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核分裂（Nuclear Fission）

最も身近な例が、原子力発電所（Nuclear Power Plant）における質量数（Mass Number）235のウラニウム（Uranium）の核分裂反応（Nuclear Fission Reaction）である。人類は原爆（Atomic Bomb）としても核分裂反応を経験した（因みに広島に投下されたのはウラニウムによるもので、長崎はプルトニウムによるもの）。プルトニウム〔Plutonium：主に質量数239の同位体（Isotope）が核分裂反応を起こす〕はウラニウムの核分裂に伴って生成され、天然（Nature）にはほとんど存在しない。 　いずれにしても、核分裂反応は通常の化学反応（Chemical Reaction）に比べて莫大なエネルギーを放出するため、エネルギー資源（Energy Resource）としての利用が平和利用（Peaceful Use）の柱として進められてきた。

• ウラニウムは『ウラニウム』のページを参照。
• 核融合は『核融合』のページを参照。
• 原発は『原子力発電』のページを参照。
• 原爆は『核兵器』のページを参照。
• 放射壊変（崩壊）は『年代測定法とは』のページを参照。
• フィッショントラック法は『年代測定法とは』のページを参照。
• 放射線は『放射能とは』のページを参照。

【核分裂】

• Category:核分裂生成物
  http://ja.wikipedia.org/wiki/Category:%E6%A0%B8%E5%88%86%E8%A3%82%E7%94%9F%E6%88%90%E7%89%A9
  Category:Fission products　　http://en.wikipedia.org/wiki/Category:Fission_products
  　核分裂反応　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90%E6%A0%B8%E5%88%86%E8%A3%82
  　Nuclear fission　　http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fission
  　連鎖反応 (核分裂)
  http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%80%A3%E9%8E%96%E5%8F%8D%E5%BF%9C_(%E6%A0%B8%E5%88%86%E8%A3%82)
  Nuclear chain reaction　　http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_chain_reaction
  　自発核分裂　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E7%99%BA%E6%A0%B8%E5%88%86%E8%A3%82
  　Spontaneous fission　　http://en.wikipedia.org/wiki/Spontaneous_fission
  　核分裂性物質　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E5%88%86%E8%A3%82%E6%80%A7%E7%89%A9%E8%B3%AA
  　Fissile　　http://en.wikipedia.org/wiki/Fissile
• 原子力の基礎知識　　　 https://www.jaea.go.jp/04/ztokai/kiso/
  　国立研究開発法人日本原子力開発機構核燃料サイクル工学研究所の中のページ。
• 原子の構造と核分裂　　http://www.fepc.or.jp/enterprise/hatsuden/nuclear/kakubunretsu/
  核分裂のしくみ　　http://www.fepc.or.jp/enterprise/hatsuden/nuclear/kakubunretsu/sw_index_02/index.html
  　電気事業連合会による。
• 核分裂のしくみ　　http://www.cnic.jp/knowledgecat/kw010
  　原子力資料情報室の中のページ。
• 放射線の基礎知識　原子力と核分裂　　 http://www.pref.hokkaido.lg.jp/sm/gat/kiso/kisotisiki.htm
  　北海道による。2014年11月11日。
• 原子核物理の基礎（4）核分裂反応 (03-06-03-04)　　http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_Key=03-06-03-04
  　原子力百科事典ATOMICAの中のページ。2006年3月。
• 原子炉物理の基礎（1）原子炉の構造と核分裂連鎖反応 (03-06-04-01)
  http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_Key=03-06-04-01
  　原子力百科事典ATOMICAの中のページ。2006年2月。
• 地球環境に存在する核分裂生成物 (06-03-05-09)
  http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_Key=06-03-05-09
  　原子力百科事典ATOMICAの中のページ。2006年1月。 　

