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理科っぽい視点で、身の回りのことを 見てみませんか。
そんない理科の時間B、第481回。
そんない理科の時間B、お送りいたしますのは、 よしやすと、
かおりです。
よろしくお願いします。
よろしくお願いします。
まさとさんは、お仕事が忙しくて、 今日、お休みです。
今日は、見学です。
でですね、
今日は、タイトルを見た方は わかると思うんですけど、
見てません。
核融合みたいなことを 話すんですが、
その前に、補足というか、訂正というかですね。
なんでそこでさ、訂正のコーナーって 言わないのかな。
コーナーにしたくないんで。
さかのぼること、5ヶ月ぐらい。
5ヶ月前って言うと?
4月8日、4月8日に配信した、第4弾。
4月8日といえば、入学式のシーズン。
あんま入学式関係ないんですけど、
第457回のメールでですね、
ほにゃらら、起きてどこ? っていうのにお答えをしています。
地震とかで、震源地のときに よく聞くやつですね。
あれ、それ以外のときって言う?
いやいやいや、それでいいんですけど、 だから、そのときなんですけど。
送っていただいたのは、しかぞうさんですね。
何々起きてどこというのに対して、
私は、ざっくりと県とかで 決まってるんじゃないんですか?
っていう、ちょっといい加減な答えを 出したんですけれども、
実はですね、気象庁では、
地震情報について、地震情報で用いる 震応地名というのがありまして。
震応地名?
震応は震源地のことですね。
おー、震応、震応の応ね。
そうです。
っていうのが、気象庁のウェブサイトに出ていまして、
気象庁の知識解説、地震情報についてという中に、
地震情報で用いる震応地名というのがあって、 これを見るとですね、
結構細かくエリアが決まっている ということが分かりました。
なので、訂正してお詫びをいたします。
訂正してお詫びをいたします。
ざっくりじゃなくて、
もう完全に、ここの海のこの地点は何とかっていうふうに、
エリアが分けられてるってことですか?
そう、これはね、口で説明するのが大変なんで、
メルカトル図法で、エリアがポチポチって切ってあって、
例えばですね、東北エリアで行くと、
岩手県の海は岩手県沖で、
統計143度よりも、東側に行くと三陸沖って言われます。
で、宮城県のあたりも宮城県沖なんですけど、
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これも142度、これは40分くらいかな、よりも東だと、
これも三陸沖になります。
とか、関東東方沖っていうのと、茨城県沖とも、
千葉県東方沖と千葉県南東沖と、
房総半島南方沖とかっていうのが決まってまして、
結構ね、八丈島東方沖が広いとかっていうのに気がついたりするんですけど、
そういう感じで決まっております。
これを見るとですね、
星座がよく天が、
星があるないに関わらず、全て星座ごとに88に区切られてるじゃないですか。
土地というかエリアがね。
それと同じってことね。
それと同じような感じで、日本近海は一通り区切られていまして、
一応ね、日本全図を見ると、日本でご案内するときには、
ウラジオストック付近とか、日本海西部、日本海中部、日本海北部みたいなのがあって、
日本海東部っていうのはないらしい。
とか、台湾付近とかっていうのでですね、いろいろ分かれております。
九州地方で行くと、
宮崎県沖とは言わないで、ここはヒューガナダと言うらしいです。
そうそうそうそう。
で、ヒューガナダの下の鹿児島県の東側は、大墨半島東方沖です。
だから鹿児島県沖ではないんですね。
で、鹿児島県の西側は薩摩半島西方沖になります。
わかんない人は地図をちょっと広げて、大墨半島ってどれだっけとか、薩摩半島ってどれだっけとか。
じゃあ、鹿児島県の南の方はなんていうかっていうと、種ヶ島近海と言います。
まあまあそうかなというのはあるんですけど、そんな感じで。
言葉を聞くと、これ聞いたことあるっていう言葉ですよね。
そうそうそうそう。
あとはね、県の中も関東地方に行くと、南部とか北部とかそういうのがありますけど、
けっこうね、九州とかでは知らない名前がありますよ。
熊本県熊本地方っていうのと、熊本県麻生地方っていうのがね、あったりして。
そんな感じでね、分かれてるんですって。
それで、自身で用いる親王地名というのがあります。
気になる方は見てみてください。
おもしろい。
なんていうの、県名じゃなくて、なぜか昔の国名みたいなのがあって、
高知県の沖は、戸沢湾みたいな。
もうだから、これっていつ決まったんですかね、ちなみに。
これいつ決まったんですかね。
いつ決まったかは知らないですけど。
たぶん昔からそういうふうに言われていたのを、きっといつかのタイミングで整備したんでしょうね。
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そうだと思います。
で、昔から言われてる言葉だから、きっと残ってるでしょうね、昔の地名の言葉っていうのから。
一番最近は2010年に改定されてるらしいです。
それでも思えても10年前。
山口県東部を山口県東部と山口県中部に分けるというのが変更されていて、
それぞれの信用地名に対して高度が割り振られているということらしいです。
ということでですね、なかなか決まってるんだぞというのがわかりました。
おもしろい。
もとはわかんないですけど、最近だったから2010年とか、いろいろ情報はあるんですけど。
なので気象庁でさっきお話をした、地震情報で用いる信用地名とか、
Wikipediaで信用地名とかで検索していただけると、いくつか出ると思います。
はい、そうなんですよ。
やっぱりこういったものって、どっかの段階でどんどんどんどんそういうふうに細かく決められるものなんですかね。
というと?
