【原子力発電所の原子炉内はウランに中性子を当てて核

質問

【原子力発電所の原子炉内はウランに中性子を当てて核分裂を起こしてエネルギーを取り出している】ウランに中性子をぶつけていると書かれていますが中性子とはなんですか？

中性子は何ですか？どうやってぶつけるのですか？

回答No.3

QCD2001 · ベストアンサー

中性子は電気的に中性な素粒子の一種です。原子核は陽子と中性子とからできています。ウランのような重い元素の原子核に中性子をぶつけると原子核が分裂し、その時にエネルギーが出ます。それがなぜそうなるのかという議論はとても難しい話になるので、そういうものだと思ってください。

どうやって中性子を原子核にぶつけるのか？ですが、原子核はとても小さいので、これに中性子をぶつけようとしてもなかなかぶつかりません。
どのくらい小さいかというと、ウランの原子核の大きさはウランの原子の1万分の1ぐらいの大きさです。そして原子の大きさはおおよそ1億分の１ｃｍです。ですから原子核というのはとてつもなく小さいのです。
もし仮に原子核を見ることができたとしたら、物質はスケスケの隙間だらけで、小さな小さな原子核がポツンポツンと浮かんでいるように見えることでしょう。そのポツンに中性子をぶつけようと思っても、狙って当たるようなものではありません。そこで、的の数を増やして、まぐれ当たりでどれかに当たるようにします。

ウランの原子核の大きさは原子の大きさの1万分の1です。そこで
縦1万個×横1万個＝1億個
のウラン原子を1列に並べます。と言っても並べるのは難しいので、厚さが１ｃｍのウランの板を作ります。原子の大きさは1億分の１ｃｍですから、厚さ１ｃｍの板に厚みの中にはウラン原子が1億個並ぶことになります。
原子核がどんな風に並んでいるのかをを見ると、もちろん物質はスケスケの隙間だらけですが、1億個の原子が並んでいますから、板を透かして見てもどの方向のどこでも原子核が1個は並んでいるように見えるはずです。ここに中性子を打ち込めば、めくら打ちでもどれかの原子核にぶつかります。
実際はウランの濃度を10％程度にして、さらに小さなペレット状にして、ペレットとペレットとの間に水を入れたり黒鉛を入れたりします。
要するに、まぐれ当たりでどれかにぶつかるようにするわけです。

お礼

みんなありがとう

回答No.2

t_ohta

中性子とは原子核を構成する粒子の一つで、電荷を帯びていない（電気的に＋でも－でも無い）粒子のことです。

回答No.1

kzr260v2

とりあえず文字通り、「核分裂すると熱が発生する」とご理解ください。

原子炉で使用される物質の例としては、いくつかあるウランの中でもウラン235になります。

ウラン235に中性子が当たると(いくつか分裂の種類がありますが)、クリプトンとバリウムに分裂しながら、中性子を3個放出します。このとき近くに別のウラン235があり、放出された中性子が当たると、またクリプトンとバリウムへの分裂と中性子放出へと繋がります。
このような連鎖反応をゆっくりじわじわ起こさせているのが原子炉です。

一瞬で全てを連鎖させてしまうのが原子爆弾です。

>>中性子は何ですか？
元素は原子という最小単位で説明することができます。ウラン235も元素ですから、最小単位は原子です。原子は中心に陽子と中性子がひとまとまりになってる原子核があり、そのまわりに電子があります。原子は、陽子と中性子と電子の組み合わせで成り立っているわけです。陽子は同じ粒子のため本来は結合しませんが、中性子が間をとりもつことで、原子核としてひとまとまりになれます。

次に核分裂の説明ですが、そもそもが【ウラン235の原子核に中性子が当たると分裂するという特殊な元素である】となります。クリプトンとバリウムに分裂するだけでなく、イットリウムとヨウ素に分裂する場合もあります。

>>どうやってぶつけるのですか？
基本は、原子同士がすぐ近くになるよう、ウラン235を濃縮します。ただ原子炉の場合は、ゆっくり核分裂を連鎖させる必要があるので、中性子を減速させるための減速材を使用します。日本の原子炉では水を減速材に使用しているものがほとんどです。
また、中性子を吸収する物質を使うことで核分裂反応を止められるようにしています。原子炉では制御棒とも呼ばれます。

※
核融合は水素と水素を融合させヘリウムを生み出すような反応となります。ただ融合させるには、超高圧力か超高温が必要です。太陽は膨大な質量からくる高圧力で核融合反応を起こさせています。
核融合炉は、沢山のレーザーを集中させる方法と、磁気によりプラズマを閉じ込める方法のどちらかで高温を発生させて核融合反応の連鎖をさせようとしていますが、なかなか難しいようです。
核融合爆弾(水爆)は、ざっくり言うと原子爆弾で高熱と高圧力を発生させて、それにより水素で核融合反応を発生させています。

以上、参考にならなかったらごめんなさい。