核分裂と核融合の主な違い
核融合と核分裂は、原子の原子核で起こる化学反応です。
これらの反応は、非常に高いエネルギーを放出します。
どちらの反応でも、原子は変化し、最終生成物は最初の反応物とは全く異なるものになります。
核融合は、核分裂よりも高いエネルギーを放出します。
核分裂は環境中にそれほど多く存在しませんが、核融合は太陽のような星で見られます。
核分裂と核融合の主な違いは、核分裂が原子をより小さな粒子に分割するのに対し、核融合は小さな原子が結合して大きな原子を形成することである。
核分裂とは
核分裂とは、原子核がより小さな粒子に分割されることです。
これらの小さな粒子はフラグメントと呼ばれます。
核分裂の生成物には、中性子やガンマ線が含まれることがよくあります。
核分裂反応は大量のエネルギーを放出することができます。
この反応は、以下の2つの方法で起こる可能性があります。
中性子線照射
大型で不安定な同位体に高速の中性子を照射する非自発的な反応です。
この加速された中性子によって、同位体は核分裂を起こす。
まず、中性子は同位体の原子核と結合する。
新しい原子核はより不安定になるため、核分裂反応を起こします。
この核分裂でさらに中性子が発生し、他の同位体を核分裂させることができる。
これが連鎖反応です。
これを “核連鎖反応 “といいます。
メカニズム – 二元核分裂
核分裂は、二元核分裂と呼ばれる特殊なメカニズムで起こります。
原子の原子核は、素粒子（中性子と陽子）間の核力の存在により球状を呈している。
原子核が加速された中性子を捕獲すると、球形の原子核が変形する。
そのため、2つのローブを持つ形状が形成される。
このローブ形成により、素粒子が互いに分離する。
衝突の速度が十分であれば、2つのローブは完全に分離され、2つのフラグメントを形成することができます。
このとき、非常に大きなエネルギーが放出されます。
このエネルギーは、原子核の中で素粒子間の強い核力がエネルギーに変換されたものです。
ここでは、2つの核分裂片は同じ大きさであると考えられている。
しかし、実際には一方の生成物は他方の生成物より小さい。
放射性崩壊
これは自発的なプロセスです。
不安定な同位体は、放射性崩壊を起こす。
この過程では、同位体の原子核の素粒子が異なる形に変換され、別の元素になる。
生成物はより安定であり、不安定な同位体はすべての原子が安定になるまで放射性崩壊を起こす。
この過程で、不安定な同位体は放射線を出してエネルギーを失います。
放射性崩壊により、アルファ粒子とベータ粒子からなる放射線が発生することがあります。
放射性物質の崩壊は、”半減期 “と呼ばれる用語で測定されます。
半減期とは、ある物質が最初の質量の半分になるまでにかかる時間のことです。
：図2 核分裂反応
上の図は、中性子の照射によって起こる核分裂の様子を示しています。
中性子はウラン235同位体に当たり、ウラン236原子を形成します。
これは非常に不安定です。
従って、バリウム144、クリプトン89に分裂し、さらに加速された中性子が高エネルギーと共に発生します。
核融合とは
核融合とは、2つの小さな原子が結合して大きな原子を作り、エネルギーを放出することです。
これは、高温高圧の条件下で起こります。
原子核の組み合わせによって、2つ以上の大きな原子ができることもあります。
計算すると、反応物と生成物の間に質量差が生じます。
この不足した質量がエネルギーに変換される。
質量の差は、原子核の結合エネルギーの差によって生じる。
核融合反応は、太陽で最もよく見られる反応です。
太陽から放出されるエネルギーは、太陽の内部で起きている核融合反応の結果です。
核結合エネルギーとは、原子核の中で陽子と中性子を結合させるのに必要なエネルギーのことです。
陽子は正電荷を帯びていて互いに反発し合うので、陽子と中性子をつなぎとめるには強い引力が必要である。
小さな原子核になると、存在する陽子の数が少なくなるので、反発も少なくなります。
その分、引き合う力が強くなります。
したがって、原子核の結合は、2つの原子核の間の高い引力のために余分なエネルギーを放出することになります。
しかし、より大きな原子核の組み合わせでは、エネルギーは放出されません。
これは、2つの原子核の間に高い反発力を引き起こす陽子がより多く存在するためです。
原子核間の反発を引き起こす陽子の数が多いため、より重い原子核同士の核融合は発熱しない。
しかし、陽子間の引力が強いため、軽い原子核は核融合反応を起こし、高い発熱を示します。
太陽は恒星です。
熱や光という形で大量のエネルギーを生み出している。
このエネルギーは、太陽の中で起こる核融合反応によってもたらされる。
核融合反応では、重水素とトリチウムの原子核が融合する。
この反応によって得られる最終生成物は、ヘリウム、中性子、そして大量のエネルギーです。
核分裂と核融合の違い
定義
核分裂。
核分裂とは、原子核がより小さな粒子に分裂し、大量のエネルギーを放出すること。
核融合。
核融合は、2つの小さな原子が結合して大きな原子を作り、エネルギーを放出すること。
自然界に存在するもの
核分裂。
核分裂反応は自然界にはあまり存在しない。
核融合。
核融合反応は太陽などの恒星でよく見られる。
必要条件
核分裂。
核分裂反応には高速の中性子が必要な場合がある。
核融合。
核融合反応には高温・高圧の条件が必要である。
エネルギー生産
核分裂。
核分裂反応により高エネルギーが得られる。
核融合。
軽い原子核の核融合反応では非常に高いエネルギーが得られるが、重い原子核の核融合反応ではエネルギーが得られない場合があります。
例
核分裂。
ウラン235の中性子照射や不安定同位体の放射性崩壊が核分裂の例です。
核融合。
重水素とトリチウムの核融合が最も一般的。
結論
核分裂と核融合は、原子の原子核が自発的または非自発的に変化することによって起こる。
これらの反応により、最初の元素ではなく、新しい元素が生成される。
核分裂と核融合の違いは、核分裂が原子をより小さな粒子に分割するのに対し、核融合は小さな原子が結合して大きな原子を形成することである。
