【元素】元素の起源解明に前進、数μsの半減期を持つ18種の核異性体を発見/理研

理化学研究所(理研)は11月22日、世界最高クラスの性能を誇る重イオン加速器施設「RIビームファクトリー
(RIBF)」を使った実験で、チタン-59やヒ素-90など、数μs程度の半減期を持つ中性子過剰な核異性体を新たに
18種類生成・発見したことを発表した。

同成果は、理研仁科加速器研究センター 実験装置運転・維持管理室が率いる国際共同研究グループによる成果で、
詳細は米国の科学雑誌「Physical Review C」オンライン版に掲載される予定。

原子核は陽子と中性子で構成され、その性質は陽子数と中性子数により決定される。地球上には、金や鉄など
天然に存在する安定な原子核が約300種類存在するが、理論的には約1万種の原子核が存在するといわれており、
そのほとんどが放射性同位元素(RI)と呼ばれる不安定な原子核である。安定な原子核より中性子の数が少ない
原子核は「陽子過剰核」、中性子の多い原子核は「中性子過剰核」と呼ばれ、原子核を陽子数と中性子数で
分類した核図表中では、陽子過剰核は安定核の左側に、中性子過剰核は右側に位置する。


核図表。原子核は陽子と中性子で構成されるが、安定な原子核の場合、その比はおおよそ1:1となる。
この安定核(黒い四角)の存在するラインが安定線と呼ばれ、安定線を離れ、陽子数が多い原子核が陽子過剰核、
中性子数が多い原子核を中性子過剰核とそれぞれ呼んでいる。赤丸が今回発見された核異性体、青丸が今回
観測された既知の核異性体、水色の線が超新星爆発時にウランから鉄までの元素の合成過程とされる道筋で
r-プロセスと呼ばれている。そして赤線の楕円がルテニウム-117、ルテニウム-119を含む、今までまったく
調べられたことのない未知の中性子過剰領域で、赤の矢印(N=60)が突然的に核変形が発生して形状共存が
出現するといわれる中性子数60の領域。臭素-95、臭素-96、ルビジウム-97を含んでいる
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/23/019/images/011l.jpg

同センターでは、これら不安定原子核を探索するため、1997年から「RIビームファクトリー計画」を推進しており、
ウランを光速の70%まで加速できる超伝導リングサイクロトロン「SRC」を中心とした加速器施設と、
このウランビームの飛行核分裂反応によって作られるRIビームを高効率で分離・収集する超伝導RIビーム分離
生成装置「BigRIPS」を用いて、2007年度より安定核領域から遠く離れた領域に含まれるRIビームを供給。
2007年5月には、ウランビームの強度が最終目標の10万分の1以下ながら、パラジウム-125(元素番号46、
質量数125)とパラジウム-126(元素番号46、質量数126)の2つのRIを発見していた。また、2008年11月には、
ウランビームの強度を平均で約30倍増強して、マンガン(元素番号25)からバリウム(元素番号56)に至る45種の
中性子過剰な新たなRIを4日間の実験で生成・発見することに成功している。


超伝導RIビーム分離生成装置「BigRIPS」の第1ステージ(左)と第2ステージ(右)
http://news.mynavi.jp/photo/news/2012/11/23/019/images/012l.jpg

（本文>>2以降に続く）

▽記事引用元　マイナビニュース（2012/11/23）
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/23/019/index.html

▽理化学研究所プレスリリース
http://www.riken.go.jp/r-world/info/release/press/2012/121122/index.html

▽Physical Review C
「Observation of new microsecond isomers among fission products from in-flight fission of 345 MeV/nucleon 238U」
http://prc.aps.org/accepted/d207aP90Ic71320252ef4d54f2d6ecb499d84d565

起源と言えば

起源といえばアレだろ・・・

（>>1続き）

RIの中でも、比較的長い寿命を持つ準安定な励起状態にあるRIは「核異性体」と呼ばれており、これが出現する
かどうかやその性質は、原子核の構造に起因する。原子核が球形の場合はその殻構造の変化などが、原子核の
形状が変形する場合は球形、葉巻型、パンケーキ型などの形状遷移や形状共存などが、核異性体の性質に反映
するため、不安定原子核の構造を詳細に調べるには、新たな核異性体を生成・発見し、その崩壊に伴って放出
されるガンマ線を精密に測定することが有効とされている。研究グループでも、2010年の45種のRI発見時に核
異性体も併せて測定しており、広範囲な中性子過剰領域にある新たな核異性体の発見とその構造解明を目指した
取り組みを進めてきていた。

