核分裂反応
この実験結果は核分裂反応ではないが、「原子の分割」としてその偉業が知られ、「人工的に加速された原子粒子による原子核の変換」で1951年のノーベル物理学賞を受賞した 。
イギリスの物理学者ジェームズ・チャドウィックが1932年に中性子を発見した後、エンリコ・フェルミらは、1934年にウランに中性子を照射して生じた物質について研究を行った。 フェルミは、この実験で93個と94個の陽子を持つ新元素が生まれたと結論づけ、研究グループはそれぞれアウソニウムとヘスペリウムと名付けた。しかし、フェルミは「中性子照射によって生成された新しい放射性元素の存在を証明したこと、および低速中性子によって引き起こされる核反応を発見したこと」により、1938年にノーベル物理学賞を受賞することになるが、当時フェルミの分析結果に納得する人は少なかった。
フェルミのこの報告の後、オットー・ハーン、リーゼ・マイトナー、フリッツ・シュトラスマンらがベルリンで同様の実験を始めた。ハーンは原子核の破裂を示唆していたが、その結果の物理的根拠は未だ不明であった。バリウムの原子質量はウランより40%も小さく、これまで知られていた放射性崩壊の方法では、原子核の質量がこれほど大きく違うことを説明できなかったためである。
上記ウラン235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3.2×10 J となる。アボガドロ定数をNA 、質量数をA として、ウラン235 1グラムあたりに含まれる原子数は
N A A = 6.02 × 10 23 m o l − 1 235 g / m o l = 2.56 × 10 21 g − 1 {\displaystyle {\frac {N_{A}}{A}}={\frac {6.02\times 10^{23}\;\mathrm {mol} ^{-1}}{235\;\mathrm {g/mol} }}=2.56\times 10^{21}\;\mathrm {g} ^{-1}}
であるから、1グラムのウラン235、すなわち2.56×10 個のウラン235が全て核分裂を起こすと
( 3.2 × 10 − 11 J ) × ( 2.56 × 10 21 g − 1 ) = 8.2 × 10 10 J / g {\displaystyle (3.2\times 10^{-11}\;\mathrm {J} )\times (2.56\times 10^{21}\;\mathrm {g} ^{-1})=8.2\times 10^{10}\;\mathrm {J/g} }
とおよそ 8.21×10 J のエネルギーが生まれる事になる。これは、1世帯が消費するエネルギーの約2年半分に相当する。