ブログ「太陽を地上に作ろう」150回を迎えて
昨年来、ほぼ毎日の割合で、ブログを掲載してきた。
これも、ひとえに日本の将来を憂うるからである。
原子力の平和利用のため、原点に帰り、核融合の実現のための提案をしてきた。
確かに核融合に関しては、学校教育の範囲外であり、理解は難しいかもしれない。
しかし、核融合反応の原理原則に立ち返り、理論構成していくなら、仮説を立てるのはさほど困難ではない。
ここで提案している「等圧プラズマ法による核融合炉」もその一つである。
曖昧であった「輸送係数」を理論構成し、それに基づき設計していった核融合炉での発電の実現の可能性は、かなりの確率を持つと信じる。
現在の核分裂反応による原子力発電の限界は、ようやく日本でも認めざるをえなくなった。
その代替案として、等圧法による核融合発電が実現されることを望んでやまない。
このブログは、しばらく、時間をおいてから再開したい。
何か質問、ご意見等あれば、「プロフィール」のメールアドレスまで連絡されたい。
Q１６
もし、仮に等圧プラズマ核融合炉が成功したら、現在の原発に置き換えられるか。
Ans.
この質問は、
①スペースとして足りるか
②今までの機能、設備は生かされるか、
③住民の許可、同意が得られるか、
あたりのことを指すのであろう。
先ず、現在の原発の廃炉の問題が重大で、廃炉期間は30年と言われてきた。
30年後の更地になった時点での問題とすれば
① スペースとしては十分で、建物としては高さの高い収容スペースを持った 建物になる。
②タービン、発電機器、送電機器、送電線などはそのまま使用できる。
③住民も安全性が認識できれば大歓迎であろう。
しかし、問題の廃炉の問題が明確にできなければ、置き換えは不可能であろう。
但し、近辺に空地がある場合は、新たに設置し、廃炉も並行して行うことが可能となる。
総合的にみれば、新たな場所、新たな設備の方が、安く安全にできると思われる。
Q１５
現在の原発に比べて、核融合は放射能に関しては安全と理解できたが、本当に安心できるのか。１００％安全か。
Ans.
原子力に関する不信感が強いのは分かるが、放射能が出ないということで、あとは科学の力を信頼していただくしかない。
等圧プラズマ核融合炉も大きな装置であり、これを運転維持するためには、当然、安全対策を考えるのは必要だ。
現時点で、あえて不安要素を探してみると
① 超伝導装置を使用するため、電磁波の問題への対策が必要
② 核融合反応で、水素、酸素ガスが発生するため、水素燃焼、水素爆発の対策
③ 重水壁が何らかの原因で水膜不足となり、炉体が内部で曝される
などであろうか。
この中では、
① の電磁波が作業者へ与える影響が要注意である。
日本では、電磁波の規制がないが、電子レンジ、IH器具など２００ｍG以上の電磁波を出しているものも多い。
もちろん、離れていれば減衰するが長時間近辺に曝されると危険と言われる。
携帯電話もしかりである。
従って、核融合炉の運転に際しては、超伝導磁石から一定の距離を立ち入り禁止にする必要はある。
それにしても、電磁波規制がはっきりしない日本は不思議な国でもある。
これに関連すると、風力発電の低周波も人体への影響があり、普及する前に検証して規制をすべき問題でもある。
② 核融合反応では、ヘリウム、重水素、酸素がガスとして発生する。このうち、重水素は可燃物として酸素と反応する可能性がある。
重水素に対して、一定の割合（爆発限界内）に混合すれば、爆発的な燃焼の可能性があるが、炉内、配管内では、ある速度以上で動いているため、混合範囲に留まる可能性は少なく、経路でのガス分離機が機能していれば、これらのガスは定常的に分離される。
また、福島原発のように、仮に系外に重水素が漏れたとしても、建屋に排気装置を設置しておけば爆発は防げる。
③ 重水量の管理、反応状態の管理などは、当然、運転条件として設定される問題で、自動制御で対応できる。
また、モニターでの監視条件にもなる。
万一、重水供給量が不足した場合は、先ず、核融合反応が低下、停止する。
一時的に、炉壁のステンレスがむき出しになったとしても、冷却ゾーンの周壁近辺は数百度以下であり、重水蒸気も満たされており、ステンレスが溶けることは有りえない。
これ以外にも、通常の発電所としての安全対策は必要となろうが、それらの対策、遵守は当然のことである。
Q14
等圧プラズマ核融合炉ではCO2対策、地球温暖化対策は、どうなるのか？
Ans.
まず、地球温暖化のメカニズムを確認しておこう。
地球の地表の温度が上がる、ということは、
「太陽からのエネルギーに対して、地球から輻射での放熱が、CO２の増加により層が出来て減っていくから」、と言われている。
つまり、CO2の大気中での濃度上昇が問題ということになる。
では等圧法核融合の場合はどうであろう。
核融合の燃料、原材料にはCが含まれない、すなわち、発電所から、CO2が発生しないため、CO2対策は完璧といえる。
逆に、従来の石油燃焼が大幅に減少するため、トータルでのCO2削減も大幅に実現できる。
従って、当面の地球温暖化対策は、地球表面の温度上昇は防げる。
残るは、石炭、石油を原材料としている産業分野の転換だけとなる。
一方、海水から大量の電気エネルギーを作るのだから、熱エネルギーとなり、結果として地球の温度が上昇するのでは、との疑問もある。
つまり、海水からの重水を電気エネルギー即ち熱エネルギーに転換することは、地球の保有する熱量は増加することになる。
しかし、この熱量は地球上の大気、海水等に一時的にに滞留するが、最終的には宇宙へと放散される。
CO2が減少すれば、地球からの放射熱量も増大する。
これらは、CO2がいくら減ったら、放射熱量がどの程度増え、地球温暖化がどの程度低減できるか、の楽しい計算ではあるが。
結論として、化石原料として、石炭、石油、天然ガスなどから大量の炭酸ガスが排出され、地球温暖化が加速される懸念に対する、唯一の解決策と言える。
Q13
発電所から廃燃料、廃棄物は出るのか?
