常温核融合って将来可能ですか

　常温核融合は、1990年ごろに話題になって、現在は否定されていると聞いています。

　話題になった方法と違い、根拠のない浅はかな考えですが・・・将来のエネルギーに不安を持っている一高校生の思いつき愚問に付き合ってください。

　『まったく根も葉もない仮定ですが。

　4つの力（重力、電磁力、強い力、弱い力）の関係が統一され、それぞれの関係がお互いに数式で結ばれ、強い力を電磁力でコントロールすることにより。

　「軽い元素を、強い電界（磁界）中において、原子の方向を一定に保った常態で、さらに外部から、強い磁界（電界）を、ある定まった方向である高い周波数（原子内の素粒子の共振周波数など？４つの力が統一されれば判る？）で加え、原子の状態を不安定にした後、核融合の結果できる原子の安定する電磁界やエネルギー（高運動エネルギー素粒子などの衝突）を加える。」』

　このような方法で、常温核融合が出来る可能性はないのでしょうか。

　原子の中の中性子や中間子を構成している素粒子（クォーク）は電荷を持っており電磁界に影響を受けると思うのですが。しかし、フォトン、グルーオン、ニュートリノ、一部のクォーク、重力子（未だ見つかっていないようですが）は、電荷を持っていないので、電磁界に影響を受けないとは思いますが・・・。

　それとも、素粒子は寿命が短く（約１０のマイナス８～１６乗秒）なので、普段は素粒子の状態で存在しないため、この質問はまったく無意味な質問なのでしょうか。

No.4 ベストアンサー 回答者： kenojisan 回答日時： 2005/12/27 13:56

回答#3の者です。

補足質問に回答してみます。

> 《融合にたどりつくには電子どうし、さらには原子核どうしの強力な電気的反発などの高いエネルギーの壁を乗り越えないといけない。》
> 　この、強い力の反発力を弱めるために、超高エネルギーでない電磁界を用いて、原子核を構成している素粒子に直接働きかけて、原子核自体を不安定にさせ、核力を低下させるような方法を書いたつもりです。
> 《電磁波による核励起》については、僕は良く知りません。ピンとはずれと思いますが、外部から電磁界を加えて、束縛電子や原子の核磁気共鳴（詳しく知りませんが医療器具に応用されているようです）などに影響させることではないつもりで書きました。（原子の方向はそろえる必要があると思いますが）

　電磁波（=光）や磁場、電場などの外場は加える空間全てに働きますから、もちろん原子核やその構成要素となる素粒子にも働いています。
　共鳴励起以外の電磁波によるエネルギーの与え方とは、どういう意味か良く分からないのですが。共鳴励起させない電磁波だと机の上の微粉末を少し揺らす程度のネルギーを与えることしか出来ませんよ。
　共鳴励起は電磁波を使った一番効率の良いエネルギーの与え方ですが、NMRのような装置を使って百MHzの電磁波を加えても、せいぜい1E-7eVのエネルギーを原子核に与えられる程度です。一方、原子核のエネルギー準位は1E6eV程度の差が有るそうなので、その差はなんと10の13乗も違うのです。NMRは強力な超電導磁石を使った定常磁場と上記のような電磁波の共鳴励起の組み合わせですから、強力な磁場を加えても与えられるエネルギーは同程度です。
　ご存じと思いますが、科学の世界で「不安定」とは「エネルギーが高い状態＝励起状態」を意味しますから、原子核を不安定にするには百MHzの電磁波を加えても1E13分の1にしかならないわけです。
　素粒子はさらにその原子核の内部構造要素ですから、これに何かの変化を与えようとすればもっと桁違いのエネルギーが必要となります。まあ、従って素粒子実験にはあんな巨大な加速器が必要となるのですが。
　あと、日常生活を考えてもらっても良く分かります。電磁波や磁場でそう簡単に原子核が不安定になるようでは、恐ろしくて電子機器や強力なモーターの側には行けませんよ（笑）こういう外場の力では、実は核反応よりはるかに低エネルギー世界の、通常の化学反応を起こすことすらそう容易では無いのです。みんなが思ってるほど、光（電磁波）や磁場、電場って強い力じゃないんですよ。

