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原子、放射線、放射能 その4

と、まぁ核反応の莫大なエネルギーは質量欠損時、その質量がエネルギーに変換されるためである。

放射線

放射線を二種類に人は分類している。

粒子放射線に分類される、実態が粒子の物。
もう一つは、
電磁放射線と言われる実態が電磁波で波の性質を強く持つ物。

粒子放射線に分類される物は、電子(electron)、陽子(proton)、中性子(neutron)、アルファ粒子

電磁放射線に分類される物は、更に二種類に分類される。
電離放射線(ガンマ線、X線、紫外線)と非電離放射線(可視光線、赤外線、ラジオ波や一般的な電波)


ある程度正確に分類したらこのような物である。電離作用と非電離作用はその波が電子を排除できるかの能力。まぁ危ない力であるが、利用も出来る、、、。


粒子放射線
アルファ粒子が飛行しているアルファ線について。
陽子2個、中性子2個から成るこの粒子は大きい。素粒子のスケールで言えばとても大きい。アルファ線は陽子を有しているので、電離作用もあるし、勿論+に帯電している。原発関係の延長で話しているので、特徴の一部を挙げると、アルファ線はこの電離作用と原子自体にエネルギーを与えてしまう励起作用がある。励起された核種(ここでは原子と認識すればOK)は反応性に富む→何かと反応して変な作用を引き起こす。ここで話をぶっ飛ばして結論を言うと、この作用の為に、結果的に多くを浴びると生物に害が出てくる。そりゃ害があるのは当然だ。原子の状態を変えてしまう。→生物は原子で構成された分子の塊であるから。
しかしながらこの大きいアルファ線は空気中では3㎝ほどしか飛行できないし、原子が密にある体内では0.001㎝(10μm)だって移動できない。
なので、アルファ線は薄っぺらい物で遮蔽できる。これ重要。
アルファ線は強力なエネルギーを原子に与えていくが、その分減衰も早い。守るためには、ラップでも良いんじゃないかな。
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by momenchi | 2011-03-17 01:29 | CHEMISTRY

原子力発電の仕組み2 簡易版

1kgのウランが生み出すエネルギー!


E=mc^2
1/0 n +  235/92 U → 236/92 U → 141/56 Ba + 92/36Kr + 3×1/0 n

C=3.0×10^8 m・s^-1
C^2=9.0×10^16 m^2・S^ー2

U(mass)=235.043924
mass gap=0.1%=1/1000



ΔE=(m) ×(c^2)=(1.0×10^-3 kg) (9.0×10^16 m^2/S^2)
ΔE= 9.0×10^13 Kg m^2/s^2

Kg m^2/s^2=J

9.0×10^10KJ

石炭を3300トン燃焼させた時と同量。
3300万リットルの水を水蒸気(100度)に換えれるエネルギー。
120トンの物を10000メートル上空まで持ち上げれるエネルギー。

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by momenchi | 2011-03-17 00:46 | CHEMISTRY

Nuclear plant! 地震ー事故ー原発 原子力発電の仕組み

すこし綴ってみる。かなり長いです!!雑です。
すいません。m(__)m

原子力発電がいかにしてエネルギーを生み出すかを解説します。

原子力発電とは核反応を利用して高熱を得ます、
この熱をもって水を熱し、この流体でタービン(発電機)を回し、
発電するというシステムである。タービンを回す原動力としているものが多数存在し、核反応を利用するのが、原子力発電所と言うことである。

ダムからの水流であれば、落差を利用してタービンを回す。
これ水力発電

燃料(石油、重油等)を燃やしてこれまた水を加熱し、タービンを回す、
これ火力発電。

風を使う。超巨大な風車みたいなのを回してそのままタービンを回す、
これ風力発電。
他にも波力、地熱、太陽光、等々多数有ります

この原子力発電ですが、発電電力量の割合で言えば、現在28−30%を担っています。これは2000年度が35%程であったことから言えば依存度は低下しています。
発電の分野では、石油から原子力、石炭及び天然ガスへの代替が大きく進み、2006年度では、原子力が30.5%、石炭が24.5%、天然ガスが25.9%と主力を占めています

というのが大まかな説明です。

数値は以下の参考文献参照しました。
Reference by 経済産業省 エネルギー白書 2010 第二部 エネルギー動向

さて、日本の原発依存度や発電に続きまして、
原子力発電の仕組みを掘り下げていこうと思います。
まずはこれ↓
b0188590_1374869.jpg

IMAGE BY American Chemical Society

これ何だと思いますか?
僕が初めて見たとき、これは、、、どこぞのチョコレートのお菓子を思い浮かべました。
、、、、実は、これが核燃料の一個一個です。
あのチョコレートお菓子より一回り大きいこのペレット状の物。こやつが原子炉の燃料と成る物です。
このペレットはセラミックで出来ており、この中に二酸化ウラン4g一緒に入っています!!

