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 ＞ことば＞水素 |
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| ＞ことば＞水素 |
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関連情報 |
「エネルギー」「水」 |
| 造語 | 「水素」＝徳川時代の津山藩医、宇田川家の養子「宇田川榕菴の造語。 |
| 3つの | 粒で 身の回りのあらゆる物質は、「電子」「陽子」「中性子」の3つの種類の粒で出来ています。 同じ元素でも、原子核に含まれる中性子の数が異なる場合があり、そのような原子を同位体と呼びます。 たとえば、普通の水素は、原子核が陽子1個だけからなり、中性子をもちませんが、水素にはほかにも、原子核に中性子を1個持つ重水素、中性子を2個持つ三重水素（トリチウム）という同位体があります。 陽子と中性子は3個のクォークで出来ている。
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| 水素 | 宇宙で一番多い元素。 |
| ７重水素 | これまでで最も重い水素の同位体である７重水素を作ることに谷畑勇夫・理化学研究所主任研究員らの国際共同チームが世界で初めて成功、3/14米物理誌フィジカル・レビュー・レターズに発表した。 普通の水素の原子核は陽子１個で出来ているが、７重水素の原子核は陽子１個と中性子６個が結びついた構造。 普通の水素の約７倍の重さがある。 ７重水素をつくったことで陽子や中性子の間に働く力の理論を検証するのに必要なデータがそろった。 |
| 水素をつくる | 水から分離 二酸化炭素を出さない「人類究極のエネルギー」と言われている水素を安価なシリコンを使い、従来の３０倍の効率で水から取り出せるチップ型の触媒の開発に、関西学研都市の財団法人「地球環境産業技術研究機構」（ＲＩＴＥ）が世界で初めて成功した。 光に反応して水素を分離させる働きを持つ光触媒で、水素燃料の自動車やジェット機の実用化に大きく道を開くことになりそうだ。 これまでの光触媒は主に酸化チタンや酸化鉄などの粉末で、光のエネルギーに変換できる率は０.１％に過ぎなかった。しかも酸素と混合して出てくるため、分離が困難だった。 これに対し、RITEが開発に成功したのは、シリコン素子半導体とコバルトモリブデン、鉄ニッケル酸化物などの金属を重ねて厚さ２ミクロンの膜状にしたもので、光を当てると膜から水素と酸素が分離してできる水素への変換率は従来の３０倍にあたる３％にまで向上。チップ型で、用途に応じて加工もしやすい。 水から 2009年、三菱化学、東京大学、北海道大学のチームは、太陽電池と光触媒を組み合わせて、水を効率よく電気分解する技術を開発した。 光触媒は水を水素と酸素に分解する働きが知られている。 可視光線で 独立行政法人の産業技術総合研究所は太陽光の半分を占める可視光の力で水から水素と酸素をつくる触媒を開発した。無尽蔵の水と太陽光でクリーンな水素エネルギー製造に道を開く成果という。 開発した光触媒はニッケルを混ぜた無機酸化物半導体(インジウムタンタレート系化合物)の微粉末。 水に入れて波長４０２ﾅﾉﾒｰﾄﾙ（１ﾅﾉ＝1/10億）の可視光を当てたところ、水素と酸素ができた。 水素の量が酸素の２倍できるほか光を消すと発生しないことから、触媒の働きで水が水素と酸素に完全分解しているという。 太陽光のわずか３％の紫外光で水を水素と酸素に分解する触媒はあったが、可視光で成功したのは初めて。 ＤＭＥから安価に 東大の菊池隆司准教授らと京都大学、出光興産、科学技術振興機構のグループは、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）を原料に水素を効率よく作る触媒を開発した。 