ニャオニャオ21世紀

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カーボンナノチューブを使った核融合発電?のアイデアを考えてみましたw 出来るんでしょうか?(*´ω`*)




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夢の発電方法の核融合。

今あるのは、原子力発電(核を分裂させるときにエネルギーがでる)ですが、

核融合は核をくっつけるときにエネルギーがでます。

 

原子は、

陽子と中性子がくっついた、核と、

その周りに電子がまわっている

という形をしているのはご存知だと思います。

 

その核はものすごく強烈な力でくっついています。

原子から電子を引き離すのとは訳が違います。

 

そんな強力な力でくっついている核を、

分裂させてやるとか、くっつけてやると、

ものすごく強いエネルギーを出します。

(熱?かな)

 

通常の原子力発電は、重い原子であるウラン、プルトニウムの核を

分裂させることでエネルギーを取り出します。

問題なのは、そのとき放射能を出すということです。

 

>核燃料に使われるウラン235などの物質は中性子を吸収することで核分裂反応を起こし、そ>の際に熱エネルギーと新たな複数の中性子を放出する。

>燃料物質の量が多く、そこを飛び交う中性子の数が多いほど核分裂反応の起こる確率は高く>なるため、一定量を超えると核分裂が複数の核分裂を引きおこし、指数的に核分裂が増えて>いく連鎖反応がおこる。

>そこで、中性子を吸収する制御棒を使い、中性子を減らして核分裂の増加を制御すること

>で、一定量の核分裂を継続的に行うことが可能になる。

>この継続的な核分裂によって生まれた熱エネルギーを、水を気化させてタービンを回すなど>の方法で利用する。

引用:wikiペディアより

 

まぁ、取り扱いが難しいのでしょうね〜。

私は全くの素人なのでよく知りませんけど...

 

 

核融合炉は、

軽い元素の水素、ヘリウムの核融合反応を利用してエネルギーを

取り出します。

利点として、

・二酸化炭素がでない(原発と同じ)

・連鎖反応が起きないので暴走しない

・水素はそこらじゅうにある(海水から取り出す技術があるそうで)

・放射性廃棄物の問題が少ない

というのがあるらしいです。

 

僕なんかが思うのは、海水から水素を取り出したら

無限大にエネルギーが取り出せるのではないか!ということですねぇ^^

 

まさに夢のエネルギー!

 

でも未だに核融合炉による発電所は実現できていません。

たまにアメリカの高校生が核融合炉を作ったと

話題になる程度ですねぇ〜(^_^;)

 

なぜ実現できないのか?

 

核融合を起こすのに、原子核を1000km/sでぶつける必要があります。

1秒で1000km!

すごい速度!

 

ここで出てくるのが温度の意味。

温度が高いというのは、原子がどのくらい高速で飛び回っているか

ということ。

(熱って原子の運動量なんです^^)

つまり、高温にしてやればやるほど、高速で原子が飛び回ります。

 

1000km/sで飛び回るというのは、プラズマ温度1億℃以上とかに

なるようです。

その高温プラズマ状態にするのにエネルギーが大量に必要です。

高温にするエネルギーが、

核融合によって取り出されるエネルギーより

少なくないと意味がないですよね〜。

 

核融合炉で取り出されるエネルギー > 核融合を引き起こす温度(1億℃以上)

 

これが難しいそうです。

採算が合わないのはこのせいらしいのです。

うーん。

 

だから常温で核融合が起こせれば、投資するエネルギーが少なくて

発電に使えるというわけです。

でも核を融合させるには、高速で原子をぶつける必要があります。

ということは高温になるということ。

(原子の運動量が温度なので。高速に原子が動くということは高温ということ)

 

常温で核が融合するって無理ですよねぇ。

加速器でぶつけて核融合を起こすということはできるのかな?

 

なんにしても投入するエネルギーが多すぎるようです(^_^;)

 

核融合について:文部科学省

(こちらのリンク先が詳しいです)

 

 

そこで考えました、常温核融合の方法を!

私は全くの素人なので、まぁ漫画や映画に出てきそうな

アイデアだと思ってください^^

 

核融合するためには、陽子を核にくっつけるということ。

速いスピードでぶつけるとくっつくということなら、

強い力で押し付けてもくっつくのでは?と考えました。

 

 

f:id:nyaonyaokun:20190831114751p:plain

重水素と三重水素を一つに混ぜ合わせ、

その周りに、電子か陽イオンをクルクル回せばどうなるんでしょうか?

 

もちろん原子レベルの近距離に大量の電子または陽イオンを回します。

電流は進行方向に向かって右回りの力が働くので、

ということは、

重水素、三重水素の混合物の周りに電子・陽イオンを回してやると、

中心に向かって力を送り込むことができると思います。

(混合物はマイナスかプラスに帯電していないといけないかも。

マイナス同士のものを強引に一箇所に閉じ込める、と^^)

 

 

では、電子、陽イオンをどうやって、

重水素、三重水素の周りを回すか?