今回研究グループは、SRCを中心とした複数の加速器による多段式加速システムにより、ウランビームを光速の
70%まで加速(核子当たり345MeVに相当)して標的に衝突させ、飛行核分裂反応によってRIを生成した。広範な
元素番号の領域で効率よく探索を行うために、生成する新RIの元素番号を30(亜鉛)、40(ジルコニウム)、
50(スズ)を中心に狙いを定め、BigRIPSの設定を3つに分けて実験を行ったという(各設定では、標的の厚さや
種類を最適化し、元素番号30および40を狙う際は、それぞれ厚さ5.1mmと2.9mmのベリリウム、元素番号50を
狙う際は厚さ0.95mmの鉛を用いたという)。

生成されたRIビームをBigRIPSで分離・収集し、下流に設置した核異性体測定用セットアップまで輸送してAlに
打ち込んで停止させ、ガンマ崩壊して放出する遅発ガンマ線を3台のクローバー型のGeガンマ線検出器で測定
したところ、核異性体を有するRIの存在を明確に識別でき、既知のもの36種と未知のもの18種の合計54種類の
観測に成功したという。


核異性体の探索実験に使用した実験の概要。生成した核異性体を分離・収集するため、BigRIPSに設置された
検出器を用い、RIビームの飛行時間、エネルギーロス、磁気剛性(軌道測定)の測定を行い、その元素番号Z、
質量数Aと電荷Qの比A/Qを決定した。粒子識別されたRIビームは、BigRIPS下流に設置した核異性体測定用
セットアップまで輸送され、Alに打ち込み停止させ、核異性体のガンマ崩壊によって放射される遅発ガンマ線を、
3台のクローバー型Geガンマ線検出器を用いて検出した
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/23/019/images/013l.jpg

新核異性体探索時の粒子識別図(A/Q-Zプロット)。核異性体からのガンマ線検出と関係づけをしない場合の
粒子識別図(上側)と比較して、関係づけをした場合の粒子識別図(下側)では核異性体を有するRIの事象が強く
残って見え、核異性体の存在を知ることができる
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/23/019/images/014l.jpg

この結果、新たに発見された核異性体は、チタン-59、砒素-90、セレン-92、セレン-93、臭素-94、臭素-95、
臭素-96、ルビジウム-97、ニオブ-108、モリブデン-109、ルテニウム-117、ルテニウム-119、ロジウム-120、
ロジウム-122、パラジウム-121(2つの核異性体が存在)、パラジウム-124、銀-124、銀-126の18種類で、
これらが放射する遅発ガンマ線のエネルギースペクトル、相対強度、崩壊様式、崩壊の遷移確率など豊富な
分光学情報を詳細に分析したほか、理論的予想や近隣の既知核異性体に関するデータも考慮した結果、
どれも半減期が数μs程度であることや、核構造に関するさまざまな知見を得ることができたという。

（本文続く）

（本文続き）

今回発見された新核異性体と初めて測定された半減期。18種類、19個の新核異性体で、パラジウム-121には2つの
核異性体が存在している
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/23/019/images/016l.jpg

例えば、チタン-59は球形構造を持つ核異性体であると結論され、この領域の殻構造が中性子数によってどう
変遷するかが判明したほか、臭素-95、臭素-96、ルビジウム-97の核異性体は、中性子数60の領域に位置する
ことが示された。同領域は、突然的に核変形が発生して形状共存が出現するというよく知られた領域だが、
遷移確率を分析したところ、これら3つの核異性体も形状共存に起因すると解釈できたという。さらに、
臭素-94の核異性体は球形構造を持ち、ルテニウム-117とルテニウム-119の核異性体は異なる形状(例えば
パンケーキ形と球形)が共存する形状共存の核構造に基づくと解釈できたという(ルテニウム-117、ルテニウム-
119の領域はこれまでまったく調べられたことのない未知の中性子過剰領域だという)。これらの形状共存の
示唆は、この領域で核変形が起きていることを予言するもので、こうした核変形の発生は、超新星爆発時に
おける鉄より重い元素の合成とされる「r-プロセス」の計算に有意な影響を与えるとされるため、この知見は
元素の起源解明に大きく貢献するものだと研究グループでは説明する。


