核分裂

核分裂とは、重い原子核がサイズの異なる2つ以上の軽い原子核、つまり核分裂の断片と中性子に分解するプロセスです。驚くべきことに、核分裂の断片と中性子の数は、すべての核分裂で同じではありません。

ただし、質量と原子番号の合計は、核分裂方程式の両側で常に同じです。核分裂によって生成される「即効性」中性子に加えて、高エネルギー核分裂フラグメントのベータ崩壊後に追加の「遅延」中性子が生成される場合があります。

核分裂反応では、娘核種の結合エネルギーの合計は、親核種の結合エネルギーよりも大きくなります。この違いは、核分裂中に放出される膨大な量のエネルギーを説明しています。

核分裂によって放出される中性子は、通常、高い運動エネルギーを持ち、ほとんどの大きな原子核と相互作用することなく移動する「高速」中性子です。

中性子は、同じ大きさの原子核に衝突すると、かなりのエネルギーを失います。周囲と平衡に近づくものは、「遅い」または「熱的」な中性子です。熱中性子を吸収して核分裂を起こす核分裂性核種は「核分裂性」と呼ばれます。

核分裂反応で生成されたすべての中性子が、必ずしも別の原子核で核分裂を引き起こすわけではありません。しかし、そのような中性子が核分裂を開始するとき、それは核連鎖反応と呼ばれます。

連鎖反応は、中性子の「世代」で記述されます。連鎖反応を始める中性子が第1世代であり、その結果生じる核分裂が第2世代を生み出します。第2世代の中性子によって誘起された核分裂から生成される中性子が第3世代です。連鎖反応は、中性子が生成されなくなるまで続きます。

核分裂の平均数が世代間で同じままであれば、エネルギーは一定の速度で生産されます。ほとんどの場合、このプロセスは、中性子が材料を離れるかなり前に減速する場合に起こりやすくなります。

核分裂性物質の臨界質量と呼ばれる一定の最小質量は、生成された中性子がさらなる核分裂を誘発するのに十分な物質を持っていることを確認するために必要です。亜臨界質量とは、臨界質量のしきい値を下回る量であり、超臨界質量とは、そのしきい値を超える任意の量です。

臨界質量は、温度、形状、および周囲の組成の影響を受けます。これらのパラメータを変更すると、亜臨界質量が臨界になるか、その逆になる可能性があります。