【エネルギー】核融合発電の最大の障壁「ヘリウムバブルによる金属脆化」を解決する構造が初めて発見される

1しじみ ★2017/11/21(火) 13:24:44.54ID:CAP_USER
次世代のエネルギー源として研究が進められている核融合の技術をまた一歩前に進める発見がもたらされています。
アメリカのテキサスA&M大学が中心になって行われた研究からは、
核融合発電技術の大きな障害になっていた金属素材が脆(もろ)くなってしまう問題「ヘリウムバブルによる金属脆化」に対する高い耐性を持つ構造が発見されました。

Self-organization of helium precipitates into elongated channels within metal nanolayers | Science Advances
http://advances.sciencemag.org/content/3/11/eaao2710

Channeling helium: Researchers take next step toward fusion energy | 10 | 11 | 2017 | News & Events | College of Engineering
http://engineering.tamu.edu/news/2017/11/10/channeling-helium-researchers-take-next-step-toward-fusion-energy

A Helium-Resistant Material Could Usher in the Age of Nuclear Fusion
https://futurism.com/helium-resistant-material-usher-nuclear-fusion/

核融合発電では、水素やヘリウムなど軽い原子が衝突して融合する際に生じる非常に大きなエネルギーをもとに発電が行われます。
原子核が融合する際に強い放射線が放出されますが、反応が止まると原理的には放射線の放出はゼロになります。
そのため、原子力発電におけるプルトニウムのような一次的な核廃棄物が生じないため、
核融合発電は「夢のエネルギー源」ともいわれています。

そんな核融合発電の妨げになっている要因の一つが、ヘリウムバブルによる金属脆化の問題です。
これは、水素原子の核融合反応の際に生じる副産物であるヘリウムが、
金属の表面に近い部分に微細な泡「ヘリウムバブル」を発生させることで金属をまるでスポンジのような状態、
さらには毛羽だった繊維のような状態にしてしまうというもので、最終的には金属を非常に脆い状態にしてしまいます。
そのため、高い圧力に耐える性能が必要な反応炉に使える金属や、その構造の開発が課題とされています。

今回「金属脆化」をクリアするブレークスルーとなる発見をしたのは、
テキサスA&M大学とロスアラモス国立研究所による研究チームです。
研究チームは金属脆化問題を解決するために、新しい構造によるヘリウムバブル生成の変化を調査。
すると、ナノレベルで生成された金属の層を設けておくと、発生したヘリウムバブルが次々とつながり、
トンネル状に「自己成長」するという現象が生じることが発見されました。
その様子はまるで生き物の血管のようにも見えるもので、
テキサスA&M大学のMichael Demkowicz教授は「私たちは目にしたものに圧倒されました。
そのナノサイズの構造物にヘリウムをどんどんと与えると、従来のように金属素材を破壊することはなく、
代わりに生じたトンネルが次々とつながり血管のような構造を作ったのです」と語っています。


その成長を図示したのが以下の図。帯状の部位にヘリウムバブルが生じ(B)、
徐々に線状にバブルが成長し(C)、最終的にはつながることで管のような構造を形成する(D)という現象が確認されています。
https://i.gzn.jp/img/2017/11/20/helium-resistant-material/03_m.png

Demkowicz氏によると、この成果をもとにまず考えられるのが、ヘリウムを外部に逃がすことができる構造体の形成だとのこと。
これまでの素材はヘリウムを内部に留めることを主眼としていましたが、
生じたトンネルの中にヘリウムを通すことで外部へと放出するというソリューションが考えられるとのこと。

さらに、その後は生じたトンネルの中に熱や電気、または特定の化学物質を送り込むことで、素材が「自己回復」する仕組みも考えられるとのこと。
つまり、生物の血管のような仕組みが金属の中に構成されるという、画期的な技術の確立が期待されています。

https://i.gzn.jp/img/2017/11/20/helium-resistant-material/snap10657_m.png

GIGAZINE
https://gigazine.net/news/20171120-helium-resistant-material/

2しじみ ★2017/11/21(火) 13:25:31.78ID:CAP_USER
>>1
※ご依頼いただきました。

3名無しのひみつ2017/11/21(火) 13:27:34.97ID:xufUeGax
なるほど
わからん

4名無しのひみつ2017/11/21(火) 13:30:17.97ID:y+PDTsPo
>>1
解らないよ。

5名無しのひみつ2017/11/21(火) 13:38:16.60ID:65egvrpr
セラミックはだめなの?

