放射線を怖がらないで！こんな機能があるんですね…

二十四節気のうち第8番目の節気である「癸未」は、雨が多く降ることを象徴します。「4月中旬になると、実が豊かになってきます。」これは、南部では雨が豊富に降ることを意味します。北部の小麦の実も実り始めています。

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「すべてのものは太陽とともに成長する。」グレインフル以降は日が長くなり、太陽放射が強くなります。

道を歩いているとき、道端の建物のガラスを観察したことはありますか？完全に透明なガラスではなく、様々な色のコーティングが施されたガラスも多くあります。これは単に美観のためだけではなく、放射線とも密接に関係しています。

熱線反射ガラスの写真（注：インターネットより）

熱と放射線にはどのような関係があるのでしょうか？

熱線反射ガラスは、真空コーティングなどの技術によりガラス表面に熱線反射膜を形成して作られます。建物の表面に広範囲に塗布すると、熱反射、熱放射などにより建物の外部への太陽熱の大部分を遮断し、熱吸収を効果的に抑え、夏場の建物内の温度を下げることができます。

物体が熱を吸収し続けるため、温度が上昇します。熱は伝導、対流、放射によって伝達されます。このうち、「放射」とは物体が周囲の空間に電磁波を放出すること、つまり熱放射を指します。放射能力は温度に関係します。温度が高いほど、放射能力は強くなります。したがって、より熱い物体は周囲の空間により多くの熱を放射します。物体の表面の材質と色は、熱放射の反射と吸収に影響します。放射冷却は、反射と吸収の特性を利用して冷却を実現します。

熱線反射ガラスの動作原理図（注：インターネットより）

熱伝達の3つの方法の模式図（注：インターネットより）

放射線は冷却に使用できますか?

1. 放射熱伝達の科学的原理

放射熱伝達は、放射の吸収と放出の物理的原理に基づいています。物体が放射線を吸収すると、周囲の空間からエネルギーを吸収し、温度が上昇します。逆に、物体が放射線を放出すると、周囲の空間にエネルギーが放出され、温度が下がります。放射熱伝達は、電磁波の形でエネルギーを伝達することです。このプロセスでは媒体は必要なく、真空中でも熱を伝達できるため、宇宙では非常に一般的です。

2. 放射冷却の技術的原理

「放射冷却」とは、高温の物体が黒体放射を利用して大気の赤外線透過窓を通して外部の低温空間に熱を放射し、冷却する方法を指します。

放射線に関する原理の模式図（注：インターネットより）

物体の温度が 0K より高い限り、熱放射が発生します。放射物体の表面状態、分子構造、温度などの条件の違いにより、放射波長も異なります。地球表面の物体の熱エネルギーのほとんどは放射によって伝達され、物体自身の熱が13μmの電磁波の形で「大気の窓」を通して絶対零度に近い外の空間に放出され、それによって自己冷却の目的が達成されます。

放射システムの概略図（注：インターネットより）

放射熱伝達は私たちの生活のあらゆる場面で利用されています

1. 航空宇宙

宇宙飛行士が宇宙で使用する宇宙船の機器の多くは真空状態にあり、熱伝導や対流が起こりません。冷却と放熱には主に放射熱伝達技術が使用されています。

宇宙船の概略図（注：インターネットより）

2. 農業

温室も温度を上げるために放射線を利用します。日中、太陽光は温室フィルムとガラスを透過して温室内に入り、太陽放射熱を吸収して温室の温度を上昇させますが、地面から反射された長波放射熱は温室を通して放散できないため、熱損失が低減され、温暖化が達成されます。

温室模式図（注：インターネットより）

放射熱伝達は生活の中で広く利用されています。たとえば、私たちがよく使う電子レンジや赤外線ストーブは、すべて放射熱伝達によって加熱効果を実現しています。さらに、工業生産においては、材料の加熱、溶融、蒸発などのプロセスに放射熱伝達も必要です。

電子レンジの動作図

赤外線ストーブの概略図（注：インターネットより）

放射熱伝達の将来はどうなるのでしょうか?

放射熱伝達の関連技術は、その独自の利点により、非常に幅広い応用シナリオを持っています。現在、冷凍技術、省エネ建築、エネルギー変換、材料準備などの分野でますます重要な役割を果たしています。しかし、放射熱伝達の関連技術も、今後の開発において多くの課題に直面しています。

1. 放射線の効率とエネルギー貯蔵の適正化をさらに進める必要がある

放射線の総量は膨大であるが、エネルギー束密度は低く、不安定である。例えば、太陽放射のエネルギーは非常に大きいですが、昼夜、季節、天候など多くの要因によって制限されます。晴れた夏の日の正午には太陽放射が最も強くなりますが、曇りの日にはその 5 分の 1 しかありません。より高い電力を得るためには、多くの場合、大きな面積を持つ収集装置が必要になります。そのため、エネルギー変換効率をさらに向上させ、より効率的な放射線エネルギー変換装置を開発し、エネルギーの不安定性に対処するための効果的なエネルギー貯蔵方法を設計する必要がある。

2. 実際の生産工程では安定性と耐久性を向上させる必要がある

放射線材料の安定性と耐久性は、実際の用途において重要な役割を果たします。放射線の放出と吸収は、物体の表面の色と清潔さに大きく影響されます。実際の用途では、機器に水やほこりが蓄積しやすくなります。同時に、長期間使用すると機器が錆びて劣化し、エネルギー吸収効率に重大な影響を与えます。したがって、実際の生産アプリケーションでは、効率的で合理的かつ低コストの設備メンテナンスとサービスも考慮する必要があります。

3. 設備の生産コストを削減する

技術の発展により、一部の放射線設備材料はすでに大量生産が可能になっていますが、効率は低く、コストも高くなります。今のところ従来の化石エネルギーと比較することはできず、設備の耐用年数も短い。したがって、実際の使用においては、放射変換設備は、現地の電気料金や気象条件を総合的に考慮し、各帯域の放射エネルギーを最大限に活用し、設備投資の回収期間を分析して、設備の種類と建設規模を合理的に選択する必要があります。

各バンドの放射線応用図（注：インターネットより）

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