核のエネルギーはどこから？ 原子核からエネルギーを取り出す手法に「核分裂」と「核融合」がありますね。

核のエネルギーはどこから？

原子核からエネルギーを取り出す手法に「核分裂」と「核融合」がありますね。でもそもそもなぜそれにより莫大なエネルギーが発生するのでしょう？E=mc2に代表されるように、質量とエネルギーが等価で、核エネルギーも質量のエネルギー変換だとすれば「核分裂」や「核融合」の際に変換される(失われる)質量とはなんですか？また前者より後者のほうが強力なのは何故でしょうか

No.2 ベストアンサー 回答者： t_fumiaki 回答日時： 2017/07/04 06:04

>>変換される(失われる)質量とはなんですか？

原子核内部の核子の結合エネルギー。
人類はこの結合エネルギーを「質量」として観測してるという事です。

もっとマクロな世界では、人類は、慣性を「質量」として観測してます。

>>「核分裂」より「核融合」の方が強力？？

多種多様ですので、一概には比べられません。

水爆の方が原爆より強力だから、「核分裂」より「核融合」の方が強力だと思ってません？？

これは、核分裂と核融合の差ではなく、水爆の方が、際限なく強力な爆弾を作れるという事です。

ウラン・プルトニウムには、臨界質量が存在します。
臨界質量を超えてウラン（プルトニウム）塊が存在すると、外部からそれを起爆させなくとも、自然と核分裂の連鎖反応が発生します。

ウラン235の場合は約20kg、プルトニウムの場合は約5kg。
これが限界であって、これを大きく越える爆弾は原理的に作ることが出来ません。

水爆は原理的には制限を持ちません。
燃料塊を大きくして、それを熱核融合下にすれば、いくらでも強力な爆弾を作ることが出来ます。

この回答へのお礼

朝早くの質問にもかかわらず早速のご回答ありがとうございます。核融合の方が核分裂より強力というわけではないのですね。おつしやる通り、両エネルギーの発現の代表例である原爆と水爆を比較し、そう勘違いしていました。ありがとうございました。

お礼日時：2017/07/04 06:29

No.4 回答者： yhr2 回答日時： 2017/07/04 12:49

ともに、原子核の粒子同士を結び付けている力の相当するエネルギーが放出されます。

「核分裂」は、重い元素であるウラン（原子番号92で、自然界で最も大きい）が、「陽子92個 + 中性子143個」（これがウラン235。92+143＝235です）という重い（大きい）原子核なので、これが2つに割れて約半分の原子核2つに割れるときに、大きなエネルギーを出します。
ウラン以外に、プルトニウム（原子番号94）というものも核分裂しますが、こちらは自然界には存在せず、人間が原子炉の中でウランから人工的に作り出した元素です。

「核融合」は、逆に軽い元素である水素（原子番号1）が２つ結合することで大きなエネルギーを出します。
「あれっ？」とお考えでしょうが、元素の中では「鉄」（原子番号26）あたりの「中ぐらい」の元素が一番安定で、重い元素が「鉄」に近づくように「分裂」しても、軽い元素が「鉄」に近づくように「結合、融合」しても、どちらもエネルギーを放出するのです。

これらの「原子核を構成する粒子（陽子や中性子）」を結び付けている力に相当するエネルギーが、表面的には「質量」（重さ）という形なのです。
核分裂する前の「ウラン」や「プルトニウム」の原子核の重さに比べ、分裂した2つの原子核（+飛び出した中性子）の重さの合計が、ほんの少しだけ軽くなるのです。この「ほんのちょっとだけ減った重さ」が、原子核の粒子同士を結び付けていたエネルギーだと解釈されています。
詳しく知りたければ「質量欠損」などで調べてください。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%B3%AA%E9%87%8F …
http://www.keirinkan.com/kori/kori_physics/kori_ …

「核融合の方が強力」と言われている理由は、「ウラン」が自然界に存在する量よりも、「水素」の量の方が圧倒的に多いからでしょう。何せ、海の水はみな「H2O」で水素からできていますから。

この回答へのお礼

詳しくありがとうございます。しかしそんな微量の質量からあんな莫大なエネルギーが取り出せるなんてあらためて空恐ろしですね。それとたの方にも指摘されましたが私が「核融合」が「核分裂」より強力と書いたのは単純に原爆と水爆の比較による勘違いでした。申し訳ありません。

お礼日時：2017/07/04 15:45

No.3 回答者： ShowMeHow 回答日時： 2017/07/04 08:48

核融合に関して、、、

感覚的には、ヘリウム原子（電子ｘ2、陽子ｘ2、中性子ｘ2）の質量（4.00260/mol）ｘ3にしても炭素原子（電子ｘ6、陽子ｘ6、中性子ｘ6）の質量(12.0107 /mol)にならないっていえばわかるかな？　もし炭素原子をヘリウム原子ｘ3にすることができたら、その差の質量ｘ光速²分がエネルギーとなって出てくるってこと。

太陽などで起きている核融合（の一部）を表現するとこんな感じ。
https://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%99%BD%E5%AD%90 …

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます

お礼日時：2017/07/04 09:07

No.1 回答者： lv4u 回答日時： 2017/07/04 06:02

>>核エネルギーも質量のエネルギー変換だとすれば「核分裂」や「核融合」の際に変換される(失われる)質量とはなんですか？

おおざっぱにいえば、重さですね。ひとりずつ体重計にのれば、それぞれ５０kgなのに、２人で体重計にのると、９９kgになるって感じです。
本質的なところは、まだ科学で解明されていません。

>>また前者より後者のほうが強力なのは何故でしょうか

核分裂は、臨界質量ってのがあって、あまり大きな核爆弾は作れません。下手したら、製造工程・運搬工程で爆発しちゃうから。
核融合は、臨界質量のような制限がありません。なので、ずっと巨大な核爆弾を作れるからです。

なお、プラズマ爆弾のほうが核爆弾より、ずっと強力といわれています。
ただし、強力すぎて、地球で使ってしまうと、地球が死の星になるというのが欠点だそうです。

この回答へのお礼

朝早くの質問にもかかわらず早速のご回答ありがとうございます！でも質量変換の根本がまだ科学的に解明されていない、というのは意外でした。ありがとうございました。

お礼日時：2017/07/04 06:25