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核融合【かくゆうごう】

ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典

核融合
かくゆうごう
nuclear fusion
原子融合ともいう。2つの軽い原子核が結合してより重い原子核を形成する現象。代表的な反応の例は,(1) D+D→3He+n+3.27MeV ,(2) D+D→T+p+4.04MeV ,(3) T+D→4He+n+17.6MeV ,(4) 3He+D→4He+p+18.4MeV などであり,いずれも発熱反応で外部に大きなエネルギーを放出する。水爆はこのエネルギーを利用したものであり,また恒星のエネルギー源も核融合反応によるものである。これらの反応を制御された状態で行えれば,新しいエネルギー源として非常に有用である。特に前記の (1) と (2) の反応は重水素だけから起るもので,重水素は水素中約 0.015%の割合で天然に存在し,海水中に含まれる量は無尽蔵である。1反応あたりの放出エネルギーは核分裂の場合よりはるかに小さいが,単位質量あたりの放出エネルギーでは核分裂よりも大きい。制御された状態で核融合反応を起させるには,高温プラズマ磁場により制御し,温度1億K 程度に一定時間保持する熱原子核反応による方法が最も有望と考えられている。

出典:ブリタニカ国際大百科事典 小項目事典
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知恵蔵

核融合
2つの軽い原子核が合体して、より重い原子核を作る反応。例えば、水素(H)原子同士が核融合すればヘリウム(He)になる。原子核(陽子と中性子)同士を合体させるには、陽子間に働く電気的反発力(クーロン力)に打ち勝つためのエネルギーがいる。高温・高圧の環境を作り出さねばならないが、通常の水素同士では必要とする温度が非常に高い。そこで比較的低温でよい重水素(D)と三重水素(T)を融合させるD-T反応が用いられる。それでも1億度以上に加熱することが条件。1gのD-T燃料が完全に融合すれば石油8tの燃焼に相当するため、発電用の核融合炉が期待されている。三重水素は自然界に存在しないため、リチウム(Li)に中性子を当てて作る必要がある。D-T反応よりやや必要温度が高いが、海水中に豊富にある重水素だけを使うD-D反応という選択肢もある。高温下では、重水素や三重水素は原子核と電子がばらばらになったプラズマ状態になっている。これを閉じ込めておく手法の違いによって、核融合炉にはいくつかの型がある。「クリーンな夢の原子炉」ともいわれるが、大量の中性子が発生して炉の構造材などを放射化するため、放射性廃棄物をゼロにはできない。
(渥美好司 朝日新聞記者 / 2008年)

出典:(株)朝日新聞出版発行「知恵蔵」

朝日新聞掲載「キーワード」

核融合
通常は電子と共存していて、融合しない原子核同士を超高温、高圧状態にして無理やりくっつけて別の原子核に変える。その時に膨大なエネルギーが生まれる。物質を作る原子核と電子がバラバラになった状態(プラズマ)を作り、原子核が激しく動き回るよう、プラズマを高温にする必要がある。
(2017-03-07 朝日新聞 朝刊 3社会)

出典:朝日新聞掲載「キーワード」

デジタル大辞泉

かく‐ゆうごう〔‐ユウガフ〕【核融合】
水素などの軽い原子核どうしが高温・高圧・高密度のプラズマ状態で融合し、ヘリウムなどのより重い原子核になる現象。この際に中性子などとともに大きなエネルギーを放出する。高温・高圧・高密度のプラズマ状態で生じる場合は特に熱核融合といい、水素爆弾や太陽など恒星のエネルギーはこれによる。原子核融合。核融合反応。→常温核融合核分裂
生物学で、受精の際に精子の核と卵子の核とが合体すること。

出典:小学館
監修:松村明
編集委員:池上秋彦、金田弘、杉崎一雄、鈴木丹士郎、中嶋尚、林巨樹、飛田良文
編集協力:田中牧郎、曽根脩
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世界大百科事典 第2版

かくゆうごう【核融合 nuclear fusion】
二つ以上の原子核が衝突して核反応を起こし,衝突前よりも原子番号の大きい元素が生ずる現象。原子核融合ともいう。核融合の中には,各種素粒子反応を中間過程に含んで多段的に進行するものもある。このの過程が核分裂である。核分裂がウランなどの重い(原子番号の大きい)元素で起きやすいのとは対照的に,核融合は軽い(原子番号の小さい)元素で起きやすい。宇宙に存在する各種の元素は,水素などの軽い元素を親物質として核融合反応によって作られたことが知られている。

出典:株式会社平凡社
Copyright (c) Heibonsha Limited, Publishers, Tokyo. All rights reserved.

