「２１８」 論文 核融合と「進歩の観念」（３） 鴨川光（かもがわひろし）筆 ２０１３年９月９日
●「 Ｄ―Ｔ反応 」― 実用核融合とは何か
ここからが核融合の本題である。地上での実際の制御核融合は「D – T 反応」という。結論から言えば、「 D – T 反応 」で初めて実行が可能な制御核融合で放出されるエネルギーは、17.58 MeVである。くどいようだが、核融合の燃料には、二重水素（デュートリウム、元素記号Dまたは 1(2)H ）と三重水素（トリチウム、元素記号Tまたは 1(3)H。こちらは放射性物質になる）を使う。
二重水素は海水の中にふんだんに存在するが、トリチウムはリチウムと中性子を融合させて、人工的に作り出すしかない。
この三重水素を、もし１トン使って核融合を行った場合、その熱量は8.4×1020 joulesである。同じ１トンの石炭を燃やして得られる熱量は2.9×1010 joules。これは石炭の２９０億倍の熱量が出るということである。だから、海水から作られる重水素を、ほんの少量だけ断続的に核融合炉の中に吹きかけてやれば十分だ、という意味である
この「D – T 反応」も、太陽で行われている「H + H 反応」も根本的に同じ理論が基盤になっている。どちらの反応も、原子核が別の物質に変わるが、全体の質量やエネルギーはどこかに失われているわけではない。
「質量欠損」により、あったはずの質量が、エネルギーに変わっただけである。だから核反応（核融合と核分裂）とは「エネルギー変換の法則」と「エネルギー保存の法則」が無ければ成り立たない。核分裂と核融合（原爆、原発、水爆）はこの二つの理論を原子単位で証明したということが重要である。
●アインシュタインの「 E = mc2 」出自はロマン主義である
私鴨川が、なぜこの「エネルギー変換の法則」と「エネルギー保存の法則」をくどくど言うのかというと、この二つの現代の物理学の根幹となる理論は、実はカントらドイツ人中心の「ネイチャー・フィロソファーズ（nature philosophers）」が、ニュートン物理学に対して、その可能性を探っていたものだからである。
呼び名が「ナチュラル・フィロソファーズ」ではないことに注意が必要。こちらはいわゆる「自然哲学者＝サイエンティスト」のことで、ニュートニアン、ニュートン物理学支持者のことである。これに対して「ネイチャー・フィロソファー」は、反ニュートニアンで「空間、スペース」つまり、虚無を否定する。その根拠として「場の理論」（フィールド・セオリーField Theory）を提唱し、磁場、電場、重力場の存在を指摘した。
この立証のために導入されたのが、「エネルギー変換・保存の法則」である。主にドイツ・フランスの哲学者たち（一八世紀当時はもう、サイエンティストとして認定されている）から成るが、彼らはニュートニアンから「ロマンティスト」と呼ばれた。彼らの「場の理論」と「エネルギー変換・保存の法則」の動きも、科学史では「ロマンティック・リヴォルト（Romantic Revolt）」と呼ばれている。
現在、本当に自然界で観測され、証明されているのは「場の理論」の側の方で、これは「波、ウェイヴwave」の理論と言い換えてもいい。しかし、この立場はそもそも、あの「進歩の観念」（ジ・アイディア・オブ・プログレスthe idea of progress）に対する、激しい反撃として現れたという出自を持つ。それが「ロマンティシズムromanticism」（ロマン主義）という一九世紀を席巻し、今にも続く思想と運動の巨大な総体である。ロマン主義は芸術運動と言われるが、それは間違いである。
主に「ドイツを中心とした政治運動」というのが、ロマン主義の正しい世界的理解である。その創始者は誰あろう、フランス革命に反対した、あのエドマンド・バーク（Edmund Burke）である。フランス革命自体が「進歩の観念」を具現化した運動だったと考えれば、ここですべてが繋がってくるのがわかるであろう。
「波」「場の理論」「エネルギー変換・保存の法則」「ロマンティック・リヴォルト」は、この「進歩の観念」（合理主義、ニュートン物理学側）に対する「ロマンティシズム」という巨大な思想史の中にあるものとして理解しなければ、ヒッグズ粒子発見の意義もわかるわけがない。
ヒッグズ粒子は、粒子であるから「空間」を肯定する側。だから、「進歩の観念」の側である。しかし、ヒッグズ粒子も、実は粒子ではない「波」であることが確認されている。
●再び「D – T 反応」の話
