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日本人なら知っておきたい。よくわかる原子爆弾の仕組み

被害や恐ろしさは理解していても、その仕組みまでは意外と知らない人が多い原子爆弾。普通の爆弾とは何が違うのでしょうか。

更新日: 2015年08月06日

INFO-RAVENさん

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原子爆弾とは

ウランやプルトニウムなどの原子核が起こす核分裂反応を使用した核爆弾

単に爆薬を爆発させるだけの普通の爆弾とは仕組みが全く異なります。

原子爆弾や水素爆弾、中性子爆弾を総称して「核爆弾」と呼びます

原料の違いで2種類に分かれる

広島に投下された原爆は「ウラン爆弾」で、長崎に投下された原爆は「プルトニウム爆弾」

原子爆弾の原料であるウランとプルトニウムはいずれも「元素」です。

ウラン

ウランは天然のもので鉱山から産出されます。鉱山から産出されるウランは「ウラン238」というものが99.3%を占め、残り0.7%が「ウラン235」というものです

ウラン原爆は、この数少ない「ウラン235」が材料となりますので、産出されたウランから100%近い純度の「ウラン235」を取り出すことが必要となります。これを「濃縮ウラン」と言います。

ウランは地殻や海水中に微量ながら広く分布おり、現在までに知られているウランの70%はオーストラリアに埋蔵されています。

ウランは一般に黄色を呈するため、イエローケーキと呼ばれます。

ウランは蛍光材としても使用され、特にガラスに極微量のウランを着色材として加えた製品をウランガラスと呼ばれます。骨董・アンティークとしてファンも多く、高値で取引されています。

プルトニウム

プルトニウムは天然の元素ではなく、人工的につくられた元素です。ウランよりさらに重い元素であり、ウランよりさらに不安定な元素でもあります

世界各国で行なわれた原爆実験で、プルトニウムが世界中に拡散され、日本の土壌にも若干ではありますがプルトニウムが検出されます

プルトニウムは、原子力発電の原子炉の中で自然につくられます。原子炉において、ウラン238が中性子を捕獲してウラン239となり、それがベータ崩壊してネプツニウム239になり、更にそれがベータ崩壊してプルトニウム239ができます。

プルトニウムは金属状態では銀白色ですが、酸化された状態では黄褐色となります。

核分裂反応

ウランやプルトニウムを含めたどんな物質でも「原子」からできています。

その原子は、プラスの電気を帯びた「陽子」と、全く電気を帯びていない「中性子」と、マイナスの電気を帯びた「電子」から構成されています。陽子と中性子によって「核」が構成され、その核の周りを電子が回っています。

陽子はプラスの電気を帯びており、プラスとプラスは反発しあうので、そのままでは核の中に集まっている多くの陽子が反発し合って核の中から飛び出してしまいます。

これをつなぎ止めているのが陽子と中性子の「核力」です。陽子と陽子間、陽子と中性子間、中性子と中性子間には核力(引力)が働いていて、その核力が電気の反発よりも大きいから陽子が核の外に飛び出すのを防いでいるのです。

何かの刺激を与えてやれば核が容易に分裂します。これを「核分裂」といいます。

ウランやプルトニウムは不安定な元素で、核分裂しやすいのです。

その際、化学反応とは比べものにならないほど大きなエネルギー(分子や原子間の結合エネルギーに比べて約100万倍以上)を放出します。

どうやって核分裂を起こすのか

核に刺激を与えて分裂させるには、核めがけて一つの中性子を外から与えます。

核が分裂する時、中性子が外に飛び出します。この飛び出した中性子が他の核に入り込み、その核が分裂、そして分裂した核からまた中性子が飛び出し他の核に入り・・・・、と言った具合にネズミ算式に連鎖が起こり、やがて核全部が分裂を起こすことになります。

これが「核連鎖分裂」であり、核連鎖分裂を起こすことを「臨界」といいます。

1キログラムのウラン235の核すべてが連鎖分裂を起こすのは、1億分の1秒という僅かな時間であり、一気に爆発が起こることになります。

核物質を臨界状態に至らない条件に設定して、主に物性変化を観察することが目的として行うものを「臨界前核実験」といいます。核物質が臨界に達する前の段階で実験は終了するため、通常の核実験で起こるような核爆発は発生せず、環境に対する汚染もありません。

ウラン原爆(ヒロシマ型原爆)

半球型の容器二つに臨界未満のウラン235を詰め、各々を一定の距離を開けてセットします。半球には中性子を放出する装置である「イニシェーター」がセットされています。

起爆装置により爆発が起こり、左半球は右半球に強い衝撃でぶつかり、両半球が合わさり、超臨界に達します。そして、イニシェーターから中性子が放出され、核分裂連鎖反応を引き起こします。

プルトニウム原爆(ナガサキ型原爆)

プルトニウム原爆の場合は、完全球型の器の外側に爆薬を仕掛けてあります。中心には中性子を放出する装置である「イニシェーター」がセットされています。

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