これは、2 つ以上の軽い原子核が衝突して、より重い原子核を生成するプロセスです。原子番号の小さい水素などの元素は、核融合を起こします。核融合の逆は、重い原子が分散して軽い元素を生成する核分裂プロセスです。核融合と核分裂はどちらも膨大な量のエネルギーを生成します。これは、核融合の質量の一部が反応全体でエネルギーに変換され、物質が保存されないためです。
核融合プロセス
重水素とトリチウムが結合すると、それぞれ高速中性子とヘリウム原子が生成されます。 2 つの重い同位体が再び結合してヘリウム原子と中性子を形成し、余分な質量を運動エネルギーに変換します。
核融合プロセスでは、関与する核を一緒にする必要があります。目標は、核力が作用して核融合を開始するようにそれらを近づけることです。
核分裂
核融合は、原子核を壊すのではなく (核分裂のように) 結合することによってエネルギーを生み出すプロセスです。太陽のような星の中心で自然に発生するこのプロセスでは、長期的な放射性廃棄物や温室効果ガスは生成されません。
核分裂発電所と同様に、核融合プラントは原子反応による熱を利用して水を加熱し、蒸気を発生させ、タービンを動かし、電気を発生させます。しかし、生成される以上のエネルギーを必要とせずに、核融合炉で必要な条件を確立することは困難であることが証明されています.
トカマクとしても知られる核融合炉は、海水から回収できる水素の同位体であるガス、多くの場合重水素を使用します。高い熱と圧力により、重水素原子の電子が解放され、プラズマが形成されます。このプラズマは少なくとも 100,000,000°C の温度に達する可能性があるため、このプラズマを閉じ込めるには強力な磁場が必要です。プラズマは過熱された電離ガスです。これらの温度は太陽のコアの温度よりも 10 倍高いですが、プロセスに必要な重力圧力は太陽自体では生成できないため、プロセスには必要です。補助加熱装置が核融合に必要なレベルまで温度を上げると、加熱されたプラズマ粒子が衝突します。
核融合反応
ヘリウムの形成をもたらす最も軽い元素間の核融合プロセスも、核融合エネルギーの実用的な生成に必要です。水素の重い同位体である重水素 (D) とトリチウム (T) は、互いにより効果的に反応し、融合すると、2 つの水素原子核よりも多くのエネルギーを生成します。陽子1個が水素原子核を構成しています。トリチウムには 1 つの陽子と 2 つの中性子がありますが、重水素原子核には 1 つの陽子と 1 つの中性子があります。) 結合エネルギーと呼ばれる核物質の重要な側面のため、核融合または核分裂によって放出される可能性があります。重い原子を分割してエネルギーを放出します。
核の結合エネルギーは、その核子がどれだけ効果的に結合しているかのゲージとして機能します。原子核に N 個の中性子と Z 個の陽子を持つ元素を考えてみましょう。この元素の原子番号は Z で、原子量 A は Z + N です。結合エネルギー B は、質量 M の核内で結合している核子 (Z + N) と Z 陽子の間の質量差に関連するエネルギーです。と N 中性子を個別に見た場合。方程式は次のとおりです。
B =( Zmp + うーん - M ) c 2
ここで、c は光と mp の速度、mn は陽子と中性子の質量です。実験的研究によると、核子あたりの結合エネルギーは、約 60 の原子質量またはおおよそ鉄の原子質量で最大約 1.4 1012 ジュールに達することが示されています。その結果、鉄よりも軽い元素の融合または重い元素の分裂によって放出される正味のエネルギーは通常正になります。
核融合反応と核分裂反応の両方
核分裂は、2 つの重くて不安定な原子核を 2 つの軽い原子核に分離します。これもエネルギーを放出しますが、核融合ほどではありません。核融合は、2 つの軽い原子核が結合してエネルギーを放出するプロセスです。
核融合はより多くのエネルギーを放出するため、核分裂よりもはるかに強力なプロセスです。核融合は、核分裂よりも危険性が低いです。なぜなら、核融合は、兵器に使用するのに十分な毒性を持つ放射性物質を含む廃棄燃料棒を生成し、非常に長期間注意深く保管しなければならないからです。核融合と核分裂反応の両方が大量のエネルギーを生み出します。
核融合エネルギー
核融合エネルギー発電所は、代わりに追加の熱を必要とします。なぜなら、太陽のコアで核融合が自然に起こるのを可能にするような圧力を再現するのは難しいからです.核融合に必要な 1 億 5000 万から 3 億 °C の熱を生成するには、核分裂よりも多くのエネルギーが必要です。