> 　言いたいことは、例えば、重水素原子の原子核が不安定になった状態で、2つの重水素を異常接近させ、ヘリウム原子核の安定する電磁界（あるのかないのかも知りません）

　重水素を異常接近させるのがそう簡単でない。核融合を起こすためには原子核どうしが引き合う核力優位の距離まで近づけないといけないのですが、その距離に近づく前には強力な電気的な反発力が有りますからこれをどうにかしないといけません。
　原子核を安定化させる電磁界などというのは聞いたことがないのですが、何でしょうか？何も外場を与えないのが一番安定な状態だと思います。

> 《核融合自体は、中性子と陽子が結合したままの「原子核」の状態で行われますから、陽子や中性子に分解することは有りません。》
> 　分解するのではなく、原子核を不安定に出来ないのかなと思いました。

　陽子と中性子が強力に結合したままの状態でその核子にエネルギーを与えるというのは．．．結局原子核にエネルギーを与えることと同じです。

> 　4つの力が統一されても、物理学に大きな変化はないのでしょうか。
　大統一理論の完成というのは素粒子論の世界では大きな変化でしょうから、素粒子物理や宇宙物理のような高エネルギー物理学の世界へのインパクトは大きいでしょう。
　しかし、原子核より上の階層の科学に与える影響はほとんどないと思いますよ。研究対象としているエネルギーや空間領域が全然違いますから。

この回答へのお礼

　２度も回答をいただきありがとうございました。
　思いつきの愚問です。僕も回答は持っていません。

　でも、またまた、失礼は覚悟で、僕の勝手な想像を書きます。

《共鳴励起は電磁波を使った一番効率の良いエネルギーの与え方ですが、NMRのような装置を使って百MHzの電磁波を加えても、せいぜい1E-7eVのエネルギーを原子核に与えられる程度です。》

　ＮＲＭのように原子核のスピン自体に働きかけるものではなく、出来ないとは思いますが、原子核内の素粒子に直接働きかけることにより、小さなエネルギーで原子核自身に影響を与えることができないのかなと思っただけです。

　現在は、素粒子は大型加速器で超高エネルギー粒子を衝突させて、質問にも書いたとおり、ほんの一瞬現れるだけであることも認識しています。
　したがって、質問の最後に書いたとおり、この質問自体無意味であることも感じています。

《電磁波や磁場でそう簡単に原子核が不安定になるようでは、恐ろしくて電子機器や強力なモーターの側には行けませんよ（笑）こういう外場の力では、実は核反応よりはるかに低エネルギー世界の、通常の化学反応を起こすことすらそう容易では無いのです》

　電磁場は、特に周波数（特に磁場）の影響が大きいのではないかとも、かってに想像しています。例えば、ある程度の強さを持った、１０の１５乗Ｈｚ／sec以上であれば、自然界に存在しないと思います。

《原子核を安定化させる電磁界などというのは聞いたことがないのですが、何でしょうか？》・・・僕も、聞いたことはありません。

　ただ、水素とヘリウムは原子核の構造が異なるので、原子核を維持している素粒子の強い力の伝え方が異なるのではないかと・・・このため、影響の与え方が加える電磁界の周波数に影響するのではないかと単純に思っただけです。奥深くありません。

　ホントニありがとうございました。
　おかげで常温核融合は難しいことが理解できました。

　想像だけの根拠のない質問に付き合っていただき、申し訳ありませんでした。

お礼日時：2005/12/27 16:31

No.7 回答者： dahho 回答日時： 2005/12/31 00:59

もうひとつ。

もし弱い力を制御できれば素粒子の寿命も制御できるかもしれません。

例えば、中性子の崩壊は
中性子 → 陽子＋電子＋反電子ニュートリノ
ですが、書き直せば
中性子＋電子ニュートリノ → 陽子＋電子
であって、W+ボソンを使って書けば

電子ニュートリノ→電子＋ W+
中性子＋ W+ → 陽子

のように弱い力の伝達粒子であるウィークボソンが粒子を大きく変えてしまうために「崩壊」が起きるわけです。（その点、光子、グルーオン、重力子は粒子の種類を変化させないので崩壊とは言わない。）
「弱い力を制御する」とはウィークボソンを制御するということで上の反応が起こらないようにできれば中性子は崩壊しないわけです。

