https://headlines.yahoo.co.jp/article?a=20180926-00057634-gendaibiz-bus_all
灼熱の太陽の内部で起きている「核融合」を地上で再現することはできるのか？ 夢の技術と思われていた核融合だが、すでに日本の研究機構がそれに必要な「1億2000万度」を達成したという。
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人類の夢──地上に太陽のエネルギーを！
われわれ現代人の生活は大量のエネルギーに支えられている。
そのエネルギーはたとえば、化石燃料(石油や石炭、天然ガスなど)を燃焼したり、風や水の流れを利用したり、核分裂反応を利用したりといった方法で得られる。
しかし、世界の人口増加やライフスタイルの変化は、ますます大量のエネルギー消費を招きそうだ。エネルギー不足を心配しなくて済むような、莫大なエネルギー源はないだろうか？
SFの世界ではしばしば「夢のエネルギー源」が登場する。
たとえば大ヒットしたアメリカ映画『バック・トゥ・ザ・フューチャー』。それ自体が夢の技術であるタイムマシン「デロリアン」は、未来の世界で夢の発電機を搭載して帰ってくる。
その発電機は、生ごみや飲み残しのビールを燃料にしてエネルギーを得る。映画の中で詳しくは語られないが、そのプロセスは「核融合」だそうだ。
あるいは日本のテレビアニメ『機動戦士ガンダム』。巨大ロボットであるガンダムの動力源は、架空の物質ミノフスキー粒子を用いた核融合により得られる、と説明される。なるほど、巨大ロボットを宇宙空間で動かすためには、並みのエネルギー源では不足だろう。
残念ながら、現実には核融合によるエネルギーの獲得は未完成の技術である。しかし、SFでしかありえない荒唐無稽な技術かというと、そうとも言い切れない。
第一に、自然界では核融合が実際に起きていて、想像を絶するほど大量のエネルギーを生み出している。そう、地球を照らす太陽のことだ。
第二に、世界では核融合の実現を目指す研究が進められている。地上に太陽のエネルギーを生み出す挑戦といえよう。
なぜ巨大なエネルギーを生み出すのか？
しかし、ちょっと立ち止まって考えてみよう。なぜ4つの水素原子核が核融合してヘリウム原子核となる際に、エネルギーが生み出されるのだろうか？
水素とヘリウムの原子核が何から構成されるか思い出そう。水素(1
H)の原子核は陽子1個、ヘリウム(4
He)原子核は陽子2個と中性子2個だ。したがって、核融合反応の前後で陽子2個がなくなり、中性子2個が加わったことになる。
この反応の秘密を知るには、さらに原子核の質量に目を向ける必要がある。
学校では陽子と中性子の質量は「ほぼ等しい」と習ったかもしれないが、厳密にはこの2つの粒子には質量差がある。そのため、核融合反応を起こす前の「陽子4個」と、反応後の「陽子2個+中性子2個」をくらべると、質量がわずかに異なる。
具体的には、反応を経て質量が約0.7％減少してしまうのだ。
この質量減少の意味を理解するため、かの有名なアインシュタインの方程式「E=mc2
」が登場する。核融合が生みだすエネルギーとE=mc2
は、切っても切れない関係にあるのだ。そもそも、E=mc2
とはいったい何を意味するのだろうか？ この方程式は、アインシュタインが1905年に唱えた特殊相対性理論によって導かれる。Eはエネルギー、mは物質の質量、さらにcは光速を表す。
つまり、エネルギーは物質の質量に光速の二乗をかけた値に等しい、ということだ。さらに言えば、質量とエネルギーは変換可能であることを意味する。
プラズマ核融合のエネルギーは、まさにこの式から導きだされる。上で述べたとおり、水素原子核4つが核融合反応によりヘリウム原子核になるとき、その質量の0.7％が失われる。
この失われた質量は、エネルギーに変換され放出されるのだ。
水素の原子核4つぶんの質量の0.7％なんてたいしたことはない、と思われるかもしれないが、エネルギーに変換する際には「光速の2乗」という大きな数をかける。
ほんの小さな質量が巨大なエネルギーに化けるのだ。
夢はまもなく現実に？
核融合発電を実現する条件のひとつがクリアできた。あとは、核融合反応を起こした際に発生するエネルギーを取り出す方法が必要となる。これも達成することができれば、人類が長年夢見てきた核融合発電が現実になるだろう。
アインシュタインがE=mc2
という方程式を唱えてから100年以上の歳月が流れた。また、ベーテが、太陽のエネルギー源が核融合反応であることに気づいてから80年が経った。LHDの完成はおよそ20年前のことである。多くの科学者が、夢の実現に向けて今後も努力を続けていくことであろう。 私たちが夢の実現を目にすることができるかはわからない。しかし、夢のバトンが受け継がれていくのは間違いない。
ビックバンの熱は 一兆ｃ温度と聴く、、、
もっと暑くなれ、、、、地上の天使達・・・