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。

常温核融合とプラズマ物理

常温核融合が
「仮に陽子と電子による中性子の生成と中性子による核種変換による発熱現象」
とすると

陽子と電子による中性子の生成は、
現代のプラズマ物理の範疇に入ります。

現在のプラズマ物理では、
中性子の生成レベルのエネルギーを取り扱うことはほとんどないようです。

このエネルギーは、 0.78MeVです。

現在のプラズマ物理は、せいぜいX線、
大半が紫外線領域以下世界での探求と、
0.78MeVをはるかに超えた
超超高エネルギーの世界(素粒子加速器の世界)です。

つまり、0.78MeVのプラズマ物理(常温核融合)は、まだまだ未開拓の分野です。

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なぜこういう事態になってしまったのか、、、。

「先端の物理学者(素粒子加速器の世界)」と
「原子爆弾の応用(核分裂爆弾と核融合爆弾)」の
二つしか道がなかったからでしょう。

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先端の物理学者の興味が、原子核内部の構造を気にしていたのは
あの有名な湯川秀樹博士が活躍されていた昭和初期の頃です。

その後、原子核から素粒子自体の構造へ興味が移り
さらに、もっと細かい微細構造へと興味が移っていきました。
先端の物理学者の興味は、常温核融合程度の領域(0.78MeV)に興味がありません。

彼らの求めるものは、究極の物理学の理論をどこもまでも追い求めることです。

しかし、今かれらが進んでいった地平線は、すでにはるか遠くに行き過ぎています。
多くの理論的成果が積み上げられていますが、
工学的に応用にはまだされず、手がつけられていません。
(クオークやその先の大統一理論の応用方法なんてだれも想像もできていません)

中性子の工学的な満足な利用がまだできていないのですが、
彼らは、ずっとずっと先のことを追い求めています。

予算を少しばかり削減して、
0.78MeVのプラズマ物理(常温核融合)にまわしてもらう必要があります。

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核エネルギーは、兵器としての原子爆弾と水素爆弾に結実しました。
あくまで、爆発を目的に研究を始めているため、
研究者開発者は爆発をゆっくりに制御することだけに着目してしまったようです。

爆発をゆっくりにすることが、核分裂原子炉であり、熱核融合炉です。

熱核融合炉では、太陽の中心1,500万度など
まったく取るに足らない1億度以上を理論的に必要とします。
(この温度も控えめの数字で実際は兆をはるかに超えないといけないでしょう)

この理由と、そもそもそも太陽と違う燃料(重水素)で核融合させようとしているので、
熱核融合炉は実現の目処がまったく立ちません。
もちろん予算がいくらあればできるのか、想像もできません。

でも、地上に太陽を作るという賭け声はとても心地よいのです。
(太陽と違う燃料なので、厳密には太陽ではありません)
そして素人の政治家には、熱核融合炉の実現の可能性を判断する能力がありません。
したがって、熱核融合炉の研究者のいわれるがままに予算を与えてしまいました。
そこはいわゆる原子力村といわれる世界ではないでしょうか。

今や原子力村といえば良くない印象がつきまといますが、
しかしながら、長い長い原子力開発により、
多くの重要な成果が蓄積されてきたことは事実です。
かれらは実に多彩な研究をしておられます。

- 高熱での水素の取り扱い
- 核種変換について膨大な研究
- 放射線への対応方法
- 核廃棄物の処理方法

など枚挙しきれません。

わたしのような素人でも検索を少しかけるだけで
彼らの残した偉大な研究成果が簡単に集められます。
本当にありがたいことです。

ですから、彼らのほとんどは、
常温核融合の研究者、開発者として最適なのです。

核分裂原子炉と核融合原子炉に行き詰まりが見えている今が
チャンスです。

彼らは今も膨大な研究開発予算を利用できています。

だから、考え方を少し変えるだけで、
いままで以上に人類全体の幸福に大きく貢献できるでしょう。

彼らの視点がより広いフロンティア
(= 0.78MeVのプラズマ物理)に向けられることを願います。

常温核融合におけるニッケルナノパウダー

これは、ニッケルナノパウダーを
量子力学のトンネル効果で評価してもらいたいという記事です。

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ニッケルナノパウダー(日本製)について調査すると
その一粒の大きさに驚く。

