ニャオニャオ21世紀

アイデア。レトロゲーム(MSX、PCエンジン、ファミコン、メガドライブセガサターン)と、MSXのゲーム開発と、最新ゲーム(PS4、SWITCH)、身体(身体意識など)、ライフハック、電子工作ほか雑記を綴っています

以前アイデアを出した核融合発電が出来るのか計算をしてみます^^;

MSXの機体の情報が一杯 これは必見の書籍!! 僕らの好きなMSXハードカタログ

計算は全く出来ません^^;

もう致命的に(´・ω・`)

 

大学は病気で中退しましたが、一応理工学部(材料系)でした^^;

しかし、あまりに数学が出来なくて...

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まぁ、暇つぶしにやってみます(*´ω`*)

(ビールを飲みながらやっております^^;)

 

うーん、まずどうしましょうか〜

DT反応だと、反応すると14.1MeVのエネルギーがでます。

この場合は中性子の運動エネルギーみたいなものですかねぇ^^;

わからないですが(*´ェ`*)

 

14.1MeV ≒ 1.4 x 10^7 eVですか。

 

慣性静電閉じ込め核融合の一種なので、核融合炉に電流を流します。

電気を1Ws流したらどうなるか、考えてみます。

1Ws(ワット秒)の電力は1J(ジュール)

1Ws = 1J =6.24151 x 10^18 eVらしいです^^

 

ということはですよ、1Ws(6.24151x10^18eV)の電力を核融合炉に流したとき、

最低でも6.24151x10^18eVのエネルギーが発生していればプラマイゼロなはず。

(本当?)

 

まぁ実際には、ブランケットでお湯に変えて、タービンを回して

電気に変えるのでしょうから、アレですが、

最低でもこれだけのエネルギーが発生していないと話にならないはず。

 

核融合反応で発生した、中性子1個のエネルギーが

約1.4 x 10^7 eVなので、

6.24 x 10^18(eV)  ÷ 1.4 x 10^7(eV) ≒ 4.46 x 10^11(個)

(全部おおよそですのであしからず^^;)

 

4.46 x 10^11個以上の中性子が出ていなければ話にならない、のかな^^;

 

この論文から、

http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2007_10/jspf2007_10-795.pdf

(引用: 慣性静電閉じ込め核融合研究の現状 吉 川 潔,山 本 靖,増 田 開,督 寿 之,高 松 輝 久,堀 田 栄 喜1),山 内 邦 仁1), 大西正視2),大 沢 穂 高2),代 谷 誠 治3),三 澤 毅3),高 橋 佳 之3),多 幾 山 憲4),久 保 美 和5) 京都大学エネルギー理工学研究所,1)東京工業大学大学院総合理工学研究科, 2)関西大学工学部,3)京都大学原子炉実験所,4)広島大学大学院工学研究科 5)日揮株式会社産業プロジェクト統括本部原子力・環境プロジェクト事業部)

2.1.2 静電ポテンシャルの時間挙動)

 

図6 中性子生成率のイオン電流依存度 の図より、

1Aあたりの中性子生成率は、1.0E x 08(n/s) ?くらい、ですか。

1.0E x 08というのは10^8個ですかね〜

 

コチラの論文では、

https://www.jst.go.jp/a-step/kadai/h27-2s1/pdf/report_hasegawa.pdf

(引用:研究課題名: 「慣性静電閉じ込め式可搬型コンパクト熱中性子源の開発」平成30年5月31日 プロジェクトリーダー 機関名:国立大学法人東京工業大学 氏 名:長谷川 純)

 

放電電圧150kV、放電電流100mAにおいて、10^9 (n/s)の中性子発生率が達成可能と

ありますので、慣性静電閉じ込め核融合というのは、

それくらいのものらしいですね。

最初の論文では、1Aで10^8個の中性子の発生率ということで良さそうですね^^

 

さきほど、

35kV、1Aで10^8個の中性子というのは...

