●連鎖反応【れんさはんのう】

化学

この概念を提出したのはドイツのボーデンシュタイン（1913）であるが、のち1918年にネルンストが塩素爆鳴気（水素と塩素の混合気体）の光化学反応において確証した。図にその反応過程を示す。この場合、光吸収によって塩素原子が生じる（図の式(1)）が、これが水素分子と反応して塩化水素と水素原子を生じる（図の式(2)）。水素原子が塩素分子と反応すると塩化水素と塩素原子になる（図の式(3)）が、この塩素原子がふたたび水素分子と反応する。

　このようにして生成した塩素原子はふたたび反応系の一員として用いられる。これを連鎖連絡体という。図の例では塩素原子、水素原子ともに連鎖連絡体である。連鎖反応がこのようにおこることを連鎖成長という。やがて成分が使い尽くされると、連鎖連絡体は消滅し、反応は終結する。この過程を連鎖停止という（図の式(4)）。

　このような比較的簡単なサイクルの繰り返しのほかに、連鎖から枝分れが生じて、一つの連鎖連絡体から二つ以上の連鎖連絡体の生成がおこることがある。このような場合は反応は加速度的に進行する。爆発などの反応がそうである。重合反応では活性点が個々の反応のたびに末端基に移動して鎖状の重合体が生じることがあるが、これも一種の連鎖反応であり連鎖重合とよばれる。

［山崎　昶］

物理

物理現象にも連鎖的であるものが少なくないが、核分裂の連鎖反応など原子力に関係した場合にとくによく用いられる。ウラン235は速い中性子を吸収して分裂するが、このとき速い中性子を2個ないし3個放出する。ウラン235の存在量が適当であれば、この際に放出される中性子のうち少なくとも1個は別のウラン235の原子核に吸収され分裂を繰り返す。こうして連鎖反応の条件が保たれ核分裂反応が継続する。当然、連鎖反応の条件は物質系によって異なる。ウラン235やプルトニウム239が一定量固まれば連鎖反応が進行する。この量の最小値を臨界量という。この場合、連鎖反応は核爆発で100万分の数秒で終わる。軽い原子核を原子核内のクーロンの斥力（反発力）を超えるエネルギーで衝突させると、融合して新しい原子核を形成してエネルギーを放出する。この際に放出されたエネルギーがガスの高温状態を維持することができ、原子核の衝突が進行すれば核融合連鎖反応が実現する。このときの連鎖反応は超高温ガス（プラズマ）の密度、温度と維持時間に対する条件、すなわちローソン条件で与えられる。ジュウテロン（D、重陽子）、トリチウム（T、三重陽子）→α(アルファ)粒子＋中性子の核融合連鎖反応の場合では、ローソン条件は温度が4000万℃以上で、密度と維持時間の積は10¹⁴sec/cm³以上である。現在の技術では、短時間プラズマの温度と密度の条件を実現できるが、長時間継続させることや、発生した中性子による容器の放射化・脆化(ぜいか)などの問題解決がむずかしく、連鎖反応を実現させる見通しがたっていない。

［田中　一・加藤幾芳］