ニッケルナノパウダーは、ニッケル原子が
おおよそ 100*100*100個つまり100万個でできている。

このニッケルパウダーがマイナスに帯電、
つまり電子を一つばかり余分に持ち
温度が1000度前後あると、
全体の運動エネルギー(ここで熱とは粒子の運動と考えている)は、
ちょうどベータ崩壊のガンマ線0.78MeV程度になる。

私は、このニッケルパウダーと陽子が衝突すると
陽子が中性子になるのではないかと推測している。

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陽子と電子はプラス・マイナスの電荷に引きつけられてある程度(K殻)まで
簡単に接近できる、つまり水素原子になる。
ある程度(K殻)よりさらに接近するは、陽子と電子に
強いエネルギーがないと接近できない。

プラス・マイナスであれば、接着するはずなのだか、しない
原子以下の陽子と電子のレベルでは、近すぎると斥力かはたらく、
(量子力学の不確定性原理で説明されている)

そして、その斥力に逆らって近づくと、合体して中性子となる、
自然の不思議な現実であり、量子力学で説明されている。

量子力学の不確定性原理により、
すべては粒子であり同時に波動である。

マイナスに帯電したニッケルナノパウダーの波動関数を
計算することで常温核融合現象の鍵となる
中性子生成の確率(トンネル効果)が求まるかもしれません。

でも、その確率は恐ろしく低いだろう。

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ところで、
太陽の中心で起きているHH核融合も
実は恐ろしく低い(多分もっともっと低い)確率
であることは知られている。

しかし、太陽で核融合は起きている、とされている。

太陽の核融合が起きる理由は、
量子力学の不確定性原理をもとにした
トンネル効果で起きていると推測・説明されている。

逆に、
太陽の中心で起きているこのHH核融合だが、
これがもしHH核融合がすぐ起きてしまう臨界点
(=その密度と温度の閾値で現在の太陽よりはるかに高い密度と温度)を
超えていると仮定すると、
太陽は一瞬で燃え尽きる。

つまり、現在考えられている残りの50億の寿命を一瞬で全うし
超新星のように大大大爆発して地球など跡形もなくなるのである。

だから、
核融合の確率が低いということは、
ゆっくりゆっくり核融合が起きており
あと、50億の寿命があるということ。

今の太陽の中の密度と温度では、
HH核融合の陽子あたりの確率は、約100億年に一回ということ。
だから、太陽の燃え尽きる寿命は、約100億年であるということ。
(太陽の現在の寿命は約50億歳です)

つまり地球に住む我々は、太陽の大爆発を気にせず、安心して暮らせるということ。

「常温核融合現象も、トンネル効果でゆっくりとしか核反応が起きない。」
と、考えると都合がいい。

だからこそ、穏やかな(といっても石油の燃焼熱程度)発熱なのである。

この点が核分裂原子炉(いつでも爆発する暴走の危険ととなり合わせ)や
熱核融合原子炉(理論的に太陽を遥かに上回る超超高温が必要で、水爆以外は実現不可能)と
根本的に違う点である。

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しかし、
常温核融合も核エネルギーである以上、
核廃棄物かついて回ることは、原理的に避けることができない。

ただし、できるだけ核廃棄物が少なくなる方向で開発することは可能かもしれない。
現在の「常温核融合は核廃棄物がない」という話はまだ噂にすぎない。

(個人的には、低レベル核廃棄物のみとなることを大いに期待している)



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常温核融合現象を説明する Widom-Larsen theory 自体は計算ミスがあると
イタリアの物理学者から指摘されているそうだが、、、
再計算が待たれるところである。

現象が安定的に再現できれば、
測定が容易となり、
理論構築も容易となる。

また、ベータ崩壊は、弱い相互作用であることは物理学では誰でも知っている学説である。

高橋 晃人先生の著書によると、ベータ崩壊の逆反応
(=陽子と電子からの中性子生成、弱い相互作用の反応)
はめったに起きないと、感覚的な表現でされているが、
そこには数値的根拠が示されていないのである、
そして他の資料にはそのような表現が見つからず、曖昧さが残ると思われる。

