核分裂
読み:かく-ぶんれつ
外語:nuclear fission
一つの
原子核
が分裂し、二つ以上の別の核になること。
目次
概要
特徴
理論
結合エネルギー
不安定な核
分裂
燃料の条件
分裂
問題
概要
一般的には重い
原子
(
ウラン
、
プルトニウム
等)に
中性子
を衝突させ、他の複数個の原子にすることをいう。この際、減少した質量分の
エネルギー
が放出される。
特徴
理論
結合エネルギー
原子核は、中性子と陽子から構成されており、それぞれ
強い相互作用
(核力)と呼ばれる強い力で結びついている。
一方、陽子と陽子の間には
クーロン力
という電気的な反発力を持っているが、強い相互作用の方が遙かに強いため、原子核は一つにまとまっている。
こうして、原子力を一つにまとめるエネルギーを、原子核の結合エネルギーと呼ぶ。
不安定な核
結合エネルギーという面においては、
鉄
や
ニッケル
などの中程度の重さを持った原子は安定しており、これ以上重くまたは軽くなると、一部の例外を除いて不安定となる。
かくして、ウランやプルトニウムといった重い原子核は不安定となり、分裂して軽い安定した原子核になろうとする傾向が強まる。逆に水素などの軽い原子核は、融合して重い安定した原子核になろうとする傾向が強い。
分裂
核が不安定とはいえ、それはあくまで比較論の話であり、ウランにしろプルトニウムにしろ、それ自体は安定した原子核を持っていて、そのままで核分裂を起こすようなことはない。
核分裂を起こすためには原子核が不安定な状態になる必要があり、核を不安定にさせる働きを担うのが中性子である。
例えばウランの核分裂の場合、ウラン原子核に外部より中性子を与えると、原子核は不安定となって、核は分裂し二つ以上の小さな原子核に変化する。この際に、膨大な量のエネルギーを放出する。
このエネルギーの大半は、新しく作られた原子核の
運動エネルギー
として吸収されるが、最終的には
熱エネルギー
として放出される。この熱エネルギーを発電に用いるのが
原子力発電
ということである。
燃料の条件
天然
に存在し、
熱中性子
(低エネルギー中性子)で効率良く核分裂するのは
ウラン235
(
235
U)のみだが、人工物には
ウラン233
(
233
U)、
プルトニウム239
(
239
Pu)、プルトニウム241(
241
Pu)などがある。
このように低エネルギー中性子の衝突で核分裂を起こす
物質
は、
原子番号
が偶数で、
質量数
が奇数であることが必要である。
分裂
例えばウラン235の原子核は、熱中性子を吸収すると分裂を起こし、数個の高速中性子と
γ線
、そして約200MeVの熱エネルギーを放出して他の複数個の原子核へと変わる。
この時出来る核は一定ではなく、質量70〜160程度までの範囲で変化する。
問題
1グラムのウラン235は石油1.8トン(タンクローリー1/4台分)相当のエネルギーを生み出すと言われるが、核分裂は連鎖的に進行する反応であるため、制御が難しい。
現在の
原子力発電所
(の
原子炉
内)で行なわれている反応であるが、制御を誤ると爆発する危険があるほか、使用済み
核燃料
の処分など難しい問題も多い。
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