核分裂：原子核を分裂させる過程。核反応

核分裂について、このプロセスがどのように発見され、説明されたかを説明しています。それは、エネルギーと核兵器の供給源としてのその使用を明らかにする。

「不可分」原子

21世紀はそのような表現でいっぱいですが、「原子のエネルギー」、「原子力技術」、「放射性廃棄物」など。毎日、新聞の見出しには、南極の土壌、海、氷の放射能汚染の可能性についてのメッセージが表示されています。しかし、普通の人は、どのような種類の科学分野が日常生活の中でどのように役立つのかをよく考えていないことがよくあります。おそらく、歴史を持ち始める価値があります。よく食べられ、服を着た人から聞いた最初の質問から、彼は世界の仕組みに興味がありました。目が見ているように、なぜ水が石と違うのか、彼は耳を聞くのです - それは最初から賢人を心配していました。古代インドとギリシアには、いくつかの探求心は、物質の性質を持っている最小の粒子（「不可分」とも呼ばれる）があると仮定していました。中世の化学者たちは、賢明な推測を確認しました。原子の現代的な定義は次のとおりです。原子は、その性質の運搬体である物質の最小粒子です。

原子の部分

しかし、技術の発展（特に、写真は）原子が可能な最小の粒子物質ではなくなっているという事実をもたらしました。個別に撮影した原子は電気的に中性であるが、科学者は迅速に実現：それは異なる電荷を有する2つの部分からなります。正に帯電したユニットの数は負の数は、このように補正する中性原子のままです。しかし、原子のない明確なモデルがありませんでした。その時以来、まださまざまな仮定があったこと、古典物理学によって支配。

アトムのモデル

最初は、「レーズンロール」モデルが提案された。それは全体の原子のスペースとそれを埋めるように、正の電荷が、バンの中のレーズンのように、負の電荷が分散されています。以下を決定するために、ラザフォードの有名な実験：正の電荷（核）と非常に重い元素であり、原子の中心にある非常に軽い電子で囲まれています。（総原子の99.9重量％である）全ての電子の和より重い倍のカーネル重量数百。したがって、原子ボーアの惑星モデルが生まれました。しかし、その要素のいくつかは、古典物理学の時に受け入れ矛盾します。そのため、新しい量子力学を開発しました。その外観と期間は、非古典的科学を始めました。

原子と放射能

上記のことすべてから、核は、主な質量である原子の重く正に帯電した部分である。原子の軌道電子のエネルギー量子化及び位置はよく研究されている場合は、原子核の性質を理解するための時間です。援助のために、独創的で意外にも開いた放射能が現れた。核分裂 - それは、放射線源として、重い中心原子の本質を明らかにすることを支援してきました。 19世紀と20世紀の変わり目に、開口部が次々に落ちました。 1つの問題の理論上の解決策は、新しい実験を行う必要性を引き起こした。実験の結果は、確認または反論する必要のある理論および仮説を生成した。多くの場合、最大の発見は、このように式（例えば、量子マックスプランクとして）コンピューティングのための便利であるという理由だけで、登場しました。写真の時代の初めに、科学者たちはウラン塩は感光性フィルムを光硬化させたことを知っていたが、彼らはこの現象の基礎は核分裂であることを知りませんでした。したがって、核の崩壊の性質を理解するために放射能を研究した。明らかに、放射線は量子遷移によって生成されたが、正確に何が完全にはっきりしていなかった。チェット・キュリーは、この質問に対する答えを得るために、事実上、手動でウラン鉱石を処理して、純粋なラジウムとポロニウムを抽出しました。

放射性放射線の料金

ラザフォードは構造を研究するために多くをしました原子の核の分裂がどのように起こるかの研究に寄与した。科学者は、放射能元素によって放出された放射線を磁場中に置き、驚くべき結果を得た。放射線は中性であり、他の2つは正と負に帯電した3つの成分からなることが判明した。核分裂の研究は、その成分の決定から始まった。核が分裂し、正電荷の一部を放棄することが証明された。

