やさしい物理兼政治講座ⅴ145「原子力発電の必要性と核分裂生成物の有効利用のすゝめ」
「羹に懲りて膾を吹く」は、「あつものにこりてなますをふく」と読み、「ひどい目にあって用心深くなりすぎる」という意味の言葉です。
人類の科学・文明の発展の一つは「火」を怖がりながらも、生活に取り込んだ。「火」による事故の「火事」は起こるが、それを恐れて「火」を止めたことは人類歴史上ない。近年、人類が手にした「核」という「火」を極度に恐れてはいけない。「制御」と対策によりこれからの人類のエネルギー問題を解決するツールである。
最近ニュースで「核」による「原子力」の記事を目にしたので紹介する。今は、核分裂から引き出したエネルギーで電力を賄っているが、次の世代は「核融合」によるエネルギーの有効利用となることであろう。しかし、今、喫緊の課題としてのCO₂削減策としては「原子力」しかないのである。
皇紀2682年1月18日
さいたま市桜区
理論物理研究者 田村 司
１，グリーンな投資先として認める方針
電気事業連合会の池辺和弘会長（九州電力社長）は１４日、東京都内で記者会見し、欧州連合（ＥＵ）の欧州委員会が原子力発電を天然ガス発電とともに地球温暖化対策に資するグリーンな投資先として認める方針を示したことについて「ＥＵ以外の国にも影響してくる。その中には日本も含まれるだろう」と述べた。
池辺氏は、欧州委の方針について「科学的な事実に基づいて判断すると原子力は必要だし、天然ガスもトランジション（脱炭素への移行）という意味で当面必要という結論だと思う。地に足のついた、事実に基づいた議論の結果だ。非常に意義深い」と評価した。
２，放射線（α・β・γ）発電の提言
核分裂生成物を「核のゴミ」として廃棄せずに、有効利用すべきである。
核分裂生成物による発熱、ガンマー線、などの放射線は、「核ごみ」として地中に保存（廃棄）することなく、半減期の期間はエネルギーに変換できる資源として、「核ごみ」は取り扱うことが、有効な資源活用であると吾輩は強く思う。
⑴、太陽光発電技術の応用と新技術開発の必要性
光電効果のE=ℎνからわかるようにガンマー線を電気エネルギに変換する技術の開発。現在、原子力発電というと聞こえがよいが実体の原理は火力発電と変わらない。しかも発生した熱効率も３０％程度のようす。また夜間は発電されても消費されない。核反応から発生するガンマー線エネルギーを電気エネルギーに変換する応用技術の開発。
「太陽光発電システム」では、シリコン半導体に光が当たると電気が発生する現象を利用し、太陽の「光エネルギー」（可視光）を直接「電気エネルギー」に変換して活用します。原理は電気的な性質が異なるN型半導体とP型半導体を重ね合わせて光を当てると、接合面を境にN型側に電子（－）、P型側に正孔（＋）が集まるという性質を活用し、それぞれの電極をつなぐことで電気が流れる仕組みを作り出している。
太陽電池モジュールの発電によって生まれる直流電力は、パワーコンディショナによって、一般に利用できる交流電力（電力会社が供給するのと同じ）に変換されます。「太陽光発電システム」には、商用の電力線とつなげる「系統連系システム」と、発電した電気をバッテリーに蓄えたり、そのままで使う「独立電源システム」がある。
⑵、熱電対の原理（ゼーベック効果）と「ペルチェ素子による冷却と発電」
1821年、ドイツ人科学者ゼーベック（T.J.Seebeck）が、2つの異なる金属をつなげて、両方の接点に温度差を与えると、金属の間に電圧が発生し、電流が流れることを発見しました。
この現象を発見者の名前をとって「ゼーベック効果」と言います。この回路に電流を起こさせる電力を熱起電力（Thermoelectromotive force）と呼ばれ、その極性と大きさは2種類の導体の材質と両端の温度差のみによって定まることが確認されています。核分裂による熱反応はこれの方法により電気エネルギーに変換可能である。
熱電対は前述のゼーベック効果により、2種類の金属の接合部（測温接点）T1の温度と計測器側接点（基準接点）T0の温度差Tによる電圧を発生します。
ペルチェ素子は直流電流を流すことにより、一方の面から他方の面に熱を移動させる効果のある熱電変換デバイスで、冷却と加熱及び温度制御をおこなうことができる半導体素子（６００円から２０００円）です。
