2016年1月9日土曜日

核融合続き

相場がどうしようもないので、核融合について。

暇つぶしにお付き合いください。

ウランとかプルトニウムに中性子をぶつけると、ウランやプルトニウムが壊れて別の物質になって、質量が失われ、質量が失われて莫大なエネルギーが発生する。これが核分裂。まあなんとなくわかりやすい。
極めて大雑把に言うと、激しく起こせば原爆になり、コントロールして起こせば原子炉になる。

図ウラン235の核分裂
 
 
 
 
ウラン235に中性子を勢い良く当ててやると、別の物質に変わる。この時「質量が減って」エネルギーが発生すると同時に、別に中性子が飛び出す。この中性子が別のウラン235に当たって、という状態が続くの核分裂の連鎖反応。(質量が減るとなぜエネルギーが発生するのかはアインシュタインさんに聞いてくれ。簡単に言うと質量はエネルギーで出来ているのだ)
 

これに対して核融合は若干わかりにくい。

重水素とか三重水素とか言われる物質を極めて高温高圧の状態にすると原子(プラズマ)が融合されてヘリウム4(ヘリウムの同位体)になる。この時一部の余った部分が質量を失いエネルギーになる。


たとえば二重水素と三重水素を高温高圧の状態にすると原子同士が融合されヘリウム4と中性子ができ、この時質量が失われエネルギーが発生する。

なぜ水素の同位体をヘリウム4にする核融合が良いかというと、原子核の荷電が小さく、原子同士が近づきやすい(核融合しやすい)から。
そして「普通の」水素では核融合は起こりにくいが、水素の同位体である重水素同士、あるいは重水素と三重水素同士の組み合わせでは「比較的」熱核融合が起こりやすい。
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
水素原子は普通、原子核の陽子1個だけのまわりを電子が1個だけ回っている。

これに対し重水素は原子核として陽子と中性子が結合したまわりを電子が1個だけ回っているもの。
三重水素は陽子一つに中性子2つが結合し、そのまわりを電子が一つ回っている同位体になる。

重水素、三重水素とも自然界には微量にしか存在していないが、それを取り出したり生成する技術はコストがかかるが、確立されている。
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
現在もっとも知られているのが二重水素と三重水素を高温高圧下で核融合を発生させヘリウム4(ヘリウムの同位体、原子核は陽子二個と中性子二個、そのまわりを電子二個がまわる)とエネルギーを発生させるというもの。二重水素(D)と三重水素(T)の反応なんでD-T反応とか呼ばれる。

これがいま人類が知る中ではもっとも起こしやすい核融合だと思われる。

この核融合の良い点の一つに、核分裂とは違って「放射性物質」が大量に発生しないというところがある。三重水素自体は放射性物質だが、比較的影響が少なく、核融合が起きるときには大量の中性子線などの放射線が放出されるが、反応が終われば「核のゴミ」である放射能は残らない。

一方で。
現在人類が知っている核融合において、は大量のエネルギーを投入しなければ核融合は起こらない。
高温になると、物質は「プラズマ化し」融合しやすい状態になる。そして圧力が強ければ物質同士が近づき融合しやすくなるというわけ。核融合自体をおこすにはまず巨大なエネルギーが必要なのだ。

しかし有る一定の条件を超えると加えられたエネルギー以上のエネルギーが核融合によって発生する。「収支が黒字になる」温度、圧力が有るというわけ。

D-T反応はそのハードルが「低い」とされるがそれでも「プラズマ温度1億度」「密度100兆個/cm3「それが一秒以上続く」とかの条件が必要らしい。

そんな条件をみたすのは?人類がもっとも手に入れやすい方法が「原子爆弾」なのだ。

容器に詰めた起爆装置(=原子爆弾)の大規模な核分裂によって発生する高温と圧力によって、同じく容器内に詰め込んだ核融合物質の大規模な核融合を起こす。そして最初の起爆装置である原子爆弾よりも大きなエネルギーを瞬時に生み出す。これが水爆というわけ。
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
もちろん、これを制御したいという研究も進んでいて、これが核融合炉ということになる。

高温になった重水素と三重水素は「プラズマ」状態になる。これを閉じ込めておくことができれば安定した核融合を行うことに繋がる。
現在最も有望視されているのは「トカマク型」。強力な電磁石で磁場を作りその中にプラズマを閉じ込めておく方式が有望視されている。その他、核融合にともなって発生する高速の中性子やそのた諸々の粒子物質に耐える方法、プラズマを維持する方法など課題は多いが今世紀後半には発電が実用化される、とも言われている。かもしれない。なってほしいな。

強力な電磁石!に反応した人は察しが良い。そう超電導磁石が必須だったりします。

僕らが死んだあと、(西暦2080年位かなあ)核融合相場が起きたら電線株があがるかもねw
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
そのほか大阪大学が研究するレーザー核融合なんてのもあります。
相変わらず浜松ホトニクスが顔をだします。

レーザー核融合!っていう騒ぎが起こった時は浜松ホトニクスを買うように。

これにはトヨタも一口噛んでるし、浜ホト絡みでは、シグマ光機も話題に登るところです。
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー
なお「常温核融合」といって簡単に核融合が起こる!という与太話がでては消えることもママあります。もちろん「絶対に発生しない」とは言い切れないけれど、現状では難しいかなあ。
面白い話ではあるけどね
ーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーーー



0 件のコメント: