北朝鮮が核兵器を製造しているという主張や、ドナルド・トランプ大統領が北朝鮮の危険な指導者に対する脅しを行ったことを受け、ここ数カ月で世界的な核の脅威が高まっている。緊張の高まりにより、終末時計は真夜中近くまで移動しました。
しかし、世界を破壊し、私たちの存在そのものを脅かす可能性があるにもかかわらず、原子力エネルギーには、地球の差し迫った電力需要を解決する可能性もあります。
近年、技術の進歩と超伝導体のようなものへの理解により、多くの民間企業が研究の時流に乗り出しています。 Google は最近、核融合の専門家と協力して、複雑なエネルギー問題を解決するためのアルゴリズムを開発しました。MIT は最近、核融合がわずか 15 年以内にグリッドに登場する可能性があると述べています。
最近では、科学者たちは、爆発する星を見て核融合の謎の 1 つを解き明かしたかもしれないと信じています。チーム、からミシガン大学のレーザー実験天体物理研究センター グループは、超新星爆発中の物質の混合に熱がどのように影響するかを調べました。これらの爆発は膨大な量のエネルギーを放出し、場合によっては、私たち自身の太陽がその一生のうちに放出するよりも多くのエネルギーを放出します。
宇宙でのこのような核融合反応で熱が果たす役割はほとんど見過ごされてきており、科学者たちは核エネルギーのブレークスルーを促進するために地球上でそのような反応を模倣しようとしている.研究者たちは、さまざまなプラズマと鉄、炭素、ヘリウム、水素などのさまざまな元素を実験室で混合することにより、エネルギーの流れが熱を上下させることを確立することができました。プラズマ。これは、以前の実験ではこのように考慮されていませんでしたが、最終的には、核融合を地球上でより持続可能にするための鍵を握ることができました。研究は次の誌に掲載されています。 ネイチャー コミュニケーションズ。
核エネルギーとは？
原子力は人類にほぼ無限のエネルギーを提供する可能性を秘めていますが、核エネルギーの背後にある物理学には、考えられる最も小さな粒子間の相互作用が含まれています。宇宙のすべての原子の中心には、原子核と呼ばれる陽子と中性子の小さな集まりがあります。原子核内の陽子と中性子の数によって、原子がどの元素であるかが決まり、原子核はその原子の質量の大部分を占めます。
核内では、陽子と中性子は、強い力と呼ばれる物理学の 4 つの基本的な力の 1 つで結合されています。その名が示すように、強い力は4つすべての中で最も強力ですが、核内のような小さな距離でのみ機能します.他は重力、電磁気、弱い。このビデオでは、その違いと、それらが私たちに与える影響について説明しています。
原子は主に空の空間です。原子がサッカー スタジアムのサイズだった場合、核はほぼ真ん中のハエのサイズになります。原子の他の部分は原子核を周回する雲の電子ですが、電子には強い力はかかりません。それらは、核が正に帯電している間、負の電荷を持っているため、代わりに電磁力によって拘束されます。
一般的に、原子核物理学は、核の生成または破壊を伴います。どちらもわずかな質量が失われるプロセスであり、これらは大量のエネルギーを放出します。
なぜ原子力が重要なのか？
1950 年代以来、物理学者は水素原子のヘリウムへの核融合を制御することにより、太陽に電力を供給するプロセスを模倣しようとしてきました。この力を利用するための鍵は、プラズマと呼ばれる水素ガスの超ホット ボールを、核融合反応から発生するエネルギーの量が投入された量よりも多くなるまで閉じ込めることです。この点は、エネルギーの専門家がブレークイーブンと呼んでいるものです。達成されれば、それは技術的ブレークスルーを表し、ゼロ炭素エネルギーの無制限で豊富な供給源を提供する可能性があります。
