2011/03/25

核分裂反応について

先日より、原子力発電について書いています。

その中で、よくわからないものが、「原子力」そのものです。

どうやら、原子力とは、原子核崩壊や原子核反応(原子核融合、原子核分裂)によって生じるエネルギーで、原子力発電は、燃料のウランの核分裂反応を利用しているというところはわかりました。

そのウランにも、核分裂を起こしやすい「ウラン235」や核分裂を起こしにくい「ウラン238」という同位体が存在することもわかりました。

なんとなくわかった、ような感じです。

現在、世間を騒がせている「ヨウ素131」や「セシウム137」などがどういった過程で生成されるのかを調べようとしていたのですが、どうやら一筋縄ではいかないようです。

なぜなら、ウランの核分裂反応で、どのような核に分裂するかは、傾向はあるようですが決まってはいないからです。

今回の勉強ノートは、歯切れの悪いノートになりそうです。。。



■原子核分裂とは何か?

化学の授業で習った「原子」。物質の最小単位と思っていたのに、その原子は、「陽子」「中性子」「電子」の集まりで、「原子核」は陽子と中性子で構成され、その周りを電子が回っていると習ったときは、いったいどこまで分解できるのか、疑問に思ったものでした。(大学の一般教養で「クオーク」の話が出てきたときは、さらに…)

ちなみに私は、高校生の時は地学専攻のため、化学の知識は興味程度に知っているだけです。

原子核分裂は、この原子核が分裂することです。


■ウラン235の核分裂反応

ウラン235の原子核に中性子をぶつけると、ウラン原子は2つの原子核に分かれます。この分かれ方が一定だと思っていたら、どうやら確率的に決まるようです。中性子のぶつかる速度や方向によって、色々な原子核に分かれるようです。

例えば、Wikipediaには次のような核分裂反応の化学式が載っていました。
235U + n → 95Y + 139I + 2n
これは、ウラン235(235U)に中性子(n)をあてると、イットリウム95(95Y)とヨウ素139(139I)と中性子が2個に分かれることを意味します(いや、意味すると思います。。。)

左辺の質量数(235+1=236)と右辺の質量数(95+139+2=236)が等しいことがわかります。

で、Wikipediaでは、
しかし、実際の原子核の質量は一般に陽子と中性子の質量の総和よりも小さい。この質量差を質量欠損と呼ぶ。質量欠損の実体は、特殊相対性理論の帰結である質量とエネルギーの等価性 E = mc^2 で質量に換算される原子核内部の核子の結合エネルギーに他ならない。よって、分裂前と分裂後の質量の差は結合エネルギーの差であり、核分裂を起こすとこの質量の差に相当するエネルギーが外部に放出される。

話としては、わかるのですが、数式等での理解までには至りませんでした。。。(Wikipedia「核分裂反応」


他にもウラン235の核分裂反応の例として、同じくWikipediaには以下の図がありました。

これは、ウラン235(235U)に中性子(n)をあてると、ウラン236((236U)となり、それが、クリプトン92(92Kr)とバリウム141(141Ba)に核分裂した図です。ここでは中性子3つが飛び出す、ですかね。

東北電力HPには、クリプトンとバリウムに核分裂した図が載っています(出典:電気事業連合会「コンセンサス 原子力2010」)

ややこしいことは、核分裂後の物質(核分裂生成物)も不安定なものが多く、原子核崩壊等を起こしながら別の物質になっていくようです。

今日は、ここまで…。