【世界が広がる大人のサイエンス】#17 核分裂と核融合―原子核から生まれる巨大なエネルギー
わずか１gのウラン235から得られるエネルギーは、石油約2,000Lを燃やしたときのエネルギーに匹敵します。
一方、太陽を輝かせているのは、軽い原子核同士が結びつく「核融合」です。
同じ原子核から生まれるエネルギーでも、核分裂と核融合では、いったい何が違うのでしょうか。
核エネルギー
原子核の組み合わせや結びつきが変化すると、質量の一部がエネルギーに変わります。これが核エネルギーです。
核エネルギーを取り出す反応には、主に核分裂と核融合があります。
核分裂
核分裂とは、ウラン235のような重い原子核が中性子を吸収し、主に２つの原子核へ分かれる反応です。
例えば、ウラン235は中性子を吸収すると、バリウム141やクリプトン92などに分裂し、エネルギーと複数の中性子を放出します。
※生成される原子核の組み合わせは、この例だけではありません。
放出された中性子が別のウラン235に吸収されると、新たな核分裂が起こります。
この反応が次々に続くのが連鎖反応です。
原子力発電では連鎖反応を制御し、発生した熱を発電に利用します。
一方、原子爆弾では、核分裂を極めて短時間に連鎖させます。
ウラン235の１gがすべて核分裂すると、発生するエネルギーは約8.3×10¹⁰J。
石油およそ2,000L分に相当するほどの大きさです。
日本原子力研究開発機構の資料でも約8.306×10¹⁰Jと計算されています。
核融合
核融合とは、軽い原子核どうしが結びつき、より重い原子核になる反応です。
核融合発電の研究では、重水素と三重水素を使う反応が有力視されています。
このD–T反応では、１回の反応で17.6MeVのエネルギーが放出されます。
太陽や恒星を輝かせているのも核融合です。
ただし、太陽では主に水素の原子核からヘリウムがつくられる、別の核融合反応が進んでいます。
地上で核融合を起こすには、燃料を超高温のプラズマ状態にし、その状態を安定して閉じ込める必要があります。
装置材料や燃料供給などにも課題があり、発電の実用化に向けて世界各国で研究が続いています。
国際実験炉ITERも、核融合エネルギーの科学的・技術的な実現可能性を示すことを目的として建設が進められています。
核分裂は「重い原子核を分ける」、核融合は「軽い原子核を結びつける」。
方向は正反対ですが、どちらも原子核の変化から巨大なエネルギーを取り出す反応なのです。
