核融合と核分裂の発電量の違いは何？

質問

核融合と核分裂の発生エネルギーは核融合の方が大きいでしょう。
でも、発電するために行うことはどちらも、
「水を沸騰させて水蒸気を出し、タービンを回し発電する。」
ということは変わらないのではないのですか？
そうすると、どんなに高いエネルギーでも、水は100度で沸騰し、
その時に水蒸気の壁が出来て、直接熱する事が出来ない。
ということを聞いた様な気がします。
(気化熱でエネルギーを奪われるから、だったでしょうか？)
だから火の上を裸足で歩いても火傷をしない、と。
であれば、核融合であっても核分裂と同じ事しか出来ないのでは？

圧力を加えれば沸騰温度は上がるでしょう。
でも結果は100度のときと変わらない気がします。
変わるのでしょうか?

核融合発電とはいったいどの様なものなのでしょうか?

回答No.5

sanori · ベストアンサー

私の前回までの回答は、現実のことに関する知識に基づいて書いていますので、
想像上のこととなると別の話になるのですが、

＞＞＞よく考えると、
＞＞＞「反応炉の大きさが同じなら水と触れる面積が同じだから
＞＞＞　得られるエネルギーは同じなんじゃないの？」
＞＞＞と思ったのでした。
＞＞＞これはどうなんでしょう？

という考え方は、たしかに本質を突いていますね。
（単位時間当たりのエネルギーとして）

ただし、冷却水の流れを速くすれば、触れる面積を大きくしたのと同じようなことになりますよね。
そしてまた、水以外を用いれば熱容量や熱伝導率も関係します。
パラメーターは接触面積だけではないので。

今回のご質問については、私の回答は、ここまでとさせてください。

では。

お礼

＞冷却水の流れを速くすれば、触れる面積を大きくしたのと同じようなこと
確かにそうですね！
よく分かりました。ありがとうございます。

回答No.7

Hamida

外燃機関の代表例として、スターリングエンジンがあります。原子力利用ではありませんが、日本の新しい潜水艦の動力にも使われています。2週間以上の連続無浮上で潜水活動が出来るようになっています。諸外国では加熱原を原子力を利用するスタイルも確立されつつあります。

核融合は、大変な高圧と高温が必要で、それを維持していないと核融合反応を継続することが出来ません。熱核反応の様に臨界を過ぎると何もしなくとも加熱しつづけ爆発に至るという事はありません。理論的に、核融合反応を継続させる為の圧力維持するための容器では、出来上がる核融合反応を閉じこめておけるだけの強度を必要とします。まあ、大きな核融合反応を起こし瞬時に容器を解放して、エネルギーを放出すれば爆発は起こりますが、民生利用の設備規模では設計上あり得ないことだと思います。

核融合は、大量の中性子線を発生します。中性子線にさらされた金属やセラミックスなどは、放射能を発するため核廃棄物の処理が必要であることは変わりません。ただし、熱核反応に比べて格段に少量で済むことは確かです。

現在の所、核融合が成功しているのは、水爆といわれる核爆弾です。熱核反応時に出来る超高圧と超高温を利用して、核融合反応を起こしています。長崎に落ちた水爆は、1から2秒程度の核融合反応で、約1キログラムの物質を一度に核融合したと考えられています。

補足

＞民生利用の設備規模では設計上あり得ないこと
そうなのですか。一度反応が始まったら連鎖的に反応し、
臨界に達してしまうのではないか、と考えていました。

核融合と熱核反応は同じ物ではないのですか？
あと長崎に落とされたのはプルトニウムの原爆だと記憶しているのですが、
違ったでしょうか?

回答No.6

debukuro

核融合は未だ暗中模索の状態です
自己点火させることが先決です
使い方はそれからのことです
核分裂物質は量が限られている上に放射能がある物質がを必要とします
核融合は水素を使います
水素でなくてもいいのですが放射性物質を精製貯蔵する必要がありません
水素IIIは放射性ですが自己点火できれば炉の内部で自然に出来ます
あらゆる核反応で水素→ヘリウムの核融合がもっとも大きなエネルギーを取り出すことが出来るし水素は宇宙に掃いて捨てるほどあり次々と製造されているのです
どれくらいのエネルギーを取り出せるかは元素の質量欠損を基に質量エネルギー変換の方程式で計算してください
質量欠損は周期表から求めてください

補足

＞水素が宇宙に掃いて捨てるほどある
どうやって持ってくるのでしょう？
燃料電池車でも燃料となる水素の確保、保存が難問だ。
と記憶していたのですが、違うのでしょうか?

