ウランの核分裂について教えてください。また、もしウランが2つでなく3つの同じ大きさの破片に分裂するとしたら、放出されるエネルギーはどう変わるのでしょうか。知っている方は教えてください。出来るだけ早く回答いただけたら嬉しいです。

A 回答 (1件)

ウラン235が核分裂してできる生成物の質量数は、90付近と140付近に二つのピークを持ちます。

すなわち、同じ大きさではなく、「ちょっと小さめとちょっと大きめ」に分裂する場合が多い、ということです。それゆえに、ストロンチウム90とか、セシウム137、ヨウ素131などの割合が多く、核分裂生成物による汚染の場合の問題となります。

ウランが3つの原子核に分裂する確率は、ほとんど無視できるくらい小さいはずです。同じ大きさの3個ということならさらに確率が減りますが、仮定すれば質量数が(235/3=)78くらいですか。分裂した時点では原子番号は(92/3=)31くらいなので、ガリウムや亜鉛でしょうが、中性子が過剰で、何度かベータ崩壊してセレンや臭素になるのでしょう。

いずれにしても、これらは軽元素は原子核の結合エネルギーが大きく、したがって核分裂の際のエネルギーは、普通の場合より小さくなると思います。
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この回答へのお礼

ありがとうございました。助かりました。

お礼日時:2001/10/23 09:43

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Q核分裂で放出されるエネルギーと質量減少

高校物理の範囲で質問させていただきます。

次の核分裂を考えます。
235U+n→141Ba+92Kr+3n

Uの結合エネルギー:7.6×235=1786[MeV]
Baの結合エネルギー:8.4×141=1184.4[MeV]
Krの結合エネルギー:8.7×92=800.4[MeV]
(結合エネルギーは参考書にあった値を使っています)

反応前後での結合エネルギーの差は1184.4+800.4-1786=198.8[MeV]となります。このエネルギーを質量に換算すると、3.5342×10^-28[kg]・・・(1) となります。

ところがです。別の問題集であったのですが、
235U=234.9935[u]、141Ba=140.8837[u]、92Kr=91.9074[u]、n=1.0087[u]とあり、これにより質量減少分は0.185[u]と計算でき、これをkgに直すと3.07×10^-28[kg]…(2) となります。

私は(1)(2)が一致するものだと思っていたのですが、大分誤差があるように思えます。何か私は勘違いしているのでしょうか?ひょっとして3nの中性子の結合エネルギーも考えなければいけないのでしょうか?(3nは中性子が結合しているのかばらばらなのかわかりませんけど・・・)

恐れ入りますが、ご回答よろしくお願いいたします。

高校物理の範囲で質問させていただきます。

次の核分裂を考えます。
235U+n→141Ba+92Kr+3n

Uの結合エネルギー:7.6×235=1786[MeV]
Baの結合エネルギー:8.4×141=1184.4[MeV]
Krの結合エネルギー:8.7×92=800.4[MeV]
(結合エネルギーは参考書にあった値を使っています)

反応前後での結合エネルギーの差は1184.4+800.4-1786=198.8[MeV]となります。このエネルギーを質量に換算すると、3.5342×10^-28[kg]・・・(1) となります。

ところがです。別の問題集であったのですが、
235U=234.9935[u]、141Ba=140...続きを読む

Aベストアンサー

 No.1です。「お礼コメント」に書かれたことについて。

>ありがとうございます。ウランの質量に誤りがあるようなので、いろいろ調べてみます。

 ああ、そうですか。
 たしかに、Wikipediaで見ると、ウラン235の質量は「235.0439 u」ですね。

 でも、No.1に書いたように、ウラン235の質量が「234.9935[u]」であるか「235.0439 u」であるかは、所詮有効数字4桁目の違いです。より正確に言えば、「有効数字5桁目」を四捨五入することで同じ4桁の数字「235.0 u」が得られますので、「有効数字4桁では同一値で、有効数字5桁目の違い」ということです。

 ご質問の最初に、「結合エネルギー」が

>Uの結合エネルギー:7.6×・・・・
>Baの結合エネルギー:8.4×・・・・
>Krの結合エネルギー:8.7×・・・・

と書かれている段階で、「有効数字2桁」の議論をしているのですから、有効数字5桁目の精度を議論してもあまり意味がないのです。

たとえば、

>Uの結合エネルギー:7.6×・・・・

の「7.6」は、7.55~7.64999・・・ であり得るということです。
 要するに「7.6±0.1」ということです。


 さらに、後半のように

>235U=234.9935[u]、141Ba=140.8837[u]、92Kr=91.9074[u]、n=1.0087[u]とあり、これにより質量減少分は0.185[u]

というように、極めて近似した2つの量から差を計算すると、有効数字を著しく減少させて誤差を大きくする要因になります。下記のリンク先の下の方にある「桁落ち」を参照してください。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%AA%A4%E5%B7%AE


 興味があって詳細を調べるのは結構なことですが、定量的な評価をするときに、有効数字などの「数字のマジック」「精度の迷宮」に陥らないように、気を付けてください。

 それよりも、大まかな数値で「定性的に合っている」とか、「オーダー(桁)が合っている」といった、「あたりをつける」ということも結構大事ですので、そういう「大局感」も持ちながら調べてみてください。