昔から多分言われてたようなことを、どっかの段階で整備したんですよね。
だから曖昧なものってどんどんなくなっていくのかなって。
別に震源地とかじゃなくても。
でも統計的にやるにもそうだよね。
やっぱりそうやってしっかり分けたほうが。
あとはそうか、地震とかだったら断層とかも影響か。
でもあんまり関係なさそうか、この区分けは。
そう、それは関係ないです。
特に何々起きは関係ない。
これはたぶん、地震の信号を推定できる精度が上がって、
要はだいたいこの辺っていうところから、何度何分、
統計何度何分、北緯何度何分っていうところまである程度出るようになって、
これをみなさんにお知らせするときに、ざっくりと何々起きって言っていたのを記録を取るのに、
やっぱり同じ場所を同じに残したいから、場所決めなきゃいけないよねってなって、
っていう感じで進んでったんだと思うんですけどね。
そういうことだと思います。
で、今はそこにそれぞれ番号がついてるんで、
番号の羅列で、だから何々起きは何番とかっていうのがくっついてるんで、
少ない情報で情報が送れるようになってるみたいです。
あー、なるほどなるほど。
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電報はないけど、そういう最小限のことで相手に、
14番進言ってくれば、向こうは14は何だって調べるわけね。
そうそう、だからコンピューターが自動的に読み上げるのとかも、
番号をちょこちょこちょこって書くだけで、
地震場所が番号でついてて、
マグニチュードいくつとかっていうのが、
少ない情報で通信ができたり、表せたりするっていうのがあるんじゃないかと思います。
ということで、遅ればせながら。
おもしろい。この地図どこ、いつ見つけたんですか?
俺はどこで見つけたんだっけな。
はい、ということで、しかぞうさん、申し訳ありませんでした。
ね、でもおもしろい情報につながりました。
はい。
ということで、今日は以前、宿題にしていた、
核融合の話をしようと思うんですけど、
いきなりね、核融合ってこうですよっていうのをやるよりは、
もうちょっと歴史的なお話をしたほうがいいんじゃないかと思っていて、
核融合の前に、核分裂があったり、
なんで核分裂っていうのが見つかったかみたいなお話をしていこうと思っています。
核分裂と核融合ってちょっと似てるんだけど、
性質に大きく違いがあったりするとか、
あとは、人工的に起こすのの大変さとかも違うんで。
人工的に?
核分裂反応を起こすためにはどうすればいいかとか、
っていうのと、核融合反応を起こすためにはどうすればいいかっていうのが結構違うんで、
その辺をお話をしていけたらいいかななんて思っています。
ちょっとだけね、オープニングでお話をすると、
核分裂も核融合も、皆さんが知っている元素が変わるんですね。
普段、化学反応ってやつでは元素は変わらなくて、
炭素と酸素がくっついたとか離れたとか、水ができたとか、酸素とか水素とかってあるんですけど、
水素が他の元素に変わったりはしないんですよ。
水素の性質は見えなくなるけど、水素原子自体はなくならないってことですね。
なんですけど、中世ヨーロッパでは錬金術っていうのが流行って、
できれば鉛を金に変えたいと。
化学的に鉛は金には変わらないんだけど、
その研究のおかげで、いろんな物質が見つかったり、いろんな化合物が見つかってきたんですけれども、
19世紀になって初めて、元素が他の元素に変わるっていうことが見つかったり、
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あとは人為的にそれが作れるようになったっていうのは19世紀になってるんですよ。
もう19世紀を待つですね。
になってから、そんなことが発見されたりできるようになりました。
原爆っていうのが1945年に使われたのかな?なんですけど、
その理屈とかは、その前の5年ぐらいの研究でしか、時間が経たずに使われています。
ということかっていうと、原子が分裂して他の元素になってしまうっていう核分裂は19世紀末に見つかるんですけれども、
そこでなんでエネルギーが出るかとか、それはどういう仕組みになってるかとか、
それを人為的に起こすにはどうすればいいのか、みたいなところを研究し始めるんですけど、
実際に核分裂のエネルギーを実験で使い始められるようになったのは1939年です。
原子爆弾が実際に使われてしまうのは1945年。
本当に5年ぐらいってこと?
