剛ちゃん

雑学や小話０１

核エネルギー
２００９年６月　
　←核分裂
▲事前知識
▲▲質量欠損
核融合／核分裂とも、質量が減った分（質量欠損という）、エネルギーを放出する。
アインシュタインの相対性理論　　が根拠となっている。
→なしか
光速は一定で質量は光速を越えれないと仮定し、次の場面を考える。
静止している質量にエネルギーを加えて徐々に速度を上げてゆく。
エネルギを加え続け速度が増すにつれて質量は増えてゆく。
光速に近付くと質量は無限大になる。（＝質量は光速を越えれない）
これは逆に言うと「質量が減少すればその分エネルギーが放出される」ことを意味している。
▲▲結合エネルギー
原子核を構成している陽子と中性子を核内に閉じ込める為のエネルギーである。
■核分裂
重い原子（ウランやプルトニウム）は結合エネルギーが小さく、不安定で軽くなろうとする。
核分裂でウラン（原子番号”９２”）は
ヨウ素（原子番号５３）やイットリウム（原子番号３９）、
キセノン（原子番号５４）やストロンチウム（原子番号３８）、
セシウム（原子番号５５）やルビジウム（原子番号３７）、
バリウム（原子番号５６）やクリプトン（原子番号３６）に分裂する。
ウランが核分裂した後も陽子数９２は変らない。
ヨウ素の陽子数５３＋イットリウムの陽子数３９＝ウランの陽子数９２
さて、分裂と同時に中性子が発生する。
原子番号が減り、総質量が減る分エネルギーが放出される。
＜核分裂の平和利用と軍事利用
核分裂エネルギーを利用して発電しているのが原子力発電所である。
核分裂で発生する中性子数を制御棒で減らして核分裂の連鎖反応を
恒常化させる。この化学反応は燃焼と呼ばれる。
燃焼で得る熱エネルギーで水蒸気を作り、タービンを回して発電する。
中性子の発生数を制御せずに、ねずみ算的に核分裂を発生させる。
この場合は燃焼でなく爆発となる、これが原子爆弾である。
■核融合
軽い原子（水素）も結合エネルギーが小さい為、不安定で重くなろうとする。
原子番号が増え、総質量が減る分エネルギーが放出される。
＜核融合の進行
核融合で水素（原子番号”１”）がヘリウムになり、
さらに核融合で鉄（原子番号”２６”）まで進む。
鉄は一番安定し（結合エネルギー最大）、星の中心部でこれ以上核融合を起こさない。
恒星の内部で鉄が自重に耐えれなくなり、最後の姿として超新星爆発を起こす。
超新星爆発により、鉄にさらにエネルギーが加わる。
この時、初めて鉄より重い元素への核融合が進んで宇宙に飛散する。
＜核融合の軍事利用
核融合時の爆発力を利用したのが水素爆弾である。
＜核分裂と恒星
太陽などの恒星は全て核融合で輝いている。
太陽は約７５％が水素、約２５％がヘリウムから出来ている。
また、太陽系の中心に位置する巨大な恒星である。
太陽の直径は地球の約１０９倍、質量は約３３万倍あり、
質量は太陽系内の惑星と衛星全てを合わせても太陽の約０．１％にしかならない。
この強大な重力（質量）で太陽系内の全ての天体を引きつけている。
さて、太陽の中心核では４つの水素から１つのヘリウムが生成して核融合をする。
この時、陽子２個が中性子に変る。
この核エネルギーが中心核から表面に到着するには約１００万年かかる。
さらに太陽表面から太陽光は約８分かけて地球まで到達する。
私達が見る太陽光は太陽の中心核で約１００万年＋約８分前に爆発した光である。
■豆知識
＜化学反応と原子核反応
化学反応は原子の結合・解離に対し、
原子核反応は原子核そのものの分裂・融合である。
質量保存則は化学反応としては常識である。
しかし原子核反応の世界では質量とエネルギーは相互変換するので
質量保存則は成り立たない。
＜周期律表
メンデレエフの元素周期律表を「水兵リーベ僕の船、そーと曲がるシップスクラーク・・」
と昔、化学の時間に習った。
水兵の水は水素の原子番号１、元素記号Ｈのこと。
水兵の兵はヘリウムの原子番号２、元素記号Ｈｅのこと。
＜アイソトープ
同一原子番号で中性子の数が異なる核種をアイソトープ（同位元素）と言う。
同一原子なのに質量（陽子＋中性子）が異なる。
この内、放射線を放出する同位体をラジオアイソトープ（ＲＩ）という。
自然界にはウラン、ラジウム、カリウムなどがある。
核分裂しやすいウラン２３５の陽子数は９２個、中性数は１４３個（２３５−９２）である。
核分裂しにくいウラン２３８の中性数は１４６個（２３８−９２）である。
奇数の中性子数１４３もウラン２３５が不安定な要因の一つである。
＜人工原子
ウランより原子番号が多いプルトニウムなどの原子は、原子炉内で人間が造り出した。
すぐに軽くなろうと姿を変える、 不安定ではかない原子である。      
ＬＡＮとＧＰＳ

　
どちらもアメリカ米国防総省（ペンタゴン）が軍事目的で始めたシステムである。

▲守備用　ＬＡＮ（後のインターネット）
ミサイル攻撃された時に、コンピュータシステムが孤立して情報通信機能が
麻痺しないように構築した。
当初、ＡＲＰＮＥＴというコンピュータネットワークを構築した。
全米各地に分散したUNIXコンピュータ同士をTCP／ＩＰで相互接続した。
それで、インターネットの公用語は英語となった。

▲攻撃用　ＧＰＳ（後のカーナビ）
誘導ミサイルを攻撃目標に対してピンポイントでヒットさせる為に構築した。
その後、クリントン大統領が「GPS無償提供宣言」で、
精度を落として民間利用を進めた。

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