放射性同位体の半減期

質問

放射性同位体の半減期は、どのような要因で決まりますか？

化学結合、温度や圧力条件によって半減期が変化する事はありますか？
例えば、カリウム40の半減期は、バナナの中の物でも岩石の中の物でも同一ですか？

もし化学結合、温度や圧力の影響が無い(あるいはほとんど影響しない)としたらそれはなぜですか？
言い換えるならば、多くの凝縮物質の物性が価電子の状態で決まるのに対し、放射性同位体の半減期は原子核の性質だけで決まるように見えるのはなぜですか？

質問したいのは、最後の文章だったのですが、「半減期が原子核の性質だけで決まる」という部分もあまり自信が無いので、回りくどい文章になってしまいました。

よろしくお願いします。

回答No.2

Tann3 · ベストアンサー

分子や化合物までのレベルの振る舞いと、それをさらに細分化した素粒子のレベルの振る舞いとは、何故か異なるのです。

　化学の世界や、ニュートンの物理学は前者の世界、量子力学や相対論は後者の世界です。（相対論は、そのまま宇宙にまで拡張できますが）

　原子核の放射性壊変（崩壊）や放射線は、後者の量子力学の確率的な世界であり、原子核を構成する核子、さらにはそれを構成する素粒子の間に働く力や「場」によって、放射性壊変の半減期や放射線の強度・エネルギーなどが決まります。
　それは、核外原子が関与する「化学反応」などの「マクロの世界」とは全く異なる物理法則が働いています。

　「量子力学」や「素粒子論」になると、少し理論中心になってしまいますので、「原子核物理」「放射性崩壊」あたりをキーワードに、書籍や解説サイトを物色してみてはいかがでしょうか。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8E%9F%E5%AD%90%E6%A0%B8%E7%89%A9%E7%90%86%E5%AD%A6

http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%94%BE%E5%B0%84%E6%80%A7%E5%B4%A9%E5%A3%8A

お礼

ありがとうございます。
「原子核物理」の範疇になるわけですね。physical review誌で言うなら「C」の分野という事ですね。普段は「B」の分野にしか興味が無かったので良く分かっていませんでした。(と言ってもcondensed matter physicsなら分かっているというわけでもないのですが)

補足

踏み込んで勉強するにせよ、しないにせよ、現状の理解を大まかに知っておきたいです。推理小説の犯人だけを教えてもらうようで恐縮なのですが、以下の2点教えていただけますか？

1. 例えば、陽子n個、中性子m個からなる原子核があるという条件だけから、その元素が理論的に安定核種になるか放射性同位体になるかを予測できますか？あるいは更に進んで、定量的に半減期を予測できますか？

2. 上記が可能として、そのエッセンスの部分を高校生に分かる程度の簡単に説明できればお願いします。

回答No.3

phosphole

もし化学結合、温度や圧力の影響が無い(あるいはほとんど影響しない)としたらそれはなぜですか？
言い換えるならば、多くの凝縮物質の物性が価電子の状態で決まるのに対し、放射性同位体の半減期は原子核の性質だけで決まるように見えるのはなぜですか

ご自分で書かれている通りなので、たぶん既にご理解されていると思いますが。
分子の構造や反応性は価電子レベルで決まります。もちろん、それ以上の構造体（超分子、凝縮系、細胞、etc)は価電子、あるいはもっとざっくりと分子の電荷分布などの粗視化した性質で決まっていくでしょう。逆に、内殻電子は分子（あるいはさらに高次の構造）の性状にはほとんど関与しません。さらに微視化した対象である原子核が化学～生物学レベルの現象に影響されることはありません。
ようするに、質問者さんがご自分で書いているように、40Kの性質は周りの環境に影響されないということになります。

自然の階層構造という言葉を聞いたことは有りますか？
我々が通常扱っている、生物学～化学レベルのエネルギーでは、原子核の状態を問題にする必要はありません。
逆に言えば、原子核の状態をどうこうすることもできません。

もちろん、内殻電子の状態を変えるレベル、さらに原子核の状態を直接変えるレベルのエネルギーを使っている場合、原子核の状態は問題になってくるでしょう。ただ、そのような高エネルギー状態では我々が生きていけません。

お礼

ありがとうございます。
No1-2の方へのお礼を書いている時と入れ違いになっていたせいか、回答がついていることに気づきませんでした。すみません。

回答No.1

bran111

放射性同位体の半減期は、どのような要因で決まりますか？

⇒原子核内の確率的な変化であって、原子核の種類によってのみ決まります。

化学結合、温度や圧力条件によって半減期が変化する事はありますか？

⇒ありません。

例えば、カリウム40の半減期は、バナナの中の物でも岩石の中の物でも同一ですか？

⇒おなじです。

もし化学結合、温度や圧力の影響が無い(あるいはほとんど影響しない)としたらそれはなぜですか？
言い換えるならば、多くの凝縮物質の物性が価電子の状態で決まるのに対し、放射性同位体の半減期は原子核の性質だけで決まるように見えるのはなぜですか？

⇒放射性同位元素が放射線を出すのは原子核内部の変化であって、核外電子の介在する化学反応とは無関係です。半減期は放射性同位元素の改編率の逆数に比例し、壊変率、つまり単位時間にいくつ壊変するかということは確率現象として決まると説明されています。

お礼

ありがとうございます。
とりあえず放射性同位体の半減期が、価電子の状態では決まらない事に関しては自信が持てました。