そうなんです。
なので、技術の進歩とか、あとはお金をかけていろんなものを開発すると、
いろんなものが短い時間で開発できるっていうところとかが、この時に証明されたり、
あとまさに第二次世界大戦の最中にこういったものが見つかって実用化がされるっていう流れよりも、
あとに核物質とか核分裂とか核融合っていうのは、
皆さんの研究者の中でもやっとそのくらいからしか研究が進んでないんで、まだ100年経ってないんですね。
いろんなものがね。
明治になってから150年ぐらい。
飛行機が飛んでから120年ぐらいかな。
原子力が見つかってというか使えるようになってから、まだ90年ぐらいみたいな感じだし、
皆さんの生活の中で当たり前だと思ってるものは、
実は第二次世界大戦後に開発されてきたものもとってもたくさんあります。
そんな感じでね、ちょっと歴史の中で、
最近って言うと失礼なんですけど、
まだまだ生きている人たちが見てきたものが核融合とか核分裂というところになってるっていうのは認識してもいいんじゃないかと思います。
なんとなくね、ニュートンの時代とかガリリオガリラの時代みたいなところがいくつか節目節目があるんですけども、
アインシュタインと相対性理論と核の話みたいな話は20世紀初頭から前半に向けていろんなことが行われたというふうに理解していくといいんじゃないかと思います。
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はい。
はい。ということで本編ではですね、具体的に核分裂の話や核融合の話がどんなものなのかっていうのをお話していきたいと思います。
よろしくお願いします。
核分裂とか核融合の話をしていくんですけど、その前にですね、ちょっと関連した基礎知識みたいなことをお話をしていこうと思います。
まず核分裂っていうのは、放射線の発見と前後してるんですけれども、
重い原子がいつのまにか2つに割れて、小さい原子が2つになるっていうのが基本的な核分裂なんですね。
あったものがなくなったわけですよね、まず。
重い原子があったはずなのに、あれなくなってるぞ、しかも別のができてるぞっていうところが気づいたきっかけか何かなんですかね。
っていうのと、あとは重い原子を研究していて、重い原子よりももう少し重い原子を作りたいと。
ウランまではわかってるんだけど、ウランよりも重い原子を作ろうと思って、ウランに中性子とか陽子を当てようっていうのをやったら、
ウランに中性子を当てたら、ウランじゃないものになったぞっていうのが人為的なものだし、
もう一つは、いくつかの物質は放射線を出して違う物質になるというのが観測されたっていうのがあって、
その辺が核分裂を発見したっていうやつで、放射性元素っていうのがわかってきたタイミングですね。
キュリーさんとかね。
放射性元素が発見というかわかってきたのと、核分裂、大体同じような時期に科学のいろいろなことここら辺がわかったんだろうけど、
直接は別の人が別のことで研究してたらっていうこと?
放射性元素発見っていうのは、いろんなところでいろんな人がやってるんですけど、
1800年代にトリウムっていうのが見つかったっていうのが一番最初。
あと、ウラン自体は1789年に見つかってんのかな。
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で、1789年にクラプロートさんっていう人がウランを見つけていて、ちなみに何でウランってついたかっていうと、
そのちょっと前、1781年に天皇星が見つかっていたので、ウラヌスがね、見つかっていたので、ウラニウムというふうな名前をつけました。
で、トリウムっていうのは1828年に見つかってんのかな。
ノルウェーの鉱物なんですけども、これは何のことはない、普通の元素として扱われていたんですけれども、
特にね、ウランとかは放射性元素というよりはガラスにね、きれいな色をつけるっていうのによく使われていたようです。
なんですけれども、これが核分裂をするというようなものについては、結構待たなきゃいけばいけなくて、
1895年、もう19世紀も終わりの頃、レントゲンさんっていう人が放射線を見つけます。
これは放電のときに見つけた、X線というのを見つけたのが、レントゲンさんで、実際に作ったわけです。
これは放電をさせて作るっていうタイプのものなんですけど、その前後で、蛍光っていう、皆さんも見たことある、ブラックライトで光るようなものね。
っていうのが、蛍光を発する物質を研究している人が、蛍光とは別に、何かしらの放射線が出ているというのを発見した人がいて、これはね、ベクレルさんですね。
え?
ウランの化合物から何かしらの放射線が出ているっていうのを見つかって、それを1896年に見つけたっていうのがあって、これが放射線の発見。
で、このときには、何かしらが出てるっていうのがあったんで、放射する能力があるっていうので、レイディオアクティビティが放射能っていうふうに訳されてるんですけど、これね、ベクレルさんね。
で、これに続いて、キュリーさんとかが、さっき出ていたトリウムとかに、同じような放射線を出す力があるっていうのを検出したりして、
いろんなものに、この新しい放射線を出す力、放射能があるかっていうのを調べ始めて、ウランやトリウムとかに放射能があるっていうのがわかりましたというのが、この頃、19世紀の終わりの発見になっています。
で、キュリーさんはね、夫妻で、他にもいくつかあって、ポロニウムとかっていうのを見つけていくんですけれども、ポロニウムはね、ポーランドがキュリー・フジの祖国だったので、それでポロニウムっていう名前になったりしてるんですけど。
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ちなみに、ウランの次の元素、人工の一番最初に作られたやつが、天皇星、海王星、冥王星にちなんでですね、ウラニウム、その次は海王星だから、ネプツニウム、その後が冥王星なんで、プルトニウムっていうふうになってます。
そうそうそうそう。で、このペースで言ってると話が終わらないんで。
まず、核分裂っていうのは、放射線を出す元素があるっていうところから見つかりました。
で、もう一つ、ウランが核分裂を起こすときには。
例えば、放射線が発見されました。
で、今は核分裂を起こしてるときに放出されるエネルギーだよね。
だけど、そのときは核分裂が起こってるってことはよくわかってなかったってこと?
