核融合の疑問

核融合には高温高圧の状態が必要だと言いますが、高圧が必要なことに疑問があります。
核融合は高速で原子核同士がぶつかればいいんですよね。高圧にした場合原子核同士の衝突頻度は上がりますが衝突速度が上がるわけではありません。大事なのは衝突速度ですから核融合が起きる速度になる温度にすれば圧力なんて関係ないんじゃないですか？

No.5 ベストアンサー 回答者： okormazd 回答日時： 2011/09/03 12:02

核融合を起こす(自己点火する)ための理論的な条件に、「ローソン条件」というのがあります。

この条件を満たせば、核融合が起こるが、満たさなければ核融合が起きないとされる条件です。これは、
(1)プラズマ中心温度か１億度以上
(2)プラズマ中心における原子核の数密度とエネルギー閉じ込め時間の積が100兆個/cm3・秒以上
http://eneken.ieej.or.jp/data/old/pdf/kaku.pdf
というものです。
したがって、温度が高いことと、原子核の数密度とエネルギー閉じ込め時間の積が大きいことが必要です。
エネルギー閉じ込め時間を長くできれば、数密度は小さくてもいいということですが、エネルギー閉じ込め時間も長くすることは難しいので、数密度を大きくしなければならない=圧力が必要ということになります。
質問者は、「高圧」といっていますが、これは、エネルギー閉じ込め時間との兼ね合いなので、エネルギー閉じ込め時間を
長くできればそれほどの「高圧」は必要ないし、エネルギー閉じ込め時間が短ければ「高圧」にする必要があるということです。

高温であればいいじゃないかということですが、１億度程度の高温だけでは核融合は起きません。また、非常な高温を達成・維持できないこともあります。

No.4 回答者： Mokuzo100nenn 回答日時： 2011/09/03 10:47

核融合が起きればよいのか、核融合連鎖反応を起こしたいのか。

問題の定義次第でしょう。

この回答へのお礼

核融合連鎖反応を起こさせるのが目的なら、それをさせない方が核融合発電にとってはメリットですよね。暴走しないし、ゆっくり反応させてエネルギーとして取り出せばいい。なので、核融合炉を数億度にする必要があるのか。

お礼日時：2011/09/03 11:11

No.3 回答者： masudaya 回答日時： 2011/09/03 08:59

基本的な疑問だと思います.こういう疑問は理解を深めるために必要なもので

とっても大事なことだと思います．

私も,そんなに詳しくはありませんが,
核融合に必要なことは原子核が高速で衝突することで間違いないです.
ただ,原子核が2個核融合を起こしたところで,たいしたエネルギーを発生できないと思います.
今は知りませんが,核融合反応は3重水素と重水素を融合させて,
ヘリウムと連鎖反応用の中性子を生成させたと思います.
連鎖反応用の中性子をほかの原子核にぶつけることで,連鎖反応を誘発させると思っています.
これを実現させるためには,単位体積あたりの原子核数を(密度を)上げる必要があります.
また,融合反応自体は量子力学的反応であるので,確率的な反応になると思います.
その中で確実に一定数の反応を起こさせるためには,単位体積あたりの原子核数を
増やすことが必要になると思います.これは密度であり,これを増やすには
高圧にする必要があるのだと思います.

No.2 回答者： tetsumyi 回答日時： 2011/09/03 08:51

エネルギーを取り出すのは全エネルギー量が多くないと実用的にはなりません。

ですから、当然密度がある程度高いことが必要です。

No.1 回答者： NURU_osan 回答日時： 2011/09/03 07:50

　高温が必要なのは原子核が分解しやすくなる…つまり脆くなる…ようにするためです。

温度の低い原子核に少々衝撃を与えても分解しないので核融合は起きず、温度の低い物質に核融合を起こさせるには物凄いエネルギーをぶつける必要があります。

　高圧が必要なのは加圧したほうが高温にしやすいのと、核融合を起こさせる原子の密度を上げることで衝突を起こしやすくするためです。
　広大な空間に少数の爆弾を置いて、その内の一つを爆発させても誘爆は起きませんが、狭い部屋に爆弾をぎっしり詰め込んだ状態で一つを爆発させれば全部が誘爆してしまいます。
　核融合を連鎖的に起こさせるためには、核融合を起こさせたい物質を狭い空間にぎっしり詰めたほうが良く、そのためには高圧を得た方が良いのです。

　あとは、核融合を起こすほど高温に加熱すれば、必然的に高圧になってしまうというのもあります。圧力を下げるということは、放熱（冷却）させてしまうのと同じことなので、熱エネルギーが無駄になってしまいます。