半減期と核分裂

質問

放射性物質の放射能は内部で（核分裂による）崩壊が起こっている結果だと理解しています。
自然放射能というとおり、特に人為的な物理作用を施さなくてもこの作用はあるようです。
極短期間に半減期を迎えるものがあれば、プルトニウムなどのように非常に長い半減期を持つものもあります。ひとつの原子に着目すれば、それぞれにタイマーが内蔵されているように時間が来れば自己分裂するように思えます。この分裂作用はなにによっておこるのでしょうか。内部の問題ではなく、たまたま外部から飛んでくるエネルギー的なものによって分裂するのでしょうか。それにしては各物質によって決まった定数があるのが分かり難いです。
素人ですので、分かりやすく教えてください。

回答No.4

Saturn5 · ベストアンサー

Ｎｏ，３の方の「不確定性原理」というのは「理由」にはなりません。
「観測できない理由」が不確定性原理なのです。
我々が観測をするということは光や電磁波などの何かのエネルギーを受けるという
ことであり、原子がエネルギーを放出すれば状態が変化してしまします。

また、Ｎｏ．２の方が書いておられることは基本的には正しいです。
しかし、ご質問の中核であろう「半減期の神秘性」には関係無いことです。
確かに、原子が外部の中性子をとらえて崩壊することはあります。
しかし、半減期とは自然崩壊のみの時間を指すものです。
Ｎｏ．２の方も書いておられますが、半減期とは「原子の安定性」のみで決まることです。
そして、その安定性の大まかなルールは私が書いた通りです。

＞不安定な要素である中性子の多さと
これはちょっと違います。
原子核を安定にしているのが中性子です。
陽子は＋の電荷をもって本来は反発するものですが、日本のノーベル賞の第１号である
湯川秀樹先生が「中間子理論」を考え、原子核の安定性を解き明かしました。
中性子とは陽子と中間子が結合したもので、原子核を安定化させる役割をもっています。
ただし、これが多すぎると原子が分裂しそうになっても原子核が安定化されるので、
分裂しやすくなるのだと思います。
既婚の女性では収入が高い方が離婚しやすいのと同じです。
中性子が少ないと分裂時に不安定になって分裂できないのです。

お礼

重ねてのご丁寧なご教授ありがとうございます。
＞観測できない理由」が不確定性原理なのです

そうなんですね。それで説明できるというのではなく、逆にだから（正確には）説明できないのだということのように理解しました。

素人はどうも難しい言葉には盲目的に有難がってしまいます。情けないことですｗｗ。

ありがとうございました。

回答No.3

noname#176692

不確定性原理により説明されます。

お礼

ご回答ありがとうございます。
＞不確定性原理により説明されます。

あっ、そうなんですか！恐れていたご回答が…。

では素人には手におえませんね（涙；；）。

噛み砕いてご教授願えないでしょうか？
無理？

回答No.2

Tann3

少し重箱の隅をつついたような話になりますが。

＞放射性物質の放射能は内部で（核分裂による）崩壊が起こっている結果だと理解しています。

（１）「放射能」は放射線を出す能力・性質ということですので「放射性物質」＝「放射能」に近い意味合いですので、この文章は「放射性物質の放射線は・・・」ということかと思います。

（２）「放射線は、放射性物質の内部で（核分裂による）崩壊」の「核分裂による」は間違いです。放射性物質の「崩壊」（または「壊変」、英語でDecaｙ）と「核分裂」（Fission）とは全くの別物です。

　「核分裂」は、ウラン（原子番号92）やプルトニウム（原子番号94）のような重い原子核が、ほぼ2つに割れる現象です。（No.1の回答者さんが書かれているのは、主にこの核分裂についてです）
　核分裂には、内部要因による「自発性核分裂」というものもありますが、通常は外部から中性子が衝突することで発生します。（中性子を1個余分に持つことで、2つに割れやすくなる）