で、そのときに他の物質に変わるっていうのもわかり始めていたんですね。
はじめは放射線が発見されました。
そしたら、おや?放射線を出してるものが変わってるぞっていうことね。
そうです。
で、それを放射線を出す能力がある放射能って言うようになって、
放射能があるものは放射線を出すときに物が変わるってことが次にわかってきたわけですね。
それが核分裂であったと。
で、それが自然の中の核分裂です。
で、これは放射性元素っていうのがあって、
みなさん調べていただくとわかるんですけれども、
放っておいても放射線を出して他の元素に変わるっていうタイプの元素があるんですけれども、
原子核っていう一つの原子の中の真ん中にね、
中性子と陽子が何個も入っているっていう塊があります。
これ原子核って言います。
で、そこに陽子が1個しか入ってなかったら水素。
陽子が2個だったらヘリウムみたいな感じで、
真ん中の陽子の数で原子番号ってのが決まっていて、
それがだんだん増えていくと重い元素になってくるんですけど、
実は陽子だけだと不安定で、
陽子が増えていくと中性子も加えて、
陽子と中性子がだいたい同じくらいの数揃ってるっていうのが安定してるものが多いんですけど、
その中でも陽子の数が同じでも中性子の数が違ったりするっていうものが見つかったりして、
そうすると陽子と中性子の数ごとに安定性が違って、
中性子が多すぎると核として形を保ってられなくなってパカって割れるとかっていうのがあって、
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それが同じ元素でも中性子の数、つまり全体の重さが違うと早めに割れちゃったり安定していたりするっていうのがあって、
放射性同位体っていうのがあります。
なので、例えば炭素C、いろんな身の回りにもあると思うんですけど、
これもWikipediaとかで調べていただいてもいいですし、他のところにもあるんですけど、
例えば炭素、炭素は陽子が6個だから原子番号は6なのね。
で、それに対して中性子が6個入っている、トータルで12個分入っているやつが安定ってやつで、
これは勝手に分裂しないんですよ。
で、世の中じゃない、地球上ではこいつが98.9%、
この炭素は6個と6個入っているんで、炭素12っていう言い方をするんですけど、
陽子と中性子、だいたい重さが同じなんで、12個分の重さがあるんで、炭素12っていうのが98.9%あるんだけど、
これに中性子が8個になった、つまり2個プラスした炭素14っていうのもあったりして、
こういうのも、
あれ、これ用語効くね。
これは存在できるんですけど、これは安定ではなくて、だいたい半減期っていうのがあって、
5700年たつと半分なものが炭素14が崩壊して、窒素14っていうのになる。
だから窒素14は、窒素は陽子が7個あって、
合計で14個なんで、中性子が7、7、6、8だったのが7、7になるっていうのが、炭素14の分解の仕方で、
β崩壊っていうのをするんです。
窒素は安定するわけね。
窒素は安定しています。
つまり放っておくと、5700年ぐらいで半分になって、また5000年。
それはすごい不安定なのか、不安定じゃないのか、微妙な数な気がするんだけど、どうなんですかね。
いい感じなんですよ。
もう本当に一瞬しか存在しないようなものが世の中にたくさんあるけど、
5700年で半分、半分っちゃ半分だけど、でも5700年っていうとそれなりだしね。
そう、で、じゃあなんでこんなものが世の中に存在するかっていうと、
さっき窒素があるって言ったじゃないですか、アンテナ窒素。
窒素14っていうのがあるんですけど、
地球の空気の上のほうで、宇宙船が大気に入ってくると、
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エネルギーを持った粒子が出て、窒素に熱中性子っていうのがぶつかって、炭素14っていうのができるんです。
逆に、崩壊で窒素ができるのに逆が、
宇宙船ってヤマトも思いつかれたけど、そうじゃなくてLINEのほうね、レイか。
あ、そうそう、宇宙からやってくる電子船というか。
ジャーン、ジャーン、ジャーンじゃないってことね。
宇宙船、シップではないです。
なんかかっこいいのがイスカンだと言っちゃいそうでしょ。
これがね、ずっと作られているんで、一年中。
なので、大体炭素の中の、いくつだ、ゼロがすごいたくさんあるんですけど、
0.000000012%ぐらいなんですよ。
ほんの少しなんですけど、とはいえ、これが自然界では作られていて、
5700年で半分になるってことが起きます。
何だろう、減っていくだけじゃなくて、どんどんできてるわけね。
そう、だから放っておくと安定してるわけ。
だってたくさんになれば減るやつも多いから。
安定してるって、その量っていうことね。
放っておくと。
炭素14のパーセンテージっていうのかな、その全体の炭素の中のっていうのは、
減るものもあれば増えるものもあって、
トータルとしてはなんとなく安定してるわけ。
そうそうそうそう。
そんなのがありつつ、放射性元素っていうのはウランとかプルトニウムだけではなくて、
こういった放射性同位体っていうのもありますよっていうのは覚えておいてほしくて、
何はともあれ。
すべての物質に、理屈で言えば放射性同位体はあるってこと?