アインシュタインの最も有名な方程式、E=mc^2 はおそらくご存知でしょう。これは、わずかな質量が失われたときに放出されるエネルギーの量は、その質量に光速の 2 乗を乗じたものに等しいことを示しています。光の速さはかなりの数です。
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元素の最小の核は、水素原子にある陽子 1 つだけでできています。水素は、ヘリウム、リチウム、ベリリウムと並んで宇宙で最も軽い元素であり、それらを形成するのに多くのエネルギーを必要としないことを意味します。これらの軽い元素は、宇宙が始まって約 3 分で陽子と中性子が結合するのに十分なほど寒かった頃に形成されました。これが、水素プラズマが地球上で核エネルギーを抽出する最良のソースと見なされる理由の 1 つです。
これらの最初の 4 つの要素の後、宇宙は壁にぶつかります。陽子が正の電荷で互いに反発し合うのを克服するために、周期表の次の 88 の元素により多くのエネルギーが必要であり、この核融合のためには、核融合が行われなければなりません。
では、核融合とは何ですか？
私たちの身の回りのほとんどのものは星の内部で作られています。星は水素から始まり、それらが圧縮してヘリウムを形成します。このプロセスは継続し、エネルギーを放出して星を加熱します。
科学者やチームが好むのは、水素を燃料として使用するこの反応です。TAEテクノロジー核融合発電を実現するために模倣しようとしています。水素に見られる重水素とトリチウムの原子核が融合すると、ヘリウム原子核、中性子、そして大量のエネルギーが形成されます。
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核融合は反応を開始するために大量のエネルギーを必要とするため、そのプロセスを地球上で模倣するのは難しいことが証明されています。核融合炉で原子を結合させるには、計り知れない圧力と約1億5000万度の温度が必要です。
私たちの太陽の核と同じ大きさの星は、水素 (その燃料源) を使い果たすと、死に始めます。死にゆく星は膨張して赤色巨星になり、ヘリウム原子を融合させて炭素原子を作り始めます。より大きな星は、さらに一連の核燃焼により、酸素から鉄まで、より重い元素を作り出すことができます。鉄より重いものはすべて、超新星、つまり巨大な星の寿命の終わりに起こる巨大な爆発で生成されます。
核融合は核分裂とどのように関係していますか?
地球上で私たちが知っている原子力発電は、核分裂と呼ばれる別の核反応を使用します。
ウランやプルトニウムのように、原子核の中にたくさんの陽子と中性子が詰まった状態で元素が膨張し始めると、それらに中性子を当てることで、それらをより小さな元素に分解することができます。これにより質量も変化し、大量のエネルギーが放出されます。
問題は、いわゆる反応の後生成物にあります。これらの物質は放射能が高く、非常に危険であり、これが原子力エネルギーの最も重大な欠点です。
放射性廃棄物は非常に慎重に取り扱わなければならず、現在、私たちがそれを取り除く最善の方法は、地下深くに埋めることです。しかし、それは原子炉を危険な場所にし、放射性廃棄物が漏洩した災害は、1986年のチェルノブイリや福島の災害など、悲惨な結果をもたらしました。
核融合に取り組んでいる企業は?
