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2007年10月17日 (水)

炭酸ガスレーザーで遠くにあるものを発火させられるか? 月9「ガリレオ」第1話

昨日、フジテレビ系のドラマ「ガリレオ」第1話を見ていたら、妙に科学的なことを扱っていた。福山雅治の演ずる変人物理学者が主人公のドラマである。

炭酸ガスレーザーを遠隔操作して、離れた場所の人間の頭部を発火させて、死亡させるというトリックが主題だった。このドラマ、科学的に正しいことをかなり具体的、専門的に踏み込んで取り扱っているところもあったのだが、科学的にありえないことをあたかも正しいように説明しているところもあった

まず、金属加工に用いられるクラスの炭酸ガスレーザーを遠く離れた場所に照射して、モノを発火させるのはまず不可能である。炭酸ガスレーザーに対して無用の不安を与えかねない。

炭酸ガスレーザーは金属の切断などに使用できるが、このときは太陽光を虫メガネで集めて黒い紙を燃やすのと同様に、レーザー光を凸レンズで集光し、その焦点付近での高エネルギーを利用して、金属を切断するのである。凸レンズを使わず、ただ炭酸ガスレーザーを当てるだけでは金属は切断できない。直接当てた場合、至近距離ならやけどをする程度に加熱される危険性はある。

しかし、炭酸ガスレーザーの光は、進むにつれて広がっていくので、離れるにつれて加熱能力は減ってしまう。ビームの広がり角(beam divergence)を一般的な2 mrad(ミリラジアン)とすると、100メートル進めば、直径約20cmの円形に広がってしまう。工場で用いられるクラスの10ワット~100ワットの出力のレーザーを用いたところで、電気ストーブに当たっている程度の暖かさである。ドラマで言っていたような「頭蓋骨が黒焦げになる」ほどの威力はない。いずれにしろ、レーザーだからといって、急に発火することはなく、何だか暑いなと感じて、よけるくらいの時間はあるはずである。この点を視聴者が誤解してしまわないかと不安であった。

レーザーと言っても何か意味不明の怖いものではなく、レンズで集光しない限り、体に与える影響は赤外線ヒーターの強いものと言ったイメージでよいと思う。ただし、目に入ると危険である。

だいたい燃えるものを数秒で発火させようとすると、10cm角に0.5kWくらいの熱を照射する必要がある(不燃材料の認定試験では、それくらいの熱エネルギーを照射して試験する)。100ワットのレーザーを使っても、せいぜい二十数メートルくらい離れたものしか発火させられないと考えられる。

炭酸ガスレーザーには10kWの高出力のものもあるようなので、これくらいの高出力になると100メートル先のものでも危ないかもしれない。民生用としては用いられていないはずだ(エアコン100台分以上の電源が必要である)。

炭酸ガスレーザー(波長10.6μmの赤外線を発する)は目に見えないので、ヘリウムネオンレーザー(波長633nmの赤い光を出す)を使って、光軸合わせをすると言っていたのは正しい。使ったことのある者しか知らないことである。

レーザーの実験中、保護メガネをかけていたのは良いのだが、なぜかレーザー用の保護メガネでなく、化学実験用の保護メガネだったのも、ご愛嬌だった。

赤外線は、赤外線ヒーターでおなじみだが、分子を振動させて、モノを暖める性質がある。赤外線より波長が長いマイクロ波を、うまく使うと、別の原理で、モノを暖めることができる。波長12cmのマイクロ波を当てると、水分子だけを回転させることができて、水分を含む物体を暖めることができるのである。これを応用したのが電子レンジである。なぜかドラマ中の講義でふれられていた。

レーザー(LASER)が開発された当初は、このマイクロ波をレーザー発振させるメーザー(MASER)と呼ばれるものが主流だった。これは炭酸ガスレーザーより、悪用すると危険なはずだ。ドラマを見ながら、犯人はマイクロ波をレーザー発振させたという結末かと思っていたが、予想は見事に外れてしまった・・・。

※「レーザー」は、最近「レーザ」と表記する方向に変わりつつあるようですが、「レーザー」としました。

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コメント

金属加工用レーザー加工機メーカーの炭酸ガスレーザー開発者として、コメントさせていただきます。
金属加工用(鉄の16mm以上を切断する)加工機の最近の出力は、3~4kWが主流です。
発振器出口から加工点(集光レンズ)までの距離は10m以上になりますが、集光レンズ上でビーム径は20mm程度です。
この20mmの光を人間の皮膚に照射すると、瞬間的に炎が吹き出ます。
では、頭に穴が開くかといえばそうではなくて、皮膚の表面のみが炭化します。

投稿: | 2009年9月17日 (木) 21時11分

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