融合プロセス

はじめに

軽元素間の核反応がより重い原子を生成するメカニズムは、核融合 (鉄まで) として知られています。相互作用する原子核が原子番号の小さい元素 (たとえば、水素 [原子番号 1] とその同位体である重水素と三重水素) からのものである場合、かなりの量のエネルギーが生成されます。核融合の途方もないエネルギーポテンシャルは、第二次世界大戦後の 10 年間に作成された、しばしば水素爆弾として知られる熱核兵器で利用されました。

融合反応

核融合反応は、太陽を含む星の主要なエネルギー源です。熱核反応と元素合成は長期間にわたる組成変化を誘発するため、星の進化は多くの段階を経た進行として見ることができます。水素 (H) の「燃焼」は、星の核融合エネルギー源を開始し、ヘリウム (He) の生成をもたらします。燃焼してヘリウムを作る最も軽い元素を含む核融合プロセスは、実用的な核融合エネルギーを生成するためにも使用されます。

実際には、重い水素同位体である重水素 (D) とトリチウム (T) は、互いにより効率的に反応し、2 つの水素原子核が融合するときよりも多くのエネルギーを生成します。 （1 つの陽子が水素原子核を構成します。1 つの陽子と 1 つの中性子が重水素原子核を構成し、1 つの陽子と 2 つの中性子がトリチウム原子核を構成します。）

核融合

核融合は、非常に軽い原子核が融合してより重い原子を生成するプロセスです。

融合生成物は、反応物よりも高い結合エネルギーを持っています。質量欠陥の結果として、大量のエネルギーが放出されます。生成物 1 グラムあたり、核分裂よりも多くのエネルギーを生成し、副産物はありません。

核融合は膨大な量のエネルギーを放出しますが、次のようなエネルギー生産には使用されません:

• 現在、反応を開始するには、発生するよりも多くのエネルギーが必要です。
• 発生する熱が非常に大きいため、格納容器が溶けます。

核融合がエネルギーを必要とする理由は次のとおりです。

• 2 つの原子核は、強力な核力が結合するために十分に接近している必要があります。しかし、正の原子核が近づくと、静電反発力が原子核力よりも強くなります。斥力を克服するには、原子核が非常に活発でなければなりません。
• 高温 (摂氏数百万度) が必要であり、原子を封じ込めたまま維持するのは困難です。

核分裂反応の例

核分裂

大きな核 (質量数が 230 より大きい) は、2 つ以上のフラグメントに分裂する傾向があります。これは分裂と呼ばれる。

核分裂は自然発生ではありません。これは、遅い中性子が不安定な原子核に衝突したときにのみ発生します。原子核は、この崩壊過程で 2 つのほぼ等しい原子核に分裂し、いくつかの自由中性子と大量のエネルギーを放出します。

これらの核は、より安定した元素の同位体です。放っておくと放射性崩壊し、アルファ粒子またはベータ粒子が生成されます。平均して 3 つの中性子が放出されます。減速材によって減速されると、他の原子核 (グラファイト、重水、ベリリウムなどの中性子の移動速度を遅くする媒体) に吸収される可能性があります。

この核分裂反応では、

• 質量数のバランス:235+1=90+143+3
• 原子番号のバランス:92=36+56
• 平均して、3 つの中性子が放出されます。

核融合と核分裂の違い

核融合の応用

核融合反応に関しては、まだ実験段階です。

• 原子力 (核分裂または核融合) は燃焼しないため、公害を発生しません。
• 核融合炉は核分裂炉のような高レベル核廃棄物を生成しないため、処分が容易になります。さらに、核分裂炉とは異なり、廃棄物には兵器級の放射性元素は含まれません。

核融合は、うまく使えば世界の電力問題を解決できる可能性を秘めています。核分裂反応と比較すると、クリーンで核廃棄物をほとんど生成しません。核融合燃料として使われる重水素やトリチウムも自然界に豊富に存在します。その結果、科学者たちは、今後数世紀にわたって、核融合が実行可能な代替電源になると信じています.

結論

核融合は、2 つの核が結合してより大きな核を形成する反応です。軽原子核が融合して中質量原子核を生成するとき、エネルギーが放出されます。

Q 値は、核融合反応によって放出されるエネルギー量です。

核融合では、核融合 (または水素) 爆弾を形成する重水素とトリチウムの反応について説明します。また、太陽がどのようにエネルギーを生成するか、元素合成がどのように機能するか、重元素がどのように形成されるかについても説明します.