なぜ電気自動車は原子力電池を使わないのでしょうか？

今のところ、人類が制御できる最大のエネルギーは原子力エネルギーです。原子力エネルギーが非常に強力である理由は、核反応によって質量をエネルギーに変換できるからです。

人類が原子力エネルギーを習得する前は、得られるエネルギーは基本的に化学反応から得られていました。化学反応によって生成されるエネルギーは、原子力エネルギーとは比べものにならないほど小さい。その理由は、化学反応中に質量損失がほとんどないからです。反応前の物質の総質量は、反応後の物質の総質量に等しくなります。これは化学式のバランスを見れば一目瞭然です。実際、化学反応の過程でも質量損失は起こるが、その損失は無視できるほど小さいことが後に判明した。核反応は化学反応とは異なります。核反応中は目に見える質量損失が発生し、この失われた質量はエネルギーに変換されます。

質量をエネルギーに変換するプロセスはどれほど恐ろしいのでしょうか?原子爆弾はその最たる例です。

1945年8月6日、アメリカは「リトルボーイ」と呼ばれる原子爆弾を日本の広島に投下しました。爆発による直接的な死者数は10万人を超えた。爆発地点から半径0.36平方キロメートル以内のあらゆるものが破壊され、半径10平方キロメートル以内の人々がさまざまな程度の火傷を負った。すごいですよね？しかし、さらに驚くべきことは、この原子爆弾は実際には核分裂反応によって約 1 グラムの質量損失しか生み出さなかったということです。 1グラムの物質の質量がこれほど膨大な量のエネルギーに変換できるのでしょうか?はい、その通りです。アインシュタインは原子爆弾の発明者ではありませんでしたが、質量とエネルギーの方程式 E=mc² を発見したため、原子爆弾の理論​​的基礎を提供しました。

質量エネルギー方程式では、E はエネルギー、m は失われた質量、c は光速 (299792458 m/s) を表します。

このことから、光速の二乗は極めて巨大な数値であることがわかりますので、たとえ1グラムの質量減少があったとしても、極めて巨大なエネルギーを生み出すことができるのです。核エネルギーは質量損失によって得られるエネルギーであり、一般的に言われる核エネルギーには 3 つの異なる形態が含まれます。一つ目は核分裂です。簡単に言えば、重元素は核分裂反応によって 2 つの軽元素を生成します。 2つ目は核分裂の反対である核融合です。核融合反応によって重元素を合成する2つの軽元素です。核分裂反応であれ核融合反応であれ、その過程で質量が失われ、失われた質量はエネルギーの形で放出されます。核分裂と核融合に加えて、核エネルギーには自然崩壊という第 3 の形態があります。

放射性元素は不安定なので、時間の経過とともに崩壊します。

崩壊とは何ですか?簡単に言えば、放射性元素がいくつかの粒子を放出し、別の元素に変化するプロセスです。放射性元素によって崩壊期間は異なります。放射性元素がいくつかの粒子を放出して別の元素になると、質量が失われ、この失われた質量が熱として放出されます。熱を得た後は、それを電気エネルギーに変換して利用すればよいだけです。熱エネルギーを電気エネルギーに変換することは、原子力電池の基本原理である「温度差発電効果」を利用することができます。もちろん、原子力電池というのは単なる通称です。正確には「放射性同位元素電池」と呼ぶべきでしょう。

放射性元素の崩壊は継続的であり、放射性元素によっては崩壊プロセスが数十年、あるいは数百年も続くことがあります。

そうなると、原子力電池は非常に長期間稼働できるのではないでしょうか?それは本当だ。バッテリーは充電しなくても一生使えます。こんないいものを電気自動車に使ってみたらどうでしょうか？質量をエネルギーに変換する原子力エネルギーは確かに強力ですが、特に放射性元素の自然崩壊を通じてエネルギーを得る原子力電池は、私たちが考えるほど強力ではありません。原子力電池で最も一般的に使用される放射性元素はプルトニウム 238 で、その原子核は 94 個の陽子と 144 個の中性子で構成されています。崩壊すると、2 個の陽子と 2 個の中性子が放出され、92 個の陽子と 142 個の中性子を含むウラン 234 に崩壊します。

非常に小さな質量が膨大な量のエネルギーに変換される可能性があるにもかかわらず、自然崩壊によって引き起こされる質量損失は実際には小さすぎます。

陽子の質量はわずか1.6726219X10∧-27です。たとえ光速の二乗を掛けても、結果として得られるエネルギーは哀れなほど小さい。したがって、放射性元素の自然崩壊によって放出される 2 個または 3 個の陽子と中性子は、ほとんどエネルギーを生み出すことができません。原子力電池は宇宙船では使用できると考えられますが、地球上に設置して電気自動車に電力を供給すると、その用途には使えなくなります。一般的に言えば、宇宙船に搭載される原子力電池の電力はわずか100ワット程度であるのに対し、私たちが普段乗っている電動自転車のモーター出力は500ワット以上であるため、原子力電池で電気自動車を動かすことはおろか、電動自転車を動かすことさえ難しい。

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