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かく

軸・中心となるもの。この記事では主に原子核の変化によるエネルギー(核反応)について扱う。
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曖昧さ回避

  1. 真核生物細胞にあって遺伝子をおさめている細胞内小器官⇒細胞核
  2. 天体の中心にある構造。地球の記事などを参照。
  3. 原子の中心に位置する核子の塊。正の電荷を帯びている⇒原子
  4. 原子核が他の原子核や粒子と衝突して起こる反応(核反応)のうち、特に大量のエネルギーを生み出すもの(核分裂核融合)を指すことがある。本項で詳述。

核分裂

ウラン235やプルトニウム239といった原子量の大きな物質は原子そのものが不安定であり、これに中性子を捕獲させる(中性子をぶつける)とさらに不安定になり、二つの別の物質の原子核と幾つかの中性子に分裂し、この時エネルギー(最終的に熱になる)が発生する。これを核分裂反応といい、この新たに発生した中性子がさらに反応を起し、そうしてどんどん反応がネズミ算式に広がっていく。それに伴い発生する熱もどんどん増えていくことになる。核分裂連鎖反応である。


核分裂によって膨大なエネルギーを一瞬で発生させて兵器として利用するのが原子爆弾であり、連鎖反応をゆっくり行いそこからエネルギーを取り出すのが原子炉である。原子炉も、もともとは原子爆弾を製造するために研究された歴史がある。


核分裂の中で発生原理が異なるもの

トリウム(※)以降の重い核種では量子力学的揺らぎにより自ら核分裂することがある。これを自発核分裂という。この現象でも中性子が放出されるため、核分裂する物質を一定量(「臨界量」と呼ばれる核種ごとに異なる量)集めると核分裂の連鎖反応が起こりうる。ウランやプルトニウム239程度では原子核崩壊に対して無視できるほどの低い頻度であるが、プルトニウム240では自発核分裂による予想外の核分裂の連鎖反応が起こるほど頻度は多くなり(それでもまだ原子核崩壊の頻度の約1700万分の1)、さらにカリホルニウムのような人工の元素になると原子核崩壊に対して無視できない頻度(カリホルニウム252の場合、原子核崩壊の3.09%を占める)となる。この現象が上記の核分裂反応を始めるきっかけとなる。


※・・・理論上はルテニウム付近の核種から起こりうるが、実質上はトリウム以降でなければエネルギーが足りず自発核分裂ができない。


核融合

2つの軽い原子が衝突すると重い別の原子に変わり、その際にエネルギー(反応の種類によっては中性子も)を放出する。これが核融合であるが、原子同士が近づくと斥力が働きはじき返されてしまうため、原子を斥力に逆らって衝突する速度で運動させる。そのため、核融合させる物質を超高温、超高圧、超高密度という条件におかなければならない。天然の核融合である恒星(太陽も恒星のひとつ)はこの条件を自らの重力によって行っている。人類の科学では水素爆弾という兵器でしかまだ成功していない。しかも原子爆弾を使わなければ核融合の条件が満たせなかった。


現在、人類はエネルギー源として使うために核融合炉の基礎技術開発を国際共同で行っている。核融合反応を持続させる1億度以上のプラズマを閉じこめておくために、強力な磁場を使う方法や超高出力レーザーなどの技術が提案されているが、今のところ数十秒程度のごく短時間閉じこめを持続するのが精一杯で、実用化の目処はたっていない。


放射性廃棄物

核分裂炉は、その原理上使用済み核燃料という放射性廃棄物を発生させるため、その処理が問題となる。また、核分裂・核融合反応は、原子炉そのものや冷却材を放射化させ、廃炉後は炉そのものが巨大な放射性廃棄物となる。廃棄物の安全な処理方法が未だに確立されていないため、封印して安全なところに安置しておくしかない。


関連タグ

エネルギー 原子 元素

放射線 放射能 放射性物質 放射性廃棄物 放射能標識

核爆発 核分裂 核融合 核反応

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