核融合

水素のような小さな原子核が組み合わさって、ヘリウムのような大きな原子核を生成することを核融合と呼びます。原子核は静電反発に打ち勝たなければならないため、核融合反応には4000万ケルビン以上の温度が必要であり、熱核反応として知られています。

質量数が40〜100の核種は、核子あたりの結合エネルギーが高く、一般に安定しています。したがって、核子あたりの核結合エネルギーが低い軽い原子核は結合する傾向があり、結合エネルギーが高い重い原子核が得られます。

生成物と反応核種の核結合エネルギーの違いにより、膨大なエネルギーが発生します。注目すべきは、1グラムのヘリウム4の形成中に放出されるエネルギーは、1グラムのウラン235の核分裂よりも大幅に大きいことです。

では、核融合は電気を生み出すために使われているのでしょうか?いや、まだだよ!核融合に必要な高温では、すべての分子が原子に解離し、原子がイオン化してプラズマを形成します。このような反応には、強いトーラス状の磁場が反応器として機能します。しかし、その効率的な使用には、まだ技術的な課題があります。

実際、水素とヘリウムの融合は、太陽のような主系列星の主要な水素燃焼プロセスの1つです。

恒星がヘリウム核融合を始めると、2つのヘリウム原子核が合体してベリリウム8になります。ヘリウム4とは異なり、ベリリウム8は非常に不安定であるため、これは吸熱性で容易に逆転する融合反応です。

ヘリウム核融合が加速すると、ベリリウム8はより豊富になり、ヘリウム4と融合して励起状態の炭素12を生成し、時折安定した炭素12に緩和します。

大質量星では、炭素12とヘリウム4の組み合わせによって開始される核融合反応の連鎖により、マグネシウム24までの元素のシーケンスが生成されます。

さらなる核融合反応により重い核種が生成されると、反応物と生成物との間の結合エネルギーの差が減少するため、これらの反応から生成されるエネルギーが少なくなります。

この配列は、核子あたりの結合エネルギーが最も高いニッケル56で終了します。代わりに、より重い元素は、星のユニークな爆発、または超新星爆発の直前と最中に、複数の中性子または陽子捕獲イベントによって生成されます。