核融合の例
ここに核融合の例のいくつかがあります–
水素爆弾
水素爆弾は、核融合の主要な例の 1 つです。熱核爆弾は、水素爆弾、または「h 爆弾」の別名です。原子爆弾と比較すると、これらの爆弾はより破壊力があります。核融合イベントは、これらの水素爆弾の作成につながりました。核融合は、高温で自立する制御不能な連鎖反応を引き起こすプロセスです。
核融合兵器には 2 つの主要部分があります。ウラン 235 および/またはプルトニウム 239 が初期段階の大部分を占めています。別の核融合二次段階では、重水素、トリチウム、または重水素化リチウムを燃料として使用します。水素のような重水素とトリチウムの同位体は、核融合のための完全な相互作用核を提供します。重水素化リチウム 6 は現在、武器の燃料として使用されています。
太陽の核融合エネルギー
核融合は、太陽の核融合を含め、宇宙のすべての星を生かし続けます。それらは、このプロセスを通じて大量の熱とエネルギーを生み出します。どの星のコアも非常に高い圧力を受けており、そこで核融合反応が起こります。たとえば、太陽の中心温度は摂氏約 1,500 万度です。 2 つの水素同位体、重水素とトリチウムが結合して、この温度と非常に高い圧力でヘリウムが生成されると、膨大な量のエネルギーが熱の形で放出されます。太陽の核融合では、毎秒約 6 億トンの水素がヘリウムに変換されます。核融合は、太陽で起こるプロセスによって示されます。
星の核融合
星の反応における核融合反応はコアで発生し、その巨大な光度を担っています。エネルギーは、星の年齢と質量に応じて、ヘリウム核融合、陽子 - 陽子核融合、または炭素循環による星の核融合で発生しました。鉄までの重元素は、恒星の輝かしい寿命の終わりに向かって短時間融合する可能性があります。鉄グループは結合エネルギー曲線の頂点に近いため、鉄よりも重い元素の融合は代わりにエネルギー吸収を伴います.鉄グループは、核融合のエネルギー生成能力の最大限界を表していますが、より高い原子は、異なるクラスの核イベントを介して星で生成されます.
よくある質問
1.核融合または核分裂によって生成されるエネルギーは大きいですか?
核融合は核分裂よりも多くのエネルギーを生成しますが、核融合の条件を確立するために必要なエネルギーが生成されるエネルギーよりも多くなるため、困難に直面していました。これらの問題が完全に克服された場合、核融合は核分裂の数倍のエネルギーを生成する可能性があります。
2.放射性廃棄物は核分裂と核融合から発生しますか?
核融合と核分裂の両方によって生成される放射性廃棄物があります。ただし、核融合は長期的な核廃棄物を生成しませんが、核分裂発電所は不安定な核を生成します。不活性ガスであるヘリウムは、標準的な核融合プロセスの一部として生成されますが、トリチウムは原子炉内で生成および消費されます。トリチウムはベータ放出体であるため放射性がありますが、使用量が非常に少なく、半減期が短いため、重大なリスクはありません.
3.なぜ核融合を採用しないのですか?
核融合は高価で複製や制御が難しいため、現在は発電には使用されていません。プラスに帯電した原子核が衝突し、静電気力によって激しく反発することなく融合するには、高温が必要です。それでもなお、これらの問題を解決するための作業はまだ行われています。
4.核分裂と核融合とは?
信じられないほど高い熱と圧力の下で 2 つの低質量同位体が一緒になると、核融合が起こります。これは、重水素 (水素 2) と水素同位体であるトリチウム (水素 3) が結合して、ヘリウムの同位体と追加の中性子を形成するときによく発生します。この同位体核融合は、長期にわたる放射性副産物を回避しながら、核分裂よりも数倍速い速度でエネルギーを生成します。
大部分の原子炉で使用されるターゲット核はウラン 235 です。この原子核に中性子を加速すると、原子が 2 つの小さな同位体 (「核分裂生成物」として知られる) とさらに 3 つの中性子に分割され、その過程で大量のエネルギーが放出されます。他のウラン 235 原子は、放出された中性子の結果として、その後の核分裂イベントに関与します。生成されたエネルギーは、発電機でタービンを回転させて水を蒸気に加熱することによって電気を生成するために利用されます。核融合と核分裂反応の両方が大量のエネルギーを生成します。
