熱暴走

熱暴走についての詳細

熱暴走（ねつぼうそう）、英語で「thermal runaway」と呼ばれるこの用語は、化学及び回路設計の領域で使用されます。具体的には、発生した熱がさらに発熱を引き起こす正のフィードバックプロセスによって、温度制御が不可能になる現象を意味します。

熱暴走のメカニズム

熱暴走が発生すると、温度は止めようのない勢いで上昇し、最終的には機器の破壊や爆発へとつながります。例えば、バイポーラトランジスタは負の温度係数を有し、温度が上がると電気の伝導性が高まります。この性質によって、適切な対策が講じられない場合、温度の上昇がトリガーとなって流れる電流が増加し、さらなる温度上昇を引き起こします。結果として、デバイスが破壊されることになります。

また、熱暴走が引き起こす故障は「熱破壊」とも呼ばれますが、これは熱が回路の部品を壊すことによる故障であり、従来の熱暴走とは区別されます。1980年代頃までは、集積回路の製造技術が発展途上だったため、このような故障が頻繁に発生していました。特に外部要因によって温度が急上昇し、集積回路内にクラックや歪みが生じるなどの構造的な破壊が引き起こされると、特定の温度を越えることで導通が失われ、異常動作を引き起こすこともありました。こうした場合、一定時間冷却を行うことで元の機能が回復することがあり、このような現象も熱暴走という言葉で表現されることがあります。

現在の集積回路技術

現在の集積回路技術では、温度エージングによって欠陥のある製品を排除する仕組みが整備されているため、熱暴走による故障は非常に稀です。また、温度変化に耐える必要がある装置では、恒温槽に置かれたり、発熱と冷却のバランスが保たれるように設計されています。軍事用コンピュータや航空宇宙向けの装置では、極端な温度変化にも耐えられるよう工夫されています。

もう一つの注目すべき技術は、歪みシリコン技術です。この技術は、シリコンとゲルマニウムの合金を使い、結晶格子の大きさを調整することで電子の移動速度を高めるものですが、温度に対して非常に敏感です。特にゲルマニウムは、温度が上昇すると回路の定数が変動するため、正常な動作が損なわれる危険があります。このため、この技術を採用した集積回路は、適切な動作温度（通常35℃から65℃）を維持するために、温度センサーを用いた監視や強力な冷却装置を設置することが一般的です。

最近の熱暴走事例

最近では、化学反応と電子回路が複合的に作用して熱暴走が引き起こされるケースも増えています。特に、リチウムイオン二次電池での異常発熱の問題は、設計上の不具合が原因とされることが多く、実際に事故も発生しています。ボーイング787のバッテリー問題では、熱暴走を指摘された際に、ボーイング社のCEOが「熱暴走にはさまざまな解釈がある」と言及しました。

また、日常的な状況においても熱暴走のリスクは存在します。例えば、負の温度係数を持つ二次電池を定電圧で充電すると、温度上昇によって起電力が下がり、その結果充電電流が増えてさらなる温度上昇が生じることがあります。このように、意外な要因から熱暴走が起きる可能性があるのです。

コンピュータにおける熱暴走

パソコンやその他のコンピュータ機器においては、高負荷によって内部温度が上昇し、ソフトウェアの異常やOSのフリーズといった問題を引き起こすことがあります。これも熱暴走の一例であり、ハードウェアの安定性を保つためには、冷却システムの適切な運用が求められます。

以上のように、熱暴走は多岐にわたる分野で発生し得る現象であり、そのメカニズムを理解することは、技術の進歩にとって重要です。

もう一度検索