レールガンについて少し考えてみる

皆さんどうも、匿名です。

なんとなくレールガン作りたいな、と思って(主にブル●カのア●スのスーパー●ヴァのせい)書き始めました。

1.レールガンって？

レールガンとは火薬を使わずに、物体を電磁気力を使って加速させ、撃ち出す装置です。2本のレールの電極棒の上に発射させる金属を乗せ、電極棒に電流を流して金属を発射させます。
これだけではどのような原理で発射するのかあまりよく分かりませんよね。では原理を詳しく解説していきます。
まず、フレミング左手の法則をご存知でしょうか。左手を3つの方向に向けるなんかかっこいいやつ(個人の感想)です。
親指は力の向きを、人差し指は磁界を、中指は電流を表します。レールガンはこの法則を利用します。ローレンツ力ってやつです。また、力、磁界、電流の向きはそれぞれ直角に交わっています。赤の矢印が力の向き、青の矢印が磁界の向き、橙の矢印が電流の向きを表しています。

フレミング左手の法則 {width=300px}

また、もう1つ、右ねじの法則というのも使います。

右ねじの法則 {width=300px}

図解するとこんな感じになります。赤の矢印が力の向き、青の矢印が磁界の向き、橙の矢印が電流の向きを表しています。

レールガン {width=300px}

コイルガンと何が違うのか？

コイルガンもレールガンと同じく発射物を電気と磁力を使って高速で撃ち出すものです。しかし、コイルガンとレールガンの原理は全く異なります。
レールガンは前述の通り、フレミング左手の法則、ローレンツ力を利用しますが、コイルガンはコイルの電磁石の力を利用します。コイルに高電圧を流し、一瞬だけ強力な電磁石にしてその磁力で発射物をコイル内部に引き寄せた勢いで発射物を撃ち出します。

2.回路をざっくり考えてみる

レールガンは大きくこんな感じに分かれてます。

電源、昇圧チョッパ
充電対象(コンデンサ)、(念のため安全装置)
レール、発射物

結構さっぱりしてますね。

1.電源、昇圧チョッパ

レールガンを発射するためにはとても大きな電圧が必要です。家庭電源は100V。対してレールガンに使う電圧はそれ以上のものが必要です。そのため、電圧を上げる機械が必要になります。そこで使用するのが昇圧チョッパです。
(昇圧チョッパの構造など詳しく知りたいについては一昨年の部長が書いた部誌のコイルガンの解説のところにかなり詳しく書かれているのでそれを参照してください。)

2.充電対象(コンデンサ)、(念のため安全装置)

昇圧チョッパで電圧を上げてた後にコンデンサに充電します。充電することで、一気に大きな電圧を一瞬で流すことができます。
電荷を放電させる安全回路は作っておいた方が良いです。コンデンサに充電した高電圧の電荷を万が一の時そこから放電できます。必須ではないですが、レールを通さずに放電するとなるとコンデンサの両極に直接電気伝導体を当ててショートさせるという強硬手段で行かざるを得なくなります。高電圧をショートさせる時はかなり大きい音と火花が発生するのであんまりやりたくないです。やり方悪いと感電しますし。そのために電荷を放電させる安全回路を作ります。メタルクラッド抵抗あたりを使用するのが良いですね。

3.レール、発射物

発射物は電気伝導体です。
レールに関してなのですが…発射物を走らせた場合、摩擦でえっぐい音と摩擦熱や、空隙の放電による熱が発生します。電流がものすごく大きいとレールや発射物がプラズマ化したり蒸発したりします。
レールを走らせるという機構上、摩擦が発生するのは仕方ないですね。

3.最後に

レールガンについて調べながらこの部誌を書いていたのですが思ったより製作は簡単そうでした。思ったよりコストもかからなさそう。レールを走らせたときに出る騒音や熱の対処、昇圧チョッパの回路の簡略化などができたら作ってみたいですね。
ここまで読んでいただきありがとうございました。