Ans.
この、廃棄物の問題は、世界の中高進国が工業化に進めば、21世紀最大の環境問題となることが予測される。それより重大なのは、核分裂方式の原発が増えれば、核の廃棄物が世界中でとてつもなく増えることである。この核廃棄物の処理方法は確立していないため、再利用、地中埋設など後世の人類へ大きな負の遺産を残すことになる。
我々は、賢明な人類が英知を絞り出して、地球を守る方法を見出すことを期待するしかない。
一方、「等圧法核融合炉」は、どんな環境負荷を与えるのだろうか。
とりあえず、現時点で有害な物質か否かで判断する。
１．排水：原料の重水はどうなるのか。当然、不純物、イオンなどが混入、蓄積する可能性があり、これらの濾過、イオン交換は必要である。放射性物質の問題は原料中に無いためクリアできる。
工程中では、冷却、軽水蒸気タービンなどで工業用水を大量に循環させるため、
工業用水中の雑イオンが増えていく。従って、濾過、イオン交換、PH調整などは必要となる。最終的に一部排水となるが、排水処理するか、余分の電力で蒸発処理するかは、立地条件、経済性などの総合判断に委ねる。
２．排気：核融合反応では反応生成物としてヘリウムガスが発生するために、ヘリウムガスを分離、排気する。但し量は微量であり、環境への影響は少ない。その他、水素ガス、酸素ガスなどが工程上排気される可能性があるが環境負荷にはならない。
３．固形廃棄物：反応工程からは出ない。装置の交換等で発生する部材は定期的に出る。これらは、産廃法に従って廃棄できるものである。原子力発電の一種であるが、放射性物質とは無縁である。
Q12
夜間の余剰電力の利用方法は?
ANS.
現在の発電形態は、電力コストが高いため、一般の電気としての消費電力に合わせて稼働させているが、核融合発電で一桁安い電力があると仮定すれば、その使用用途は一般消費以外に無限に拡がる。
夜間電力のみならず、ピーク電力以外の時でも、余剰電力としての別利用の方法が開かれる。
日本にとってネックとなっている石油代替として、水素燃料を考えると、工業用水を電気分解することにより水素を製造することが真っ先に考えられる。
また、水蒸気を分解しての水素製造も考えられる。
自動車の未来を考えた時に、電気自動車にも燃料電池にも安価に容易に対応できることになる。
都道府県に１基の核融合炉があれば、日本の自動車の燃料は１００%代替できるであろう。
水素が安価に出来れば、化学製品の合成が安価にできる。
要は、電気のコストが半額以下になったら、他のエネルギーに比べてどうなるか、の問題であり、あらゆる分野での画期的な変革が期待できる。
Q11
発電のコストは他と比べて安いか
Ans.
等圧法を話すと、電気代はどうだ、と必ず聞かれる。
実際に発電所の建設、原材料の購入コストを計算するのは、そこまでの具体化はしてないので正確には算出できないが、概略で算出してみた。
先ず、発電力単位を１００万kW程度の発電（現在の原発程度）とする。
設備を≒２００億円として償却を１０年とする。
運転動力を≒１０００ｋｗｈとする。
原材料は海水からの重水とし、必要量を１日１０００kgとする。
人件費対象を２００人とする。
以上により、
稼働率１００%で概算すると、０．５円/ｋWhぐらいである。
少々乱暴な試算であるが、送電ロスなどを入れても１円を超えることはないであろう。
もちろん、これに販売管理費などが上乗せされるが。
余力の電力で電気分解による水素燃料を製造するとすれば、さらに付加価値が上がるだろう。
これらをエネルギー庁の試算データと比較すると、１ケタ違う（安い）エネルギーを得ることができる。
Q10
開発、実用化して発電までどのくらいの期間がかかるのか？
Ans.
「等圧法」での発電が１０年程度で出来る、と言っても誰も信じられないという。
核融合の取組は半世紀以上経過し、なおかつあと５０年ぐらいが発電の目標と言われているから無理からぬことだが。
等圧法が、既存の方式の改良程度であれば、５０年後と言われてもしょうがないが。
実際には、等圧法は核融合の方式が全く異なる方式であり、しかも、非常に簡単な構造であり、核融合炉の製作の観点で言えば数年で出来上がる。
しかし、等圧法は残念ながらその基本メカニズムを実証で確認していない。
従って、重大な問題が発生する可能性も皆無とは言えない。
その問題の対策には、数年かかるかもしれない。
実験炉での確認事項とロードマップは既に示したが、やはり、基本は「核融合反応」が継続して起こる温度、圧力の条件を確認することであり、これが実験で確認できれば、後の問題の解決は早いだろう。
実験計画、実用化計画が予定通りにいけば、100万KW程度の発電（現在の原発程度）用の核融合炉は10年程度でできるだろう。
ちなみに、現在のトカマク方式での核融合炉発電は、これまで述べたように、真空法を基本にしている以上、１００年経っても実用化は困難であろう。
Q9
発電所の立地条件の制約は?
Ans.