放射性かどうか、あれなんですけど、何はともあれ。
あ、そっかそっかそっか。
放射性は、ま、崩れて放射能を出す、放射能がある、放射線を出すものが。
全く安定しなくて。
同位体はあり得る。
中性子と用紙の数の関係で、
中性子が多くなると、安定しなくなってパカッてなってしまうやつが多いっていう感じはあります。
とはいえ、一般的には重い元素のほうが核分裂を起こして、
エネルギーをたくさん出すっていうふうになっています。
そもそも重いっていうのは、用紙が多いわけだもんね。
だから中性子だって多い。
その安定の中性子そもそも多いから。
多分なんですけど、数が多いっていうのもあるんですけど、
数が多いってことは、中性子と用紙が引き合って塊になってるわけだから、
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引き剥がすものがたくさんあるわけなんで、
そこが多いからエネルギーが多いっていうのがポイントかと思います。
なんですが、何はともあれ、そういった不安定なものが分裂するっていうのと、
そのときにエネルギーが出てくるっていうのが観測されました。
なんでエネルギーが出るかが分かってなかったんですよ。
そのときにアインシュタインが考えた、イーコー・レムシー事情っていう、
実は質量もエネルギーの一種で、
ある方法で質量がなくなってエネルギーに変えられたら、
それはとんでもないエネルギーになるよっていうのがあって、
各分裂を起こすと、
元のやつよりもできたものの合計のほうが軽くなるっていうのがわかって、
そこがエネルギーの源泉であるっていうのが発見されたというか、
辻褄があったんですね。
その減ってる分がエネルギーとして外に出ちゃってると。
そうですね。
ということで、そんなことがわかっていたんですが、
この後何が起こるかっていうと、
いろんな元素の重さが細かく測られるようになります。
まだ核融合出てこないのね。
まだ分裂してるだけね。もしくは同位体だけチェックしてるのね。
そうなんですけど、実はヘリウムっていう、ヘリウムは陽子が2個、
で、ヘリウムで中性子が2個入っているヘリウム4っていうのがあります。
つまり、陽子が2個と中性子が2個ね。
安定?
これ自体は安定です。
これを4の重さですると、ヘリウム4は中性子と陽子が2個ずつあって、
全部で4つ分の重さがあるから、ヘリウム4を4にしましょうと。
4.000にしましょうと。
水素の質量は、普通の水素は陽子が1個だけで中性子がないのよ。
あ、そうなの?
そうそう、普通の水素はね。
これは安定してるやつってこと?
そうそう、安定してます。
なんですけど、ヘリウム原子、陽子・陽子・中性子・中性子の重さを4とすると、
水素原子の重さは1.008になるんです。
陽子のほうがちょっと重たいってこと?
陽子のほうがちょっと重たいっていうか、
中性子と陽子はちょっとだけ質量が違うんですけど、こんなに違わないのね。
これはどういうことかというと、
計算的に陽子の重さと中性子の重さから導き出したよりも重いってこと?
そう、水素が重い。
逆に言うと、水素をくっつけて、
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たとえば水素に中性子1個をつけた重水素っていうのがあるんですけど、
重水素を2個くっつけたらヘリウム4になるわけね。
2個2個をくっつけるから、あ、違う、1個1個くっつけて2個2個になるから、
水素の2のやつを2個集めるとヘリウムの4になるのね。
そうすると、合計よりも軽くなってしまうっていうことが、
ヘリウムの質量を確かめて、水素の質量を確かめると、そうなるんじゃないか。
ということは、水素と水素がくっついてヘリウムになったら、
エネルギーが出てくるんじゃないか。
ほー、ほんとだったらヘリウムよりもちょっと重たくなるけど、
実際はヘリウムになるわけだから、
その消えた重さ分がどこに消えたかってときに、
エネルギーになってるんじゃないかっていうふうに思ったわけね。
なんでそんなことを思ったかっていうと、
太陽のエネルギーがどっから来てるかわからないってみんな思っていたわけ。
ほー。
で、太陽には水素とヘリウムがあるっていうのは、光の観察でわかっていて、
あの水素が何らかの形でヘリウムになっていたら、
そこの質量が減った分のエネルギーが出て、
それが太陽のエネルギーになってるんじゃないかっていうふうに、
要は理屈が先にやってきて、
あれは水素がヘリウムになってるに違いないっていうふうに思い始めたわけ。
へぇっ。
でですね、さっき言ったとおり、
水素がヘリウムになると、重さが減るわけじゃないですか。
つまり、いくつかのものがくっつくとある組み合わせで、
重さが、質量が減るわけね。
っていうことはエネルギーが出てっちゃうというか、
なので、ある組み合わせのときの想像される重さよりも、
軽くなる、要は質量が低くなるっていうことは、
より安定なものだっていうのがあるんですけど、
これね、グラフにとると、左から右に質量数、
つまり水平リーベって並べてってね。
で、その中でも、例えば水素と重水素、
さっき言った水素と、水素じゃないや、
さっき言った中性子と溶子が1個ずつ入っているやつとか、
溶子が1個に中性子が2個入っているやつとか、
いろいろ並べてって、左から右に並べていくと、
あれ、これなんとかっていう、なんか図になり、図?