6名無しのひみつ2017/11/21(火) 13:42:20.15ID:9+yTIIVn
コレは凄すぎて分からない。だいたいわかる奴など5chなど見ない。

7局長 ◆YLptAkV2LE 2017/11/21(火) 13:43:42.01ID:/tPnj+gS
要するに、

8名無しのひみつ2017/11/21(火) 13:45:59.05ID:8EQkQKaN
ブレイクスルー出来たのかわからない

9名無しのひみつ2017/11/21(火) 13:46:14.17ID:stcQqg4Q
ガンダリウム合金

10名無しのひみつ2017/11/21(火) 13:50:20.60ID:SDqMNP2e
テキサスA&Mってーと字が書けないレベルの3流農大と思ってた

11名無しのひみつ2017/11/21(火) 13:50:48.03ID:4kULhD7q
何で水素核融合に拘るのかわからん

12名無しのひみつ2017/11/21(火) 13:57:28.66ID:unEnJR4D
核融合炉はヘリウムのオナラをする

と言うことか?

13名無しのひみつ2017/11/21(火) 14:00:14.17ID:pizDdHZp
悪さをする泡を繋いで泡じゃなくすだけだよ

14名無しのひみつ2017/11/21(火) 14:07:41.10ID:ix9dQXY7
トンネルがトンスルに見えた俺は2chのやりすぎかな

15名無しのひみつ2017/11/21(火) 14:09:26.89ID:P9Is+zHI
金属のデコイを置くと漢達が断りもなく数珠つなぎして増えていく感じか

16名無しのひみつ2017/11/21(火) 14:12:26.87ID:atdaQknx
"脆化"が読めなかった

そのま ”ぜいか” でいいのね

17名無しのひみつ2017/11/21(火) 14:26:54.33ID:qNs0qrPZ
>>11
一番軽い元素である水素核融合でさえ、原爆並みの熱量と圧力を必要とする。

18名無しのひみつ2017/11/21(火) 14:42:40.27ID:67hlPzqE
大量に出る中性子のコントロールは無理。広い敷地のある大国ほど有利。

19名無しのひみつ2017/11/21(火) 15:06:33.29ID:OtxUCABn
映画のデロリアンは丈夫なんだな。あれ初期のやつは雷のプラズマで高温高圧環境
つくったけど、後期のやつはバナナの皮で核融合反応の環境つくってた。
おれのイメージだと一人一人がGショックみたいな携帯までいく頃にタイムマシンも
可能になるんじゃねと勝手に思ってる。

20名無しのひみつ2017/11/21(火) 15:11:00.47ID:x9Npls6Z
金属脆化とは、サビ、備長炭を指す
単に中性子を貰い、電子抜けの状態

21名無しのひみつ2017/11/21(火) 15:16:50.98ID:x9Npls6Z
要するに、禿げるのだから、毛を育毛すれば良いんだよw
毛=電子

電子抜けするのなら、電圧を加えるのか、磁力で補えば良いんだよ
簡単だろ
既に答えなんぞ出ているんだから

22名無しのひみつ2017/11/21(火) 15:17:33.91ID:Se2/34Ag
核融合するとお釜の中でヘリウムの泡が出ます。
この泡がお釜を傷付けてしまうのが問題でした。
そこでお釜の表面にコーティングをしたところ、ちょっと泡を運動を制御できました。
たいへんにお目出度いことです。

23名無しのひみつ2017/11/21(火) 16:56:43.10ID:JtGItDPa
まあ、分からないのが普通だわな
素人にすぐ分かるような科学記事なんて昔から信用してないもん

24名無しのひみつ2017/11/21(火) 18:37:00.60ID:tomLUgCp
中性子を浴び続けた炉壁が中身がスカスカになってもろいブランケットになることだろ

25名無しのひみつ2017/11/21(火) 22:02:16.88ID:nH2QioX+
ヘリウム脆化が消えても
放射線脆化が消えるとは思えない

26名無しのひみつ2017/11/21(火) 22:07:39.01ID:tomLUgCp
交換頻度が減るから放射性廃棄物の量が減るので意味がある

27名無しのひみつ2017/11/21(火) 22:09:20.82ID:tomLUgCp
あーヘリウム脆化以外にも放射線脆化があるってことか
ごめんあるだろう

28名無しのひみつ2017/11/21(火) 22:24:12.05ID:lJRsxhKa
>>27
放射線よりも中性子線の方がヤバいって
山下達郎を金髪にしたような物理学者が言っていたw

29名無しのひみつ2017/11/21(火) 22:26:06.64ID:CGH48ErW
マイクロポアより小さなヘリウムのポアで格子欠陥を作るから材料の脆化だったんだろうけど,
それが集合してポアでなくボイドを作っちゃうって構造強度がガタ落ちになるだろう。
まぁ,伸びるんならそっちのほうが安全という考えに立つのか。

