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パルスパワー：究极の电気エネルギー时空间制御
理工学部 システム创成工学科
教授 髙木 浩一
电磁エネルギー工学
人の暮らしと电気エネルギー
〝电気（でんき）〞は见えません。でもいつも我々の周りにあります。见上げれば照明があります。蛍光灯かＬＥＤです。电気で光ります。台所には电子レンジやオーブンがあり、これも电気で动きます。电気はエネルギーです。エネルギーには、电気以外に、热や运动、重力、化学、光などいろんな形があります。电気の一番の特徴は、ほかのエネルギーの形にすぐに変えられる点です。このため电気は我々の生活では欠かせないものになっています。
「パルスパワー」ってなに？
〝パルスパワー〞、一般にはなじみのない言叶だと思います。これは、エネルギー（特に电気エネルギー）を时间的?空间的に圧缩して、短时间?微小空间に大电力?高エネルギー密度状态を作り出し、いろいろな分野に利用する技术を指します。図1はエネルギーの时空间圧缩の概念です。学校の教室で使われている蛍光灯の电力100ワット（奥）を100秒だけ贮めます。このエネルギーは1万ジュール（10ｋＪ）です。これを10ナノ秒（10×10-9秒）で取り出します。そのときの电力は、図1に示されているように、1テラワット（1×1012奥）と日本で発电される电力の10倍にもなります。これが时间圧缩の概念です。次に、このエネルギーを空间的に圧缩して、100マイクロメートルの箱程度に入れたとします。このエネルギー密度は、1立方メートルあたり1016ジュール（1016闯／尘3）となります。これは核融合で燃えている太阳のコアと同じエネルギー密度です。すなわち、理论的にはパルスパワーで核融合は可能になります。
パルスパワーが技術?学問的に発展したのは、アメリカのレーガン大統領の頃（1980年代）、戦略構想ＳＤＩ（Strategic Defense Initiative）、通称スター?ウォーズ計画に伴ってです。この構想では、宇宙空間でミサイルを迎撃するパルスレーザ、粒子ビーム、レールガン（電磁力で飛翔体を加速して打ち出すもの）といった技術が必要となります。その結果、アメリカ、ヨーロッパを中心にパルスパワー研究が発展しました。その後、パルスパワー技術は民生展開され、慣性核融合のドライバーや材料加工用のレーザなど、エネルギー圧縮を必要とする分野で使われるようになりました。現在では、半導体スイッチの性能向上で簡単にパルスパワーが使えるようになり、いろいろな産業で利用されています。パルスパワーと無縁と思われていた農業?食品分野でも、図2のように、利用されようとしています。
パルスパワーをつくる?つかう
自然界のパルスパワーとして、かみなりがあげられます。上昇気流で小さな氷を吹き上げて云の中で摩擦帯电を引き起こし、その电気が十分大きくなったときに、一気に贮めた电荷を放出します。これがかみなりです。まさしく时间的?空间的に、エネルギーを圧缩しています。
図3は、パルスパワー発生の概念を示しています。大きな石を水で动かすことを考えます。池に水があります。これをポンプで引き上げてそのまま石にかけても、水の量が少なく十分な力は得られません。ではどうすれば？高いところに置いた大きな水がめに一度ポンプで水を贮めます。十分に贮まったところで、水がめの底板を一気に引き抜き、贮まった水を落差をつけて、一気に石にあてます。これで石を动かすことができます。人工的にパルスパワーを作り出す场合、水は电荷、水の流れは电流、水を高いところにあげるポンプは高电圧电源に相当します。水がめは电荷を贮める箱でコンデンサ（キャパシタ）、底板はスイッチになります。
パルスパワー装置は、その使用目的に合わせてデザインします。図4は约1ｍの长さのキノコホダ木に効率よく电気をかけられるように设计したパルスパワー装置とその出力です。コンデンサの充电に使った电源は、100奥くらいです。出力电圧の最大値は约11万ボルト（110办痴）で、そのときの电流は500アンペアです。従って、电力は55メガワット（55×106奥）と、もとの电源の55万倍に増幅されています。図5は、パルスパワーをかけた场合とかけない场合の、シイタケの収穫量を比较したものです。パルスパワーで増収が确认できます。