【天然原子炉】

• オクロの天然原子炉
  http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%AA%E3%82%AF%E3%83%AD%E3%81%AE%E5%A4%A9%E7%84%B6%E5%8E%9F%E5%AD%90%E7%82%89
  Natural nuclear fission reactor　　http://en.wikipedia.org/wiki/Natural_nuclear_fission_reactor
• 天然原子炉　　http://hooktail.sub.jp/energy/NaturalReactor/
  　物理のかぎプロジェクトの崎間氏による。2006年11月5日、4p。
• 天然原子炉　　http://www.ies.or.jp/publicity_j/mini_hyakka/43/mini43.html
  　鳥養祐二氏による。1999年3月31日。
• 天然原子炉（オクロ原子炉） (04-02-01-10)　　http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_Key=04-02-01-10
  　原子力百科事典ATOMICAによる。1997年3月。
• 20億年前の天然原子炉（オクロ鉱床）を訪ねて　　http://www.gsj.jp/data/chishitsunews/91_03_03.pdf
  　藤井　勲氏による。1991年3月、10p。
• Oklo's Natural Fission Reactors　　http://www.ans.org/pi/np/oklo/
  　American Nuclear Societyの中のページ。2012年7月12日。
• The Natural Nuclear Reactor at Oklo: A Comparison with modern nuclear reactors
  http://www.physics.isu.edu/radinf/Files/Okloreactor.pdf
  　Andrew Karam氏による。2005年4月16日、9p。

【自発核分裂】（Spontaneous fission）

• 自発核分裂　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E8%87%AA%E7%99%BA%E6%A0%B8%E5%88%86%E8%A3%82
  Spontaneous fission　　http://en.wikipedia.org/wiki/Spontaneous_fission
• 自発核分裂とは　　 https://kotobank.jp/word/%E8%87%AA%E7%99%BA%E6%A0%B8%E5%88%86%E8%A3%82-74731
  　コトバンクによる。
• 核分裂とその連鎖反応　　http://rokamoto.sakura.ne.jp/education/nuclearpower/nuclear-fission-text141214A.pdf
  　岡本良治氏による。2013年？、19p。
• 自発核分裂　　http://www.rist.or.jp/atomica/dic/dic_detail.php?Dic_Key=332
  　原子力百科事典ATOMICAによる。2010年9月。

【その他】

• 臨界状態と中性子経済　　http://www.kz.tsukuba.ac.jp/~abe/ohp-nuclear/nuclear-04.pdf
  　阿部　豊氏による原子炉工学特論の第4回。2010年？、スライド43枚。

• 核分裂の『リンク』はこちらを参照。

※核分裂性物質である核種の中で最も重要なものがウラン235（²³⁵92U）である【他にウラン233（²³³92U）〔←トリウム232（²³²90Th）〕やプルトニウム239（²³⁹94Pu）なども】。その核分裂反応は次式で示される。
　n（熱中性子）＋ウラン235→ウラン236（不安定）→核分裂片1＋核分裂片2
　ここで、核分裂片1と核分裂片2において、質量数（＝中性子数＋陽子数）の合計は236で、陽子数の合計は92である。核分裂片1（質量数90-100程度）は、例えばストロンチウム（⁹⁰38Sr）やジルコニウム（⁹³40Zr）やテクネチウム（⁹⁹43Tc）などで、核分裂片2（質量数135-145程度）は、例えばセシウム〔¹³³55Cs（安定）→¹³⁴55Cs、¹³⁵54Xe→¹³⁶54Xe→¹³⁵55Cs、¹³⁷55Cs〕やヨウ素（¹³⁵53I、¹³¹53I、¹²⁹53I）などである。
　核分裂片1と核分裂片2は、さらに中性子を放出して（この中性子が次の核分裂を起こし、それが繰り返されれば核分裂連鎖反応となる。ただし、発生する中性子は高速なので、減速させて熱中性子にしなければならない）、同じ元素で質量数の小さい放射性同位体に変わっていく。さらに質量数は変わらずに、ベータ崩壊によって中性子が陽子に変わっていけば、陽子数の大きい元素が次々に生成される。これは５回くらい変わることが多い。これらはフィッション・チェーンと呼ばれ、これらの核分裂生成物が使用済核燃料放射性物質（放射能）の主体を構成することになる。
　どのような質量数のフィッション・チェーンが、どのような割合で生成されるかは、核分裂性物質の種類や照射中性子エネルギーなどにより変化する。そしてその傾向は、質量数と核分裂収率（％）を座標軸にした質量収率曲線で表わされる。

【2011】

• Wikipedia（HP/2011/4）による『Fission product yield』から
  

  From Fluoride volatility: Blue elements have volatile fluorides or are already volatile; green elements do not but have volatile chlorides; red elements have neither, but the elements themselves are volatile at very high temperatures. Yields at 10 years after fission, not considering later neutron capture, fraction of 100% not 200%. Beta decay Kr-85→Rb, Sr-90→Zr, Ru-106→Pd, Sb-125→Te, Cs-137→Ba, Ce-144→Nd, Sm-151→Eu, Eu-155→Gd visible.

