Oct 31, 2012

中性子は作成可能?、そして常温核融合



中性子は作成可能?、そして常温核融合

もしかすると、量子ドットなら、
現代物理学で常温核融合を
より明快に説明できる可能性があります。

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「陽子と電子の衝突から中性子が作成できる」は、どの程度本当か
そういう実績の情報があるかどうかをもっと調べて
自分のアイデアに可笑しなところがないか
確認しておきたくなりました。

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今、メインストリームの物理学者に知られている人工的(???)中性子作成方法

それは、

・加速器駆動未臨界炉の一部(陽子をタングステンに衝突タングステン原子核を破壊して作る)
・熱核融合炉(重水素と三重水素の核融合で、ヘリウムに成らない余りとしての中性子)

です。いずれも検索で簡単に情報が見つかります。

ちなみに、
加速器駆動未臨界炉は、採算はともかく現在の技術で実現できますが、
熱核融合炉は技術的にも採算的にもまったく実現の目処が立っていません、
まだまだ空想の世界と感じます。

メインストリームの科学者からの報告では、陽子と電子の衝突から
中性子を作成している例はほとんどありません。

メインストリームの物理学者は、上記の方法しか知らないのか
それとも、他の方法(陽子と電子の衝突)を検討する必要性を感じていないようです。

ところが、常温核融合の実験には、再現性が100%ある実験があります。
それは、三菱重工の岩村さんの実験です。

いまの物理学を素直に適用して、この常温核融合実験を考えると、
(a) 重水素原子核に電子が吸い込まれ、中性子二個となり分裂した
(b) 重水素同士の核融合が起きた
(c) 重水素原子核が金属原子核に吸い込まれた
この三つのどれかが発生して、それが引き金で核種変換が起きたと
考えることが妥当です。

そして、私は(a)が最も必要なエネルギーが少ないので発生しやすいと思います、、、。

(a)を細かく説明するとと、電子が、陽子と中性子の結合である重水素原子核に、
吸い込まれ、中性子二個となり、分裂しするというものです。

が、しかし、、、電子と陽子から中性子ができる反応について、、、
メインストリームの科学者の方では、
実験したという記録がほとんどありません。

メインストリームの科学者は、
核分裂原子炉由来の超高速運動する中性子とか
荷電粒子加速器を持ち出すパターンが多く
とにかく力ずくで原子核をぶっ壊そうとしています。

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その他にも中性子の性質で面白いことが分かりましたので、
付け加えておきます。

中性子には、それ自体が非常に小さな磁石の性質があるということです。

たとえば、
http://accwww2.kek.jp/oho/oho07/txt07/06_shimizu_070829.pdf
では、中性子の流れを制御する中性子光学という分野があることを
説明してくれています。

中性子の流れを光のように物質を使って反射したり屈折させたりして
さらには磁場で制御したりということができるというものです。

だから、ほとんどじっとしている(摂氏1000度以下程度の熱エネルギー)
の中性子は、磁石のつくる磁界に補足されてしまい
装置の外に漏れて出てこないということもありえます。

とくに、これだけ遅いと、中性子自体の物質波(ド・ブロイ波)の波長が
一般の原子間距離(10^(-10)m)程度より長くなるとのこと。

おそらく、物質を透過する能力が低下してくると推測できます。

透過できないとなると、
- 物質の表面と中性子が反応するか、
- 物質の表面で中性子が反射される
か、となります。

メインストリーム物理学者の間では、
中性子が、物質の壁面と反応せず反射される
ことを中心に研究してるようです
(反応断面積、吸収断面積というキーワードが出てくる)。

中性子と物質の表面の原子核の相互作用
(つまり中性子が原子核に吸い込まれると何が起きるか)は、
原子核の種類(原子番号)に対する単純な依存性がなく、
原子核の構造(陽子と中性子の数と励起状態)により
複雑に変化する、ことは色々な研究の蓄積があるようです。

このように、常温核融合を考える上で、ヒントになることが、
メインストリーム物理学の世界でもあたりまえの事実として語られています。

このほかにも
超冷中性子のホットな話題 2003.1.30
http://legacy.kek.jp/newskek/2003/janfeb/newsneutron.html

おとなしい中性子の人口密度 2006.9.14
http://legacy.kek.jp/newskek/2006/sepoct/newsneutron2.html
などがあります。

J-PARCの中性子科学
http://www.tac.tsukuba.ac.jp/~ksasa/J-PARC/J-PARC_Neutron.pdf

あれれ、なんだか、一部の物理学者は知らず知らずの内に
常温核融合へ至る道の基礎研究を
いつのまにかしていることになっているみたいですね。

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電子と陽子と中性子の反応は、ベータ崩壊といいます。

ベータ崩壊は、弱い相互作用という力が介在しているそうです。
弱い相互作用について、あれこれ調べましたが、
それを具体的に応用した例(中性子の作成)は、ほとんど見当たりません。

