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2011年3月25日 (金)

放射能ってなんだ?

福島原発から漏れ出したと見られる放射性物質が世の中を騒がせておりますが、どうも「放射性物質」とか「原子」などという言葉を聞くと食指が動くんですよね。

実は中学生の頃、原爆と水爆の違いを調べているうちに原子核物理学にはまり、その手の本を読みあさっていました。

もう遠い記憶だし、今まで役に立った事など一度も無いので、そのほとんどを忘れ去っていますが、ここへ来て眠っていたものを呼び覚まされたような気分です。

さて、問題となっているのはヨウ素131とかセシウム137と言う物質ですが、ヨウ素って聞いた事ありませんか?

そうです。小学校の理科の実験で、でんぷんにヨウ素をかけると紫色になりましたよね。

それじゃあ、小学校の理科の実験で、そんなに危険な物を使っていたのか?、と言うと、決しててそうではありません。ヨウ素は甲状腺ホルモンを合成するために必要なので、人間にとっては大事な元素なんです。ほら、ヨード卵とかありますよね。あれはヨウ素がたくさん含まれる卵ですよ。

なんて言うと、余計に???となってしまいますが、それを理解するためには原子を理解しなくてはなりません。

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学校で習った事のおさらいなので簡単に。

この世の中の物質は全て原子と原子が結びついた分子によって構成されています。

そして原子と原子の組み合わせを変えることによって色々な物質が出来上がり、組み合わせる過程でエネルギーを放出したり吸収したりします。

一番分かりやすいのが水素と酸素と炭素ですね。これらがたくさん結びついた物には炭水化物がありますね。我々が日々摂取している物ですよ^^

その炭水化物を燃やした(酸化)エネルギーで我々は生きているわけです。

で、その原子ですが、大きさは1億分の1cmで、構造としては原子核(1兆分の1cm)の周りを電子が回っています。丁度太陽の周りを地球や火星などの衛星が回っているのと同じ形ですね。

その数字から見て分かるように、原子は隙間だらけなんです(笑

もし物凄い力で地球を圧縮してその原子の隙間を全て埋めたら、直径2cmになるらしいです。

そしてその原子核ですが、陽子と中性子と言う核子の組み合わせで成り立っていて、陽子の数と同じ数の電子が原子核の周りを回っています。

この原子は基本的には形を変える事がありません。が、太陽のような恒星のエネルギーの下では、原子核同士がぶつかって別の原子に変化する事があります。それを核融合と言い、基本的には鉄より軽い原子が核融合を起こし、鉄よりも重い原子が核分裂を起こします。だったよな?(笑

その核分裂のエネルギーを利用したのが原子力発電なんですね。

核反応と言う普通では起こらないような反応ですから、そのエネルギーも半端じゃないです。核エネルギーは石油などのエネルギーに比べて、同じ量の燃料ならば300万倍のエネルギーを出すといわれています。

さて、この核分裂や核融合と言う核反応ですが、本来は原子として安定している物を、無理矢理変化させてしまうので、原子核自体が非常に不安定となって、様々な放射線を巻き散らかし、やがて自己崩壊?して別の原子に変わります。しかし変化した原子も不安定だと、安定するまで変化を繰り返します。

これがいわゆる「放射性物質」なんですね。そしてその現象を「放射能」と言います。

先に話題にしたヨウ素ですが、ヨウ素の原子番号は53番。つまり、陽子が53個と中性子74個と言うのが普通で、陽子と中性子を足した数127、つまりヨウ素127が安定した安全なヨウ素で、ヨウ素131というのは普通よりも中性子が4つ多い不安定なヨウ素なんです。これを放射性物質と言います。

しかしヨウ素131は不安定なだけに、放射線を出しながら原子番号が一つ上のキノセン131に変化し、8日後には半減します。この半減する期間を半減期と言い、物によってその期間は異なります。

ちょっと遠回りをしましたが、原子力発電に使う燃料はウラン235です。

普通のウランは陽子が92個と中性子が146個で出来ていて、その数を足してウラン238と言います。自然界に存在するウランは、99%以上がこのウラン238ですが、その中の0.7%に中性子がちょっと少ないウラン235が存在します。

このウラン235の割合を高める事を濃縮などと言いますが、原子爆弾はウラン235の割合が90%以上に高められており、原子力発電所の燃料ではせいぜい5%以下です。

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ウラン235の原子核に中性子を一つぶつけると、ウラン236になり、勝手に核分裂を起こします。その時に2つの原子(セシウム、クリプトン、ヨウ素、ストロンチウムなど)と中性子2~3個に分裂します。そして飛び出した中性子が他のウラン235にぶつかり、これが連鎖的には激く繰り返されるのが原子爆弾ですが、原子力発電所では中性子をとても吸収しやすいホウ素が制御棒に含まれていますので、この反応は非常にゆっくり行われます。

ここまで書けば勘の良い人は分かるかと思いますが、原子炉の中では原子爆弾のような大爆発は絶対に起きません。構造上あり得ないんですね。

それではチェルノブイリ原発事故の爆発は何だ?と思われるかもしれませんが、あれは実は原子炉内の温度と圧力が上がりすぎて炉心が溶け(メルトダウン)、水蒸気爆発によって原子炉が吹っ飛んだんですね。

しかし原子炉の中には物凄い量の放射性物質がありますので、原子炉の爆発によってそれらを撒き散らしてしまったのがチェルノブイリ原発事故です。

福島の原発はかなり古い原子炉ですが、少なくともチェルノブイリの物よりも頑丈なようで、福島では今のところその不安はなさそうです。というか、チェルノブイリは実験失敗の人為的なミスで、安全装置を全て解除した上で実験失敗すると言うあり得ないミスの事故で、実験開始から爆発までわずか20分程度だったんですね。

その点福島は2週間頑張っている<(`^´)>

ちょっと戻りますが、核分裂によって出来た分子は、その陽子の数によってどの原子になるかが決まりますが、問題は中性子の数なんですね。

セシウム133やサマリウム149のような安定した原子になれば言う事が無いんですが、普通は不安定な原子になり、放射線を巻き散らかしながら、やがて違う原子に変化します。それを安定するまで繰り返すので厄介なんですよね。

ですから安定するまでの期間、外に漏らさないように厳重に管理する必要があるんですね。

また最初の方に「ヨウ素は甲状腺ホルモンを合成するために必要」と書きましたが、たとえ放射性物質のヨウ素であっても人間の体は区別せずに体内に取り込みます。その結果、甲状腺ホルモンを合成するはずのヨウ素が、体内で放射線を撒き散らして細胞やDNAを傷つけ、その結果ガンなどが発症する事があるようです。

以上長々と書きましたが、核反応は石油などを燃やすのと訳が違って、その燃えカスが非常に危険で、管理が非常に難しいのです。今回の事故では、その燃えカスを管理している所が吹っ飛んでしまい、放射性物質を撒き散らす結果になったんですね。

しかしですね、「基準を上回る」などと報道されていますが、その基準が出来たのは確か私達が生まれた頃なんですよね。

それ以前は米ソや中国、フランスが散々核実験を行っていて、普通に生活している日本人からも100ベクレル以上の放射線が検出されたと言う話も聞きます。そういう人達から生まれた我々の世代って・・・

そんな事書いてるうちに、福島原発3号機が壊れている可能性というニュースが飛び込んで来た。本当ならばチェルノブイリのような爆発こそ無いものの、放射性物質をまき散らかす危険性は同じだな。

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