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物理学のテキスト(ファインマン物理学)をななめ読みしてますが、核エネルギーとは実は、電気の斥力が核力の引力に打ち勝って解放される電気エネルギーである、と書いてあります。
一方でウィキペディアの「核分裂反応」の記事では、ウランの核分裂反応による質量欠損に触れ、原子が核分裂を起こすとこの質量の差に相当するエネルギーが外部に放出されると書いてあります。
どちらかが正しく、どちらかが間違いなのでしょうか。あるいは核分裂前に、核力または電気エネルギーが質量として内臓されているということでしょうか。

どうぞよろしくお願いいたします。

質問者からの補足コメント

  • 引き続き調べてみましたが、ウィキペディアの方は間違いのようですね。
    核融合であれば、質量を失い、質量の差に相当するエネルギーが外部に放出される。
    核分裂では、反応前の結合した状態が「質量欠損」の状態で、これを越えるエネルギーを与えないと分裂しないのですね。
    https://www.qst.go.jp/site/jt60/5248.html

    解放されるエネルギーはおそらく、このプロセスによるエネルギーのおつり、プラス「電気の斥力が核力の引力に打ち勝って解放される電気エネルギー」のはずです。

    お時間を割いてお話におつきあいいただき、どうもありがとうございました。

      補足日時:2021/10/17 14:52
  • yhr2さん、tknakamuriさん、ご回答をどうもありがとうございます。
    yhr2さんのご回答をもとに勉強しなおしました。

    最初の質問に戻って。
    「核分裂前に、核力または電気エネルギーが質量として内臓されているということでしょうか」の答えは、「イエス」ですよね。
    始状態のエネルギー状態を高くしているのはクーロン斥力ですから、まさしく「核エネルギーとは実は、電気の斥力が核力の引力に打ち勝って解放される電気エネルギー」ですよね。

    もし間違いがあれば、ご指摘いただければ幸いです。

    本当は図を貼りたいのですが、goo のシステムの不備で貼れません。
    Dropbox を使うと、字数オーバーになってしまいます。

      補足日時:2021/10/19 02:14
  • こんな風に理解しています。
    https://www.dropbox.com/s/gzggacxve76ek53/figure …

      補足日時:2021/10/19 02:15
  • 他の閲覧者の方々のために補足すると、
    「ウィキペディアの方は間違いのようですね」
    そうではなく、ウィキペディアの記述も正しいです。

      補足日時:2021/10/20 20:38
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A 回答 (7件)

No.5 です。

「補足」に書かれたことについて。

>「核分裂前に、核力または電気エネルギーが質量として内臓されているということでしょうか」の答えは、「イエス」ですよね。

はい、それでよいと思います。


>始状態のエネルギー状態を高くしているのはクーロン斥力ですから、まさしく「核エネルギーとは実は、電気の斥力が核力の引力に打ち勝って解放される電気エネルギー」ですよね。

まあ、そんなことではないかと思います。
ただし「核力、強い力」の本質が何なのか分からないので、どのように表現するのが適切なのかよくわかりませんが。


>こんな風に理解しています。

はい。そんな感じだと思います。
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この回答へのお礼

ご返信をどうもありがとうございました。

お礼日時:2021/10/20 20:39

別に何も間違っていない。


エネルギー=質量だから、全てのエネルギーを放出する現象は
質量が減ることを意味する。

原子核の核子が核力で結び付く際、
結合エネルギーを外部に放出するのでその分軽くなる。

大きな核の原子は核子間の距離が大きいので
核力が弱くなりエネルギの減りが、原子核を2つに
割った時より少さい。だから分裂させると
よりエネルギーが減り、その差が外部へ放出される。

核が2つに割れるとき、破片間の核力は失われるので
破片は電磁力によってはね飛ばされるのも事実だ。
その時受け取る運動エネルギーは正確に質量欠損に
対応している。そうでなければエネルギー保存則が
破れてしまう。
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>核分裂では、反応前の結合した状態が「質量欠損」の状態で、これを越えるエネルギーを与えないと分裂しないのですね。