大辞林 第三版

かくゆうごう【核融合】
水素・ヘリウム・リチウムなどの軽い原子核間の反応でより重い原子核になること。その際、大きなエネルギーを放出する。恒星のエネルギー源であり、水素爆弾は水素の同位体を用いて瞬間的な核融合反応を起こさせるもの。融合反応。原子核融合。

出典:三省堂
(C) Sanseido Co.,Ltd. 編者:松村明 編 発行者:株式会社 三省堂 ※ 書籍版『大辞林第三版』の図表・付録は収録させておりません。 ※ それぞれの用語は執筆時点での最新のもので、常に最新の内容であることを保証するものではありません。

日本大百科全書(ニッポニカ)

核融合
かくゆうごう
軽い原子核の衝突によって、より重い原子核をつくる原子核反応のことを核融合反応、あるいは単に核融合という。軽い原子核、すなわち質量数の小さな原子核には、陽子1個からなる質量数1の水素(H)、陽子と中性子1個ずつからなる質量数2のジュウテリウム(重水素ともいう。Dまたは2Hで表す)、陽子1個と中性子2個からなる質量数3のトリチウム(三重水素ともいう。Tまたは3Hで表す)、陽子と中性子2個ずつからなる質量数4のヘリウム(4He)などがある。ウランなどの重い原子核が分裂して、より軽い原子核をつくる原子核反応である核分裂と同じく、核融合でも大きなエネルギーが放出される。太陽のように輝いている恒星のエネルギーは、内部でおこっている核融合によるものである。核融合反応を制御してエネルギー源として利用することは、まだ実現されていないため、一般に原子力、原子力エネルギーという場合、核分裂によるエネルギーをさすことが多いが、本来は核分裂だけではなく、核融合も含めた原子核反応によって放出されるエネルギーを核エネルギー、原子力エネルギー、原子力などという。[加藤幾芳]

核融合エネルギー

核融合や核分裂など原子核反応に伴って放出されるエネルギーは、燃焼などの化学反応に伴うエネルギーと比較するとおよそ100万倍で、化学反応によるエネルギーがeV(電子ボルト)の単位で測られるのに対し、原子核反応によるエネルギーはMeV(メガ電子ボルト。M=メガは100万倍を意味する)の単位で測られる。原子核反応で放出されるエネルギーの大きさは、反応前の原子核を構成している核子(陽子、中性子)の結合エネルギーと、反応後の原子核の核子の結合エネルギーとの差で決まる。原子核の核子あたりの結合エネルギーは、図Aのように、鉄(Fe)やニッケル(Ni)など中程度の質量数の原子核では大きく、水素(H)など質量数の小さな原子核や、ウラン(U)など質量数の大きな原子核では小さい。結合エネルギーの小さな原子核から結合エネルギーの大きな安定な原子核をつくる核融合や核分裂の原子核反応によって、結合エネルギーの差に伴うエネルギーが放出され、MeVの大きさになるのである。また、ウランなど重い原子核の核分裂に比べ、水素やヘリウムなど非常に軽い原子核の核融合が、より大きな1核子当りのエネルギーを放出することも、図Aから明らかである。
 核融合反応は、加速器などを用いて原子核どうしを衝突させることでも実現できるが、それはわずかな量の原子核の核融合であり、エネルギー源としては適当でない。燃料として利用できるように物質を核融合させるには、まず、電気的に中性の原子から電子をはぎ取り、プラスの電荷をもつ原子核だけの状態がつくられなければならない。これをイオン化といい、イオン化した原子核のガス状態をプラズマという。恒星の内部では、重力によってつくられる高温・高圧のもとで、原子どうしの衝突によって電子がはぎ取られた原子核だけのプラズマ状態が自然につくられているが、エネルギー源としての核融合を地上で実現するためには、人工的に高温・高圧のプラズマを安定に長時間つくらなければならない。また、プラズマ状態にある原子核どうしには、衝突する時に電気的な反発を生むクーロン力(電荷と電荷の間の電気力)が働く。この反発するクーロン力のもとで核融合反応をおこすには、反発力を超えるような大きなエネルギーで原子核どうしを衝突させる必要がある。そのためには、できるだけ高温のプラズマ状態をつくり閉じ込めておかなければならない。たとえば、太陽の中心は2400億気圧、1600万K(ケルビン)のプラズマ状態となっていて、ゆっくりと核融合反応が進行している。このように高温・高圧状態のプラズマによる核融合反応を熱核反応という。
 地上で高温・高圧のプラズマ状態を瞬間的につくり、わずかな時間の間に核融合をおこさせるのが水素爆弾などの核融合爆弾である。この場合は、ウランなどを用いた核分裂によって高温・高圧の状態をつくり、周りに配置したジュウテリウムやトリチウムなどの原子核を核融合させ、核分裂よりもいっそう大きなエネルギーを発生させるのである。[加藤幾芳]

