最近色々と新しいエネルギーについて紹介していますが、2023年の２月２８日に日本の核融合発電についてのニュースが取り上げられました。
そこで、今回は核融合と核分裂や原子力との違いをできる限りわかりやすく解説していきます。
やはり、核融合といえば【ガンダム】を思い浮かべる人も多いのではないのでしょうか！？
核融合とは？
出典：YouTube
核融合とは、2つの原子核が結合してより重い原子核を作り、その過程で大量のエネルギーを放出することである。核融合は、原子核を十分に近づけることで、原子核間の強い核力が静電反発に打ち勝ち、融合させることができます。
核融合を起こすためには、原子核が静電反発に打ち勝つだけの運動エネルギーを持ち、強い核力が働くように接近する必要があります。
そのためには非常に高い温度と圧力が必要で、通常、摂氏数百万度、大気圧の数百倍というオーダーになります。
発電用として最も有望な核融合反応には、水素の同位体である重水素と三重水素が含まれます。
重水素と三重水素の原子核が融合すると、ヘリウム原子核になり、中性子が放出され、光と熱の形で大量のエネルギーが発生します。このエネルギーを利用して電気を発生させることができます。
核融合は、太陽や他の星を動かしているプロセスであり、科学者たちは、核融合を地球上の安全でクリーンなエネルギー源として開発するために、何十年も取り組んできました。
まだ克服すべき技術的な課題はたくさんありますが、核融合発電の開発に成功すれば、環境への影響を最小限に抑えながら、ほぼ無限のエネルギー源を提供することができます。
核分裂とは？
核分裂とは、原子の原子核が2つ以上の小さな原子核に分裂し、大量のエネルギーが放出される過程のことです。
このプロセスは、通常、原子核に中性子を照射して不安定にし、2つ以上の小さな原子核に分裂させることで開始されます。
原子炉では、ウラン235が核分裂の燃料として最もよく使われます。
ウラン235の原子核に中性子が衝突すると、不安定になって2つの小さな原子核に分裂し、熱と追加の中性子という形で大量のエネルギーが放出されます。
この中性子が他のウラン235の原子核に衝突して連鎖反応を起こし、さらに多くのエネルギーを放出します。
核分裂で発生した熱で蒸気を作り、その蒸気でタービンを回して発電する。現在、世界の原子力発電の主流は核分裂である。
核分裂の大きな課題の一つは、放射性廃棄物の生成です。
放射性廃棄物は何千年も危険な状態を維持する可能性があり、慎重な保管と処分が必要です。
また、チェルノブイリや福島の事故に見られるように、核分裂反応は適切に制御されないと危険な状態になることがあります。
しかし、適切な安全対策と廃棄物管理を行えば、核分裂は信頼性が高く、低炭素なエネルギー源となり得ます。
核融合と核分裂の違い
二つの説明だけだとわかりにくいと思いますが。
核融合→軽い原子（ヘリウム、水素など）
核分裂→思い原子位（ウラン、プルトニウムなど）
核融合のメリットデメリット
核融合のメリット
①豊富な燃料源
核融合に必要な燃料である重水素と三重水素は、海水中に豊富に存在し、容易に取り出すことができるます。
②二酸化炭素の排出が少ない
核融合は温室効果ガスを発生させないため、低炭素エネルギー源として期待されています。
③高いエネルギー密度。
核融合は化石燃料に比べてエネルギー密度が高く、より少ない燃料でより多くのエネルギーを生み出すことができるます。
④事故のリスクが少ない。
核分裂とは異なり、放射性廃棄物やメルトダウンの危険性がないため、より安全な原子力エネルギーといえます。
⑤持続可能性
核融合は事実上無限のエネルギー源であり、何世紀にもわたって信頼できる持続可能な電力源を提供することができるます。
核融合のデメリット
①技術的な課題
技術的な課題：核融合には極めて高い温度と圧力が必要であり、その達成と維持が困難であるため、技術が複雑で高価です。
②高いエネルギー投入量
核融合のプロセスを開始するためには多くのエネルギーが必要であり、現在では生産量よりも多くのエネルギーを投入する必要があります。
③放射線のリスク
核融合反応では長寿命の放射性廃棄物は発生しないが、短寿命の放射性同位元素が発生するため、適切に扱わなければ危険である可能性があります。
④材料の課題
核融合炉に使用される材料は、反応の極限状態に耐えられるものでなければならず、時間の経過とともに損傷や摩耗を引き起こす可能性があります。
⑤利用可能性が限られている
核融合技術はまだ実験段階であり、商業的に成立していないため、エネルギー源として広く利用できるようになるには、まだ時間がかかると思われます。
このように、出来れば非常にありがたい核融合発電です。
しかし、核融合を行うことが簡単ではないことや、取り扱いが難しいなどの課題はまだまだあるようです。
核融合発電と原子力発電の違い
核融合発電と原子力発電は、どちらも核反応から得られるエネルギーですが、エネルギーを発生させる過程が異なっています。
原子力発電
核分裂と呼ばれる原子の核が分裂することで発電する。原子炉では、ウランやプルトニウムの原子に中性子を照射して原子核を分裂させ、大きなエネルギーを熱として放出します。
この熱を利用して蒸気を発生させ、タービンを回して発電する。
一方、核融合発電は、水素の同位体である2つの原子の原子核を結合させて、より重い原子核を作ることで発電します。
このとき、光と熱の形で大量のエネルギーが放出される。発電のための核融合反応として最も有望なのは、海水に多く含まれる重水素とトリチウムという同位体である。
核融合発電
放射性廃棄物の発生が極めて少ないこと、核融合に使用する燃料が豊富で広く入手できることである。
さらに、核融合のプロセスは、原子炉のように暴走したりメルトダウンしたりすることがないため、本質的に安全である。
しかし、核融合発電はまだ実験段階であり、実用化には至っていません。
課題は、核融合反応を持続させるために必要な高温・高圧などの条件を作り出すことであり、そのためには高度な技術や材料が必要です。
気になるガンダムは出来るのか？
出典：YouTube
ガンダムも核融合炉で動いているというのは、ガンダムファンの方ならご存知だと思います。
ただ、初めの設定ではおそらく現在の核融合炉より、核分裂の原子炉に近いイメージで捉えられていたのではないかと思います。
ただ、のちの設定として
後年になってガンダムの設定として「核融合炉の触媒として入っている重水素が爆発する」ということになりました。
ガンダム世界の核融合炉は現代でも研究されているD-3He核融合。重水素とヘリウム3を燃料としています。
出典：腹ペコクマが踊り出す
このように現在のガンダムの認識としては、核融合発電を小型かすればガンダムも開発も夢ではなくなってきますが。。。
ただ、ガンダムの一歩はかなりの衝撃と聞いたことがあります。
１歩歩くだけで、震度７ぐらいの衝撃があるとか。
ジャンプしたり加速した時のGが１０Gぐらいになる。
転けると（ガンダムは１８メートルコックピットの位置でも１０数メートル）かなりの高さから落ちるのと同じ＝ビルから飛び降りた衝撃
などの理由があるので、ガンダムができたとしても乗る人間が耐えれないということになります。
そのため、とても優秀なショックアブソーバーやGキャンセラーなどがなければ解決はしないのではないかと思います。
ただ、それでもロボット好きな人からすれば、いつかは完成するのではないか？
そんな夢を感じさせてくれるのが、核融合エネルギーではないでしょうか？
そんな感じで今後の新しいエネルギーについて紹介いたしました！
