【要約】核融合の放出エネルギーをPythonで計算する｜E=mc²と質量欠損 [Zenn_Python] | Summary by TechDistill
> Source: Zenn_Python
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// Problem
物理学の学習者やエンジニアが、核融合のエネルギー密度の凄まじさを直感的に把握できないという問題がある。理論上の数値だけでは、そのスケール感を実生活の感覚と結びつけることが困難である。
- ・核融合のエネルギー源である「質量欠損」の概念が抽象的である。
- ・1gの燃料が生成するエネルギーの規模が不明瞭である。
- ・理論値を石油などの身近な単位へ変換するプロセスが欠けている。
// Approach
PythonとNumPyを用い、原子質量単位に基づく計算モデルを構築するアプローチを採用する。物理定数を用いて、ミクロな質量差をマクロなエネルギー量へと段階的に変換していく。
- ・D-T反応の反応前後における質量差を算出する。
- ・質量欠損に換算係数（931.494 MeV/c²）を乗じてエネルギーを求める。
- ・アボガドロ定数を用いて、燃料1gあたりの反応回数を算出する。
- ・算出結果を石油のエネルギー密度と比較し、実用的な指標へ変換する。
// Result
計算モデルを通じて、核融合エネルギーのスケールを定量的に理解したい者に対し、明確な指標を提供した。計算結果は理論値と整合しており、エネルギー密度の圧倒的な差を証明している。
- ・D-T反応の放出エネルギーが約17.59 MeVであることを算出した。
- ・1gの燃料から約3.4×10¹¹ Jが得られることを示した。
- ・これが石油数千kg分に相当する莫大なエネルギーであることを示した。
Senior Engineer Insight
> 本記事は物理計算の基礎実装を示している。NumPyを用いた拡張性は高い。ただし、実用的なシミュレーションには、反応断面積やプラズマの熱損失等の動的なパラメータが必要だ。静的な質量計算から、時間発展を伴う微分方程式への展開が実戦的なステップとなるだろう。