＞どれくらいのエネルギーを取り出せるかは元素の質量欠損を基に質量エネルギー変換の方程式で計算
これは私には分からない(文章が何を意味しているかも理解できません)
ので色々と見て回る事にします。

ありがとうございました。

回答No.4

sanori

お礼のお言葉をありがとうございます。

「＞単位時間当たりにどれだけのエネルギーを発生させるかは人間が決めること
これが聞きたいことなんです。」
と
「エネルギーの発生量が同じなら核融合の利点は、
燃料の量と廃棄物の有無だけなのですか？」
とは、まったく違うことなのですが、

前者は、油をガンガン燃やすか、ちょびちょび燃やすの違いだけです。

そして、後者についてですが、

燃料の量は、おっしゃるとおりです。
実用化される最初の核融合炉の反応としては、二重水素（Ｄ）と三重水素（Ｔ）の反応が想定されていると思いますが、
これですと、地球にある大して燃料の量はさほど多くありません。
しかも、Ｄ－Ｔ反応は、
Ｄ　＋　Ｔ　→　Ｈｅ　＋　ｎ
という反応なので、
Ｈｅは問題ないのですが、おまけで中性子が１個出てきます。
これが非常に問題です。
中性子と反応しても、あらたな放射性物質にならない特定の材料（ブランケットと言います）を炉の中に仕掛けておくということが考えられています。
私が大学で習ったときは、ベリリウムがブランケット材の有力候補とされていました。（たぶん、今もそうだと思いますが。）

というわけで、
Ｄ－Ｔ反応はウランに代わる、燃料がほぼ無尽蔵のエネルギーではないし、
さほどクリーンなエネルギーでもありません。

Ｈ－Ｈ　反応が理想なのですけれども、その前にＤ－Ｔ　反応でとにかく核融合炉を実現するほうが先です。
開発開始から、もう何十年も経っているのに実現できないのは、
それだけ難しい技術であるということです。
ひとまず、Ｄ－Ｔ反応で妥協して実用化するというのが、現実的です。

では。

お礼

私の抱いている核融合のイメージはこのD-T反応です。(漫画の中は違うのですが)
クリーンなエネルギーではないのですか…。
核融合というと無尽蔵のエネルギーを得られる、みたいに考えてました。

核融合発電が実用化されてもしばらくは、
隣の核分裂炉で得たエネルギーで重水素等を作る、
とか、昼の間に太陽電池で発電して夜は核融合。
なんて使い方になるんでしょうかねぇ。

回答No.3

sanori

こんばんは。

普通の水を一次冷却水（兼、減速材）にしている核分裂炉には、
沸騰水炉（ＢＷＲ）と加圧水炉（ＰＷＲ）があります。

ＢＷＲに関しては、質問者様がイメージされていることに近いことが起こっていて、
水の中に水蒸気の泡がぽこぽこと発生しています。
圧力は多少かかっていますが、温度は大して高くないです。

ＰＷＲに関しては、水に圧力がかかっているので、沸点がかなり高くなっています。（数百度）

ＢＷＲもＰＷＲも、一次冷却水の熱を二次冷却水に移動させ、二次冷却水の蒸気で発電をします。

高速増殖炉（たしか開発中止になっていますが）の場合は、一次冷却材として水ではなく液体ナトリウムが用いられますが、
‘もんじゅ’でナトリウム漏出事故が発生してしまいました。
液体ナトリウムが採用された理由は、高速増殖炉の場合は減速材がないほうがよく、また、熱伝導率もよいということがあります。