核の構造

その後、原子核は正に荷電した陽子粒子だけでなく、中立中性子粒子も含む。一緒に一緒に核子と呼ばれています（英 "核"、核から）。しかし、科学者たちはもう一度問題に直面した。核の質量（すなわち核子の数）は必ずしもその電荷に対応していなかった。水素では、核は+1の電荷を持ち、質量は3、2、1になります。次のチャージの後に、ヘリウムの周期表の核+2の電荷が続き、その核は4~6核子を含む。より複雑な要素は、同じ電荷ではるかに多くの異なる質量を有することができる。原子のそのような変化は、同位体と呼ばれる。いくつかの同位体はかなり安定していると証明されたが、他の同位体は素早く分解した。原子核の分裂が特徴的だった。核の安定性の核子の数はどのような原則に対応したのか？なぜ重く完全に安定した核にただ1つの中性子を加えれば、放射能に分割されたのでしょうか？不思議にも、この重要な質問に対する答えはまだ見つかっていません。原子核の安定した配置は、一定量の陽子および中性子に対応することが実験的に判明している。核に2,4,8、50個の中性子および/または陽子がある場合、核は明確に安定するであろう。これらの数字は魔法とも呼ばれています（そしてそれらは成人の科学者、核物理学者によってそう呼ばれました）。したがって核の核分裂は核の質量、すなわち原子核に入る核子の数に依存する。

ドロップ、シェル、クリスタル

原因となる要因を特定するコアの安定性は、現時点では不可能であった。原子の構造のモデルの理論は多くあります。 3つの最も有名で開発されたものは、しばしば異なる問題でお互いに矛盾します。第1によれば、核は特別な核液体の滴である。水のように、それは流動性、表面張力、融解および崩壊を特徴とする。コアのシェルモデルでも、核子で満たされた特定のエネルギーレベルがあります。第3は、コアが特別な波（ド・ブロイ波）を屈折させることができる環境であり、屈折率はポテンシャルエネルギーであると述べている。しかしながら、この特定の化学元素の特定の臨界質量で、なぜ核の分裂が始まるのかを、今までに完全に説明することはできなかった。

故障とは何ですか？

すでに述べたように、放射能は、これは、天然に見られる物質、ウラン、ポロニウム、ラジウムに見られます。例えば、新たに採掘された純粋なウランは放射性である。この場合の分割処理は自発的に行われます。外部からの影響がなければ、ある数のウラン原子がアルファ粒子を放出し、自発的にトリウムに変化します。半減期という指標があります。それは、部分の最初の数から何時間間隔で約半分になるかを示しています。各放射性元素について、その半減期は、カリフォルニア州の場合は秒の1秒からウランとセシウムの場合は数十万年までです。しかし、強制的な放射能もあります。原子核が高い運動エネルギーを持つ陽子またはアルファ粒子（ヘリウム核）に衝突すると、それらは「分割」することができます。もちろん、変換の仕組みは、母親の花瓶が壊れているのとは異なります。しかしながら、ある種の類推が追跡される。

原子のエネルギー

これまでのところ、私たちは実用的な問題に答えなかった文字：いつ核の核分裂がエネルギーを取るか。まず、核が形成されると、強力な相互作用と呼ばれる特別な核力が働くことが明らかにされるべきである。コアは陽子陽子の集合で構成されているので、静電気力が互いに強く反発するため、それらがどのように固着するかについての疑問が残っています。答えは簡単ではなく、核は特別な粒子 - パイ中間子による核子間の非常に速い交換を犠牲にして保たれる。このつながりは信じられないくらい小さいです。 pionの交換が止まると、核が崩壊します。コア質量は、その構成核の総和よりも小さいことも知られている。この現象を質量欠損といいます。実際、欠けている質量は、コアの完全性を維持するために費やされるエネルギーです。原子核の一部が分離すると直ちに、このエネルギーは放出され、原子力発電所で熱に変換されます。つまり、核分裂のエネルギーは、アインシュタインの有名な公式の視覚的なデモンストレーションです。つまり、エネルギーと質量はお互いに変換できます（E = mc²）。