日本の工業は４大工業地帯に代表されるように、湾岸、港を拠点として発達してきた。
それと同様に発電所もそれぞれの立地条件を持っている。
水力発電は河川、火力発電は燃料供給、原子力発電は海水の冷却装置など方式の特徴に応じた立地に建設されてきた。
では等圧法核融合炉の立地条件とは何か。
これにはだめな所がないため即答に窮したが、逆にどこにでも建設できることである。
特に大きな制約条件はない。
とすれば、有利な点を探して、そこに建設すれば良いことになる。
＊原料は海水からなので、海の近辺か海上が有利か。
（重水をまとめて作れば、運搬するだけだが）
＊電力であるから、消費地に近い方が便利か。
（現行の送電網を利用すれば、どこでも同じか）
＊余力電力で水素燃料を作るので、運搬に便利な所か。
（電気自動車、燃料電池車どちらにも供給できる）
＊水質、大気、騒音、振動などの公害はほとんど心配ないのでどこでも可能か。
（従来の火力発電の置換がやりやすいが）
＊労働力も、ほとんど自動化されているので、メンテナンスぐらいであり、どこでも差がない。
（過疎地の町興しには有利か）
これらを考えると、送電線が短くなる大都市、工業地帯近辺が有利であろう。
また、投資効率、発電効率を考えれば、数百万KW以上が有利だが、
数十万KWの中型発電所を消費地近辺に作る方が総合効率は良い。
ともかく、問題でない問題だから、後日ゆっくり考えれば良いだろう。
「原子力発電が全停止」に寄せて
昨日に泊原発が停止し、本日5月6日より、原子力発電がない42年前に戻った。
誰もが予期しない事態であったと思われるが、日本が全体で原子力発電に真剣に立ち向かった結果であるから、やむを得ないであろう。
もちろん、夏を乗り切る方策、産業が停滞することの防止対策などこれからの課題は多いが。
しかし、今回は抜本的な対策まで、結び付けてほしい。特に、日本の研究開発部門が停滞することがないことを願う。
思い起こせば、原子力発電の開始と同じころ、昭和44年に原子力船「むつ」が進水した。
しかし、数年後に放射能漏れを起こし、結果として廃船になった。
このことは、ほとんどの方が過去のことで、「むつ」の名前さえ忘れていると思うが、大切な教訓が残されている。
1番目は、日本が世界の造船業界の確固たるリーダーになるチャンスを失くしたこと、
2番目は、その後の対策で、非常用設備としての「予備の注水ポンプ」が原発に生かされなかったこと、
3番目は、この問題が簡単に忘れ去られたことだ。
結局、日本が重要な問題に立ち向かった時に、感情的な面が先に立ち、その場しのぎに終わり、将来展望を見据えての基本的な対応が苦手なのかが分かる。
同じ日本人として、日本人の持つ賢明さも信じたい。
ここで紹介している「等圧プラズマ核融合炉」による発電が日本の、世界の未来を切り拓く礎になれば幸いである。
Q8
耐震性、津波などの対策は
Ans.
日本は地震、津波、台風、水害など自然災害とともに生きざるを得ない運命にある。
古来、河川、家屋など、人類は経験を主体に英知を尽くして生き抜いてきた。
洞窟でしか生活できなかった原始人が、様々な発明を通して家を建て、どこにでも住めるように変わってきた。
産業革命以来、原子力発電に至るまでの産業構造物が海辺に作られてきたのは、運搬、交通の便が良く効率的だったからに他ならない。
しかし、これらは自然災害に十分な対策が取れていたわけでなく、起こる確率との兼ね合いでリスクを承知で設置されてきたこともまた間違いない。
もし真剣に、真面目に自然災害に取り組むのであれば、日本中を縦断する活断層近辺には、有害物質、危険反応など多くの産業施設が設置出来なくなるであろう。
同様に、日本のような島国は津波を考慮すると海岸近辺には住めなくなる。
今回の震災、原発事故などを通して、日本人は冷静に国土と人間の共生を考えるべきであろう。
事故に対して近視眼的に条件反射で反対し、またそれに対する反論の繰り返しを見聞きするたびに、日本文化の底の浅さを感じざるを得ない。
本当の文化人、有識者の意見が聞けなくなった、現在のマスコミに翻弄される国民が一番の犠牲者であろう。
古今東西、歴史は繰り返される。
「再生可能」エネルギーと称する、太陽光、風力発電などを日本の狭い国土に設置した場合の弊害、人間生活に与える不利益を指摘する者が少ないのは何故か。
慌てて設置しても必ず将来後悔するであろう。
ここで、「等圧法による核融合反応の発電方式」を考えると、津波などの自然災害に対して、放射能の危険性が皆無、周辺地域に及ぼす物理的な災害が皆無など本当に安心できるので、ほっとする。
ただ、現場での作業者に対する安全対策を十分に考慮する必要はあるが、それは大したハードルはなく対応できる問題である。
Q7
爆発、暴走反応の可能性は絶対に無いのか。
Ans.
等圧法の場合の核融合炉内圧力は、通常の分類でいえば、高圧ガスの反応炉と言えるかもしれない。
その点で言えば、地震等で万一、配管漏れ等が発生したならばどうなるであろうか。
炉内部は大気圧に比べると高い圧力であり、内部のガスが排出する。
その成分は重水蒸気が主成分で、他の成分として考えられるのは,
Heガス、重水素、水素、酸素などが考えられるが、放射性物質はない。
排気ガスの有害性はないので、排気装置（ベント）を付けておけば良いだけだ。
一方、同じ核融合でも、現在の開発対象のトカマク等ではトリチウムが原料であり、放射能の拡散の危険性があるが、関係している学者や研究者はこのことをどう弁解するのであろうか。
安全に対する中途半端な態度は、原子力発電を半世紀にわたり推進してきた有識者等と同じである。
また、それを容認、黙認してきた日本国民にも責任はあるであろう。
願わくば、客観的な情報を分かりやすく公開して、国民の核融合への理解が広まることを！
Q6
現行の原発は爆発の危険性があるが、核融合の制御は大丈夫か。
Ans.