ベータ崩壊については、「わかるまで素粒子論「入門編」」
http://www1.odn.ne.jp/~cew99250/html/S_2.html
「2.ベータ崩壊」が秀逸な解説です。

それによると、

ベター崩壊は、ベータ・マイナス崩壊とベータ・プラス崩壊があります。

ベータ・マイナス崩壊 = 中性子が、陽子と電子と半電子ニュートリノとガンマ線に分離
ベータ・プラス崩壊 = 陽子と電子とガンマ線 から中性子と電子ニュートリノに変化

ただ、「わかるまで素粒子論」では、エネルギー(ガンマ線)の収支が未記入です。

ベータ・プラス崩壊について、電子を右辺に移項して、反電子にされています。
(陽子と電子とガンマ線 からは中性子がつくれないと思わせる意図があるのでしょうか)

また、
「(不安定な)原子核の中では中性子が多いので、ベータ・マイナス崩壊が頻繁におきる」
とも解説されています。

また、
「中性子は、原子核外でも陽子に変わることができるが、
陽子は原子核外で中性子に変わることがない。
(本当は、こう言い切ってしまってはまずいのだが、
それについては、ずーっと後で述べる。もしかしたら、
【入門編】ではないかもしれない。)」
と書いてあります。

この文が、ちょっと理解しにくい文ですが、、、
- 単独の中性子は、半減期約15分でベータ・マイナス崩壊してしまうこと、
- 単独の陽子は、いつまでも陽子のままでいること、
その二点を意味していると思います。
(この「ずーっと後で述べる」話がどこにも見つかりません、、、)

でも決して、「単独の陽子に電子を衝突させると中性子になること」を
否定しているとは思えません。

これは、素人の推測ですが、、、
「原子核の内部でも、すべての中性子は半減期15分で
ベータ・マイナス崩壊していると思います。
ただし、すぐ隣に陽子があるため、
そこで放出される電子と半電子ニュートリノとガンマ線は
直ちに隣の陽子に吸収されて、その陽子が中性子に変化してしまう。
従って、原子核全体としては、
外に電子と半電子ニュートリノとガンマ線が出てこない。
たまに、ベータ崩壊を観測できる原子核は、
中性子が陽子にくらべて多い原子核であり、
電子と半電子ニュートリノとガンマ線を受け取る陽子が
隣にいなかったときである。」
と、推測しています。

つまり、「陽子も条件が揃えば簡単に中性子になりうる」というのが、私の推測です。


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昨日までのブログで常温核融合も核廃棄物が出てくるだろうと書きました。

調査すると、常温核融合でよく使われるニッケルにも放射性同位体が何種もあるからです。

核種の一覧
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E7%A8%AE%E3%81%AE%E4%B8%80%E8%A6%A7
にすべての元素の同位体についてきれいにまとめてあります。

ニッケルの同位体
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8B%E3%83%83%E3%82%B1%E3%83%AB%E3%81%AE%E5%90%8C%E4%BD%8D%E4%BD%93
も詳しいです

59Niの半減期が最も長く7万6000年
63Niの半減期は100.1年
56Niの半減期は6.077日

これまでの常識から考えると、いずれの同位体も放射性がありそれなりに危険ですが、
おそらく63Niが最も危険ということになりますね。

この危険そうな放射性同位体が常温核融合でできないことを正確に確認するには
長期間の連続運転しか方法がないと思います。

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太陽では、核融合が起きていると考えられています。
私もそう思います。
で、どのような核融合が起きているかについて説明があちこちにあります。

昨日の記事でも紹介した

太陽核融合とトンネル効果
http://www7a.biglobe.ne.jp/~falcons/quantam130.html
が、秀逸です。

ここによると、
「太陽核融合は、陽子と陽子のほぼ衝突でおきている。
つまり陽子と陽子が接近しているが、完全にぶつかる距離までは接近していないが
量子力学の不確定性原理から導かれるトンネル効果でとても少ない確率では、
発生しうる、そして確率を遥かに上回る膨大な量の陽子があるため、
陽子一個にしては少ない確率だが、
太陽全体としては、衝突がたくさんたくさん起きて光を発している。」
とあります。

それを数式を計算して詳しく書いてあります。

また、Wikipediaの 陽子-陽子連鎖反応 の説明
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%99%BD%E5%AD%90-%E9%99%BD%E5%AD%90%E9%80%A3%E9%8E%96%E5%8F%8D%E5%BF%9C
では、太陽内部で起きている陽子と陽子の核融合について説明しています。

そこでは、
「恒星内部で陽子-陽子連鎖反応が完了するまでの平均的な時間尺度は10^9年(10億年)のオーダー」
と書いてあります。
つまり、太陽のような恒星は、10億年単位の寿命を持つという意味です。
実際のところ太陽と地球は現在50億歳前後と言われています。

