核分裂の発見とは? わかりやすく解説

核分裂の発見

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核分裂の発見(かくぶんれつのはっけん)は1938年12月に化学者オットー・ハーンフリッツ・シュトラスマン、および物理学者リーゼ・マイトナーオットー・ロベルト・フリッシュらによってなされた。核分裂とは、ある原子核がそれより軽い複数の原子核に分割され、場合によってその他の粒子も発生するような核反応もしくは放射性崩壊をいう。この過程では多くの場合ガンマ線が発生し、放射性崩壊の基準で言っても莫大な量のエネルギーが生み出される。当時の科学者はすでにアルファ崩壊ベータ崩壊について知っていたが、核分裂のように原子番号が大きく変わる過程は想定外の発見だった。また核分裂は連鎖反応が可能であることから原子力発電核兵器の発展につながったため非常に重要な意味を持っていた。


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核分裂の発見

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リーゼ・マイトナー」の記事における「核分裂の発見」の解説

詳細は「核分裂の発見」を参照 マイトナーが核分裂の発見に深くかかわったきっかけは、先述のようにフェルミ論文であったフェルミ研究は、さまざまな原子中性子当てることによって、人工的に放射能作りだすというものであるフェルミは、当時知られていた最も原子量大き元素であるウラン原子番号92に対してもこの実験行った。そうして作りだされた放射能性質は、今まで観測されたどの元素とも異なっていた。そのためフェルミは、この実験によって原子番号93新たな元素生み出されたのではないか考えたマイトナーはこの論文興味持ちハーン、シュトラスマンとともに原子番号93上の元素超ウラン元素)を見つけようとした。方法としては、ウラン塩に中性子当ててから、いくつかの溶液加えて不要な物質沈殿させる残った溶液をさらに分離すると、フェルミ発見した物質と同じ半減期をもつ放射性物質沈殿した。こうしてマイトナーらは、超ウラン元素らしき物質分離成功したその後、この沈殿物には多数の新物質含まれていることが明らかになった。測定続けた結果1937年には、ウラン中性子当てると以下の3つの反応が起こると推定した。ekaRe、ekaOs、ekaIr、ekaPt、ekaAuはそれぞれ9394959697元素を表す(カッコ内は半減期)。 U + n → U(10秒) → ekaRe(2.2分) → ekaOs(59分) → ekaIr(66時間) → ekaPt(2.5時間) →ekaAu(未定U + n → U(40秒) → ekaRe(16分) → ekaOs(5.7時間) → ekaIr(未定U + n → U(23分) → ekaRe(未定) しかしこれらの反応メカニズム解明できなかった。また、マイトナーらは同時期にトリウム中性子をあてることによって放射性物質生み出されることを発見し、その研究行ったが、やはりその反応理論的に説明することはできなかった。 1938年マイトナー亡命余儀なくされた。その頃シュトラスマンは、イレーヌ・ジョリオ=キュリーとパヴェル・サヴィッチの論文読んでウラン中性子照射実験によって自分たちが発見していない放射性物質生み出されていることに気付いたマイトナーたちと行った実験でこの物質発見できなかったのは、ウラン塩の沈殿物質だけを測定していて、沈殿しなかった溶液の方を調べていなかったからであった最初ハーンとシュトラスマンは、この放射性物質ラジウム似ている考えた。この話を聞いたマイトナーハーン対しラジウムでは物理的に説明つかないため、この実験をより厳密に行うよう求めた1938年12月マイトナーハーンから、この放射性物質ラジウムではなくバリウムではないかという手紙受け取ったウランバリウム原子番号56のような小さな原子番号元素変化するということは当時ほとんどの科学者考えていなかった。マイトナーはこの実験結果について考え、そして、原子核水滴似たものとして記述するボーアにより拡張され液滴模型適用すれば説明がつくことに気付いた。つまり、原子核中性子衝突という力が加わることで、水滴2つ分かれるように原子核2つかたまり分かれることもあり得る。しかも、水滴場合表面張力分割対す抵抗力となるが、原子核場合陽子による電荷があるため、それが表面張力打ち勝つ力を持っている。 さらに計算結果このような形で原子核分裂するときには、200MeVという大きなエネルギー発生することが分かった一方でウラン分裂してできた2つ原子核質量は、合計すると、元のウラン質量よりも陽子5分の1だけ軽いという計算結果得られた。この質量を、相対性理論から導き出されるE = mc2当てはめると、ちょうど200MeVとなる。こうして、核分裂理論生み出された。その後この理論ボーアらにより、アメリカはじめとしてたちまち世界中広まっていった。 またマイトナーは、以前自分たちが発見した思っていた超ウラン物質も、実は超ウラン物質ではなく核分裂生み出され元素ではないか考えた。このことは1939年2月に、自身の手によって確かめられた。本当超ウラン元素原子番号93 ネプツニウム)は、1940年エドウィン・マクミランフィリップ・アベルソンによって発見された。マイトナーもこの実験を行う計画立てていたが、実験環境が整わなかったため発見には至らなかった。そのため、この超ウラン元素発見できなかったことに関しては、当時苦しい生活と相まって、胸がはりさける思いであったという。

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