核反応装置用電極材料
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- 【要約】
【課題】 重水の電気分解を利用した固体内核反応の再現性を向上する。
【解決手段】 核反応装置用電極材料は、パラジウムPdの基板１と、基板１の表面に形成された酸化カルシウムCaＯ−パラジウムPdの混合薄膜３と、酸化カルシウムCaＯ−パラジウムPdの混合薄膜３の表面に形成された１μm未満の厚さのパラジウムPd層５を備えて構成され、使用時にはパラジウムPd層５が電解溶液に接するように配置される。
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- 【特許請求の範囲】
【請求項１】 水素吸蔵合金製基材にカルシウムCaを含有させてなることを特徴とする核反応装置用電極材料。
【請求項２】 前記水素吸蔵合金製基材の電解溶液接液側に酸化カルシウムCaＯ−水素吸蔵合金混合層を含有してなることを特徴とする請求項１記載の核反応装置用電極材料。
【請求項３】 前記水素吸蔵合金はパラジウムPdであることを請求項１又は請求項２記載の核反応装置用電極材料。
【請求項４】 パラジウムPd基材と、同基材の表面に形成された酸化カルシウムCaＯ−パラジウムPd混合層と、該酸化カルシウムCaＯ−パラジウムPd混合層の表面に形成された１μm未満の厚さのパラジウムPd層を備えてなり、前記パラジウムPd層が電解溶液に接するように配置されることを特徴とする核反応装置用電極材料。
- 【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電極材料に関し、特に電気分解を利用した固体内核反応装置用電極材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、パラジウム電極を用いて重水の電気分解を行うと、陰極のパラジウム電極で核反応が生ずるという技術報告がある。そして、この核反応を熱発生装置、核反応生成物（中性子、トリチウム、Ｘ線等）発生装置に利用しようという提案がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の核反応は未だ再現性が低く、実用に供するには難がある。本発明者は、再現性が低い原因の一つが電極の構成にあると考え、鋭意探求した結果、核反応の再現性を著しく向上した電極構造を提供できる見通しを得たものである。従って、本発明の課題は、高い再現性で核反応を発生し得る核反応装置用電極材料を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】如上の課題を解決するため、本発明によれば、核反応装置用電極材料は、パラジウムPdやチタンTi等の水素吸蔵合金を基材とし、これににカルシウムCaを含有させて構成される。好適には、水素吸蔵合金としてパラジウムPdを使用し、パラジウムPd製基材の電解溶液接液側に酸化カルシウムCaＯ−水素吸蔵合金混合層を含有して構成される。更に好適には、核反応装置用電極材料は、パラジウムPd基材と、同基材の表面に形成された酸化カルシウムCaＯ−パラジウムPd混合層と、その酸化カルシウムCaＯ−パラジウムPd混合層の表面に形成された１μm未満の厚さのパラジウムPd層を備えて構成され、前記パラジウムPd層が電解溶液に接するように配置される。
【０００５】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。図１は、板状電極として構成する場合の電極材料の断面を概念的に示したもので、水素吸蔵合金であるパラジウムPdの基板１の表面に酸化カルシウムCaＯとパラジウムPdの混合薄膜（混合層）３が成膜され、更に混合薄膜３を覆ってパラジウムPd層５が成膜されて構成される。好ましくは、混合薄膜３の厚さは、数１００Åから数１０００Åの範囲であり、パラジウムPd層は１μm未満である。尚、電極をロッド状に形成する場合は、図２に示すように、パラジウムPd棒１１の外周面に酸化カルシウムCaＯとパラジウムPdの混合薄膜１３が形成され、更にその外面にパラジウムPd層１５が成膜されて構成される。混合薄膜１３及びパラジウムPd層１５の厚さは、前述の混合薄膜３及びパラジウムPd層５のものと同じである。
【０００６】本発明の電極材料の作用効果を確認するため後述の手順で３個の試料を作成し、実験に供した。試料の作成手順は次の通りである。
ａ．パラジウムPd板をアセトン中で超音波洗浄し、その後温度９００℃で１０時間真空加熱処理する。このときの真空度は、１×１０−７Torr以下である。
ｂ．このパラジウムPd板を表面不純物除去のため、重王水でエッチングする。
ｃ．パラジウムPdと酸化カルシウムCaＯをアルゴンイオンビームで同時スパッターし、前記パラジウムPd板上にパラジウムPd中のカルシウムの割合が約１０％の比率で、酸化カルシウムCaＯとパラジウムPdの混合層を成膜する。
ｄ．前述の酸化カルシウムCaＯとパラジウムPdの混合層の上にパラジウムPdをアルゴンイオンビームでスパッターし、パラジウムPd層を形成する。
以上の手順で作成した試料の諸元は次のとおりである。