核融合エネルギーの利用

核融合反応にはさまざまなものがあるが、将来、利用可能な反応は次の二つの反応である。nは中性子(ニュートロン)、pは陽子(プロトン)を表す。3Heはヘリウムの同位元素ヘリウム3である。
(1) D+D→3He+n+3.27MeV
     →3H+p+4.03MeV
(2) D+T→4He+n+17.58MeV
 (1)をDD反応、(2)をDT反応とよぶ。DD反応のほうが、ジュウテリウムを海水から得ることができるなど資源的に優れているが、核融合をおこさせる高温・高圧のプラズマの条件を実現しやすいDT反応の利用が考えられている。核融合によるエネルギーの利用は、有害な核分裂生成物を生成しないことや燃料となる水素や重水素が海水に含まれておりほとんど無尽蔵であることから、魅力ある未来のエネルギー源として期待されている。[加藤幾芳]

太陽内部の核融合反応

恒星の内部で生じている核融合反応についても、星の大きさや質量によってさまざまな反応がおこっている。たとえば、太陽の場合、大部分が水素であり、ppチェイン(ppチェーン、pp連鎖反応とも)とよばれる次の連鎖反応がおこっている。

 上の表において、γ(ガンマ)はγ線、e+は陽電子、e-は電子、ν(ニュー)はニュートリノである。また、放出エネルギーでの2倍の因子は2回反応がおこることを示している。
 つまり、2個の陽子(p)が衝突してジュウテリウム(D)の原子核をつくり、これに陽子が衝突してヘリウムの同位元素であるヘリウム3(3He)になり、ヘリウム3の原子核どうしが衝突してヘリウム4(4He)の原子核となる。結局、4個の陽子で1個のヘリウムをつくる核反応がおこっている。この過程で多量のエネルギーが発生し、γ線が放射され、ニュートリノ(ν)が放出される。この連鎖反応を模式的に表すと、図Bのようになる。なお、それぞれの反応平均時間は、温度1300万Kでは、(1)が140億年、(2)が10-19秒、(3)が5.7秒、(4)が100万年である。実際、太陽は最初の反応がゆっくり進行するため、水素が燃えつきるまであと63億年は燃え続ける。しかし、1秒当りおよそ3.6×1036個の水素が核融合し、膨大なエネルギー(3.8×1026J)が放出されている。[加藤幾芳]

出典:小学館 日本大百科全書(ニッポニカ)
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精選版 日本国語大辞典

かく‐ゆうごう ‥ユウガフ【核融合】
〘名〙
① 水素、重水素、トリチウムなど軽い原子核相互が、多量のエネルギーを放出して融合し、重い原子核を作ること。原子核融合。
② 動物や植物の精子が卵に接近して全部あるいは一部が卵の中に入りこみ、両者の核が融合すること。この刺激により卵の発生が始まる。

出典:精選版 日本国語大辞典
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化学辞典 第2版

核融合
カクユウゴウ
nuclear fusion

二つ以上の原子核が核反応を起こして融合し,反応前よりも質量数の大きな原子核を生成する現象.核融合を起こさせるためには,クーロン反発に打ち勝って原子核どうしを接近させる必要があるので,大きなエネルギーで原子核どうしを衝突させなければならない.実験室的には,加速器によって原子核を加速して核融合を起こさせる.大規模には数億度の超高温を実現して裸の原子核どうしを衝突させることができれば,核融合が起こるはずである.核融合は原子番号の小さな元素で起こりやすい.たとえば,水素の同位体である重水素(2H)とトリチウム(3H)は,核融合によって 4He と中性子にかわり,そのとき多量のエネルギーを放出する.反応物質の単位質量当たりに発生するエネルギーを比較すると,ウランの核分裂で発生するエネルギーは石油の200万倍程度であるが,上述の水素の核融合で発生するエネルギーはさらに多く,核分裂の数倍になる.宇宙に存在する重い元素は,水素などの軽い元素が核融合を起こして生成したと考えられている.また,太陽などの恒星は,その内部で水素などが核融合を起こしながら,エネルギーを宇宙空間に放出している.

出典:森北出版「化学辞典(第2版)」
東京工業大学名誉教授理博 吉村 壽次(編集代表)
信州大学元教授理博 梅本 喜三郎(編集)
東京大学名誉教授理博 大内 昭(編集)
東京大学名誉教授工博 奥居 徳昌(編集)
東京工業大学名誉教授理博 海津 洋行(編集)
東京工業大学元教授学術博 梶 雅範(編集)
東京大学名誉教授理博 小林 啓二(編集)
東京工業大学名誉教授 工博佐藤 伸(編集)
東京大学名誉教授理博 西川 勝(編集)
東京大学名誉教授理博 野村 祐次郎(編集)
東京工業大学名誉教授理博 橋本 弘信(編集)
東京工業大学教授理博 広瀬 茂久(編集)
東京工業大学名誉教授工博 丸山 俊夫(編集)
東京工業大学名誉教授工博 八嶋 建明(編集)
東京工業大学名誉教授理博 脇原 將孝(編集)

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