エネルギー

- 核融合反応とは核融合反応とは、複数の軽い原子核が融合し、より重い原子核へと変化する反応のことを指します。この反応の際に、莫大なエネルギーが放出されることが知られています。私たちの最も身近な存在である太陽も、この核融合反応によって膨大なエネルギーを生み出し、輝きを放っているのです。太陽の中心部では、水素原子核同士が融合し、ヘリウム原子核が生成される核融合反応が絶えず起こっています。水素原子核は陽子と呼ばれる粒子を１つだけ持ちますが、ヘリウム原子核は陽子を２つ持つため、より重い原子核と言えます。この核融合反応の過程で、一部の質量がエネルギーへと変換されます。アインシュタインが提唱した有名な式「E=mc² 」は、この質量とエネルギーの等価性を表しており、ほんのわずかな質量が莫大なエネルギーに変換されることを示しています。太陽の中心部で解放された熱エネルギーは、やがて太陽の表面に到達し、光や熱として宇宙空間へと放射されます。地球もまた、この太陽からの光と熱を受けており、私たち生物はこの恩恵を受けて生きています。 植物の光合成、私たちが日々感じている暖かさ、そして地球の気候はすべて、太陽の核融合反応によって供給されるエネルギーに支えられていると言えるでしょう。

- 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。

- 核分裂反応とは核分裂反応とは、ウランやプルトニウムなど、特定の種類の重い原子核が分裂し、より軽い原子核に分かれる現象です。この現象は、原子核に中性子と呼ばれる粒子が衝突することで引き起こされます。原子核は、物質を構成する原子の中心に位置し、陽子と中性子で構成されています。ウランやプルトニウムのような重い原子核は、不安定な状態にあります。そこに中性子が衝突すると、原子核は不安定な状態になり、振動し始めます。そして最終的に、二つ以上の軽い原子核に分裂します。このとき、分裂した原子核は、莫大なエネルギーを放出します。これは、アインシュタインの有名な式「E=mc²」で表されるように、物質がエネルギーに変換されるためです。核分裂反応で放出されるエネルギーは、火力発電などで使われる燃料の燃焼反応と比べて桁違いに大きく、このことから原子力発電など様々な分野で応用されています。さらに、核分裂反応では分裂した際に新たな中性子が放出されます。この中性子が他の原子核に衝突することで連鎖的に核分裂反応が起きることを連鎖反応と呼びます。原子力発電ではこの連鎖反応を制御しながらエネルギーを取り出しています。