常温核融合で起きる核反応の推測

Widom-Larsen theoryと同様の私の考えであるが、
常温核融合は中性子と電子、陽子、原子核の反応である。

その反応は水素の同位体の原子核、ヘリウムの同位体の原子核を基本に
装置の燃料や材料となる、ニッケルやパラジウム、そして鉄などの金属や
その他の元素との複雑な反応がある。

反応を限定的に制御することは、人間の技術では永久に難しい。
どういう材料条件と運転条件であれば、
総合的な結果として、何が何%生成されて、
どのぐらいの放射性物質が残るのかが、
安全性を見極めるための技術開発のポイントである。

- 危険な放射性物質の灰が残らないと判明するまで最低10年間は研究してもらいたい -
- 危険な放射性物質が出るようでは、この技術は封印せざるを得ない -

以下に、私のような素人でもわかる反応式を集めてみた。

なお、反応式の記述方式は、学術的なものと違い簡略化してある。
理由は、通常のインターネットブラウザで表記できるようにするためである。
記号説明は最後にある。

[β崩壊の逆(高エネルギー電子吸収)]

(1) p + e + 0.78MeV => n + electron-neutrino

(2) np + e + 0.78MeV => 2n => n + n + ???

(3) 2np + e + 0.78MeV => 3n => n + n + n + ???

(4) n2p + e + 0.78MeV => 2np + ???

(5) 2n2p + e + 0.78MeV => n3p => n2p + p + ???

(6) SomeAtom + e + 0.78MeV => NewAtom-1 + ???

[β崩壊(電子放出)]

(1) n => p + e + anti-electron-neutrino + 0.78MeV (10分)

(2) 2np => n2p + e + 18.6 keV (12.33年)

(3) NewAtom-1/HeavyAtom/GroundAtom => PlusAtom  + e + ??? keV (??? time)

[中性子吸収]

(1) p + n => np

(2) np + n => 2np

(3) 2np + n => 3np => np + n + n (OR) p + n + n + n

(4) n2p + n => 2n2p

(5) 2n2p + n => 3n2p => 2n2p + n

(6) SomeAtom + n => HeavyAtom

[γ崩壊]

(1) ExcitedAtom => GroundAtom + gamma-rays


[α崩壊]

(1) Atom => RemainAtom + 2n2p

[[[記号説明]]]

[e : 電子、電荷=-1 質量 0.510MeV]
[p : 陽子・水素原子核、電荷=1 質量 938.272MeV]
[n : 中性子、電荷=0 質量 939.565MeV、 単体では半減期 10分で β崩壊]

[np : 重水素原子核・ deuterium・安定]
[2np : 三重水素原子核・tritium・放射性・半減期 は 約12.33年]
[n2p : ヘリウム3・安定]
[2n2p : ヘリウム4・安定]
[SomeAtom : ある原子、装置材料となった天然原子で本来的に安定している]
[NewAtom-1 : 電子を吸収して原子番号がひとつ少なくなった原子、放射性を持つため、γ崩壊β崩壊をおこす最悪α崩壊する]
[HeavyAtom : 中性子を吸収して重くなった元素、放射性を持つため、γ崩壊β崩壊をおこす最悪α崩壊する]
[GroundAtom : γ崩壊して基底状態となった原子核、まだβ崩壊、最悪α崩壊の可能性がある]
[PlusAtom : β崩壊で電子とガンマ線を放出し原子番号が増えた原子核、安定した原子核といえる]

[可視光線: 波長 380-750 nm エネルギー 3.26 - 1.65 eV]
[紫外線 : 波長が10 - 400 nm エネルギー 3.10 - 124 eV]
[エックス線 : 波長 10pm - 10nm エネルギー 124 - 124keV(紫外線との厳密な境界は未定義)]
[ガンマ線 : 波長 10pm 以下 エネルギー 0.14MeV 以上(エックス線との厳密な境界は未定義)]

