太陽に於ける核融合とβ+崩壊とは関係があるか

質問

（*）　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%99%E3%83%BC%E3%82%BF%E5%B4%A9%E5%A3%8A　　を教材とします。
この質問ではβ-崩壊をn→p+e~+ν~、β+崩壊をp→n+e*+ν*と表すことにします（表記を変更するのは回答者のご自由とします）。

問1 β+崩壊のp→n+e*+ν*は、どう理解するのでしょう。陽子から+電荷とニュートリノを除いたら質量が益々小になるのではないですか。それなのに何故質量が大なる中性子になれるのでしょう。E=mC^2によって外部からエネルギーを与えて質量に変換するのですか。

補遺（*）ではβ+崩壊の説明文で
　　　>>陽電子とニュートリノを放出し、陽子1個を中性子1個に転じる現象。陽電子崩壊とも呼ぶ。

と、いっていて「陽電子」を用いていますが、ここでは　　http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=2409044　　の質疑から「陽電子」という単語を避け「+電荷」としました。
　　　　なお、この判断は全く質問人の一存で、どなたの意向でもありません。

問1でノーのとき、問2は無視して下さい。
問2 太陽で核融合が起きているということはβ+崩壊も起きているということですか。β+崩壊によって生成した中性子を用いてヘリウム原子核を融合し、その際生じる質量損失が放射エネルギーとなって人類が恩恵を受けているということでしょうか。

お願い
当方は大目に見ても高校生の知識しかありません。また、考えたり調べたりしないと回答を読解できないことがありますので、お礼には幾晩も要する可能性があります。

よろしくお願いします。

回答No.2

lupinletrois · ベストアンサー

まず、教材をよく見てください。
β-崩壊を n→p+e~+ν~、β+崩壊を p→n+e*+ν*　（反粒子の表記:注意）
レプトン数・バリオン数の保存に注意してください。陽子・中性子はバリオン数
ともに１で変化ありません。β-崩壊では、反応前後でレプトン数0ですから、
電子がレプトン数1で反ニュートリノ・レプトン数-1です。β+崩壊では、陽電子
ニュートリノでレプトン数が逆になってます。

レプトン数、バリオン数の保存
http://www.kek.jp/kids/jiten/particle/interac.html

問1 β+崩壊は、通常の陽子では起こりません。高いエネルギーを持った状態
中性子が少なく、複数の陽子の反発が大きい原子核では、起こります。
ベリリウム7Be（陽子4, 中性子3）では、β+崩壊するには、エネルギーが足りず、
軌道電子捕獲（E;ectron Capture : 質問の教材に有り）が起こります。
原子核が全体として陽電子の質量分と、ニュートリノ分およびそれらを放出する
運動エネルギー分よりも大きな質量差の原子核に壊変できるときに起こりえます。

問2 太陽で核融合・・・　β+崩壊も起きている
太陽での核融合は、水素からヘリウムが一発でできるのではなく、多くの種類の
核反応が起きています。その中で陽子２個から重水素核ができる反応は、
β+崩壊といえるかどうかは別ですが、同様の原子核反応です。

原子核融合
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E8%9E%8D%E5%90%88

お礼

1 β-崩壊の表記はアッパーバーをタイプ出来なかったので勝手に変えました（ご指摘の意図と噛み合っていないか?）。
2 ご紹介戴いたサイトの記述によるとレプトン数、バリオン数の保存のメカニズムは分っていないそうですが、エネルギーの放出や吸収と密接に関係している筈だと推測しました。
3 >>高いエネルギーを持った状態、中性子が少なく、複数の陽子の反発が大きい原子核では、起こります。
素人の直感とよく合致します（安定しそうだ）。
4 問1に対する回答の、ベリリウム7Be（陽子4, 中性子3）以下の事実は素人考えでも合理的な気がします（やはり安定）。
5　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%A0%B8%E8%9E%8D%E5%90%88　　の太陽での反応、「p + p → 2H + e+ + νe」は知りたいことの一つでした。