理論と実践

さて、これが純粋に理論的なこの発見は、1ギガワットの電力を生み出すために人生で使用されています。第一に、制御された反応では、強制核分裂が使用されることに留意すべきである。多くの場合、高速中性子が衝突したのはウランまたはポロニウムです。第二に、原子核の分裂が新しい中性子の創造を伴うことを理解することができない。その結果、反応ゾーン中の中性子の数は非常に急速に増加することができる。各中性子はまだ新しい核と衝突して核を分割し、熱の放出を増加させる。これは核分裂の連鎖反応である。原子炉内の中性子の数が制御不能に増加すると、爆発する可能性がある。これは1986年にチェルノブイリ原子力発電所で起こったことである。したがって、反応ゾーンでは、過剰な中性子を吸収して大災害を防止する物質が常に存在します。長い棒の形をしたグラファイトです。核の核分裂速度は、ロッドを反応ゾーンに浸すことによって減速させることができる。核反応の方程式は、活性放射性物質とその粒子（電子、陽子、アルファ粒子）に衝突する粒子ごとに具体的にまとめられています。しかしながら、最終的なエネルギー出力は、保存則に従って計算される：E1 + E2 = E3 + E4。すなわち、初期核および粒子（E1 + E2）の合計エネルギーは、結果として生じる核のエネルギーおよび放出されるエネルギー（E3 + E4）に等しくなければならない。核反応式はまた、どの物質が崩壊の結果として生成されるかを示す。例えば、ウランU = Th + He、U = Pb + Ne、U = Hg + Mgについては、それは化学元素の同位体は示されていませんが、これは重要です。例えば、鉛とネオンの異なる同位体が形成されるウランの核分裂には、3つの可能性がある。この事件のほぼ100％において、核分裂反応は放射性同位体を産生する。すなわち、ウランの崩壊は放射性トリウムを生成する。トリウムはプロタクチニウムの前に溶解することができます。それはアクチニアになります。このシリーズの放射性物質は、ビスマスとチタンの両方が可能です。核に2つのプロトンを含む水素（プロトンの割合で）さえも、重水素と呼ばれます。そのような水素で形成された水は重いと呼ばれ、原子炉の第1の回路を満たす。

平和でない原子

「武器競争」などの表現は、現代人に対する「冷戦」、「核兵器の脅威」は歴史的で無関係に見える。しかし、一度のニュースリリースは、ほぼすべての多くの核兵器を発明し、どのようにそれを戦う方法について世界中の報道を伴っていました。人々は地下のバンカーを建て、核冬の場合に埋蔵量を作った。家族全員が亡命を確定するために働いた。核分裂反応を平和的に使用しても、大災害につながる可能性があります。チェルノブイリは人類にこの領域で精度を教えているように見えるだろうが、惑星の要素が強かった：日本の地震はNPP「福島」の非常に強力な強化を傷つけます。核反応のエネルギーは、破壊に使用する方がずっと簡単です。不注意で地球全体を破壊しないように技術は、爆発の限られた力が必要です。ほとんどの「人道的」爆弾、あなたはそれを呼び出すことができれば、放射線の周辺を汚染しません。一般的に、彼らは最も頻繁に制御されない連鎖反応を使用します。原子力発電所で避けようとしていることは、非常に原始的な方法で砲撃されています。任意の自然放射性元素について、連鎖反応がそれ自身で生成されるある種の重大な純物質が存在する。例えば、ウランの場合はわずか50キロです。ウランは非常に重いので、直径12-15センチメートルの小さな金属球だけです。最初の原子爆弾が広島と長崎に投下され、この原理に正確に行われました。純粋なウランの2つの等しくない部分は、単純に組み合わせると恐ろしい爆発を生じました。現代の兵器はおそらくもっと複雑です。しかし、およそクリティカルマスは、貯蔵中の純粋な放射性物質の間の小さなボリュームが一緒に作品を防ぐ障壁であることを忘れてする必要はありません。

放射源

原子核の電荷が82を超えるすべての元素放射性である。ほぼすべてのより軽い化学元素は放射性同位体を有する。コアが重くなればなるほど、その寿命は短くなります。いくつかの要素（カリフォルニアなど）は重い原子をより軽い粒子で、ほとんどの場合は加速器でノックすることによってのみ人工的に得ることができます。彼らは非常に不安定であるため、地球の地殻には存在しません。彼らが惑星を形成するとすぐに、他の要素に分解されます。ウランのような軽い核を持つ物質を抽出することができます。この長いプロセスは、非常に豊富な鉱石であっても、ウラン鉱業に適しており、1％未満しか含まれていません。三つ目の方法は、おそらく、新しい地質時代がすでに始まっていることを示しています。これは、放射性廃棄物からの放射性元素の抽出です。潜水艦または航空母艦の発電所で燃料を処理した後、核分裂の結果である最初のウランと最終物質の混合物が得られる。現時点では、これは固体の放射性廃棄物と考えられ、環境を汚染しないように処分することが急務です。しかし、近い将来、すでに準備されている濃縮放射性物質（例えば、ポロニウム）がこれらの廃棄物から抽出される可能性が高い。