さて。ようやく本題の、地上での実用制御熱核融合「 D – T 反応 」の解説をします。
D、デュートリウム＝二重水素は、海水の中からふんだんに取り出せる、つまり、ほぼ無限にいくらでもあるということだ。核融合が実現したら、資源問題、エネルギー問題が解決すると言われるのはこのためである。だから本当は「D –T 反応」ではなく、二重水素核同士をぶつける「D – D 反応」が実現すれば、それこそ本当の最終解決である。
しかし、それは「D – T 反応」実用化の後のことで、次世代核融合炉として考えられている。「D – T反応」の方では放射性物質を使わなければならない。三重水素、つまりトリチウムがそれであり、これは自然系に存在しないため、人工的に作り出さなくてはならない。
その際、リチウムに中性子をぶつけて作り出すわけだが、その時にも放射線（アルファ粒子＝ヘリウム原子核）は出る。ただしその量は少量であり、人体への放射能の危険性は極めて低いということらしい。
「核融合でも放射能を出すではないか。危険だ」と言われるのは、「D – T 反応」の際に、トリチウムと一緒に放出される中性子のことである。もっと言うと、この中性子一粒だけの問題である。
二重水素（重水素、ヘヴィ・ハイドロジェンとも言う）は、重水（ヘヴィ・ウォーター）から、ナトリウムとの反応で製造される。（一九三二年、H.C.Ureyによる発見。重水D2Oとは重水素と酸素が結合したもの。）
（著者注記：核融合燃料を説明する時、重水素、三重水素という用語を使う。そしてなぜか三重水素のことを、わざわざ「トリチウム」と言い換えたりする。その一方で、二重水素という言葉は使わないし、その元の言葉である「デュートリウム」という言葉はなぜか使わない。「トリチウム」は使うのに、である。ここで混乱する。
「〜ウム」と言った語感は、何やら難しく、放射能を発する毒物のようなイメージと共に、理解を遅らせてしまう。そこで私は、重水素という言葉は、あえて使わないことにする。二重水素のことを重水素と日本では用い、「二」を取っただけのような印象があるが、重水素は元々「ヘヴィ・ハイドロジェン」と言って、二重水素、三重水素の両方を指す言葉だからである。
だから本来は、「二重水素＝デュートリウム」、「三重水素＝トリチウム」と言う風にきちんと分けて、英語と日本語の表記を入れ子にしないで、並列して表記すべきである。
●「 D – T 反応 」の反応式
さて、「D – T 反応」の式とは、一番単純なものでこうなる。
D + T → He + n
である。これを詳しく見てみよう。
Dとは二重水素、デュートリウム Deuterium のDである。元素記号としての表記は1(2)H。元素記号の表記のひな形は、Z(A)Xと書く。左下のz は原子核の電荷（陽子の電荷だから、プラス電気を負うこと。チャージcharge という）のことであり、「陽子の数」のことであると押さえておけばいい。
左上Aは原子質量。原子の「重さ」、つまり陽子と中性子の数である。「アトミック・ウェイト Atomic weight 」の頭文字をとってAである。右側の大きな文字のXは、その元素や核の名前の頭文字である。
そこで、X がヘリウムだった場合He、中性子なら小文字のn、陽子なら小文字のp、水素なら大文字のHである。もしヘリウムを表すなら、陽子２つ（プラス電荷）が２なので左下が２、核子４つ（陽子２、中性子２。つまり質量４）なので、左上が４。それでヘリウム表記が 2(4)Heとなる。
二重水素とは、水素の同位体、アイソトープで、本来の水素が陽子一つだけのところに、中性子と陽子を一つずつ持っている。だから、表記は1(2)H。そして三重水素、トリチウムは中性子が二つ、陽子が一つなので、1(3)Hである。
だから上記の「 D + T → He + n 」式をこれで書き表すと,
1(2)H（二重水素、D）+ 1(3)H（三重水素、T）→2(4)He（ヘリウム）+ n（中性子）
となる。つまり、二重水素 1(2)Hの左上の２＝「陽子１個と中性子１個」と、三重水素 1(3)Hの左上の３＝「陽子１個と中性子２個」の計５つの核子がぶつかり合い、「陽子２個、中性子２個」のヘリウム原子核が出来上がる。
その時、余った中性子１個はどうなるのかと言うと、ヘリウム原子核を構成することなく飛び出す。それがこの式の最後にあるnの意味である。
（著者注記：Dの核は重核子、デュートロンdeuteron と呼ばれ、2.0140 amu、Tの核子は三重陽子triton といい、3.01605 amuである。）