今回観測された既知の核異性体36種類、42個。バナジウム-60、銅-75、臭素-92、ストロンチウム-97には2つの
核異性体が、カドミウム-128には3つの核異性体が存在している
http://news.mynavi.jp/photo/news/2012/11/23/019/images/017l.jpg

なお、RIBFは、2012年時点でもビーム強度は世界最高水準であるが、加速器系の着実な高度化によって、
現在より1,000倍以上の強度に増強することが可能であり、それにより約4,000種類の不安定核の生成を実現で
きるようになるとのことで、そのうち約1,000種類は未発見のRIであり、核構造に関しても広大な未開拓領域が
残されているとのことで、今後のビーム強度増加により、物理学、天文学、化学といった基礎科学分野に
新たな知見をもたらすだけでなく、応用分野にも貢献できるとの期待を研究グループでは示している。

RIビームファクトリーで生成できるRIビーム。現在、人工的に生成された原子核を含め2,900種類の原子核が
知られているが、理論的にはおよそ1万種類の原子核の存在が予測されている。RIビームファクトリーでは、
水色の「安定核ビームから入射核破砕反応で生成」およびピンク色の「ウランビームから飛行核分裂反応で生成」
を合わせ、人類がまだ見ぬ1,000種類以上の原子核を生成することが可能だという。現在のウラン合成仮説では、
超新星爆発のときに緑色の矢印(r−プロセス)上の原子核が瞬時に合成され、それらがベータ崩壊して
ウランまでの重元素ができたとされているが、それらはすべて未知の原子核であり、RIビームファクトリーでは、
これらの原子核生成を世界に先駆けて高効率で達成することで、この仮説を実験的に検証できるものと
期待されている
http://news.mynavi.jp/news/2012/11/23/019/images/015l.jpg

（以上本文引用ここまで）

>>1
お、おう

>>2、>>3
起源と聞けば>>1より早くやって来るこいつらって…

>>7
ﾆﾀﾞ

そんなのよく見つけたなおい
(って言っておけば良いのかな……)

ふえるわかなちゃん

東大理科�V類卒だらけの２ちゃんねらーなら理解できるんだろ？

その元素については古代韓国ですでに発見されている。

放射性と聞いて反対運動のために飛んできました

それはそれとして核融合炉はいつ出来るのかね

高校化学で「安定な」という表現をはじめて聞いたとき
日本語としては「安定した」が正しいと化学教師に抗議したことがある。
今じゃすっかり慣れてしまったが

で？って感想。

究極の物理原理が「対称性」であるなら、かくも汚らしい原子の羅列は不思議でならん。

世界はもっと整然としているべきだ。ヒトなど、汚らしい最たるものだ。

安定の島の元素って見つかってるのか？
この実験装置ではさすがに無理？

核異性体をたくさん生成して評価する
　　　　　↓
法則性から仮説が浮上
　　　　　↓
新たな理論・新たな実験
　　　　　
以上を繰り返すと
素粒子と調弦理論の解明に近づく
　　　　　↓
エネルギーの生成やタイムマシン開発の足がかりに

陽子の数が過剰なのにどうして同じ元素なの？

難しいな

なにが凄いのか分からん

この図は面白い。とくに黒い部分が切れてる場所が目を引くけど、なぜなんだろう?

