よく核融合発電?や熱核爆弾で莫大なエネルギーが発生すると言われますが、なんで酸化反応とかより莫大なエネルギーが発生するのですか?

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意味 核」に関するQ&A: 核のある意味について

A 回答 (3件)

siegmund です.



ははあ,そういうことですか.
原子核中には陽子と中性子がありますが,それらの間には核力が働いています.
で,核融合や核分裂が起きると原子核の組み換えが起こるため,
核力のエネルギーが変化します.
その変化分を放出したのが,核エネルギーとして観測されます.
そういう意味で,核分裂も核融合もエネルギーの起源は同一です.

核力の本質は,「強い相互作用」です.
自然界の基本的な力は,その他に「弱い相互作用」「電磁気力」「重力」で,
酸化などの化学反応に関与するのは電子で,関係する力は電磁気力です.
強い相互作用の方が電磁気力よりはるかに強く,
それが化学反応と核反応との間のエネルギーの違いに現れています.

グルーオンを解放...,は核力の変化を素粒子論の言葉で表現したものです.
陽子や中性子は現在では複数のクォークやグルーオンの結合状態とされています.
クォークの方は物質を形作る最も基本的粒子,
グルーオンはクォーク間の相互作用を媒介する粒子です.
したがって,強い相互作用の大きさが変化しエネルギーが放出されたというのは,
素粒子論の言葉ではグルーオンが解放された,ということです.
グルーオンはグルー(糊)から来ていて,
クォークを強く結合しているのでこういう名前がつけられたとのことです.

なお
> 核分裂とはクォークを構成する粒子グルーオンを瞬時に解放する事で
は,ハドロンを構成する...,でしょう.
ハドロンとは陽子や中性子のこと(これ以外にもある)で,
上に書いたようにクォークとグルーオンで構成されています.

この回答への補足

”上の首でもくくろうかな”はもちろん冗談です。
本気する人はいないと思いますが、一応。

補足日時:2001/05/16 21:17
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この回答へのお礼

siegmndさん回答ありがとう御座います。
そうです、おこがましいですが、このような回答を期待していました。
懇切丁寧な説明ありがとうございます。

しかし、科学の発達ってすごいですね、人間の動物的な力の範囲(手足の長さ)を超えて、ミクロ、マクロな世界を垣間見ることが出来る。
う~ん、こんな事考えると、人間の体って単なる脳みその器だけのような気がしてならないです。スポーツ選手の方達(他にも)には失礼だけど。
いつか人間の思考(空想)能力に科学(実証)が追いつくことが来るのですかね。
スタートレックに”宇宙、それは最後のフロンティア”なんて言葉がでてきますが、宇宙の真理が分かった時、人間は次に何を求めればいいのですかね。
なんかブルーになっちゃいました。←すごいくだらないブルー
首でもくくろうかな。

お礼日時:2001/05/16 20:38

え~、核融合も核分裂もエネルギー的には


E=mc^2
だったはずですが?

現象論的理解だと、
核分裂時質量は
m/2=m/2-α
でα分だけ質量が減少します。
核融合時の質量は
m+m=2m-β
となり、β分だけ質量が減少します。
α、β分のエネルギーを放出する。
となります。
この考え方だと、物質=エネルギーとなるわけです。

というわけで、質問内容を単純化すると「物質とは何か?」
となるのでしょうが……はっきり言って分かりません。
まだ、世界中で研究中です。

グルーオンうんぬんの話も学者が唱えている一説にすぎないでしょう。

というか、「核力」そのものの説明ってかなり高度な物理学になるはずで
専門家中の専門家がいまだに各説を唱えている状況で……
つまり、「グルーオン」という粒子があると唱えた学者が居るのは確かだが
グルーオンがなぜゆえ「プラス」「マイナス」をもっているのかとか分からないし
核融合時の質量の減少は説明できないし

……そもそも引力や磁力の仕組みが分からないし

やっぱり分かりません(^^;

どうしても知りたいのなら、自分が物理学者になることです(苦笑)
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この回答へのお礼

