タングステン: 弾丸やミサイルに最適な金属 - 浙江河川ランニンググループ

テニスボールほどの大きさの鉄の塊を想像してください。手に持って重さを量ります。さあ、足の上に落としてみましょう。それはどんな感じですか？ここで、同じオブジェクトが 3 倍密度が高いと想像してください。それを落としたらどんな感じになるでしょうか？もう一度歩くことはありますか？

その金属はタングステンです。

信じられないほど密度が高いだけでなく、信じられないほど硬く、すべての元素の中で最も高い融点を持つ 3,422℃ を持っています。

1世紀ほど前、世界ではそれを利用することはできませんでした。それを形にしたり、加工したりすることはほとんど不可能でした。しかし現在、私たちは爆薬を使わずにタングステンを使って文字を書いたり、氷河を横断したり、X線を発したり、建物を破壊したりしています。

これがどのように起こったのかを理解するには、私たちの世界のすべてを形作ってきた競争力を理解する必要があります。そして、生命の進化の中心にある謎より始めるのが最適な場所はあるでしょうか?

最初の 40 億年間、生命は実際にはあまり進化しませんでした。生物は小さく、単純で、かなり珍しいものでした。そして約5億年前、何か異常なことが起こりました。化石記録によると、信じられないほどの生命の爆発があったのです。

驚異的な数の素晴らしい新種の生物が出現しました。下に触手、背中に劇的な弧を描いた棘を持つ皿のような目の生き物、カニのような腕を持つイカ、そして小さな手を振る指の縁が付いた浮遊エアマットレスのような奇妙なものもあります。

チャールズ・ダーウィンは、いわゆる「カンブリア爆発」が彼の自然選択理論に対する最も強力な反論であると考えました。この種の突然の繁栄は、段階的な進化の考えに反しました。

では、何が原因だったのでしょうか?

現在、多くの科学者は、この新しい生命の大増殖は、カンブリア紀の基準からすればエキゾチックな新しい能力の発達によって引き起こされたと信じています。理論には目や肛門さえも含まれます。

それとも歯はどうでしょうか？カンブリア紀に初めて出現した、腸の入り口の周りにスパイクを持つ虫のような生き物は、今でも恐ろしいように見えますが、これらの捕食性の顎が、柔らかく脆弱な生物の世界でどれほど効果的な殺人者を生み出すか考えてください。

それだけではありません。カンブリア紀は、貝殻や外骨格が化石記録に初めて大量に出現した時期でもあります。海底に生き物が掘った巣穴の最初の証拠もあります。

古生物学者のマーティン・ブレイジャー氏は、「それは、盾と剣、戦車と銃、防空壕と爆弾など、軍拡競争の不穏な遺跡を考古学的発掘現場で見つけるようなものだ」と書いている。

その理論は、残りの創造物は自らを守るために非常に急速に適応する必要があったため、多くの生物が炭酸カルシウムの鎧を脱ぎ捨て、一部の動物が安全な場所に身を掘るように進化したのはなぜかというものです。

生物学者はこのプロセスを共進化と呼んでいます。

では、これがタングステンと何の関係があるのか、おそらく疑問に思われるでしょう。

そうですね、製造の世界にはかなりの共進化が伴います。新しい材料、たとえば超強力合金が開発されると、飛行機や発電タービンのようなものの弾力性が高まり、多くの場合、より軽量で安価になることもあります。

しかし、より強力なコンポーネントを加工するには、より強力な工具が必要です。そこでタングステンが登場します。周期表の元素 74 は、自然界で最も丈夫な物質の 1 つです。

ロンドン郊外の工具メーカーである SGS カーバイドでは、多くの材料を使用しています。同社は、コバルトで固められたタングステンと炭素の超硬質化合物であるタングステンカーバイドから、航空宇宙、自動車、その他多くの産業で使用されるさまざまなドリルビットや切削工具を製造しています。

では、地球上で最も極端な素材の 1 つをどのように成形するのでしょうか?

唯一より丈夫なもの、ダイヤモンドを使用する必要があります。ダイヤモンド切削工具を使用する場合でも、その作業には不浄な戦いが伴いますが、SGS カーバイドの工場内ではそれを知ることはできません。煙も火花も出ません。聞こえるのは旋盤やその他の機械からの静かな音だけです。

それぞれが独自の防音ボックスに収められており、冷凍油を使用した高度な冷却システムが備えられています。しかし、これらの最先端の機械を使用しても、1 つのドリルビットを切断するのに 10 分以上かかる場合があります。そしてそれらは高価で、ドリルビット 1 つあたり 500 ポンド (750 ドル) を超える場合もあります。

しかし、産業で使用される先進的な合金が増えるにつれ、SGS カーバイドのような超強力、超耐久性、超高精度の工具メーカーに対する需要が高まっています。地球上で採掘されるタングステンのほとんどはこれらの工具の製造に使用されるため、原材料の金属の価格は上昇しています。

同時に、タングステンの最もよく知られている産業用途は現在、衰退の終焉を迎えているように見えます。

ユニバーシティ・カレッジ・ロンドンの化学科の廊下の一つにある小さな部屋で、アンドレア・セラ教授は昔ながらの白熱電球を掲げている。透明なガラス越しに、壊れやすいフィラメントが電球をそっと振ると震えているのが見えます。

「電流が大きくなるほど、タングステンの小さなコイルは熱くなり、より明るく輝きます」とセラ氏は説明します。

かつてはすべての家がこのような電球で照らされていましたが、タングステンに落ち着くまでには 100 年近くの試行錯誤が必要でした。最初の電球を開発した偉大な科学者や発明家は、プラチナ、イリジウム、炭化ミシン糸、さらには竹のフィラメントを試しました。竹はどちらもトーマス・エジソンの革新でした。