35000Wsで10^8個の中性子なので、1Wsで、2857.14個になりますね。

最低でも1Wsで4.46 x 10^11(個) ≒ 4500億(個)の中性子が要るということだったので、

まぁ3000個  <  約450000000000個(4500億個)

 

 

n ∝ I ^2.5

(正確にはイオン電流)

400 mA 以下では中性子生成率は電流に比例するが,電流が増 大すると電流の 2.5乗に比例するスケーリングが得られる。

ということらしいです。

 

うーん。ということは、

比例だと、1Aで中性子が1だとしたら、10Aで中性子は10です。

2.5乗だということだと、1Aで中性子が1だと、10Aで10^2.5 ≒ 316.23でしょうか。

 

論文の図6をみると、イオン電流10Aだと、中性子は1.0E+10の少し上になっています。

1.0E+10は、10^10です。

100倍以上ということだから、上の計算の316倍であってますかね(*´ェ`*)

 

ふぅ。

 

上の、35kV、1Aで10^8個の中性子発生のときは、1Wsで3000個。

35kV、10Aだと316倍になるはずなので、10Wsでは948000個になりますかね(´・ω・(10Ws(6.24151x10^19eV) 要る。948000個 x 1.4 x 10^7 eV = 1.3272 x 10^13eしかない^^; 10Wsでは4.458x 10^12個必要です。4.5兆個。)

 

絶望的に中性子の数が足りません(T_T)

でもですよ、差は縮まってますよね!

 

こんなような計算で考えてみて、仮に

10万A流せるとしてみます。

1A -> 10万Aなので、10^6倍です。

1Aで中性子が1だったとき、10Aの中性子は、10Aの2.5乗で316倍でした。

10万Aでは中性子の数は10万の2.5乗でしょうか?

電卓で計算すると、316.23 x 10^12 ≒ 316000000000000(316兆倍)ですね!

 

さきほどの1Wsで中性子が3000個ということだったので、

10万Wsだと、316兆倍で、9.48 x 10^17個ですね。ホントかな?

10万Wsだと6.24151x10^18 x 10^6 ≒ 6.24 x 10^24(eV)、最低でも要ります。

 

9.48 x 10^17個の中性子がでていると、1.327 x 10^25(eV)のエネルギーが出ていることになります!

 

生成エネルギー: 1.327 x 10^25(eV)   >   最低限の目標: 6.24 x 10^24(eV)

 

おお!ついに最低条件をクリア!(*´艸`*)

うーん、コレ以上の計算はあまり意味がないので(そもそもメチャクチャですよね^^;)

割愛しますが、10万A以上電流を流すことができれば、

ひょっとするとひょっとするかもいうことだと思います^^

 

うぅ〜、本当でしょうか?(´・ω・`)

 

 

私は、カーボンナノチューブで使い捨ての炉を作ることを提唱していますが、

そもそもカーボンナノチューブって、電流はどれくらい流せるの?

ということです。

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CNT銅複合材料の電流容量は600 x10^6 A/cm^2とあります。

1センチくらいの太さの電線なら、6億アンペアまでいけるということです(*´ェ`*)

 

これなら、10万アンペアも余裕ですよね!

 

ギリギリでトントンのエネルギー発生量では意味がありません。

核融合炉1基あたりでは、これくらいですが、

私のアイデアでは、この使い捨て(1000回とか)カーボンナノチューブ核融合炉を、

燃料であると見立てて、次から次へと、電極の間にはめ込みます。

 

お風呂を薪でお湯を沸かすときに、次々に薪を入れますよね!

あんな感じです^^

 

核融合発電も最後は、お湯を沸かして、その蒸気でタービンをまわします。

 

ITERが2兆円かかっているという話をどこかでみました。

磁場閉じ込め核融合発電設備は、最終的に5000億円くらいを想定しているそうです。

私の発電のアイデアは、カーボンナノチューブを使い捨てにします。

発電コストがかかるように思えますが、それ以外の機器(電極・ブランケット等)がかなり安く作ることが可能だと思います。

(ダイバータがいらないし...)