なんかありますよね。
ありますあります。っていうのがあって、
なんか昔聞いた。何あれ。
質量数が上がっていくにしたがって、
質量欠損っていう、くっつくことによって質量が軽くなってしまう。
つまり、エネルギーが外に出ていってしまうっていうことがわかって、
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一番底、一番軽いって言ったら、質量欠損が多いものは、
実は鉄の原子核で、鉄の原子核はとても安定で、
鉄よりも重いものは、くっつくことによって、
ちょっとだけ質量が上がるというか、
さっき言った、水素と水素を合わせてヘリウムにするよりは小っちゃいんだけど、
ウランみたいなものは、鉄に比べて質量の欠損が少ないわけ。
ということがあって、エネルギーを発する余力を持ってる。
だから、ウランがパカッて割れると、さっき言った質量欠損分ができて、
質量が小さい原子になって、エネルギーが出てくるっていうのが核分裂で、
逆に小さい方のやつをくっつけると、鉄よりも軽いやつをくっつけると、
質量が少なくなってエネルギーが出るっていうのがあります。
どういうことかというと、鉄よりも軽い元素を何とかしてくっつけてやれば、
エネルギーが生じて、重い元素になるってことが起きます。
これが核融合なんですね。
で、核分裂と核融合の違いは何かっていうと、
核分裂は、さっき言った陽子がいくつかあって、中性子がいくつかあるんだけど、
中性子の数をいくつか変えてあげると、同じ元素でも不安定なやつが出てきて、
そうするとパカッて割れやすいっていうのがあるのね。
さっきCの14は5000年みたいなのをしたんだけど、
そういうふうに安定でいられる時間が変わってくるんで、
ウランのいくつかに中性子を入れるとかっていうのをやると、すぐに2個に割れるとかっていうのがあって、
放っておいても割れる、核分裂を起こすっていうやつとか、
中性子を加えることで核分裂を起こすっていうのが、比較的やりやすいんですね。
なんですけど。
割れること自体は不安定だから勝手に割れるってことですよね。
そう。
割れやすい状況に作ってあげるっていうのは人為的な操作かもしれないけど。
そうそう。それをだから不安定にするために中性子をくっつけてあったり、
さっき言った炭素も中性子が多くなれば、鉄よりは軽いんだけど、やっぱりベータ崩壊するとかっていうのがあるんで、
そんなのがあるんですけど、核分裂は大きいのが2個とかにボコって、
軽い分子2個に割れてしまうっていうのが核分裂なんですけど、
そういったものの中で核融合のほう、軽い元素同士がくっついて重い元素になるんだけど、
合計は軽くなってるっていうほうは実は簡単じゃなくて、普通には起きないんです。
エネルギー的にはやっぱりちっちゃいやつのほうが安定するのをわざと大きくするわけですもんね。
それもあるんですけど。
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すっごい力必要そう。
そもそも用紙が入っている原子核と、もう1つのほうも用紙が入っている原子核をくっつけると、
電気の力がプラスとプラスで反発するんで近づかないの。
なんだけど、すっごく近くに持ってくと、その電気の力、電磁気力に勝てるような引力が働いて、一緒にパカってなるんです。
なんか力ってなんだっけ、引力と。
弱い力と強い力っていうのがあって。
なんか4つぐらいあるって、プラスとプラスは本当はくっつかないんだけど、あんまり近くに行きすぎちゃうと引力が勝っちゃうわけ。
引力っていうか、強い力が勝ってくっつくんです。
プラスの力は、電気のプラスとマイナスは何の力なの?
電磁気力。
電磁気力よりも強い力っていう方が勝っちゃうわけ。
強い力っていうと強そうだな。
あれ、強い力って有効範囲があんまり距離が短いんでしたっけ。
そう、ということですね。
だから近づけないと強い力は働かなくて、近づけると陽子のプラスとプラスの反発よりも強くなっちゃうんだ。
そう、ということで、陽子と陽子だったり、水素の元素はさっき言った陽子1個だけっていうタイプもあれば、重水素っていう、陽子1個プラス中性子1個の質粒子が2の重水素と、
陽子が1個に中性子が2個くっついた重さが3になった三重水素っていうのもあったりします。
重々水素じゃなくて三重なのね。
重さは1と2と3だったりするんですけど、そういったものをそれ同士をすごーく近くの近くまでくっつけてあげると、ヘリウムになってエネルギーがドーンて出るっていうふうになるんだけど、
原子核同士を近づけるのはとっても大変で、
太陽の中ではとっても強い重力が外からあって、すごく重いもので、真ん中のほうはギュウギュウになってるから、原子核と原子核がぶつかり合うことが多いわけですよ。
つまり温度を上げてあげる、圧力を上げてあげるっていうのをやると、それが起こりやすいんで、それを作ってあげなきゃいけなくて、もう一回言うと核融合はそう簡単に起きません。
とっても高温、とっても高圧な状態を作ってあげないといけないんで、それをキープしてあげないと核融合は起こらない。
だから核融合の反応を起こすには、人為的にはとっても大変です。
で、どうしてあげるかっていうと、人間が発明した一瞬にしてとてもエネルギーがたくさん出せるものっていうのを使って実験をしたっていうのが水素爆弾っていうやつで、
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原子爆弾で作った高温高圧な環境に、一番核融合を起こしやすい重水素と酸重水素の組み合わせのものを置いておくと、
高温高圧になって核融合が起こって、水素がヘリウムになるっていう核融合反応での爆発が起こるっていうのが水素爆弾ね。
しかも重水素と酸重水素とすると、いわゆるヘリウムの安定の陽子2、中性子2に比べると、陽子2、中性子3になるってこと?