そもそも、核分裂と核融合は反応機構が全く違う。
ほっておくと連鎖反応で暴走、爆発につながる核分裂と、ほっておくと一瞬の内に反応が停止する核融合とでは、安全に対する視点が全く異なる。
水素爆弾のような爆発は、原爆の力を借りて,一瞬で大量の核融合物質を核融合させる方法であり、
発電などの利用の場合はその数千分の一の量の原料供給で、いかに連続して燃焼させるか、である。
従って、原料の供給を、制御しながら少量供給することが、制御の基本となるため、工学的な課題は少ない。
等圧法では、制御の特性として、プラズマ温度を取るか、蒸気圧力を取るかの問題、センサーの問題、重水蒸気供給の問題などをクリアすれば良い。
他の現行方式は、問題点が多すぎて何が問題かを論究できない。
Q4 熱の取り出し方法は
核融合炉を勉強して直感的に感じたことは、炉内、炉体内での熱交換器は問題が多く、工学的に成立しないのでは、ということだ。
炉体、熱交換器の材質、熱の膨張、収縮、それらのイメージが核融合反応に対して湧いてこない。
世界には機械工学、化学工学の専門家が多数いるのに、その構想が出てこないというのは何故なのか。
これは、どうも「装置は固体で作るもの」という先入観に捕らわれているからとしか言いようがない。
そもそも、膨大な熱量と中性子に耐えうる「固体」の実験ができるのであろうか。
宇宙を見渡しても、固体が閉じ込めているものを探したら、せいぜい地球がマグマを閉じ込めているぐらいで、宇宙の大半の星の核融合反応は気体状であり、閉じ込めは星自体の重力が担っている。
太陽の周辺、星の周辺の状態がどのようで、温度降下がどうなっているのかは興味深い。
さて、では、どのように熱を取り出すかについては、最も単純に、熱伝導で周辺に伝達させる方法が出来ないかとの可能性を実現させるためにD-D反応方式を前提とした。
プラズマからの反応熱を重水の蒸発、蒸気で回収する方式である。
図に示すが原理は簡単である。
Q－３ 3億度のプラズマの熱を防ぐことはできるのか、計算は出来ているのか。
Ans
我々地球に住む人間にとって、1億度以上の温度を経験することは無く、従って、工学的に耐熱性など意味なかった。
せいぜい数千度の耐熱性が問題になる程度であった。
それが１万倍以上の温度は、想像を絶する耐熱性と考えるのも無理がない。
現在、核融合炉の研究では、真空の中にプラズマを閉じ込める方式が主流を占める。
しかし、これには盲点があることは、これまでに示した。
現在の真空ポンプなどで作れる真空度は高々１０のマイナス１０乗パスカル程度であり、電子、イオンなどが相当量内在している。
一方、等圧法では、「温度を隔離するのでなく、段階的に低下させる方式」をとっている。
３億度のプラズマと核融合炉の周壁との間には、重水素、重水の蒸気、それと重水が存在し、それにより段階的な温度降下ができる。その概数は前図で示した通りである。
また、この計算は、基本的な伝熱式で対応可能であり、その熱伝導度は重水の熱伝導度を使用すれば良い。
但し、現在の教科書では、低温から３億度までの式は示されておらず、栃沢の式を使えば良い。
熱伝導度の温度での関数をグラフで示す（再掲）。
Q２ 核融合炉内に電極を設置するが、プラズマの高温に耐えうるか
Ans：
本件は、等圧法が真空法と違って、炉内電極で電界を与える画期的な方式である。
図２に示すように、陽極の方は電界栓ゾーンにて高温イオンはプラズマ炉心に戻され、高温電子の方は陰極の方に引かれるため、電極部分の雰囲気温度は上昇しない。 また、陰極の方は、電界により電子が向かう保温ゾーン、冷却ゾーンにで陽イオンと反応して中性粒子を生じさせる。一部は陰極まで達するが、途中で冷却されるため、陰極自体の温度上昇は数百度に抑えられる。 これらの計算で用いる熱伝導度は栃沢の式に従うものとする。従来の教科書では計算不可能である。
炉内に上下部に陽極を中央周辺部に陰極を設置するが、等圧法の場合、プラズマ周辺は真空でなく、重水蒸気で覆われている。
その時の温度勾配は図１のようになり、電極は冷却ゾーンに設置される。冷却ゾーンの温度は200℃~2000℃である。
Q:２．等圧法では、核融合でもハードルが高いD-D反応が目標になっているが、何故容易なD-T反応でなくD-D反応なのか。
Ans：核融合反応だけを考えたらD―T反応が容易なことは明白であるが、人類にとって安全な方式は何かという観点から、厳しく検証する必要がある。
表の原材料で示したように、D-T反応のTはトリチウムのTであり、放射性物質である。
また、容易に水爆などの核兵器への転用が可能となる。
人類は核分裂反応による原子力発電でエネルギーを得たが、放射能の悲劇も同時に味わった。
核融合では、完全に安全なD-D反応、すなわち、重水素と重水素でのヘリウムへの核融合反応に挑戦すべきであろう。
科学の目標にも崇高な理念は不可欠である。
ハードルは高ければ高いほど、研究心も燃えるものだ。
しかし、真空法では３０億度のプラズマ炉心温度が必要である以上、他の方法を探索することも可能性の一つであろう。
我々の等圧法は、炉心の反応条件として、温度を上げる代わりにプラズマ密度すなわちプラズマ圧力を上げることで、D-D反応を成立させる、という仮説で論理を進め、工学的な条件を得ることができた。
炉心プラズマを真空の中に形成するのと、同じ圧力の気体の中で形成するのとどちらが容易で有利かは明白であろう。
この過程の中で、電極の炉内設置、重水壁の形成など、等圧炉の構成に不可欠な構造は、従来の輸送係数では計算できず、正しい輸送係数でのみ設計可能であることは、これまで輸送係数論で述べてきた通りである。
我々は、重水の蒸気とプラズマとを同じ圧力にする理論とした。
若き研究者よ、願わくば、これを凌駕する画期的な「気体」を提案されんことを！
２．質問 ：等圧法では、核融合でもハードルが高いD-D反応が目標になっているが、何故容易なD-T反応でなくD-D反応なのか。
④ 輸送係数論、等圧法は、誰か有名な学者などに認められたのか。
