そういえば、放射線って何？ーどこからくるの編・中性子線ー

そういえば

放射線　ってどこからくるの？

前回、放射線が細胞の中のDNAを壊してしまうことで、
健康被害が出てしまうという説明をしました

ではその放射線、いったいどこからやってくるのでしょうか？

▢目次▢

原子とは
どうやって放射線が出るの？
原子力発電所内のウランの反応

ズバリ！原子から放出される！

原子とは？

ほほう原子から放射線！( ﾟДﾟ)

原子は「すべての物質を構成する、最小単位の粒子」のことです
周期表にずらりと並んでいますね↓

軽水素原子以外の原子はすべて陽子、中性子、電子からできています

原子番号２、ヘリウムの場合、
▢陽子が2個
▢中性子が2個
▢電子が2個
で構成されています。

塩素の場合だと

▢陽子が17個
▢中性子が18個
▢電子が18個

の原子と、

▢陽子が17個
▢中性子が20個
▢電子が18個

の原子が存在します。中性子の数が違いますね。

同じ原子でも、中性子の数、つまり質量数が異なる原子のことを
同位体といいます。化学的性質はあまり変わりません。

上記の塩素原子は地球上に3:1の割合で存在しており、
互いに同位体である、という言い方をします。

ではこの原子からどうやって放射線が放出されるのか？
詳しく説明していきます＾＾

どうやって放射線がでるの？

放射線を利用しているもの代表、
原子力発電所を例に説明していきます( ᐢ˙꒳˙ᐢ )

原子力発電所の原子炉内ではウラン235、ウラン238が
反応を起こすことにより発電を促しています

ちなみに後ろについている数字は質量数を表しています☆

このウランという物質、
めっっっっっちゃくちゃ不安定です！！！！
この不安定というワードが大事になってきます。
では不安定とは何か？ウツボ君に再現してもらいました↓

ウツボ君、なにやら陽子や中性子と書かれた袋をいっぱい持ってますね
しかも周りを電子に取り囲まれています

実はウランもこのような状態なのです

ウランの原子番号は92なので、陽子を92個
電子も92個と、かなりたくさん粒子を抱えています。
陽子は正、電子は負の電荷をもっているので
異なる電荷では引き合い、同じ電荷では退け合います
たくさんの粒子をかかえた原子というものは、
粒子同士が引き合ったり、反発しあったりする力を
なんとか治めながら、ギリギリその形を保っているんですねぇ(ง ˙˘˙ )ว

その分持っているエネルギーの大きさは驚異的です
ウラン１ｇで石油ドラム10本分くらい
やばいですね。長年理科を勉強していますが
何度聞いてもやばいと思ってしまいます(いろんな意味で)

ではそんなたくさんのエネルギーを
ウランは持ち続けることができるか？

答えはNOです。このウツボ君のように、

いつ粒子をばらまいて崩壊してもおかしくない状態です

例えば、
▢水や空気に触れる
▢加熱する
▢刺激を与える
などなど、これだけのことでも激しく反応を起こして
持っているエネルギーを大量に放出してしまうんですね

こういう状態のことを、不安定といいます

逆に、エネルギーを放出しきったあとの原子や、
もともと持っているエネルギーが少なく、
ちょっとやそっとでは反応しないものは安定であると言えます。

ちなみに陽子や電子の数が少なければ安定なのかというと、
そういうわけではないんですねぇ(　³ω³ )
これ以上は大学レベルになるので割愛しますが、
かんたんに言うと
電子が定員ぴったり、
形のバランスがいい、
粒子が少なすぎず多すぎずほどほどの量
に当てはまる原子は安定なイメージがあります

原子力発電所では、ウランの不安定さを利用して発電しています
具体的に説明しますᕕ( ˘ω˘ )ᕗ

まずウラン235に中性子をぶつけます

いきなりパワーワードですね
これはつまりエネルギーたくさんを持ったウツボ君に
大谷選手が165km/hのストレートをぶつけるようなものです

ウツボ「いやデッドボールだろ！！怒」

大谷選手はデッドボールなんて出しませんのでストライクです(偏見)
ウツボ君は粒子をばらまいてしまいました

実はこれが原子力発電において反応のきっかけとなります

図にするとこんな感じです↓

①中性子をウラン235にぶつける

ウラン235は一瞬だけ中性子を受け止めますが、
すでにギリギリの状態だったので耐え切れず2つの原子に分裂してしまいます。
これを核分裂といい、ウランは持っていた大量のエネルギーを
熱エネルギーとして放出します
このエネルギーは原子エネルギー、核エネルギーとも呼ばれ、
これを利用して発電を促しています

②核分裂の際、持っていた中性子が2.3個、弾き飛ばされる

図にはストロンチウムとヨウ素を挙げていますが、
分裂の仕方によっては別の元素として生まれ変わります

③弾き飛ばされた中性子が別のウラン235やウラン238と反応する
ビリヤードの要領でどんどん反応が起こります

原子炉の中ではこんなことが起こっていたんですねぇ

これと放射線、どんな関係があるの？

実はこのウランがばらまいた中性子

これこそが中性子線とよばれる粒子放射線なんですね！

原子炉の中というのは、この中性子線がばんばん飛んでいます
１度反応を起こすと連鎖的に反応が起こるので、
止めたいときは中性子を吸収する制御棒
とよばれる棒を差し込みます！ｶﾞｼｬｺﾝ

原子力発電所というのは、少しのエネルギーで
莫大なエネルギーを生み出すことができますが、
その反面、何かをきっかけで制御できなくなったり、
暴走してしまうという危険性も孕んでいます
そのため、制御するためのシステムやプログラムをいくつも用意したり、
何重にも壁を設置したりして万が一に備えています。

これだけの対策を行っていても、災害というものは
いつも突然にやってくるものです

2011年3月11日、東日本大震災

原子力発電所というのは、冷却水として海水を使うので
沿岸に建っていた福島第一原発は、津波の影響を受けてしまったんですね

原子力発電所というのはハイリスクハイリターンなので
増やそうとしている国もあれば、減らそうとしている国もあります

私も賛成反対をおいそれと口にはできません(´・ω・`)
日本は地震も多いですし、原発を使わずに済むなら
その方が絶対いいと思いますけどね。
エネルギー問題もありますし、難しいですね…

暗い話はここまでにして、話を放射線に戻しましょう！

放射線は高いエネルギーを持って放出される粒子、電磁波、
ちょっとイメージがわきましたか？^^

まとめ

ウランはエネルギーをたくさん持っていて、
そのエネルギーを放出するときに、
中性子線という放射線を出す

うーむなるほど(*‘ω‘ *)

中性子線の正体は中性子であると(そのままですね)

もちろんウラン以外にもベリリウム9やカリホルニウム252など
中性子線をだす原子はあります^^