核分裂反応 原子と原子核 「原子力図面集2014」より 中性子と原子核との様々な反応例 弾性散乱 散乱中性子 標的核 入射中性子 放射性捕獲 β、α 複合核 放射性崩壊 核分裂 複合核 核分裂 核分裂反応 核分裂片 複合核 核分裂 ・ウランやプルトニウムといった重い原子核で起こる。 ・この反応により、膨大なエネルギーを取り出す。 そのメカニズムについて考えよう。 安定原子核中の陽子数と中性子数 リチウム-7 ナトリウム-23 鉄-56 モリブデン-99 ウラン-235 陽子数p 3 11 26 42 92 中性子数n 4 12 30 57 143 トレンドは？ 「原子力図面集2014」より 安定原子核中の陽子数と中性子数 リチウム-7 ナトリウム-23 鉄-56 モリブデン-99 ウラン-235 陽子数p 3 11 26 42 92 中性子数n 4 12 30 57 143 陽子数が増加すると、余剰中性子数も増加 →陽子間の電気的反発（斥力）が強くなるので、 安定を得るために多数の中性子が必要 （核力による引力） 核分裂反応 中性子数＝陽子数 のライン 核分裂反応 中性子数＝陽子数 のライン 核分裂する ウランとか プルトニウムは このあたり 核分裂反応 中性子数＝陽子数 のライン 核分裂する ウランとか プルトニウムは このあたり ・核分裂により中性子が過剰な核がふたつできる。 ・その後、β崩壊により中性子が陽子に変わって安定化。 ・ごく一部、β崩壊のあとにも中性子を放出するものがあるが、ここでは省略。 核子の結合エネルギー ヘリウム-4の原子核 陽子２個、中性子２個 ばらばらの状態 ・原子核を構成している方が、ばらばらで存在するよりも質量の総 和が ∆ だけ小さい（エネルギー状態が低い：より安定） ・核子が結合していることによって失われているエネルギー（結合を 解くために必要なエネルギー）を結合エネルギーと呼ぶ。 ・結合エネルギー は、質量欠損∆ と光の速度 を用いて ∆ で与えられる。 一核子あたりの結合エネルギー このあたりの原子核の１核子あたりの 結合エネルギーが最大：「安定」 一核子あたりの結合エネルギー 質量数が60くらいの原子核が２つあ るのと、質量数が120くらいの原子核 が１つあるのとでは、どちらがエネル ギー的に高い？ 一核子あたりの結合エネルギー 質量数が60くらいの原子核が２つあ るのと、質量数が120くらいの原子核 が１つあるのとでは、どちらがエネル ギー的に高い？ → 重い原子核が２つに分裂するとエ ネルギーが発生＝核分裂 一核子あたりの結合エネルギー 質量数が30くらいの原子核が２つあ るのと、質量数が60くらいの原子核 が１つあるのとでは、どちらがエネル ギー的に高い？ 一核子あたりの結合エネルギー 質量数が30くらいの原子核が２つあ るのと、質量数が60くらいの原子核 が１つあるのとでは、どちらがエネル ギー的に高い？ → 軽い２つの原子核が１つに合体 するとエネルギーが発生＝核融合 一核子あたりの結合エネルギー 8.2MeV 程度 8.5MeV 程度 全部ばらばら 7.5MeV 程度 A=250 A=150と100 問題：この図から、A=250くらいの原子核がA=100とA=150の２つ の原子核に分裂した場合の放出エネルギーを見積もって下さい。 一核子あたりの結合エネルギー 核分裂反応で発生するエネルギー：約200 MeV 実際にはどのような形式で放出される？ 核分裂反応 核分裂一回あたりで放出される全エネルギー：約200MeV （ウラン235の質量と二つの核分裂片の質量の和の差に対応） ・核分裂片の運動エネルギー：～168MeV ・中性子：約2MeVのものが２～３個 ・即発ガンマ線：～7MeV ・ベータ線：～8MeV ・反ニュートリノ：～12MeV ・遅発ガンマ線：～7MeV 注：反ニュートリノは体系から逃げていくので、その分のエネルギーが体系に付与されることは無い。ただし、原子炉では中性子捕獲による ガンマ線のエネルギー発生があるため、そういうのを考慮すると、核分裂あたりのエネルギーを200MeVと見做しても問題ない。 核分裂反応 核分裂一回あたりで放出される全エネルギー：約200MeV （ウラン235の質量と二つの核分裂片の質量の和の差に対応） ・核分裂片の運動エネルギー：～168MeV ・中性子：約2MeVのものが２～３個 ・即発ガンマ線：～7MeV ・ベータ線：～8MeV ・反ニュートリノ：～12MeV ・遅発ガンマ線：～7MeV 正の電荷をもつ 核分裂片は強い 電気的斥力により 反発しあう（核力 （引力）はこの距 離では効かない） 注：反ニュートリノは体系から逃げていくので、その分のエネルギーが体系に付与されることは無い。ただし、原子炉では中性子捕獲による ガンマ線のエネルギー発生があるため、そういうのを考慮すると、核分裂あたりのエネルギーを200MeVと見做しても問題ない。 核分裂片の運動エネルギーの伝播 原子の大きさは 10-8cm程度 核分裂片の運動エネルギーの伝播 原子の大きさは 10-8cm程度 核分裂片の運動エネルギーの伝播 原子の大きさは 10-8cm程度 核分裂片の運動エネルギーの伝播 10-3cm 原子の大きさは 10-8cm程度 核分裂片の運動エネルギーは、局地的かつ瞬間的に、媒 質の原子核の運動エネルギー（＝熱エネルギー）となる。
© Copyright 2024 ExpyDoc