 

そこでカーボンナノチューブが出てきます。

カーボンナノチューブとは、中が空洞になった炭素の管?かな。

確か、電気が流せたはず。

この辺りはよく知らないのですが...

 

もっと簡単に言うと、

脳のニューロンを思い出してください。

ニューロンの中を電気が流れます。(イオンだったかもしれないですが)

あれが規則正しく同一方向に電流が流れていたら?

しかも毛玉状の形で...

 

そんな感じで、ナノサイズの線(電線?)に電子を流します。

そのナノ電線を毛玉のように丸めて、電子を回します。

とても至近距離を回すので、中心に向けてかなりの力が働くと思います。

 パチンコ玉くらいの大きさに、アドバルーンくらいの大きさまで

カーボンナノチューブを巻くとか^^

そんなイメージ。

もっと全体的に極小かもしれませんが。

 

または、

混合物の周り(ナノサイズまで近距離)の物質に電子を帯電させて、

外から磁力を与えてやり、電子を回すことができれば!

 

普通の核融合などで使われている電線でのコイルとの違いは、

1本1本の距離が非常に近いということです。

カーボンナノチューブだとそれこそナノ単位の近さになります。

普通のコイル1巻のところにカーボンナノチューブだと

一体どれくらいの層ができるのか?

これは想像もできません^^

 

コイルの巻数が多くなればなるほど、磁界、電磁誘導?の

力は大きくなるはずです。

 

また距離が近いほど働く力は強くなります。

 コイルの密度が高ければ高いほど、磁力も強くなります。

 

 ということは、エネルギーも少なくて済むと思います。

(かける電圧が少なくてすむ)

その点で、投入エネルギーが小さくできると思うのです。

 

量子のトンネル効果で、普通に近づけるよりも少なめのエネルギーで

くっつくことも考えると出来そうですが...

(これは核融合の基本みたいですが) 

 

ナノレベルでなくてもいけるかもしれませんが、

できるだけ近距離というのが味噌です。

 

混合物は石炭みたいな形をしているのかもしれません。

でも中心に重水素と三重水素が詰まっています。

周りはカーボンナノチューブに電子が帯電しているもの。

(カーボンは炭素なので、石炭みたいになるかなぁと^^)

その石炭みたいなものに磁力をクルクル回してかけてやる感じでしょうか。

 (通常では加熱しても爆発しないけど、磁界をぐるぐるとかけると

大爆発する新固形燃料(ΦωΦ))

 

できたらいいなぁ〜(*´ェ`*)

暇つぶしはここまでにします。では〜。

 

追伸:この方法が可能なら、あらゆる元素を合成できるのかもしれませんね。

しかも低エネルギーで。(安価に)

今でも、高温状態にする方法?または加速器?で、新元素が合成されているので...

(ほとんど知らないので間違っていたらごめんなさい。

でも人の手で、新元素が作られているのは間違いないです。

ただ不安定なので、短い時間しか存在できないみたいですが)

 

レアメタルとか合成できるといいのかもしれないですね〜。

そんな簡単じゃないか(*´ェ`*)

 

さらに追伸:核反応は鉄に収束するそうです。鉄が安定だそうで...

核融合は鉄より小さい原子番号の元素で、核分裂は鉄より大きい原子番号の元素で。

最後は鉄に!

これはあれかな?核融合は原子番号が鉄までは、

核が融合する時にエネルギーを出すけど、

鉄の原子番号以降は、核を融合するのにエネルギーが必要ってこと?

とすると、ものすごいエネルギーが要りますね(・∀・)

 

(鉄より大きい原子番号の元素は、超新星爆発で出来たそうで。

大きなエネルギーがないとくっつかないのかな?^^)

 

2019/12/04追記

カーボンナノチューブ(CNT)について調べてみました。

 

単層カーボンナノチューブというのがあり、これがキーですね。

銅とCNTによる複合材料だと、導電性は銅とほぼ同等。

しかし、許容電流は銅の100倍!!!

 

古河電気工業のCNT電線ですと、電流密度が銅の1000倍!!!

 

どうやら、電気をたくさん流せるようです^^

これがどういう意味かといいますと、

大電流だとそれだけ電磁力も強くなるので、

超強力電磁石が作れます^^

 

原子核同士をくっつけるには、とても強い力が必要です。

この超強力電磁石を使って核融合はできないのでしょうか?

 

ここで重要なのは、毛玉状にコイルを巻き、中心に圧力をかけるということ

だと思います。

この、コイルの厚みが増せば増すほど、中心にかかる力が増すというのが

重要だと思います。

 

カーボンナノチューブ1本の電線から出る磁力が強いということは、

同じ磁力なら、銅の電線よりも毛玉の厚みが薄いということ。

 

力は距離が近いほど強いので、厚みが薄いならそれだけ、中心にかかる力も

強くなるはずなので、これも優位に働くと思います。

 

うーん、最初に思っていたのとは若干違いましたが、

なんか核融合できそうな気もします^^

 

それと、その大電流を流すのも、高温プラズマを作り出すより、

少ないエネルギーでできそうですが、どうなんでしょうねぇ。

 

 2019/12/14追記

このカーボンナノチューブ電線を使った方法での発電はできるのでは

ないかと踏んでいるのですが、どうなんでしょうかねぇ(*'▽')

じつは2019/9/5にとある大学にメールで質問しているのですが、未だに

返答なしです^^;

おかしいなぁ~、どんなことでもお気軽にご相談くださいという

メールアドレスにメールしたのですが...