常温核融合にも核廃棄物はあるだろう

常温核融合も核エネルギーであるため、核エネルギーの欠点(核廃棄物)を持っていると推測ぜざるを得ません。

「常温核融合は核廃棄物が出ない」というのは、あくまで噂にすきません。

「ない」ということを証明することほど困難なものはありません。

常温核融合それ自体も頭の固い人々からは「ない」とされているのですから、
常温核融合を支持する私が核廃棄物が出ないといいはることはできません。

核反応経路が、重水素核融合反応であるか、
中性子合成+ガンマ崩壊+ベータ崩壊であるかはともかく、
「核廃棄物がどの程度か」ということを確認するには、
安定運転できる装置ができてから10年の評価が必要と思います。

そういう意味で、E-Catをいきなり家庭用の装置として販売することはあまりに無謀すぎます。

宇宙の晴れ上がりと常温核融合

宇宙の晴れ上がり(Transparent to radiation）)とは、
ビッグバン宇宙理論で、誕生間もない初期の宇宙では、
水素原子の元になる、陽子と電子がバラバラに運動している
プラズマ状態であったため、光にとっては、陽子や電子と衝突して散乱してしまうので
直進できない、つまり霧がかかったような状態だったと言われています。

常温核融合への批判として、
なぜガンマ線といわれる強い光が観測できないのか
観測されない以上、嘘だというものがあります。

これに対する回答ですが、常温核融合には
陽子と電子がバラバラに運動しているプラズマ状態があるので
ガンマ線を観測できないのではないかと推測できます。

この推測は、核分裂原子炉で発生する高エネルギー中性子が、
なぜか比重の軽い水の水素原子核の陽子で散乱されて遮蔽される
原理ととても似ています。

私は、常温核融合は、低速で(といっても温度で1000度ぐらいはある)運動する中性子
による現象だと信じているのですが、
この中性子は、水素原子を電離した陽子と中性子から作られると考えています。

このとき必要なエネルギーは、0.78MeVと知られています。

0.78MeVは、電子の質量にだいたい相当します。

つまり、0.78MeVのガンマ線と電子はだいたい同じエネルギーなので
互いにぶつかったときに散乱しやすく、したがってガンマ線は直進できず
遮蔽されて計測器まで届かないのです(もちろんまだ推測ですが)。

このように、常温核融合は、既存物理学で冷静に考えれば考えるほど可能性が高まります。

私のような物理学とは直接関係の無い人間は、
ちょっと考えただけで次々と疑問が湧いてくるのですが、
インターネットのおかげで簡単に調査ができて
疑問を自分で解決していけます。

現象があり事実がある以上、何かある、理由がある、
そしてきっとできると、考えて行動することが
大切だと思います。

電子補足とトンネル効果は常温核融合でも成り立ちそう

筆者より、この記事には間違いがあると最近(Jan. 2017)考えています。間違いでありそうな記事の一部は修正(青)してみまた。

電子補足とトンネル効果は常温核融合でも成り立ちそう

太陽コロナの100万度の意味が謎のまま残されて50年以上経過。

太陽中心では、温度1500万度と言われているがこの温度は、
陽子と陽子を電気力に逆らって核融合をするに必要な温度に比べて
1／370 程度しかないのに核融合している理由を、
常温でも観測される量子力学のトンネル効果とされています。

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まず、古典物理での計算です。

物理学によれば、温度とは粒子の運動エネルギーです。

粒子の温度と運動エネルギー

温度 T としたとき、気体やプラズマの中の粒子の運動エネルギー E の式

E = (3／2)kT

(k：ボルツマン定数で1.38 * 10^-23 [J／k])

特徴は、粒子の種類(大きさ)によらず温度だけで決まること。
つまり温度が同じなら大きさによらず粒子の運動エネルギーは同じであること。

ところで、原子レベルの粒子のエネルギーは電子ボルト(electron volt)で図ります。

電子ボルトは、

1 [eV] = 1.602 * 10^-19 [J]

逆数とすると

6.241 * 10^18 [eV] = 1 [J]

よって、ボルツマン定数(k)を電子ボルトで書くと

1.38 * 6.241 * 10^(-23+18) = 8.612 * 10^(-5) [eV/k]