ペルチェ効果：２つの異なる金属を電気的に直列に結合して直流電流を流すとその結合部分にジュール熱以外の吸熱及び発熱が発生する現象。
原理：ｐ型の熱電半導体とｎ型の熱電半導体を銅電極で接合し、ｎ型から直流電流を流すと上側の接合面から下側の接合面へ熱を運びます。また電源の極性を逆にすることにより、熱の移動方向も逆になるので冷却・加熱を完全に逆転することが可能です。
ペルチェ素子（熱電発電）はペルチェ効果の逆反応であるゼーベック効果を利用して、熱（温度差）を利用して電気をつくることができる。
核反応の熱で高熱の水蒸気でタービンを回すことによる発電方法より、緩やかな発熱による温度差で発電できるのである。核分裂生成物による発熱、ガンマー線、などの放射線は、「核ごみ」として地中に保存（廃棄）することなく、半減期の期間はエネルギーに変換できる資源として、「核ごみ」は取り扱うことが、有効な資源活用であると吾輩は強く思う。
⑶、蓄電により発電効率を高める必要性。
これは技術的には可能であり、設備費用の問題であろう。
３，国防のための提言
⑴、荷電粒子砲の開発
荷電粒子砲（かでんりゅうしほう）は、高速の荷電粒子を撃ち出す兵器。
加速器の小型化が難しいため、未だ空想科学上の兵器である。しかし、実用性を問わなければ現代の技術でも実現可能である。
⑵、電磁気加速装置（「レールガン」の開発
物体を電磁気力により加速して撃ち出す装置である。
ローレンツ力（電磁気力）は、電磁場中で運動する荷電粒子が受ける力のことである。 名前はヘンドリック・ローレンツに由来する。
なお、電磁気力に基づく投射様式全般の呼称として、電磁投射砲(でんじとうしゃほう)やEML 、電磁加速砲などがある。原理が単純で古くから知られていることもあり、ビデオゲームをはじめとするサイエンス・フィクション作品に幅広く登場しており、それらの作中では兵器として扱われることが多い（レールガンに関連する作品の一覧）。なお、レールという言葉が含まれているが、いわゆる鉄道や列車砲とは無関係である。
6.1兵器としての実用化この装置は並行に置かれた2本のレールとなる電極棒の上に弾体となる金属片を乗せて電流を流し、電磁力により金属片を駆動し射出するというものである。
磁場を与えるために磁石やコイルが追加されることがある。入力される電力が増え弾体が高速になるにつれ
といったデメリットが生じる。なお以下に詳しく述べるが、発射に足る電力（主に電流の量的な問題）の供給も大きな課題となっており、また大電流によってレールや弾体の一部が蒸発・プラズマ化するといった問題が生じる。
既に実用化に向けた取り組みが盛んであるが、概念上のもの、または架空のものと「誤解」して扱われる場面が多い。一例として、後述するように米軍により2016年に電磁加速砲を洋上実験する計画がある。ほかにも2019年現在、米国、ロシア、中国、トルコ、日本などがレールガンの軍事研究を進めていると発表、また開発中の発射映像を公開している。技術的には米軍が兵器分野でリードしており、陸上と艦船で何度もテストを実施している。また、トルコ軍は多種の兵器応用能力を備える電磁砲を開発し、国際防衛見本市で販売している。
既に実用化に向けた取り組みが盛んであるが、概念上のもの、または架空のものと「誤解」して扱われる場面が多い。一例として、後述するように米軍により2016年に電磁加速砲を洋上実験する計画がある。ほかにも2019年現在、米国、ロシア、中国、トルコ、日本などがレールガンの軍事研究を進めていると発表、また開発中の発射映像を公開している。技術的には米軍が兵器分野でリードしており、陸上と艦船で何度もテストを実施している。また、トルコ軍は多種の兵器応用能力を備える電磁砲を開発し、国際防衛見本市で販売している。
原理/構造
単純には、並行に置かれた2本の電極をレールとし、その上に弾体となる金属辺を乗せ、レールのそれぞれを電源の両極につなげば実現する。
2本のレールの通電側が銃尾に相当する。
銃尾に近いところで、2つの電極両方と触れるように弾体を置く（いわゆる「弾の装填」に相当）ことで電気回路が形成される。
電流が流れている間、弾体は、レールの解放端（電流が流れていない側）へ向かう方向に駆動される。
この駆動力は磁場の中に置いた導体に電流を流した時に生じる力、あるいは通電中の導体同士に働く相互作用としてフレミング左手の法則に基づくごくごく一般的なものであり、以下に述べる通り基本原理自体は単純である。