回答ありがとう御座います。
私の質問のなかで”E=mc^2とかではなくて...”と書いていましたが、数式での説明分かりやすかったです。ありがとう御座います。
つまり、核融合も核分裂もプロセスは違うけど、結果として足し算、引き算で粒子の再構成がおこり、質量の減じた分がエネルギーとなるということなんですね。(違うかな?)
私はカミオカンデ、スーパーカミオカンデに協力してる会社のものなんですが、部署が違うため専門的なことは分からないのですが、興味があってこんな質問をしました。私の専門は経理です。同じ”数字”をあつかうのですがもっと生々しい”数字”なんですね(笑)。

お礼日時:2001/05/16 20:16

http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=34427
あたりでかなり詳しく議論されていますが,いかがでしょうか.
他にもここの検索で「核融合」とやるとかなりヒットします.
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この回答へのお礼

ジグムントさんアドバイス有難うございます。
紹介してくれたURLのところ見てきましたが、熱量とかそういう専門的な事ではなく、もっと大まかな核力そのものの仕組みが知りたいのです。
核のパンフレットとかを見ると、E=mc^2とか質量換算比とかでてくるのですが、何故それだけのエネルギーが発生するのか、その仕組みを書いてあることがまずありません(私の見た中では)。

以前に、”核分裂とはクォークを構成する粒子グルーオンを瞬時に解放する事でエネルギーを生じさせる、グルーオンは自然界に存在する4つの力の内最も強大なエネルギー量を持つ。”という説明を何かで見たのですが、核融合はどうなのだろう?、というのが私の質問の趣旨でした。
 言葉足らずで曖昧がすぎる形で書いてしまいました、すみません。

お礼日時:2001/05/16 11:59

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Q常温核融合は不可能でしょうか?

常温核融合について、常温では核融合はありえないとする意見が多いのでしょうか?常温核融合はありえますか?

Aベストアンサー

常温核融合はあります。

ミューオンという電子の仲間を使う方法です。
ミューオンの重さは電子の207倍です。
水素分子に、電子の代わりにミューオンが軌道を回ると水素の原子核が接近して核融合をおこします。
ただし、ミューオンは加速器で生産され作る効率が悪くて、核融合で得られるエネルギーよりもミューオンを作るのに必要なエネルギーの方が大きくて収支が合いません。
ミューオンを安価に製造するには素粒子物理学の完成が必要です。

Q核融合反応による発電

核融合反応は、
放射線を出さず、
また、ウランに比べて無尽蔵の重水素を使えるから、
未来のエネルギーとして研究されていると聞きましたが、
(1)何故未だに利用されていないのですか?
(2)いつごろ利用できるようになるのでしょうか?

Aベストアンサー

(1)非常に高温・高圧が必要となるが、そのような状態を長時間維持できる技術がない。
状態を作り出せたとしても、そのような高温の物体を閉じ込められる容器が存在しない。

容器の候補としては、物ではなく磁場を作り閉じ込める方法が有力であるがまだ長時間安定して閉じ込めができない。

Q軽水素のほうが核融合が起こりにくいわけ

「軽水素での核融合反応が起こらず、重水素による短期の核融合反応のみで終わってしまった」

軽水素のほうが核融合が起こりにくいのはなぜなんでしょうか?

Aベストアンサー

HとHの反応がH+H→D+nになるのかどうか知りませんが、これは確かに核融合で考慮されていません。反応が起きないのは衝突断面積が小さい所為ではないでしょうか。(手元に資料がありませんが...)
因みに核融合はエネルギーが取り出すことが目的ですが、プラズマでの熱核融合を考えるき、注ぎ込むエネルギーより取り出せるエネルギーの方が大きくないと意味がありません。融合の効率が大きな問題です。その時にものをいうのが衝突断面積です。これがD+D、T+D、T+T、(3)He+D(ここで(3)Heは質量数3のHe)などで相当違います。そして反応率はnAnB<σv>で決まります。ここでnA,nBはそれぞれの核種、σが衝突断面積、vが相対速度です。vは注ぎ込むエネルギーに依存します。<σv>がプラズマ温度にたいして圧倒的に大きくなるのはT+Dです。
DとDでも大したことはなくて、D+D→H+TとD+D→n+(3)Heのピークの衝突断面積(適正なエネルギー条件があります。)はT+D→n+Heに比べで2桁近く小さいはずです。

Q核融合と核分裂の発電量の違いは何?

