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高校の原子分野についての質問です。

原子核反応において、原子核同士を衝突させたときと原子核に中性子等の粒子をぶつけたときの反応は違うものなのでしょうか??

教えてください

質問者からの補足コメント

  • お二方とも回答ありがとうございます。

    重ねて質問させてください、もともとこいつが原因なんです!!

    問題演習をしているときに写真の問題に出会いました。



    ここでそもそも最初にこの質問を書いた理由は、Q<0のときにおこっている反応が何反応なのかわからなかったことが原因です。

    最終的にYとbができたときには、吸熱反応がおこり静止エネルギーの和がアップしていますが、この反応が核融合反応であったとしても、核分裂反応であったとしても、これらはエネルギーを吸収する反応であるので、この反応は核分裂でも核融合でもないことになります。
    すると、Q<0の核反応はなんの反応なのかが気になりその質問の取っ掛かりとするため先の質問をしました。

    Q<0の反応はなんの反応なんでしょうか?教えてください

    「高校の原子分野についての質問です。 原子」の補足画像1
      補足日時:2017/02/09 14:17
  • yhr2さん!!そうですその式です!!

    吸熱反応は核分裂と核融合のどちらでもないんですね

    吸熱反応はエネルギーを取り出す以外の目的があってやっているのでしょうか??

      補足日時:2017/02/09 16:47

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A 回答 (5件)

No.4です。

ちょっと用語の使い方が適切ではなかったかもしれません。
鉄より軽い元素が「核融合」で作られると書きましたが、鉄より重い元素も「核融合」で作られます。
その意味で「鉄より軽い元素は、発熱反応の核融合」で作られ、「鉄より重い元素は、吸熱反応の核融合」で作られる、と書くべきなのでしょう。

学問的に正確に書くとどうなるのか、ちょっと自信がありません。とりあえずイメージ的な話として書きました。
「正確」に知りたければ、その筋の「書籍」なりを読んでください。
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この回答へのお礼

ありがとう

腑に落ちました!!

そもそもの思い込みは核分裂、と核融合反応を人間が利用するための反応としかとらえてなかったことですね。自然現象でもあることを忘れていました。

また核融合で一旦鉄より重い原子になることがある、というのは新しく知った知識です。

何故一旦鉄より重い原子にしなくてはならないのか等はまた勉強していきたいと思います。

教えてくださってあがとうございました!!

お礼日時:2017/02/09 19:08

No.3です。



>吸熱反応はエネルギーを取り出す以外の目的があってやっているのでしょうか??

 自然界での現象ですから、別に「目的」なんてありません。

 宇宙誕生直後には、宇宙には「水素」「ヘリウム」しかなくて、「鉄」(原子番号26)までの「少し」重い元素は、恒星の中の重力場で作られたようです。現在でも、宇宙に存在する元素の重量比で99.9%は水素とヘリウムらしいです。
 鉄以上の「重い元素」は、主に「超新星爆発」などの「超巨大エネルギー」のもとで作られたようです。
↓ 参考。図1の縦軸は「対数」であることに注意ください。
https://www.rikanenpyo.jp/kaisetsu/tenmon/tenmon …

 ちなみに、「鉄」(原子番号26)が、最も安定で核子あたりの結合エネルギーが小さいので、これより軽い元素は「核融合」によって作られます。核融合なら「発熱反応」なので放っておいてもできるかというと、そんなことはないのです。「正電荷どうし」の原子核を結合させるためには、相当な運動エネルギーを必要とします。太陽のような恒星では、自分自身の「重力」で加速された「運動エネルギー」を持ち得るので核融合反応が持続できますが、地球上では無理です。なので巨大な「電磁場」で水素プラズマを閉じ込めて加速することで核融合反応を起こさせる巨大プロジェクト(ITER)などを進めています。

