テレビシリーズ「Nothing But Thirty」の青い花火を制作するのはどれくらい難しいですか?

ドラマ「三十路の恋」では、「青い花火」は花火デザイナー徐煥山の最高の夢として何度も言及され、ストーリーを盛り上げる重要な要素として登場し続けています。

では、実際のところ、青い花火を作った人は誰もいないというのは本当でしょうか?

もちろん違います。銅化合物を加えると花火を青色にすることができます。

しかし、青い花火はまさに花火業界の聖杯です。純粋な青色の花火は美しいだけでなく、珍しいものでもあります。

この写真はチャウ・シンチーの映画「マーメイド」からのもので、加工されている。

パート1

花火にはなぜ色があるのでしょうか？青い花火を作るのはなぜ難しいのでしょうか？

純青色の花火は今でも花火大会の売りの一つとなっており、花火業界の聖杯と言っても過言ではありません。

青い花火はなぜ珍しいのでしょうか？

まず、花火がどのようにして「色」を帯びるのかを理解する必要があります。

一般的な花火の色を覚えていますか？

（写真提供：Veer Gallery）

花火がさまざまな色を表現できるのは、実際に絵画に使う顔料を加えるからではなく、さまざまな金属化合物を加えることで「炎色反応」と呼ばれる物理的変化が生じるからです。炎色反応とは、金属原子またはイオンが炎の中で異なる色を示す現象です。

左から右に、バリウム、ストロンチウム、リチウム、ナトリウム、銅、カリウムの炎色反応を示します (出典: Fine Art America)

金属元素を炎の中に置くと、金属の外側の電子が炎のエネルギーを吸収し、「遷移」を起こします。つまり、もともと安定した軌道を持っていた電子が、より高いエネルギーを持つ軌道に到達します。これは野球の打者がバットを振って、真っ直ぐ飛んできたボールをより高く遠くに飛ばすようなものです。

しかし、遷移後の電子は安定しておらず、すぐに以前のより低いエネルギー状態に戻ります。それは野球ボールと同じで、どれだけ高く飛んでも、最終的には地面に落ちてしまいます。このプロセスは遷移とも呼ばれますが、遷移の方向が高エネルギー軌道から低エネルギー軌道に戻るという点が異なります。このとき、電子はもともと吸収していたエネルギーを電磁波の形で放出します。

異なる元素の原子内の電子は、遷移するときに特定の波長の電磁波を放出します。この波長は特定の元素の種類に関連しており、原子の特性です。多くの金属原子の電子が飛び跳ねるときに放出される電磁波は、ちょうど可視光帯域内にあるため、人々はカラフルな色をはっきりと見ることができます。これが炎色反応の名前の由来です。

私たちが目にする青い花火は、実は無数の電子が青い光の形でエネルギーを放出しているものです。

一般的に、青色を生成するための着色剤としては、銅粉、硫酸銅、炭酸銅、硝酸銅、水酸化銅、塩基性炭酸銅、塩化第一銅など、銅または銅化合物が使用されます。その中でも、塩化第一銅 (CuCl) から放出される波長 420 ～ 460 ナノメートルの青色光が最も純粋です。これは、他の銅塩から生成される青色は通常、明確な緑色の色合いを持つためです。

さて、青い花火の原理を説明したので、本題に戻りましょう。青い花火を作るのはなぜ難しいのでしょうか?

これは主に以下の側面によって発生します。

まず、夜空は黒く見えますが、実際には非常に強い青みがかっています。青い花火を背景からはっきりと目立たせるのは簡単なことではありません。わずかな組成の変化でも燃焼温度や炎の色に大きな変化が生じるため、希望の色を出せるように花火剤の比率を調整するのは簡単ではありません。青い花火の場合は、夜空の背景とのコントラストも考慮する必要があるので、難しいことは想像に難くありません。

