前回の続きです。もう一度、下の図１を見てみましょう。
図１ボーア・フイーラーによる典型的な核分裂プロセスのモデル。
ここで（a) ウラン２３５に中性子１個が吸収されて、(b)ウラン２３６になる。しかし、ウラン２３６は興奮した核（励起状態と呼びます）で、著しく不安定なので、(c)(d)(e)に示すような道筋で、核分裂が生ずる。この時、(f)に示すように、二つの核と共に、中性子が２個生成することがポイントです。この過程は、例えば、次のように書ける。
235U + n -> 140Xe + 94Sr + 2n (1)
ここで、ｎは中性子を示す。140Xeはキセノン140、94Srはストロンチウム９４です。
本来ひとかたまりであった235Uが、中性子１個を吸収することで、著しく不安定になり、二つの原子核に分裂しています。すなわち、結合していたウラン原子核内部の２３５個の核子（中性子と陽子）が泣き分かれたことになりますが、この際に、核子の結合エネルギーが放出される。この核子の結合力は、通常の化学結合（電子が関与）の結合力の１００万倍以上で、莫大なエネルギーです。ここで、アインシュタインの有名な式(E = mc2)が登場し、核子の結合エネルギーに相当する質量が失われる。物質が消失してエネルギーに変身する例です。この莫大なエネルギーで水蒸気を発生し、タービンを回して、発電するのが原子力発電の原理です。
図２ 加圧水型原子炉の模式図
図２も英語表記ですが、分かると思います。左のReactor Coreと言うのが、燃料棒のある部分で、ここで（１）式のような核分裂反応が生じます。その外側のpressure vesselと言うのが、問題の圧力容器ですが、少なくとも１号炉では底部に穴が空いているらしい（メルトスルー）。ここで茶色に塗ってある部分は水（一次冷却水）です。この加熱された水を循環させて、右のSteam generator（蒸気発生器）で二次冷却水の蒸気を発生し、その蒸気で右上のTurbine（タービン）を回し、その動力をElectric Generator（発電機）で電気に変換する。タービンで発電の仕事をした二次冷却水は右下のSteam Condenser （蒸気冷却器）で冷やされ、再度循環して蒸気発生器に送り込む。ここで、二つのPump（ポンプ）が働いていますが、このどちらかでも故障すると、後で述べるように、たとえ核分裂反応は停止していても、膨大な崩壊熱を処理できなくなり、燃料棒の溶解（メルトダウン）が起きて、圧力容器の損傷、さらに外側の格納容器（この図では書かれていない）の損傷などが連鎖し、放射性物質の環境への漏洩が始まる。
蒸気機関車では石炭で蒸気を発生して、それを動力に変換していました（大友克洋"スチームボーイ"も参照）が、原子力発電も、このようにして眺めると、18世紀産業革命のしっぽを引きずっている素晴らしい懐古趣味な（ローテク）技術であることがわかりますね。
式（１）の核分裂反応に戻る。
この反応では、繰り返すが、中性子１個の入射に対して、結果的に中性子が２個生成する。この意味するところは重要で、仮に、高濃度のウラン２３５のかたまりにおいて、この反応が始まったとすると、生成した２個の中性子が次の反応では４個の中性子を発生し、この４個の中性子が次の反応では、８個の中性子を発生し、この８個の中性子が、次の反応では、１６個の中性子を発生し、この１６個の中性子が、次の反応では３６個の中性子を発生し、・・・・・・・・・
と言うことになるり、反応が燎原の火の如く、拡大して行く。いわゆる連鎖反応だが、これが極めて短時間に進行してしまうと、通常の酸化反応の場合であれば、爆発的な反応として、TNT火薬の爆発などになるが、原子核分裂反応がこのように進んでしまうと、原子爆弾などの核爆発になる。原子爆弾に関しては後日述べるが、このように核爆発になってしまっては、発電どころの騒ぎではない。そこで、原理的には、ここで発生した余分な中性子１個を取り除いてやれば、反応はお行儀良く、定常的に進み、エネルギーの利用が可能になる。この余分な中性子を取り除く（吸収する）役目を果たすものが、制御棒で、中性子の吸収効率を考えてカドミウムなどで出来ている。この制御棒を挿入したり、ほどよく抜いたりすることで、核分裂反応を制御するわけである。私は事故の第一報を聞いたとき、制御棒の状態が分からなくてやきもきした。
図１(a)(b)で示されているように、ウラン235の原子核が中性子を吸収して励起状態のウラン236を生ずることが核分裂の前提であるが、そのためには、入射する中性子は十分にゆっくりと（熱運動程度のエネルギーで）原子核に近づかなければならない。しかし、式（１）で生成する中性子２個は、核エネルギーを担って恐ろしいスピードで飛んでいるので、この条件を満たさず、上に述べたような核分裂反応が進まない。そこで、緩衝材というものが用いられ、生成した高エネルギー中性子
の速度を落とす。これには、水が使える。水（H2O）の水素の原子核は、陽子１個で、中性子と同程度の質量なため、効率的に中性子の運動エネルギーを吸収してくれるのだ。
このような核分裂反応であるが、そのための原料に出来る同位体は実は限られている。下の表１を見てみよう。
表１ 核分裂の可能性を４個の核種を例に検討してみる
要するに、同じウランでも、自然界に９９．３％も存在する大多数のウラン２３８では核分裂反応に使えない。残りの０．３％の方の、ウラン２３５はOKだ。ウランよりも重いプルトニウム(Pと書いてあるが、Puの誤り)２３８もOKだ。しかし、もっと重いアメリシウム（Am）２４３では駄目だ。これはどうしてだろう。そこで、少し専門的だが、下の図3を眺める。
図３ 核分裂反応における各段階のポテンシャルエネルギー。横軸は、図１（ｄ）の核間距離ｒです。
ここで、ポテンシャルエネルギーというのは、この原子核の形成する系の静的なエネルギーと考えてもらえばよいです。Qがこの核分裂反応により放出されるエネルギーです。Ebは、この核分裂が起きるために必要なエネルギー（エネルギー障壁）と考えて下さい。そこで、表１に戻る。Enは、図１（ｂ）を例に取ると、生成した励起状態のウラン２３６のもつ励起エネルギー（過剰なエネルギーと考えて下さい）です。ウラン２３５の場合、表１で、En = 6.5であるのに対して、Eb = 5.2で、励起エネルギーEnの方が、エネルギー障壁Ebよりも大きい。従って、核分裂が進行する。一方、ウラン２３８では、エネルギー障壁の値の方が、励起エネルギーよりも大きいですね。従って、核分裂反応は進行しない。プルトニウム239でも同じ理由で、核分裂が起きますが、アメリシウム243はこの理由により、核分裂しないと言うことが分かる。
従って、自然界のウラン２３８が99.7％のままでは、ウラン２３５の濃度が薄くて、反応（１）が継続的に進行しないことが予想されます。事実、ウラン２３５の濃度を３％まで上げる（濃縮）する必要があります。一方、原子爆弾の場合には、その濃度をさらに上げる必要があることが予想できますね。
今日はこの辺で。また訂正加筆して行きます。