これまでに記したように、電気学会等へ投稿してきたが、掲載はされていない。
但し、我々の理論に対して論理的な反論は得ていない。
本質から外れた、的を得ない理由での不受理である。
このことは、無理からぬことでもある。
現在の物理学会などの教科書、常識を否定することは、現職の方々には立場上困難さが伴うであろう。
また、等圧法での工学面での新提案は、実験で確認しないと結論が出せない点も含まれるため、すぐに認められない点は理解できる。
しかし、残念なことは、日本には、真に理論的に、技術的に論議する場がないことだ。
大学、学会などが、枠にはまったこと以外には関心を持たないような気がする。
日本の科学の進歩などとは言わないが、技術開発、技術革新などの面で画期的な芽が生じないような雰囲気に危機感を感じる。
日本が明治維新で、西洋学問に志したような真摯な心意気が、再度必要だと感じる。
「少年よ大志を抱け」は、死語になったのか、日本では。
③ 物理学や原子炉工学で、実験装置もなくて、実験確認して実証しないものが、認められるのか。
答）
ご指摘のように、一般論として、工学の分野では、実験等での確認の上でないと、実際に稼働して計算通り動くとは言えないだろう。
われわれは、これは承知している。
同時に、実験装置を持ってないことも認める。
しかし、より重要なのは、基本となる理論の構築であり、工学の基礎として必要であることは言うまでもない。
我々は、その基本の部分での役割ということで、「等圧法」を提案している。
我々の「等圧法」の方式は、今までとは全く原理が違うため、過去の経験やデータで全て解明が出来ず、実験で検証すべき点が多い。
その意味でも実験が待たれる。
願わくば、等圧法の理論を実証してみようという賢者の現われんことを！
② そもそも、何でまた核融合に取り組んでいるのか。
直接の関係としては、会社時代にプラズマによる表面処理を経験したことであるが、
エネルギー問題を考えると、最終的には、経済性、安全性など総合的に見て、核融合反応が、現在考えられる中では最高であることが明白であるからだ。
特に核分裂方式による原発が行き詰まった今、代替方式が急務なこともある。
人間、目先の太陽光発電、地熱発電など安易に飛びつきやすいものだが、もう少し腰を据えて、本質的な対応が望まれる。
湯川博士が先鞭をつけた原子力の道を平和利用に応用するのも、また、日本の技術者としての責任ではないだろうか。
本来であれば、定年退職後は年金で好きな囲碁やゴルフなどで楽しく、という選択もあるが、
何かを勉強し、研究するのも一つであろう。
20年近く続けているが、後悔はない。
まだまだ情熱は消えない。
これまで、等圧法核融合発電、輸送係数に関して発表する中で、色々な質問が出されてきた。
後輩諸氏からは難しくて分からないという意見が大半ではあるが、技術的なものから一般的なものまで出されたものに対しての返答を、整理して掲載したい。
第1回目：長年の付き合いの親友などからの意見、質問
① 核融合というと、国や大学機関などでも最も難しい分野と聞いている。一般民間人が取り組んで「出来た」といわれても信じられない。
② そもそも、何でまた核融合に取り組んでいるのか。
③ 物理学や原子炉工学で、実験装置もなくて、実験確認して実証しないものが、認められるのか。
④ 誰か有名な学者に認められたことはあるのか。
① に対して
お聞きの通り、核融合を制御して発電などに平和利用するのは半世紀以上取り組まれているにも関わらず実現されてないように簡単ではない。
しかし、核融合発電に関して言えば、「世界の取組が入口で道を間違えたため、原点から出発すれば可能性がある」と思っており、「等圧法核融合炉」もプラズマ閉じ込め方法に全く新しい発想を取り入れている。
これは、現在は理論の段階であるが、具体的に実証の方法も発表している。
国や大学機関に関して言えば、トカマク、ヘリカル、慣性衝突などそれぞれ専門方式の中で、実験も含めて、おびただしい研究がされていることは百も承知であるが、いかにコンピューターを駆使して計算しても、入口が間違っていれば何の役にも立たない。
「等圧法」の理論は、高温電離気体の輸送係数を正しく検証した上で構築している。
歴史的な発明などと比較するのはおこがましいが、常識と違った発想から画期的な発明がなされたことは枚挙にいとまがない。
言論と学問の自由が保証されている日本に、生まれてきて良かったと思っている。
5 結論
我々は、従来理論の熱伝導の式に含まれる明白な矛盾を示した。
この矛盾の存在は従来理論が明らかな誤りであることを示すと考える。
我々は、エネルギーなどの輸送において、
従来理論では常に電子が主役であるとしたことがこの矛盾をもたらした根本的、最大の原因である、と考える。
一方我々は電子だけでなく、イオンや中性粒子もエネルギーなどの輸送において主役を演ずると考える。
そしてその主役交代は、プラズマが磁場を保有しないときは二回、そしてプラズマが磁場を保有する場合は三回発生することを示した。
そして、その主役交代は電離度の変化と衝突抵抗が最低値を持ち磁気抵抗が最大値を持つこととによることを示した。
（本稿は数年前に物理学会に投稿（不掲載）した英文の日本語版である）
以上30回にわたり、電離気体の熱伝導度について記してきたが、
核融合炉を設計するための基本的な輸送係数があまりにも疎かにされているのは嘆かわしい限りである。
2012年4月22日 アースデイ（地球の日）
4.4 熱伝導度と拡散係数の関係
一つの理論または仮説は、実験結果と一致することによって認められることになるであろう。
しかし、10000K 以上の高温度の平衡状態ガスを作り出すことは非常に困難である。
それゆえ、熱伝導度を直接的に得ることが非常に困難である。
しかしいろいろな状態における「拡散量」を測定することは可能である。
それゆえ、熱伝導度と拡散係数の関係は非常に重要である。
その関係式は我々の理論によれば次のようにあらわせる。
