子供のための物理学

核エネルギーと核分裂

E = mc2

アインシュタインは相対性理論を構築する過程で、「E=mc2」という数式を発見した。 この数式は、物質がエネルギーに変換されることを示した。 簡単なことのように聞こえるが、ごくわずかな物質から大きなエネルギーが得られることを示した。 これは、原子を分裂させる「核分裂」によって実現される。

核分裂

核分裂とは、大きな原子が2つ以上の小さな原子に分裂することです。 原子が分裂すると、大量のエネルギーが放出されます。 このエネルギーがゆっくりと制御されて放出されれば、私たちの家の電力を生み出すのに利用できます。 エネルギーが一度に放出されると、核爆発を引き起こす連鎖反応が発生します。

核分裂反応

出典：米国NRC

原子力発電所

核分裂を利用して熱を発生させ、その熱で水から蒸気を作り、発電するのが原子力発電である。

米国では、電力の約20％を原子力発電でまかなっており、商業用原子力発電設備は104基あります。

原子力発電所では、ウランという元素を燃料として使用し、原子が分裂する連鎖反応が一定の速度で進むように、ウランの制御棒が使われている。

TVAワッツバー原子力発電所

出典：US DOE

放射性廃棄物

原子力の副産物のひとつに、核反応によって生じた放射性廃棄物があります。 放射性物質は、人間や動物の生命にとって危険なものです。

その他の原子力発電の利用

原子力は発電所以外にも、船舶や潜水艦の原子力推進に利用されています。 原子力潜水艦は水中に長期間留まり、高速で航行することができます。 また、艦艇や極海域の砕氷船、宇宙船にも利用されています。

アメリカ海軍の艦艇で、原子力を動力源とする艦艇です

出典：アメリカ海軍

核融合

核融合は、2つ以上の原子が結合して、より大きな原子をつくることです。 星は核融合によって力を得ています。 星の内部では、水素原子が核融合によって常にヘリウム原子に変換されています。 この過程で、太陽を含む星が発する光と熱のエネルギーが生み出されているのです。

もし、核融合を制御して利用可能なエネルギーを作り出す方法があれば、放射性物質の発生が少なく、事実上無限にエネルギーを供給することができるので、素晴らしいニュースである。

核エネルギーと核分裂に関する興味深い事実

• 原子力発電の上位3州は、イリノイ州、ペンシルベニア州、サウスカロライナ州である。
• アメリカは他のどの国よりも原子力エネルギーを多く生み出しています。
• 原子力の歴史において、チェルノブイリ（ウクライナ）、スリーマイル島（米国）、福島第一原発（日本）と3つの大きな原子力発電所の事故がありました。
• 最初の原子力潜水艦は、1954年に出航したU.S.S.ノーチラス号である。
• ウランペレット1個で、約1,000kgの石炭と同じエネルギーを生み出すことができます。
• 原子力発電所から出る「煙」は公害ではなく、水蒸気です。

このページに関する10問のクイズに答えてください。

核物理学・相対性理論科目

アトム

エレメント

周期表

放射能

相対性理論

相対性理論 - 光と時間

素粒子 - クォーク

核エネルギーと核分裂

サイエンス>> フィジックス・フォー・キッズ