核分裂

原子核は、中性子と陽子から構成されており、それぞれ強い相互作用(核力)と呼ばれる強い力で結びついている。

一方、陽子と陽子の間にはクーロン力という電気的な反発力を持っているが、強い相互作用の方が遙かに強いため、原子核は一つにまとまっている。

こうして、原子力を一つにまとめるエネルギーを、原子核の結合エネルギーと呼ぶ。

結合エネルギーという面においては、鉄やニッケルなどの中程度の重さを持った原子は安定しており、これ以上重くまたは軽くなると、一部の例外を除いて不安定となる。

かくして、ウランやプルトニウムといった重い原子核は不安定となり、分裂して軽い安定した原子核になろうとする傾向が強まる。逆に水素などの軽い原子核は、融合して重い安定した原子核になろうとする傾向が強い。

核が不安定とはいえ、それはあくまで比較論の話であり、ウランにしろプルトニウムにしろ、それ自体は安定した原子核を持っていて、そのままで核分裂を起こすようなことはない。

核分裂を起こすためには原子核が不安定な状態になる必要があり、核を不安定にさせる働きを担うのが中性子である。

例えばウランの核分裂の場合、ウラン原子核に外部より中性子を与えると、原子核は不安定となって、核は分裂し二つ以上の小さな原子核に変化する。この際に、膨大な量のエネルギーを放出する。

このエネルギーの大半は、新しく作られた原子核の運動エネルギーとして吸収されるが、最終的には熱エネルギーとして放出される。この熱エネルギーを発電に用いるのが原子力発電ということである。