アインシュタイン

原子力発電の基礎知識

原子力の源: 質量欠損の謎

物質を構成する最小単位である原子の中心には、原子核が存在します。原子核は、プラスの電気を帯びた陽子と電気的に中性な中性子から成り立っています。当然、原子核の質量は、それを構成する陽子と中性子の質量の和と等しいと考えられます。しかし、実際に精密な測定を行うと、驚くべきことに、原子核の質量は、陽子と中性子をバラバラにした状態での質量の合計よりも小さくなっているのです。 この不思議な現象は、「質量欠損」と呼ばれ、アインシュタインが提唱した特殊相対性理論によって説明されます。特殊相対性理論によれば、エネルギーと質量は互換性があり、質量はエネルギーに変換することができます。原子核が形成される際には、陽子と中性子を結びつけるために莫大なエネルギーが必要となり、このエネルギーが質量に変換されて、質量欠損として観測されるのです。 つまり、失われたように見える質量は、原子核を結びつけるエネルギーとして、形を変えて存在しているのです。このことから、原子核中にどれだけのエネルギーが蓄えられているかが分かります。このエネルギーは、原子力発電など、様々な分野で利用されています。
原子力発電の基礎知識

エネルギー源としての核融合

- 核融合とは原子の中には、陽子や中性子といった小さな粒子が存在しています。そして、この陽子や中性子が複数集まって原子核を構成しています。 核融合とは、この原子核同士がくっついて、より大きな原子核に変わる反応のことを指します。私たちの暮らす地球から遠く離れた太陽。この太陽が莫大なエネルギーを出し続けられるのも、実はこの核融合のおかげなのです。太陽の中心部では、膨大な圧力と熱によって水素の原子核同士が激しく衝突し、くっつき合ってヘリウムの原子核へと変化しています。この時、くっついた原子核の重さよりも、反応後の原子核の重さのほうがほんの少しだけ軽くなります。 実はこのわずかな質量の差が莫大なエネルギーに変換されることで、太陽は明るく輝き、熱を放ち続けているのです。核融合は、太陽のような恒星だけでなく、未来のエネルギー源としても期待されています。地上で核融合を実現するため、水素よりもさらに軽い原子である重水素や三重水素を用いた研究開発が進められています。核融合反応は、ウランを使う原子力発電とは異なり、高レベル放射性廃棄物がほとんど発生しないという大きな利点があります。また、資源である重水素は海水からほぼ無尽蔵に得ることができ、安全性も高いことから、核融合は人類のエネルギー問題を解決する切り札として期待されています。