[縦軸の切れ目]　不安定な中性子数　19　35　39　45　61　89　95
[横軸の切れ目]　不安定な陽子数(原子番号)　43(テクネチウム)　61(プロメチウム)

逆に安定な数(マジックナンバー)については、検索で古いプレスリリースを見つけたけど

「新しい魔法数（マジックナンバー）の発見」　理研　2000/5/29
http://www.riken.go.jp/r-world/info/release/press/2000/000529/index.html

いよいよか

>>17
その点ウリたちの通名はシンメトリーで美しい。
ですか？

起源わ全て韓国ですよね？

どうやって最小単位が成り立っているのか、理解していきたいなう。
ミクロの世界にも果てしなき探求が必要。

ワケワカメなんだがｗ，ついに錬金術が見つかるのか？！

魔法数というところを見ると、魔法数のところで突然陽子が増える箇所があることがわかる。
とても興味深い。
中性子が衝突してエネルギーが高まったことで励起した状態(核異性体)のときに
エネルギーの一部が陽子に変わったことによって、異なる原子になったのではないのか？

それを短時間で繰り返すうちに、水素やヘリウムのような簡単な元素から
ウランのような重い元素が出来たのではないだろうか？

<丶｀∀´>

なんで陽子過剰核と中性子過剰核の説明を二回繰り返しているの？

俺には中性子不足核と中性子過剰核の２種類に見えるんだが

中性子の衝突が極めて短い時間に違う元素に変えていった。
ある法則に従う状態になると変化後の元素として安定したになるのに陽子を増やして安定に向かう。
この繰り返しの長さによって重い元素に変わっていくと。

陽子過剰なときに中性子が抜ける場合には元素が軽くなっていくのかもしれん。

>>28
理研のわかめスープに掛けたんですね。

原子の外側を回る電子の数って、なぜどれも全部２，８，８・・・という並びになっていて
たとえば２，４、８・・・とかにはならないんだろう？２，２，２・・・でもいいじゃない。
何かの条件が有って有り得ないのかな。

核異性体といえば、
君らも知ってるセシウム137はガンマ線を出さないって知っているか？

じゃあガイガーカウンターで何を測ってるのか

実はCs-137がβ壊変すると
Ba-137mになるんだな

末尾のmは核異性体で核が励起状態になっていて
てきとうな確率で核基底状態のBa-137に転換する

この励起状態と基底状態のエネルギー差660keVがガンマ線になる

>>36
ヒント:パウリの排他律

>>36
電子軌道ってのがあって
s軌道、p軌道、d軌道、f軌道
があり、
s軌道は1つ
p軌道は3つ
d軌道は5つ
f軌道は7つ
あり、それぞれの軌道には電子が2つづつ入るので
s軌道は電子は2
p軌道は電子は6
d軌道は電子は10
f軌道は電子は14

K軌道はs軌道だけで電子は2個
L軌道はs軌道、p軌道で電子は2+6=8個
M軌道はs軌道、p軌道、d軌道で電子は2+6+10=18個
N軌道はs軌道、p軌道、d軌道、f軌道で電子は2+6+10+14=32個

原子そのものを構成する新たな物質の単位、
幻子が公に晒される日も近いな

>>17
整然さは美しさにはならんよ。

微妙なバランスがとれている状態が美しいのさ。

原子さんと結婚する佐藤陽子さんとか、居そうだよね。

>>38-39
名前だけは聞いたこと有るけど良く分からない。でもさんくす。

>>36
井戸型ポテンシャルの下でシュレディンガー方程式を解けば答えは出てくるかもね

RIビームファクトリーは地下の深いところにあるんだぜ

>>15
「安定」を昔の文法でいう形容動詞と捉えて「安定な」で正しい。「不安定な」
とはいうが「不安定した」とは絶対言わないだろ。

飛んできたﾆﾀﾞ

さっぱわからんよ

>>11
東大理一のトップ５％ぐらいは、院修了のころにはもはや誰にも（場合
によっては指導教員すら）理解できないレベルになるから、無理言うな。

科学板だと、たまに本職その人が来て解説してくれるから、それを待て。

つまりいったいどういうことだってばよ？

そしてぼくはとほうにくれる

>>47
スーパーザクッと超訳解説。
「日本の加速器、どうやっても『トップ』も『ヒッグス』も狙えないから別方向行くね。」
「超新星爆発時の重元素合成経路の再現をねらう、変態装置つくるね。」
「ウランを光速の７０％まで加速しま〜す」（え？あんな重いもん？マジ変態ｗ）
「さっそく、新元素二つゲット！、でもまだ俺は変身を一回残している」（え？おめ、でもなにそれ、怖い）
「変身〜、スカウター十万倍」（ざわ、ざわ、確かに変態だけどやばすぎね？ｗ）
「先生〜、変なもの次から次へと出てくるんですけど、これどうすればいいんですか〜」（しらねーよ！ｗ）（←いまここ）