この 2(4)He （ヘリウム）+ n（中性子）の部分を、n（中性子）+ a（アルファ線、アルファ粒子）と書き表すこともあって、面食らうことがある。しかし何のことはない、アルファ粒子とは、ヘリウムの原子核 2(4)Heのことである。
（著者注記：すぐに人体に害のある「放射線」とは、このアルファ粒子＝アルファ線＝ヘリウム原子核のことである。ヘリウム・イオンと言い換えてもよい。電子と原子核が分離された状態が、物質の第四の状態＝イオンのことだからである。
同じ放射線のベータ線＝電子と違って、ヘリウム原子核は非常に大きな核のため、多量に受けると、有機体＝生物を構成する原子にぶち当たり、「イオン化」、つまり「電離化」を引き起こす。これがいわゆる放射能、ラジオアクティヴ、アクティヴィティである。）
さて、D ( 1(2)H ) + T ( 1(3)H ) → 2(4)He + n だけでよいのかというとそうではない。ここに欠けているものがさっきの「質量欠損」＝「結合エネルギー（バインディング・エナジー）」である。この時放出されるバインディング・エナジーは、ヘリウム原子核の方 2(4)Heで3.52 MeV。一方の中性子からは14.06 Mevのエネルギーが放出される。
だからこうなる。
D + T → 2(4)He ( 3.52 ) + n ( 14.06 )
言い換えると、
D + T → a（ヘリウム原子核）+ n （中性子） + 17.58 MeV（ 3.52 MeV + 14.06 MeV ）
である。
●自分で「 D – T 反応 」の計算をやってみる
この数値が本当に正しいものかどうか、「 H – H 反応 」でやったのと同じ式で求めてみる。
もう既に私たちは、核融合エネルギーである「質量欠損（バインディング・エナジー、結合エネルギー）」の求め方、メガ・エレクトロン・ボルトに直す方法と理屈を知っているので、あとはそれに当てはめてみるだけである。
安倍氏が提示している反応式は、
1(2)H（ 二重水素、D ）+ 1(3)H（ 三重水素、T ）→2(4)He（ ヘリウム ）+ n（ 中性子 ）+ E
である。
最後のEがエネルギーであり、さっきの17.58 MeV（ 3.52 MeV + 14.06 MeV ）のことである。これはさっきの私のものと全く同じことである。
それで、今回の「 D – T 反応 」の計算は楽である。「反応前の全質量」（つまり二重水素Dと三重水素Tのamu ）から「反応後の全質量」（ヘリウムHeと中性子nのamu ）を引いて、「原子質量単位1 amuのエネルギーをMeV換算した式から算出した定数931.5 」をかければいいだけである。
それで、
反応前の全質量：2.01410 （ 二重水素のamu ）+ 3.0160494（ 三重水素のamu ） = 5.0301494 amu
反応後の全質量：4.00260 （ ヘリウムのamu ）+ 1.008665 （ 中性子のamu ）= 5.011265 amu
「反応前の全質量」から「反応後の全質量」を引いた質量欠損は、
?M = 5.0301494 – 5.011265
=0.0188844 amu
となり、これに先程の定数931.5をかけると
0.0188844 × 931.5 = 17.5908186 MeV
である。
阿部氏は17.6 MeV と、四捨五入しているが、この数値は一般的な数値のようで、核融合を時点で調べると、大体17.6 MeV が載っている。
先程の17.58 MeV という数値は、ヘリウムと中性子を分けて足した数値であり、17.6とも大差はない。ヘリウムと中性子を分けて算出検証してみてもいいが、あまり意味がないのでここは割愛する。
二重水素、三重水素のamu は、阿部氏の問題からのもので、他の資料は特に調べていないが、しかし、まあこれで正しいのだろう。疑問のある人は、二重水素、三重水素の正確な質量を調べて、上の計算式に入れてやってみてください。おそらくは17.6の近似値が出てくるでしょう。
数値の検証も終わり、熱の話に戻るが、この式で算出された核融合の目的である熱そのものは、ヘリウム原子核 2(4)Heと中性子 n の二か所から取り出されるということが重要である。
この二か所から出る熱を、発電に利用する。ジェームズ・ワットの蒸気機関から一歩も外に出ていない、そんな単純なことである。それが制御核融合の本質。さて、これで一応核融合の仕組みは終わりだが、まだ続く。
