原子（核）の話２
原子炉を焚き火に例えると、１％が乾いた薪（ウラン235）で残りは湿った丸太（ウラン238）ということになり、この焚火は同じように熱を生成しますが、煙ったもえさしの積み重ねを残すことになります。
おそらくこれを利用する方法が存在するはずです。
炭焼き釜を使う方法があり、湿った薪を積み重ね、釜の中に入れ、わずかの空気を送り込み、薪を部分的に燃焼させた後には残りの薪が高品質の炭になります。燃えないウラン238を燃えやすいプルトニウムに変換することにより、似たような手順を原子炉の中で実現することができます。プルトニウムは事実上自然界に存在しないもので、現在プルトニウム232からプルトニウム246までの15のプルトニウムの同位元素が知られています。そのどれもが半減期が二十分から七千六百万年の範囲にある放射性物質です。
これらの中で最も有名なのがプルトニウム239です。この半減期は二万四千三百六十年であり、即ち人間の一生から見ると安定とみなすことができる長さとなります。
ウラン235と同じくプルトニウム239は、遅い中性子に曝された場合に核分裂を起こすという優れた性質を有しています。
ウランが九十九・二八％のウラン238、０.７２％のウラン235から構成されていることが発見されました。ボ−アは遅い中性子がウラン２３５を分裂させ、この分裂により生じた速い中性子はウラン２３８にすぐさま吸収されてしまうと考えました。そのため火のついたマッチを生木の薪の上に投げたときのようにウランの火はすぐ消えてしまうことになるのではと・・・・。
ボ−アのこの仮説が実験により確認されたのは一年もたった千九百四十年のことですが、すぐに事実として受け入れられ、その後の研究活動では必ず考慮されることになりました。
疑問が三点新たに提示されました。
1、ウラン２３５の核分裂ではどれぐらいのエネルギーを有する中性子が何個生成されるのか
2、ウラン２３８には中性子の捕捉後何が起きるのか
3、連鎖反応を継続させるためにはどんな条件が必要なのか
二種類の気体が、その原子自体の直径よりも少しだけ大きな穴を有する気泡性の薄膜を通過すると、軽い方の気体の濃度がより高くなり、このプロセスを繰り返すことにより原理上は元の二つの気体を完全に分離することが可能。自然の気まぐれから約二百種類あるウラン化合物の中にただ一つ気体が存在する。
五十六度Ｃで酸味のある結晶に固化する有毒ガスの六フッ化ウランUF6で、この気体が気泡性の薄膜を通過すると、ウラン235の濃度は薄膜を通過する前よりも〇・一四％高くなるのです。
そのような薄い膜を数千枚用いれば最後にはウラン238とウラン235を分離でき、このことは五年後まで実現可能とはならなかったが科学者たちは別の仕事、天然ウラン中の核反応を継続させる方法の探求を抱えていました。
水に代わる減速材が必要とされていました。
選択肢は多くなく、炭素か重水、すなわち水素原子が重水素と置き換わった水かです。重水のほうが好ましいことは一目瞭然でした。
しかし重水はたやすく入手できない。普通の水一リットル中に重水は〇・一五グラムしか含まれていないのです。
さらに千九百三十九年においてはノルウェーにある小さなプラントでしか重水は入手できなかった。
天然ウランの核分裂による二次中性子の数であり、純粋なウラン235の核分裂による中性子の平均数とは異なっています。
これはウラン235の核が遅い中性子を捕捉した際に八十四％の確率でしか核分裂を起こさないからで。
残り十六％の確率でガンマ線を放出し、ウラン236の原子核に変化してしまう。 その上、共鳴反応に比べればわずかではあるが、熱中性子はウラン238により捕捉されてしまう。しかし、天然ウランはウラン238をウラン235の１４９倍含んでいる。原子爆弾とはウラン235かプルトニウム239の単なる小片であり、そしてその主たる問題点はこれら分裂しやすい同位元素を入手することにある。原子爆弾の最小寸法はウランもしくはプルトニウム小片の臨界量によって決まっている。すなわち、中性子のいくらかがその表面から逃げだしてしまったとしても、連鎖反応が可能となる大きさによって決まってしまう。原子炉とは違って原子爆弾は中性子を吸収するウラン238を含んでおらずその結果減速材を必要としないので小さなものになってしまう。球状をしたウラン235小片の臨界質量は四十七・八ｋｇであり、プルトニウム239ではわずか九・六五ｋｇです。この球体の臨界質量は通常火薬を用いて圧縮するとさらに小さくなってくる。原子爆弾を爆発させるためには、それぞれでは臨界に達していない小片をひとまとめにすればよく。 |
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