核融合と核分裂の発生エネルギーは核融合の方が大きいでしょう。
でも、発電するために行うことはどちらも、
「水を沸騰させて水蒸気を出し、タービンを回し発電する。」
ということは変わらないのではないのですか?
そうすると、どんなに高いエネルギーでも、水は100度で沸騰し、
その時に水蒸気の壁が出来て、直接熱する事が出来ない。
ということを聞いた様な気がします。
(気化熱でエネルギーを奪われるから、だったでしょうか?)
だから火の上を裸足で歩いても火傷をしない、と。
であれば、核融合であっても核分裂と同じ事しか出来ないのでは?

圧力を加えれば沸騰温度は上がるでしょう。
でも結果は100度のときと変わらない気がします。
変わるのでしょうか?

核融合発電とはいったいどの様なものなのでしょうか?

Aベストアンサー

私の前回までの回答は、現実のことに関する知識に基づいて書いていますので、
想像上のこととなると別の話になるのですが、

>>>よく考えると、
>>>「反応炉の大きさが同じなら水と触れる面積が同じだから
>>> 得られるエネルギーは同じなんじゃないの?」
>>>と思ったのでした。
>>>これはどうなんでしょう?

という考え方は、たしかに本質を突いていますね。
(単位時間当たりのエネルギーとして)

ただし、冷却水の流れを速くすれば、触れる面積を大きくしたのと同じようなことになりますよね。
そしてまた、水以外を用いれば熱容量や熱伝導率も関係します。
パラメーターは接触面積だけではないので。


今回のご質問については、私の回答は、ここまでとさせてください。

では。

Q核融合発電ってどう思いますか?

 福島第一原発の事故により、原子力発電に代わるエネルギー供給の話題を耳にする機会が増えました。
 「核融合発電」も開発への期待が高まる技術だと思いますが、私の周囲では「核融合発電」のイメージは悪いようです。理由は「怖そう」、「名前に核とつくから原発と同じような印象」などです。
 私の父は核融合の研究に関わっていましたが、研究所を建設する際に近隣住民から激しい抗議を受けたと言っていました。施設の名前に「核融合」という言葉が入るのがまずかったようです。

 で、質問です。タイトル通りですが、核融合発電ってどう思いますか?

 未来のエネルギーとして期待できるか否か、危険性やデメリットについてなどなんでもかまいません。詳しくない方にも「核融合」という名称から受ける印象などをお聞きしたいと思います。
 

 

Aベストアンサー

核融合、出来たら良いな.....と思っています。

ただ解決しなければいけない部分が沢山あって、その中
には当然、危険性の回避って部分もありますから、商用
として完成するのは相当先だろうな~、私のひ孫の代に
実用されたら嬉しいな~と。


[核融合の問題(解決すべき項目)]
・高い反応温度からどうやってエネルギーを取り出すか?
   現在研究されている重水素(トリチウム)を使った水素
   核融合を起こすには約1000万度の条件が必要なんで
   すね。
   これを何十億度まで上げると陽子と中性子までバラバラ
   にしてビッグバン直後の状態が作り出せます。
   原子炉の反応ですと想定する温度は1000℃程度で
   済みますし、使う材料や冷却剤も現在揃っていますが
   ここまで高い温度だと熱を取り出すことが非常に困難です。

・強い中性子線をどうするか?
   核分裂ならアルファ線やベータ線など「比較的遮断しやすい」
   放射線の割合が多いんですが、核融合では核分裂とは
   桁違いの中性子線が出るんです。
   中性子は物質を貫通する能力も高いですし、人体への危険性
   も特に強い放射線なので、どうやって安全を保つか?が問題
   となります。

