核原料

核原料物質（親物質）とは

核原料物質、または親物質とは、それ自体は熱中性子による核分裂反応を起こさないものの、中性子を捕獲し、核変換によって核分裂性物質に変化する物質のことを指します。これは、原子力発電や核兵器などの核反応を伴う技術において、非常に重要な役割を果たします。

天然の核原料物質

自然界に存在する核原料物質には、以下のようなものがあります。

トリウム232: 中性子を捕獲することでウラン233に変化します。
ウラン234: 中性子を捕獲することでウラン235に変化します。
ウラン238: 中性子を捕獲することでプルトニウム239に変化します。

これらの物質は、原子炉内で中性子を照射されることによって、核分裂性物質へと変換されます。

原子炉内で生成される人工同位元素

原子炉内では、以下のような人工同位元素が中性子捕獲によって核分裂性物質へと変化します。

プルトニウム238: 中性子を捕獲することでプルトニウム239に変化します。
プルトニウム240: 中性子を捕獲することでプルトニウム241に変化します。

また、アクチノイドの中には、中性子を捕獲した後、さらに中性子を捕獲したり、崩壊することによって、最終的に核分裂性物質へと変化するものが存在します。

プルトニウム242 → アメリシウム243 → キュリウム244 → キュリウム245
ウラン236 → ネプツニウム237 → プルトニウム238 → プルトニウム239
アメリシウム241 → キュリウム242 → キュリウム243 （キュリウム242がプルトニウム238に崩壊し、さらに中性子捕獲してプルトニウム239となる場合もあります。）

これらのケースでは、核分裂に至るまでに3～4個の熱中性子が必要となります。一方で、核分裂によって生じる熱中性子は2～3個であるため、これらの核種が生成されると、熱中性子の総数が減少し、連鎖反応が収束してしまう可能性があります。しかし、高速炉では核分裂に必要な熱中性子が少なく、より多くの中性子が生成されるため、この問題が軽減されます。

核原料物質からの核分裂性物質生成

高速中性子炉は、減速材が少ないため、高速中性子を利用できます。このため、核原料物質を炉心周囲のブランケットや特別な燃料棒として利用することで、増殖炉として構成できます。プルトニウム238、プルトニウム240、プルトニウム242は熱中性子炉では燃えにくく蓄積すると問題になりますが、高速中性子炉では比較的容易に核分裂させることができます。熱中性子を用いた増殖炉は、トリウム燃料サイクルでのみ実現可能です。これは、ウラン233の方がプルトニウム239よりも熱中性子による核分裂が起きやすいからです。

用途

核原料物質は、原子力発電の燃料としてだけでなく、宇宙開発における用途も検討されています。具体的には、宇宙機用原子力推進燃料の生産です。地球-月系のL1点に核燃料生産施設を設置し、地球からは安全な核原料物質を打ち上げることで、核分裂性物質を地上から打ち上げるリスクを排除しつつ、大量の核燃料を宇宙空間で得ることができます。

まとめ

核原料物質は、核分裂性物質を生み出すための重要な材料であり、原子力技術を支える上で不可欠な存在です。その利用は、エネルギー生成から宇宙開発まで、多岐にわたる可能性を秘めています。

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