積は数十ｋｅＶにピークを持ちその他の反応は数１００ｋｅＶで反応の断面積が大きくなる。磁場による強い閉じ込めを行わないので、空間での衝突と壁との衝突で核融合を行うことでエネルギーを取り出すことができ発電等の産業応用が考えられる。本件では効率が落ちる高調波ではなくシクロトロン基本波を用いるのが特徴である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明はＤＣ磁場とＴＥＭモードのサイクロトロン周波数のλ／２の整数倍の同軸空洞を平行に置くことにより加速電場がＤＣ磁場と垂直面内に生じる。（図１）ここに水素または、重水素ガスを適度な圧力で導入することによりプラズマ状態となった水素または、重水素原子核が磁場の周りをサイクロトロン加速をはじめエネルギーが高まったところで反対方向に加速された重水素原子核と衝突を起こし核融合が生じる。共鳴を起こす必要から磁場の千分の一程度の一様性と周波数の安定性を必要とする。水素の場合は散乱のみが起こり磁場から飛び出して壁面との衝突が起こる。磁場（Ｂ）の強さと加速空洞の角周波数はωｃ＝ｅＢ／ｍのよく知られた関係を満たす必要が有る。本方法ではサイクロトロン基本周波数の同軸共鳴器型空洞を用いる事により効率的に加速を行う事ができる。本方法ではプラズマの磁場による強い閉じ込めは必要無い。磁場方向の運動に比べ加速は十分早く行われる。さらにＴＥＭモードを用いる事により磁気瓶による完全ではない閉じ込めを用いる事により反応を強める事ができる。
【発明の効果】
【００７】
比較的小型の核融合発電機等に応用でき発電所や船舶の動力源等に利用でき強い放射性廃棄物を発生させない安全な装置を製作できる。燃料物質は海水等から無尽蔵に得られるため人類のエネルギー問題の解決に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００８】
ＴＥＭモード同軸共鳴器型核融合炉概念図

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