核融合は、2 つ以上のものを結合して単一のエンティティを形成するプロセスまたは結果です。核分裂は、原子の核が、自由中性子、ガンマ粒子、および多くのエネルギーのような小さな亜原子粒子に分裂するプロセスです。
この質問は、物理学のテストを受ける準備をしている学校にいたとき、私と私の友人のほとんどを混乱させました.原子爆弾… 核分裂を利用しますよね？それともフュージョンですか？それとも両方？では、水素爆弾はどうですか?
これらの質問に対する答えは、今ではかなり基本的なものに思えますが、学校に戻ると…
手始めに、「融合」という言葉の意味を Google で簡単に検索すると、「2 つ以上のものを結合して単一の実体を形成するプロセスまたは結果」という言葉が出てきます。 「核融合」は「核融合」という用語に非常に決定的に適用されますが、原子核に関係するのはここだけです。
しかし、原子核関連の詳細に進む前に、原子と原子核に関連するいくつかの基本的な概念を簡単に要約しておきましょう。これについては、以降のセクションで詳しく説明します。
原子、原子核、原子番号について少し
原子がすべての物質の構成要素であることをすでに知っている必要があります。私たちの身の回りにあるものはすべて、たくさんの原子でできています。これを考えてみてください。体重 70 キログラム (154 ポンド) の人体には、約 7*10^27 の原子が含まれています。これは、数字の 7 の後に 27 個のゼロを置いた後の数字です!
GIPHY経由
しかし、原子がその中に大量の空きスペースを持っていることはたまたまあります。つまり、アトムはほとんど空です。これは、人類全体が 1 つの角砂糖に収まるという非常に人気のある仮説の背後にある根拠です。 （詳細はこちら）。原子内部の小さなスペースが実際に「使用」されていても、原子の「核」として知られるものによって占められています。電子は、さまざまなエネルギー準位で原子核の周りを回っています。核内には、陽子と中性子という 2 つの主要構成要素があります。
原子番号は、原子内の陽子の数の尺度です。元素の原子核内に陽子 (水素) が 1 つしかない場合、原子番号は 1、または陽子が 2 つある場合、原子番号は 2 (ヘリウム) などになります。
言うまでもなく、より多くの電子を持つ原子は原子番号が高く、したがって「重い」と言われます。実際、原子番号が 92 より大きい周期表のすべての元素は「重元素」です。
核融合
核融合は、2 つ以上の核が結合して、より重い核を持つ新しい元素、または技術用語で言えば、より高い原子番号を持つ元素を形成するときに発生します。融合の間、物質は保存されません。これは、物質の一部がエネルギー (光子) に変換されるためです。このように 2 つ以上の原子核を組み合わせて新しい重い原子核を形成すると、膨大な量のエネルギーが放出されます。これは、最も一般的なエネルギー質量等価式と密接に関連しています。
ここ地球上で最も可能性の高い核融合反応は、水素の 2 つの同位体、すなわち重水素とトリチウムの間で発生します。 (はい、Doc Octopus が Spiderman 2 で大騒ぎし、私たちの最愛の Spiderman に苦労させたのと同じトリチウムです!) 以下に、重水素-トリチウム核融合反応を示します:
私たちの太陽、そして銀河全体の他のすべての星は、核融合反応によって動かされています。そのため、彼らは何年もの間、一度も停電することなく輝いてきました!
核分裂
核分裂は、原子の核が自由中性子、ガンマ粒子、および多くのエネルギーのような小さな亜原子粒子に分裂するプロセスです。以下に示すのは、ウラン 235 原子核が高速で軽い元素を生成する核分裂反応です。
はっきりとわかるように、核分裂は核融合の正反対です。ただし、両方のプロセスの類似点は、両方が大量のエネルギーを放出することです.核分裂は、原子爆弾 (または原子爆弾または A 爆弾) のような核兵器の動作の背後にある基本原理です。
核融合と核分裂の両方についてある程度理解できたので、それらの顕著な違いを見てみましょう。
核融合と核分裂
自然発生
核融合反応は、太陽や他の星のような天体で自然に発生します (それらが発生するために人為的な外部トリガーを必要としないという意味で)。
副産物
核分裂は多くの放射性粒子を生成します (画像の出典:pixabay.com)
核分裂では膨大な数の放射性粒子が放出されますが、核融合では生成される粒子が少なくなります。ただし、条件を少し「微調整」すると、大量の放射性粒子が生成される可能性もあります。
エネルギー要件
核融合、つまり 2 つの原子核を近づけて互いに融合させるには膨大な量のエネルギーが必要であり、その規模は恒星で容易に利用できます。一方、核分裂ははるかに少ないエネルギーで実行できます。
放出されるエネルギー量
核分裂中に放出されるエネルギーの量は、「通常の」化学反応の 100 万倍ですが、核融合中に放出されるエネルギーは、核分裂の 3 ～ 4 倍です。
燃料
核融合 (人工発電所での) は、主に水素の同位体 (つまり、重水素とトリチウム) を使用しますが、核分裂の主な燃料はウランです。
必須条件
核融合には非常に高温で高密度の環境が必要ですが、核分裂には高速の中性子と臨界質量の物質が必要です。
核兵器への応用
核融合または核分裂で作られた武器はどちらも非常に破壊的です
核分裂は核分裂爆弾、またはより一般的には「原子爆弾」として知られていますが、核融合は水素爆弾で使用されています。
これらのプロセスは両方とも、人工的な設定で実行するために、完全に完璧な設定と非常に細心の注意を払って実行する必要があります。言うまでもなく、このようなプロセスを実行するには非常にコストがかかります。しかし、良心的な見方で使用すれば、核分裂と核融合の両方が地球上の生命を維持するための無限のエネルギーを提供することができます.
