フィロ・ファーンズワース フューザー
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フィロ・ファーンズワース フューザー若しくは単純にフューザーとはフィロ・ファーンズワースによって発明された核融合装置である。Elmore, Tuck, やWatsonやGeorge MileyとRobert W. Bussardの様な多くの研究者達によって開発された核融合装置との大きな違いは大部分の核融合装置は磁場によってプラズマを封じ込めて緩やかに加熱するのに対して、フューザーは反応容器内で瞬間的に高温にする慣性静電場閉じ込め式である事である。
開発当初はすぐに核融合が実現されると期待されたが、開発が進むにつれ、難易度が高い事が明らかになり、核融合装置としてエネルギー源としての用途よりも、中性子発生装置としての用途に活路を見出された。今日では、その特性を活かして地中に埋設された地雷等の爆発物に含まれる化学物質のスペクトルをエネルギー分散型X線分光計で検出する事により、危険物質を検出する用途等に向けて開発が進められつつある。
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[編集] 歴史
[編集] 発明
フューザーはテレビジョンの先駆者として知られるフィロ・ファーンズワースによって原型が発明された。1930年代初頭、テレビジョン向けの真空管の設計していた彼は興味深い現象を発見した。彼がマルチパクターと呼んだその現象は電子が電極から他の電極への移動が高周波磁界によって止められるものだった。真空管の中央に貯められ、高い増幅率を導いた。同時にそれは電子が電極にあたる事により電極を侵食した。現在ではそのマルチパクター効果の問題は避けられるよう対策がとられている。
ファーンズワースはその現象に興味を持ち、核融合を実現する上で重要なプラズマを高密度で高熱の状態で保持する事に応用できると思いついた。電子若しくはイオンの"壁"によってプラズマを閉じ込める装置を考案した。彼はこの仮想電極の概念をフューザーと名づけた。
[編集] 近年の開発
1980年代初頭から大型実験装置の建造は下火になった。商業的に成功したのはフューザーを基にした中性子発生装置である。2006年からRobert W. Bussardはフューザーと似た設計のPolywellと呼ばれる反応装置を提案している。
[編集] 動力源としてのフューザー
[編集] 中性子源としてのフューザー
詳細は中性子発生装置を参照
| Production source | ||||||
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| Neutrons | ||||||
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[編集] 愛好家による製作
フューザーを作るのは産業界だけではない。小規模の展示用のフューザーであれば高校生の科学実験として素人でも作れる。 [1][2]
スポット溶接された電極とステンレス鋼製の輪を右のアングルに繋ぐ、フューザーの電極は厳密に配置しなくても良い。外部電極はビーチボール大にする。内部は卓球の球から野球の球の大きさにする。ネオンサインやX線装置に使用される高圧トランスと高圧増幅器を使用する。自動車のスパークプラグ用電線で電気を送る。スパークプラグ若しくは似た碍子で真空容器と電線を絶縁する。
重水素は核物質として規制されていない物であれば入手できる。中性子はアルミ、銀、インジウム箔、若しくはプラスチック中性子検出器と光検出器で測定できる。電圧は2万ボルトで危険である。中性子の放射は電圧を40キロボルト上昇させる。X線の放射も危険である。観測窓は遮蔽する必要がある。
[編集] 出典
[編集] 特許
- Bennett, W. H., アメリカ合衆国特許第3120475号, Feb, 1964. (Thermonuclear power)
- P.T. Farnsworth, アメリカ合衆国特許第3258402号, June, 1966 (Electric discharge — Nuclear interaction)
- P.T. Farnsworth, アメリカ合衆国特許第3386883号. June, 1968 (Method and apparatus)
- Hirsch, Robert, アメリカ合衆国特許第3530036号. September, 1970 (Apparatus)
- Hirsch, Robert, アメリカ合衆国特許第3530497号. September, 1970 (Generating apparatus — Hirsch/Meeks)
- Hirsch, Robert, アメリカ合衆国特許第3533910号. October, 1970 (Lithium-Ion source)
- Hirsch, Robert, アメリカ合衆国特許第3655508号. April, 1972 (Reduce plasma leakage)
- P.T. Farnsworth, アメリカ合衆国特許第3664920号. May, 1972 (Electrostatic containment)
- R.W. Bussard, "Method and apparatus for controlling charged particles", アメリカ合衆国特許第4826646号, May, 1989 (Method and apparatus — Magnetic grid fields).
- R.W. Bussard, "Method and apparatus for creating and controlling nuclear fusion reactions", アメリカ合衆国特許第5160695号, November, 1992 (Method and apparatus — Ion acoustic waves).
