核分裂について質問です。

Question

核分裂について質問です。

物理に疎い社会人です。

そもそもの話、どうして、この世で一番小さい物質である原子核から都市を一瞬にして更地に帰すことが出来る程のパワーを放つことが出来るのか、チンプンカンプンです。

原子核や中性子、臨界などの核分裂に必要な物質とその過程を5円玉大の小石に例えて分かりやすく説明していただけるとありがたいです。

puyo3155 · Accepted Answer

我々の体や物質はどんどん細かくしていくと、素粒子になります。

物質は原子から出来ていますが、順番に細かくしていくと

・原子は電子と、原子核からなります。
・原子核は、中性子と陽子
・陽子も、中性子も、３つのクオークから出来ています。

すると、素粒子レベルで物質は、

・　３つのクオーク
・　電子

に、光子とグルーオンという力を伝える素粒子から出来ています。

ところが、このすべての素粒子の質量をあつめても、物質の質量の１％程度しかありません。我々の質量のほぼすべては、
実は、グルーオンを通じた強い力によって核子にとじこめられた結合エネルギーから来ています。

アインシュタインの有名な式

E＝ｍｃ＾２

つまり、エネルギーが閉じ込められると質量になる。質量とはエネルギーの一つの形態だということです。

原子力発電などで使われる核分裂も、太陽が光るもとである核融合も、原子核の組み合わせが変わる反応です。核子を構成する要素がバラバラにいたときと質量合計と、核子になったときの
質量差を質量欠損と言いますが、原子核反応前後でその質量欠損の値に差があるため、それが熱となって、外部に出てくるというわけです。

＞原子核や中性子、臨界などの核分裂に必要な物質とその過程を5円玉大の小石に例えて分かりやすく説明していただけるとありがたいです。

これは、いくらでも説明がネットにあるので、調べてみてください。核分裂も核融合もたくさん種類があるので、疑問なら具体的な物質をあげて
再度質問してみてください。

なぜかというと、必要な物質と過程をいくら追っても、なぜ小さい物質から莫大なエネルギーが取り出されるかはわからないからです。質量が消えて、それがエネルギーになる。アインシュタインの式をみれば、光速の２乗がかかっているので、わずかな質量がなくなるだけで、莫大なエネルギーが生まれることが、感覚的にわかるかと思います。

fxq11011 · Answer

NO6
単位間違えました
３０万Km＝３０００００Km＝３００００００００ｍ
従って９百億ではなく９兆になります

fxq11011 · Answer

有名な、E＝ｍｃ²
E＝エネルギー
ｍ＝質量（ｇ）
C＝光の速度（約３０万Km＝３０００００ｍ）
９００００００００００（カロリー？）
１ｇの物質がエネルギーにすべて変わると、約9百億（単位は詳しくありません、カロリー、なのかジュールなのか）。

tknakamuri · Answer

どうしてには答られませんか、原子核ははプラスの電荷を
凝集したもので、狭い所にプラス電荷を押し込めるには
巨大な力が必要です。

これが「強い力」と呼ばれる力です。ネーミングがまんまですけど(^^;

