核分裂
原子は核分裂で分裂し、エネルギーを放出します。核分裂は、ウラン原子が使用されるすべての原子炉で使用されます。中性子はウラン原子と衝突し、核分裂中にそれを分割し、熱と放射線の形で膨大な量のエネルギーを放出します。核分裂反応には、自発核分裂と誘導核分裂の 2 種類があります。ウランのような核分裂性核が中性子を捕獲すると、それは不安定な系に入り、最終的に誘導核分裂として知られる 2 つの重い成分に分裂します。また、この過程で中性子を放出します。
歴史
ドイツの物理学者リーゼ マイトナーとオットー フリッシュは、1939 年に核分裂という用語を使用して、重い原子核がほぼ同じサイズの 2 つの軽い原子核に分裂することを説明しました。核分裂の起源は、1932 年にジェームズ チャドウィックがイギリスで中性子を発見したことから始まりました。イタリアのエンリコ フェルミと彼のチームは、さまざまな物質に非荷電粒子を衝突させることによって引き起こされる核反応の包括的な研究を開始しました。
核分裂プロセス
核分裂は、重い核が中性子によって攻撃されて不安定になる反応であり、同じ大きさと大きさの 2 つの核に分解し、大量のエネルギーと 2 つまたは 3 つの中性子を放出します。
新しい核分裂核と相互作用することにより、これらの中性子は他の核分裂を引き起こし、より多くの中性子を放出することができます。連鎖反応は、この増殖現象の用語です。核分裂した核の量は、同じ質量の炭素の塊を燃やしたり、ダイナマイトの塊を破裂させたりするよりも、一瞬のうちに 100 万倍のエネルギーを放出します。反応プロセスの速度により、化学反応よりも核反応の方がはるかに速くエネルギーが放出されます。
放出された中性子の 1 つだけを使用して次の核分裂を引き起こすことができる場合、1 秒あたりの核分裂の数は制限されます。規制された核分裂エネルギー源である原子炉は、この概念に取り組んでいます。
核分裂炉
核分裂は強力なエネルギー源です。出力エネルギーまたは電力の流れを生成するには、連鎖反応が必要です。核分裂炉では、核連鎖反応は次の形式を取ります:n + X —> Y + Z + 高速中性子。
X で示される核分裂性核は低速中性子 (n) を捕獲します。高速中性子は、X が核分裂して 2 つの軽い原子核 Y と Z に分裂するときに放出されます。亜臨界物質は、連鎖反応を維持するのに十分な核分裂性物質を持たないものとして定義されます。
通常は水である減速材が原子炉内で利用され、高速中性子の速度を落として吸収しやすくし、連鎖反応を制御できるようにします。
連鎖反応によって生成された中性子の運動エネルギーは、水を加熱し、蒸気を生成し、標準的な核分裂炉で電気を生成する発電機を駆動するために使用されます。
核分裂の有害な影響
核分裂にはいくつかの短所があります。
- 核分裂は保管が必要な有害廃棄物を生成します
- 核分裂性物質は不足していますが、核分裂性物質を生成する増殖炉は実行可能な代替手段かもしれません
- 核分裂性物質の拡散により、核兵器が制御不能になるリスクが高まります
核分裂の有益な効果
これらの短所があっても、核分裂は持続可能です。
- 核分裂は発電に役立ちます
- 電気は私たちの日常生活において非常に重要です。私たちが使うもののほとんどすべてに電気が必要です
- 発電は環境に有害な排出をもたらします。しかし、核分裂の助けを借りて、核分裂中に生成された蒸気を使用してタービンを回転させて発電することにより、環境に影響を与えずに発電することが可能です
これは、持続可能で環境により良いことを意味します。
結論
これまでに学んだことを結論付けると、核分裂は、原子核が分裂生成物と呼ばれる複数の小さな核に分裂することです。重い原子が核分裂を起こすとき、これは膨大な量のエネルギーを放出する発熱反応として知られています。核分裂は、核を引き離す電磁力が、核をより重い原子と一緒に保持する強力な核力に打ち勝つときに発生します。原子力は、大量のカーボンフリー電力を生成することにより、環境保護に役立ちます。
