質問: 原子力発電を起こす際の原子核の主な変化と、使用済み燃料の原子核の変化の違いについて教えて下さい。 結構急いでます。
回答: ・核分裂は、中性子が衝突することでウランやプルトニウムが2つに分裂(核分裂片)し、余った中性子が2~3個飛び出します。この中性子が他のウランやプルトニウムに衝突することで連鎖反応が継続します。 分裂エネルギー(粒子の質量×飛翔速度)は、核分裂片が168MeV,中性子が5MeV,その他β線やγ線などとなっています。(合計で約180MeV位で、中性子1個当たり平均2MeVです。) 日本の核分裂炉は、中性子遮蔽体である水の中で核反応を発生する方式で、核分裂片や中性子のもつ運動エネルギーを周辺の水の分子に何度も衝突させて減速を行い、周りの物質の運動エネルギーが増加することにより、熱エネルギーとして取り出しています。また、中性子の持つエネルギーを減らして、ウランなどが効率よく分裂する速度まで、減速させる役割もあります。 ウラン1molは、235[g] 、 生成エネルギー(核分裂)は1.8×10^10[kJ/mol] 燃料棒に含まれるウラン235の割合を4%と考えると、 ウラン燃料棒 1kgあたりが放出する全エネルギーは、3,060,000,000[kJ] 熱効率60%で電力になるとすると、184,000kWhです 制御棒を挿入し、炉内の中性子を吸収することで、核分裂の発生数を減らして 原子炉を停止しますが、指数関数的に炉内の核分裂が減少していきますが、燃料棒を取り出せるようになるまで、核分裂が十分に少なくなるのを待つ必要があります。 発電前は、核分裂し易いウラン235が3~5%、核分裂しにくいウラン238が95~97% 発電後は、核分裂片が3~5%に、ウラン235が1%、プルトニウムが1%、ウラン238が93~95%に減少します。 特に核分裂片とプルトニウムは、高レベルの放射性物質を含む危険な物質です。