とても小さいですが、これをジルコニウム合金のパイプに詰めると一本の燃料棒(一本には200以上のペレットが入っています。)になります。この一本をさらに束ねます。この束ねた大きい一束をいくつも用意して、核反応を起こします。

さて核反応は一度起こればチェーンリアクション(連鎖反応)です。これは開始剤として中性子をぶつけてやれば始まりますが、
止めるためには中性子を捕捉してやればいいのです。これを捕捉するのが制御棒であり、周囲のホウ酸(H3BO3)であります。
先ほど述べた燃料棒の束の隙間に制御棒を突っ込んで中性子を他の燃料に当てるのを阻止して、核反応を制御します。
核反応時に放出される非常に大きいエネルギーが原子力発電の魅力です。
先ほどの写真ですが、一個のペレットが生み出すエネルギーは、1000キロの石炭を上回り、500リットルの石油を上回ります。
この一個のペレットの値段は300円しないほどだと言うことです。
このペレットを結果的に一個の炉心には1000万個ほど用いて燃料棒を創ります。
一個で上記のような、エネルギーを生み出して更にこの値段です。放射性物質が生産されることがなければ夢のようなエネルギー源です。

エネルギーが生まれる仕組みです!

たった4gの燃料錠剤1個で生み出されるエネルギーは余りに莫大です。このエネルギーがどうして出てくるかと言えば、、、、
アインシュタインが提示してくれたE=mc^2が手伝ってくれると思います。
C=3.0×10^8 m・s^-1
C^2=9.0×10^16 m^2・S^ー2になります。
結果としてこの莫大な数字が右項のC^2に入るわけで左項のE(ennergy)が天文学的な数字になるのが理解頂けるでしょうか?

ここで更に一つの式を提示する。
1/0 n +  235/92 U → 236/92 U → 141/56 Ba + 92/36Kr + 3×1/0 n

という化学反応式がある。
この式が意味することは、中性子(開始剤)=nを 原子番号92の質量数235のウラン(U)にぶつけると、
結果的に、原子番号56の質量数141のバリウム(Ba)と原子番号36の質量数92のクリプトン(Kr)と三つに中性子(n)に分かれることを意味します。(両辺の質量数の一致と原子番号の和も一致することを確認してみるといい。)

この方程式では、、、、
実はこの反応式をみても両辺で質量の消失はなく、質量保存され、エネルギーなど生み出されないのではないかと思うかもしれないが、実際はそうではないのである。実際は左辺の質量と右辺の質量数は違うのである。

???が頭に浮かぶだろうが、、、、実際は消失しており、
その 消失分がmc^2のmに入るわけである。
これを理解するには原子番号に付随する数字が実際の質量数と一致はしないということを認知していれば直ぐに可能であると思う。(実査の質量数は、多数の胃小数点以下の数字も並ぶからである。)
これは普通に理解できることであると、僕は思う。何かの大学レベルの化学の教科書を引っ張り出せば質量数が整数でないことは一目瞭然である(別にWikipediaでもいいけど)。
炭素の質路湯が12ではなく12.0000000となる。同様にUも235ではなく235.043924となる。

話を戻す。
この左辺のUの質量は右辺にいくと0.1%と(1/1000)だけ減る。この差がエネルギーとして顔を出す。たった0.1%のギャップである。


具体的には1.0kgのウランを燃料として核反応を起こすとどれ程のエネルギーが生まれるか計算してみる。

用いる式は当然E=mc^2(いーいこーる えむしーすくえあー!!)
1.0kgの0.1%の消失ぶんがエネルギーに変換されるので
1.0kg×0.001=1.0×10^-3 kg( 1.0g ) である。
これがmに相当する。
代入すると
ΔE=(m) ×(c^2)=(1.0×10^-3 kg) (9.0×10^16 m^2/S^2)
ΔE= 9.0×10^13 Kg m^2/s^2


なんじゃこの数字は!!?