そして 1908 年に、もう一人の偉大なアメリカの発明家であるウィリアム D クーリッジが、超強靱なタングステンからワイヤーを作る方法をついに発見しました。これらは、強力で耐久性があり、溶融することなく極度の明るさまで加熱できるという理想的なフィラメント素材であることが証明されました。

タングステンフィラメントは 1 世紀にわたって私たちに役立ってきましたが、実際には、タングステンフィラメントは常に光よりも熱を生成する方がはるかに優れており、一部の電球ではエネルギーの 97% が熱として失われていました。そのため、現在、世界中で白熱電球が、はるかに効率的なコンパクト蛍光灯、発光ダイオード、その他の技術に置き換えられています。

しかし、タングステンは依然として、世界をまったく異なる方法で見るのに役立つ 2 つの重要なテクノロジーの基礎となっています。

タングステンフィラメントは、私たちの身体や骨の内部を観察できる X 線を生成し、船、飛行機、橋を結合する溶接部も観察します。また、電子銃のエミッタ先端を形成するためにも使用され、電子顕微鏡で単一分子のような小さな物体を覗き込んで検査できるようになります。

しかし、その名前の由来となったのはタングステンの密度でした。スウェーデンの重い石であるタングステンに由来しています。

密度は鉄の約 3 倍、鉛の約 2 倍、実質的に金と同じです。

そして、カンブリア紀の爆発における新種の急増のように、タングステンの独特の性質を利用するために、あらゆる種類の奇妙な用途が進化してきました。

スノーモービルの走行路のスパイク、携帯電話が鳴ると振動するバイブレーター、釣り具の重り、ボールペンのボール、プロ用ダーツなどに使われています。

詐欺師がタングステンの金メッキ棒を本物のように偽装して、簡単に利益を得ることがあるのもこのためです。そして、その密度と硬度が、軍が別の種類の進化的軍拡競争にタングステンを使用する理由となっています。

「タングステンは非常に優れた弾丸を製造します」と軍事アナリストのロバート・ケリーは私に言いました。「それは、他人の鎧に向かって発射すると、それを貫通して殺されるようなものです。」

そして、カンブリア紀の生き物と同じように、誰かが歯（またはタングステン弾）を使い始めたら、それに対して何らかの措置を講じる必要があります。

「弾丸にタングステンを導入するなら、鎧にもタングステンを導入する必要がある」とケリー氏は言う。

彼は、軍事技術者がタングステンの強度と、余分な重量によってもたらされる燃料と操縦性のコストの間で交渉しなければならない興味深いバランスについて説明します。

「彼らはタングステンをタンクの上部ではなく側面に設置するでしょう。それで人々はタンクに向かって飛んで、最後の瞬間に上昇してタンクに落下する弾頭を開発するでしょう。だから、そうしなければなりません」タンク上部の武装を開始します。

「つまり、ギブアンドテイクの絶え間ないゲームなのです。」

そして、タングステンの並外れた特性は、爆発物なしで機能するクラスのミサイルの開発につながりました。

「動的砲撃」兵器では、事実上タングステンの槍を信じられないほどの速度で目標に向かって発射します。それらは分厚い鋼鉄の装甲を貫通し、非常に局所的な破壊を引き起こす可能性があります。

この種の用途におけるタングステンの唯一のライバルは放射性元素ウランです。劣化ウランはタングステンと（ほぼ）同じ密度であり、軍事的な観点から見ると、鋼鉄戦車の装甲を突き破るときに発生する極端な温度で燃焼するという追加の利点があります。

これにより、タンク内の爆発物が爆発することがよくあります。

「もしあなたがタンクの中にいる人間なら、何が起こったのか覚えていないでしょう」とケリーは率直に言う。

では、ウランにはこの不気味ではあるが有用な追加特性があるのに、なぜ軍は依然としてタングステンを使用するのでしょうか?

第一次湾岸戦争後にクウェート国民が発見したように、劣化ウランは燃焼後に潜在的に致死性の粉塵を残すからである。奇妙に聞こえるかもしれませんが、戦争の世界では、タングステンは環境に優しい代替品です。

タングステンが多くの国で重要な戦略的要素として分類されている理由は、これらの進化する軍事および産業用途すべてによって説明されています。

しかし、世界供給の80％以上は中国によって管理されており、近年中国は他の多くの原材料とともにタングステンの輸出に制限を課している。中国国内でタングステンを使用するハイテク産業の発展を促進したいと考えている。

これも価格の上昇に寄与し、これまで不経済だった中国以外の預金が採掘する価値のあるものになった。

ダートムーアの端にあるヘマードンは、英国で 40 年間にわたって開設された初めての新しい金属鉱山であり、世界で 3 番目に大きいタングステン鉱床を開発する予定です。

この物質は、タングステンの別名である「ウルフラム」と周期表でこの元素が W で表される理由である「ウルフラム」にちなんで命名された、Wolf Minerals という会社によって再発見されています。 (実際、「ボルフラム」はスウェーデンで使用される名前で、「タングステン」はシーライト、タングステン酸カルシウムを指します。)

この新しい鉱山は、現代世界を形作っている競争圧力のもう一つの現れであり、私たちが発見したように、原始世界にも進化をもたらしました。

しかし皮肉なことに、ヘマードンで採掘される岩石はカンブリア紀よりもはるかに若く、わずか4億年しか経っていない。

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