他の素粒子でも崩壊というのは、強い力や弱い力の反応性が高すぎて真空中に発生した粒子とむちゃくちゃに反応して、最終的に比較的反応の悪い粒子に落ち着くという過程だと思います。それらの反応が起きなければ崩壊しないと思います。

弱い力と電磁気力は既に統一されているはずですが、実用化して制御するというのはまだまだSFの領域ですね。

この回答へのお礼

　回答ありがとうございます。
　御礼が遅くなって申し訳ありません。No.６とNo.７を同時に読ませてもらいました。

　素粒子の崩壊については、図解した一般人にわかる本・・（専門書ではありません。一般向けの本です。確か、大学の文系の学部で学んだ後、物理学科で学びなおした方が書かれた本でした。紙を切り取りスリットで崩壊の過程を追っていく嗜好で解説していました。）・・を少し前に読みました。

　これらの本の影響もあって、また光や宇宙、エネルギーなどに興味を持っていたため、こんな変な質問をしてしまいました。

　僕は、基本的な原子核同士の反発力が「強い力」と勘違いしていました。
　《強い力のせいではなく静電気力で反発しているからです。》でハッとしました。

　このおかげで、僕自身かってに「核融合なんてかんたんじゃないヨ」とスッキリしました。ありがとうございました。　

　kenojisanさんの回答にも《原子核どうしの強力な電気的反発などの高いエネルギーの壁を乗り越えないといけない。》
《核融合を起こすためには原子核どうしが引き合う核力優位の距離まで近づけないといけないのですが、その距離に近づく前には強力な電気的な反発力が有りますからこれをどうにかしないといけません。》
とあり、本来ここで気づくべきでした。　

お礼日時：2006/01/04 16:51

No.6 回答者： dahho 回答日時： 2005/12/31 00:15

SF的には面白いと思います。

アーサーCクラークの言葉に「誰かがこのアイデアを聞いて笑わなくなってから数えて、50年後に実現する。」というのがあります。

常温核融合は参考URLに昔とは違う方法がニュースになっていました。今年(2005)のニュースです。

ところで、原子核について少々誤解されているようです。
核融合が難しいのは強い力のせいではなく静電気力で反発しているからです。もし原子核同士の静電気力を弱めることができて十分接近すれば、強い力によって自然にくっついて一番安定な鉄の原子核になるはずです。

電磁気力は1/r^2に反比例するので比較的遠くまで届きますが、核力は確かexp(-r)/rに比例するので遠くなると急速に減少します。
普通の核融合は熱エネルギーで原子を高速に運動させて、この電磁気力の反発力の壁を無理やり乗り越えて核力の届く距離まで接近させようというものです。

ということで、制御すべきは融合の邪魔をしている静電気力ですね。あるいは核力を静電気力よりも強くする、つまり、より安定化する方向に制御する必要がありそうです。

あと、核は鉄が一番安定でそれより大きい核や小さい核になるほど不安定で大きなエネルギーを持っていて、その差額をエネルギーとして取り出すわけです。ということは原子の状態を安定化、不安定させる技術ができても、エネルギー保存の考えで行けば、おかしなことになります。

本来安定な鉄原子核を不安定になるようなビームがあったとして、また、静電反発力は無効にできたとします。
ビームで鉄原子核を不安定化して、核分裂を起こさせる。ビームを切れば自然に核融合して鉄に戻る。これを繰り返せば無限にエネルギーが出てくることになってしまいます。
するとエネルギー保存から考えればビームを照射することで核分裂と核融合で出てくるのと同じだけのエネルギーが原子核に与えられていると考えるのが自然です。つまり不安定化させるには核反応と同じだけのエネルギーを結果的に与えることになると思います。
エネルギーを取り出すのではなく原子核を変換するには良い方法かもしれませんね。

