中性子

質問

最近、原発について調べ始めたのですが。。

中性子と放射線の関係性がシックリきません。。

どうかこんなアホに解り易く教えてください。

回答No.3

heinfetz · ベストアンサー

>＞中性子を吸収した原子核は核力のバランスが崩れるため、放射線を出す性質を帯びる。
>
>ここがシックリこないのです。
>中性子自体は放射線を出していないのですね？
>で。
>中性子によって核分裂をする際にＥと放射線を出すのですね？
>　　　　　　　　　　　　　　　↑これはナゼなのでしょうか？

厳密に言うと中性子は放射線に含まれます。
放射線とは高エネルギーの電磁波であるγ線を除いては基本的に何らかの素粒子が
物体の中をスポスポ通過できるような猛スピードで飛行しているものを言います。

例えばSFに出てくる荷電粒子砲。
あれは何がしかの原子をイオンにして電荷を帯びた荷電粒子にしたものを
加速器で打ち出すというもので、現実にはがん治療などで炭素の原子核を
加速して患部に照射するというものが既に実用化されています。
…今のところ"大量の"原子核を簡単に加速する事ができず、戦艦どころか
一円玉すら吹っ飛ばせないので兵器化はかなり遠い未来になりそうですが。

という定義の話は置いておくとして、中性子を吸収したウランが核分裂を起こすのは
窓ガラスにパチンコ玉を撃ち込むが如く中性子の力で破壊されているわけではありません。
ウランの原子核が元々不安定で、もっと軽い別の種類の元素の原子核の方が
より安定であるため、ここに核力のバランスを崩す中性子が入り込む事で
エネルギーや放射線を放出して安定な他の元素に変わろうとするのです。

事実、ウラン自体不安定な放射性物質で他の元素に変化しながら
α崩壊とβ崩壊を何度も繰り返して最終的には鉛になってしまいます。
また、ウランは確率は低いながらも自発核分裂と言って中性子の助け無しに
核分裂して新たに中性子を出す事すらあります。

…余談ですが、ウランの大部分を占める同位体U238は中性子を吸収すると
プルトニウムPu239に変化し、これが中性子を吸収すると核分裂します。
しかし、核分裂せずに中性子を吸収してPu240　Pu241　といった同位体に
成長し、更にはアメリシウムやキュリウムといった超ウラン元素に成長する
ケースもあります。

この種の超ウラン元素はマイナーアクチニドといい、ただのウランより
自発核分裂して中性子を出す確率が高いため、使用済みの核燃料は
使用後の核燃料より強い放射性を帯びることになります。

…こないだも半減期の短いキセノンが出たから再臨界したのではと騒ぎになって
ましたが、結局こいつらの自発核分裂が原因だと言うことで決着しましたね。
臨界でなくても核分裂反応自体はきわめて低いレベルで続くもんなんです。

加えて言うと、原子炉の中でプルトニウムができるから日本は
核武装可能というのも、実際にはこれの所為で不可能です。
原爆の材料にするプルトニウムにマイナーアクチニドが大量に含まれてると
自発核分裂による中性子で爆弾自体が充分なエネルギーを作り出す前に
自壊してしまうフィズルという現象が起こるのですが、
核燃料が原子炉の中で中性子に曝される時間が長くなれば長くなるほど
プルトニウムがマイナーアクチニドに成長してしまう確率が高まるのです。

核開発用のプルトニウム生産炉はこのために燃料棒を簡単に引き抜いて
交換できる構造になってるのですが、発電用の軽水炉の場合
圧力容器の蓋を閉めて二年くらいそのまんまで燃やし続けるので
IAEAの目を盗んで不正な運転でもしないと兵器級のプルトニウムが作れないのです

あと、教員免許の件ですが
免許自体は大学で所定の単位さえ取ってしまえば後は県の教育委員会に
申請するだけなんで"単位だけ持ってる"って人は多分現役教員の
二十倍くらいはいると思います。
…少子化の時代ですし。

