Thunderbolt Nuclear Fusion

Thunderbolt lightning causes Nitrogen (N) isotopes to emit antimatter positrons and electron neutrinos, which produce gamma rays when they annihilate electrons, according to a paper published in Natur in 2017. * ( The paper was selected as Nature`s 10 best papers of the year. )
This event can be judged to be equivalent to the fifth reaction that occurs in the fusion reaction called the CNO cycle. Gamma radiation sources also occur within the CNO cycle. This is evidence that the fusion reaction, which has a higher energy requirement than deuterium, is generated by thunderbolt lightning power.
In other words, there is evidence that a fusion reaction of atoms heavier than deuterium occurs with electricity.
The basic idea of this method is to make this phenomenon compact and efficient.

雷によって、窒素(N)同位体が、反物質である陽電子と電子ニュートリノを放出し、この反物質の陽電子が電子と対消滅する際に、ガンマ線を発生すると云う論文が、2017年に京大、東大、理研、原研、北大の共著で発表されました。※　(NHK EテレのサイエンスZEROでも紹介され、Nature誌の年間10大レポートにも選ばれました。)
この事象は「CNO サイクルという核融合反応」の5番目に発生する反応と等価と判断できます。ガンマ線源もCNOサイクルの範囲で発生します。つまりこれらは、重水素よりもエネルギー要求量の高い核融合反応が、雷の電力により発生していると云うエビデンスとなります。
即ち、電気で重水素よりも重い原子の核融合反応が起こった証拠があると云うことです。
この現象を、コンパクトに、効率良くしたのが本方式の基本アイディアです。

* Photonuclear Reactions Triggered by Lightning Discharge (Nature)
Teruaki Enoto, Yuuki Wada, Yoshihiro Furuta, Kazuhiro Nakazawa,Takayuki Yuasa, Kazufumi Okuda, Kazuo, Makishima, Mitsuteru Sato, Yousuke Sato, Toshio Nakano, Daigo Umemoto, and Harufumi Tsuchiya

※　雷が反物質の雲をつくる!?雷の原子核反応を陽電子と中性子で解明

榎戸輝揚 京都大学白眉センター特定准教授、和田有希 東京大学大学院理学系研究科博士課程学生 (理化学研究所仁科加速器研究センター)、古田禄大 同博士課程学生、湯浅孝行 博士 (元理化学研究所)、中澤知洋 東京大学大学院理学系研究科講師、土屋晴文 日本 原子力研究開発機構研究副主幹、佐藤光輝 北海道大学大学院理学研究院講師

https://www.nature.com/articles/nature24630
https://www.jaea.go.jp/02/press2017/p17112301/
https://www.youtube.com/watch?v=HINSO1wIBCI

Prof. Ralf Schützhold and his team at the Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (Germany) have shown that pulsed power enhances the proton tunneling effect. announced in August 2021. *
Furthermore, in January 2022, reported that the enhancement to the proton tunneling effect causes three alpha particles would be produce by the fusion reaction of boron-11 and protons. **

ドレスデン・ロッセンドルフ研究所(Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf : ドイツ)のラルフ・シュエツホルト教授(Prof. Ralf Schützhold)のチームが、パルス電力により陽子のトンネル効果を強化することを2021年8月に発表しました。*
更に2022年1月に、陽子のトンネル効果への強化により、ホウ素-11と陽子の核融合反応において、3つのアルファ粒子が反応生成物として生成されると報告されました。**

*Dynamically assisted tunneling in the impulse regime
Christian Kohlfürst, Friedemann Queisser, and Ralf Schützhold
Phys. Rev. Research 3, 033153 – Published 13 August 2021
https://journals.aps.org/prresearch/abstract/10.1103/PhysRevResearch.3.033153

** Artificial lightning to prompt nuclear fusion
C. Kohlfürst, F. Queisser, R. Schützhold: Dynamically assisted tunneling in the impulse regime, in Physical Review Research, 2021
https://www.hzdr.de/db/Cms?pOid=64906

This method uses electrically insulating or high-resistance fuel. Free electrons in conductors do not generate energy. Therefore, this method uses fuel with properties such as insulators, which do not have free electrons, to convert energy.
Furthermore, by directly bombarding electrons with a voltage that exceeds dielectric breakdown, such as thunderbolt lightning, an ultra-high energy state would be created and the nuclear fusion reaction be induced.