放射性核種すら存在しない空白が気になるな。
He5 Li5 Be8 B9 ……が存在できない理由があるんだろうけど判らない。
http://news.mynavi.jp/photo/news/2012/11/23/019/images/012l.jpg

>>52
単に小さすぎるからじゃないの？

発見されたのは良いが、役にたつのか？いつもの研究者オネイニの可能性

>>54
原理的には、どんな希少金属元素だろうと、高い選択制で作りたい放題

…電力さえ十分にあれば。ｗ

発見された時点でちゃんと仕事しとるだろ
何いっとるんだ馬鹿か

>>54
今でも相当数の化合物で言える事だけど、物質の合成過程は
「こうなって、こうなる」より
「こうなるから、こうなる」が圧倒的に多い

まぁ正直これだけじゃまだまだだけど

ガンダニウムの合成ができるまでは読んだ

>>52
寿命が短すぎるからでは
核図表によっては載ってたりするし
ちなみに陽子数+中性子数=5や8の核が不安定であることが初期宇宙の元素比に大きく関連してるそうだ

>>52
He4やHe4*2が安定すぎて、共鳴が出ないんだろ

>>52

その類のは半減期が余りにも短すぎるからじゃね？
Wikipediaソースだとそれぞれの半減期は

ヘリウム5：7×10^(-22)秒
リチウム5：4×10^(-22)秒
ベリリウム8：7×10^(-17)秒
ホウ素9：8×10^(-19)秒

って具合で1兆分の1秒の更に100万分の1〜100億分の1くらいしかない

原子核に”形”なんて概念があったんだ
初めて知ったわ

記事にもあるけど超新星や宇宙のどこかでは
日常的に起きてる反応なんだろな

量子力学だの色学だの駆使すれば、こういった観測結果に
理論的背景を与えられるもんなの？

うらやましいニダ

CERNの加速器は陽子同士を衝突させ、ビッグバンにおける物質の起源にせまるが、
理研は重イオンを衝突させ、超新星爆発における元素の起源にせまるわけだな。

フレッド・ホイルの着想と、ウィリアム・ファウラーのノーベル賞で、終わった分野

その落ち穂拾いでしかないな

フレッド・ホイルはノーベル賞をもらっていない

>>68
>>67

>>40
それはクロネッカーの亡霊でしょうか？

>>36
>２，８，８・・・
おまいさんは区切りを入れる場所をちょっと間違えた。
区切りを入れられる場所には複数の種類がある。

2（2）、8（2+6）、18（2+6+10）、32（2+6+10+14）、50（2+6+10+14+18）、・・・
なら法則性が感じられて「落ち着く」だろう？

>>61
水素8みたいのもあるんだっけ？

>>72
水素は七重水素（水素7）まで合成されてるらしい
まあ安定ないし比較的安定なのは三重水素（半減期12.3年）までで、それより重い同位体は
速攻で崩壊しちゃうみたいだが

なるほど、わからん

ついに奴が現れたか！

>>73
それを知り合いの研究者と話しててたどり着いた結論は

あいつ等は俺達が認識出来ない何かと戦ってるんだな

だったよ

こんなわけわからん研究より
下のような有益で俺たちにわかり易い研究を
何で国は支援せんのかね？

【人類/遺伝子】アイヌと琉球は縄文型…日本人の遺伝系統、ゲノム解析で裏付け／東大など
http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1351740540/l50

>>77
そっちの方があんまり意味がないと思うよ。

どう有益なんだよ

原子番号（＝陽子数）を覚えている周期表マニアは少なからずいると思うが、
中性子数も加えて分類しながら覚えている核図表マニアは数えるほどしかいなさそうだ。

中性子過剰核は分離検出の難しさから研究が進んでおらず、近年の技術向上により研究対象となった感がある。
冷戦時代には核実験により超新星爆発と同様の中性子束を再現して中性子過剰核を合成する試みがなされていたみたいだが、
爆発直後に短時間で分離・同定するのは無理があり、重原子核の破砕生成物から分離する方向となったようだ。

