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December 27, 2005

量子力学:2

原子核は陽子と中性子で出来てます。
陽子は+荷電、中性子は0荷電。
電子は-荷電です。
電子が6個あれば陽子も6個あり原子は電気的なバランスを取ってます。

原子核にある陽子は+に荷電しているので、2個以上ではお互いに反発しあいくっつきません。
それを付けているのが陽子と中性子の間でやり取りされるπ中間子です。
これが核力で原子核を作り上げます。
これは湯川秀樹博士が1935年に発表し、1949年にノーベル賞をとりました。

宇宙の根源力は4つ。それは強い核力、弱い核力(β崩壊)、電磁気力、重力ですが、そのうちの一つ、「強い核力」は日本人が発見したのです。

核分裂:早く起ると原子爆弾とゆっくり起こせば原子力発電
ウラン235の核に中性子をぶつけると、中性子のエネルギーを吸収した核は振動して分裂し、分裂の際、中性子を放出、その中性子がまた他の核に衝突して分裂が連鎖反応を起こします。
長崎型原爆はプルトニウム。ウラン235は天然では238に対して0,72%しかありません。

核融合
水素の同位元素である重水素と三重水素が融合し普通の水素とヘリウムになります。
重水素は陽子が1個と中性子が1個。三重水素は陽子が1個と中性子が2個。
これが融合して陽子が2個で中性子が2個のヘリウムと陽子が1個だけの水素になる。

太陽は核融合で輝いてます。
太陽の中心部では、温度が1500万度、気圧は1000億気圧なので水素が重水素に変わり、
その重水素がヘリウム3になり最後にヘリウム3が2個集まってヘリウム4になり核融合が起ります。
毎秒6億トンの水素が反応し、ヘリウムが生産されてます。

核力
陽子が多くなるほど、陽子同士の反発力が強まり接着剤の役割をする中性子が多くないと原子核が存在できません。
自然界ではウランより重い原子は存在しませんが、ウランでは陽子92個に対して中性子が146個あります。

原子核と電子の距離
広場の中心に直径1ミリのピンを置いたとき、そこから50m離れたところを電子が飛び回っています。
1ミリの中心物に半径は50メートル!
後は空いてます。
その間の膨大な空間には何があるのかわかっていません。
日常空間では空気がある、となるのでしょうが、その空気を作っている酸素を作っている原子の中にあるのですからまさに解明されざる究極の空間というわけです。

陽子に光速と同じ位に加速した電子を打ち込むと粒子が散乱します。
その粒子がクォークです。
陽子はアップクォーク(u)2個とダウンクォーク(d)1個で構成されてます。
中性子はアップクォーク(u)1個とダウンクォーク(d)2個です。
陽子と中性子が衝突して陽子(中性子)が中性子(陽子)に変わるのは、クォークのやりとりで起ります。

次回は量子飛躍

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