そうなってくるとトータル的にどうなるのかなぁなんて考えてます。

 

ITERなどは、膨大な中性子線を浴びれば

炉がボロボロになるという話をどこかで聞いたのですが、

その点からも使い捨てのカーボンナノチューブの炉というのは意味があると思います^^

(課題はブランケットの破損ですか...)

 

その使い捨ての炉が放射化する前に破棄すれば、

ブランケット以外の核廃棄物もでないはず...

(コストとの兼ね合いもあるのでアレですが^^;)

 

うーん、なんか出来そうな気がするんですけどねぇ〜^^;

どうでしょうか(´・ω・`)

計算、間違っているかな?(怖い^^;)

 

追伸:他のページでこのようなコメントを頂きました^^ありがとうございます。

>この方式では核融合が起きる前に電圧を掛けている段階で ガスの絶縁レベルを越えてしまい空中放電して電圧差が解消されてしまうのではないでしょうか?

 

このように返答させてもらいました。

>確かにそうですねぇ。燃料(重水素)にグロー放電?をさせて、ガスをプラズマ化した後に、陽イオンを中心の陰極に集中させます。通常の慣性静電閉じ込め核融合は、10万kV、1Aとかの電気を流すので、電位差の解消は起こらないのかもしれないですね〜^^; 仮に10万A流すと、それに応じた電圧にするか、または、陰極、陽極の形状を工夫するなりして、その問題を解決するといいかもしれません^^ (慣性静電閉じ込め核融合の電極は球状なので... まぁ工夫次第でなんとかなりそうです。詳しくは分かりませんけど^^;)

 

もう少し書きますと、そもそも、イオン電流を燃料ガスに流すというのは、

燃料ガスのプラズマ化をしているのだと思います。

電子が当たると、電離してプラズマ化します。

たくさん電子をぶつけてやれば、それだけの量のガスが

プラズマ化するのだと思います。

 

電位差がなくなるというのはその通りかもしれないですねぇ^^;

それならば、最初だけ高電流(プラズマ化のため)で徐々に電流を下げる(核融合のため)方法もあると思います。

(プラズマの状態をどれくらい維持できるのか知らないので実現可能かは分かりませんけど^^;)

 

そもそも、膨大なイオン電流がプラズマ化のためのものなら、少なめな電流を

360度すべての方向に飛ばすことでもOKなはずです。

どうでしょうか?

 

I can't do the math at all ^^;

It is already fatal.

 


I dropped out of college due to illness, but I did have a degree in science and engineering (materials science) ^^;

But I couldn't do math too well...

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Well, I'll try to do it in my spare time.

(I'm doing it while drinking beer ^^;)

 


Hmmm, what should I do first~

In the DT reaction, the reaction produces 14.1 MeV of energy.

In this case, is it like the kinetic energy of a neutron?

I don't know.

 


14.1 MeV ≈ 1.4 x 10^7 eV?

 


Since it is a kind of inertio-static confinement fusion, we will pass an electric current through the fusion reactor.

Consider what happens when 1Ws of electricity is applied.

1Ws (watt-second) of electricity is 1J (joule)

1Ws = 1J = 6.24151 x 10^18 eV

 


That means, when 1Ws(6.24151x10^18eV) of power is applied to a fusion reactor, it will be at least 6.24151 x 10^18 eV.

If at least 6.24151x10^18eV of energy is generated, then it should be plamai-zero.

(Really?)

 


Well, in reality, it would be converted to hot water in a blanket and then turned into electricity by turning a turbine.

and then turn a turbine to convert it into electricity, so there you have it.

But at least this much energy has to be generated to make it worth talking about.

 


The energy of one neutron produced in a fusion reaction is

1.4 x 10^7 eV, so

6.24 x 10^18(eV) ÷ 1.4 x 10^7(eV) ≈ 4.46 x 10^11(pcs)

(All of these are approximate.)