>>22
核図表の黒い部分＝安定核の切れ目のうち、縦軸の切れ目＝(β崩壊に対して)不安定な陽子数(43,61)は、
不安定元素の原子番号と直結しているので比較的知られているが、
横軸の切れ目＝不安定な中性子数は一般の科学ファンにとってはほとんど注目されることのない値だ。
β崩壊安定核種の存在しない中性子数は、19,21,35,39,45,61,89,115,123と陽子数のそれに比べて比較的多い。
(127以上のα崩壊不安定領域は除く)
この中で61は陽子数・中性子数ともに不安定核となるものであり、アンチマジックナンバーといえるのかもしれない。

>>52
これらの軽い不安定核は、4He原子核や陽子や中性子に分裂したほうが
エネルギー的に安定なため、非常に短い時間しか存在できない。
(分裂したほうがエネルギー的に安定になる重い原子核も多いのだが、
クーロン力による障壁が発生するので観測できないレベルの長寿命になることも多い。)

>>79
原子核内の構造や安定性について地道な研究を積み重ね、基礎的な知見が得られると
「弱い相互作用」を人為的に制御できるような画期的な大発見につながるかもしれん

つまり、使用済み核燃料や放射性廃棄物の半減期の「高速化」や核兵器の「無力化」を
実現できれば、日本が事実上世界で唯一の最強国になれるってことだ
これなら頭の硬いネトウヨや近隣諸国を差別したがる国粋主義者も納得せざるを得ないだろうw

まあ単なるＳＦ・夢物語なんだけどね

既存の元素から大きく離れた陽子中性子比の所に未知の安定元素の島があり、全く未知の安定元素を得ると言う夢を語った文を
読んだ事がある。実現すればノーベル賞だぞ。

>>82
二重魔法数のフレロビウム298とウンビヘキシウム310がターゲットだっけか

地道な研究が大事
いつ大発見がくるかも試練

>>80以降、理研の広報部隊が、乱入かwwwwwwwwwwwwwwwwwwwww

しかも、馬鹿丸出し

>>80
>(分裂したほうがエネルギー的に安定になる重い原子核も多いのだが、
>クーロン力による障壁が発生するので観測できないレベルの長寿命になることも多い。)

ビスマスじゃああるまいし、イミフ

>>81
はいはい、コスモクリーナーなら2199年のイスカンダルにあるから、とってきてね

>>82
そもそも夢かよwwwwww

そんな地味なのより、実現できればノーベル賞確実なんて夢は、ワープ航法とかタイムト
ラベルとか、いくらでもあるぞ

ネタにマジレスとか、なにこいつ？　ID:feEvUtKL

ずっと監視してたのか

ご苦労様

>>87
いや、たまたまだけど
即レスするそっちの方こそむしろ…w

ていうか、理性でなく感情だけで脊髄反射してwマーク連発するネトウヨは
早々に科学ニュース板から立ち去って欲しいな　マジで

>>88
>いや、たまたまだけど

これだけ理研擁護のレスが連発されて、たまたま

ふ〜〜〜〜〜〜〜〜ん

なんか頭にひどいバイアスかかってないか？
自分は >>79 のぶっきらぼうな物言いや、>>77 の態度が鬱陶しく感じたから
基礎研究の重要さをＳＦっぽいネタで語ってみただけだぞ

他のレスのことは知らんし、ましてや理研の関係者になれるほどの知識もない
なにか変な被害妄想でもかかってるのか、悪いもんでも食ったのかw >>89

まあ人によって研究分野の利得についての価値観が違うから
アイヌだ琉球だの遺伝子研究が無用だとは言わんが、元素の基礎研究は有用だろ
少なくともシカゴのテヴァトロンやジュネーブのLHCみたいに
超巨額の費用をかけてるわけでもないし

１１３番元素が命名されたら
またチョンとシナは発狂するのかなぁ・・・

かずさバカデミアパーク

・マイナスイオンが大型でコストも膨大な粒子加速器を使うほどの代物なら
　家電に積めないんじゃね？

・そもそもそんな高エネルギーの粒子なら細胞やDNAを壊す放射線同然の粒子だから
　健康どころか浴びたら死ぬだろ

この二点の質問の答案をよろしく
逃げんなよチキン

スレ違いスマン

ﾜﾛﾀ