30名無しのひみつ2017/11/21(火) 22:29:36.88ID:7Y/yOSGI
泡といえば、最近の消防車は、水バブル放射機になってるらしいな。

31名無しのひみつ2017/11/21(火) 22:37:10.13ID:QAyZrhMe
発生した中性子同士を衝突合体させて金を生成するとかまで出来たら最強の核融合炉だな

32名無しのひみつ2017/11/21(火) 22:44:42.17ID:s1rxpB8O
あれか、水銀の小惑星をグレーザーキャノンで攻撃しようってヤツか

33名無しのひみつ2017/11/21(火) 22:48:29.95ID:vQ0LVNSZ
よくわからんが「最大の障壁」を解決する目処が立ったと言うなら凄いことだな(´・ω・`)

34名無しのひみつ2017/11/21(火) 22:49:31.80ID:GmPe2viZ
これを  「He屁のトンネル構造」 と 名を付けることにしよう

35名無しのひみつ2017/11/21(火) 23:13:30.81ID:nHV8fh0c
なんでいままでやらなかったの?

36名無しのひみつ2017/11/21(火) 23:20:14.56ID:NX2e/ixu
実証炉は、He no κで決まり

37名無しのひみつ2017/11/22(水) 04:31:50.10ID:FdHr8D2n
ヘリウム声で遊びたいわ

38名無しのひみつ2017/11/22(水) 06:03:49.83ID:izpFu+ub
(゚∀。)ナルヘソ

39名無しのひみつ2017/11/22(水) 06:54:06.68ID:tfNsm2G5
>>28
口癖シェケナだったろ

40名無しのひみつ2017/11/22(水) 09:26:44.56ID:wER/OB6n
なるほどね
よくわかったようん

41名無しのひみつ2017/11/22(水) 09:40:41.81ID:4qSb/31C
バボゥ

42名無しのひみつ2017/11/22(水) 09:54:00.64ID:lPp28/Qk
久しぶりの核融合ネタやな…去年は熱、常温といろいろあったが
今年は少ない

43名無しのひみつ2017/11/22(水) 09:57:36.52ID:fhFy/I09
>>28
中性子線は放射線ではないのですか?

44名無しのひみつ2017/11/22(水) 10:43:30.64ID:/NcEm9Sj
まだ放射線脆化の問題は未解決か
先は長いな

45名無しのひみつ2017/11/22(水) 10:53:08.95ID:+5te3zne
ぶっちゃけ原子でできた材料を使わざるを得ない以上、材料を改良して放射化と放射線脆化に対応するなんて不可能だからな...磁場なり電場なり材料まで放射線が到達しないようにバリアを張るしかあるまい

46名無しのひみつ2017/11/22(水) 12:18:23.63ID:lPp28/Qk
中性子は、その名の通り電気的中性やから電磁気的なバリアは有り得ない
重力場バリアとか超技術が必要?

47名無しのひみつ2017/11/22(水) 16:41:03.94ID:Su3d14+E
ヘリウムによって壁の表面に血管ぽいのできて、その下の壁は劣化しない、て事?

48名無しのひみつ2017/11/22(水) 18:43:54.71ID:Ef4TZFXT
水素脆化ならぬヘリウム脆化ですか…

49名無しのひみつ2017/11/22(水) 19:15:58.16ID:7B/36fRn
金属の表面に我慢汁を塗ると、ヘリウムによる腐食を防げる。

50名無しのひみつ2017/11/22(水) 19:17:49.07ID:7B/36fRn
>>43違う。
放射線とはアルファ線、ベータ線、ガンマ線の3つのみ。
 

51名無しのひみつ2017/11/22(水) 19:22:42.50ID:t6hWNu5J
臨界条件以前に、炉を作る材料すら見つかってなかったのか
というかまだ解決じゃないじゃん

52名無しのひみつ2017/11/22(水) 19:41:02.85ID:bJjyf9MD
その微細構造が破壊されるとたちまち脆化が進んでしまうのではないか?

脆化が起きても新しい層がいくらでも迎え撃つ用意ができてないと無理だろうな

53名無しのひみつ2017/11/22(水) 19:47:41.38ID:wv9lv//K
>>46
リチウムで覆っておけばよろし

54名無しのひみつ2017/11/22(水) 20:21:52.97ID:IOUTa2iu
>>43
広義の放射線には含まれるけど、普通は>>50の言うようなα線β線γ線が放射線。

