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zoom RSS 太陽のエネルギー。単位体積あたりでは人間の何倍ぐらいなの?

<<   作成日時 : 2015/12/15 09:16   >>

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★科学★
問題:太陽の中心部では核融合反応が起きているそうです。高密度と高温の中で、原子どうしがぶつかりあい、融け合って別の原子になっちゃうらしい。
■太陽を含む多くの恒星の内部では、水素の原子4つからヘリウムの原子が1つできると聞きます。学校で習ったところでは、水素は原子核に陽子が1つだけ、電子も1つだけですね。原子核に中性子はありません。ヘリウムの原子核には陽子が2つと中性子が2つあるらしい(口絵参照)。水素原子に由来する2つの陽子はそのままであり、2つの陽子は中性子に変わっちゃうようです。余った電子2つはどこかに行っちゃうのかな。なんだか不思議ですね。
■それはともかく、太陽の中心部では核融合反応のおかげで1500万度Cともいわれる熱い状態が維持されているらしい。かなりの高温です。亡くなった方の棺(ひつぎ)を入れると、瞬時にお骨だけになりそうです。というか、お骨の主成分、リン酸カルシウムも蒸発しちゃうのかもしれませんね。
■太陽とは方式は異なりますが、恒温動物である人間も発熱しています。1立方mあたりに換算すると1000Wほどの発熱体だそうです。我が家の電子レンジよりも熱いのかな。ただし、多くの成人の体重は40s〜100sほどであり、比重は水とあまり変わらないらしい。ということは、体積でいえば多くの人は、0.04〜0.1立方mほどの体積しかないことになります。成人1人当たりの発熱量は40W〜100Wぐらいらしい。
■昔の白熱電球は、消費する電気のうちの90%が熱になっていたらしい。残りのわずか10%だけが光になっていたわけですね。大人1人は、おおざっぱにいえば40W〜100Wぐらいの白熱電球とおなじぐらいの熱を発しているのかな。たしかに、人が多い部屋ではエアコンが頑張って稼働するようですね。
■では、太陽はどうなのでしょうか。1立方mあたりに換算したときのエネルギー…核融合反応によって発生しているエネルギーは、どのぐらいなのでしょうか? 下の選択肢から、いちばん近い数字を選んで下さい。
[い]人体の1/100ぐらい
[ろ]人体とほぼおなじ
[は]人体の100倍ぐらい
[に]人体の1万倍ぐらい
[ほ]人体の100万倍ぐらい
(答えはずっと下↓ スクロールして下さい)

























★科学★
正解:[い]人体の1/100ぐらい
説明:意外なことに、1立方mあたりに換算すると、太陽内部の核融合で発生するエネルギーは1立方mあたりに換算すると10W程度らしい。人間の1/100ぐらいとのこと*1。参考資料*1の説明によれば、「核融合反応がゆっくりと進んでいる」からだそうです。水素を燃料だとすれば、燃料をくべる速度が遅いので、エネルギーもそんなに生まれないのでしょうか。
■太陽の体積は、地球の130万倍ほどあるそうです。地球の体積は1兆833 億 1978 万立方kmほどらしい。太陽の全エネルギーは、1兆833億1978万×1000^3×130万×1kw…ということになるのかな。単位体積あたりの発生エネルギーは低くても全体としてはもの凄いエネルギーなのでしょう。
■余談です。いま、太陽のエネルギー発生方式に見習った発電方式が開発されようとしているらしい。核融合発電です。地球上で核融合を起こそうとすると、1億度C以上の温度が必要になるそうです。太陽の内部では1500万度Cで核融合が起きているそうです。太陽の内部と地表では、プラズマ(電離状体・状態)の密度・圧力に違いがあるようです。必要になる温度もそれによって違うらしい。
■ともあれ1億度C以上の温度のプラズマという状態の水素(重水素)が必要になるらしい。これを維持するために強力な磁石を使ったり、超伝導を利用したりと、核融合炉は多くの工夫と苦労がつぎ込まれているようです。
■なお、実際の核融合発電で使われる反応では、重水素という陽子の他に中性子が1つついた物質と、三重水素という中性子が2つついた物質が使われる予定とのこと*3。全部で陽子2つに中性子3つ、電子4つになります。このうちの陽子と中性子、電子のそれぞれ2つがヘリウムを生成し、余った中性子1つと電子2つが旅に出るのかな。
■現在、国際協力で建設されているITER(イーター)と呼ばれる核融合の実験炉があります。東京五輪の前後に完成する予定らしい。さまざまな実験を経て、21世紀の半ばには核融合炉の商業化が見込まれているとのこと。
■水素(重水素)は、エネルギー源としてみた場合、枯渇することは考えられないらしい。安全性の面でも、核分裂反応を応用する原子力発電所とは比べものにならないぐらい危険が小さいらしい。エネルギーについて心配しなくてすむ時代がやってくるとすれば、ホントに嬉しいことですね。オイル・ショックや原発事故を経験したあとでは、とくにそう思います。
◆参考*1:雑誌「核融合発電には1億度C以上のプラズマが必須」Newton (ニュートン) 2015年 1月号32〜33頁、ニュートンプレス
◇*2HP「太陽にまつわる数字【太陽さん-sun- 太陽の知識サイト】」
http://www.taiyonoizumi.com/himitsu/suji.html
◇*3HP「エネルギーの森 Q&A / 自然科学研究機構 核融合科学研究所」
http://www.nifs.ac.jp/ene/qa/qa_02.html

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コメント(2件)

内 容 ニックネーム/日時
もんじゅは止まったままですからね。
なんとか実用化して欲しい物です。
ねこのひげ
2015/12/20 12:59
コメントをありがとうございます。

 核融合による実用の発電は、素町人の目の黒いうちには難しそうです。
 それまでは化石燃料や核分裂による発電でしのぐしかないらしい。太陽光発電や風力発電、水力発電だけでしのげれば理想なのでしょうが、なかなかそうもいかないようです。
 せっかくの投資ですから、もんじゅの実用化はぜひ成功させてほしいですね。
(^^;) 
ねこのひげ様<素町人
2015/12/20 16:37

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