本方式では電気的に絶縁体などの燃料を使います。
導体中の自由電子はエネルギーを発生しません。
そこで自由電子の無い絶縁体などの性質を持つ燃料をつかうことで、エネルギー変換できるようになります。
更に雷の様な、絶縁破壊を超える電圧で電子を直接あてることで、超高エネルギー状態にして核融合反応を誘起します。

Because the electric energy source is not thermal heat, therefore the partition walls could be separated from the thermal energy, moreover, that can be thermally managed with coolant, making it theoretically possible to operate without melting the partition walls. Therefore, mechanical compression will be possible, which will theoretically increase the atomic density to near that of the center of the sun.
In tokamaks such as ITER, the ion plasma is magnetized by electromagnets so that the partition walls do not melt due to heat, and the ion plasma is " focused to the center" of the tokamak. Therefore, the limit for increasing the atomic density is low, and the reaction rate of fusion is low. Because of the low atomic density, higher temperatures (over 100 million degrees Celsius) than in the center of the sun (16 million degrees Celsius) are required to increase the reaction rate.
The higher atomic density makes it easier for nuclei to collide, and fusion can be induced at energies equivalent to the sun or even lower temperatures.

熱をエネルギー源としないので、隔壁を熱エネルギーと分離して熱管理することが可能となり、隔壁を溶融させないで運用することが理論的に可能となります。
よって機械的圧縮が可能となり、これにより原子密度を高めて、太陽の中心部に近い密度にすることも理論的には可能となります。
ITERなどのトカマク型は、隔壁が熱で溶けない様に電磁石で磁化したイオンプラズマを「中心に寄せている」だけなので、原子密度を上げる限界が低く、核融合の反応率も低くなります。原子密度が低いので反応率を上げるために、太陽の中心部(1600万度)よりも高い温度(１億度以上)が必要になります。
原子密度を高くできるので、原子核の衝突が起こりやすくなり、太陽程度やさらに低い温度相当のエネルギーでも核融合が誘起される可能性があります。

The nature of the collision is the same, but... This method uses liquid or solid fuel.
The International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) and other tokamak accelerators uses plasma. The atomic density of plasma are estimated to be 100 trillion atoms/cm3 as Lawson criterion , which is about 1/260,000 of the atomic density of a gas at 1 atm. Moreover, about 1/200 million of the atomic density of a liquid or solid fuel, which means that the amount of fuel is almost a near-vacuum. Therefore, the volume of energy generated from near-vacuum plasma fuel volume are very small. Therefore, the energy generated from the near-vacuum plasma fuel is also very small. It means that theoretically insufficient as an energy source for power generation by near-vacume plasma.
For example, Even the car engine will not ignite If the fuel is only 1/200 million of gas. Therefore, this new proposal enables the energy equivalent to the energy input to be retrieved using a fuel that is approximately 200 million times denser than plasma.
Some tokamak reactors use superconducting coils in their electromagnets, but they require tremendous amounts of electricity to cool the huge coils to cryogenic temperatures over several weeks, but the fusion reaction experiment can be completed in seconds.
In tokamak, helical, and other types of fusion that use plasma, it is not possible in principle to retrieve energy such as the level of electric power generation.
In this method, electrical energy directly converts to electron collision energy in the fuel, so there are no additional devices that need to be powered. It is possible to create a high energy state in as short time as possible with little loss, and to induce a fusion reaction while maintaining a high-density state before the partition wall is melted.

「原子核同士を衝突させる」と云う本質は同じですが、、、本方式では液体や固体の燃料を使います。
国際熱核融合実験炉 ITERなどのトカマク型加速器などではプラズマを使います。プラズマの原子密度は一般的には100兆個/cm3とローソン条件で定義されていますが、これは１気圧のガスの約26万分の１、液体・固体の約2億分の1の薄い原子密度、、、ほぼ真空に近い量の燃料です。よって真空に近いプラズマ燃料から発生するエネルギー量も微々たるもの。これでは発電用エネルギー源には理論的に不足します。
例えば1リットルのガソリンで10km走れる車も、2億分の1のガソリンだとほんの一瞬で止まります。
そこでプラズマよりも約2億倍も濃い燃料で、投入したエネルギーに見合うエネルギーを回収できる様にしたのが新しい提案です。
またトカマク型炉の電磁石には超電導コイルを使うものもありますが、巨大なコイルを数週間掛けて極低温に冷却するなど物凄い電力が必要ですが、その核融合反応の実験は秒単位で終わります。
トカマク型やヘリカル型などの、プラズマを使う核融合では、原理的に発電などのレベルのエネルギー回収は不可能です。
本方式では燃料内で電気エネルギーを、直接的に電子の衝突エネルギーに変換しますので、付加的な装置に電力を使う必要がありません。
短時間に少ないロスで高エネルギー状態を作り出すことができ、隔壁が溶融する前に高密度状態を維持したまま核融合反応を誘起することが可能となります。

