重水素と三重水素の核融合に関する質問です。核融合の際に両者に働きかける力は、最も強い引力つまり核力と、質量欠損からのエネルギー放出による際の強い斥力、この両者ですが、なぜ過去の物理学者はやや核力の力が優位として、三重水素側の中性子が一個吹き飛ばされたあとの二組の重水素が合体して、これがヘリウム原子核となったと判断されたようですが、なぜ斥力の方が優位になって中性子が一個吹き飛ばされた後の二組の重水素が徐々に離れていく、このような可能性は検討されなかったのでしょうか。 ではこうなった後はどのようになっていくのか推理してみますと、二組の重水素に働く強い斥力は質量欠損直後のその一瞬の爆発力だけであって、その後は両者間の引力が常時働き続けますから、離れていく動きは徐々に弱まっていき、やがては遠ざけようとする力と、両者間に常時働き続けて両者を近づけようとする引力の力が同じとなって、重水素同士が互いのまわりをまるで連星のように回り始める、つまり軌道運動を始める、このような事が浮かび上がってきます。 このような考えは当時の学者にも分かっていたはずなのに、どうして核力の力がわずかに優位となったのでしょう。なにかの実験で確認されたのでしょうか。 陽子と中性子の軌道運動となっても、電子の軌道半径よりははるかに小さい軌道半径と予想されますし、当時の技術でもそして現在の技術でも確認するのは難しいと思いますし、このような陽子中性子ペアの軌道運動の可能性はありませんでしょうか。

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1251900

2026-01-06 22:10

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物理学における、最小作用の原理。トンネル効果。束縛状態の安定性。



が、関係しています。



主記の核融合において、実現可能な最も低いエネルギー状態での安定状態の

形成が、ヘリウム核の形成と、中性子の放出反応です。



あなたの指摘している、中性子の放出と、二個の重水素の発生は、もちろん

可能性としては、考えられますが、二個の重水素が安定に形成する束縛状態が

計算上存在しないということで、実現性がほぼ無いとされています。





また、あなたの記述では、中性子を放出してから、核融合が起きているように

読めますが、実際には次のように仮定されています。



核融合:

・トンネル効果によって核子同士が接近する。

・核子の有効範囲内に入った瞬間に束縛状態が形成される。

・その結果として、中性子が放出される。

という順序が本筋です。

つまり、中性子が放出される前に、ヘリウムー4核(またはその全駆状態)

形成されていると考えるのが、現代の量子力学の理解で自然なのです。





詳しく言うと、

・陽子同士はクーロン斥力で反発する。

・中性子も含め、核子同士は短距離でのみ、強く引き合う(核力)

・その短距離とは、1~2フェムトメートル(10^-15m)

⇒通常の熱エネルギーでは、そこまで接近でないです。



そこで介在するのがトンネル効果。

・クーロンの斥力を量子力学的にすり抜ける。

・これにより、核子同士が核力の有効範囲内に侵入できるようになる。

・侵入した瞬間、核力が支配的になって、束縛状態が形成される。



束縛状態の形成と中性子放出の順序

・D(重水素)+ T(三重水素)が接近 ⇒ 一時的に5核子(陽子X2+中性子X3)を形成。

・この状態は非常に短命な共鳴状態(励起されたヘリウム-5)とみなされる。

・そこから

中性子が放出され

残りの4核子が束縛されて、ヘリウム-4になる。



上記は、時間的な順番というよりも、量子力学的な全体としての遷移として

記述されます。



厳密には量子力学では、中性子が先に飛び出したり、ヘリウムが先にできるという、古典的な順序性は意味を持たないです。

ただし、反応の最終状態として、観測されるのは、ヘリウム-4と中性子

であり、そのエネルギー・運動量の分布から、

束縛状態が形成された後に、中性子が放出された、と解釈するのが

自然です。



最小作用の原理は、

最も寄与の大きい経路=古典的経路を選ぶという意味であり、トンネル効果や

束縛状態の形成に深くかかわっています。



トンネル効果も、古典的には通れないが、作用が近い経路が存在することで

起きています。



束縛状態の形成も、全体の作用が最少となるような構成を取る(=安定な結合)となります。



あなたのおっしゃる、重水素が二つ形成するという束縛状態は、量子力学的には、きわめて不安定であり、普通の自然界や実験環境で実現できないとされているようです。





この、最小作用の原理を突き詰めた物理学はランダウ=リフシッツの理論物理学教程として、有名です。ランダウ自身が高名な核物理学者です。



また、私は同じくロシア学派のダヴィドフの核物理学・高分子物理学にちょこっとだけ

接したのですが、大変興味深かったです。

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