電流によって生じる磁場
レールと弾体によって形成される「コの字」状の回路に通電するとき、電流を取り巻く磁場が考えられる。電流によって生ずる磁場の方向は、「右手の親指を電流の方向に沿わせたときに他の4指が巻く向き」である。「コの字」の収まる面内で弾体の周囲に着目すると、磁場の向きは面に垂直でかつ、「コの字」の内側と外側で逆向きになっている。
さらにいうと「コの字」の角の部分の内側が特に磁場が強く、これが駆動に寄与する。弾体の内部に分布する駆動力は一様ではなく、レール方向に対し減速する方向や横向きに働く部分もあるが、前述の『「コ」の字の角の内側』が支配的であり、弾体を加速させている。
※高出力を得るためには、レール電流の他に追加の磁場源（磁石や電磁石）を置くほうが容易である。
参考文献（資料）
やさしい物理講座V44「電磁気加速装置」兼政治講座「レールガン」｜tsukasa_tamura｜note
核分裂生成物の解決法 副題 放射線（α・β・γ）発電の提言
「ペルチェ素子による冷却と発電」 2017.11.25 埼玉大学理学部 宇宙粒子線研究室 公開理科実験
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原子力安全研究＜中項目＞ 環境放射能の安全研究
＜小項目＞ 安全評価研究
https://atomica.jaea.go.jp/data/detail/dat_detail_06-03-05-09.html
日本学術会議の核廃棄物処理提言の問題点
http://www.gepr.org/ja/contents/20150223-03/
「核のゴミ」とは？
https://kakushelter.net/article/35/
「核のゴミ」最終処分場の前に、原発廃止か継続かを決着せよ！
現在の原子力政策の継続を前提とした処分地探しは必ず頓挫する
https://webronza.asahi.com/politics/articles/2020082700010.html
原子力発電のごみって？
https://www.fepc.or.jp/sp/chisoushobun/about.html
太陽光発電のしくみ
https://www.chuden.co.jp/energy/ene_about/electric/kids_denki/tsukuru/tsu_solar/
光を電気に変える仕組み
https://www.kyocera.co.jp/solar/support/topics/system/
熱電対の原理
https://www.keyence.co.jp/ss/products/recorder/lab/thermometry/thermocouple.jsp
京都大学HP
https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2015/150422_1.html
オレンジ法律事務所
https://orangelaw.jp/blog/orangechiebukuro/tritium-isotope
山田克哉著 『日本は原子爆弾をつくれるのか』 PHP 2009.1.30第1版第1刷発行
武田邦彦著 『原発と日本の核武装』 詩想社 2016.9.25 第1刷発行
佐藤栄佐久著 『福島原発の真実』 平凡社 2011.6.22 初版第1刷発行
北村俊郎著 『原発推進者の無念』 平凡社 2011.10.14 初版第1刷発行
伊藤守著 『テレビは原発事故をどうつたえたのか』 平凡社 2012.3.15 初版第1刷発行
小出裕章著 『原発のウソ』 扶桑社 2011.6.30 ５刷発行
槌屋治紀著 『燃料電池と水素エネルギー』 ソフトバンククリエイティブ 2007.3.24初版第1刷発行
佐高信著 『電力と国家』 集英社 2011.10.19 第1刷発行
参考文献
欧州の原発グリーン認定 電事連「日本にも影響」 (msn.com)
やさしい物理講座V2「放射線（α・β・γ）発電は可能（これで、核分裂生成物は『核のゴミ』ではなく資源となる） 」｜tsukasa_tamura｜note
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