莫大な数字が出てくる。
このKg m^2/s^2という単位はJ(ジュール)にそのまま直せる。
なのでこれまたK(キロを加えると3桁減るが)ΔE= 9.0×10^10KJと書き直せる。これはこれは、、、でかすぎるな。
たった1kgのウランの1/1000の質量差でこのエネルギー!!


ちなみにピン!っとこない方の為に、
9.0×10^10KJという値を確認してみる。
石炭を3300トン燃焼させた時と同量。
3300万リットルの水を水蒸気(100度)に換えれるエネルギーである。
120トンの物を10000メートル上空まで持ち上げれるエネルギーである。


続く、、、、、、
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by momenchi | 2011-03-17 00:46 | CHEMISTRY

原子、放射線、放射能 その3

原子の種類

この中性子、電子、陽子から構成される原子がある。水素、炭素、酸素など。
この原子の中に常時 放射線を放つ化学種(原子)が存在する。
この原子は放射線を放ちながら別の原子に遷移していく。
この放射線を放つ能力を持つ原子を放射能のある原子といって良いと思う。
なので放射線放つ原子=放射能がある原子

人工放射性核種
Co-60(コバルト60)→Ni-60(ニッケル60)に変わる。時間は5年3ヶ月ほどで半分この時間を半減期(half lifeと言う)更に5年3ヶ月で1/4に成る。
自然放射性核種

K-40(カリウム40)→Ca-40(カルシウム40)に変わる。半分になると時間はなんと13億年必要。

非放射性核種
O-16(酸素)はいつまで経っても酸素!!
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by momenchi | 2011-03-17 00:45 | CHEMISTRY

原子、放射線、放射能 その2

元素ー原子の違い。

水素と炭素は何が違うのか

以下の図を参考に説明する。
まず元素の違いは中性子、陽子、電子の数が違う。この三つで原子は出来ているとの解釈でOK。
この三種類の数の組み合わせの違いで、90種類ほどの元素が出来ている。

水素、ヘリウム、リチウム、ベリリウム、ホウ素、炭素、窒素、酸素、フッ素、ネオン、、、これらは
電子、陽子、中性子の各数は水素(1.0,1)、ヘリウム(2,2,2)といったかんじである。
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image reference by 原子力発電のしくみ 中部電力ホームページ

*原子は構造的な概念であるのに対して、元素は特性の違いを示す概念らしい、
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by momenchi | 2011-03-16 18:23 | CHEMISTRY

原子、放射線、放射能 その1

核爆発というのは、、、

核爆発といえば広島、長崎の原爆のような核爆弾を連想します。これは高濃縮U(ウラン)を用いています。核爆発と言えばこの認識で良いと思います。高濃縮とは濃縮精製し高純度(95%以上)のウラン235を作ることで、戦略兵器の核ミサイルはこれを使用します。

さて今回の最悪の事態の一つに同じ物質を使っているわけで、核爆発みたいな事象が起こるのか?っということ。

・・・・んん、個人的には起こりにくいと思う、、限りなく。
まずよく言われているとおり、原発で使われるUはウランー235が3%~5%程で濃度が低く、そのままでは核爆発を起こせない。起きない。


通常、稼働中の原子炉の中で何が起こっているかと言えば、低濃縮ウラン燃料(ペレット)がジルコニウムのパイプに封入され、中性子を出しながら崩壊していく、このとき生まれるエネルギーが熱として現れるのでこれを利用する。これを完全な制御下で行っている。核分裂反応が促進してきたら分裂速度を落とし(制御棒等で)、遅くなったらまた分裂を促進させる。これを繰り返し、発電所の発電量をコントロールしている。これが正常モード。

しかしながら爆発の可能性があるとするならば、ジルコニウム合金のパイプにセラミックタブレットとして二酸化ウラン(U-235 )が含まれている訳だが、こやつが一度溶解し水中でウランが一定の濃度に達っすると、低濃縮ウランでも臨界に達っすることがあるらしい。