ウランの核を割ってやると、「強い力」で原子核を凝集させていた
エネルギーが若干減ります。その差が核分裂によるエネルギーです。

問題を「強い力」にすリかえただけかもしれませんが、物理で
分かっているのはそんなものです。

lupan344 · Answer

核分裂する事自体は、巨大なエネルギーを生むわけじゃないんですが、核が分裂する為には、元々核を構成する為のエネルギーを放出する必要があります。
代表的な核物質であるウラン235は、不安定で中性子1個があたると、核分裂をおこし、中性子2～3個を放出します。
この中性子は、速度が速いので、周囲のウラン235の密度が少ないと、そのまま素通りしてしまい、連鎖反応が起きません。
その為に、原子炉では、水（重水）を減速材とし、中性子の速度を落とします。
また、中性子密度の調整の為に、遮蔽材である制御棒などを使って調整します。
核爆弾の場合は、ウラン235の密度を高めて、一気に核分裂の連鎖反応を起こします。
E＝MC^2と言う式を御存じでしょうか？
これは、静止質量とエネルギーの等価式です。
Cは光速ですので、とても大きな数値になります。
ウラン235、1gが核分裂を起こした場合は、核分裂で質量欠損が生じ、上記の式で計算すると、8.2×10^10J→8.2×10^4MJのエネルギーとなります。
都市ガス1m3の発熱量は、45MJですから、8.2×10^4/45≒1822m3の都市ガス量に相当します。
一般的なダイナマイトの発熱量は、0.004MJ/gですから、8.2×10^4/0.004＝20500000倍の発熱量をウランの核分裂では発生できるわけです。（ダイナマイトの質量換算としては、20.5トンとなります）
広島の核爆弾では、876.3gのウラン235が核分裂したと考えられています。（5.5×10^7MJの熱が放出されたと考えられています）
都市ガス換算では、5.5×10^7/45≒1222222ｍ3です。　ダイナマイト換算では、5.5×10^7/0.004＝13750000000→13750トンです。（TNT火薬換算値は、約15000トン）
ちなみにガス会社の大型の球形タンクの容量は、200000m3ですので、1222222/200000≒6基となります。　これが全て一気に爆発する熱量と言う事になります。
5円玉大の小石の質量は、約40g程度だと思いますが、この質量のウラン235が核分裂した場合は、広島原爆の40/876.3≒0.046倍の威力がある事になります。
ちなみに、広島の核爆弾の場合は、実際のウラン235の搭載量は65kgで、核分裂したウラン235は、1.38％です。
核分裂を起こす、自然臨界量は、ウラン235で46.5kg、中性子反射材などで覆った場合は、15kg程度とされています。
広島の核爆弾のウラン235の65kgは多すぎるようですが、開発初期だったので、自然臨界量以上を搭載したと言う事でしょう。
広島の核爆弾のガンバレル型は起動したら、必ず核爆発を起こしてしまい、フェイルセーフ機能を持っていませんし、海中に起動前に落下した場合は、海水が侵入した場合は、海水が中性子の減速材となり、臨界状態となる可能性があります。
したがって、この形の核爆弾は、現在は使用されていません。

yhr2 · Answer

「原子核１個」で考えるから不思議なのです。

高校時代（中学？）で「アボガドロ定数」というのを習いましたよね？
炭素 12 g （１モル）中には、約 6 × 10^23 個の原子が存在するという、この「6 × 10^23 」という数です。

核分裂する「ウラン235」という物質の 235 g 中には、この「6 × 10^23 個」のウラン原子が存在します。
１万：10^4
１億：10^8
１兆：10^12
１京：10^16
１垓（がい）：10^20
ですから、6000垓個ということです。

原子爆弾や原子炉の中には、少なくとも数100kg のウランがありますから、235g の1000倍ぐらいで、従って原子数はもう1つ桁の上の「数百秭（じょ）個」ということになります。

核分裂1個あたりのエネルギーは小さいものですが、それがこういった「膨大な数」存在することで、合計として大きなエネルギーとなるのです。

核分裂については、こんな説明を参照してください。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E5%88%86%E8%A3%82%E5%8F%8D%E5%BF%9C

mapascal · Answer

アインシュタインの、Ｅ＝ｍｃ^2です。ウランが核分裂を起こすと、元の質量より減少します。その質量減少分がエネルギーとして出てくるのですが、核分裂を起こす際に、核物質の密度が高いと核分裂時に放出される中性子により核分裂の連鎖反応が起こり、大量の熱量を放出します。
これが原子爆弾であり、原子力発電所です。原子力発電所の場合は制御棒等で連鎖反応を適当なところでコントロールしています。
爆弾はよく判りませんが、原子力発電では、高さ1 cm、直径1 cm程度のもの一個で、一般家庭２年分エネルギーを賄えるそうです。
広島に落とされた原爆では、ウラン235が約60kg使われていたそうです。

核融合の場合も、水素原子どおしが核融合しヘリウム原子になるときに質量の減少がおきます。

鉄（Fe）になると核融合は起きなくなり、恒星が死を迎えます。

https://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90%E7%88%86%E5%BC%BE#.E3.82.A6.E3.83.A9.E3.83.B3.E5.8E.9F.E7.88.86

doc_somday · Answer

＞、どうして、この世で一番小さい物質である原子核から都市を一瞬にして更地に帰すことが出来る程のパワーを放つことが出来るのか、チンプンカンプンです。
原子物理学者にもチンプンカンプンです。だけどそれでは給料を貰えないので色々ご託を並べます。時々当たってしまって都市が消えますが、それはあくまでまぐれ当たり。

核分裂について質問です。

我々の体や物質はどんどん細かくしていくと、素粒子になります。

NO6

有名な、E＝ｍｃ²

どうしてには答られませんか、原子核ははプラスの電荷を

核分裂する事自体は、巨大なエネルギーを生むわけじゃないんですが、核が分裂する為には、元々核を構成する為のエネルギーを放出する必要があります。

「原子核１個」で考えるから不思議なのです。

アインシュタインの、Ｅ＝ｍｃ^2です。

＞、どうして、この世で一番小さい物質である原子核から都市を一瞬にして更地に帰すことが出来る程のパワーを放つことが出来るのか、チンプンカンプンです。

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