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冷核融合は世界を救うかもしれません。残念ながら、その評判はかなり怪しいものです。しかし今日、私は本当に注目すべきニュースをお伝えします。ある物理学者のグループが、理論的には誰かが実現できさえすれば、冷核融合がどのように機能するのかを理解したと主張しています。これは、理論的にも機能しない装置を持っている人々と比べると、良い方向への変化です。では、詳しく見ていきましょう。
2つの小さな原子核が結合してより大きな原子核を形成すると、莫大なエネルギーが放出される可能性があります。この核融合の問題は、原子核がすべて正の電荷を帯びているということです。
核融合が起こるためには、強い核力が働き始めるまで、核同士の電気的な反発力を克服する必要があります。このいわゆる「クーロン障壁」を乗り越えるには最初に多くのエネルギーが必要ですが、融合そのものは必要なエネルギーよりも多くのエネルギーを解放します。通常、太陽のように、巨大な熱と圧力でクーロン障壁を突破しようとします。
一方、冷核融合は、そういったものは必要ないという考え方です。代わりに、核を何らかの固体物質に配置すれば、それらの間の静電気的な反発を減少させることができるというものです。通常、融合させる核として水素の同位体である重水素を使用し、固体物質としてパラジウムなどの金属を使用します。
冷核融合には、詐欺や誇大広告、単なる悪い科学という不幸な歴史があり、これについては以前のエピソードで取り上げました。しかし、すべてが悪い科学というわけではありません。実際に一部の固体物質が核融合率を増加させるという信頼できる証拠が存在します。
例えば、サンディア研究所は、ニュートリスターと呼ばれる装置を構築しています。これは低エネルギーの重水素ビームをチタンプレートに送り込むものです。重水素がプレートに蓄積され、やがて融合し始めます。これは中性子を放出するため、中性子発生器として使用されています。
しかし、これは冷核融合の一例ですが、ビームの生成に必要なエネルギーが融合から得られるエネルギーよりも多くなってしまいます。また、パルスレーザーを重水素を含むパラジウムに照射すると、特定のパルス周波数で融合が刺激されるという暫定的な証拠もあります。これはフォノン励起が何らかの関係を持っていることを示唆していますが、この発見は一貫して再現されていません。
新しい論文の著者たちは現在、冷核融合には3つの別個のメカニズムがあると主張しています。それぞれ単独では効果が小さすぎますが、3つすべてが組み合わさると、うまく機能する可能性があるというのです。最初のメカニズムは原子レベルのものです。核融合の問題は核同士の電気的な反発であることを思い出してください。
核同士が近づくにつれて互いを認識しないように、それらの間に負の電荷の薄いスライスを置くことができると想像してみてください。固体格子の欠陥付近で、電子の波動関数が集中して重水素核の間に一種の遮蔽を形成する場合、同様のことが起こる可能性があります。
論文では、これにより融合速度が最大で25桁も増加する可能性があると書かれています。彼らが議論する2番目のメカニズムは、融合させたい異なる核間の核共鳴です。これは、先ほど話したパルスレーザーなどで活性化することができます。
これが機能する理由は、核の変形を引き起こし、実際に核を接近させるのに必要なエネルギーを低下させるからだと彼らは説明しています。残念ながら、この共鳴の生成には融合時に放出されるエネルギーと同程度のエネルギーが消費されます。しかし彼らは、より低いエネルギーで同様の共鳴が存在する可能性があり、これにより融合の確率が「7桁増加」する可能性があると推定しています。
論文で議論される3番目のメカニズムは、物質中のより大きな核の存在が、量子トンネリング過程を促進することで小さな核の融合を容易にするというものです。核が他の方法では不可能な量子過程を助けることを私たちは知っているため、これは表面的には理にかなっています。
例えば、通常、電子は単独では光子を放出できませんが、原子核の近くにある電子は、核との運動量の交換によってこのプロセスが可能になります。冷核融合の場合、同様のことが起こると彼らは説明します。融合させたい小さな核は、周囲の核から一時的にエネルギーを借り、融合し、その後そのエネルギーを返すことができます。
これにより「融合率が最大で30桁増加する」可能性があると推定されています。すべてを総合すると、これらの効果により物質の融合速度が十分に増加し、正味のエネルギーを生成できると彼らは述べています。また、特に他の元素の制御された量の痕跡を含む特定の材料を使用して、これらの個々のメカニズムをテストする方法についても説明しています。
私が言ったことの半分をすでに忘れているなら、どれだけ覚えているかをテストできるクイズを作成しました。これから何を結論付けるべきでしょうか？私の推測では、最初の原子効果は存在するものの、あまりにも稀にしか起こらず、2番目は存在するがエネルギーを消費しすぎ、3番目については存在するかどうか確信が持てません。これは別の文脈では「至聖三位一体」と呼ばれるものです。
とはいえ、私は冷核融合のさらなる研究を強く支持します。なぜなら、これは潜在的な利益が非常に大きい、低コストの小規模な実験室実験だからです。そしてもしこれが機能すれば、事実上無限のエネルギーを手に入れられるだけでなく、素晴らしいブロックバスター映画の材料にもなるでしょう。「ハニー、クーロン障壁を縮めちゃった」というタイトルはどうでしょう。
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