Kp(⊥)/ Dp(⊥) = Kp(∥)/ Dp(∥) =1/2knp (23)
一方文献1）の75ページには次の式が示されている。
Ke(∥)/ De(∥)=(3/4)ne (mi/ me)k (H)
我々は何故質量比がこの関係式に含まれるのか理解できない。
従来理論に基づく式(H)と、われわれの理論に基づく式(23)のどちらの式が正しいかを決めるのは、実験データか観測される事実以外にない。
Fｉｇ 6 熱伝導度の変化の説明
プラズマが磁場を保有する場合、中性粒子による熱伝導度Km(⊥)は磁気抵抗に関係なく変化するのは当然であろう。
それゆえ熱伝導度Km(⊥)の変化はKm (∥)と同じである。
そしてイオンの熱伝導度Ki(⊥) はFig 5およびFig 6に示したように線c-B-g に沿って変化する。
一方電子の熱伝導度Ke(⊥)は温度の上昇に伴って1.5×106K(点 D)までT2.5 に比例して上昇し、
その後T2.5 に逆比例して減少する。
それゆえ、線e‐C‐D‐hに沿って変化することになる。
点Dへの途中温度が約3×105K (点C)に達したとき、電子の熱伝導度Ke(⊥) はイオンの熱伝導度Ki(⊥)と等しくなる。
その後、熱伝導は電子に支配されるようになる。
それゆえ、全熱伝導度K(⊥) は線a-A-B-C-D-hに沿って連続的に変化することになる。
ただし温度がさらに上昇すれば§4.2 または Fig 5に示したように、いずれイオンによって支配されるようになる。
一方従来理論によればプラズマが磁場を保有しないとき熱伝導度は二本の線c-d と e-fによって不連続的に変化することになろう。
そしてプラズマが磁場を保有するとき当然ながら不連続的に変化することになる。
熱伝導度のプラズマガスが磁場を保有しないとき主役交代は一般的に言えばいかなる圧力の場合でも二回発生する。
すなわち最初は電離度の変化によって発生し、二回目は衝突抵抗が最低値を持つために発生する。
さらにガスが磁場を保有する場合、三回目の主役交代は、磁気抵抗が最大値を持つために発生する。
4.3 全熱伝導度の温度による変化
我々はFig 4 と Fig 5にイオンと電子の熱伝導度Ki(∥) および Ke(∥) を示したが、全熱伝導度を示さなかった。
そこで最後に、ガスが磁場を保有しない場合と保有する場合について、ガス圧が106Pa で磁場の強さがB=4.5Tの場合における、重水素の全熱伝導度K(∥) の変化を示そう。
さらに温度範囲を広げて中性粒子Km(∥) の熱伝導度の変化を同時に示そう。
プラズマガスが磁場を保有しない場合、温度が低いとき熱伝導度は当然ながら中性粒子に支配される。
その値は約1000K において約1.5×10-1W/mK と計算される。
この値は実験によって得られるものと一致する。
そして温度の上昇に伴って約10000Kまでゆっくり上昇する。
その後電離度が急激に進展するため、中性粒子による熱伝導度は急激に低下する。
すなわち中性粒子の熱伝導度Km(∥) はFig 6.に示すように線a-A-b に沿って変化することになる。
温度が約10000Kになると、熱伝導度は次第にイオンによって（電子で無く）支配されるようになる。
イオンの熱伝導度Ki (∥)は線c-d に沿ってT2.5に比例して上昇する。
一方電子の熱伝導度Ke(∥)は質量比が異なるのでT2.5 に比例して線e-f に沿って増大する。
それゆえ全熱伝導度K(∥) は線a-A-d に沿って変化することになる。
ただし全熱伝導度は温度がさらに上昇すれば、
§4.1において既にFig 4に示したように、いずれ電子によって支配されることになる。
Fig 6（再掲）
例を挙げよう。
圧力が100Pa のときイオンの熱伝導度は出発点の10000Kにおいて、すでに電子のそれより小さい。
そして、温度の上昇に比例して減少し続ける。
そして、イオンの約熱伝導度は106K で1.5×10-14[W/mK]の一定値になる。
また、電子の熱伝導度は10000K から減少し図からはみ出しているが、約5×108Kで一定値になる。
しかし、電子の熱伝導度は約2×107Kで、イオンの線を横切る（四角マークで示した）。
すなわち、その圧力と温度でイオンのそれと等しくなる。
その後は電子の熱伝導度はイオンのそれより小さくなる。
すなわち、主役交代は星印と四角印で示した点で、二回の主役交代が発生することになる。
ただしFig 5.においてその二つが共には現れていない。
しかし温度範囲をさらに広くすれば確かに二回現れるであろう。
イオンと電子の主役交代
圧力が比較的低いとき、磁気抵抗の影響によって、温度の上昇によってイオンの熱伝導度は、温度が低いときから減少する。
しかし温度の上昇によって、磁気抵抗が最大値に達する。
それゆえ、イオンの熱伝導度は一定値になる。
一方、電子の熱伝導度は、温度の上昇によって、一定値に達するまで減少し続ける。
そして一定値への途中において、電子の熱伝導度はイオンのそれと星マークの点で等しくなる。
その温度の後は、Fig 5に示すように、電子の熱伝導度はイオンのそれより小さくなる。
すなわち、第二の主役交代が発生したといえる。
4.2プラズマガスが磁場を保有するときの熱伝導度の変化
イオンの熱伝導度は衝突抵抗が1よりはるかに大きいときすなわちνp(∥)≫1のとき、温度の上昇とともに増大する。
すなわち、圧力が比較的高く温度が比較的低いとき、たとえ磁気抵抗が働いても熱伝導度は増大する。
しかし、磁気抵抗は温度の上昇によって増大するが、ついにはFig 3に示すように最大値に達する。
そしてイオンの熱伝導度は磁気抵抗に影響され、温度の上昇によって次第に影響されるようになる。
そして、Fig 5に示すように温度の上昇によって急激に熱伝導度が低下する。
一方、電子の熱伝導度は温度の上昇によって一旦上昇する。
それゆえ、電子の熱伝導度とイオンの熱伝導度がイオンの線上四角マークで表した点で交差することになる。
