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原子核では陽子や中性子が非常に強い力で結ばれています。
原子核が分裂すると、陽子や中性子を強く結んでいた力が解き放なされるため、とても大きなエネルギーを放出します(「核分裂」と呼ばれます)。
また分裂するときに新たな中性子を放出します。
この新しい中性子が別の原子核に当たってそれを分裂させ、そのとき出る中性子がまた別の原子核を分裂させるというように、エネルギーと中性子の放出が続きます(「連鎖反応」と呼ばれます)。
ウランには通常、陽子と中性子の数の合計(質量数)が238個のもの(ウラン238)と、235個のもの(ウラン235)の2種類があります。
軽いほうのウラン(ウラン235)の原子核は外から中性子を当てると、簡単に中性子を吸収して不安定な原子核となって、やがて分裂してしまう性質を持っています。
このとき放出されたエネルギーは、分裂してできた破片(核分裂生成物と呼ばれます)を激しく運動させて、その周りにある他の原子との衝突を繰り返しながら、物質全体の温度を上げます。
これが、原子力による熱が生み出される仕組みです。
この熱を利用しやすいようにウランを固めて集めたものがウラン燃料で、その燃料の中で核分裂が安定して起こるようにコントロールし、そのときに出る熱を水など(冷却材と呼びます)に安全に伝えるようにした装置が原子炉です。
ウラン燃料から取り出された熱で冷却材を暖めて、蒸気を作り、その蒸気を発電機に直結した羽根車(タービンという装置)に勢いよく当てて回転させ、発電機をまわして電気を起こします。
これが原子力発電所です。
ただし、ウラン235とウラン238とでは化学的な性質はまったく同じなので、ウラン235の濃縮はウラン238とのごくわずかな重さの違い(235と238の違い)だけを頼りに行う。
ガス拡散法とか遠心分離法などがあるが、実際には非常に難しい技術で、かつ大量のエネルギーが必要である。
軍事にも密接にからんでいるので、各国において重要な機密事項になっている。
公開が原則の日本の核だが、このウランの濃縮工場は公開されていない。
もっとも、日本の発電用濃縮ウランは、日本の工場だけでは各発電所に供給できるだけの量を生産できない。
そこで、ふうつはまずウラン鉱石を諸外国から買い付け、それをアメリカに送って濃縮してもらい、その濃縮ウランを購入している。
もともとウラン鉱石は日本では実質的にはとれない。(しかしなぜか、国の統計では「準国産エネルギー」となっている)。
2007年現在、日本のウラン濃縮工場(青森県六ヶ所村)の濃縮ウランの製造量は年間、100万kW級の軽水炉の燃料として、約5基分しかない。
ウラン238では、衝突した中性子はほとんど核分裂を起こさずに吸収されてしまいます。
中性子を吸収したウラン238は、ウラン239になります。
このウラン239は、ベータ(β)線を放出しながらネプツニウム239、プルトニウム239へと変化していきます。
プルトニウム239になるまでの2つの過程を「β崩壊」と呼びます。
以上の過程は短い時間(ウラン239の半減期で23.5分、ネプツニウム239の半減期で2.35日)で進行するので、ふつうは、ウラン238が中性子を吸収してプルトニウム239になると説明されています。
プルトニウム239は核分裂の連鎖反応を起こす。
そして、その名前「地獄の神」(プルートー)のとおり大変な物質である。
まず強い放射能を持っていること、
化学的にも非常に毒性が強いこと、
原子爆弾の材料にもなること、という3つの問題がある。
プルトニウムはウランとは違う元素なので、化学的に分離・濃縮が可能である。
つまり、原子炉さえあればどの国、どの組織でもプルトニウム239を材料とした原爆ならば製造できてしまう。
※ 原爆
原爆(原子爆弾)は、ウラン235やプルトニウム239を、臨界量より少し小さいブロックに分けておき、火薬の力で一瞬にして圧縮させ、臨界量を超えさせて爆発させるというものである。
プルトニウムの生産は原子炉さえあればでき、濃縮も化学的に可能なので、プルトニウムを使った原爆は、技術的に難しいウラン235の濃縮が必要なウランを使った原爆より容易にできる。
実際、アメリカ、ロシア、イギリス、フランス、中国以外の国の原爆は、すべてプルトニウムを使っているといわれている。
ちなみに、日本に落とされた原爆は両方のタイプで、広島に落とされたもの(通称リトルボーイ)はウラン235を使ったもの、長崎に落とされたもの(通称ファットマン)はプルトニウム239を使ったものである。
ガンマフィールド―SF映画のタイトルではあ… 2007.10.07 コメント(44)
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