ちなみに、100万度(太陽コロナ)の粒子(例:電子e-と陽子p+)の運動エネルギー Eは、

E = (3／2) * 8.612 * 10^(-5) * 10^6 = 12.9 * 10^1 [eV] = 1.29 * 10^2 [eV]

では、ベータ崩壊のガンマ線(ガンマ線とは限らないらしいがはっきりしません)解放エネルギー 0.78 [MeV]が
粒子の運動エネルギーであるとしてその温度を計算すると

E = (3／2)kT

を変形して
T = (2 / 3) E / k
となり、
T = (2 / 3) * 0.78 * 10^6 / (8.612 * 10^(-5))
  = ((2 / 3) * 0.78 / 8.612) * 10^(6 + 5)
  = 0.0603 * 10^11
  = 6.03 * 10^9 [k]
  = 6.03 [Tk]

60億度という猛烈な温度です。

とうてい、通常の加熱では、電子e-と陽子p+から中性子は生まれません。

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しかし、、、

以下のサイトの計算を見てください。
太陽核融合とトンネル効果
http://www7a.biglobe.ne.jp/~falcons/quantam130.html (このページはなくなりました)

http://sciencetips.web.fc2.com/quantam130.html (最近見つけたページ)
(説明の数式は、追跡できる人だけでいいです)

このサイトの理論と計算は、
多くの物理学者が賛成していることなので
十分にもっともと思われます。
(私の感じる疑問点は最後に書きます。)

で「太陽核融合とトンネル効果」で重要な数値と結論は、

(1)陽子間に働く電気の反発力の1/370 の力しかないのにH+H核融合が起きる
(2)原因は量子力学のトンネル効果である
(3)H+H核融合のトンネル効果の確率は、6.14*10^(-31) と極めて少ないがゼロではない。
(4)太陽の中心部では、1 [m3]あたりの陽子数は 約9×10^31個である。
(5)1 [m3]あたりの粒子衝突回数の概算は、1.8×10^45 回／秒と極めて大きい。

ほぼ正面衝突を角度にして1度以内とすると、
ぶつかっているのですから平面で考えて良くで
360分の1でいいわけです。
確率とあわせて正面衝突の回数は、

((1.8×10^45) / 360) * 6.14 * 10^(-31) [回／秒]

= (1.8 * 6.14 / 360) * 10^(45-31)
= 0.0306  * 10^(14)
= 3.06 * 10^12 [回／秒]

だいだい、太陽では、1 [m3]あたり
 3.06 * 10^12 [回／秒]のH+H核融合が起きる

この計算が正しいかどうかは、
太陽全体の熱出力と総体積からの計算と比較する必要がありそうです。
ちょっと直ぐにはできないので、

太陽の寿命から計算してみます。
太陽の寿命は、100億年ぐらいといわれています。
そして現在の年齢はだいたい50億年
100億年を秒にして見ます。

365 * 24 * 3600 * 10^10
=31,536,000  * 10^10
=3.15 * 10^7 * 10^10
=3.15 * 10^17 [秒]

50億年は、
=1.57 * 10^17 [秒]
です。

であれば、概算過ぎますが太陽の中心部の陽子は、50億年で無くなるので、
一秒あたりの核融合の回数が出てきます。

(9×10^31) / (1.57 * 10^17 )
= (9 / 1.57) * 10^(31-17)
= 5.73 * 10^14 [回／秒]

あれっ、さっきの見積もりより二桁大きいです????
つまり、実際の核融合は、正面衝突を角度にして1度以内として
360で割りましたがその必要はないということなのでしょう。

ということで、私は
太陽の中心部では、1 [m3]あたりのH+H核融合回数を
だいたいのだいたい 5.73 * 10^14 [回／秒]
を採用します。

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常温核融合の理論化でもトンネル効果を仮定できそう

「太陽核融合とトンネル効果」の数値は、驚くべきものです。
モル数の基本となるアボガドロ数 6.0 * 10^23 と比して
極めて少ない確率 6.14*10^(-31) でも
粒子をたくさん集めれば、
その集合体でのトンネル効果の発生確率は、
極めて高くなる(それでも 10^14 のオーダーです)のです。

