14日に京都大学のプラズマと核融合の公開講座を受講しました^^
いやー、面白いですねぇ^^
今まで知らなかったことを知ることができたので、とても良かったです。
私が以前ブログに書いたアイデアである、
カーボンナノチューブを使った核融合について、
さらに考察が進んだので、
その件についても書きたいと思います。
ZOOMの使い方がよく分からなくて、最初の10分くらい聞けなかったのですが、
配布された資料によりますと、
プラズマは、大気圧、室温では、熱電離プラズマを生成できないということです。
Sahaの式というのがありまして、その式から、
導き出された結果、大気圧と室温では難しいらしいのです。
(Sahaの式とか、資料がボヤケてて見えない^^; なぜ？)
圧力を下げる、温度を上げると、プラズマを生成できるそうです^^
プラズマというのは、陽子と電子がバラバラになったのものなので、
電離することがプラズマになるということです。
電子衝突による原子の電離というものもあり、
電子をものすごく加速してやって、それが原子にぶつかると、
原子の中の電子が弾き飛ばされて電離するということです。
その弾き飛ばされた電子がほかの原子に当たって、また電離して...
それを繰り返して雪崩的に電離していくそうです。
電子レンジの中に蛍光灯を入れて光らす実験の動画を見ました^^
(絶対にやらないで下さい^^;)
電磁波によって電子にエネルギーが与えられて、
原子の中の電子が飛び出します(電離します)。
さらに、飛び出した電子により、電離が雪崩的におきるのでしょうか？
慣性静電核融合で、中の燃料を、マイクロ波でプラズマ化したのちに
電圧をかけて核融合を起こせないか？というアイデアを紹介しました。
慣性静電核融合は、通常は、発生する中性子が少ないため、
発電にならないらしいのです。
(残留ガスが邪魔をする？ということでしょうか)
トカマク式などの、磁場閉じ込め核融合は、
重水素と三重水素(トリチウム)をプラズマ化して、超高温にしてやることで
イオンが高速で動き回るため、核融合が起こります。
ということは、
磁場閉じ込め核融合と同じように、
燃料をプラズマ化してやって、
そしてその後、イオンの動きを、
電圧をかける(慣性静電核融合)ことで、
中心に集めてやれば、核融合が起きると思います。
(京都大学の小西教授の論文を読むと、
中心にプラス電荷である陽子が集まることで
掛けた電位差が低くなってしまい、
核融合が起こりにくくなるなどの問題もあるそうです^^;
そうなると高電圧を掛けるだけでなく、磁力によるものも
必要なのでしょうか？)
問題は、発生する中性子の量を如何に増やすか。
磁場閉じ込め核融合は、ローソン条件(1億2千万度、高密度)というものを
満たすと、
ローソクの炎のように、
ずっとプラズマがつくのだそうです。
(炎はプラズマなのです^^)
この状態にすることで、投入電力を減らすことが出来て、
発電！
となるらしいのです。
(ローソン条件を満たすとQ値が無限大に^^)
(Qというのは、発生エネルギー / 投入エネルギーです。
Q=1以上あれば発電！になります。
今話題の、フランスに建造中のITER(世界共同開発の核融合炉)では
Q=10を目指しているそうです)
このQ値を如何に高めるか、それが課題だと思います。
仮に発電が可能であったとして、
1個の慣性静電核融合炉あたりの発電量は、非常に小さいはずです。
燃料をプラズマ化したのちの慣性静電核融合で、仮にQ=1以上だとして
それを複数(例えば10個の核融合炉)つなげれば、
実用可能な発電となると思います。
(その場合、
磁力が関係ある場合は、直列つなぎになると思います。
電圧の場合は、並列つなぎでしょうか？
直列につなぐと電流は一定で、並列につなぐと電圧が一定です。
核融合炉を、電子回路の抵抗(コンデンサーかも)と見立てるといいのかな、
なんて思います^^
さらに超伝導(電気抵抗ゼロ)であった場合、Q値はどうなるのでしょうか？
核融合炉を100台繋げても1台でも電力は変わらないのなら
(磁力でイオンを中心に力を集める方式なら、コイルはただの電線ですし)、
Q値は限りなく、無限大に近づくのではないでしょうか？)
核融合炉にカーボンナノチューブを使ってはどうか？という
アイデアを仕切りに言ってきました。
核融合炉を燃料カプセルとして使ったばあい、
コスト的な問題で、何度も使いまわすことになると思います。
(1000回とか？)
現在、核融合炉はタングステンを使用していると思います。
(融点は確か、3800度以上!)
核融合炉は放射化しますので1年とかで取り替えるらしいです
(ITERのブランケットなどはそのように設計されているそうです)
しかし、このタングステンは希少金属なのです。
しかも、大半が中国にあります。
政治的に、タングステン供給が止まると、電力の安定供給が出来なくなります。
それならば、
カーボンナノチューブなら大丈夫ではないかと思います。
カーボンナノチューブは融点が3000度以上です。
しかし金銭的な問題があります。
タングステンが1kg 5000円などに対し、
カーボンナノチューブが1kg 3万円です。
(2020年にこの価格(3万円)にすると、
どこかのメーカーが言っていました。1kg 100万円とかの時代も^^;)
もっともカーボンナノチューブは軽量であることも売りのひとつなので、
一概に価格比較はできません。
2030年には1kg 数千円になるだろうという予測もあります。
カーボンナノチューブは炭素ですので、素材自体は簡単に手に入ります。
私のアイデアでは、
燃料の詰まったカーボンナノチューブ製の核融合炉(燃料カプセル)で、
核融合を起こさせたら、新しい核融合炉(燃料カプセル)に取り替えます。
(炉は軽量であることが望ましいかも)
それを連続して行うことで、発電していきます。
(核融合が起こるとヘリウムが出来ます。
通常の核融合炉の場合、
その都度、それを取り除かないといけません。
磁気閉じ込め核融合ではダイバータという機器でやるそうです。
通常の慣性静電核融合炉でも、
炉の中のヘリウムを取り除いたり、
燃料の水素(重水素、三重水素)を注入したりすると思います。
そして炉は放射化するので、1年に１度くらい？で取り替えると思います。
私のアイデアでは、その都度、燃料カプセル(炉)を取り替えていくことで、
連続して核融合が起こしやすくなると思います。
1年に1度でも止まることはありません。
複雑な配管などもいらないと思います。
しかし、燃料カプセル入れ替えのための、駆動部があることがネックです。
通常の核融合炉である、燃料の入れ替え方式か、
核融合炉(燃料カプセル)そのものを入れ替えて使う方式の
どちらがいいのかは、よく分かりません。
結局は、炉の取替頻度や製造コスト、故障頻度の問題かなぁと思います。)
カーボンナノチューブはさらに、大電流が流せるという利点もあります。
(強い磁力も出せるはず)
カーボンナノチューブを使うメリットはたくさんあると思います。
いろいろ考察してきましたが、専門家ではないため、
本当にできるのかどうかわかりません。
うーん、どうなんでしょうか？
