核兵器は、昔ながらの火薬を使った爆弾と比べて、文字通り桁違いの威力なので、もう適切な使い所がないという…。

核兵器の種類

核兵器は、大きく分けると、 原爆（原子爆弾） と 水爆（水素爆弾） の二種類になります。

日本が投下されたのは原爆の方ですね。

原爆は「核分裂」を利用し、水爆は「核融合」を利用しています。

核分裂とか核融合というのは、原子核がくっついたり分裂したりするという意味ですが、その時にすごいエネルギーを出すのですね。それを利用して大爆発を起こすのが、核兵器なのです。

原子のしくみ

原子の構造

全ての物質は原子の集合体です。 原子爆弾の材料となるウランやプルトニウムもそうです。

その原子というのは、

①陽子（プラスの電気を帯びている）と、 ②中性子（全く電気を帯びていない）と、 ③電子（マイナスの電気を帯びた）

の3つから構成されています。

陽子と中性子がくっついて「核」を構成し、その核の周りを電子が飛び回っています。

陽子と中性子は合わせて「核子」と呼びます。この核子同士がくっついて原子核になるわけですね。

陽子の数

原子は、原子核に含まれる陽子の数によって、その性質が決まってきます。

これ、理科の授業で見たことありますよね。主だった原子の種類を左上から右に向かって陽子の数順に並べたものです。

最も軽い水素の原子核は、陽子1個。 2番目に軽いヘリウムの原子核は、陽子2個。 原爆の材料で有名なウランの原子核には、92個の陽子が含まれています。

質量欠損

この世の全ての物質の原子核には、陽子と中性子（＝核子）が含まれていますが、 陽子と中性子はほぼ同じ重さなので、核子の数が多ければ多いほど原子は重くなっていきます。

しかし、単純に増えていくわけではありません。

ここで問題です。

シンプルに考えれば、答えは「4倍」です。

しかし、実際にその重さを比べてみると、3.97倍なのです。

不思議ですね。

核子は、結合するとバラバラの時より軽くなるのです。

この現象を、「質量欠損」と言います。

では、この減ってしまった質量はどこに行ったかと言うと、核子同士の結合エネルギーに変換されています。

核子同士がギュ〜ッとくっつく、この「ギュ〜ッ」の力の源が、核子の質量なのです。

ここで出てくるのが、アインシュタインの有名な公式、

です。

これが表しているのは、エネルギーは質量であり、質量はエネルギーであるという事。

禅問答のような話ですが、その実例がこの質量欠損なのです。

なお、「ギュ〜ッ」に必要なエネルギー（=質量）は、物質の種類によって異なります。

このグラフはかなり大事。よぉぉく見ておいてください。

横軸は核子の数。 右に行くほど重い物質になります。

縦軸は質量欠損の度合い。 上に行くほど質量がたくさん減ります。

このグラフを見てみると、核子の数が60個くらいの所が、一番質量欠損が大きくなっていますよね。

質量欠損が大きいという事は、核子同士の結合エネルギーが大きいという事。すごくギュ〜〜〜ッとくっついているのです。

鉄とかニッケルとかが、「最も安定している物資」と言われているのはその為です。

水素から鉄までの物質では、核子の数が増えるに従い、核子あたりの質量はどんどん軽くなります。

そして、鉄より重い物質になると、核子の数が増えるほど、核子あたりの質量はどんどん重くなります。

いったんまとめ。

さて、文系の皆さんの為に、ここまでの話をまとめてみます。

①原子は、「原子核」とその周りを飛ぶ電子で出来ている。

「原子核」は、「陽子」と「中性子」がくっついて出来ている。※「陽子」と「中性子」を合わせて「核子」と呼ぶ。 原子核に含まれる核子の数でその原子の種類や性質が決まる。