  Fission product yields by mass for thermal neutron fission of U-235, Pu-239, a combination of the two typical of current nuclear power reactors, and U-233 used in the thorium cycle

  Wikipedia（HP/2011/4）による『Fission product yield』から

• ATOMICA（HP/2011/3）による『原子核物理の基礎（4）核分裂反応 (03-06-03-04)』から（質量収率曲線）
  

  図１　核分裂生成物の質量数分布 〔出典〕W.マーシャル編：原子炉技術の発展（上）、裳華房、p.72 ATOMICA（HP/2011/3）による『原子核物理の基礎（4）核分裂反応 (03-06-03-04)』から

【2005】

• 電気事業連合会（2005）による『核分裂のしくみ』から
  

  出典：原子力手帳 　原子は1つの原子核と複数の電子によって構成されています。電子とは、マイナスの電荷をもつものです。 　原子核をさらにみていくと陽子と中性子によって構成されていることがわかります。普通の状態の原子は、陽子の数と電子の数が同じになっており、中性子は電荷を持たないため、原子全体としても電荷を持たない安定した状態を保ちます。	出典：「原子力・エネルギー」図面集 2004-2005から抜粋 　ウラン235に中性子をあてることで、ウラン235は核分裂を起こして核分裂生成物に変化します。この時に熱エネルギーが発生します。 　核分裂が起こるとそこから2個〜3個の中性子が飛び出し、また別のウラン235に当たり、核分裂が繰り返されます。原子レベルでこれを繰り返すことで膨大な熱エネルギーを取り出すことが可能になります。
  〔電気事業連合会による日本の原子力の『原子力への取り組み』の『原子力発電のしくみ』の中の『核分裂のしくみ』から〕

【2004】

• 片倉（2004）による『核分裂生成物収率データ評価ワーキンググループ』から（質量収率曲線）
  

  図2　235Uの熱中性子による核分裂収率 （縦軸は収率、横軸は質量数） 片倉（2004）による『核分裂生成物収率データ評価ワーキンググループ』から ※質量数235のウラニウムは、熱中性子の照射によって分裂する性質を持つが、二つの分裂片は質量数90-100程度と135-145程度の元素（核種）に分かれる。これらはさらにβ壊変により変わる（フィッション・チェーン）。これらが核分裂生成物であり、死の灰（放射性降下物）を構成する。

【1985】

• 藤井（1985）による〔『天然原子炉』（11-17p）から〕【見る→】

• 核分裂の『リンク』はこちらを参照。

【2013】

• 鎌田（HP/2013/6）による『原子力を考える』の『核分裂で放出されるエネルギー』から
  

  １回の核分裂で放出されるエネルギーは約200ＭeＶである。これが次のように配分される。 　　　　核分裂片の運動エネルギー　　　　　　167ＭeＶ 　　　　中性子の運動エネルギー　　　　　　　　　5ＭeＶ 　　　　ガンマー線 　　　　　　　　　　　　　　　　　 5ＭeＶ 　　　　核分裂生成物からの放射線 　　　　 　 10ＭeＶ 　　　　中性微子 　 　 　　　　　　　　　　　　　　 10ＭeＶ 　以上のうち、中性子以外の大部分は原子炉内で最終的には熱の形に転換する。これが冷却材によって炉外に運び出され水蒸気などの形にして利用される。つまり利用可能なエネルギーは１回の分裂につき約190ＭeＶである。1ＭeＶ＝4.45×10-20kＷhであり、ウラン-235 1グラム中には（6.02×1023）÷235＝2.56×1021個の原子があるからウラン-235 1グラムが全部核分裂すれば 　　　　4.45×10-20×190×2.56×1021＝2.16×104kＷh となり、これが24時間に行われるとして900kＷの出力となる。原子力発電の熟効率はほぼ30％であるから100万kＷの電気出力では330万kＷの熱出力を必要とし、これにはウラン-235 約3.7キログラム/日の消費となる。 　電気出力100万kＷの軽水炉では濃縮度2〜3％の燃料を100〜150トン装荷するのがふつうである。炉内にあるウラン-235の量は2〜5トンであり、1日キログラム消費すれば2、3年もつことになるが、実際には１年程度で燃料の一部入替を行っている。 鎌田（HP/2013/6）による『原子力を考える』の『核分裂で放出されるエネルギー』から