 ちなみに、核融合を起こすにはこのようにエネルギーを与えないといけませんが、核融合で新しい原子核はできたら、加えた以上のエネルギーができるので、上手く制御できれば「連鎖反応」を持続します。だから最初の「点火」が大事なのです。
 このように、発熱反応では、発生したエネルギーは生成した原子核自身の運動エネルギーや、併せて放出するアルファ粒子や陽子、中性子の運動ネルギー、ガンマ線のエネルギーになります。

 「鉄」より重い元素の生成は「吸熱反応」なので、恒星内よりも「超新星爆発」などのもっとエネルギーの大きい宇宙内の出来事で作られたようです。
 この場合には、「原子核どうし」を衝突させるだけの運動エネルギー(原子番号が大きいほど正電荷が大きいので、その反発力に見合った大きな運動ネルギーが必要)に加え、「吸熱反応」分のエネルギーも加えないと核反応が起きないということです。でも、宇宙にはそれだけ大きなエネルギーがあったから、ウラン(原子番号92)までの原子核ができたわけです。

 原子核も、ウラン以上になると、「核子どうしの結合エネルギー」に対して「自分自身の原子核内での正電荷どうしの反発」も大きくなってきて、だんだん不安定になります。ということで、ウランより重い原子核は自発的に崩壊や核分裂をして消滅していき、宇宙の時間経過後の現時点ではウランよりも重い原子核は自然界には存在しません。
 ウラン自身も、わずかながら「自発性核分裂」をしているようです。
↓ 自発核分裂
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E7%99%BA …

 原子核は奥が深いです。「小さい」ながら、下記のように「宇宙の起源」に直結しています。高校で学ぶのはほんの「入り口」ということです。
http://www-utap.phys.s.u-tokyo.ac.jp/~suto/myres …
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問題文の画像が荒すぎて読めません。

もう少し鮮明なものをお願いします。

おそらく、A, B, C が原子核なり粒子を、Q がエネルギーとして

 A + B → C + Q   ①

というような核反応を言っているのかと思います。

AとBが結合して、より安定な C ができれば、その「質量欠損分」が E=mc^2 に従ったエネルギー Q として放出されることになり Q>0 です。

逆に、AまたはBが運動エネルギーをもって衝突し、より安定な C ができることもあり、その場合には
 A + B + Q → C    ②
ということもあり、この場合には①式だと Q<0ということになります。

①の反応も、②の反応も、どちらのタイプもありますよ。

ちなみに、A, B, C とも「原子核」で
 A + B → C + Q (Q>0)
であれば「核融合」です。
逆に
 C → A + B + Q  (Q>0)
であれば「核分裂」です。
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一応違います。


1.基本的には中性子がぶつかっても通り抜けてしまう。
2.だが特定の原子核、例えばウラン238に中性子がぶつかると、速度にも依るが、吸収されウラン239になり、電子を放出してネプツニウムとなりさらに電子を放出してプルトニウムになる。原子炉内ではこれが起こり、中性子の速度により吸収され方が異なる。吸収効率を表わすのが吸収断面積。
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一言でいうと、もちろん違ってきます。


原子核は陽子と中性子からできている(水素1は陽子のみ)のでぶつける物が異なれば、当然反応も違ってくる、と言うことです。
おおざっぱに、簡単に言うと、車が人にぶつかる場合とゴムボールが人にぶつかる場合は結果が違うって事です(^^;)
ちなみに、中性子を原子核にぶつける場合でも、同じ核反応しか起こらないと言うわけではありません。
衝突の条件により、中性子を衝突した後、どんな核反応が起こるかは異なってきます。
例えば、原子炉でウランの原子核に中性子をぶつける場合、いくつかの異なる核反応が起こることが知られています。
それから「中性子等」と「等」をつけたのは、アルファ粒子、ベータ粒子・・・なんかを意識しているって事ですかね?
アルファ粒子はヘリウム4の原子核でベータ粒子は高速の電子、「ガンマ粒子」という言い方はしないと思いますが、
ガンマ線は高エネルギー(振動数が非常に大きい)電磁波(光の仲間)ですので、
それぞれ、原子核に当てた場合のふるまいは異なってきます。
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