核融合炉というものは現在はありませんので、何とも言えませんが、
１つの反応でできるエネルギーが、核分裂より核融合のほうが大きいとしても、
単位時間当たりにどれだけのエネルギーを発生させるかは人間が決めることですから、
「核融合炉だから一次冷却材の温度を上げなくてはいけない」ということは、基本的にはないはずです。
実際にどうするかは、わかりませんが。

以上、ご参考になりましたら幸いです。

お礼

回答ありがとうございます。

＞単位時間当たりにどれだけのエネルギーを発生させるかは人間が決めること
これが聞きたいことなんです。
エネルギーの発生量が同じなら核融合の利点は、
燃料の量と廃棄物の有無だけなのですか？

補足

すいません、このお礼間違いです。
よく考えたら違いました。

そもそも疑問に感じたのは漫画の疑似科学で、
「この艦には核融合炉が使われている、
　だから核分裂炉より大エネルギーが使用できる。」
といった内容で、初めは疑ってなかったのですが、よく考えると、
「反応炉の大きさが同じなら水と触れる面積が同じだから
　得られるエネルギーは同じなんじゃないの？」
と思ったのでした。
これはどうなんでしょう？

回答No.2

Hamida

核反応で取りだした熱を水蒸気にして動力発電しているのは、今のところ一番安定化した技術であるからです。べつに熱エネルギーを電気エネルギーに変換できる技術が有れば、蒸気機関は使わなくて良いのです。現実的に、原子力潜水艦の新しい原子炉技術では蒸気機関の変わりに外燃機関を使ったものが実用化を迎えようとしています。また、素子を直接加熱して発電する熱電変換素子の実験も始まっています。

核融合技術は今のところ連続した核融合反応を持続させる技術開発の途中でまだ、熱エネルギーの取り出し方を考える応用技術開発は手つかずの状況です。少なくとも核分裂と違って、臨界から暴走して爆発する危険がないだけ、応用技術開発は多彩な形態があるのではと思います。

お礼

回答ありがとうございます。
水蒸気でタービンを回すだけじゃないんですね！

ん？外燃機関って調べたら蒸気機関車の例が出てたり、原子力機関もそうだ。
とあったのですが、
新しい原子炉技術ってどんな物なのでしょう？
素人にも分かりやすく教えて頂けないでしょうか？

あと核融合ってミニ太陽を作るのと同じだと思ってたんですが、
暴走して反応炉が壊れてしまう危険性はないのですか？
燃料を止めれば止まるのかな…

回答No.1

debukuro

水は１００度で沸騰する?(・・*)。。oＯ
何か抜けていませんか
気圧です
火力発電所の蒸気の温度は５００℃くらいあるのですよ

＞核融合であっても核分裂と同じ事しか出来ないのでは？
本当にそう思いますか
同じエネルギーを取り出すとき多くの量を必要とする燃料と少しの量で済む燃料とどちらがいいですか
薪で自動車を走らせますか石油で自動車を走らせますか
核分裂では放射性壊変物が出来ますが核融合ではそういうものは出来ませんよ
核廃棄物の処理が不要なのです

原子炉の一次冷却水は８００℃あるけれど蒸発はしませんよ
二次冷却水を蒸発させて発電に使うのです

発電そのものは火力発電と同じ蒸気タービンを回すのです
直接発電の研究も行われていますが実用になるものはできていません
現在実用的な直接発電は太陽光発電だけのようです

お礼

回答ありがとうございます。
＞何か抜けていませんか
＞気圧です
圧力を加えれば100℃以上になるのは上記の通り分かります。
ただその結果やる事は同じなのではないのだろうか。
とふと思いました。

核融合の方が発生エネルギーが大きい分、
より少ない燃料でエネルギーが得られるのは利点だと思います。

ところで核融合を起こすにはある程度の量が必要になり、
かなり巨大な施設でないと耐えられないような気がしますが、
大きすぎると制御できないし、小さいとメリットが少ない気がします。

核融合の制御ってどうするんでしょう？
投入する重水素をコントロールするのでしょうか？
でもそうすると反応する場所が決まってしまうし…？
まあそれが分かればとっくに発電所が出来ているのでしょうが。

なんか言いたい事が分からなくなってきました。
ぼんやりとしたイメージでしか分かってないので
仕方が無いと思っていただければ幸いです。