報告資料 - 国立研究開発法人日本原子力研究開発機構

「個性あふれる原子たち」
ウランと超ウランの科学
日本原子力研究開発機構
先端基礎研究センター
芳賀芳範
山本悦嗣 鈴木 玲美
日付
自己紹介
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昭和42年11月21日 青森県生
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ドラム
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天体観測
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ジョギング
まれ
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大学、大学院を仙台で過ごし、
平成7年より東海村
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家族は妻と息子
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趣味
今日のお話
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ウランと原子力
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ウラン・超ウランとは、どんな物質？
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最新の研究を紹介
ウランと原子力エネルギー
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中性子
ウラン、プルトニウムは原子
炉の燃料
✤
ウラン
核分裂反応から産み出される
熱を利用
✤
ウランは分裂して、別の原子
に変化。
131I
Mo
144
Ce
原発事故
✤
地震直後、核分裂反応は、すぐに
停止。
✤
核分裂の結果作られた、放射性物
131I
質が長い時間にわたって熱を放
出。これは制御不能。
✤
冷却が出来なくなり、その結果、
事故発生。
Mo
144
Ce
ウランとは、どんな物質？
鉄（比重 7.85 g/cc）
ウラン（比重 19 g/cc）
軟式球 130 グラム
鉄 1.4 kg
ウラン 3.5 kg
では、ウランはどこで出来た？
超ウランって何？
プロトア
アイン
アクチニ
ネプツニ プルトニ アメリシ キュリウ バークリ カリフォ
フェルミ メンデレ ノーベリ ローレン
トリウム クチニウ ウラン
シュタニ
ウム
ウム
ウム
ウム
ム
ウム ルニウム
ウム
ビウム
ウム
シウム
ム
ウム
超ウラン（原子炉で作られる人工元素）
ウランは何に使うの？
✤
酸化物は核燃料
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ウランガラスの色づけとして
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航空機の重りとして
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不幸な例：劣化ウラン弾
超ウランも使われている？
煙感知器（アメリシウム）
惑星探査機のプルトニウム電池
（最近はあまり使われない）
ボイジャー２号
Plutonium Overview
ウラン・超ウランの個性
プルトニウム溶液
Each plutonium oxidation state has a
characteristic color in solution.
The chemical beh
its electronic structu
nominally 5f67s2, bu
the 5f67s2 and 5f56d
from thorium to plut
orbitals become low
the lanthanides (rare
cium extend far enou
the light actinides ex
elements. In the heav
and not involved in
heavy actinides and
In the metal, mul
multiple solid-state p
bonding electrons in
istry. A plutonium a
ウラン・超ウランの個性
普通の物質を温めると...膨張
プルトニウムを温めると...
原子
✤
原子は、たった３種類の部品… 陽子、中性子、電子から出来ている。
✤
水素 陽子１個 ＋ 中性子0個 ＋ 電子１個
✤
ウラン 陽子92個 ＋ 中性子146個 ＋ 電子92個
ウラン-238
ウラン原子の重さ
電子
原子１個の重さ
水素 ... 1
金 ... 197
+92
ウラン ... 238
原子核
ウラン原子の大きさ
一番内側の電子
+92
0.1 ナノメートル
一番外側の電子
500 m
100 km
1 mm
ウランの個性を調べる
✤
核燃料として。- - - 非常に強く結びついた原子核が分裂するときの
エネルギーを使う。
✤
電子は、色、光沢、金属、磁気、超伝導、固さなどを支配。
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しかも、電子はゆるく結びついているので、環境に応じて変化。温
度、圧力、磁場などが、物質の性質を変える。
四半世紀の
ウラン（URu2Si2)に閉じ込められた電子
低温で、何かが起きている。
世界中の研究者が、その答えを探して
いる。
低温は「可能性」を嫌う
原料＋フラックス
結晶作製
による単結晶育成
! 少量の原料で単結晶育成。
室温
室温
アンプ
つぼ
原料＋
フラックス
1000℃
一様な溶液
化合物結晶＋
フラックス
! 適当なフラックス（溶媒）
を見つける必要あり。
! 低温での結晶成長。
加
冷
熱
却
（るつぼ問題の解決）
ックス
量の原料で単結晶育成。
当なフラックス（溶媒）
見つける必要あり。
温での結晶成長。
結晶作製アルゴン雰囲気・水冷銅るつぼ
テトラアーク加熱炉による引き上げ法
多くの金属間化合物に有効 UGe2、UPt3、UPd2Al3 etc.
単結晶育成の様子
ウラン化合物 UNi4B
ウラン・超ウラン研究
アクチノイドに含まれる電子の「自由度」が生み出す
様々な性質が研究対象。アクチノイド金属は、高温から
温度を下げてくると、原子が居場所の良い場所を探して
移動する。
原子が、結晶格子中に固定されて動けないとき、電子は
自ら「秩序」を作って安定化しようとする。これが、時
には磁性や超伝導だったりする。さらに、未知の「秩
序」がまだまだ存在するのかもしれない。