  
  
• ウィキペディア（HP/2013/6）による『核分裂反応』から
  

  ウラン原子（235U）の核分裂 　ウランの核分裂反応で放出されるエネルギーはウラン原子一つあたり約200MeV となり、ジュールに換算すると3.2×10-11Jとなる。1グラムの単一の物質に含まれる原子数はアボガドロ定数NAを質量数Aで割ることで与えられるから、 　NA／A＝6.02×1023（mol-1）／235（g/mol）＝2.56×1021（g-1） より、1グラムのウラン235の中には2.56×1021個の原子核が含まれることがわかる。この1グラムのウラン235が全て核分裂を起こすと 　〔3.2×10-11（J）〕×〔2.56×1021（g-1）〕＝8.2×1010（J/g） とおよそ8.2×1010J のエネルギーが生まれる事になる。 原子力発電におけるウランの核分裂 　ウラン235が1個核分裂を起こせば3.2×10-11J のエネルギーを放出することは上に述べたが、1ワットのエネルギーを生み出すには1秒間に約300億個のウラン235が核分裂を起こさねばならない。実際、 　〔3.2×10-11（J）〕×〔3×1010（s-1）〕＝0.96（W）≒1（W） である。電気出力100万キロワットの原子力発電では熱効率を考えれば熱出力は3倍すなわち300万キロワットは必要であり、これを続けるには、1日あたりに8×1024個のウランを核分裂させる必要がある。すなわち、300万キロワットを出力するのに必要な1秒あたりの原子数を求めれば 　〔3×109（W）〕×〔3×1010（s-1W-1）〕＝9×1019（s-1） となるから、1日（= 86400秒）核分裂反応を継続させれば 　〔9×1019（s-1）〕×〔86400（s/day）〕≒8×1024（day-1） である。1グラムのウラン235の原子数は2.56×1021であったから、これは 　〔8×1024（day-1）〕／〔2.56×1021（g-1）〕＝3125（g/day） と100万キロワット級の原発では1日にウラン235を約3kg使用していることとなる。広島に投下された原子爆弾は1kgが核分裂を起こしたとされているため、100万キロワット級の原発では1日3発（8時間に一発）の割合で広島原爆を燃焼させつづける事に相当しているのである。 ウィキペディア（HP/2013/6）による『核分裂反応』から 【参考】 アボガドロ定数　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%83%9C%E3%82%AC%E3%83%89%E3%83%AD%E5%AE%9A%E6%95%B0 NA＝6.02214129×1023（mol-1） Avogadro constant　　http://en.wikipedia.org/wiki/Avogadro_constant

• 岡本（HP/2013/6）による『原子力概論』の『核分裂とその連鎖反応』から
  

  分裂片の運動エネルギー 即発中性子の運動エネルギー（2-3本） 即発γ線エネルギー（約5本） 分裂片からのβ線エネルギー（約7本） 分裂片からのγ線エネルギー（約7本） 分裂片からのニュートリーノのエネルギー（約7本） 165 ± 5MeV 5 ± 0.5MeV 6 ± 0.5MeV 8 ± 1.5MeV 6 ± 1MeV 12 ± 2.5MeV 核分裂の全エネルギー 202 ± 6MeV 岡本（HP/2013/6）による『原子力概論』の『核分裂とその連鎖反応』から