違う。ヘリウムが。それがまた陽子2、中性子2になりたいから。
実際には、重水素プラス酸重水素、合計で陽子が、重水素と酸重水素だと、陽子が2個と中性子が3個になるんで、ヘリウムの4、陽子が2個と中性子が2個プラス中性子が1個余分に出ます。
あとはヘリウム4ができるには、重水素プラスヘリウム3っていう中性子が1個足りないやつを足して、陽子が1個余るとかっていうのもあって、
いくつかあるんですけど、さっき言った質量損失が起こるようなものをくっつけてあげればいいんで、一番起こりやすいのが、実は重水素プラス酸重水素のやつが、一番周りからのエネルギーが少なくても核融合が起こる反応なんですよ。
それはたまたまというか、いろいろやってみたらそうだったわけね。
だから、水素爆弾には重水素と酸重水素を用意しておくと。
あとは、
その水素爆発を起こすために、ちっちゃな原子爆発が中で起きてるってこと?
そうだ。原子爆弾プラス核融合燃料を入れたものが水素爆弾なんですね。水爆ね。
ほー。
で、それの実験は成功したんだけど、じゃあこれを発電に使うにはどうすればいいかってなると、継続的にこの核融合を起こさないといけないわけよ。
一回だけドーンと起こしただけじゃダメだと。
そうそう。やり方としては、ちょろっと起こして、ちょろっと起こしてっていうのもできるんで、そういったものもあるんですけど、
何もともあれ、多量のエネルギーが出るし、高温高圧にするっていうのが元々やらなければいけないことでしょ。
だから、大変なのは、この核分裂反応、つまり、今の原子力発電所の原子炉は、
ウランを固めたサイコロみたいなやつをたくさん詰めて、それの核分裂が起きると中性子が出るんで、そいつが隣のウランにくっついて、また核分裂が起きてっていうのをできるようにして、それを燃料にして入れて、
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中性子が飛ぶのを抑えれば、連続して起こらないからっていうので、制御棒っていうのを入れて、普通は、発電してないときには、ちびちびしか核分裂が起こらないようにして、制御棒っていうのを引き抜くと、中性子が隣に当たって、連続して核分裂が起こるっていうふうにするわけ。
つまり、燃料自体が自ら燃えやすいわけ。放っておくとうまく作れば、めらめらと勝手に燃えるっていうのができて、っていうのがあるんで、暴走すると止めにくいのね。でも、核融合っていうほうは、周りからとってもとってもたくさん圧力を上げてあげるとか、温度を上げるとかってしてあげないと始まらないので。
おでん立てをしてあげないと、スタートしないわけね。
なので。
やる気が出てこないわけだ。
やる気が出てこないんで、それをするのが大変な上に、今度はそんなに高い温度で高い圧力のものっていうのを、保持しておく入れ物がない。
うーん。
そう。で、どうするかっていうと、入れ物がないってことは、発散しちゃうわけじゃないですか。
でも、さっき言ったように、原子核と原子核がぶつからなきゃいけないから、閉じ込めなきゃいけないのね、ある場所に。
だから、閉じ込め方を工夫して実験をするっていうのがどんどん、あっちこっちで進められていて。
で、そのときに閉じ込める方法が研究されていて、うまく閉じ込められて、高温高圧で重水素と酸重水素が用意できたりすれば、核融合の原子炉っていうのができて、発電に使えるんじゃないかっていうふうに、今、研究が進んでいるっていう状況なんです。
具体的には、核融合を起こすには、プラズマ状になった状態で、電子と原子核がバラバラになって、空中をブンブン飛んでるっていう状態にしなければいけなくて、温度は1億度ぐらいにしなきゃいけなくて。
つまり、1億度のものを保持しておけるものなんてないから、結局、空間の中にそれを閉じ込めなきゃいけないわけ。わかる?1億度の状態で空間の中にそれを閉じ込めるっていうのをやらなきゃいけない。
だから、太陽で1億度になってるかっていうと、そんなことはなくて、実は太陽の中は1500万度ぐらいと言われていて、なんでそのくらいで低温でそれができるかっていうと、圧力がとても高いのでギュウギュウなわけです。
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太陽は閉じ込まれてる箱がないけど、自分たちの引力で外から集まっていて、真ん中はギュウギュウになってるんで、1000万度とか1500万度になれば連続して核融合が起こってプラズマ化するんだけど、
地球上で核融合を起こすためには、そんなギュウギュウな圧力が作れないので、少しバラバラなんだけどっていうときには、1億度ぐらいまで上げないといけなくて、プラズマにして。
箱と温度でごまかしてるわけだ。
そうそうそうそう。
なので、1億度に上げるっていうのが必要で、1億度以上に上げるためにっていうのと、1億度に上げたものをどうやって保持しておくかがやっぱり技術開発の肝で。
核融合炉っていうのを作るときには、磁場閉じ込め式っていうのと感性閉じ込め式っていうのがあって、磁場閉じ込め式っていうのは、強い磁場を作って、その中に1億度のプラズマを作ることで、外の容器自体がプラズマに触れずに済むっていうふうにしておくわけ。
とはいえね、外の容器からは熱は取んなきゃいけないから、冷却水、水でいいのかなこれ、ちょっとわかんないんだけど、説明というか、あちこちにはやっぱり水って書いてあるんだけど、高温になったところから熱を取って、結局タービンを回すっていう形で、熱を取るっていうことで、核融合炉っていうのがあって、
磁力線を複雑に制御することで、空間の中に磁力線のカゴというかね、を作って、中にあるプラズマ化したトリチウムや重水素、酸重水素や重水素が外に出ていかないようにしているっていうのをやるのが、磁場閉じ込め式というやつで、これが結構研究されています。