これが起こったとしても量もしれていて、爆発の規模は大きくないだろう。
しかし放射能の問題は山積しているとは思う、、

これが起こりうるのかと言うことだが、、、どうなんだろうか、、
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by momenchi | 2011-03-16 06:43 | CHEMISTRY

Fexofenadine Cetirizine Olopatadine ー花粉症対策に

Fexofenadine
これはアレグラというSanofiaventis社が市販している薬の薬効化合物の名称です。
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因みにIUPACの命名では
(RS)- 2-[4-[1-Hydroxy- 4-[4-(hydroxy- diphenyl- methyl)- 1-piperidyl]butyl]phenyl]- 2-methyl- propanoic acid
こんな感じです。相変わらず長いですね。
各種化学データは以下のように成っております。
(Reference by WIkipedia)
Formula        C32H39NO4
Mol. mass         501.656
Bioavailability       30-41%
Protein binding      60-70%
MetabolismHepatic   (5% of dose)
Half-life         14.4 hours
ExcretionFeces   (~80%) and urine (~11%) as unchanged drug




Cetirizine
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IUPAC名は、
(±)-[2-[4-[(4-chlorophenyl)phenylmethyl]-1- piperazinyl]ethoxy]acetic acid

Formula         C21H25ClN2O3
Mol. mass        388.89
Bioavailability      well absorbed
Protein binding     93% avg
MetabolismProbable major agent:   CYP3A43 (Cytochrome P450 3A43); Minor agent: CYP3A4 (Cytochrome P450 3A4)
Half-life          8.3 Hours




Olopatadine
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IUPAC名は、{(11Z)-11-[3-(dimethylamino)propylidene]-6,11-dihydrodibenzo[b,e]oxepin-2-yl}acetic acid


Formula     C21H23NO3
Mol. mass    337.412 g/mol
Half-life     3 hours


このような化合物が薬効成分と成っています。Fexofenadineはアレグラ(Sanofiaventisの商品)という製品、CetirizineはジルテックというPfizerの製品、そしてOlopatadineはアレロックとして協和発酵キリンが開発販売しています。たぶん、、、

多分というのは、薬を作ったという定義が私の中では曖昧だからです。例えばですが、長年世界一の売り上げを誇っているAtorvastatin(アトルバスタチン、商品名リピトール(Pfizer))がありますが、この薬現在Pfizer社の看板商品で社の年間売り上げの3割以上を占めているブロックバスター(1000億以上売り上げる薬)です。しかしながらこれはPfizerの合成部門、薬理部門が一から作った薬ではありません。
Atorvastatinを作ると言うことを、とりあえず合成屋の視点で化合物が完成した時点をさすとすると、この化合物はPfizerが買収したWarner-Lambert Companyが更に以前に買収したParke-Davis 社が社内(1985年にBruce Roth が合成)で合成した物です。
昨今の製薬会社は、莫大な費用を掛けて一から薬を作るより、既に種化合物を持っている会社を買収してしまう。もしくは既に場市出来そうな薬を持っている、極めつけはもう有望な薬を売り出している会社を買収するといった方法を取っています。
話はそれましたが、このような紆余曲折があって現在は△△のブランドラベルがついて売られているかもしれませんが、そこが一から開発したとは決まっていません。


さてこれら花粉症に効く薬ですが、花粉症専用の薬ではなく日本では第二世代抗ヒスタミン薬と言われている抗ヒスタミン薬の一種です。この名の通りヒスタミンという化合物をどうにかしちゃえばアレルギー反応を抑えられるみたいです。後日記載します。

この三種の薬はお医者さんに行けばどれかは処方してもらえるという花粉症に対するファーストチョイス的な薬だとお見ます。特にアレグラはとてもメジャーな薬です。僕の周囲はたくさん飲んでいる人がいます。







これを書いているいる時にWBSで三井化学のトップが
”化学がものを作っていく”
とおっしゃっていますが、まさにその通りだと思います。取りわけ有機合成化学は原子レベルで物を創っていけるすばらしい学問、技術です。このような最も上流の小さなスケールで物を創っていける分野はとても魅力的で、人類をこれからも引率していくだろうと思います。

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by momenchi | 2011-03-10 23:50 | CHEMISTRY