②核子がくっついて原子核になると、くっつく前より質量が減る。

減った分の質量は、核子同士が結合する為のエネルギーに変わる。これを「質量欠損」と言う。

③質量欠損が一番大きいのは鉄。

それより重い物質になると、質量欠損は小さくなる。

核分裂した結果www

こういった原子核の特徴を利用したのが、核分裂反応なのであります。

核分裂反応とは、原子核が分裂する事です。そのまんまですね。

1つの重い原子核が、2つのより軽い原子核に割れ、その時ついでに2～3個の中性子がフリーになって飛び出します。

ウランの場合。

この時、ウランがより軽い原子2つに変わるわけですが、ここで例のグラフを見てみましょう。

ウランのように核子の数が200個以上もある原子核と、核子の数が100個位の原子核を比較してみると、100個位の原子核の核子の方が軽いわけです。

便宜的に、ウランの原子核の重さを200mgと想定して、真っ二つに割ってみましょう。

ウランを真っ二つに割ると、割れた後の原子核の重さは、100mg・・・にはなりません。98mgくらいになります。

もともと200mgだったウランですが、二つに割ると、「98mg＋98mg＝196mg」となり、4mgほど軽くなるのです。※この重さは適当です。本当はもっと遥かに軽い。

しかし、この余った4mgの行き場はないので、”E=MC²“の公式の通り、熱エネルギーに変換されるのです。

これが、核分裂反応を利用してエネルギーを得る基本原理です。

核融合の場合

なお、補足ですが、この方法でエネルギーを取り出せる物質は、鉄より重いものに限ります。

なぜなら、鉄より軽い物質は、原子核を割ると質量が足りなくなるからです。

鉄より軽い原子核（重さを仮に20mgとします）を真っ二つに割ると、10mgではなく、10.5mgになるのです。

もともと20mgだった物質を二つに割ると、「10.5mg+10.5mg=21mg」となり、1mgの質量が足りなくなります。

この足りない質量を補うためには、逆にエネルギーを加えてあげなくてはなりません。損するだけなので、誰もやりませんけどね。

というわけで、鉄より軽い物質からエネルギーを得ようとする場合、逆に核融合を利用することになります。

その考え方は核分裂の逆で、「核子をくっつけて余ったエネルギーを取り出そう」というものです。

例えば、水素をくっつけてヘリウムを作る場合。

水素原子には1個の核子、ヘリウム原子には4個の核子が含まれています。

そこで、水素原子を4個くっつけてヘリウム原子を一個作るわけですが、「1mg+1mg+1mg+1mg」の結果は、4mgにはなりません。

ヘリウムの方が質量欠損の度合いが大きいので、ヘリウムの質量は3.96mgとなります。

もともと4mgだったものが3.96mgになり、質量が0.04mg余りました。

この余った0.04mgをエネルギーとして取り出すのが核融合という考え方なのです。

人為的に核分裂反応を起こすには

では、どのようにして原子核を分裂させればいいのでしょうか。

科学者たちは、試行錯誤の末ついに、ウラン235という物質の原子核に中性子をぶつけると、その原子核が2つに割れる事を発見します。

代表的な原子爆弾の材料であるウランには、主にウラン235とウラン238があります。この235とか238という数字は、核子の数を意味しています。

ウランの陽子数は92個と決まっていますので、残りの数が、中性子となります。

ウラン235なら中性子は143個。ウラン238は中性子は146個です。

しかし、中性子たった3個の違いですが、なぜかウラン235の方が不安定。

これに中性子を1個ぶつけると、一瞬だけウラン236になりますが、不安定過ぎるためすぐに二つに分裂してしまいます。

この時に、2～3個の中性子と熱エネルギーが放出されます。

もしこの時、すぐ隣にもウラン235があったらどうなるでしょう？

飛び出した中性子が隣のウラン235の原子核にぶつかるので、さらにエネルギーと2～3個の中性子が出てきますね。

こうして、連鎖反応的に核分裂を起こす事が出来るのですね。

このウラン235は結合が不安定過ぎて、ほっといても一定の確立で核分裂します。しかし、ある程度まとまったウランの塊でないと、核分裂反応が連鎖する事はありません。

このある程度の量を、「臨界量」と言います。

原子爆弾のしくみ

日本に投下された原子爆弾は、リトルボーイ（広島）とファットマン（長崎）。

今度は、この二つの爆弾の仕組みを見てみましょう。

リトルボーイ

リトルボーイは、人類史上初めて実際に使用された原子爆弾です。

用いられた形式は、「ガンバレル型」と呼ばれるもの。

ガンバレルとは、砲身という意味で、文字通り爆弾の中に砲身がはいっています。

これが中身です。ウラン235の塊が砲身の両サイドにあり、片側のウラン235の裏には火薬が仕込まれています。この時点では、どちらも臨界量以下です。

片側に仕込まれた火薬を炸裂させると、ウラン235が砲身内を移動してもう片方と合体、1つの大きな塊になり、臨界量を超えて一気に爆発するのです。

リトルボーイには50kgのウラン235が搭載されていましたが、そのうちの1kgが核分裂を起こしたと言われています。残りは吹っ飛んでいきました。

1キロのウラン235が全て核分裂するのが、だいたい1億分の1秒くらい。あっという間に連鎖して爆発します。

この時の爆発の大きさは、TNT火薬に換算すると15,000トン分でした。核分裂のエネルギーがいかに効率的か分かりますね。

ファットマン

こちらは、リトルボーイと比べて随分丸っこい形です。

ファットマンはインプロージョン型という形式で、中にはこのような装置がはいっています。

外側に火薬、中心部にはプルトニウムが仕込まれています。ウランと違い、プルトニウムは自然に核分裂を起こす事はありませんので、中心に中性子を放出するイニシエーターという装置がセットされています。

