テラパスカルからギガパスカルへの換算

テラパスカル（TPa）について

テラパスカル は、1000 ギガパスカル にあたる圧力の単位で、TPa と書きます。1000 万 バール です。技術者が造るもので、この圧力のもとで働くものはありません。この単位はむしろ、科学のまるで違う二つの片隅に属しています。知られているかぎりもっとも硬い材料の剛性と、大きな惑星の内部です。

この単位を地図のうえに載せたのは 炭素 の ナノ 構造です。単層の 炭素 ナノチューブ の ヤング 率は 1 テラパスカル に近く、グラフェン の 1 枚も同じで、重さに対しては、これまでに測られたなかでもっとも硬い材料になります。長らく基準だった ダイヤモンド は 1.2 テラパスカル です。この三つの数値こそ、材料科学にこの単位が姿を見せる理由のすべてです。

この水準の剛性は、強さと同じものではありません。ナノチューブ は引き伸ばされることに ものすごく 抗いますが、それを大量に束ねた実際の 繊維 は、はるかに低い応力で壊れます。管どうしが たがいに 滑ってしまうからです。1 テラパスカル の弾性率を 1 テラパスカル の破断強度と取り違えることは、これらの材料をめぐる一般向けの説明でもっともよくある誤りのひとつです。

惑星の内部は、本物の テラパスカル の圧力に達します。木星の中心は 3 から 4 テラパスカル と見積もられ、より大きな ガス 惑星の 核 はそれを超えます。そうした条件のもとで水素は金属のようにふるまい、それこそが惑星の磁場を生みます。つまりこの単位は、構造物にかかる荷重ではなく、物質の状態を言い表しているのです。

実験室も、いまでは短いあいだならここに届きます。レーザー による衝撃圧縮と パルス 磁場の手法は、試料を数 ナノ秒 のあいだ テラパスカル の帯へ押し上げます。その材料の密度と構造がどう応じるかを記録するには、それで十分な長さです。巨大惑星の内部条件のもとの物質について直に得られる証拠は、これらの実験だけです。

尺度を言えば、1 テラパスカル は大気圧の 1000 万倍であり、地球の中心の圧力のおよそ 3 倍です。この数はもはや人が感じ取れるものではなくなり、化学のありようが変わるほど近くまで押し合わされたとき原子が何をするかの記述になります。

1 テラパスカル は、1 兆 パスカル、1000 ギガパスカル、1000 万 バール、あるいは およそ 1 億 4500 万 ポンド 毎 平方 インチ に等しくなります。

ギガパスカル（GPa）について

ギガパスカル は、10 億 パスカル にあたる圧力の単位で、GPa と書きます。1000 メガパスカル、1 万 バール です。材料科学が強さではなく剛性を示す単位であり、惑星の内部と高圧の実験室の圧力を言い表す単位でもあります。

おもな使い道は弾性率です。鋼の ヤング 率は およそ 200 ギガパスカル、銅は 117、アルミニウム は 70、ふつうの ガラス は 70、コンクリート は 30 前後、木材は 繊維 方向で 10 から 15、ゴム は 1 の 10 分の 1 にも達しません。これらの数は、材料がいつ壊れるかではなく、荷重のもとでどれだけ伸びるかを表します。同じ強さの鋼の 梁 が アルミニウム の 梁 より たわみ が小さい理由も、ここにあります。

ふつうの尺度の頂点を占めるのは ダイヤモンド です。その弾性率 およそ 1200 ギガパスカル は天然の材料として最高であり、だからこそ高圧の実験の 金床 に用いられます。ほかのどんな材料も、それだけ強く押す前に自分が変形してしまうのです。人造 ダイヤモンド は およそ 5 ギガパスカル と高温のもとで工業的につくられます。その圧力を保つためだけに建てられた 圧搾機 のなかでの仕事です。

地球の内部も同じ単位で語られます。地殻の底での圧力は およそ 1 ギガパスカル、マントル と 核 の境ではおよそ 136、惑星の中心ではおよそ 360 ギガパスカル です。実験室の ダイヤモンド アンビル セル は、いまや中心の値に達し、これを超えます。おかげで、惑星の内部条件のもとでの鉄と ケイ酸塩 のふるまいを、推し量るのではなく直に調べられるようになりました。

対比のために言えば、海の最深部が及ぼす圧力はわずか およそ 0.11 ギガパスカル です。この比べ方は覚えておく値打ちがあります。地質の圧力が、水にまつわるどんなものよりどれほど大きいかを示すからです。マリアナ 海溝の底は、地球の中心の圧力の 1000 分の 1 にすぎません。

ギガパスカル の下では メガパスカル が強さを言い表し、上には恒星の物理と理論のほかにはほとんど何もありません。テラパスカル が現れるのは、おもに 炭素 ナノチューブ の弾性率と、巨大惑星の内部です。ですから ギガパスカル は、実験室と技術者が働く範囲の、事実上の 天井 なのです。

1 ギガパスカル は、10 億 パスカル、1000 メガパスカル、1 万 バール、あるいは およそ 14 万 5000 ポンド 毎 平方 インチ に等しくなります。