 No.1です。「お礼コメント」に書かれたことについて。

>ありがとうございます。ウランの質量に誤りがあるようなので、いろいろ調べてみます。

 ああ、そうですか。
 たしかに、Wikipediaで見ると、ウラン235の質量は「235.0439 u」ですね。

 でも、No.1に書いたように、ウラン235の質量が「234.9935[u]」であるか「235.0439 u」であるかは、所詮有効数字4桁目の違いです。より正確に言えば、「有効数字5桁目」を四捨五入することで同じ4桁の数字「235.0 u」が得られますので、「有効数字4桁では同一値で...続きを読む

Q熱核分裂性(fissile)と、核分裂が起こりうる(fissionable)原子核について

こんにちは、
いま図書館で借用した古い原子炉工学(1975年)の本を読んでおりますが、そこに
(1) 233U、235U、239Pu、241Puなどの原子核は、熱核分裂性(fissile)の原子核と呼ばれる。運動エネルギーがゼロの中性子であっても、核分裂が誘起される。
(2) それに対して、233U、235U、239Pu、241Pu以外の重い原子核については、
核分裂が起こりうる(fissionable)原子核と呼ばれる。この238Uのような臨界エネルギーがあまり高くなくて、入射中性子エネルギーが約10MeV以下で核分裂が誘起される。
という言葉が使われています。
いまでも、熱核分裂性(fissile)と、核分裂が起こりうる(fissionable)原子核と言う言葉はそのまま使用されているのでしょうか?

また、核分裂が起こりうる(fissionable)原子核は、具体的にどの元素が該当するのでしょうか

Aベストアンサー

専門家ではありませんが、

>また、核分裂が起こりうる(fissionable)原子核は、具体的にどの元素が該当するのでしょうか

http://wwwndc.tokai-sc.jaea.go.jp/jendl/j33/J33_J.html
に核反応の計算値があります。
例えば 241Am を見ると
http://wwwndc.tokai-sc.jaea.go.jp/j33fig/jpeg/am241_f2.jpg
の下の実線のようにfissionの反応率(反応断面積)があります。
こういうのは fissionable というのではないでしょうか?

今もfissible,fissionableという言葉が今も使われてるかは分かりません。すみません。

Qウランの核分裂でプルトニウムができるのはなぜ?

ウランの核分裂でプルトニウムができると記述されていました。核分裂で使われるのはウラン235です。なぜ分裂して質量数が4も大きいプルトミウム239ができるのですか?

Aベストアンサー

原発の原子炉で、エネルギーを生み出す核分裂の元になるのはウラン235ですが、燃料棒中のウランのうち、ウラン235は5%ぐらいしかありません。残りはウラン238です。
このウラン238がプルトニウムの元になります。

まず、ウラン238に中性子が一個入るとウラン239になります。
(原子番号=陽子数は92のままで、原子量=陽子数+中性子数が一つ増えて239に)

そして、ウラン239がβ崩壊することでプルトニウム239になります。
(β崩壊によって、原子核の中の中性子が陽子+電子になるので、原子量はそのままで
原子番号=陽子数が一つ増えます。原子番号92のウラン239からβ崩壊2回で、原子番号94のプルトニウム239に)

http://goo.gl/ajD8V

Q核分裂によって放出される中性子数

ν=1回の核分裂で放出される中性子数
η=1個の中性子が吸収された時に発生する中性子数
とすると、
η=ν×(核分裂反応断面積/中性子吸収断面積)
となるそうですが、よく分かりません。
断面積というのは確率ですよね?
確率ならば、
中性子を吸収する確率×核分裂する確率のように掛け算にならないのですか?
頭悪くて申し訳ありませんが、詳しい方教えていただけませんか?

Aベストアンサー

η×中性子吸収断面積 = ν×核分裂反応断面積 
なのです。

>中性子を吸収する確率×核分裂する確率のように掛け算にならないのですか?

核分裂反応断面積と中性子を吸収した核が分裂する確率を混同しています。
核分裂反応断面積 = 中性子吸収断面積 × 吸収した核が分裂する確率
です。

Q奇数の原子量を持つ原子核はなぜ核分裂を起こし易いのか?

U235やPu241の奇数の原子量を持つ原子核は、偶数のそれに比べて、なぜ核分裂を起こしやすいのでしょうか?

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>「量子力学の基本方程式を正確に解いて明らかにすることは極めて困難

それは、当然のことです。殻模型は、一体近似(平均場)であり、あくまでも、殻の安定性を簡単に説明するための、一つのモデルにすぎません。しかし、スピン軌道相互作用を考慮することにより、質量数が偶数の核の方が奇数の原子核よりも安定だということが分かります。

>魔法数が、核分裂を起こし易いのと深い関係があるのでしょうか

魔法数が直接核分裂と関係するわけではありません。核の安定性の議論をするために、魔法数を持ち出したにすぎません。核分裂はあくまでも、核の安定性に関わる問題なのです。核の安定性を論議するには、殻模型が理解しやすい、と云うことです。

>ワイツゼッカー と ベーテ の 公式でZ=偶数、N=偶数のときに、結合エネルギーが大きいのか不明です。

当然のことです。だから、「半経験公式」というのです。液滴模型では、非対称エネルギーの項とペアエネルギーの項の導出過程が明らかになっていないですからね。だから、「殻模型で考えてみては?」とお薦めしているのです。


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