核連鎖反応とは何ですか？

核分裂反応は、不安定な元素の原子に中性子が衝突したときに起こり、各原子の核をより小さな部分に分割します。 各原子核の分裂がいくつかの高速中性子を放出し、それが元素の原子核をさらに分裂させると、連鎖反応が起こります。 余分な中性子がより多くの核を分割するにつれて、より多くのエネルギーが放出され、連鎖反応は核爆弾のような爆発を引き起こす可能性があります。 余分な中性子の一部を取り除くことによって連鎖反応が制御される場合、エネルギーは依然として熱の形で放出されますが、爆発は回避できます。 核連鎖反応は、特性が異なり、さまざまな方法で使用できる3種類の核反応の1つです。

TL; DR（長すぎる; 読んでいない）

核連鎖反応は、余分な中性子を放出する核分裂反応です。 中性子は追加の原子を分割し、さらに多くの中性子を放出します。 放出される中性子の数と分裂する原子の数が指数関数的に増加すると、核爆発が発生する可能性があります。

原子核は、有用な目的に役立つ多くのエネルギーを蓄えています。 核エネルギーを使用する核反応には、放射線、核分裂、核融合の3種類があります。 医療用および産業用X線装置は、放射性元素からの放射線を使用して、身体の画像を作成したり、材料をテストしたりします。 発電所や核兵器は核分裂を利用してエネルギーを生み出します。 核融合は太陽に電力を供給しますが、科学者たちは努力が続けられているにもかかわらず、地球上で長期的な核融合反応を起こすことができていません。 これらの3種類の核反応のうち、連鎖反応を起こすことができるのは核分裂だけです。

核連鎖反応の鍵は、反応が余分な中性子を生成し、中性子がより多くの原子を分割することを保証することです。 ウラン235元素は、分割された原子ごとに複数の中性子を生成するため、このウランの同位体は、原子炉や核兵器で使用されます。

ウランの形状と質量は、連鎖反応が起こるかどうかに影響します。 ウランの質量が小さすぎると、中性子の多くがウランの外に放出され、反応によって失われます。 平らなシートなど、ウランの形状が間違っていると、失われる中性子も多くなります。 理想的な形状は、連鎖反応を開始するのに十分な大きさの固体の塊です。 この場合、余分な中性子が他の原子に衝突し、増倍効果が連鎖反応を引き起こします。

核連鎖反応を制御または停止する唯一の方法は、中性子がより多くの原子を分裂するのを停止することです。 ホウ素などの中性子吸収要素で作られた制御棒は、自由中性子の数を減らし、反応からそれらを取り除きます。 この方法は、原子炉によって生成されるエネルギーの量を制御し、核反応が制御されたままであることを保証するために使用されます。

原子力発電所では、制御棒が上下してウラン燃料になります。 完全に下げると、すべてのロッドが燃料に囲まれ、ほとんどの中性子を吸収します。 その場合、連鎖反応は停止します。 ロッドが上がると、各ロッドの中性子を吸収する量が少なくなり、連鎖反応が加速します。 このようにして、原子力発電所の運営者は、核連鎖反応を制御および停止することができます。

世界中の発電所での核連鎖反応はかなりの量の電力を供給しますが、原子力発電所には2つの主要な問題があります。 第一に、制御棒に基づく制御システムは、技術的な故障、人為的ミス、または妨害行為のために機能しないというリスクが常にあります。 その場合、爆発または放射線の放出が発生する可能性があります。 第二に、使用済み燃料は放射性が高く、何千年もの間安全に保管する必要があります。 この問題はまだ解決されておらず、ほとんどの場合、使用済み燃料はさまざまな原子力発電所に残っています。 その結果、米国を含む多くの国で核連鎖反応の実用化が減少しています。