10^9年の寿命というのは、太陽の陽子の密度なら、
陽子-陽子反応が発生する確率がとても少なく、
太陽にある一つの陽子で、10^9年に一回前後の確率だからです。

そしてなぜか、太陽核融合の説明である、陽子-陽子連鎖反応では、
電子が脇役に据えられています。
電子は、太陽の中には無いのでしょうか、そんなことは無いと思うのですが、、、
その理由の説明がありません。

陽子と電子が結合して中性子になり、
中性子と陽子が結合するほうが、
ずっとエネルギーの障壁(クロン障壁)が少ないにもかかわらずです。

この点が私の疑問なのですが、どこにも説明がありません。

この10^9年の表記と電子を脇役においた説明のために、
弱い相互作用(陽子と電子の結合)がめったに起きない現象と
理解してしまう人(物理学者も含めて)がいてもまったく不思議ではありません。

太陽の中は直接観察できないので、
周囲へ放射されるエネルギーの種類と質と量を測り
計算して反応経路を推測するしかありません。

つまり太陽の核融合の詳細(上記のURLの解説のこと)は直接実証された事ではありません。
せいぜい、陽子と陽子の衝突実験で確かめる程度です。

わたしは、弱い相互作用についてもっと具体的な実験を知りたいのですが
またあまり情報が見つから無いというのが現状です。

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量子ドットの話題

量子ドットという物があると、調査の過程で知ることになりました。

クーロン力と一電子系の量子力学
http://www7a.biglobe.ne.jp/~falcons/quantam110.html

「もし、レーザー光で正孔と電子が発生した量子ドットで、電子が正孔の回りにトラップされた時も
水素原子と同じように電子が正孔の回りにトラップされ双極子の形になると安定するだろう。」

とあります。

エーット、「正孔と電子が発生した量子ドット」は、
電子なのに電荷のない状態(???)の粒子として振舞うという意味でしょうか。

(???)は、正孔はあくまで、電子と比較して相対的にプラスに見えるだけで、
実際は電荷ゼロです。

電子の電荷は-1ですから、 0 + -1 = -1 のはずだけど、、、。

でも、正孔と電子の組としては、トンネル効果の確率として
一瞬でも電荷の無い状態(0 + -1 =(一瞬だけ)= 0 )に見える
可能性があるといみなのかも、、、。

疑問です、これは驚きです。量子ドットとはいったい何でしょうか。

金属内では、電子が流れ電流となります。
そのときの電子を自由電子といいます。
そして電子工学では、電子がはまるべき位置(孔)にいない状態を
正孔といいます。

つまり、正孔の考え方は電子工学ではごくごく普通の常識です。

そして、常温核融合では、ニッケルやパラジウムの金属がいつも登場します。

ここで生まれる推測は、
「「正孔と電子が発生した量子ドット」は、電荷の少ない電子として振舞う。
そのため、陽子はこの量子ドットにとても近くまで接近できるだろう。
つまり「クーロン力が働く場合の電子軌道とエネルギー」を
量子ドットにについて再計算する必要がある。
そして量子ドットが解除されたとき、陽子と電子は結合し中性子になる」
です。

なんだか、常温核融合がうまく説明できる可能性があると思いましたけど、、、。
(でも、そもそも 「一瞬でも電荷の無い状態」が怪しい気がする)

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[終わりに]

これまで、常温核融合について
あれこれ勝手な想像をブログに書いてきました。
今後も勝手な想像を書き続けると思います。

ブログを書いている自分は、
単に自己顕示欲にとりつかれているだけの
人間なのかもしれません。

仏教教えの十悪(=禁止事項の十戒律)には、
「強欲の禁止」と「無駄口の禁止」があります。
それに抵触している気もします。

でも、ブログのいいところは、
自分の気持ちと考えを、
読み手であれば誰にでも知ってもらえることです。

そして知りたくない人は、読む必要が無い。

人間はだれでも間違いを犯すことがあります。
それが間違いであることを自分で気がつくことは、なかなか難しいです。

誤字脱字はとくに自分ではなかなか見つかりません。

私はコンピューターのプログラムを書くことが趣味で仕事ですが
プログラムを書く行為は、自分の考えを書くことそのものです。
そして、自分のプログラムの間違いを自分で見つけることは、
プログラムを書くことよりずっと難しいと感じます。
テストしないとわからない時がほとんどです。

ブログでは、十悪の示すところ(以下など)
-泥棒の禁止(他人のオリジナルは引用していると明記)
-嘘の禁止(推測は推測と明記する)
-悪口の禁止(悪口を書かない)
-無駄口の禁止(余計なことを言って相手の時間を奪わない)
-強欲の禁止(有名になりたいという欲にとりつかれないこと)
-怒りの禁止(他人への攻撃・嫉妬・批判されることへの憎しみいずれもしない)
-邪見の禁止(真実を認める、間違い・迷信を信じない、分からない事は明記)
に従って書くようにしたいと思います。(難しいですが、、、)

こうすれば、ブログに自分の意見感じ方を書いてもいいかなと思います。