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核融合で消費する以上のエネルギーを生み出す原子炉が作成できると考えられる理由

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核融合に関して、本を読んでいると不思議に感じることがあります。

僕がひっかかったのは、以下の2点です。

  • 核融合によって消費する以上のエネルギーを生み出す原子炉が作成できる。
  • 核融合は原子力より安全。

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ホントなのかな?って思いました。

ということで、ちょっと調べてみました。

核融合って何?メリット、デメリットに関して

一番身近なのは太陽です。
太陽は、水素が融合しヘリウムに変わることで、莫大なエネルギーを発生させています。
核融合発電というのは、これを地球上で行うということです。

メリットは、

  • 海水が原料になる。(重水素、三重水素)
  • 高レベル放射性廃棄物がでない。
  • 原理的に暴走しない。

ということだそうです。

さらに、理論的には、1立方メートルの水で石油タンカー一台分のエネルギーを生み出せるので、期待されています。

核分裂の場合は、連鎖的に反応が起こるので、暴走する可能性がありますが、核融合の場合は、燃料を超高温高密度にすることで、強制的にエネルギーを取り出すという手段なので、核融合炉をストップさせれば、それ以上反応は起こらないので、暴走しないとされています。
だから、原子力発電よりも安全だと言われています。

メリットばかりでなく、デメリットもあります。
高レベル放射性廃棄物は出ないけど低レベル放射性廃棄物はでます。

核融合のエネルギー効率は100%を超える?

エネルギー効率というのは、入力したエネルギーに対して、どれだけ電力が発生したかという指標です。

各種発電のエネルギー効率は以下のようになっています。

  • 火力発電:40%程度
  • 原子力発電:30%程度
  • 太陽光発電:20%程度
  • 風力発電:20~40%
  • 水力発電:80%

この数値はあまり参考になりません。

なぜなら、エネルギーの入力のコストが明らかになっていないからです。

水力なら、ダムの水門を開ける、火力なら燃料に点火する+燃料代、などがあります。

入力したエネルギーを発生させるコストと、発電量の比がわからないと比較のしようがありません。

核融合に話を戻します。

核融合を地球上で引き起こすためには、重水素や三重水素といったガスを超高温にして、プラズマ状態にして、磁場で閉じ込めるという方法をとります。
この状態をキープすれば、核融合反応が起きてエネルギーが発生します。

次のローソン条件という条件に該当する必要があります。

  1. 1プラズマが約1億度以上の温度になること
  2. 1立方センチメートル(1cc)のなかに原子核の数が100兆個以上あること
  3. 閉じこめ時間が1秒以上あること

他にも臨界プラズマ条件、自己点火条件という言葉があります。
いまいち理解していないのですが、多分こういうことです。

  • 臨界プラズマ条件:反応を起こすために外部から注入されるエネルギーに等しいエネルギーが核融合反応で得られている状態
  • 自己点火条件:外部からの加熱入力をさらに加えることなく核融合反応が持続する条件
  • ローソン条件:たぶん自己点火条件と同じ意味

太陽の場合は、太陽自身の重さによって発生する重力により、ローソン条件がキープされるので、事実上無限にエネルギーが発生しているということなのでしょう。

自己点火条件に達してしまったら、核融合炉は暴走してしまうような気がしますが…
その辺の仕組みがわかりません。
たぶん、穴開けたら圧力が一瞬で減って、反応が起きなくなるから大丈夫なのでしょう。

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