2013年3月2日

化学反応・核分裂反応・核融合反応のエネルギー比較

各反応で発生するエネルギーを計算して比較してみた。 ・・・値はあまり厳密じゃないし、実際の反応はもっと複雑なので、こんな単純にはいかないけど、感触だけでも掴みたいな、と思って。 なので、計算値の誤差などは、あんまり気にしないように(^^)
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夢乃 @iamdreamers

化学反応、核分裂反応、核融合反応で発生するエネルギーの差について、その考え方を呟いてみる。いろいろ端折るけど。(・・・ごめんなさい、嘘です。勉強が足りなくてまだ途中なだけです・・・)

2013-03-02 18:19:18
夢乃 @iamdreamers

数字が一杯出る予定だけど、誤差は結構出るんじゃないかと思う。考え方だけ参考にしてもらえれば。(←最初から言い訳するなぁ~)

2013-03-02 18:19:51

その前に・・・

核分裂と核融合の基礎知識

・・・は、おさえといてください。

まとめ 核分裂と核融合 超簡単にまとめてみた。 23883 pv 238 16 users 36
まとめ 核分裂反応と核融合反応~核融合が暴走しない理由 たまに、「核融合が暴走したら?」という呟きを見るので、超簡単にまとめてみた。 55021 pv 319 18 users 65

化学反応によるエネルギー発生

夢乃 @iamdreamers

まず、化学反応によるエネルギーについて。いわゆる燃焼と言う奴。これは分子の結合状態が変わることで発生する。まず、原子が分子として結合するときのエネルギーを、水素を例に考えてみるね。

2013-03-02 18:20:58
化学反応によるエネルギー発生の考え方
夢乃 @iamdreamers

水素原子の場合、他の原子と結合するための手を一つ持っている。(原子に手が生えているわけじゃないよ。イメージ。・・・言うまでもないか)水素原子が二つ結合して、水素分子になる。 http://t.co/D4r9kadHRh

2013-03-02 18:21:58
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夢乃 @iamdreamers

水素原子二つが結合して水素分子になるとき、エネルギ-が放出される。 http://t.co/xYZWBEtciM

2013-03-02 18:22:40
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夢乃 @iamdreamers

逆に、水素分子に、結合するときと同じだけのエネルギーを外から与えると、分子の結合を解除して原子に分離する。 http://t.co/AWg0V9h07C

2013-03-02 18:23:24
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夢乃 @iamdreamers

この、原子が分子に結合するときに放出されたり、分子を原子に分離するときに必要になるエネルギーが、結合エネルギー。この結合エネルギーは原子ごとに決まっている。水素と水素の場合、結合エネルギーは4.48[eV]。([eV]=電子ボルト。1[eV]=1.602×10^-19[J]

2013-03-02 18:24:36
炭素の燃焼時の発生エネルギー
夢乃 @iamdreamers

それじゃ、燃焼によってどれだけのエネルギーが取り出せるか、考えてみよう。ごく一般的な、炭素が燃えて酸素と結合し二酸化炭素になる場合で。

2013-03-02 18:25:19
夢乃 @iamdreamers

水素のときに出た他の原子と結合する手だけど、炭素は四本酸素は二本、持っている。炭素は原子単体で分子を構成し、酸素は二つの原子が結合して分子を構成する。 http://t.co/1CC0Dy4Y1b

2013-03-02 18:25:57
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夢乃 @iamdreamers

結合エネルギーは、酸素と酸素の場合2.56[eV]炭素と酸素の場合4.15[eV]。あ、それぞれ手一つを繋ぐ場合ね。二つ繋ぐとこの二倍になるよ。

2013-03-02 18:26:27
夢乃 @iamdreamers

炭素を燃やして酸素と結合し二酸化炭素になる化学反応を化学式では、C+O2→CO2 と表せる。つまり、炭素分子一個と酸素分子一個(=酸素原子二個)が結合して二酸化炭素分子一個になる。このときのエネルギー変化を考えると・・・