In this method, "energy conversion" from electricity is essentially achieved at a single location in the fuel.
To generate beams such as lasers and particle beams, electricity is converted into energy many times, and the loss becomes bottleneck as heat generation, requiring many laser devices in parallel and many dozens or hundreds of times more electrical energy than their " effective value". In other words, energy loss is large, and it is theoretically difficult to increase the ratio of retrieved energy to input energy.
In addition, in pellets used in the inertial confinement type, thermal energy is transferred to the fuel from the outside "through the partition wall," so the temperature of the partition wall becomes plasma at the same time as the fuel, so energy focusing is possible at low and medium temperatures, but at very high temperatures, physical coagulation and compression by the pellet partition wall are theoretically impossible. It is difficult to achieve. Furthermore, inertial expansion to withstand implosion is theoretically impossible.
In this method, electrical energy converts to collision energy of electrons in the fuel, which minimizes energy conversion points and bottlenecks, making it possible to apply a large volume of energy to the fuel in highly intensive processes.
In addition, since this method uses electricity, not heat, as the energy source, mechanical compression of the fuel before the partition walls and electrodes become hot makes compression, including implosion, theoretically possible.

本方式では電気からの「エネルギー変換」は、基本的には燃料内の１カ所だけです。
レーザーや粒子線などのビームを生成するには、電気を何度もエネルギー変換しますので、ロスが発熱としてボトルネックとなり、レーザー発振器を並列で沢山並べたり「実効値」の何倍、何十倍、何百倍もの電力エネルギーが必要となっています。即ち、エネルギーのロスが大きく、投入したエネルギーに対して回収できるエネルギー量の比率を上げることが理論的に困難が伴います。
また慣性閉じ込め型で使用するペレットでは、熱エネルギーは外部より「隔壁を経て」燃料に伝達させるので、隔壁の温度は燃料と同時に加熱されプラズマ化してしまうので、低中温時のエネルギーの集中は可能ですが、超高温時においてはペレット隔壁による物理的な凝集や圧縮は理論的に困難です。更に、爆縮に耐える慣性凝縮は理論的に不可能です。
本方式では、電気エネルギーを燃料内で電子の衝突エネルギーに変換しますので、エネルギー変換箇所が最小でありボトルネックが少ないので、大量のエネルギーを集中的に燃料に印加できます。
また本方式では熱ではなく、電気をエネルギー源としますので、隔壁や電極が高温になる前に燃料を機械的圧縮することで、爆縮を含めた圧縮が理論的に可能となります。

This method is not cold fusion, but ultra-high-energy fusion.
The idea is to generate nuclear fusion by applying electrical energy from 10 keV (equivalent to 100 million degrees Celsius) to 1000 keV (equivalent to 10 billion degrees Celsius) or higher.
What is different from cold fusion is that the amount of collision energy of electrons is regarded as equivalent to Joule heat for insulator fuels without free electrons, making it possible to partially create ultra-high energy states by applying "ultra-high voltage power" energy like thunder intensively to the atoms.
The difference between this method and the typical fuser method of cold fusion, in which "high-frequency electromagnetic waves" are applied to deuterium gas, are the characteristics of this type of fusion.

本方式は常温核融合ではなく、超高エネルギーによる核融合です。
10keV(1億度相当)から1000keV(100億度相当)以上の電気エネルギーを印加して核融合を起こそうと云うものです。
常温核融合と違う処は、自由電子の無い絶縁体の燃料に対して、電子の衝突エネルギー量をジュール熱と等価で見做し、原子に集中的に雷の様な「超高圧電力」エネルギーを投入することで、部分的に超高エネルギー状態を作るります。
これが常温核融合の代表的なフューザーの様な、重水素ガス内に「高周波電磁波」を印加する方式との違いです。

1 eV (electron volt) equals approximately 10,000 degrees Celsius.
10,000 times 10,000 volts (10 keV) corresponds to 100 million degrees (the temperature required for deuterium fusion), and 1 million volts (1000 keV) corresponds to 10 billion degrees, making fusion of atoms that are heavier than deuterium possible.
In physics, 1 eV (electron volt) of 1 volt (V) applied to 1 electron (e) is equivalent to a temperature of about 10,000 degrees Celsius (11,600 K (Kelvin)).
Detailed calculations are as follows.
1 eV (electron volt) = 1.602x10^-19 J (joule), defined as Boltzmann constant : k = 1.381x10^-23 J/K (J/Kelvin). Corresponding this to the energy kT , k = 1.381x10^-23 J/K , 1.381x10^-23 T = 1.602x10^-19
i.e., T = 1.602x10^-19 / 1.381x10^-23 = 11,600 K (Kelvin)
For reference, the required energy of carbon for fusion reaction is : 50 KeV (equivalent to about 500 million degrees Celsius) and 2×10^8 kg/m3 = 200 kg/cm3. For electricity (electrons), this is feasible by applying existing technology.
Also, compared to electromagnetic waves used in tokamaks and photons using lasers, the electrons have stronger energy and are more efficient because they are applied directly.