55名無しのひみつ2017/11/22(水) 23:56:59.06ID:2QDWxPQm
けっきょく核融合炉も放射線だしまくりなんだな

56名無しのひみつ2017/11/23(木) 01:00:18.65ID:Ggbk/Yr5
放射線の種類や強さは核分裂炉には足下にも及ばない。
核融合炉の中性子束は高いが、核分裂炉では核燃料(ウランやプルトニウム)が
核分裂して生成する物質(長寿命核)から放出される放射線が馬鹿にならない。
核融合炉では真空チャンバやブランケット、超伝導コイルの材料が中性子を吸収
して放射化するが、軽い金属が放射化するので放射線はそれほど強くない。
放射化した元素の寿命も相対的には短い。
なので、真空チャンバやブランケット、超電導コイルは分割可能な構造とし、一定の
使用期間が経過したら取り外して別の場所で"保管"するんだと。
数年オーダーで"冷える(= 放射線レベルが下がる)"だそうな。

ちなみに、↑は核融合研の講演会で聞いた話やで。

57名無しのひみつ2017/11/23(木) 07:59:41.21ID:IVzOxTw5
数日〜数週間くらい核融合が実現出来たとしても
商用には程遠い感じやね

58名無しのひみつ2017/11/24(金) 13:47:56.42ID:JlSVl8uS
原発みたいに制御出来なくなる事がないから核融合発電の開発はよ

59名無しのひみつ2017/11/24(金) 13:51:31.09ID:ImqhvkKo
はよも何も60年以上やってて未だ実験室レベルですら投入エネルギーを出力エネルギーが上回った事のない
いつまで立っても「夢のエネルギー」ですからねえ。
研究者も永遠に夢のエネルギーにしたいんじゃないでしょうかw

60名無しのひみつ2017/11/24(金) 14:00:33.03ID:pZ/FyOJf
中性子融合炉を作れよ、新元素作り放題、錬金術し放題の夢の融合炉だぞ

61名無しのひみつ2017/11/24(金) 16:02:03.24ID:p5QTI4yC
これは面白いけど、いつも期待通りに管の内部が貫通するかな。
バブルの発生が不均一で、ところどころ詰まりそうだけど

62名無しのひみつ2017/11/24(金) 16:27:38.18ID:sdIfj0Hk
普通、ヘリウムはどんな容器に入れも必ず漏れて、

密閉が保たれないという疑問が解消した。

と云うことだな。

これで安心して、宇宙へ原子力発電装置を持って行ける可能性が増した。

63名無しのひみつ2017/11/24(金) 16:34:54.95ID:w5RBUMNO
非常に大きなエネルギーでお湯沸かしてタービン回す
そろそろ直接的な感じの動力作れないものか

64名無しのひみつ2017/11/24(金) 16:38:24.33ID:xRhJ9mZj
複合装甲

65名無しのひみつ2017/11/24(金) 16:44:40.40ID:ri2g0oC5
地球上のヘリウムはもうすぐ枯渇する
今あるヘリウムは太古に
ウランやトリウムから出たアルファ線粒子が地下に蓄積したもの

66名無しのひみつ2017/11/24(金) 16:45:07.24ID:uMZeljtN
気密性が保てなくなるんじゃね?

67名無しのひみつ2017/11/24(金) 17:12:17.28ID:xRhJ9mZj
>>63
出来るけどお湯沸かす効率に勝てない

68名無しのひみつ2017/11/27(月) 21:22:09.32ID:8BxiHz7K
>>63が時給1円で自転車発電機を漕げばOK

69名無しのひみつ2017/12/04(月) 21:32:18.71ID:O1/GZH2F
>>57
商用?最初は軍事用だバカ

70名無しのひみつ2017/12/20(水) 21:53:55.06ID:jUyz5Fjt
もれていいのか?
自己修復するのか?
3秒しか読んでないけど

71名無しのひみつ2018/01/02(火) 18:57:09.81ID:4hsBkNws
全体にヘリウムが拡散して脆化するのを防ぐためにヘリウムを一箇所に集めたんでそこに亀裂が入りました、って全然駄目じゃん

72名無しのひみつ2018/01/02(火) 19:53:38.60ID:EMZMupXi
いっぱい作って銃のルーレットみたいに定期的に切り替え交換た方が安全だわ

73名無しのひみつ2018/01/14(日) 19:45:54.93ID:TRz31AtU

74名無しのひみつ2018/01/14(日) 19:49:36.02ID:TRz31AtU
2017/11/08
【素粒子】「クォーク融合」は核融合に対し約8倍強力との研究結果。研究者「発表すべきでないかもと思った」
http://egg.5ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1510146422/

75名無しのひみつ2018/01/14(日) 20:11:09.25ID:xuoSq4LF
2018/01/14 
常温核融合 「ニセ」覆せ 30年越し 発熱確認相次ぐ
https://www.nikkei.com/article/DGKKZO25613590S8A110C1MY1000/

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