でまあ教員採用試験だけ考えてると、あれも大概受験勉強必要なんで
大卒で就職する機会を完全に逃しちゃうんですよねぇ…

お礼

＞エネルギーや放射線を放出して安定な他の元素に変わろうとするのです。

他の元素に変わる事は［相転移］という言葉で良いですか？

中性子で分裂した原子核はＥと放射線を出してから鉛状態に成るという事ですか？（核廃棄物？）

フィズルという言葉は初めて聞きました。。

あと、教員免許の件ですが、
言われてみればそれほど特質な事ではないんですね。＾＾

回答No.7

noname#157218

No.2／6です。
　いつまでも終わらないですね。

＞＞何段階かの崩壊を経て安定な原子核になります。

＞余分なエネルギーや中性子が放出されていくという認識で良いですか？

→　何度も言うようですが、中性子は出ません。中性子は、原則として原子核の中にしか存在しません。核分裂などで中性子が原子核外に出ると、半減期約10分で「陽子＋電子」に崩壊します。
　通常の「原子核崩壊」では中性子は出ません。

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%B8%AD%E6%80%A7%E5%AD%90

＞その状態は［核転換］で良いですか？

→　「核転換」という言葉は、あまり一般的なものではないようですが、どちらかというと自然に起こる「原子核崩壊」よりも、「人工的に異なる原子核を作る」方に使われるのでは？

＞（１）（２）（３）をひっくるめて放射線で良いですか？

→　そうです。

お礼

自然に起こる状態と人口的を混同してしまっていたのですね。

勉強し直します。
ありがとうございました。

回答No.6

noname#157218

No.2です。

＞＞「原子核崩壊」するときに、放射線が出ます。
＞
＞ナゼ放射線が出るのでしょうか？

　言い方が悪かったかもしれません。

　核分裂生成物が安定な元素になるために、余分なエネルギーを放出するのが「原子核崩壊」です。
　核分裂生成物は、ウランやプルトニウムがパカッと２つに割れた状態なので、自然界の同じ元素に比べると中性子の数が多めなのです。（もともとのウランやプルトニウムが、陽子同士の電気反発力を少なくするために中性子の数が多めの構成になっている）

　これが、安定な原子核になる過程で、下記の３種類の方法で余分なエネルギーを放出して、崩壊していきます。１回で安定な原子核にならない場合は、何段階かの崩壊を経て安定な原子核になります。

（１）陽子2個、中性子2個の「アルファ粒子」を放出　→アルファ崩壊。余分なエネルギーを運動エネルギーとして持ったアルファ粒子が「アルファ線」になる。
（２）原子核内で　中性子　→　陽子　＋　電子　となり、電子を放出　→ベータ崩壊。余分なエネルギーを運動エネルギーとして持った電子が「ベータ線」になる。
（３）原子核内の余分なエネルギーを電磁波として放出　→ガンマ崩壊。電磁波がガンマ線。

　（１）（２）も、同時に（３）のガンマ線を伴うことが多いです。

お礼

＞何段階かの崩壊を経て安定な原子核になります。

余分なエネルギーや中性子が放出されていくという認識で良いですか？
その状態は［核転換］で良いですか？

（１）（２）（３）をひっくるめて放射線で良いですか？

回答No.5

heinfetz

>他の元素に変わる事は［相転移］という言葉で良いですか？
>
>中性子で分裂した原子核はＥと放射線を出してから鉛状態に成るという事ですか？（核廃棄物？）

いいえ、ある元素が他の種類の元素に変化する事は"相転移"ではなく、"核転換"と言います。
相転移というのは水が気体から液体固体というように、物質が外界の状況(主に温度と圧力)に応じてその姿を変えることで、例えば同じ固体のリンにも赤燐と黄燐があるように基本的には分子同士の結合の状態が変化することによるものです。

相転移の方ははっきり言って核反応よりずっと身近で放射線なんぞも関わらない現象です。
…例えば炭を高温高圧にしてダイヤモンドを作るとか。

そして、核反応について言うと、ウランが自然にα崩壊とβ崩壊を繰り返して安定な元素に変わっていくとき、周期表の上でもっとも重たくてなおかつ放射性が無い。
…つまり原子核が自然には分解しない程度に安定な元素というのは鉛なんで、
ウランのような元素が放射線を出しながら少しずつ軽くなってゆく場合、鉛のあたりで終点となるわけです。