これはすなわち最初の主役交代がその点で発生したといえる。
4．我々の理論に基づく熱伝導度の変化
4.1 プラズマガスが磁場を保有しないときの
熱伝導度の変化
我々の理論による熱伝導度は先に上げた数値を式(3)’に代入することにより次の式が得られる。
Ke (∥) =2.7×10 -16neTe/νe(∥) (20)
Ki (∥) =7.3×10 -20niTi/νi(∥) (21)
Km(∥)=7.3×10 -20nmTm/νm(∥) (22)
我々は個々の熱伝導度Kp(∥)および全熱伝導度K(∥)を式(20), (21), (22) および (4)によって計算し結果をFig 4,Fig5, および Fig 6に示した。
イオンの熱伝導度（実線示した）はFig4に示すごとく温度が比較的低く圧力が比較的高いとき電子のそれより大きい。
そしてイオンの熱伝導度は衝突抵抗が温度の上昇に伴って減少するため温度の上昇に伴ってT2.5 に比例して上昇する。
しかしイオンの衝突抵抗は温度の上昇または圧力の減少によっていずれ最低値に達する。それゆえ熱伝導度は式(16)によって決定されるある一定値になる。
例えばガス圧が100Paのときイオンによる熱伝導度は約7×105K において衝突抵抗が最低値に達するまで急激に上昇する。
その後イオンの熱伝導度はFig4に示すごとく一定値2.5×103W/mKになる。
一方電子の衝突抵抗は温度の上昇に伴って減少するため100Paにおける熱伝導度は5×108K以上まで上昇し続ける。
電子の熱伝導度が上昇する途中約温度が約107 Kにおいて Fig4に四角マークで示すようにイオンのそれと等しくなる。
その後は電子が熱伝導度の主役となる。
この主役交代はFig 4.に四角マークで示したようにどの圧力においても発生する。
磁気抵抗の説明
磁気抵抗は、ガス圧が比較的低いときは、温度が10000K のように比較的低いときから現れる。
一方、ガス圧が106Pa のように比較的高いとき、イオンに対しては約50000K から現れ、
また、電子に対しては約106K から現れ始める。
その後、磁気抵抗は温度の上昇に伴って増大するが、いずれ最大値に達することになる。
例えばガス圧が100Pa の場合、約8×105Kでイオンに対する最大値に達し、電子に対する最大値は約5×108K で達することになる。
温度が比較的低いときイオンに対する磁気抵抗は電子に対するそれより強い。
しかし、電子に対する磁気抵抗は、温度の上昇によってFig 3に示すように、いずれイオンに対するそれより強くなる。
太陽を地上に作ろう(電離気体の熱伝導度ー２０）
電子の衝突抵抗は質量比が違うのでイオンの衝突抵抗より常に大きい。
イオンと電子の衝突抵抗は温度の上昇とともに減少するが、圧力が完全真空になったときFig2に示すようにその値は最低値(+1 [1/s])となる。
しかし実効的な最低値は必ずしも完全真空でなくとも温度の上昇または圧力の減少によって得られる。
例えばイオンに対する衝突抵抗はFig 2に示すごとく100Pa のとき約106K になれば最低値となる。
一方電子に対する衝突抵抗は5X10８K において最低値に達することになる。
衝突抵抗が最低値に達したとき熱伝導度は次のように表せることになる。
Kp(∥)= (3/2)k2npT/mp (16)
また完全真空のときは次のように表せることになる。
Kp(∥)= (3/2)k2T/mp (17)
太陽を地上に作ろう(電離気体の熱伝導度ー１９）
3.3 我々の理論に基づく衝突抵抗の変化
上記の数値を式(1)に代入することによって次の式を得た。
νei = 3.1×10 -3lnλ T -3/2ni (9)
νeｍ =7.2×10 -13T1/2nm (10)
νie = 9.2×10 -10 lnλ T -3/2ne (11)
νim =1.3×10 -17 T1/2nm (12)
νme =2.1×10 -19T1/2ne (13)
νmi =1.3×10 -17T1/2ni (14)
νmm=5.1×10 -17T1/2nm (15)
式(9)~(15) で得られた結果を式(2)-1, (2)-2, (2)-3に代入することによって得られた結果を図2に示す。
νm(∥)=1+νmm(∥)+ νme(∥)+νmi(∥) (2)-1 νe(∥)=1+νem(∥)+νei(∥) ; ∵νee(∥) ≒0 (2)-2 νi(∥)=1+νim(∥)+ νie(∥) ; ∵νii(∥) ≒0 (2)-3
＊中性粒子の結果はすでに述べた理由によって示さなかった。
3.2 図に対する一般的な説明(Fig2~Fig 6)
a) Fig 6に示すように約10000K以下の弱電離気体に置ける熱伝導度は中性粒子が主役となる。
しかしFig2~Fig5において中性粒子の熱伝導度は示さなかった。
中性粒子の熱伝導度を含む図は複雑で見難くなるからである。
しかし図6においては中性粒子の役割を示した。
b)イオンの抵抗や熱伝導度の変化は実線でまた電子の変化は点線で示した。
実線に添えた数値6,2,-6,-2および点線に添えた(6),(2),(-6),(-2)圧力がそれぞれ106,102,10-6,10-2(単位Pa)におけるイオンと電子の場合を示す。
c) X軸は温度を示す（単位[K]）。
d) Y軸は熱伝導度を示す（単位[W/m K]）。または衝突抵抗（単位 [1/s] ）または磁気抵抗（単位[1]）を示す。数値単位は指数表示とした。
例えばE6は106 を示しE-6 は10-6を示す。
e. 中性粒子の半径(rm)は原子物理学で認められていいる2X10-10[m] という値を用いた。
イオンや電子の半径はこれに比べはるかに小さいので中性粒子とイオンや電子との衝突半径は2X10-10[m] とした。
また,中性粒子同士の衝突半径は2X2X10-10mとした。
従って衝突断面積は次のように計算されることになる。