[編集] 掲載雑誌
- Reducing the Barriers to Fusion Electric Power; G.L. Kulcinski and J.F. Santarius, October 1997 Presented at "Pathways to Fusion Power", submitted to Journal of Fusion Energy, vol. 17, No. 1, 1998. (Abstract in PDF)
- Robert L. Hirsch, "Inertial-Electrostatic Confinement of Ionized Fusion Gases", Journal of Applied Physics, v. 38, no. 7, October 1967
- Irving Langmuir, Katharine B. Blodgett, "Currents limited by space charge between concentric spheres" Physics Review, vol. 24, No. 1, pp49-59, 1924
- R. A. Anderl, J. K. Hartwell, J. H. Nadler, J. M. DeMora, R. A. Stubbers, and G. H. Miley, Development of an IEC Neutron Source for NDE, 16th Symposium on Fusion Engineering, eds. G. H. Miley and C. M. Elliott, IEEE Conf. Proc. 95CH35852, IEEE Piscataway, NJ, 1482–1485 (1996).
- "On the Inertial-Electrostatic Confinement of a Plasma" William C. Elmore, James L. Tuck, Kenneth M. Watson, "The Physics of Fluids" v. 2, no 3, May-June, 1959
[編集] その他
- D-3He Fusion in an Inertial Electrostatic Confinement Device; R.P. Ashley, G.L. Kulcinski, J.F. Santarius, S. Krupakar Murali, G. Piefer; IEEE Publication 99CH37050, pg. 35-37, 18th Symposium on Fusion Engineering, Albuquerque NM, 25-29 October 1999. (PDF)
- G.L. Kulcinski, Progress in Steady State Fusion of Advanced Fuels in the University of Wisconsin IEC Device, March 2001
- Fusion Reactivity Characterization of a Spherically Convergent Ion Focus, T.A. Thorson, R.D. Durst, R.J. Fonck, A.C. Sontag, Nuclear Fusion, Vol. 38, No. 4. p. 495, April 1998. (abstract)
- Convergence, Electrostatic Potential, and Density Measurements in a Spherically Convergent Ion Focus, T. A. Thorson, R. D. Durst, R. J. Fonck, and L. P. Wainwright, Phys. Plasma, 4:1, January 1997.
- R.W. Bussard and L. W. Jameson, "Inertial-Electrostatic Propulsion Spectrum: Airbreathing to Interstellar Flight", Journal of Propulsion and Power, v 11, no 2. The authors describe the proton — Boron 11 reaction and its application to ionic electrostatic confinement.
- R.W. Bussard and L. W. Jameson, "Fusion as Electric Propulsion", Journal of Propulsion and Power, v 6, no 5, September-October, 1990 (This is the same Bussard who conceived the Bussard Ramjet widely used in science-fiction for interstellar rocketry)
- Todd H. Rider, "A general critique of inertial-electrostatic confinement fusion systems", M.S. thesis at MIT, 1994.
- Todd H. Rider, "Fundamental limitations on plasma fusion systems not in thermodynamic equilibrium", Ph. D. thesis at MIT, 1995.
- Todd H. Rider, "Fundamental limitations on plasma fusion systems not in thermodynamic equilibrium" Physics of Plasmas, April 1997, Volume 4, Issue 4, pp. 1039-1046.
[編集] 資料
- Could Advanced Fusion Fuels Be Used with Today's Technology?; J.F. Santarius, G.L. Kulcinski, L.A. El-Guebaly, H.Y. Khater, January 1998 [presented at Fusion Power Associates Annual Meeting, August 27 - August 29 1997, Aspen CO; Journal of Fusion Energy, Vol. 17, No. 1, 1998, p. 33].
- R.W. Bussard and L. W. Jameson, "From SSTO to Saturn's Moons, Superperformance Fusion Propulsion for Practical Spaceflight", 30th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, 27 June 29 June 1994, AIAA-94-3269
- Robert W. Bussard presentation video to Google Employees - Google TechTalks, 9 November 2006.
- "The Advent of Clean Nuclear Fusion: Super-performance Space Power and Propulsion", Robert W. Bussard, Ph.D., 57th International Astronautical Congress, October 2-6, 2006.
[編集] 外部リンク
- David, Schneider, "Fusion from Television?". American Scientist, July-August 1999.
- University of Wisconsin-Madison IEC homepage
- RTFTechnologies.org IEC Fusion Reactor Construction
- Mr. Fusion — Blog of an experimenter
- Neutrons for sale — New Scientist article
- Fusion Experiments Show Nuclear Power's Softer Side — Wired article
- Various Patents and Articles Related to Fusion, IEC, ICC and Plasma Physics
- How a Small Vacuum System and a Bit of Basketweaving Will Get You a Working Inertial-Electrostatic Confinement Neutron Source
- Description of Bussard's "aneutronic" boron version
- "Fusion is Easy!" A Homemade Tabletop Nuclear Fusion Reactor for Science Fairs and Research
- Fusor.net Forum for hobbyist Fusor builders
- NSD-Fusion
- Google Video of Dr. Bussard explaining his work