外側の火薬を厳密にピッタリ同時に爆発させると、中心部に向かって物凄い圧力がかかります。

すると、中心部のイニシエーターから中性子が放出され、プルトニウムの核分裂連鎖反応が起こります。

ファットマンに搭載されたプルトニウムはたったの1kg。しかしその威力は、TNT火薬22,000トン分でした。

ファットマン投下前の長崎中心部

↓

ファットマン投下後

跡形も無くなっています…。

核兵器は、非戦闘員を巻き込んだり、環境を汚染したりと、デメリットが多過ぎて、現代の戦争においては適切な使い所がありません。

もし使われるとしたら、最後の最後にヤケクソで発射するくらいでしょうか。

ただ、棍棒でポコポコ殴ってた時代と比べたら、よくぞここまで進化したなあと思ったりもします。人類の叡智の結晶の一つなのは間違いありません。

非人道的とか危ないとか、そういう観点だけで語っても建設的じゃないですよね。

捏造というところでだいたい決着したような感じですが、彼女の捏造に言及する際、「常温核融合なみのスキャンダル」というフレーズがよく使われていました。

へー、なんて思ってテレビを観ていたわけですが、よく考えてみると、そもそも「常温核融合」がわからない。というか、「核融合」もわからない。

というわけで、文系の管理人がちょっと調べてみました。

助成金を申請したら…

今を去ること四半世紀、1989年3月23日のことです。

ユタ大学が出した一枚のプレスリリースが、世界を揺るがせました。

この驚くべき技術を発見したのは、サウサンプトン大学のマーティン・フライシュマン教授と、ユタ大学のスタンレー・ポンズ教授。

2人は一躍、時の人となります。

ポンズとフライシュマン

世界中の注目を集める中、ユタ大学にてフライシュマンは記者会見を開催。この会見にはユタ大学の学長なども同席していました。

こうして、常温核融合発見のニュースは、またたくまに世界を駆け巡りました。

太陽が輝いているわけ

ところで、太陽はなんで輝いているか知っていますか？

ギリシャの哲学者アナクサゴラスは紀元前5世紀半ば、太陽が「ギリシャよりそう大きくはない赤く熱した鉄の球」であると主張しました。

笑ってはダメです。20世紀に入ってしばらくまでは、ほとんどの天文学者が同じように太陽は鉄でできていると考えていたのですから。

問題は、その「鉄」を燃やし続けているエネルギーが、どこから供給されつづけているか、でした。

21世紀に生きる我々にとっては常識ですが、太陽は、超大量の水素とヘリウムの塊です。

そして、4つの水素原子が、太陽中心部で1500万度の温度と2500億気圧により押し潰され、1つのヘリウム原子になります。

4つの水素原子 → 1つのヘリウム原子。

その質量を比べてみると、0.7%くらいヘリウムの方が軽くなります。

この軽くなった質量の分だけ、エネルギーが外に放出されるのです。

こうして放出されたエネルギーがどれくらいのものかというと、同じ質量の石油を燃やした場合の8000万倍に達します。

この莫大なエネルギーが、太陽をギラギラと輝かせているのです。

科学者たちは、この太陽をなんとか人為的に作り、そしてコントロール出来ないものかと研究を重ねていました。

そうして、唯一実用化出来たのが、地上最大の威力を持つ水素爆弾（水爆）です。

核分裂反応をトリガーとして、水素の核融合を引き起こし、物凄い大爆発を起こす恐ろしい兵器です。

一方、エネルギーを取り出す方向の研究は、なかなかうまくいかず、現時点でも未だ実用化の目処は立っていません。