しかしながら、核分裂で真っ二つに割れると鉛よりはるかに軽い元素に変わってしまうのでこの時点で既に鉛にはなれません。

とは言っても、人工的に作り出されたこれらの元素も不安定は不安定なので、放射線を出す事で安定な元素に変わろうとするわけです。

ではどんな元素が安定でどんな元素が不安定かと言うと、一般的に大きさが大き過ぎず小さ過ぎず、なおかつ原子核の中で陽子と中性子の数のバランスが取れている元素が安定です。

ウランの場合、原子核の大きさが大きすぎるために不安定で、人工的に作り出されたような放射性物質の場合は原子核の中で陽子と中性子の数のバランスが取れてないために不安定なのです。

このへんの話は核反応の傾向とも関わっていて、一般的に"鉄"のあたりがもっとも安定な原子核が存在するとされる領域なので、鉄よりはるかに重いウランが分裂して軽い元素に変わる場合や、最も軽い元素である水素やヘリウムが融合して重い元素に変わるときにはエネルギーを取り出すことができますが、鉄を他の種類の元素に転換したいという場合、エネルギーを外部から投入しなければなりません。

お礼

なるほど。。　勘違いし過ぎですね。
勉強して再度質問します。。＾＾

何度もありがとうございました。

全体の流れは、以前よりも見えてきましたが、どうしても

＞放射線を出す事で安定な元素に変わろうとするわけです。

ココが・・・
安定な元素に変わる為にナゼ放射線を出すのか？？

そうか！
人間が体温調節の為に汗を出すのと同じですね！！！

んなワケない。。

回答No.4

heinfetz

誤字脱字があったんで直しときます

×自発核分裂して中性子を出す確率が高いため、使用済みの核燃料は
　使用後の核燃料より強い放射性を帯びることになります。

○自発核分裂して中性子を出す確率が高いため、使用済みの核燃料は
　使用"前"の核燃料より強い放射性を帯びる事になります。

×申請するだけなんで"単位だけ持ってる"って人は多分現役教員の
　二十倍くらいはいると思います。

○申請するだけなんで"免許だけ持ってる"って人は多分現役教員の
　二十倍くらいはいると思います。

回答No.2

noname#157218

「核分裂」と、放射線を出す「原子核崩壊」（アルファ崩壊、ベータ崩壊、ガンマ崩壊）を混同していませんか？

　核分裂は、ウラン235やプルトニウム239などの重い（原子番号の大きい）原子核が、中性子を吸収してパカッと2つに割れる現象です。2つに割れるときに、余分な中性子を放出して、別のウランやプルトニウムに当たって次々に核分裂を起こす（連鎖反応）わけです。

　核分裂によってできた「ウランの重さ約半分」の元素が「核分裂生成物」です。これが安定な元素になろうとして「原子核崩壊」するときに、放射線が出ます。これが原子炉の中で起こっている分には、上記の核分裂と一緒に起こっているわけで、原子炉容器内という遮へいの中である限りそんなに問題になりません。

　今回の福島では、この「核分裂生成物」が環境中に放出されてしまいました。これが、環境中で「原子核崩壊」して放射線を出すから問題なのです。「核分裂生成物」の中で、特に問題になるのは
　・生成量が多くて（環境への放出量が多い）
　・半減期が長い（数日～数年以上。環境に出てからもなかなか消えない）
元素です。この代表格が、「セシウム137」、「ヨウ素131」、「ストロンチウム90」などです。

　この「原子核崩壊」の過程では、中性子はほとんど登場しません。実は、「中性子→陽子＋電子」という反応が起こって、この電子がベータ線なのですが、これは原子核の中で起こっているので、原子核外に中性子は登場しません。

　分かりましたか？
　中性子は、「原子炉の中で」「核分裂」に関係するのみで、環境に放出された「核分裂生成物の原子核崩壊による放射線」には表立って関与しない、ということです。