1 eV (電子ボルト)は、約1万度に相当するエネルギーです。
１万倍の1万ボルト(10keV)だと1億度(重水素の核融合に必要とされる温度)、100万ボルト(1000keV)だと100億度となり、重水素よりも重い原子の核融合の実現可能性があります。
物理学的には、1個の電子(e)に、1ボルト(V)を印加した際の 1 eV (電子ボルト)は、約1万度(11,600 K(ケルビン))の温度に相当するエネルギーとなります。
具体的な計算は下記の様になります。
1 eV(電子ボルト) = 1.602x10^-19 J(ジュール)、ボルツマン定数 : k = 1.381x10^-23 J/K (J/ケルビン)と定義されている。これをエネルギーkTと対応付けて 、k = 1.381x10^-23 J/K 、1.381x10^-23 T = 1.602x10^-19
i.e., T = 1.602x10^-19 / 1.381x10^-23 = 11,600 K(ケルビン)
参考までに、 炭素の核融合反応への要求エネルギーは : 50KeV (約５億度相当)及び、2×10^8 kg/m3 = 200 kg/cm3　とされているそうです。電気(電子)ならば既存技術の応用で実現可能な範囲かと。
またトカマク型で使う電磁波や、レーザー型で使う光子(フォトン)に比べて、電子(エレクトロン)は強いエネルギーを持っており、更に直接印加するので効率的です。

Fusion requires 100 million degrees! Everyone believes it.
However, the temperature at the center of the sun is lower than that, at 16 million degrees Celsius, nuclear fusion occurs. In the case of hydrogen bombs, nuclear fusion occurs at an even lower temperature of 2 million degrees Celsius.
In fact, it is because of the low atomic density that the temperature must be raised to 100 million degrees Celsius.
If the atomic density can be increased, like in the Sun and the hydrogen bomb, there are evidences that fusion reactions are induced even at 2 million degrees Celsius ( still very high temperature ).
The critical condition and self-ignition condition are dependent on the product (n, τ, T) of three quantities: atomic temperature (T), atomic density (n), and confinement time (τ), which is called the fusion product. In other words, if the atomic density is increased, the temperature can be lowered.
Ultra-high temperature plasma has an atomic density of 100 trillion atoms/cm3, which is only about 1/260,000 of a 1atm gas and about 1/200 million of a liquid or solid. If the fuel is only one-hundred millionth, the energy generated is also only 1/200 millionth.
For example, a car can run 10 km on 1 liter of gasoline. With only 1/200 millionth of a liter of gasoline, that car would stop in a moment.
With liquid or solid fuel, energy can be extracted from 200 million times more fuel than with plasma methods such as ITER, and that energy equivalent to a lower temperature.
Atomic density is very important.

核融合には１億度！、、、と念仏の様に皆が信じていますが、太陽の温度は中心部はそれより低い1600万度で核融合が起こっていますし、水素爆弾は更に低い200万度でも核融合が起こっています。
実は１億度にしなくてはならない理由は、原子密度が足りないからなのです。
太陽の様に、水素爆弾の様に、原子密度を高くできれば、２００万度(それでも凄い高温度ですが)程度でも核融合反応は誘起されているエビデンスがある訳です。
核融合積という、原子温度（Ｔ）、原子密度（ｎ）、閉じ込め時間（τ）の３つの量の積（ｎ・τ・Ｔ）により、臨界条件や自己点火条件がきまります。つまり原子密度を上げれば、温度を下げても大丈夫なのです。
超高温プラズマは100兆個/cm3の原子密度ですが、１気圧ガスの約26万分の１しかありませんし、液体や固体の約2億分の１です。燃料が２億分の１しかなければ発生するエネルギーも２億分の１。
例えば1リットルのガソリンで10km走れる車も、2億分の1のガソリンだとほんの一瞬で止まります。
液体や固体の燃料を使えば、ITERなどのプラズマ方式よりも２億倍の燃料からエネルギーを取り出せる、それも低い温度相当のエネルギーで。
原子密度はとても重要ですね。

Assumes that by heat exchange, water, helium, sodium, etc. can be used for applications such as power generation.
Inner-cylinder explosions in internal combustion engine engines are also assumed by controlling the amount of fuel to small amounts.
Jet propulsion and underwater propulsion systems are also theoretically possible.
In addition, a wide scope of other heat sources can be used, including blast furnaces, for industrial and home user applications.

熱交換により水やヘリウム、ナトリウムなどを使って発電などの用途に使用可能と想定しています。
燃料の量を少量に調整することで、内燃機関エンジンのシリンダー内爆発も想定しております。
ジェット推進、水中での推進装置も、一応理論的にはできそうな気はします。
その他、溶鉱炉を始めとして、産業用、家庭用など、幅広く熱源として利用が可能です。