 


I guess we can't talk about it unless more than 4.46 x 10^11 neutrons are emitted;

 


From this paper

http://www.jspf.or.jp/Journal/PDF_JSPF/jspf2007_10/jspf2007_10-795.pdf

(Citation: Current status of inertio-electrostatic confinement fusion research. 3), Tsuyoshi Misawa3), Yoshiyuki Takahashi3), Ken Takayama4), Miwa Kubo5) Institute of Energy Science and Engineering, Kyoto University, 1) Interdisciplinary Graduate School of Science and Engineering, Tokyo Institute of Technology, 2) Kansai University 2) Faculty of Engineering, Kansai University, 3) Nuclear Reactor Institute, Kyoto University, 4) Graduate School of Engineering, Hiroshima University, 5) Nuclear and Environmental Project Division, Industrial Project Management Headquarters, JGC Corporation)

2.1.2 Time behavior of electrostatic potential)

 


From Figure 6 Dependence of neutron production rate on ion current.

The neutron production rate per 1A is 1.0E x 08(n/s) ? or so?

1.0E x 08 is 10^8 neutrons ?

 


In the paper Kochira, we can see that the

https://www.jst.go.jp/a-step/kadai/h27-2s1/pdf/report_hasegawa.pdf

(Citation: Research Project Title: "Development of a Portable and Compact Thermal Neutron Source with Inertial Electrostatic Confinement", May 31, 2008, Project Leader Institution: National University Corporation Tokyo Institute of Technology Name: Jun Hasegawa)

 


The neutron generation rate of 10^9 (n/s) is achievable at a discharge voltage of 150 kV and a discharge current of 100 mA.

So, it seems that inertial electrostatic confinement fusion can achieve a neutron generation rate of about 10^9 (n/s).

So it seems that inertial electrostatic confinement fusion is about the same as that.

In the first paper, the rate of 10^8 neutrons at 1A seems to be correct^^.

 


Earlier.

35kV, 10^8 neutrons at 1A means...

35,000Ws is 10^8 neutrons, so at 1Ws, that's 2857.14 neutrons.

So, since we needed at least 4.46 x 10^11 (neutrons) ≈ 450 billion (neutrons) at 1Ws...

Well, 3000 < about 450,000,000,000 (450 billion)

 

 

 

n ∝ I ^2.5

(ion current to be exact)

Below 400 mA, the neutron production rate is proportional to the current, but as the current increases, the scaling is proportional to the 2.5 power of the current.

That seems to be what they mean.

 


Hmmm. That means that

proportional, if the neutron is 1 at 1A, then at 10A the neutron is 10.

If it is 2.5 power, then if the neutron is 1 at 1A, the neutron is 10^2.5 at 10A ≈ 316.23.

 


Looking at Figure 6 in the paper, at 10 A of ion current, the neutron is slightly above 1.0E+10.

1.0E+10 is 10^10.

That's more than 100 times higher than the above calculation, so I guess it's 316 times higher than the above calculation.

 


Hmmm.

 


Above, at 35kV, 1A, 10^8 neutrons produced, that's 3000 neutrons per Ws.

At 35kV, 10A, it should be 316 times more, so I guess that would be 948,000 neutrons at 10Ws (6.24151x10^19eV) I need: 948,000 x 1.4 x 10^7 eV = only 1.3272 x 10^13e^^; 4.458x 10^12 at 10Ws needed; 4.5 trillion neutrons.)

 


We are hopelessly short of neutrons (T_T)

But hey, the difference is shrinking!

 


Let's consider a calculation like this, and suppose

Let's assume that 100,000A can flow.

1A -> 100,000A, so 10^6 times.

When the neutrons were 1 at 1A, the neutrons at 10A were 316 times the number of neutrons at 10A to the 2.5 power of 10A.

At 100,000A, would the number of neutrons be 100,000 to the 2.5 power of 100,000?

Using a calculator, that's 316.23 x 10^12 ≈ 3160000000000000000 (316 trillion times more neutrons)!

 


Since we saw earlier that there are 3,000 neutrons in 1 Ws.

So, for 100,000Ws, it is 316 trillion times 316 trillion, or 9.48 x 10^17 neutrons. Really?

