ウラン235の原子や状態で放射線量は変わりますか？

質問

放射性物質の崩壊は確率で支配されていると聞きますが、
ウラン235の原子を注意深く観察した場合、
崩壊するものと、そうでないものの原子や状態に差はあるのでしょうか？
仮に、全く差がないとすれば何が原因で、早く崩壊するものとそうでないものがあるのでしょうか？

回答No.5

alwen25 · ベストアンサー

＞例外というのはどういった状況でしょうか？とても気になります。

ＥＣ崩壊の場合は、化学状態により半減期が変わるという話は見たことがあります。

お礼

回答いただきありがとうございます。
探してみたところ、下記に論文がありました。
http://ci.nii.ac.jp/naid/110002078816

回答No.4

Tann3

No.1＆3です。

　「不思議」を強調し過ぎて、混乱させて申し訳ありません。
　質問者さんの認識のしかたで問題ないと思います。

　ただ、これらの「認識」から論理的に得られる結果が、一般的な常識とは違っている、ということです。

　たとえば一定時間経った時点での原子核は、ある確率で「崩壊している」か「まだ崩壊していない」状態で、これは確率論的に予測できます。量子論的には「重ね合わせ」の状態です。
　しかし、「シュレディンガーの猫」というパラドックスでは、箱の中に入った猫は「原子核が崩壊していれば死んでいる」「原子核が崩壊していなければ生きている」ということで、「観測しなければ重ね合わせの状態」、「観測すれば生きているか死んでいるかのどちらか」なのです。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%83%87%E3%82%A3%E3%83%B3%E3%82%AC%E3%83%BC%E3%81%AE%E7%8C%AB

　さらには、スピンが対となっている2個の電子を宇宙の果てまで引き離し、両方とも「正・負が各々１／２の確率で重ね合わせ」となっている状態で、一方を観測して「正」であれば、その瞬間に遠く離れたもう一方の電子のスピンが「負」に確定する、という「ＥＲＰパラドックス」というものもありますね。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A2%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%82%B7%E3%83%A5%E3%82%BF%E3%82%A4%E3%83%B3%EF%BC%9D%E3%83%9D%E3%83%89%E3%83%AB%E3%82%B9%E3%82%AD%E3%83%BC%EF%BC%9D%E3%83%AD%E3%83%BC%E3%82%BC%E3%83%B3%E3%81%AE%E3%83%91%E3%83%A9%E3%83%89%E3%83%83%E3%82%AF%E3%82%B9

　また、原子核の崩壊とは関係ありませんが、量子論による「粒子と波動の二重性」や「存在確率」のパラドックスとしての「二重スリットの実験」の話もあります。
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E4%BA%8C%E9%87%8D%E3%82%B9%E3%83%AA%E3%83%83%E3%83%88%E5%AE%9F%E9%A8%93

　これらが、質問者さんのおっしゃるように、原子核の内部構造や素粒子間の力学的関係が解明されれば明らかになる決定論的なものが物理の本質なのか（現時点で未解明なだけ）、量子論のように「観測しない限り確定しない」というのが物理的本質なのか、現時点では決着が付いていません。ここ100年の物理学の経過では、どうやら後者に分があるようなのですが（原子核の崩壊の理論もこれですよね）、これは考えれば考えるほど、私には不思議でならないのです。

　個人的な印象（あまり科学的ではない）を強調した回答で、混乱させて申し訳ありません。

お礼

回答いただきありがとうございます。
いえいえ、とても参考になりました。私も、指摘されなければ、寿命と半減期についてあやふやなままでいた気がします。とても助かりました。
また、様々なパラドックスがありますよね。私も聞いたりしますがそのたびに日常問題に置き換えられないか考えたりしています。

補足

そういえば、シュレディンガーの猫も昔から釈然としなかったのですよね。
しかし、日常生活に置き換えてみると、以外と毎日経験してる？と思う点も多く不思議を感じないことに不思議を感じ質問させていただきました。
もしよろしければ、教えていただけると幸いです。
http://oshiete.goo.ne.jp/qa/8181716.html