・どうやって安定した核融合を維持するか?
   1000万度だと、燃料を納める物質もないんですよ。
   そこで現在は燃料を磁力線で覆って核融合を起こしています。
   ちょうど飴を包み紙で包むみたいな感じです。
   飴が燃料で包み紙が磁力線。 筒状の磁力線で燃料を包み
   両端をクルクル!とねじることで球体の磁力線容器を作りだし
   ますが、こうなるとどうやって燃料を入れるか?
   下手にクルクル!を解放すると燃料が漏れる。 金属筒を
   磁力線に差し込むとしても中心は1000万度..って事ですね。

・どうやって燃料を安全に保管するか?
   燃料のトリチウムも放射性を持っていますから。

デメリットというか、解決すべき項目はこんな感じですかね?
(ここから派生する問題は別のこととして。)

もう、宇宙でミニ太陽起こす方が早いんじゃない?と思っています。

核融合、出来たら良いな.....と思っています。

ただ解決しなければいけない部分が沢山あって、その中
には当然、危険性の回避って部分もありますから、商用
として完成するのは相当先だろうな~、私のひ孫の代に
実用されたら嬉しいな~と。


[核融合の問題(解決すべき項目)]
・高い反応温度からどうやってエネルギーを取り出すか?
   現在研究されている重水素(トリチウム)を使った水素
   核融合を起こすには約1000万度の条件が必要なんで
   すね。
   これを何十億度まで上げると陽子...続きを読む

Q熱核分裂性(fissile)と、核分裂が起こりうる(fissionable)原子核について

こんにちは、
いま図書館で借用した古い原子炉工学(1975年)の本を読んでおりますが、そこに
(1) 233U、235U、239Pu、241Puなどの原子核は、熱核分裂性(fissile)の原子核と呼ばれる。運動エネルギーがゼロの中性子であっても、核分裂が誘起される。
(2) それに対して、233U、235U、239Pu、241Pu以外の重い原子核については、
核分裂が起こりうる(fissionable)原子核と呼ばれる。この238Uのような臨界エネルギーがあまり高くなくて、入射中性子エネルギーが約10MeV以下で核分裂が誘起される。
という言葉が使われています。
いまでも、熱核分裂性(fissile)と、核分裂が起こりうる(fissionable)原子核と言う言葉はそのまま使用されているのでしょうか?

また、核分裂が起こりうる(fissionable)原子核は、具体的にどの元素が該当するのでしょうか

Aベストアンサー

専門家ではありませんが、

>また、核分裂が起こりうる(fissionable)原子核は、具体的にどの元素が該当するのでしょうか

http://wwwndc.tokai-sc.jaea.go.jp/jendl/j33/J33_J.html
に核反応の計算値があります。
例えば 241Am を見ると
http://wwwndc.tokai-sc.jaea.go.jp/j33fig/jpeg/am241_f2.jpg
の下の実線のようにfissionの反応率(反応断面積)があります。
こういうのは fissionable というのではないでしょうか?

今もfissible,fissionableという言葉が今も使われてるかは分かりません。すみません。

Q慣性核融合について

慣性核融合について
こんにちは、
慣性核融合に興味があり、図書館で本を借りて読んだりしています。
その読んでいる本がかなり古い本で、1980年台のものです。その本には、慣性核融合を起こすビームには、「レーザー」「相対論的電子ビーム」「軽イオンビーム」「重イオンビーム」なんかが載っています。下記について教えてください。

質問1、
現在でも、ビームは、このようなものなのでしょうか?それらの内、どのビームが一番早く実用化されそうなのでしょうか?
質問2、
慣性核融合炉の実験炉は完成しているのでしょうか?実用炉はいつごろ出来そうなのでしょうか?
質問3、
慣性核融合方式は、磁界閉じ込め方式と比べて、どちらが先に実用化されそうなのでしょうか?
質問4、
その他、核融合についてトピックスは無いでしょうか?