4つの力が統一されれば互いに関係を持っていて制御できるというのは面白いと思います。具体的なイメージが浮かばないのが困ったところですが…

参考URL：http://hotwired.goo.ne.jp/news/technology/story/ …

この回答へのお礼

　回答ありがとうございます。
　せっかく回答していただいたのに、見るのが遅くなって申し訳ありませんでした。
　No.6、No.7を同時に読ませてもらいました。

お礼日時：2006/01/04 16:54

No.5 回答者： goma_2000 回答日時： 2005/12/27 18:19

＃２で回答したものです。

少し補足を。

１）
４つの力を統一しても、電磁気力で強い力をコントロールすることは出来ません。力を統一するとは４つの力を一つの方程式で記述するということです。これは力が統一されるということを意味します。ですので、４つの力が別々に存在して互いに影響を与えることではありません。

２）
原子核(原子内の核子)にエネルギーを与える為には、そのくらいの長さの波長を持った電磁波が必要になります。何故なら、波長の長い電磁波では原子そのものを振動させてしまい、その中の核子にエネルギーを与えることが出来ないからです。

３）
電磁波において、電場と磁場は同じものです。電場ではなく、磁場のみを議論することは意味がありません。相互作用は電磁場として(ベクトルポテンシャルとして)行なわれます。
高校生だとまだわからないかもしれませんね。

４）
振動数(周波数)はエネルギーに関係します。非常に振動数の高い電磁場はエネルギーが高いです。ですので、エネルギーが低く振動数が高いというのは矛盾しています。

５）
原子を不安定にすると、融合しやすくなるのではなく、崩壊しやすくなるでしょうね。

ただ、着想は面白いです。この話は、以前、オメガ計画という名前でありました。原子の励起エネルギーは実は細かいところまでは完全に測定されているわけではなく、特にエネルギー幅の小さいピークは測定が難しいこともありよくわかっていません。このピークを見つけられれば、効率よく原子を励起し、崩壊を促すことが可能となります。その後この計画がどうなったかは知りませんが。。。（動燃がなくなったので恐らくつぶれたのでしょう）

この回答への補足

　気になって、オメガ計画をＵＲＬで覗いてみました。

　僕には難しく９８％理解できませんでしたが、原理のみに注目して読んでみました。
　http://sta-atm.jst.go.jp/atomica/07020107_1.html

　この中に、「群分離」のことばがあったのでこれもＵＲＬで除きました。　　http://inisjp.tokai.jaeri.go.jp/ACT95J/11/1102.htm

　ネット・サーフィンの数分間の知識ですが、オメガ計画は、核自体の共鳴を利用しているように読み取りました（勘違いでしょうか）。原子核内の素粒子には関係がないように思います。

　オメガ計画には、興味を引く情報がいっぱいありました。
　オメガ計画の紹介、ありがとうございます。本も探して、読んでみたいと思っています。

　やっぱり、素粒子は大型加速器で超高エネルギー粒子を衝突させて、質問にも書いたとおり、ほんの一瞬現れるだけであり、普段は姿を現さないので、僕の質問の最後に書いたとおり、この質問自体無意味であることも十分感じています。

　いろいろな情報ありがとうございました。

補足日時：2005/12/28 08:57

この回答へのお礼

　ご回答ありがとうございます。

　こんな　ヘンテコリンな質問にまたしても、2回も答えていただけるとは、感謝します。

　でもでも、勝手なことを言わせてください。

　１）は、4つの力を統合することにより、それぞれの関係が明確になると思い、電磁界と強い力の関係が（例えば、強い力を伝達する電荷を持っているクォークの電磁特性）判れば、ある程度は電磁界で強い力を制御できるのではないのかなーと思ったしだいです。
　
　３）電界と磁界は相互関係があることも認識しています。
　ただ、人工的に加えようとした場合に、電解は、電圧。磁界は磁力のため、分けて書いたものです。
　僕は、特に光の不思議さに興味を持て、物理の世界が好きになりました。光も電磁界と素粒子の世界か関係して、今でも僕には不思議だらけです。

　４）光のエネルギーが、周波数に比例していることは認識しています。
　ここでいう周波数は、人工的に加える磁界or電界[ON][OFF]のスイッチングの回数を言っているつもりです。

５）僕もまさしくそう思いました。
　　でも、崩壊前段階で核融合が出来ないかなと考えました。

《以前、オメガ計画という名前でありました。》ほんとですか！！
　ばかな自己中の発想に、変な自信を持ちそうです・・・・？　もっと詳しく知りたいと思います。とりあえずＵＲＬでオメガ計画を探してみます。