今、研究ってどのくらいの段階なんですか。まず理屈的にそういうふうにやろうっていうふうには一応あって、例えば安定的に長期間にわたってっていうところのための今、場を作ってるわけですよね。
そうです。
それ以前の単発はできるわけね、少なくとも。
0.0何秒反応が起きるとかっていうのはできても、継続的にできたっていうのはなくて。
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今できてるのってせいぜい0.0何秒の話なんですか。
0.0何秒なんです。
実験室でできてるのは。
そうそう。
それを継続的にずっとできるようにってこと。
一応ね、1億度とか10億度で10秒ぐらいまでいってるんだっけな。そういう感じです。
でも、それもエネルギーを取り出すんじゃなくて、エネルギーをすげえ使って投入して、やっと核融合が起きたのを確認して、力尽きるという感じでですね。
そこが出てきたエネルギーを回収してそれを有効利用するっていうところまではまだまだってこと。
最終的には核融合エネルギーが投入したエネルギーを上回らないとエネルギーが出てこないんで。
なのでそこを狙わないといけなくて、そうじゃないと回っていかないというか。
そうするとうまくいけば、外から起動の時にはエネルギーをたくさん使わないといけないけど、動き始めたら自分でエネルギーを供給しながら核融合を継続できるっていう風になって。
で、その外から与えるものをパチってちょん切ってあげれば、その反応が止まるから原子炉みたいに暴走はしないわけ。
うーん、なるほど。
そこが核融合の安全と言われてるところと、もう一つは放射性廃棄物っていうのがあんまり出ない。
結局出るのは水素とヘリウムとかがほとんどなんで。
軽い水素からちょっと重くなったもの、プラスエネルギーっていう形だから。
そうそう。で、もう一個、中性子がバンバン出ると、重水素とか酸重水素はとても作りにくいというか、自然界にほとんどないんですけど、酸重水素はトリチウムって放射性なんで勝手に分解しちゃうんですよ。
だから自然界にはないのね、あんまり。
だから集めてこられないんだけど、この核融合炉から出る中性子を水素に当ててあげて、重水素とか酸重水素を作るっていう酸重水素供給装置にもなって、
うまくいけば自分でエネルギーをたくさん出して供給するのは重水素だけ供給して、残りのやつはある程度中で供給できるっていうのができるんじゃないかと言われていて、その上エネルギーも取り出せればバンバン出る。
制御のエネルギー投入を切ってあげれば止まるし、放射性廃棄物として出てくるのはあんまりなくて、ヘリウムばっかり出てくるというような感じで楽ちんだよねっていうのがまあまあ理屈ではあるんですけど、なかなかそこまで実用化ができてないっていうのが今のところですよと。
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そんなにうまくいくのかっていうような話に聞こえますけどね。
ね。
理屈ではうまくいくね。
一応ね、反応の中ではヘリウムしか出てこないんで、廃棄物としてはヘリウムなんですけど、ただ反応のときにとってもたくさん中性子が出るんですよ。
そうすると中性子が原子炉の部品とかにたくさん当たって、さっき言った中性子が多めな元素っていうのがたくさんできてきてしまって、それは放射性なのね。
だからウランとかプルトニウムと違って、原子炉の部品たちが放射性同位体に変わっていくっていう可能性があるんで、核分裂を使う原子力発電所の放射性廃棄物はウランとかプルトニウムとか重くて勝手に分解するものが多くたくさん入っているんだけど、
核融合炉でもいくつかのものは放射化っていうことが起こるんで、ある程度の放射性廃棄物は出ますけれども、燃料の廃棄物として出るわけではなくて、物質の性質を変えてしまうっていうことで廃棄物が出るっていうのがちょっと変わってるところです。
こういうのをやるために、とっても大きい磁力を作るためのたくさん電流が流せるもので超電動磁石を使うとか、いろんな技術を組み合わせて核融合炉を作るというのが進んでいるということで。
超電動磁石ってあれに使われてるやつですよね。
リニアモーターカーとか。
リニアモーターカー以外でも使うわけね。
他でもいろいろ使い道はあるんですけど、ずっと強い磁石を作っておきたいところではね。
ということで、核融合っていうのはなかなか大変なんだけれども、基本はとってもわかりやすい水素をすごい近くまでくっつけるとヘリウムになって質量が減ってエネルギーが出る。
お膳立てをしなければいけないんで、安定しているというか。だけどお膳立てしなきゃいけないんで、投入エネルギーがある程度必要な分を回収できるまでのことをやらないと実用にはならない。
そこまでやるには1億度を閉じ込めるっていうのが必要で、いろんなやり方でやってるんだけどそこがなかなか決定段にならなくて、いいところまでいってるんだけど実用炉にまでまだ達してないっていうのが核融合技術になっています。
そこで原子爆弾を使った核融合を起こす水素爆弾っていうのは、すでに実用化、実用化って言ったら変ですけど、実験が行われてうまくそれが働くということがわかっているっていう状態かな。
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ということで今日は核分裂の話と核融合の話をちょっとしてきました。
今日はこの辺にしたいと思います。
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そちらも聞いてみてください。
ということで、尊内理科の時間第481回、この辺にしたいと思います。
お送りいたしましたのは、よしやすと、かおりでした。
それでは皆さん、次回の配信でまたお会いしましょう。
さようなら。
ごきげんよう。