【2006】

• RISTによる原子力百科事典ATOMICAの『原子核物理の基礎（4）核分裂反応』（2006/3）による
  

  原子炉では核分裂で発生した約2.5個の中性子のうち次の核分裂連鎖反応に用いられる1個を除く1.5個が原子炉を構成する材料に吸収されて中性子の結合エネルギー（約8MeV）に相当する捕獲γ線を放出するので、中性微子に持ち去られるエネルギーにほぼ相当するエネルギーが原子炉に与えられるため、最終的に１核分裂毎に約200MeVのエネルギーが原子炉内で熱として利用できることとなる。これは 　　　200（MeV）ｘ1.602ｘ10-13（J/MeV）＝32.0（pJ）　（1pJ＝10-12J ）　　（1.47） のエネルギーに相当する。これを用いると、１Jのエネルギーを得るのに必要な核分裂数は 1（J）/（32.0pJ）＝3.12ｘ1010個となる。また1gの235U（＝6.023ｘ1023/235＝2.56ｘ1021個）が全て核分裂したとすると 　　　2.56ｘ1021ｘ32.0ｘ10-12＝8.21ｘ1010J≒1MWD　　（1.48） のエネルギーが放出される。１MWDは１MW（106W）の出力で原子炉を1日（86400秒）連続運転したときに放出されるエネルギー量で8.64ｘ1010Jである［1WD＝1（J/s）×3600×24（s）＝86400（J）］。 RISTによる原子力百科事典ATOMICAの『原子核物理の基礎（4）核分裂反応』（2006/3）による 【参考】プルトニウム燃料の特徴　　http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_Key=04-09-01-09 プルトニウムの原子核1個が核分裂すると発生するエネルギーも約200MeV。

【2002】

• 楠野（2002/7）による『プルサーマルの意味』から
  

  表１　ウラン235核分裂当たりの発生エネルギー内訳 発生エネルギー内訳 MeV 備考 核分裂時 核分裂片の運動エネルギー 168.2 　 即発中性子の運動エネルギー 4.8 　 即発ガンマ線のエネルギー 7.5 　 核分裂片の崩壊時 ベータ線の運動エネルギー 7.8 　 中性微子のエネルギー (12) 利用できない ベータ崩壊に伴うガンマ線のエネルギー 6.8 　 遅発中性子のエネルギー - 無視できるほど小さい 利用できるエネルギーの合計 195 　 出典：David Bodansky, "NUCLEAR ENERGY: Principles, Practices, and Prospects," AIP Press (1966) 楠野（2002/7）による『プルサーマルの意味』から 【参考】 Category:ニュートリノ　　http://ja.wikipedia.org/wiki/Category:%E3%83%8B%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%83%88%E3%83%AA%E3%83%8E Category:Neutrinos　　http://en.wikipedia.org/wiki/Category:Neutrinos 　ニュートリノ（中性微子）　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8B%E3%83%A5%E3%83%BC%E3%83%88%E3%83%AA%E3%83%8E 　Neutrino　　http://en.wikipedia.org/wiki/Neutrino

• 核分裂の『リンク』はこちらを参照。

【2005】

• 日本原子力研究所（JAERI）（2005）による『原子力基礎知識』から
  

  〔日本原子力研究所（JAERI）の『原子力を学ぶ』の中の『原子力基礎知識』から〕

• 天然原子炉の『リンク』はこちらを参照。

【2010】

• Loss（HP）による『Natural Fossil Fission Reactors』から
  

  Location
  Map of the local area	The OKLO mine today
  	The remains of Zone 2
  〔Robert Loss氏によるNatural Fossil Fission Reactorsの『Where』から〕

【2005】

• 日本原子力研究所（JAERI）（2005）による『原子力基礎知識』から
  

  地球には20億年前に自然にできた原子炉がありました。アフリカのガボン共和国のオクロという地区には、天然の原子炉があり、約60万年もの長い間核分裂の連鎖反応を続けていたことが分かっています。
  〔日本原子力研究所（JAERI）の『原子力を学ぶ』の中の『原子力基礎知識』から〕

【1985】

• 藤井（1985）による〔『天然原子炉』（4-8p）から〕【見る→】

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