　放射性物質の「崩壊」は、原子核の軽い重いに係らず、その原子核の不安定さ（安定状態よりも余分なエネルギーを持つ状態）から安定な状態に移行するときに起こります。アルファ粒子（陽子2個、中性子2個の粒子で、ヘリウム原子核と同じ）を放出するアルファ崩壊、電子を放出するベータ崩壊、電磁波であるガンマ線を放出するガンマ崩壊の3種類があります。いずれも、粒子や電磁波の形で「余分なエネルギーを放出する」ということです。
　核分裂とは違い、最も軽い元素である水素（原子番号1）であっても、放射性同位体である「三重水素」（トリチウム、1個の陽子と2個の中性子からなる）はベータ線を出しながらベータ崩壊します。

　放射性物質の「崩壊」は、上に書いたように、安定状態よりも余分なエネルギーを持つ状態から安定な状態に移行するときに起こるので、あくまでその原子核の「内部の問題」に起因します。ただし、余分なエネルギーを持つ原因として、外部からのエネルギー付加や粒子衝突といったこともあります。
　個々バラバラに存在する原子核が、その原子核固有の半減期で、まるで神に統率されたかのように、整然と統計的に放射線を出して崩壊していくというのは、確かに非常に不思議なことです。1個の放射性原子核に着目すれば、その原子核がいつ崩壊するのかは、全く予測ができないのです。各原子核が、「内部の問題」に起因する「崩壊する確率」（質問者さんのおっしゃるタイマー。でも、個々の原子核でみな違っている）を内在していて、それが時間とともに個別に動作して崩壊し、多数の原子核を集めると所定の半減期で減少して行くという統計現象になるわけです。

お礼

詳しいご回答ありがとうございました。
１）の「放射能」という言葉は私も扱いにくい語彙だと思っています。ここでは「放射線を出す性質」という意味で使ったつもりです。「放射線を出す性質は内部で核の崩壊が起こった結果（生じるものではないか）」というようなことを書いたわけですが、分かりにくかったかもしれません。

２）は一番お聞きしたかったことです。自然崩壊は核分裂ではなく、崩壊である、両者はまったく違う現象だと仰るのですね。ちょっとすっきりしました。
その違いは、外部からの働きによるものか、内部自身の力によって自動的に起こるかの違いなのですね。

＞まるで神に統率されたかのように、整然と統計的に放射線を出して崩壊していくというのは、確かに非常に不思議なことです

結局総量として膨大な原子の間でランダムに起こっていることが結果として確率的な数値として現われてくるということかと思うのですが、やはり内部構造の不都合解消の結果ということ位しか分からないのでしょうか。

回答No.1

Saturn5

簡単に言うと原子の安定度です。
私達の周りにある酸素や水素や炭素などは非常に安定です。
半減期で言うならば数兆年以上というレベルのものです。

これに対してウラン２３５やセシウム１３７、ヨウ素１３１などは不安定で、
時間が経つと自然に原子崩壊します。このときに、原子の不安定さが大きいほど
崩壊しやすく半減期が短くなります。

一般的な原子の安定度を決める目安を書いておきます。
・原子番号が非常の大きいもの（９０以上）は不安定になる。
・陽子数に比べて中性子数が大きいと不安定。
　（中性子数は陽子数の１～１．２倍くらいが安定）
・中性子数は偶数の方が安定。

ウランでいうと、２３５Ｕは放射性で２３８Ｕは放射性ではありません。
ウランの原子番号は９２なので、陽子数は９２個です。
ウランは基本的に原子番号が大きいので不安定です。
２３５Ｕの中性子数は２３５－９２＝１４３なので、不安定です。
また、中性子数が陽子に対して１４３／９２＝１．５５なので不安定です。

２３８Ｕは中性子数が２３８－９２＝１４６で偶数なので、２３５Ｕに対して
かなり安定になっています。

お礼

サターン様早速のご回答ありがとうございます。
＞簡単に言うと原子の安定度です。

そういうことですね。私には原子というものの具体的なイメージが描けませんが、仰るお話から想像して、不安定な要素である中性子の多さと数いうものが内部でお互いに動き、陣取りをする時の混乱があって、それぞれが衝突を繰り返し、ひずみが生じたりしてさいごに分裂してしまうというようなイメージでいいのでしょうか？要するにやはり内部自体の問題なのですね。

でも原子核というのは非常に安定したもので、恐ろしい高温やら高圧でも半減期は変わらないということのようですが、上記の中性子などはやはり外部環境とは関係なくお互いに動きまわっていると考えていいのでしょうかね。