さらに、青い花火の生産を制限する自然な矛盾があります。一般的に、花火の燃焼時の温度が高いほど、炎の反応の色が明るくなり、視覚効果も良くなります。しかし同時に、温度が高すぎると着色剤として使用される金属塩が分解し、金属原子の状態が変化して期待した色が出なくなります。純粋な青色光を生成する可能性が最も高い塩化第一銅の分解温度はわずか数百度です。炎色反応を起こすと、実際に分解が始まります。したがって、青色光を出す場合は、温度を 1200 度以下に制御するのが最適です。そうしないと、他の明るい白色が生成され、青色光の純度に影響します。

しかし、結局のところ、青い花火が作りにくい理由は、材料の希少性と関係しています。他の色に対応する無機金属塩は多数存在しますが、青色光を発することができるのは塩化第一銅がほぼ唯一です。もちろん、調査対象候補のリストに有機銅塩を含めると、利用可能な選択肢は確かに大幅に増えるでしょう。問題は、花火の製造には大量の塩が必要であり、コストが非常に重要な要素であり、有機塩は明らかに高価すぎることです。

青い花火（写真提供：リン・ウェンチェン）

人類は何世紀にもわたり塩化第一銅の代替品を見つけようとしてきましたが、今日に至るまで塩化第一銅は青い花火の原料として選ばれ続けています。花火技術者は、花火の材料の配合を絶えず調整することによってのみ、最終的な青色を可能な限り明るく眩しいものにすることができます。そういう意味では、このテレビシリーズのストーリーは確かに現実に即したものであり、脚本家の深い知識に心から拍手を送りたい。

パート2

「GJ」、「UU」…この花火の模様はどうやって作られるのでしょうか？

青い花火を作るのが難しいことに加え、テレビシリーズでは「つづり花火」も登場した。ドラマの登場人物を応援するため、実際にヒロインのイニシャルを刻印した花火を打ち上げるメーカーもあった。

左側は劇中に登場する花火、右側は現実の花火で、どちらも花火と綴っている（出典：Weibo）

では、私たちが日常で目にするスペリング花火や模様花火は、どのように作られているのでしょうか？

ここで、大型花火に使われる花火玉について考えてみましょう。

花火玉は花火の一種です。その中心となるのは花火であり、これは燃焼するとさまざまな色の炎を発生させる物質です。花火の主な成分には、酸化剤、可燃物、着色剤、接着剤などがあります。その動作原理は、酸化剤が熱による可燃物の作用で分解し、放出された酸素が可燃物に供給されてさらに燃焼し、高温を発生させ、それによって（金属）着色剤が炎色反応を起こすように促し、接着剤がさまざまなコンポーネントを一体に結合する役割を果たすことです。

着色剤は通常、炎色反応を起こすことができるさまざまな金属塩で構成されています。まばゆいばかりの白色光だけが必要な場合は、マグネシウム粉末やアルミニウム粉末に代表される光沢剤を加えることもできます。通常の花火の燃焼温度は2000度程度ですが、光沢剤を加えると燃焼温度は3000度に達し、非常に明るい白熱光を発することができます。

花火の殻は通常、球形またはリング形です。球状またはリング状の外側には球状の花火剤が配置され、中心には起爆用の火薬が配置され、導火線に直接接続されています。花火を打ち上げ筒に詰める際、筒の中には実は一定量の発射薬の粉末が入っています。発射薬の役割は花火を空中に打ち上げることです。

推進剤が点火すると導火線も点火されます。花火が所定の高さまで上がると、導火線が花火の内部まで燃え移り、その後火薬が爆発して花火内の可燃性成分に点火します。

花火殻構造

（写真提供：加藤煙火株式会社）

花火剤は多層構造に作られることが多く、外側から内側にかけて各層に異なる組成の着色剤が含まれています。このように、上空で爆発が起こると、着色剤の外側の層が最初に爆発し、次に中間の層、最後に内側の層が爆発します。これの利点は、花火が明確な段階的な色の変化効果を示し、鑑賞体験が向上することです。