お礼

なるほど。。
混同していました。。

的確な回答ありがとうございました。

補足

＞「原子核崩壊」するときに、放射線が出ます。

ナゼ放射線が出るのでしょうか？

回答No.1

heinfetz

まず、大前提になる知識として知っていて欲しいのですが、この世界には重力や電磁力と同様に"核力"という力があります。

中学や高校の教科書によく載ってる原子の図を見ると、中心にプラスの電荷を帯びた原子核があって、その周囲をマイナスの電荷を帯びた電子がぐるぐる回っていますが…

あの図、どうもおかしいと思いませんか？
プラスの電荷を帯びた原子核の周囲をマイナスの電荷を帯びた電子が離れられないのは当たり前ですが、例の図の中では原子核の中にプラスの電荷を帯びた陽子が何個も閉じ込められています。
"何らかの力"によって閉じ込められていなければ、ここに含まれる陽子は電気的な反発力で磁石のN極同士が反発するように吹っ飛ばされてしまう筈です。

この"何らかの力"が核力で、これは要するに原子核を構成する陽子や中性子などの素粒子の間に働く引力です。
こいつは電気的な反発力よりはるかに強い力なのですが、ごくごく短い距離でしか作用しません。

　で、原子核の中でこの核力のバランスが崩れているような物質だと、核力が素粒子を原子核の中に閉じ込めておく事が出来ないために、二個の陽子と二個の中性子でできたα線を放出したり、原子核の中に含まれる中性子が陽子に変身して、余ったマイナスの電荷を電子であるβ線として放出したり、まあもっと穏やかに陽子と中性子の数が同じ不安定な原子が安定な原子に変わるために、そのエネルギーの差分に当たる分を電磁波のγ線として放出したりします。

そして、原子核の中での核力のバランスを崩す方法としてもっとも簡単なのが中性子を吸収させる事なのです。

中性子は電荷を持たないため、電気的な反発力に遮られる事無く他の物質の原子核に核力が働く距離まで接近して容易に吸収されます。

そして、中性子を吸収した原子核は核力のバランスが崩れるため、放射線を出す性質を帯びる。

…これが、中性子を吸収した物質が放射性物質となる仕組みです。

　さて、原発ですがウランやプルトニウムは放射性があることからも判るように、元々原子核の中での核力のバランスが不安定な物質です。
…というか、原子核の中に含まれる陽子と中性子の量が異常に多いため、核力の力だけでこれを束縛しておくのが難しいと表現した方がいいかもしれません。

そんな物質が中性子を吸収すると、まあ要するにもう限界だということで真っ二つに割れて余ったエネルギーを熱の形で放出しまうわけです。

で、周期表を見ると判るかも知れませんがウランやプルトニウムを半分くらいの大きさの二つの原子核に分けた場合、確実に中性子が余ります。

…というわけで、この反応では原子核が割れるのと同時に通常２~３個の中性子が発生し、ウランの濃度や塊の大きさといった状況によっては、この中性子は次のウランに吸収されて連鎖反応を起こすわけです。

そして、それでも余った分の中性子は反応が終わったあとの原子核の中で核力のバランスを取るために陽子に変化して、結果的に電子がβ線の形で放出される。
こいつがいわゆる核のゴミとか死の灰とか呼ばれる放射性物質です。

…私は中学や高校の教科書でこういった話にお目にかかった事はついぞありませんが、
"放射線や核エネルギーについて"理解するためにはこれは基本的な事項であり、
E=Mc2でウランの質量がエネルギーに
…なーんて教条主義的な記述よりずっと重要だと思いますね。

って言うかあの式はあくまでもエネルギーには重さがあるという事を示唆するもので、
核反応の場合、出入りするエネルギーが大きいために人間の技術でその差を計れるというだけです。
厳密に言うと、ローソクが燃えてもその熱量の分化学の質量保存の法則は敗れてます。

そういうわけで、別に難しいこった無いんだから
一般相対性理論よりこっちの方を教科書に載せろよな！

…というのが理科の教員免許を屋根裏に放り込んでフリーターをやってる人の愚痴です。

お礼

ありがとうございます。

＞中性子を吸収した原子核は核力のバランスが崩れるため、放射線を出す性質を帯びる。

ここがシックリこないのです。
中性子自体は放射線を出していないのですね？
で。
中性子によって核分裂をする際にＥと放射線を出すのですね？
　　　　　　　　　　　　　　　↑これはナゼなのでしょうか？

補足

＞理科の教員免許を屋根裏に放り込んでフリーターをやってる

↑これもナゼなのでしょう？