戯雅 blog

クォークという種類の素粒子によって、陽子と中性子が作られている。
（陽子と中性子ではクォークの組み合わせが違う？）

いくつかの陽子と中性子によって原子核が作られ、その周りを陽子と同じ数の電子が飛び回ることで原子ができている。

原子核の陽子の数によって原子の種類が決まる。
１個なら水素（Ｈ）、２個ならヘリウム（Ｈｅ）…鉄（Ｆｅ）は２６個…原子力発電に使われるウラン（Ｕ）は９２個、プルトニウム（Ｐｕ）は９４個である。
陽子の数はそのまま原子番号として種類分けに使われている。
電子の重さは無視できるほど軽いので、原子の重さはほとんど陽子と中性子による。つまり原子番号が大きいほど物理的に重いわけだ。
天然の元素の中で最も重いのがウランである。より重い元素は、人間が陽子の数を人工的に加えて作り出した人工元素である。プルトニウムもそのひとつだ。

同じ原子でも、中性子の数が違うものがある。これを同位体という。
たとえば水素の原子核は陽子だけで中性子がないものがほとんどだが、陽子１個＋中性子１個の重水素という同位体もある。
同位体は陽子の数＋中性子の数を原子の名前の後に付けて呼ぶ。前者は水素１、後者は水素２となる。

原子力発電で燃料として使われるのはウラン２３５で、陽子９２個＋中性子１４３個からなる。

何かの作用によって原子核が分裂することを核分裂といい、原子力発電所でこの時に出るエネルギーを利用している。
分裂した原子核は、陽子の数によって様々なより軽いいくつかの原子核になるほか、原子核に取り込まれなかった中性子などが放出される。

原子核どうしがくっついて一つになることを核融合といい、太陽などの恒星の中心部で起こっている。

鉄はあらゆる原子の中で原子核の結びつきが最も強く、安定しており、核分裂も核融合もしにくい。
重い原子核になればなるほど原子核は不安定なものが増え、陽子や中性子を放出してもっと軽い元素になろうとする。これを原子崩壊という。
崩壊時に一緒に放射線が出る元素を放射性元素といい、その物質を放射性物質という。
放射能というのは、正確な意味では物質が放射線を出す能力のことだが、一般的には放射性物質のことを指すことが多い。

鉄より軽い原子核が融合すると、融合する前の原子核の合計よりも質量が軽くなり、軽くなった分のエネルギーが生じる。
鉄より重い原子核が分裂すると、分裂する前の原子核よりも質量が軽くなり、軽くなった分のエネルギーが生じる。
質量１gの物質を全てエネルギーに変換できた場合、石油2,000tを燃焼した時の莫大なエネルギーに相当する。

原子力発電で使用される燃料は前述のウラン２３５だ。
ウラン２３５は中性子が１個核に入り込むと２つに核分裂する性質を持っている。
この核分裂時に莫大な熱エネルギーが生じるので、その熱で水を沸騰させ、水蒸気でタービンを回して発電している。
ウラン２３５が核分裂すると、原子核の中性子が飛び出して他のウラン２３５の原子核に入り込み、さらに核分裂するという連鎖反応が起きる。
原子力発電所ではこの連鎖反応が少しずつ進むように制御されている。一気に連鎖反応するようにしたのが原子爆弾。
核分裂によって、中性子や電子の粒、電磁波のガンマ線などが放出される。

不安定な原子核から放出される、ヘリウムの原子核（陽子２個＋中性子２個）の粒子の流れをα線という。
同様に放出される電子の粒子の流れをβ線、中性子の粒子の流れを中性子線という。
光の一種（電磁波）のガンマ線も放出される。
これらをまとめて放射線という。
放射線を出しながら軽い元素に変わっていくことを崩壊という。

ウランの核分裂によってできるより軽い原子（核分裂生成物）として、セシウム、ヨウ素といった原子がある。
これらの物質も、さらに放射線を出しながらさらに軽い原子核へと崩壊していくものが多い。

ある原子核が崩壊して別の軽い原子に変わるのは、一瞬で行われるものもあれば、長い年月をかけて行われるものもある。
１００個の放射性元素があったとして、それが一時に崩壊するのではなく、少しずつ崩壊していく。
それが半分の５０個崩壊するまでの時間は原子によって決まっている。その期間を半減期という。
ウラン２３８の半減期は４５億年、プルトニウム２３９は２万４０００年という膨大な長さとなる。
ゆっくり崩壊していくということは逆に言えば単位時間あたりの放射線量は少ないようだが、このあたりの詳しいことはまだ未勉強でよくわかっていない。