テクネチウムの謎

質問

私は今高校三年生なのですが、適当に周期表を見ていたら、
前後は天然に存在するのに、突然テクネチウムが人工である
という事に気がつきました。安定な同位体が存在しないのだろうな、
と思ってネット検索などして調べもしましたが、なぜ突然テクネチウムの所で
安定な同位体がなくなるのか、それが全然分かりません。陽子数が43個だと、
安定な形を作れないのでしょうか？

私は所詮高校の知識しか持ち合わせていないので、あまり専門的な事は分かりませんが、
核力はかなり強い力であるはずなのに、なぜここだけ不安定なのでしょうか。
陽子同士の反発力が関係してくる・・・というのは違うでしょうし。

概要だけでも、この辺は結構興味のある部分でもあるので知りたいのですが、
もし高校の知識では100％説明不可能でしたら、その旨お知らせください。
諦めて大学で勉強します。ちなみに、志望学部は理学部物理学科です。

回答No.2

guiter · ベストアンサー

物理学にかかわっているので専門家に印をつけましたが、
原子核の専門家ではないのであしからず。

＞核力はかなり強い力であるはずなのに
強い相互作用は短い距離しか力が届かない短距離力なので
それぞれの核子は自分の周りの核子としか相互作用していません。
（高校物理で出てくる重力、電磁気力は無限に遠くまで届きます。）
したがって、原子核というものは haruka0322 さんが
イメージしているほど強く結びついているわけではありません。

＞陽子数が43個だと安定な形を作れないのでしょうか？
原子核の話で魔法数(magic number)というものがあります。
例えば元素では，希ガスと呼ばれる原子番号 2,10,18...
などの元素が安定になっているように、
原子核でも核子の数が2，8，20，28，50，82個のときに特に結合が強くなることや、
これらの数の陽子や中性子をもつ原子核が天然に多く存在することがわかっています。

今のご質問ではその逆で不安定ということでしたが、
実は、なぜこのような数字のときに安定となるのか
詳しいことはまだわかっていないのが現状です。
昔、原子核の専門家に聞いた原子番号100程度の原子核の崩壊の話ですが、
ある同位体と別の同位体では寿命が10桁も違うということでした。
中性子の数が少し変わるだけで状況ががらりと変わっています。

少し話はそれますが、陽子はuud(u:up,d:down)というように
アップクォーク２つとダウンクォーク１つで出来ていますが、
これら３つのクォークやグルーオン（強い力を媒介する粒子）が
どのように働きあって陽子のスピン1/2を作り出しているのかも実はよくわかっていません。

強い力についての理解がなかなか進まない理由の１つとしては、
言葉のとおり力が強いので電磁気力のように
高次の項の影響を無視して近似計算することが出来ないということがあげられます。

まだまだ、haruka0322 さんの活躍の場が残ってる分野ですので、
ぜひ頑張ってみてください。

お礼

＞核力について
あ～、そういえばそうでしたね。ですが、核子がくっ付いてれば（距離がかなり近ければ）
結構強い力・・・なのですよね？

＞マジックナンバーについて
ウチの高校の物理教師に東京工業大学理学部物理学科修士課程卒の
結構詳しい知識も持っている先生に、入試物理とはまったく関係ない質問とか
色々しまくってるのですが、ヘリウムは結合エネルギーがなんで
飛び出して大きいのか聞いたとき、マジックナンバーの事について
少し話してもらってました。その逆で、何故か不安定な状況、というのもあるんですか・・・。

要するに、まだまだ未知の事が多いから、頑張れば大活躍できる！
という事ですね。めちゃくちゃ面白そうだ～。
宇宙の成り立ちや色んな法則とかも学びたいんで、とりあえず今は
気合いれて受験勉強しておきます。

詳しいお返事、本当にありがとうございました。

回答No.3

siegmund

guiter さん，お久しぶりです．

私も物理屋ですが，原子核理論はさっぱりです．

質問にあるとおり，テクネチウムはほとんど天然には存在せず，
最初に人工合成された元素でもあります．
そういうことからテクネチウム(ギリシア語の人工という意味から来ている)
と名付けられました．

原子番号84番のポロニウム以降はすべて安定核種が存在しませんが
(つまり，放射性で壊変する)，
それより前の元素で安定核種が存在しないのが２つだけあります．
１つは質問のテクネチウム，もう一つは原子番号61番のプロメチウムです．

なぜ，テクネチウムとプロメチウムが「途中」で不安定なのかは，
原子核理論専攻の大学院レベル以上でしょう．
不安定の理由が明確にわかっているかどうかは知識不足で私は知りません．

なお，原子番号43の元素は一時ニッポニウムとされていた時期があります．
ここら辺の事情につきましては
http://oshiete1.goo.ne.jp/kotaeru.php3?q=206305
をご覧ください．

haruka0322 さんは高三ですか．
１０年くらい経ったら，テクネチウムが不安定な理由を
私が教えてもらうことになるかも...

お礼

お返事ありがとうございます。
プロメチウムのことも気付いていたのですが、
恐らくテクネチウムと理由は似たような物だろうと思って
聞いていませんでした。で、ニッポニウムですが、
HPを検索したときや、質問前のここの検索で発見してました。
原子核理論を専攻するかは分かりませんが、理学部物理学科志望は確定なので、
大学いけばちょっとは分かるのかな？なんて思ってます。
にしても、強い力ってよく分かりませんわ。調べてみたのですが、
グルーオンがどうのこうのって・・・。この辺は今考え込んでも
分かるわけがないので、焦らず大学に入ってからにします。

にしても、高校物理を勉強してると、訳分からない事が出てきすぎです。
別に物理の問題とかが分からない訳ではないのですが・・・。
まぁしょうがないのだろうけど。

出来るだけ自分で調べたり、学校の先生に聞いたりしますが、
もし何かあったらまたよろしくお願いします。ありがとうございました。

回答No.1

noname#25358

素人です。

　中学の頃、先生に「原子番号１２０番だか１２２番以降は、安定同位体が作成可能」という話をきいたことがあります。
　これが何か参考になりますか？