それは「しきい値」の話であって、しきい値を越えれば「はじめ」と「終わり」の質量の差に相当するエネルギーが外部に放出されるのは「核融合」と同じです。

下記の p-11 の図にあるように、核子1個あたりの結合エネルギーは質量数60あたりをピークに、軽い元素(水素など)も重い元素(ウラン、プルトニウムなど)も小さくなります。
結合エネルギーの大きい方が「安定」なので、結合エネルギーの分だけ質量が軽くなります。
従って、水素などの軽い元素は「原子核同士が結合する核融合」により、ウランなどの重い元素は「原子核が分かれる核分裂」により、質量が小さくなってその分のエネルギーを放出します。

https://rpg.jaea.go.jp/else/rpd/others/study/tex …

核分裂では、一度分裂するための「しきい値」を越えないといけないので、外部から運動エネルギーを持った中性子を入射させて一度励起状態にする必要があります。
この辺は、「正確ではない」とされていますが、「液滴モデル」というものが分かりやすいと思います。

http://ne.phys.kyushu-u.ac.jp/seminar/MicroWorld …


「核エネルギー」「電気エネルギー」といっているものは、原子核を構成する「陽子」がすべて「正電荷」であることによる「静電力」(斥力でバラバラになろうとする)と、原子核という狭い範囲だけに存在する「核力」(いわゆる「強い力」、引力)のことを言っているのだと思います。
力が働く = 空間にポテンシャルがある、ポテンシャル = エネルギーということですから。
上に書いた「原子核の結合エネルギーが大きい」とは、この「ポテンシャル」の「低いところで安定する」ということであり、その「ポテンシャルの差」が「質量欠損」になります。
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核エネルギーのもとは、質量欠損です。



物質は何から出来ているかといえば、

物質=電子 +核子 (これを結びつけるのが光子)
核子=陽子 + 中性子 (これを結びつけるのがグルーオン)
陽子、中性子= アップクオーク+ダウンクオーク(これを結びつけるのもグルーオン)

です。つまり素粒子で言えば、アップクオーク、ダウンクオーク、グルーオン、光子、電子となります。

ところが、これらの素粒子の質量を足しても、物質の質量の1%にしかなりません。あとは、なにかといえば、強い力で核子に閉じ込められた、結合エネルギーです。

核エネルギーとは、

反応前の物質の質量 = 反応後の物質の質量 + 取り出されるエネルギー

つまり、核分裂にしろ核融合にしろ、反応前と反応後で、素粒子は不変なのですから、質量欠損のもとは、それぞれの核子に強い力で閉じ込めらた結合エネルギーの差ということです。

強い力は、その名の通り、電磁気力より圧倒的に強い力で、陽子どうしの斥力に打ち勝って、陽子や中性子を結合させて核子を作るわけですね。
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ウィキペディアの「核分裂反応」は合っています。


最初の方は電気エネルギーじゃなく光(電磁波)じゃないかな。
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>核エネルギーとは実は、電気の斥力が核力の引力に打ち勝って解放される電気エネルギーである



電気というか電子が放出される時にかなりの熱(摩擦熱)が発生しますからその熱がエネルギーとして換算されるだけで厳密には我々が一般的に思うような電力とかの類の電気エネルギーではありません。

>一方でウィキペディアの「核分裂反応」の記事では、ウランの核分裂反応による質量欠損に触れ、原子が核分裂を起こすとこの質量の差に相当するエネルギーが外部に放出されると書いてあります。

そうですよ。原子核というのはものすごい力で結合されています。そのものすごい力で結合されている電子を引き離すためにはそうとうな力が必要であり、引き離される時にはその力を無理やり突破するので莫大な熱が発生するという事です。
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この回答へのお礼

ご回答、前半。核分裂反応とは原子核の分裂反応であり、いつも電子の放出を伴うわけではありません。(ウィキペディアを見れば明らかです。)
ここでの「電気の斥力」とは、陽子同士の斥力を指します。

ご回答、後半。質量欠損との関係が不明です。

より詳しい方のご回答をお待ちします。

お礼日時:2021/10/17 13:25

電子に波動と粒子の二面性があるのがどこから来るか考えてますか?

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この回答へのお礼

それは質問であり、回答ではありません。

お礼日時:2021/10/17 13:05

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