回答No.3

Tann3

No.1です。

　No.2さんの「お礼」の中で、

>それは、同じ元素であれば、単純に同じ性質（同じ半減期）を持つだけではないでしょうか？
>どのあたりが不思議なのかよく分かりません。

と書かれているあたり、おそらく大きな勘違いをしているのではないかと思います。

　つまり、「単純に同じ性質（同じ半減期）」とは、正規分布のランダム事象のように「その原子核の68％は、半減期±標準偏差の時間の範囲内に崩壊する」のように解釈していませんか？　人間の平均寿命のような。
　そうではありません。

　単位時間に崩壊する原子核数は、その時の原子核数に比例して、

　　　ｄＮ／ｄｔ　＝　－λ・Ｎ　　（λ：崩壊定数、あるいは壊変定数、　λ≒　0.693/半減期　）

となります。
（詳しくは、
　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%8D%8A%E6%B8%9B%E6%9C%9F
などを見てください）

　1つの原子核にとっては、

　　　（１／Ｎ）（ｄＮ／ｄｔ）　＝　－λ

ということで、時間に依存しない、常に一定確率で崩壊するということです。
　この中には、「早く崩壊する」「長時間後に崩壊する」という要素はありません。

お礼

回答いただきありがとうございます！

私も、実は、何か勘違いしているようなしていないようなボヤーッとしたイメージで、何が不思議なのか不思議でないのか分からないでおります。アドバイスいただけると本当に助かります。また、間違っていましたら指摘していただけると助かります。

「単純に同じ性質（同じ半減期）」と考えましたのは、
放射性元素が崩壊する時、確率的に崩壊すると聞きまして、人の寿命は違うような気がしました。そこで思いついたのが、1つの原子の崩壊を、人工衛星同士が運悪く大型デブリにたまたまぶつかって壊れる確率や、スケートリンクにピンポン球を入れて常に転がし続けたまたま衝突する確率を想像しました。もしくは、宝くじに当選する確率、コイン投げでいずれかが出る確率などでも良いかと思います。
これらは全て確率的に日常起こりえる話ですし極々、日常的な感覚？という気がしています。

回答No.2

doc_somday

＃１のお答えのように物理・化学状態によって半減期（平均寿命で考えても同じ）は変化しません。
例外はあるようですが、それは極端に異様な条件下のみで無視出来ます。

不思議な事に充分多数の原子を観測すれば、一カ所にまとまっていなくても、例えば宇宙の任意の場所から大きな数の同じ放射性同位元素を拾ってきて観測出来たとすると（観測者問題を無視出来る範囲で）そこでも半減期は変化しません。
これは時間を無視して「放射性同位元素の任意の原子」は他の「全宇宙の全ての」同じ原子と通信し、時間を遡って結果的に自分が崩壊するべきかどうか決めているように見えるのです。

お礼

回答いただきありがとうございます。

例外というのはどういった状況でしょうか？とても気になります。
また、元素を構成する素粒子の状態を観察や影響を与えることができれば（素粒子ですので直接の観察は難しそうですが）予測することはできないのでしょうか？

それは、同じ元素であれば、単純に同じ性質（同じ半減期）を持つだけではないでしょうか？逆に、一カ所にあるものを複数箇所に分けても、同じ時間経過した場合、崩壊した元素の総数はは一カ所にあっても複数箇所にあっても変わりませんので、どのあたりが不思議なのかよく分かりません。

回答No.1

Tann3

そう、不思議ですよね。

　「早く崩壊するものとそうでないもの」の差は全くありません。1個1個の原子核が1時間後にどうなっているかは予測できず、たくさんの原子核を集めてくれば統計的に「半減期の時間が経つと半分に減っている」ということなのです。
　原子核の中に何らかのメカニズムがあるのでしょうが、それはまだ解明されていません。個別の原子核どうしで相互に何らかの連絡を取り合っているとも思えませんし。

　ウラン235の半減期は7億400万年なので、「めったに崩壊して放射線を出さない」方かもしれません。ただ、「早く崩壊する原子核とそうでないもの」に区別がないことは、半減期がミリ秒オーダーの原子核から、秒、時間、日、年オーダーのものまで、その核種によって固有のものであることは同じです。
　まるで、「天の上から神が操っている」ようですね。

お礼

回答いただきありがとうございます。
原子核の構成物質は分かっているようですが、中は観察できないのでしょうかね？
また、元素に明確に決まっていると言うことは、元素の構成要素に原因がありそうですね。