●二つの熱の行方と「ブランケット」
ヘリウム原子核と中性子の二か所から放出された熱エネルギーのうち、ヘリウムから放出された3.52 MeVは、核融合を起こす二重水素と重水素のガスである「プラズマ」の過熱と、その高音の維持に使う。
プラズマとは、熱核融合に必要な、超高温イオン（電子と原子核がばらばらの状態）のことである。「 D – T 反応 」に必要な温度は、一億二千万度である。その維持のために使う。
では、肝心の発電のための熱の方はどうするのか。それがもう一方の、中性子から出た熱エネルギー14.06 MeVである。この熱が、プラズマの入った容器を囲むように、その周辺に設置された「ブランケット」と呼ばれる装置に取り込まれ、熱エネルギーに変換され、水を沸騰させて蒸気にし、発電機のタービンを回すのに使われるという仕組みである。
さらにこの「ブランケット」には、Li、つまりリチウムを充満させている。
なぜ「ブランケット」にはリチウムが充満しているのか。それは、このリチウムに、発電機の中から出てくる先程の余った中性子をぶつけて、三重水素（トリチウム）を製造するためである。
三重水素は、自然界に存在しないアイソトープなので、人工的に作り出す以外にない。ここで行われる核反応は、原爆とウランを使う原発と同じ「核分裂」である。核分裂炉と同じように、中性子をぶつけて分裂させるからである。しかも、製造されるトリチウムは、放射性元素である。ただし、半減期は圧倒的に短く、一二年でβ崩壊（ベータ線＝ベータ粒子を放出して、他の元素に変わる）する。
β線は陽電子であるから非常に微細であり、人体に影響が出るほどに、電離化、イオン化を引き起こす可能性は低い。この電離化、イオン化（原子核とその周りの電子を分離すること）が、「放射能」と言われる作用の正体である。
さらに、β線の透過力は弱く、通常は数 ミリのアルミ板や１センチ程度の板で十分遮蔽可能である。ただし、なぜ非常に微細なベータ粒子の遮蔽が容易なのか、私はわからない。このことをもう少し調べてみる必要がある。
リチウムは石の中から発見された元素で、地殻中に存在する。原子晩報はヘリウムの次で、３番。原子量は６．９４１。
トリチウム製造のための反応式は以下の通りである。
6Li + n → a + T + 4.8MeV
7Li + n → a + T + n – 2.5Mev
上記の二つの方式があるが、一つ目の方で説明する。
まず6Liだが、正確な表記は 3(6)Liである。陽子３個、中性子３個の、総計６個の核子である。この６個の核子に、n、先程説明した、核融合で発生した余りの中性子をぶつける。すると右辺のa、アルファ粒子（＝ヘリウム・イオン、ヘリウム原子核、2(4)He、「陽子２個＋中性子２個」。こんなに呼び名がある。アルファ線とも）とT、トリチウム（ 1(3)H、陽子１個、中性子２個）となる。
「陽子３個と中性子３個」（リチウム）とそれにぶつけた「単体の中性子１個」が、「陽子２個、中性子２個」（ヘリウム原子核）と「陽子１個、中性子２個」（トリチウム）という配分に変わったのである。６：１が４：３という比に変わったわけである。
右辺、左辺ともに陽子、中性子の総数７個に変更はない。ここにも「質量保存の法則」が適用されている。といっても、質量数は変化しないが、これまで同様、質量は変化しているが、エネルギーとして変換されたということである。
当然、ここにも原子核の衝突によって減った、つまり「欠損した」質量があり、右辺の総質量（重さ）は、左辺の総質量より小さくなっている。「質量欠損」、つまり核融合で生じる「結合エネルギー」が同じように生ずる。この際の放出されたエネルギーは、4.8 MeVである。これも発電用に使える。
ただし、6Liは、自然界の存在比が７．４パーセントである。7Liの場合は中性子を出し、熱を出さない。熱は吸収されてしまう。だからどちらかというと、6Liのほうがいいと言えるが、最終的にどちらを採用するのかはわからない。
以上が核融合の仕組みである。その原理を出来るだけ明快に説明した。
さて、あれこれといろいろな式と原理を申し上げたが、これだけだと、「それがどうした」で終了である。これらの原理を実現するシステム、設備を次に紹介しなくてはならない。
核融合施設。一言で言うとそれは「トカマク」という方式のことである。それを次には、核融合がこれまで歩んできた道と、政治状況に翻弄されてきた歴史と共に説明していこうと思います。
（終わり）