成果は2008年9月の触媒検討会で発表。 開発した水素製造触媒は、酸化鉄の表面に微少な銅が分散して結合した立体結晶構造をしている。新触媒は、350℃という低い温度で反応できる。1000時間の利用も可能。劣化しても空気中で加熱すれば再利用できる。 人工光合成で 2010年、東京大学と三菱化学は、植物のように光を利用してエネルギーを生み出す「人工光合成」の技術を開発した。 特殊な化合物を水に入れて光を当てると、二酸化炭素（ＣＯ2）を出さずに水素を得られる。この化合物を様々な波長の光に反応させられれば、太陽の光で水素を作り出す製造プラントが可能になる。 東大の堂免一成教授、前田和彦助教らが、三菱化学と開発したのは、光触媒である酸化タングステンと酸窒化タンタルを組み込んだ化合物。水に入れて光を当てると、水を水素と酸素に分解する。 |
| 水素イオン | 日本原子力研究所関西研究所(京都府木津町)などは、2003年11/18、レーザーを使って高エネルギーの水素イオンを発生させる実験に成功した。実験は原研関西のほか、東京大学・京都大学・広島大学の研究グループが参加した。最大出力３兆ﾜｯﾄのレーザー光を５０フェムト秒（フェムト＝１/1000兆）秒照射し、鏡で反射させて水素を含む金属の薄膜に集光する。 レーザー光はまず、強度の弱いタイプが発生し、物質がプラズマ(電離ガス)状態になり電子とイオンに分かれる。数ナノ秒遅れて本来の強いレーザーが発生し、レーザーの進行方向に電子と水素イオンが加速されてビームになる仕組み。 細胞内のエネルギー生産で重要な働きをしている水素イオンを、1平方ﾅﾉ㍍レベルで監査できる技術を東京大学・奈良女子大学・英クイーンズ大学のグループが開発した。 |
| 発生の仕組み | 熱水と岩石の反応が水素発生に深く関わっていることが分かった。 2009年、海洋研究開発機構は、東京工業大学と共同で、約40億年前の初期の地球で火山岩から水素が発生した仕組みを再現実験で確認した。 初期の地球では、マントルが溶けてできた鉄とマグネシウムを含む火山岩「コマチアイト」が、地殻中に豊富にあったと考えられている。研究チームは二何アフリカでコマチアイトを採取し、加熱して当時の状態に加工したうえで、深海の高温高圧状態にあたる300℃、500気圧の実験装置に入れて純水と反応させた。 実験開始から1500時間経過後、測定した水素の濃度は4.8ppmに達した。 これは生命の祖先とされるメタン生成菌などの生態系を維持できるほどの高濃度である。 現在の海底の主な岩石は「玄武岩」で、“玄武岩ではここまで高濃度にならない”（鈴木勝彦主任研究員）という。 地球で生命が誕生したのは、約40億年前の海底の熱水の中であることが知られている。 |
| 見る | 蛍光物質を使って水素イオン濃度（pH）の分布を視覚化することに内山誠一・東京大学薬学系研究科助教が成功した。 成果は2008年5月のドイツ化学誌「アンゲバンテ」に掲載。 |
| 可視光で | 2010年、東京工業大学の八島正知准教授と東京大学の堂免一成教授、前田和彦助教らは、可視光のエネルギーで水を分解して水素と酸素を発生させる触媒の電子構造を解明した。 八島准教授らは、堂免教授らが見つけた可視光で水を分解する「可視光応答型光触媒」を観察。電子状態をX線と中性子線で測定する一方、理論計算で分析した。 この触媒は、青色発光ダイオード（LED）の基板材料として知られる窒化ガリウムのガリウムの一部を亜鉛に、窒素の一部を酸素に置き換えた物質。亜鉛と酸素が入ると、電子構造がより波長の長い可視光を吸収する形に変化することが分かった。 触媒が可視光を吸収すると電子と電子の穴ができて表面に移動し、触媒と接する水を水素と酸素に分解する。 |