Qem=Qme(≒Qmi=Qim)=π・rm2=1.26Ｘ 10–19 [m2]
Qmm=4π・rm2=5.02Ｘ10–19 [m2]
しかし上に示した半径がもしさらに正確な値が実験的または理論的に得られれば修正すべきであろう。
f. イオン同士や電子同士の衝突は無視した。
太陽を地上に作ろう(電離気体の熱伝導度ー１６）
3．我々の理論における衝突抵抗と磁気抵抗の変化
我々の理論または仮説に基づく結果は実験結果や自然界において観測される事実に反してはならない。それらの事実は我々には発見することが出来ないものであるが。
それゆえ我々の理論による計算結果を次のようにFig2~Fig6に示そう。
3.1 計算に用いた数値
a. 我々の理論はどんな電離気体に対しても適用可能であると考えるが、
例として重水素の場合を計算した。
b. 気体の温度は1000Kから3×108 K. 間で平衡状態にあると仮定した。
すなわち電子、イオン、中性粒子の温度はすべて等しいとした。（Tm=Ti=Te）
c. 物理定数として次の値を用いた。
mi=2×1.67×10-27 [kg]; イオンまたは中性粒子の質量
me=9.11×10-31 [kg]；電子の質量
d. イオンと電子の衝突断面積として文献1）の20ページに記載されている次の式を用いた。
この式は他のプラズマ物理学書や熱力学書など広く認められている式である。
Qei=Qie=(Z2・e4/4πε02)・lnΛ<meV2>2
=3.90×10–10lnΛ/Te2 ∵Z=1 ; (8)
lnΛ=12πneλD３
λD=（ε0kTe/neπe2）1/2
ε0=8.9×10–12 [F/m]
e = 1.6×10-19 [C] ；電子やイオンの持つ電気量
上に上げた数値を用いてlnΛを計算すると温度が10000K から3×108 Kの間で約5~200という値を得た。
そしてまた結果は示さないが式（8)によってイオンと電子との衝突断面積を得た。
太陽を地上に作ろう(電離気体の熱伝導度－１５）
一方我々の理論によればP粒子の磁気抵抗は式（5）によって示される。
式（5）は形は従来理論の式（E）と同じであるが衝突項がすでに示した上述の理由によって式（E）と異なる。
すなわち我々の理論による衝突項は最低値をもち、それにより磁気抵抗は磁気強さに比例して変化する最大値をもつ。
RBp=1+(ωcp)2/νp2(⊥) ; 磁気抵抗 (5)
ωcp=e・B/mp ; サイクロン周波数
B ; 磁場の強さ [T]
νp(⊥)≒νp(∥)
従って我々の理論における熱伝導度は一般的に次のように表せることになる。
Kp(⊥)=Kp(∥)/RBp (6)
K(⊥)=Km(⊥)＋Ki(⊥)＋Ke(⊥) (7)’
K(⊥)= Σp Kp (⊥) (7)
4) 電離気体が磁場を保有する場合における従来理論の矛盾および誤った考え方
文献1）の75ページには拡散係数における磁気抵抗として式（E）が示されている。
RB=1+(ωc)2/νm2 ; 拡散係数における磁気抵抗 (E)
一方熱伝導度に対して次の式が示されている。
Ke(⊥)≒Ke(∥)(νem/ωce)2 (F)
すなわち磁気抵抗は次のように表せる。
RB≒ωc/νm ; 熱伝導度に対する磁気抵抗 (G)
（すなわち拡散係数と熱伝導度と拡散係数においてその抵抗に二乗差があることになる。）
しかし、何故拡散係数における磁気抵抗が熱伝導度に用いることが出来ないのかを我々は疑う。
なぜなら拡散係数に対する式は電磁気学において広く認められた式であるからである。
そして何故磁気抵抗が、拡散係数と熱伝導度において違わねばならないのか、その理由が見当たらない。
さらに式（E）または式（G）が正しいとすればガス圧が完全真空になったとき磁気抵抗は磁場の強さに関係なく発散することになる。
それゆえ式（E）や式（G）が正しいとすれば、特別の磁場が存在しなくとも地磁気があるので地球上のどのような場所でも、また、何時でも拡散係数や熱伝導度はゼロとなる
。これは従来理論が誤っている明らかな証拠の一つといえよう。
３）従来理論における第三の誤った考え方
温度が上昇するか、または圧力が減少すると衝突数は減少する。
そして圧力が完全真空になれば衝突数はゼロとなる。
それゆえ熱伝導度は式（A）に従えば無限大に発散する。
しかし、観測される事実は熱伝導度は完全真空に近づくと非常に小さくなる。
このことは従来理論が矛盾を含む第三の誤った考え方であるということが言える。
「我々の理論」
それゆえ、我々は完全真空において衝突項は最低値（＋1）を持つべきであると考える。
すなわち我々の理論によれば衝突項は次のようにあらわせることになる。
νm(∥)=1+νmm(∥)+ νme(∥)+νmi(∥) (2)-1
νe(∥)=1+νem(∥)+νei(∥) ; ∵νee(∥) ≒0 (2)-2
νi(∥)=1+νim(∥)+ νie(∥) ; ∵νii(∥) ≒0 (2)-3
我々の理論は水素やヘリウムのような純粋なガスだけでなく、空気のような混合ガスに対しても適用できると信ずるので、衝突項はP粒子がQ粒子に衝突する場合一般的には次のように表せることになる。
νp(∥)=1+Σqνpq(∥) (2)
この衝突項は次元[1/sec]をもつがこれは[1回/sec]ではない。
衝突数であれば[1回/sec]であるが我々の場合は衝突抵抗であり当然ながら(2)式の(+1)も無次元でなく[1/sec]の次元を持つ。
それゆえ熱伝導度は一般に次のように表せることになる。
Kp(∥)=(1/2)knpVp2/νp(∥)
=(3/2)k2npT/mpνp(∥) (3)
そして全熱伝導度は水素のような単純なガスに対しては次のように表せることになる。
K(∥)=Km(∥)＋Ki(∥)＋Ke(∥) (4)’
また空気のような混合ガスに対する全熱伝導度は 一般に次のようにあらわせることになる。
K(∥)= Σp Kp (∥) (4)
