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GOING EXTRA MILE - 英語を学ぶログ♪
英語を地道に勉強しています。

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質量m massとエネルギーEは等価です。
Emc2 ( c は光速)  という有名な式がありますね。

原子核 nucleus の質量は,それを構成する陽子 proton や中性子 neutron が単独で存在するときの合計より僅かに小さく、その差を質量欠損mass defectといいます。
Wikiでは、「質量欠損 とは、原子核の質量とそれを構成する核子が自由な状態にあったときに観測される質量の和との差である。原子核の結合エネルギーbinding energyの大きさを質量の単位で表したものである。原子核反応に伴うエネルギー放出の大きさを計算したり、原子核の安定性を議論したりする際などに用いられる。単位はMeV/c² などで示される」 とあります。
 
こちらのグラフを見てください。

イメージ 1
 
 Fe56で質量が最低になります。それは結合エネルギーが鉄 Iron で最大ということです。つまり鉄の原子核が最も強く結合していることを示します。

これが 鉄が最も安定した元素 といわれる所以です。
 
このグラフはこちら(鉄の起源)の中のグラフを若干加筆したものです。新日鉄のレポートの様ですが、さすが鉄のプロらしい説明ですね。
 
このグラフにある通り、鉄より軽い元素は核融合 nuclear fusionして鉄に近づいて安定化しようとします。一方、鉄より重い元素は核分裂して鉄に近づこうとします。といっても、どちらも一度高い壁(ポテンシャル障壁potential barrierといいます)を越えないと核融合/核分裂できないので、そんなに簡単ではありません。
その中で、核融合であれば水素hydrogen/ヘリウムhelium、核分裂であればウラン
uraniumなどの核種が比較的簡単に反応を起こすため、実用化されている訳です。

なぜ鉄より重い物質が存在するんだ?という質問が飛んできそうですが、それは所謂「超新星爆発」
supernova explosion というものでできました。太陽より数倍以上大きな恒星の中心部で鉄の原子核が他の核種と融合し重い核種ができます。これが安定していた恒星を爆発させます。

その重い核種は、宇宙に散ってしまうと、その状態で安定してしまいます。というか、前述のポテンシャル障壁を越えられずそのままの姿でいることになります。
太陽系はそれよりはるか後にできたので、地球にはあらゆる元素が存在しますが、太陽に近いため比較的重い元素が多く、そのうち圧倒的に多いのは鉄です。
(地球の重量の34.6%は鉄)
 
Wikiにはこうあります。
超新星はその爆発の際の極高温により、恒星 fixed star での元素合成ではできなかった重元素の合成を可能にする。鉄より重い元素はその多くがこの過程を経ることによって生成されたものである。
超新星爆発は、重粒子線も大量に発生させ、極高温と粒子の密度の高さから、R過程などを経て重元素が合成されていく。超新星爆発によって理論上生成可能な元素はおおよそカリフォルニウムCaliforniumにまで及ぶ

以下参考です。
系外銀河に出現したものは遠すぎて通常は肉眼では見えないが、1987年、銀河系の伴銀河である大マゼラン銀河で超新星SN 1987Aが出現し、肉眼でも見える明るさになって、精密な観測がなされた。
その際発生した
ニュートリノ neutrino /njuːtríːnəʊ/ が日本のニュートリノ観測施設
カミオカンデ

The Kamioka Observatory, Institute for Cosmic Ray Research (
神岡宇宙素粒子研究施設) is a neutrino physics laboratory in Gifu Prefecture, Japan. A set of groundbreaking neutrino experiments have taken place at the observatory over the past two decades. All of the experiments have been very large and have contributed substantially to the advancement of particle physics, in particular to the study of neutrino astronomy and neutrino oscillation.

によって検出され、ニュートリノ天文学が進展することとなった。このカミオカンデにおける成果が認められ、小柴昌俊は2002年度、ノーベル物理学賞Nobel prize in physicsを受賞している。Wiki

天文部のムスメと相談して、星の一生とかはまた纏めたいと思っています。ニュートリノとかダークマターとかもね。
 

核分裂 nuclear fission

上記と関連するのでウランの核分裂のことを説明しておきます。ウランの同位体
isotopeのうち、軽水炉LWRで核分裂するのは天然ウランでは0.7%含まれるウラン235ですが、これを核分裂すると真ん中でビシっと割れるわけではなく、2つの若干質量に差がある元素に分かれます。これら元素を核分裂生成物fission productと言います。
これを表したのが以下のグラフです。

イメージ 2
出典:1981鈴木篤之

ふたこぶラクダになってますね。

このうち、質量数92程度の元素の代表がSr(ストロンチウム)Kr(クリプトン)で、質量
140程度のほうの元素の代表がCs(セシウム)Ba(バリウム)Xe(キセノン)等です。

これらは福島事故の報道でよく出てくる核種ですね。つまり、事故で国土を汚染
contaminateしているモノはウランではなくこれら核分裂生成物です。
 
それでは♪

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