| 脳梗塞 | 日本医科大学の太田成男教授らは、水素に脳梗塞の治療効果が期待できることを動物実験で確認した。 水素には細胞を傷つける活性酸素の働きを抑える抗酸化作用があるため。 成果は2007年5/7のネイチャーメディシン電子版に掲載。 脳の血管の一部が詰まった後に活性酸素が発生して脳を傷つける『虚血再灌流』状態の脳梗塞ラットで実験した。 ２％の水素を含んだ空気を2時間吸わせた後、1日経過してから脳を詳しく調べた。 吸わせなかったラットと比較すると脳の神経細胞が死滅した範囲が半分ぐらいだった。 現在、脳梗塞に使っている薬剤よりも効果が大きかった。 活性酸素には体に有害なものと、必要なものがある、現在使われている抗酸化物質の一部は、どちらも抑制してしまうため体に害を与える可能性が指摘されている。 太田教授らによると、水素には有害な抗酸化物質だけを抑制する作用があるという。 |
| 電解水素水 | 腎臓病に 2011年、東北大学と日本トリムのグループは、ラット実験で、水素ガスを含んだ水を飲むと慢性腎臓病の症状を抑えられるとする研究成果をまとめた。 水素ガスが細胞の老化などを引き起こす活性酸素を減らすためと考えられる。 詳細は欧州腎臓・背負う咳移植学会の学会誌に掲載。 水の電気分解を利用し。水素ガスを多く含んだ「電解水素水」を作製。慢性腎臓病を起こしたマウスに6週間飲ませたあと、腎臓の血流を一時的に止めてストレスを与え、さらに1週間後に血液や組織を調べた。 通常の水を飲ませたマウスでは腎臓の組織が線維化するなど腎臓病の症状が進んでいたが、電解水素水を飲ませたマウスでは症状の進行が抑えられていた。 炎症や酸カス路レスの指標となる血中物質などの数値も電解水素水を飲ませることによりあがりにくくなりことを確認。 |
| 反陽子 |
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| 反水素原子 | 通常の水素原子とは逆に、マイナスの電気を持つ反陽子とプラスの電気を持つ陽電子からなる「反水素原子」の大量合成に日本や欧州の国際共同実験チームが成功。2002年9/18付けの英科学誌ネイチャー電子板に発表した。 反水素原子と水素原子の違いを探り、物理学の基礎を検証する実験に道を開く画期的な成果。 実験チームは欧州合同原子核研究所（CERN、ジュネーブ）に反陽子と陽電子を作る装置を建設。真空にした金属管の内部で、強い電磁力で閉じこめた約１万個の反陽子と、約３億個の陽電子を混合させた。 反陽子と陽電子が１個ずつくっついて反水素原子が出来ると、電気的に中性となり、電磁気力の閉じこめから逃げだし、周りの物質にぶつかって消えるという特有の反応が起きる。チームはこの反応を検出、約３分間の混合で反陽子全体の１/４が陽電子とくっついて反水素原子になったことが分かった。東京大学の早野龍五教授は「２０時間で少なくとも約５万個を合成した証拠を得た」と話している。 反水素原子の合成はスイスなどのチームが1995年、、最初に成功した。ただ、できた反水素原子は９個、ほぼ光速で飛び約４０ナノ秒(１/2500万秒)で消滅した。 2010年、理化学研究所と東京大学などのチームは、通常の物質と性質が違う「反物質」の反水素原子を効率よく作ることに成功した。1㍍角の装置で磁場を出し、マイナスの性質の「反陽子」とプラスの性質の「陽電子」をぶつけた。生成効率は7％ほど。 |
| プロトニウム | 反陽子水素原子 早野龍五東京大学教授と欧州合同核研究期間などの研究グループは、通常の物質と、それとは電気的性質が反対の『反物質』とを化学反応させ、原子始を作ることに成功した。 電気がの水素分子イオンとの反陽子を反応させ、『反陽子水素原子（プロトニウム）』をつくった。こうした反応で原子を作ることが出来たのは世界で初めて。 この原子の直径は理論計算では約０.１ﾅﾉ㍍だが、実際の観測値は約０.５ﾅﾉメートルで、約５倍大きかった。 |
| 金属材料 |
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| 水素ガス |
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