お礼日時：2005/12/27 19:55

No.3 回答者： kenojisan 回答日時： 2005/12/27 09:25

私も核物理の専門では無いのですが、一応理系研究者ですのでコメントしてみます（笑）

> 　話題になった方法と違い、根拠のない浅はかな考えですが・・・将来のエネルギーに不安を持っている一高校生の思いつき愚問に付き合ってください。

　高校生レベルでも科学の問題を自分なりに考えてみることは非常に良いことだと思います。

> 　4つの力（重力、電磁力、強い力、弱い力）の関係が統一され、それぞれの関係がお互いに数式で結ばれ、強い力を電磁力でコントロールすることにより。

　これは素粒子論の世界の話で、核融合には直接的な関連は無いと思いますよ。

> 　「軽い元素を、強い電界（磁界）中において、原子の方向を一定に保った常態で、さらに外部から、強い磁界（電界）を、ある定まった方向である高い周波数（原子内の素粒子の共振周波数など？４つの力が統一されれば判る？）で加え、原子の状態を不安定にした後

　これは電磁波による核励起のことでしょうか？外場によって原子核に高エネルギーを与えるということは、普通の高温核融合と同じ話ではないでしょうか？

>、核融合の結果できる原子の安定する電磁界やエネルギー（高運動エネルギー素粒子などの衝突）を加える。」』

　ここの意味は良く分かりません。核融合が起こってしまった原子にさらにエネルギーを与えるのですか？それとも、安定化した時の原子核の共鳴エネルギーを励起状態の原子核に与えるという意味？どちらにしても意味不明です。

> 　このような方法で、常温核融合が出来る可能性はないのでしょうか。

　私の知識レベルで核融合の仕組みを簡単に言えば、独立した２原子より１原子に融合した方がエネルギー的に低くなるので、膨大なエネルギーが放出される。しかし、融合にたどりつくには電子どうし、さらには原子核どうしの強力な電気的反発などの高いエネルギーの壁を乗り越えないといけない。イメージ的には電子だけで話が終わる通常の化学反応の、原子核版のようなものでしょう。ただし、電子だけの場合と違って、途中のエネルギー障壁がハンパじゃない。そのため、その障壁を乗り越えるために非常に大きなエネルギーを原子核に付与しないといけない。また、邪魔な電子をはぎとって裸にした原子核を出来るだけ接近（高密度）させないといけない。その高温＋高密度状態を十分な確率で核融合が起こるだけの時間維持しないといけない。これが通常の高温核融合ですよね。
　一方、常温核融合のアイデアは、化学反応の時の類推から、何か都合の良い仲介物質（触媒）が仲立ちをすれば、途中のエネルギー障壁を低くできないか？あるいは、原子核を非常に近くに接近させられないか？そうすれば、トンネル効果で高いエネルギー障壁を低いエネルギーのままするりとすり抜けて融合してしまわないか？などではないかと理解しています。

> 　原子の中の中性子や中間子を構成している素粒子（クォーク）は電荷を持っており電磁界に影響を受けると思うのですが。しかし、フォトン、グルーオン、ニュートリノ、一部のクォーク、重力子（未だ見つかっていないようですが）は、電荷を持っていないので、電磁界に影響を受けないとは思いますが・・・。

　核融合自体は、中性子と陽子が結合したままの「原子核」の状態で行われますから、陽子や中性子に分解することは有りません。ましてや、加速器を使っても単独では取り出せないと言われている、さらに基本粒子となるクォークやグルーオンが核融合に直接関与することは有りません。従って、これらの素粒子に直接外部エネルギーを与える工夫を考えてみても意味無いと思いますが。また、陽子や中性子のようなもっと上のレベルの素粒子に種々の外場でエネルギーを付与すること自体は難しく無いですが、素粒子に分解する方法だと、逆に超高温核融合になってしまいますよ（笑）

この回答へのお礼

　ご回答ありがとうございます。

　高校生くらいが思いついて出来ることであれば、すでに実現していますよね！

　でも、あえて　思いつくままに書きます.

