物理理科量子力学・原子物理学

大事故の原因となった金属の塊「デーモン・コア」とは?理系ライターが解説

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以上、原子核が安定しないケースでは安定な状態に変化しようとするそれが核分裂だ。デーモン・コアによる大事故は核分裂により起きた。

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4.核分裂

核分裂とは、不安定な原子核が安定な状態になるもの。例えば、重過ぎて(大きすぎて)不安定な原子核は2つの軽い原子核に分裂します。原子核が変わるということは価数(+〜の部分)が変わるということ、つまり別の原子になってしまということ。
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核分裂の実例

重い原子核を持つウラン235の原子核はクリプトン92とバリウム141に分裂します。235、92、141はそれぞれ質量数を表しますが、235という重さから92と141が生成(合計233)されるということで、あとの2はエネルギーとして放出されるのです。

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分裂ではないけれど

 

不安定な原子核のパターンとして、陽子や中性子が多い場合も紹介しました。これらの原子核は分裂まではしなくとも、過剰な陽子や中性子を放出し、強いエネルギーを生み出します。
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核分裂時のエネルギーの出どころ

化学で言う「不安定な状態」とは、言い換えればエネルギーが高い状態

原子の質量がどうやって決まるかというと、陽子の数と中性子の数以外にも要因があります。これらがどう配置されているかです。

質量数は炭素を12として基準にしています。酸素の同位体存在比はO16(陽子8個、中性子8個)が99.76%、O17(陽子8個、中性子9個)が0.04%、O18(陽子8個、中性子10個)が0.2%程度で、16より重いやつしかないのに質量数はまさかの15.9994で16を切っています。不思議ですね。

その理由は酸素の原子核が炭素より安定しているから。不安定な原子核ほどエネルギーを内部にため込んでいて、それが質量数に反映され重くなっているといったイメージです。原子核が持つエネルギーが質量エネルギー(質量x光速の2乗)で考えられ、不安定な核はこの「重い分」をエネルギーとして放出して安定した核に変わります。核分裂の前後で、質量保存の法則は成り立たないのです。

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目に見えないエネルギー

核分裂は目に見えない反応ですが、反応後に質量が変わってしまうほど原子に「大きな変化」が起きていて、それがエネルギーの発生源。直接目に出来る運動エネルギーや位置エネルギーでは想像できないほどのエネルギーが発生するものであり、金属の塊をぶつけただけで人の命を奪ってしまうほどです。

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