質問: 核分裂と核融合はどっちが強力? 一般的に核分裂を使った原爆より核融合を使った水爆の方が強いと思われていますが、実際そんなに差があるものなのですか? 最小単位(例えばウラン原子1個分とか?)で考えると放出するエネルギーには差があるものなのでしょうか? それほど詳しくないのでちょこちょこ変なところがあるかもしれませんが上手くフォローしてもらえるとうれしいです。
回答: 核兵器は、原子核の反応前後の質量差がエネルギに変換されるのを利用したものです。 参照urlの図により、核分裂ではウランのような重い原子核のように、分裂した方が安定(結合エネルギが小さい)します。この際に放出されるエネルギーは、u235と中性子の静止質量と反応後の静止質量の差より、1原子核当たり約200mevとなります。 例えば、u235がmo98とxe136に分裂し、2個の中性子が放出された場合を考えますと、 質量の差q=[u235質量+中性子質量]-[mo98質量+xe136質量+2中性子質量] =236.052605u-235.829959u=0.222646u この0.222646uという静止質量は、アインシュタインの式e=mc^2より、0.222646u=207.39mevのエネルギが1核分裂あたり放出されることになります。 一方、軽い原子の場合は,核が融合した方が安定(結合エネルギが小さい)します。核融合は重水素等が融合してヘリウムが生成される反応ですが、以下のように種々の反応が考えられ、エネルギもまちまちです。(数字は原子数ではなく核子数を示します) 2h+2h=3he+n+3.26mev 2h+2h=3h+1h+4.04mev 3h+2h=4he+n+17.6mev 3he+2h=4he+p+18.3mev 上記を比較すると、核分裂の方が大きなエネルギを放出するように見えますが、これはウランの核子数すなわち質量が後者より約100倍大きいためであり、両者を単位質量すなわち核子当たりのエネルギに直すと、参照urlの図のようにむしろ核融合の方が大きなエネルギを放出することになります。 ただし、核融合は陽子のクーロン反発力に打ち勝つだけの衝撃力が必要なため、トリガとして核分裂エネルギが必要となります。 参考url:http://mext-atm.jst.go.jp/atomica/pict/08/08010313/02.gif