あまりにダメなので悪戯かと思われたのでしょうか(-ω-)/

 

めげずに、さらにアイデアを書きたいと思います。

カーボンナノチューブ電線を毛玉状にして電圧をかけて中心に力をかける方法

を今まで書いてきました。

(中心には三重水素、重水素の混合気体を風船・ピンボール玉にみたいなものに

閉じ込めて。その風船の周りに電線を巻くというものですが)

 

思うのですが、これのキーポイントは、小さいということ。

磁力は、

 

F = K x  m1 x  m2  /  R  (xは掛け算) 

 

 

R(距離)で割っているので、

距離が近いほど力が強くなります。

クーロン力も同じような式です。

 

ということは1つ1つは、出来るだけ小さいものにして、

(小さいということは距離も近い)

それを沢山作って、

大きな電力を得るほうがいいと思います。

商業ベースにのせるためには、大電流・膨大な熱が欲しいと思いますが、

大きくすればするほど、距離が離れ、投入エネルギー量が増えます。

それならば、小さい(距離が近い)のを沢山作り、電力・熱を集めたほうが

合計では、より少ない投入エネルギーで、

エネルギーを得ることができると思います。

それが一番無駄が少ないと思います。

 

 

あと、距離に関して1つ思ったことがあります。

少し前に、アメリカ海軍が核融合発電で特許を申請しました。

あれについて、あまり凄いとか、そういう話が聞こえてきませんが、

なぜでしょうか?

やっぱりみなさん、嘘くさいとか思っているのかな~^^;

 

核融合反応炉?のコイルがグゥーと近づいて、近距離になったら

どうなるでしょうか?

R(距離)が半分になれば、コイルにかかる電力は半分になります。

 

アメリカ海軍の核融合の特許の図形をみましたが、確か、4方向からコイルの

位置を近づけることができる方式だったと思います。

ということは、より少ない電力で同等の磁力を得ていることになりますので、

少ない投入エネルギーで核融合を起こしている可能性があります。

 

ただ問題は、コイルだけで核融合を起こすほど、

中心に圧力がかけられるのか?

(カーボンナノチューブに大電力で強い磁力を得らますが...)

 

仮にその場合、中心温度はどうなるのか?

(プラズマにしても、レーザーにしても1億度になるらしい)

 磁力だけで超圧力をかけた場合の温度は?

 

僕のカーボンナノチューブ毛玉方式ですと、仮に温度が高くなっても

毛玉そのものが溶けてなくなってもいい方式ですので...

よく考えてみますと、カーボンナノチューブ毛玉型は、

星(太陽)と同じかもしれません。

星(太陽)の場合は重力で中心に圧力がかかり核融合がおきますが、

僕のは、磁力またはクーロン力で中心に圧力がかかり核融合がおこるんじゃないかと。

とすると、中心部分はものすごく高温になるのかも。

(圧力で中心部分が1億度になると核融合がおこるんでしょうか?)

規模がとても小さいからどうなるのかな?

 

そうやって考えると核融合が、なぜプラズマを使うのか?

あれは1億度を維持できる容器がないからだったはず。

カーボンナノチューブの球は、1回1回使い捨てにすることにより、

容器不要にすることに意味があるのかもしれません(*'▽')

 

 

 

仮に、中心の温度次第(低くできるなら)では、

カーボンナノチューブ玉の部分を金属で覆い、

その中心を空洞にして、

核融合が起こって気体が膨張したら、外に抜けるようにし、

タービンを回すこともできるかもしれませんが。

その場合、消耗するもの(カーボンナノチューブ電線)がなくなるので、

二酸化炭素もゼロにできそうですが...

 

やっぱり高温になるもんなんですかね?

 

どうなんでしょうねぇ~^^;

 

 2020/01/13追記

中心のボールの中に、三重水素や重水素を入れて、

その周りをカーボンナノチューブ電線で巻いて、

核融合を起こそうというものでしたが、

この方法の利点を1つ思いつきました。

 

中心の気体の入ったボールですが、

これって、ものすごく高圧の気体を入れることもできると思うのです。

気体を高圧にすればするほど、核融合を起こしやすくなると思うんですよ!

 

もし、超高圧にできるなら、

カーボンナノチューブ電線でなくても、普通の電線で核融合がおこせるのかも

しれません。

(カーボンナノチューブ電線はお高いので^^;)

 

どうなんでしょうか(*´ω`*)

 


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