For 100,000Ws, it takes 6.24151 x 10^18 x 10^6 ≈ 6.24 x 10^24(eV), at least.

 


If 9.48 x 10^17 neutrons are produced, then 1.327 x 10^25(eV) of energy is produced!

 


Energy produced: 1.327 x 10^25(eV) > Minimum target: 6.24 x 10^24(eV)

 


Oh! We finally cleared the minimum requirement! (****)

Well, since further calculations are not very useful (it's messed up to begin with, isn't it ^^;)

But if the current can flow more than 100,000A

I think it means that if the current can flow more than 100,000A, it might be possible.

 


Ummm, is it true? (I'm not sure.)

 

 

 

I have been advocating the use of carbon nanotubes to make disposable furnaces.

But how much electric current can carbon nanotubes conduct?

This is what I mean.

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The current capacity of CNT copper composite is 600 x10^6 A/cm^2.

This means that a wire about 1 cm thick can carry up to 600 million amperes.

 


That would give us 100,000 amperes!

 


It does not make sense to generate tonnes of energy at the very last minute.

This is about the same per fusion reactor though.

My idea is to think of these disposable (1000 times or so) carbon nanotube fusion reactors as

I think of them as fuel, and fit them between the electrodes, one after the other.

 


When you boil water for a bath with wood, you put wood in one after another!

It is just like that!

 


In fusion power generation, water is boiled and the steam is used to power the turbine.

 


I read somewhere that ITER cost 2 trillion yen.

The magnetic field confinement fusion power generation facility is expected to cost about 500 billion yen in the end.

My idea for power generation is to use disposable carbon nanotubes.

It seems like it would cost a lot of money to generate electricity, but I think it is possible to make the other equipment (electrodes, blanket, etc.) much cheaper.

(And you don't need a diverter...)

I wonder what the total cost would be if that were to happen.

 


ITER, for example, would be exposed to an enormous amount of neutron radiation.

I heard somewhere that the reactor would be torn to pieces if exposed to a huge amount of neutron beams.

From that point of view, I think a disposable carbon nanotube reactor makes sense.

(The challenge is the blanket breakage...)

 


If the disposable furnace is destroyed before it becomes radioactive.

If the disposable reactor is destroyed before it activates, there should be no nuclear waste other than the blanket...

(I guess there's a cost involved, though... ^^;)

 


Hmmm... I think it could be done... ^^;

What do you think?

Is my calculation wrong? (scary ^^;)

 


P.S.: I received this comment on another page^^Thank you.

>With this method, wouldn't the voltage level exceed the insulation level of the gas at the stage where the voltage is applied before fusion occurs, causing it to discharge in the air and eliminate the voltage difference?

 


I replied in this way.

>I am sure that is the case. I think that's right. After the gas is plasmaized, the cations are focused on the cathode at the center. In normal inertial electrostatic confinement fusion, electricity of 100,000kV, 1A or so is applied, so the potential difference may not be resolved - ^^; If 100,000A is applied, it may be a good idea to solve that problem by making the voltage accordingly, or by devising the shape of the cathode and anode ^^ (Inertial Electrostatic confinement fusion electrodes are spherical, so... Well, it seems to be manageable with some ingenuity. I don't know the details ^^;)

 


To write a little more, to start with, the idea of passing an ion current through the fuel gas is to plasmaize the fuel gas.

I think that the fuel gas is plasmaized when it is hit by electrons.

When electrons hit it, it becomes ionized and plasma.

If you bombard it with a lot of electrons, that much gas

plasma.

 


You may be right about the loss of potential difference;

If that is the case, I think there is a way to use a high current only at the beginning (for plasmaizing) and gradually lower the current (for fusion).

(I don't know how long the plasma state can be maintained, so I don't know if it is feasible ^^;)

 


If the huge amount of ion current is for plasma, it would be OK to send a small amount of current in all 360 degree directions.

If the huge amount of ion current is for plasma, then it should be OK to send a small amount of current in all directions of 360 degrees.

What do you think?


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