と
MIT の研究者は、民間企業 Commonwealth Fusion Systems と協力して、高温超伝導体を使用した新世代の核融合実験と発電所を最近考案しました。まだ実現していませんが、このパートナーシップはSPARCと呼ばれるコンパクトなデバイスの構築を目指しています。
かつての超伝導電磁石 ＳＰＡＲＣ SPARC はこれらを使用して 1 億ワット、つまり 100 メガワット (MW) の核融合電力を生成する予定です。その熱を電気に変換することはありませんが、小さな都市で使用される電力と同じくらいの電力を生成します。これは、プラズマを加熱するのに使用される電力の 2 倍以上です。これが成功すれば、核融合発電所の実物大のプロトタイプを作成し、わずか 15 年で世界を核融合へと導くことができます。
グーグル
この調査は、Google が行っている作業に続き、TAEテクノロジー、世界最大の民間核融合会社を自称する と、その巨大なイオン化プラズマ マシン C2-U です。 Google はプラズマ物理学の実験を高速化するように設計されたアルゴリズムを構築しました。Tri Alpha Energy の最終的な目的は、CFS と同様に、最初の核融合ベースの商用発電所を建設することです。実験をより早く完了するほど、より速く、より安価にこの目標を達成し、世界をより持続可能でクリーンなエネルギー源に向けて動かすことができます。
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核融合に関する民間部門の研究の増加は、大きな懸賞金がかかっていることを反映している – 豊富で環境に配慮した安全な新しい発電方法である、英国原子力公社のCEO、イアン・チャップマン教授 前記 。
この種の実験を行うには、プラズマ (超高温のガス球) を長期間閉じ込める必要があります。TAEテクノロジーと呼ばれる方法を使用してこれらのプラズマを閉じ込めます 逆転磁場配位型 これは、プラズマを加熱すると制御が難しくなる他の方法とは対照的に、エネルギーが増加するにつれてより安定になると予測されています。
TAEテクノロジーズC-2U は、これらの実験を、このような短い時間でプラズマを生成して閉じ込めるために適用できる電力の限界まで押し上げます。設定の最適化 (マシンには 1,000 以上のボタンがあります) とプラズマの動作の管理は複雑な問題であり、これが Google の検眼アルゴリズムの出番です。
Google のシニア スタッフ ソフトウェア エンジニアとしての Ted Baltz 説明します 、C-2U マシンは 8 分ごとにプラズマ ショットを実行し、各実行には、C-2U の真空内にプラズマの 2 つの回転する塊を作成することが含まれます。これらの小塊は、時速 600,000 マイル以上の速度で一緒に粉砕され、より大きく、より熱く、回転するプラズマのボールが作成されます。
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プラズマのボールは、中性水素原子でできた粒子ビームで連続的にヒットし、回転を維持します。磁場は、10 ミリ秒もの間、回転するボールを保持します。 Googleの アルゴリズム 設定の数から真空の質、電子の安定性までのすべてのパラメータを取り、人間の物理学者に解決策を提示します。
核爆弾はどのように機能しますか？
核兵器を開発した最初の国は米国であり、その後 1949 年にロシアが続きました。2016 年の時点で、米国には約 7,000 発の核弾頭があり、退役兵器、保管兵器、配備済み兵器を合わせています。ロシアは約 7,300 発、フランスは約 300 発、英国は 215 発の弾頭を持っていると言われています。 現代の最も重要な核の脅威の 1 つと見なされている北朝鮮は、その数は不明ですが、その数は約 10 と推定されています。 .
すべての核兵器は、核分裂を利用して壊滅的な爆発を引き起こします。第二次世界大戦中に広島に投下されたリトルボーイを含む初期の兵器は、核分裂連鎖反応を開始するために必要な臨界量を生み出しました。同じ素材で作られた標的に、中空のウラン 235 シリンダーを発射します。
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この技術は近年進歩しており、現代の兵器では、臨界質量は材料の密度に依存しています。これらの兵器は、いわゆるウラン 235 またはプルトニウム 239 金属の穴の周りで化学爆発物を爆発させます。これらの同位体は、分裂を行うことができる最も一般的な元素です。ウランとプルトニウムはどちらも鉱床に自然に見られますが、微量 (ウランの場合は 1% 未満、プルトニウムの場合はさらに少ない) であり、製造する必要があります。これは費用と時間がかかるプロセスであり、核爆弾をより自由に建造するための主な障壁です。
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笑でpingを確認する方法
現代の核爆発では、爆風が内側に吹き、ピット内の原子を一緒に強制します。臨界質量に達すると、中性子を使用して核分裂連鎖反応が発生し、それが次に原子爆発を引き起こします。熱核融合兵器は、核分裂爆発からのエネルギーを使用して、水素同位体を結合させ、太陽と同じ温度に近い温度に近い火の玉を作成します。
