原子力発電のエネルギー源の説明の仕方

質問

ウラン核分裂時に発生する電磁波で水を沸騰させてタービンを回す原子力発電、エネルギー源を中学生にはどう説明すると良さそうですか。

A. 原子核内に貯蔵されていたエネルギーの一部が電磁波に変換された。
B. 原子核の質量の一部（質量欠損）が電磁波に変換された。
C. 原子核内の核子間の結合エネルギーの一部が電磁波に変換された。
D. 衝突した中性子の運動エネルギーが電磁波に変換された。
E. その他。

回答No.4

QCD2001 · ベストアンサー

水を沸騰させているのは電磁波ではありません。
核分裂によって熱が発生し、燃料棒が高温になったために、燃料棒に接触している水も温度が上昇して沸騰しているのです。

核分裂により生じる電磁波はγ線です。γ線は物質の透過力が強いため、水とはあまり反応せずにすり抜けてしまい、水を加熱しません。γ線は燃料棒の被覆や、炉心の格納容器に吸収されて、これの温度を上昇させます。と言っても核分裂により生じるエネルギーのごく一部しか電磁波になりませんから、γ線による温度上昇はわずかです。

核分裂が起きると、分裂した原子核の破片は大きな運動エネルギーを持って飛び散ります。そして周りにある燃料棒の中の原子や分子と衝突し、運動エネルギーの一部を衝突した原子に与えます。このときランダムにぶつかるので、運動エネルギーの一部のランダムな量が衝突した原子に移ります。
原子核の破片は、まだ大きな運動エネルギーを持っているので、衝突によって運動方向が変化しますが、さらに飛び散り、燃料棒の内部の別の原子に衝突して、2番目に衝突した原子にも運動エネルギーの一部を与えます。破片はさらに飛んで行き、3番目の原子に衝突して、3番目の原子に運動エネルギーの一部を与え、・・・・・。というように、燃料棒内の原子との衝突を繰り返しながら少しずつエネルギーを失ってゆきます。

また、衝突された原子も、運動エネルギーを得たので飛び散り、隣にいる原子に衝突し、エネルギーの一部を隣の原子に与えます。ぶつかった原子とぶつけられた原子の2つの原子はそれぞれ別の方向へ飛んで行き、別の原子に衝突して、エネルギーの一部を衝突した原子に与え、これらの原子がさらに飛び散って別の原子に衝突して、エネルギーの一部を他の原子に与え・・・、ということを繰り返し、燃料棒内の多数の原子に運動エネルギーを与えてゆきます。

最終的には、核分裂を起こした原子核の周囲にある10＾20～10＾30個程度の原子がランダムに運動を増加し、個々の原子の運動エネルギーは、ある平均値の周囲に正規分布するような状態になります。
このような状態、無数と言っても良いくらいに多数の粒子がランダムな運動をしており、その運動エネルギーが平均値の周囲に正規分布するような状態を「熱」と呼び、その平均値は「温度」として認識されることになります。

結局、核分裂によって生じた原子核の破片が、燃料棒内部の多数の原子との衝突を繰り返す結果、燃料棒の温度が上昇し、この温度が上昇した燃料棒と接触している水の温度が上昇するわけです。
電磁波は一切関係ありません。

なお、水に吸収されやすい電磁波は電子レンジで使用しているマイクロ波ですが、この波長のマイクロ波はエネルギーが小さすぎて、核分裂で生じるjことはありません。

回答No.3

notnot

電磁波も発生はしますが、発電とは関係ありません。
水を沸騰させるのは、核分裂時に発生する熱エネルギーです。

原子核の質量の一部（質量欠損）が熱エネルギーに変換された。

ですね。
中学生と一口に言っても、E=mc2乗 を知っている人から、科学に全く関心の無い人まで、色々ですが、E=mc2乗 を知っているには説明するまでもないし、科学に全く関心の無い人には「原子核」や「質量」という言葉が通じないだろうし。

相手のレベルに合わせて説明するのが普通です。

回答No.2

takochann2

原子核が分裂した際に膨大な運動エネルギが放出され、最終的に熱となる。電磁波という言葉を使うとガンマ線を多量に放出している印象を与えるので不適切。U235の分裂でのガンマ線の放出量は多くないです。

お礼

マーハバ！水分子が振動しやすい波長（遠赤外線？マイクロ波？）等未だ調べていなくてすみません。先祖に申し訳ないです。先祖に感謝です。ありがとうございます。

回答No.1

ohkawa3

何で皆電磁波に変換されるとするのでしょうか？
妄想・曲解の入口のように感じます。