未来を拓くエネルギー源：核融合と核分裂の違いを徹底解説！

「核融合」と「核分裂」、どちらも原子力に関わる言葉ですが、その仕組みや生み出されるエネルギーには大きな違いがあります。この二つの違いを理解することは、未来のエネルギー問題を考える上で非常に重要です。今回は、この「核融合と核分裂の違い」について、分かりやすく解説していきます。

原子の力を利用する二つの方法

原子核が持つ膨大なエネルギーを取り出す方法として、大きく分けて「核分裂」と「核融合」の二つがあります。核分裂は、重い原子核が分裂する際にエネルギーを放出する反応であり、現在、原子力発電で利用されているのはこの核分裂の原理です。一方、核融合は、軽い原子核同士が融合する際にエネルギーを放出する反応で、太陽が輝き続けるエネルギー源としても知られています。

それぞれの特徴をまとめると、以下のようになります。

• 核分裂: 重い原子核（ウランなど）を分裂させる。
• 核融合: 軽い原子核（水素の仲間など）を融合させる。

この二つの反応の違いを理解することは、より安全でクリーンなエネルギー源を開発するために不可欠です。

反応の起こりやすさと必要な条件

核分裂反応は、比較的容易に起こすことができます。ウランなどの核分裂性物質に中性子を当てることで連鎖反応を引き起こし、持続的なエネルギー生成が可能です。しかし、この連鎖反応を制御することが重要であり、誤った制御は事故につながるリスクも伴います。

一方、核融合反応は、核分裂反応に比べてはるかに高い温度と圧力が必要です。これは、原子核同士がプラスの電気を持っているため、互いに反発し合うからです。この反発力に打ち勝って原子核を近づけ、融合させるためには、太陽の中心部のような極限環境を作り出す必要があります。そのため、地球上で核融合反応を持続させることは、技術的に非常に難しい課題となっています。

1. 核分裂: 中性子を当てるだけで連鎖反応が起こりやすい。
2. 核融合: 超高温・超高圧が必要で、実現が難しい。

現在、研究が進められている核融合炉では、プラズマ（高温で電離した状態の物質）を磁力で閉じ込めて、核融合反応を起こそうとしています。

放出されるエネルギーの量と質

核分裂反応でも膨大なエネルギーが放出されますが、理論上、核融合反応で放出されるエネルギーは、同じ質量の燃料で比較すると、核分裂反応の数倍にもなると言われています。これは、質量の欠損が核融合の方が大きいためです。太陽が絶えず光と熱を放ち続けているのは、まさにこの核融合反応の力によるものです。

また、エネルギーの「質」という点でも違いがあります。核分裂反応では、放射性廃棄物が発生し、その処理や管理が大きな課題となります。しかし、核融合反応では、生成される放射性物質の量が少なく、その放射能も比較的短期間で減衰すると期待されています。

• 核分裂: 多くの放射性廃棄物が発生する。
• 核融合: 放射性廃棄物の発生量が少なく、安全性が高いとされる。

この「よりクリーン」であるという点が、核融合エネルギーへの期待を高めている理由の一つです。

燃料となる物質の違い

核分裂発電で主に使われている燃料は、ウランです。ウランは地殻中に比較的豊富に存在しますが、有限な資源であり、採掘や精製には環境への影響も懸念されます。また、核分裂反応を続けるためには、プルトニウムなどの核分裂性物質を増殖させる技術も必要になります。

一方、核融合の燃料としては、水素の同位体である重水素（デューテリウム）と三重水素（トリチウム）が有力視されています。重水素は海水中に豊富に存在するため、ほぼ無尽蔵の燃料資源と言えます。三重水素は天然にはほとんど存在しませんが、リチウムという元素から生成することができます。リチウムも比較的豊富に存在するため、燃料の供給面での心配が少ないとされています。

安全性への影響とリスク

核分裂反応は、一度連鎖反応が始まると、その制御が非常に重要になります。もし制御が失われた場合、炉心溶融（メルトダウン）などの重大な事故につながる可能性があります。また、核分裂生成物の中には、長期間にわたって強い放射能を持つものがあり、その安全な管理が求められます。

これに対し、核融合反応は、本質的に暴走するような連鎖反応を起こしにくいと考えられています。たとえ何らかのトラブルが発生しても、反応に必要な極限状態が失われるため、自然に反応が停止すると予測されています。そのため、核融合は、核分裂に比べて格段に安全性が高いエネルギー源になると期待されているのです。ただし、超高温のプラズマを扱うための技術的な安全性確保は、依然として重要な課題です。

1. 核分裂: 制御の失敗による重大事故のリスク、長期にわたる放射性廃棄物の管理。
2. 核融合: 暴走反応のリスクが低い、安全性が高いと期待される。

実用化に向けた現状と課題

核分裂発電は、すでに世界中で実用化されており、主要なエネルギー源の一つとなっています。しかし、放射性廃棄物の問題や、安全対策の強化など、継続的な課題も抱えています。技術の進歩により、より安全で効率的な原子炉の開発が進められています。

一方、核融合発電は、まだ研究開発段階にあります。世界各国が協力して「ITER（国際熱核融合実験炉）」のような巨大な実験施設を建設し、実用化に向けた技術開発を進めています。高温・高圧のプラズマを安定的に閉じ込めて核融合反応を持続させる技術や、発生したエネルギーを効率よく取り出す技術など、克服すべき課題は多いですが、その実現に期待が寄せられています。

• 核分裂: 実用化済み、安全性向上と廃棄物処理が課題。
• 核融合: 研究開発段階、ITERなどの国際プロジェクトで実用化を目指す。

「いつか実現する未来のエネルギー」として、世界中が注目しています。

核融合と核分裂、それぞれの違いは、原子の力をどのように利用するかという根本的な部分にあります。核分裂が「原子を割る」ことでエネルギーを得るのに対し、核融合は「原子をくっつける」ことで、より大きなエネルギーを生み出します。未来のエネルギー問題の解決策として、核融合の可能性は非常に大きいですが、その実現にはまだ時間がかかりそうです。両者の違いを理解し、それぞれの技術の進歩に注目していくことが大切です。