核融合を起こすためには原子核同士をくっつければいいだけです。

しかし、原子核同士は反発し合うので、原子核同士を強引にくっつけなくてはなりません。

現状では、原子核をくっつけるのに使うエネルギーは、核融合で得られるエネルギーより大きいため、単なる損なのであります。

そもそも、連続的に核融合反応を起こし続けるためには、数億℃という超高温が必要になります。

それに耐えうる容器なんてありませんので、高温でプラズマ化した原子核を磁場で閉じ込めるとか、なんかものすごい高度な技術が今でも研究されています。それでもまだ、全然割に合わないのです。

このように、核融合というのは、そう簡単に実現できない夢の技術です。

それを、常温でしかも簡単な装置で核融合を起こしてしまうというのですから、世界中が驚き、おまけに科学者からはウサンクサイ目で見られたことは、想像に難くありません。

常温核融合の仕組み

フライシュマンとポンズが発表した常温核融合の仕組みは、おっそろしくシンプルなものでした。

重水（重水素と酸素でできた水。普通の水よりちょっと重い。）を入れたビーカーに、バッテリーをつないだパラジウムという金属の棒を入れます。

バッテリーのもう一方の極は白金のコイルをつなぎ、ビーカーの内壁に沿わせます。

電流が白金コイルを通って重水に流れると、重水素の原子がパラジウムに吸収される、というもの。

ポイントは、パラジウムという金属の性質です。

パラジウムは水素を大量に吸収する能力を持った金属。

常温・通常の圧力下でも、みずからの体積の900倍もの水素を吸収できるのです。

フライシュマンとポンズは、パラジウム原子が重水素原子を吸収することにより、水素原子がギュウギュウに詰め込まれ、核融合が起きるくらいまで原子核同士を近づけられるのではないかと仮説を立てました。

そして、実験によって、実際にコイルに1ワットの電力を流した結果、ビーカー内の水温が4ワット分も急上昇したと発表したのです。

水温が上がった理由は、重水素原子の核融合以外に考えられない、と。

核融合の実験自体は、すでに始まってから数十年が経過していました。

すでに膨大な額の研究費がついやされ、多くの研究者がそれに従事してきたというのに、なんと高校レベルの化学実験のような装置で核融合が起こせる！というのですから、即座に世界中で追試実験が始まりました。

当時のタイム誌の表紙も飾りました。

米国エネルギー省は、エネルギー研究諮問委員会を招集し、各国で行われた追試結果の判定が行われました。そうして同年11月、委員会の裁定が下ります。

という大変に厳しいものでした。要するに、デタラメだよということですね。

世界は物凄い勢いで手のひらを返し、この常温核融合を、科学界の一大スキャンダルとしてバッシングするようになりました。

助成金目当て、ユタ大学の経営難、他大学との主導権争いなど、このインチキ発表の背後が様々に想像され、フライシュマンとポンズの研究者生命は断たれることとなりました。

しかしそれでも、一部の研究者は常温核融合を研究し続けました。

常温核融合を支持したために…

米海軍研究試験所

あまり有名ではありませんが、アメリカの軍隊には科学研究所があります。

ふだんは表にあらわれることはないのですが、本年4月の「米海軍の「海水燃料」がもたらす大変革」のように、ときどきひょこっと出て来て、そういうことをやっていたのか、と人を驚かせるような研究所です。