1～5を通読され、誤謬があるにせよ質問人の水準からいって許容範囲内であれば何のご返事も要りません。看過できない誤りがあればお知らせ下さいませ。
何時もながら懇切なご回答には感謝しています。No.1の回答の補足の中に誤りがある場合のことを考えて、今後72時間以内にどなたからも新しい回答がないときは適宜締め切ることにします。
有り難うございました。

補足

これは補足でなく、お礼の欄から続く後日談で、NO.1のshiaraさんへのお礼でもあるし、他の一連の質問に応じて下さった方々へのお礼でもあります。
1　お礼の欄の5のサイトの「1 陽子-陽子連鎖反応」の項の（1）～（3）が自分の言葉で説明できてしまう程度に理解できていてびっくりしました。とても嬉しいです。
2 一連の幼い質問によって
　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E9%99%BD%E5%AE%9A%E6%95%B0　　でいう太陽定数1366W/m2を与えてくれれば
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%AA%E9%99%BD　　でいう太陽では1秒間に
（1）　約8.9×10^37個のヘリウム原子核が生成されている（質問人の独断でwikipediaの記事を改変。費消される陽子はこれの4倍が正しいらしい）
（2）　3.83×1026Wのエネルギーを放出している
（3）　426万トンの質量が失われている
の3つが全て導け、かつその間に生じた全ての疑問を知識でなく自分の言葉による論理で説明できるようになりました（自己評価）。感激しています。こんな感覚は小学生以来です。
3 誰かの口頭試問を受けたいくらいです。飼い猫に「何でも訊け」と言うのですが信用していないと見えて気のない返事をしています。
4　ゴールへ行き着いて清々しました。多分回答者の皆さんも。でも今週もまた別の質問がありそうです。その節もよろしく。
皆さん、有り難うございました。

回答No.1

shiara

β+崩壊は、原子核の崩壊であって、陽子の崩壊ではありません。結果として、原子核の陽子が1個減って、中性子が1個増えているということです。私は次のようなメカニズムではないかと推測しております。原子核の内部では、電子と陽電子が対生成、対消滅を繰り返しています。通常は、これらの粒子は、仮想的な粒子に過ぎませんが、原子核自体がエネルギー的に余分な状態にあるため、ある確率で、電子と陽子がニュートリノと中性子に変わります。相棒を失った陽電子は、電磁的に高いポテンシャルの状態に置かれますので、原子核を飛び出します。これを外部から観測すると、陽子が中性子に変わって、陽電子とニュートリノが飛び出してきた、となります。

お礼

補足の欄の1～4は当たらずといえど遠からずらしいと勝手に解釈して締め切ります。手順が前後しましたがNo.2の「回答に対する補足」の欄の言葉はshiaraさんへのお礼でもあります。
有り難うございました。またの機会にもよろしくお願いします。

補足

1 質問文はp→n+e*+ν*を半信半疑ながら陽子の崩壊と捉えて書いてしまいました。（*）にも”周期表で表される「ひとつ戻った所」の元素に変化する。”と明記してあるのだから、ここをもっと強く意識すれば「原子核の崩壊」と断定できたかもしれないし、少なくとも今回の質問文とは違ったであろうと反省しています。はっきり「原子核の崩壊」と認識しました。
2 >>原子核自体がエネルギー的に余分な状態にあるため、ある確率で、電子と陽子がニュートリノと中性子に変わります。

であれば、他からエネルギーを供給しなくとも質量の大なる「ニュートリノと中性子に変わる」のは直感として自然なことだと思えます。原子核自体がエネルギー的に余分な状態になるのはどういう時かを知りたくなるのが正しい態度でしょうが、今はそこまで発展させないことにします。
3 正しくいえば、そもそも問1そのものがナンセンスなのだと理解しました。
4 対生成と対消滅のメカニズムの理解は頭の片隅に置いておくことにします。

1～4に誤りがあるとしても質疑の水準からいって許容範囲内であれば何のご返事も要りません。看過できない誤謬があればお知らせ下さいませ。
何時もお世話になり感謝しています。有り難うございました。