Thermodynamics

Thermodynamics

Second law of thermodynamics
dS=δQ/T

熱力学第零法則
物体AとB、BとCがそれぞれ熱平衡ならば、AとCも熱平衡にある。

熱力学第一法則
閉鎖系の内部エネルギーUの変化dUは、外界から系に入った熱δQと外界から系に対して行われた仕事δWの和に等しい。
dU = δQ + δW

熱力学第二法則
熱を低温の物体から高温の物体へ移動させ、それ以外に何の変化も起こさないような過程は実現不可能である。
温度の一様な一つの物体から取った熱を全て仕事に変換し、それ以外に何の変化も起こさないような過程は実現不可能である。(トムソン(ケルヴィン)の原理)
断熱系で不可逆変化が起こるとき、エントロピーは必ず増加する。可逆的な変化ではエントロピーの増加はゼロとなる。(エントロピー増大の原理・クラウジウスの不等式)

熱力学第三法則
絶対零度でエントロピーはゼロになる。

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by momenchi | 2011-02-17 03:45 | CHEMISTRY

論文紹介1  Synthesis of thrombin inhibitor (The coagulation cascade)

SYNTHESISにthrombin irreversible inhibitorの合成と評価というのが載っていました。 
実際、人間で薬理活性をみたという所までは到達してないお話だったような気がします。w  
凝固を防いでくれるこれらの種類の薬剤は、現代の多くの疾患に適応できるものだと思います。一例として、抗凝固薬は血栓溶解剤として機能し、静脈血栓症、心筋梗塞、脳卒中、冠動脈バイパス術後処方薬などとして多用され続けている薬剤であります。いずれの疾患お聞きになったことがあるような重篤な疾患ばかりです。勿論この薬剤は根治治療薬でないので、根治に向けては患者自身のライフスタイルの改善や諸処の努力が必要かと思われますが・・・・。
というわけで抗凝固薬は頻用されているお薬です。つまり研究してる人も多い。
論文も多い、調べやすい・・などなど☆

私は合成や薬理活性、ターゲット部位などを読みたかったのでこの論文に目を通しましたが、自身は血液・・・病理や生理の専門ではないのです、この論文を手にした機会に色々と専門の医師に質問したり、NETで調べたり、論文読んだり、教科書読んだりと・・・色々勉強できました。



Design and Synthesis of a Candidate a-Human Thrombin Irreversible Inhibitor Containing a Hydrophobic Carborane Pharmacophore
Micheal F. Z. Page, Satish S. Jalisatgi, Andreas Maderna, M. Fredrick Hawthorne
Department of Chemistry and Biochemistry, University of California, Los Angeles, 405 Hilgard Avenue, Los Angeles, CA 90095-1596
International Institute of Nano and Molecular Medicine, Unversity of Missouri, Columbia, MO 65211, USA

SYNTHESIS Journal of Synthetic Organic Chemistry 2008 No. 4 February II page 555

間違いがあるかもしれませんが、反応系の略図を作ってみました!
c0163916_1531441.jpg

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by momenchi | 2011-02-08 17:00 | CHEMISTRY

化学じゃないけど、、、、自宅での洋服の洗い方1

そこそこ服は好き。ニットも好き。

僕が着ている(下着以外は)一般的に”クリーニングに出したほうがいい服”という物が多いけど、洗う気になれば、大方洗える。クルチアーニのウール&シルクであろうが、バレンシアガのシンプルな装飾のないメルトンコートでも、、、、、。ただただ、、時間が必要である。
今までは、家に来ているクリーニング屋さんに基本的には出す。
なので基本的にドライクリーニング、たまに”これこれは水洗いでお願いします”と行った具合に頼んでいた。
でもクリーニングに出したらしばらく戻ってこないのとコストが掛かるので、久しぶりに色々調べてからマイウエアをごっそり手洗いしてみた。

まず素材の研究。
Natural: wool、 silk、 cashmere、 アルパカ、cotton, 麻、モヘア、
chemical: ポリエステル、ナイロン、ポリウレタン、キュプラ、など

次いで洗剤の研究
これは洗剤と仕上げ剤でしらべてみた。

最後に仕上げの方法。
これが実際に一番の問題になりうる、、、、???w
干し方、乾燥さす場所、、などなど

続く、、
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by momenchi | 2011-02-01 03:28 | CHEMISTRY

ふらふらと・・・


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