実は常温核融合の共同研究者マーティン・フライシュマンも、海軍の顧問でした。

海軍の研究者のなかには、同様の低温核融合の研究に取り組んでいる科学者たちもおり、またフライシュマンと共同論文を発表した研究者も多かったのです。

彼らはフライシュマンが英国王立協会の会員であり、何百という査読を受けた論文を発表している優秀な研究者、ペテン師ではなく、世界有数の電気化学者であることをよく知っていました。

その中に、メルヴィン・マイルズという研究者がいました。

メルヴィン・マイルズ

当初、マイルズも追試をおこない、その「反応なし」の結果は、エネルギー研究諮問委員会の調査報告書にも加えられていました。

ところが、1990年にマイルズがフライシュマンが使用したパラジウム試料が何であったかを知り、同じメーカー・種類のものを取り寄せて実験したところ、8回の実験で、30-50％増しのエネルギーを発生させることができたのです。

ところが、世はまさに「科学界における常温核融合は、教会でポルノの話をするのと同じくらい不適切」という時代。

マイルズの「電気分析化学ジャーナル」に発表された論文は、無視されました。というか、無視されるどころか、マイルズの研究者としてのキャリアを断ち切るようなものだったのです。

マイルズもまた、以降の再現実験に失敗を重ね、1994年までは一度も過剰熱を発生させることができませんでした。

1996年、やっとパラジウム合金の理想の配合が定まり、新たに作られた電極で、30-40％の過剰熱をコンスタントに出せるようになったころには、常温核融合への助成は打ち切られ、マイルズも実質的な解雇を申しつけられてしまったのでした。

ジュリアン・シュウィンガー博士

常温核融合に興味を示したために、毀誉褒貶にさらされた人物もいました。

1965年、量子電磁力学を確立したことで、ノーベル物理学賞を受賞したジュリアン・シュウィンガーです。

ジュリアン・シュウィンガー

1989年、シュウィンガーは常温核融合に関する仮説を述べた8本の論文を書きました。

シュウィンガーに関心があったのは、ポンズとフライシュマンが正しいかどうかではなく、

「原子もしくは化学レベルの操作で核エネルギーを生むことができるかどうか」

ということだったのです。

ところが、アメリカ物理学会は掲載を拒否します。シュウィンガーは、常温核融合を研究することにすさまじい圧力がかけられていることを感じ、学問の自由が蹂躙されているように感じました。

1994年、シュウィンガーの死去を報じる中で、「ネイチャー」はシュウィンガーの晩年をこう記します。

「しだいに孤立し、世界の物理学界と疎遠になった」

風向きが変わる？

2004年、米国エネルギー省は、1989年に発表した常温核融合の調査報告書のひとつを修正しました。

ポンズとフライシュマンが最初に発表をおこなったあとの追試実験では、いずれも過剰熱の発生は観察されなかったと報告されていたのですが、そのうちのひとつ、MITの報告書は正確ではなく、過剰熱の発生を示すデータが、熱の発生がないものに差し替えられていたのです。

確かに、MITが計測したのは過剰熱というだけで、温度は急上昇するまでには至りませんでした。それでも、エネルギー省は常温核融合に「注目すべきものがある」と認めるまでにはなったのです。

果たしてそれがなんらかの核反応が起きているのか。それが「常温核融合」と呼べるものなのかどうか、今のところ我々にはわかりません。

ですが、今でも研究自体は継続されており、その物語はまだ終わってはいないようです。

STAP細胞も、常温核融合と同じ運命をたどる可能性が、微粒子レベルで存在しないことはないかと。

念のため、手のひらを返す準備だけはしておいた方がいいかもしれませんね。