Aベストアンサー

 お勉強をされているようなので、少ないエネルギー注入で慣性核融合を起こすためには、燃料球を圧縮する必要がある事はご存じと思います。燃料球の圧縮は燃料球の表面が加熱されてプラズマ化して、外に向かって噴出する時の反作用で圧縮します(瞬間的に起こるので爆縮と言います)。
 従ってミリメートル程度かそれ以下の小さな燃料球を無駄無く加熱するためには、ビームを集束してエネルギーを集中して1平方センチ当たり十~百兆ワットの強さにする必要があります。しかし、空気中でそれをやるとビームが燃料球に届く前に周りの空気がプラズマになってしまい、肝心の燃料球にエネルギーが届きません。
 従って、強力なビームを燃料球に届けるためには途中を真空にしなければなりません。また、核融合が起こると膨大なエネルギーが放出されるので、炉壁が壊れないように壁は数メートル以上離して置くので、ビームは真空中を数メートル飛んでその先で広がらずに集中できなければなりません。
 そのような条件を満たすことができるのは、レーザーと重イオンだけです。他の方法はどうやってもウマく行きませんでした(難しい話しになるので、理由は省きます)。その上、加速器の建設費はレーザーの十倍くらいお金がかかるので、今では慣性核融合実験はレーザーでしかやられていません。(注;運転効率は加速器の方がいいので、もっと核融合の物理が分かって、加速器技術も上がれば将来は重イオンビーム核融合炉もできるかも)

 核融合の当面の目標は、自己点火といって「外からエネルギーを注入し続けなくても、自分の核融合で加熱を持続させること」が目標です。磁場閉じ込めも、慣性核融合もそのために大型装置の計画や建設が行われています。<まだ、炉と呼べる物はできていません>
磁場閉じ込めではITER(フランスに作ります)が国際協力で設計中です、慣性核融合ではNIF(アメリカ)がほぼ完成し実験を始めるところです。フランスも独自にNIFと同程度のLMJという実験装置を作っています。どれも、数年~十年後には使ったエネルギーより多くの核融合エネルギーを得る事「臨界以上」を目指しています。
臨界が達成された後は、炉壁の耐久性、ビーム源の効率を上げる等の工学的課題が残っていますが、大型装置は計画から設計、建設まで十年以上かかり、数年は実験してデータを集めそれを見てまた直すという事をするので、発電炉になるのは(今のやり方の延長で考えると)50年以上先でしょう。
50年以内に実用化するためには、研究の進め方や、物理、工学面での発想の転換を迫るような大きな飛躍が必要かもしれません。どの方式が先かは、意見が分かれています。ここ十年ちょっとは慣性核融合が先頭を切るでしょうが、効率の良いレーザーを実現できるかが鍵です。磁場閉じ込めは、核融合が進んだ時のプラズマの安定性はまだ誰も実験した事が無いので分かりません。

トピックスは、慣性核融合では、阪大レーザー研のサイトが充実しているでしょう。
英語でも良ければ、https://lasers.llnl.gov/about/、http://en.wikipedia.org/wiki/Laser_M%C3%A9gajoule、http://lamda.mat.muroran-it.ac.jp/IBF/Seminar_Program/Seminar_B/9A-1B_02_T.Norimatsu.pdf
磁場閉じ込めは、原子力機構と核融合研(http://www.naka.jaea.go.jp/ITER/index.html, http://www.nifs.ac.jp/index_003.html)。
重イオンビームに興味があるのなら、http://www.gsi.de/portrait/Broschueren/Wunderland/09_e.html

 お勉強をされているようなので、少ないエネルギー注入で慣性核融合を起こすためには、燃料球を圧縮する必要がある事はご存じと思います。燃料球の圧縮は燃料球の表面が加熱されてプラズマ化して、外に向かって噴出する時の反作用で圧縮します(瞬間的に起こるので爆縮と言います)。
 従ってミリメートル程度かそれ以下の小さな燃料球を無駄無く加熱するためには、ビームを集束してエネルギーを集中して1平方センチ当たり十~百兆ワットの強さにする必要があります。しかし、空気中でそれをやるとビームが燃料...続きを読む