綴り花火や模様花火の場合、花火玉を異なる強さや方向で噴射する効果を得るには、主に起爆する火薬の装填方向と量を制御することが主な方法です。

ハート型の花火構造

（写真提供：加藤煙火株式会社）

パート3

花火は美しいですが、安全な保管と安全な使用に常に注意する必要があります

大阪淀川花火大会2019

（写真提供：リン・ウェンチェン）

花火は可燃性、爆発性のある物品であり、製造、使用、保管のあらゆる段階で危険が発生する可能性があります。専門家による操作が必要な大型花火から、一般の民間花火まで、多くの爆発や火災事故を引き起こしています。花火製造業者やプロの花火打ち上げ関係者にとって、花火の製造と流通のあらゆるリンクを管理することは、自らの安全と公衆の安全を確保するために果たさなければならない責任です。一般消費者にとって、花火を打ち上げる際に起こり得る隠れた危険を理解することは常識です。

大型花火を使用する場合、安全上の問題が 3 つあります。

まず、ヒューズの故障による不発弾。大量の火薬を装填した不発弾は、やがて地面に落ちてきます。一般的な花火大会では、不発弾や残弾があっても湖面や海面に直接落ちるよう最大限の努力をしますが、万が一不発弾に遭遇した場合は、すぐに消防署に連絡して処理してもらってください。

第二に、イグナイターの故障により点火不良が発生し、電子機器が誤作動する可能性があります。歴史上、このような理由で花火大会が失敗したり中止になった例は数多くあります。

この時点で一時的に手動点火が必要な場合は、オペレーターは十分に保護されなければなりません。さらに、充電量が一定レベルを超えるとリモート点火を実行する必要があります。

3つ目は、花火の打ち上げの過程で、打ち上げ筒が倒れるなどの事故が起こる可能性があるため、事前に機材を最良の状態に保つ必要があることです。一般的な民生用の花火は、大型花火に比べると火薬の量がはるかに少ないとはいえ、危険の可能性は無視できないため、基本的な安全対策を守らなければなりません。

まず第一に、花火を禁止区域や禁止時間帯に打ち上げることは違法であるということを明確にしなければなりません。花火を打ち上げる前に必ず関連情報を確認してください。花火を打ち上げる際は、絶対に人や他の動物に向けて発射しないでください。また、周囲に可燃物や爆発物の無いか必ず注意してください。花火を打ち上げる前に、天気予報を忘れずにチェックしてください。強風は火災の原因になりやすいので、そのような気象条件下では花火は避けるべきです。筒花火に点火した後、うまく点火しない場合は、花火の噴射口を直接見ないでください。最後に、花火の外装を解体し、火薬を注ぎ出して点火するのは大変危険です！私たちは安全に注意を払い、関連する安全規則を厳守し、生命と健康を大切にしなければなりません。

人々はしばしば「人生は夏の花のようだ」という言葉を使って、そのはかない美しさを表現しますが、花火は夏の花よりもさらにはかないものです。銀河は夢のようで、花火はすぐに消えてしまいますが、その輝きの後に何が来るのかは分かりません。テレビシリーズに出てくる花火デザイナーは、かつては多くのものを持っていたが、結局、すべてを失った。私たちの人生は花火に似ています。花火が咲いたときの輝きを追求するのは当然ですが、製造や保管のあらゆる目立たない段階も忘れてはなりません。そうでなければ、次の素晴らしい瞬間は跡形もなく消えてしまう可能性が非常に高いでしょう。

参考文献:

1. 青い炎の花火の作曲：簡潔なレビュー

http://www.jpyro.co.uk/?p=1148

2. 鮮やかな青い花火が見られない理由

https://www.businessinsider.com/fireworks-blue-pyrotechnics-chemical-hard-make-2019-7

3. 赤、白、青はめったにない - 花火の色の科学を解説

https://theconversation.com/red-white-but-rarely-blue-the-science-of-fireworks-colors-explained-119284

4. 花火の進化

https://web.archive.org/web/20160106154801/https://ssec.si.edu/stemvisions-blog/evolution-fireworks

5. 科学によれば、青い花火を作るのは難しい理由

https://www.inverse.com/article/33623-blue-fireworks

制作：中国科学普及協会