《融合にたどりつくには電子どうし、さらには原子核どうしの強力な電気的反発などの高いエネルギーの壁を乗り越えないといけない。》
　この、強い力の反発力を弱めるために、超高エネルギーでない電磁界を用いて、原子核を構成している素粒子に直接働きかけて、原子核自体を不安定にさせ、核力を低下させるような方法を書いたつもりです。

《電磁波による核励起》については、僕は良く知りません。ピンとはずれと思いますが、外部から電磁界を加えて、束縛電子や原子の核磁気共鳴（詳しく知りませんが医療器具に応用されているようです）などに影響させることではないつもりで書きました。（原子の方向はそろえる必要があると思いますが）

《核融合の結果できる原子の安定する電磁界やエネルギー（高運動エネルギー素粒子などの衝突）を加える》このへんは、僕自身も良くわかりません？！。
　言いたいことは、例えば、重水素原子の原子核が不安定になった状態で、2つの重水素を異常接近させ、ヘリウム原子核の安定する電磁界（あるのかないのかも知りません）を加える。粒子の衝突は、重水素原子が不安定になり、ヘリウム原子になるトリガー的な刺激を与えるようなイメージでした。
（むちゃくちゃですけど・・・）

《核融合自体は、中性子と陽子が結合したままの「原子核」の状態で行われますから、陽子や中性子に分解することは有りません。》
　分解するのではなく、原子核を不安定に出来ないのかなと思いました。

　4つの力が統一されても、物理学に大きな変化はないのでしょうか。

　ほんとに、むちゃくちゃな愚問に付き合っていただき、ありがとうございました。
　

お礼日時：2005/12/27 12:06

No.2 回答者： goma_2000 回答日時： 2005/12/27 09:23

常温核融合が何かわかっていないようですね。

space-alienさんの言われている

　「軽い元素を、強い電界（磁界）中において、原子の方向を一定に保った常態で、さらに外部から、強い磁界（電界）を、ある定まった方向である高い周波数（原子内の素粒子の共振周波数など？４つの力が統一されれば判る？）で加え、原子の状態を不安定にした後、核融合の結果できる原子の安定する電磁界やエネルギー（高運動エネルギー素粒子などの衝突）を加える。」』


は既に「常温」ではありません。


手前みそですが

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=1719198

に簡単に常温核融合について書いてありますので参考にしてください。

この回答へのお礼

　ご回答ありがとうございます。

　常温核融合のことは、ご指摘のとおり　よく理解していません。

　ただ、僕の知っている今までの常温核融合は、重水素の濃度を異常に高めることにより、高温高圧下ではなく、常温での核融合の可能性を模索していた程度しか知りません。

　僕の質問は、これらとは異なり、主として中間子、中性子を構成している素粒子（主としてアップクォーク、ダウンクォーク）の強い力を、電磁力でコントロールし、不安定状態にする方法は考えられないのだろうかという質問でした。（記載のとおり、4つの力の統一理論が出来ないと不可能だとは思いますが）

　馬鹿みたいな考えでしたので、十分説明出来ず、失礼しました。

お礼日時：2005/12/27 10:16

No.1 回答者： che_guevara 回答日時： 2005/12/26 15:36

私は、全くの「文系」人間ですが、私そしてあなたが生きている間には「不可能」だと思います。

＞4つの力（重力、電磁力、強い力、弱い力）の関係が統一され

超高圧・超高温・強い電磁力の世界で極短時間ご提案の現象は現れるかもしれませんが、
それに必要なエネルギーは「常温核融合」から取り出すことのできるエネルギーよりはるかに大きいものとなるでしょう。

この回答への補足

　こんな愚問に対しての回答ありがとうございます。

　ごめんなさい。僕の知識では、
「超高圧・超高温・強い電磁力の世界で極短時間ご提案の現象」の意味が良く理解できませんでした。

　また、ご指摘のとおり、クォークが原子の中性子、中間子内でいつも存在しているとは、思っていません。
　しかし、現に中性子、中間子などが存在していることは、クォークも常時ではないにしても、時々その性質を示すことがあるのではないかと、思ったのでこのような質問をしました。

　また、「エネルギー（高運動エネルギー素粒子などの衝突）を加える。」は、核融合を誘発させる「トリガー」のつもりで、小さなエネルギーを想定していました。

補足日時：2005/12/26 19:29