2013-03-02 18:26:56
夢乃 @iamdreamers

まず、酸素分子の結合を解除しないといけない。酸素と酸素の結合エネルギーは2.56[eV]で、酸素は手を二本持ってるから、2.56×2=5.12[eV]のエネルギーを与えて結合を解除する。 http://t.co/xRt1h0j9hi

2013-03-02 18:29:08
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夢乃 @iamdreamers

次に、分離した二個の酸素原子が一個の炭素原子と結合する。炭素と酸素の結合エネルギーは4.15[eV]で、炭素は二本の手で一個の酸素と結合し、さらに結合する酸素は二個あるので、4.15×2×2=16.6[eV]のエネルギーが放出される。 http://t.co/YYXzJKlct6

2013-03-02 18:29:44
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夢乃 @iamdreamers

この、二酸化炭素の結合で放出されるエネルギーと酸素分子の分離に与えるエネルギーの差16.6-5.12=11.48[eV] が炭素の燃焼で得られるエネルギーということになる。

2013-03-02 18:30:00
夢乃 @iamdreamers

・・・けど、とりあえず、二酸化炭素の結合で得られる16.6[eV]だけ考えることにする。(理由は・・・この後の核分裂と核融合に必要なエネルギー量を理解できてないからっ・・・ごめんなさい・・・)

2013-03-02 18:30:19

核エネルギーの説明の前に

夢乃 @iamdreamers

次に、核分裂反応によって得られるエネルギーを考えてみる。

2013-03-02 18:30:59
統一原子質量単位 とは
夢乃 @iamdreamers

その前にまず、統一原子質量単位について。これは主に原子の質量を表すのに使う単位で記号[u]で表し、1[u]=1.661×10^-27[kg]。陽子や中性子の質量がほぼ1[u]なので原子質量を表すのに便利。

2013-03-02 18:31:18
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コメント

neologcutter @neologcuter 2013年3月2日
やっぱりエネルギーを得ようとするとリスクや手間がいるんですわね。風力や太陽光の場合「機材の後片付け」が問題になるし…
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お猿さん@轟驫麤 @mamachari3_Jpn 2013年3月2日
そういえば常温核融合フィーバーの頃、一所懸命勉強したなぁ
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浅学俊郎 @sengakut 2013年3月2日
これは参考になります。自分で計算するのが大事ですね。
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ゆ@普通のおとめ座超銀河団の労働者階級 @U_fort 2013年3月3日
ああ、「対消滅反応と比べて核反応は質量の千分の一をエネルギーに変える」って概算を聞いたことかるんだけど、数字で見ると本当に千分の一が失われているな・・・
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minkajninno @minkajninno 2013年3月3日
ちなみに、ウランやプルトニウムに比べてて水素ははるかにかさばるんで、一部のアレな人達が主張する純粋水爆は原理的に非常にデッカイ代物になる筈です。「ちきゅう」のドリルじゃ入りません。
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T.U.Yang @tadatsome3 2013年3月3日
まずはこういう考察を共有してからエネルギー政策は議論しなきゃ無意味ですよね。
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Sudoku Smith @SudokuSmith 2013年3月3日
面白い。今度はご自分でも指摘されているように入力エネルギーからの利得を計算してほしい。 化石燃料と核融合は温度を定義すれば良いと思うが核分裂は難しいか?
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Takanori Watanabe 💉💉 @takawata19 2013年3月3日
化学エネルギーは大体電池の起電力と同じぐらいだからeV単位と覚えとくと分かりやすいと思う。
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shimainu @shimainu99 2013年3月3日
昔読んだ本に、エネルギー変換効率のオーダーは化学反応10^-10、核分裂10^-7、核融合10^-4、対消滅1って書いてあった。
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kartis56 @kartis56 2013年3月3日
入力粒子の運動エネルギーを加算してないから。>DD反応の数字が合わない
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@kunuema 2014年5月25日
NIFでは既にレーザー核融合の効率が1を超えたと報告されていますね。 >核融合なんて、まだ与えたエネルギー分の回収もできてないし。
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