陽子と電子の衝突で中性子になる反応で必要なエネルギーは
H+H核融合(陽子と陽子の衝突)の50分の1ぐらいで可能です。
つまり二桁の余裕があるのです。

さらに、電子の質量が陽子の約1700分の1であることが
強力に有効になる可能性があります。

物理学の教科書には、電子捕獲という現象が示されています。

電子捕獲は、1935年に湯川秀樹博士から提案され、
1937年にルイ・アルヴァレによって
K軌道電子の捕獲が実験的に証明された。

とあります。

電子捕獲の頻度は、化学結合や圧力などの
外部の影響を受けてわずかに変化するという
記述もあります。

また、発生確率はより低いのですが
二重電子捕獲という現象もあります。

焦電核融合(Pyroelectric fusion)とよばれる核融合方式があり、
重水素原子核を加速して重水素を充填した水素貯蔵合金に
照射するそうです。
これは、毎秒およそ1,000回の核融合(常温核融合の一種)
を実際に起こせる装置があるそうです。

焦電核融合を応用???したものに中性子発生管というものがあり、
これは市販もされているようです。
具体的に以下のサイトで紹介されています。
http://homepage2.nifty.com/besko/neutron/neutron.htm
密封型パルス中性子発生管です。
説明によれば、
「中性子発生装置では、プラズマから引き出したイオンを100keVに加速し
重水素や３重水素に衝突させ中性子を発生させています。
...
イオンを高加速するコンパクトな装置(2MeV L=1m)が必要なら
ビーム精工にご相談ください。」

あれれ???、、、ベータ崩壊のエネルギー 0.78 MeV ではなく
(ベータ崩壊の反応ではなく重水素のD+D反応の種類にもかかわらず)
わずか、100keV = 0.1 MeV で、中性子がでてくるということです。
(去年(2016)教えてもらったことですが、D+D反応では、生成物は t+p, 3He+nがほぼ50%で4Heは.0.1%にも届かないそうです、ですからD+D反応では中性子nが出てきます。  )

常温核融合の一番の問題、 クーロン障壁の克服を
中性子発生管はすでに実証しているわけです。
(ただし、中性子発生量は少ない)

常温核融合では、クーロン障壁は以外と簡単に
克服されてる可能性があるようです。

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太陽核融合とトンネル効果への疑問点

H+H核融合の前に、陽子 + 電子 => 中性子 反応が先に起きると思います。
理由は必要な結合エネルギーが50分の1程度と見積もられるからです。
なぜ、起きないのかその理由がまだ見つかりません。

(去年(2016)に陽子 + 電子 => 中性子の反応が少ない理由が思い付きました。
 電子は陽子の中に二個あるupクオークのどちらかと反応してdownクオークになります。
このとき、核物理学の確立した理論である弱い相互作用の媒介粒子であるウィークボゾンの寿命がとても短く、したがって、光速で弱い相互作用が伝搬すると仮定して求めたウィークボゾンの走行距離がとても短いことが計算できます。
以上から、二個のupクオークと電子の衝突断面積は、
陽子半径ではなくそれよりはるかに小さいウィークボゾンの走行距離の二乗になることが判ります。
ここに加速された電子の時間が相対性理論により遅れるため、ウィークボゾンの走行距離伸びる可能性があります。理論式から計算すると時間の遅れは、静止電子質量を加速後の電子質量で割った値になるはずです。加速すればするほどいいのですが、ベータエネルギー0.78MeV程度では、時間は二倍ちょっと遅れるだけで、反応を増やす効果は少ないでしょう。
一方で、加速された電子が原子核の周りにあるほぼ静止した電子と衝突することを考えると、電子同士は電気的に反発するため、電子の運動エネルギーが静電位置エネルギーに変換されますから、電子と電子の衝突では運動エネルギーがなくなるまで近づけるとなりますので、見かけの衝突断面積は、ウィークボゾンの走行距離にくらべてとてつもなく大きくなります。一つの加速電子と静止電子群の衝突では、加速電子の運動エネルギーが静止電子群に急速に分散吸収されてしまいます。
以上を加味してコンピューターで計算すると陽子 + 電子 => 中性子 反応はほとんど起きないと予想されます。以上は推測と計算であり、実験したわけではありません。)