基板 Ca−Pd混合層の厚さ Pd層の膜厚 試料１ Pd板25×25×1mm １０００Å ４００Å （Pd：99.9％）
試料２ 同 上 ３０００Å ４００Å 試料３ 同 上 １０００Å １μｍ【０００７】以上の３試料を図３に示す固体内核反応装置２０の陰極電極として使用して実験を行った。固体内核反応装置２０の構成は、基本的には特願平６−３１２０４５号のものと同じであるが、簡単に説明すると電解セル２１と真空容器２３が組合わさって構成されている。電解セル２１は内部に電解溶液２５を蓄えるようになっていて、その中に陽極電極２７と陰極電極２９が配設され、これらは電源３１に接続されている。電解セル２１内には、更に触媒３３と電解溶液冷却用冷却管３５が配設され、又計測用として熱電対３７と圧力計３９が取り付けられている。一方、真空容器２３には真空排気用ポンプ４１が接続され、所定の真空状態を保持できるようになっている。陰極電極２９は、図示のように電解セル２１と真空容器２３との境界部に気密的に配置され、一面が電解溶液２５に接するようになっていて、これを取り囲むようにＸ線検出器４３，４５，４７が配設されている。実験では、陰極電極２９として前述の試料１、試料２及び試料３を順次交換して使用し、電解溶液２５として１mol/lのLiOD重水溶液を使用し、アルゴンガスでバブリング後、図４に示すような電流値制御で電気分解を行った。
【０００８】次に前述の実験結果を説明する。図５は、試料１を使用した実験におけるＸ線検出器４３，４５によるＸ線計測結果を示し、図６は同じ実験における過剰熱計測結果を示している。詳述すると、図５において、横軸は電気分解開始後の時間ｈを示し、縦軸はＸ線のカウント数を示すが、電気分解開始後１５時間経過時点及び２５５時間経過時点で２点鎖線で囲んで示すようにＸ線の間欠的放出が測定されている。又、図６において、横軸は同じであるが、縦軸は過剰熱（セルから放出されるエネルギからセルに投入するエネルギを引いた値）を表している。図６において２点鎖線で囲んで示すように、過剰熱は電気分解開始後３０時間経過時点付近で増大し、５０時間経過時点では放出されなくなるが、１００時間経過時点から再び増大し、１５０時間経過時点では最大２．５Ｗに達している。尚、前述のＸ線は、Ｘ線検出器４７では検出されなかったが、これは核反応が試料１からなる陰極電極２９の電解溶液接液側で発生するが、Ｘ線のパラジウムPd中での減衰が相対的に大きいため、減衰してしまい、計測されなかったものと判断される。
【０００９】図７は、試料２を使用した実験におけるＸ線検出器４３，４５によるＸ線計測結果を示し、図９は同じ実験における過剰熱計測結果を示している。尚、図８は、図７のＸ線計測結果のうち電気分解開始後１５６．８時間から１５７．４時間までの分を拡大して示したものである。図７及び図８に示すように、電気分解開始後２０時間、４０時間、９０時間及び１５７時間に試料１の実験の場合と同様にＸ線の放出が計測されている。図９においては、電気分解開始後２０時間から４５時間までの間と６０時間から電源を切る１４０時間までの間で過剰熱の発生が認められる。更に、図１０は試料３を使用した実験におけるＸ線検出器４３，４５によるＸ線計測結果を示し、図１１は同じ実験における過剰熱計測結果を示している。そして、図１０に示すように、Ｘ線カウント数は統計変動の範囲内にあってＸ線の放出は認められず、又図１１に示すように過剰熱も計測誤差範囲内にあって過剰熱発生は認められていない。
【００１０】前述のように、Ｘ線の発生及び過剰熱の発生があると、核反応の発生があったと判断されるが、試料１については３回同じ実験を行い、いずれの実験でも前述のようなＸ線の発生及び過剰熱の発生が認められた。試料２については、前述の実験を２度行ったが２度共前述のようなＸ線の発生及び過剰熱の発生が認められた。そして前述のように試料３を使用した実験では、Ｘ線の発生及び過剰熱の発生が認められなかった。更に、通常のパラジウムPd電極を陰極電極として用い特願平６−３１２０４５号の装置を使用した実験では、Ｘ線の発生及び過剰熱の発生の再現率は１０％であった。
【００１１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に属する試料１及び試料２を陰極電極として使用した電解実験では、５回の実験で５回ともＸ線の発生及び過剰熱の発生が認められ、核反応の再現率が１００になったので、本発明による電極材料は、その再現率を大幅に向上することができる。
- 【公開番号】特開平１１−３８１６９
【公開日】平成１１年（１９９９）２月１２日
【発明の名称】核反応装置用電極材料
【発明者】
【氏名】伊藤 岳彦
【氏名】岩村 康弘
【氏名】後藤 信朗
- 【出願番号】特願平９−１９０２６８
【出願日】平成９年（１９９７）７月１５日
【出願人】
【識別番号】０００００６２０８
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
- 【代理人】
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道照 （外４名）
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