Q核融合エネルギーの行方

実験室レベルで核融合を成功させたときに発生するエネルギーはどこにいくのでしょうか?
微小な熱エネルギーとなるのでしょうか?
どなたか教えてください。

Aベストアンサー

実験室での核融合は、重水素を高温・高密度プラズマ(密度 1e19 cm^{-3}, 数千万度)にすれば良いので、比較的簡単に出来ます。
数百万円の資金と20平方メートル程度のスペース、高電圧放電とプラズマ物理の知識があれば貴方にも可能ですが、放射線が出るので法律にそって実験して下さい。
方法は、放電や超高強度レーザー照射によりますが、小規模だと反応率が少ないのでエネルギーはペイしません。
数十kJの電源を使って、うまくやっても核融合出力は数mJ以下です。

核融合反応が起こると、高エネルギーのアルファー線(ヘリウムの原子核)と中性子線が出ます。
アルファー線は飛程が短い(透過力が弱い)ので、装置の内壁に吸収されて、内壁の原子を弾き飛ばす場合もありますが,弾き飛ばされた原子は壁に当たって止まります。何れにしても最終的には止まるので、運動エネルギーは熱になります。
中性子は透過力が大きいので、相当の距離まで飛びます。しかし、この場合も壁や空気などの途中の原子と衝突しながら減速されたり吸収されて核反応を起こします。核反応の場合は,核の内部エネルギーになりますが、それ以外は熱エネルギーに変わります。

実験室での核融合は、重水素を高温・高密度プラズマ(密度 1e19 cm^{-3}, 数千万度)にすれば良いので、比較的簡単に出来ます。
数百万円の資金と20平方メートル程度のスペース、高電圧放電とプラズマ物理の知識があれば貴方にも可能ですが、放射線が出るので法律にそって実験して下さい。
方法は、放電や超高強度レーザー照射によりますが、小規模だと反応率が少ないのでエネルギーはペイしません。
数十kJの電源を使って、うまくやっても核融合出力は数mJ以下です。

核融合反応が起こると、高エネルギーのア...続きを読む

Q核融合炉の実用化

先日、アメリカの学生が核融合に
成功したというニュースがありました。
現在、日本も原子力・火力発電などに代わるものとして
ITERなどで研究していますが、実用化のメドは全くたっていません。
実用化を妨げている問題とは何でしょうか?
材料的・理論的・金銭的・政治的といろいろ要因はあり、
全てかもしれませんが。
強いて順位をつけるなら核融合炉の問題は何でしょうか??

Aベストアンサー

東海村の臨海事故やチェルノブイリの事故などに代表される安全性の問題が一番でしょう。

どんなに高い出力を得られたとしても、それに伴い安全性も低いと言う問題があります。

さらに、運用中には人体に有害な放射性廃棄物の処理等さまざまな問題点が付きまといます。

安全性を確保できれば何とかなるかもしれませんが・・・

Q核融合エネルギーの実用化の問題点

私の子供のころには、21世紀になれば核融合によりエネルギー問題が解決される、といふやうな楽観的な意見が聞かれました。しかし現在でもめどがたつてゐるとはいへません。

問題点は何ですか。

実用化されさうなのは、何年後ですか。

Aベストアンサー

現在のスケジュールでは

実験炉 2020年
原型炉 2040年
商用炉 2050年

私は生きて無さそうだな~。

問題点は大きく2つ

1) 現在のプラズマ閉じ込めでは
入力と出力は1:1で、連続運転は
30秒程度。これを1:5などに高め
長時間保持する技術が必要。
このレベルのプラズマ閉じ込めを
誰もやったことはないので
実験をやってみないことには
先が見えない。Iter の完成は
2020年
2) 発電で発生する強力な中性子線に
耐え、かつ放射化の少ない材料
の開発が必要。現在,様々なものが既に
開発されているが実験段階。

少なくとも夢の技術というような段階は
通り過ぎています。


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