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ベリリウムの同位体

ベリリウムの同位体(ベリリウムのどういたい)は、幾つかの核種が確認されている。本稿では、それらについて解説する。ベリリウムの同位体に、中性子が存在しない核種は2012年現在確認されていない。したがって、ベリリウムの同位体の原子核は、必ず陽子4個と1個以上の中性子によって構成されていると考えられている。これらのうち安定同位体(安定核種)はBeのみである。他は寿命が短い核種(放射性同位体)ばかりであり、地球上では長くは存在し続けられず、現在の地球上で天然に存在するベリリウムは、基本的に全てBeとなっていると考えて良い。なお、標準原子量は9.012182uと、Beの質量に等しい。Beの原子核は、陽子4個と中性子1個から構成されている。したがって、その質量数5である。ところで、質量数5の原子は、地球上では安定して存在できないことが知られている。Beも極めて不安定であり、速やかに陽子を1つ放出してLiに変化する。ちなみに、このLiは、その後さらに陽子を1つ放出してHeとなって安定する。Beも極めて不安定である。ところで、Heは大変安定していることが知られている。これはHeの陽子と中性子の数が共に2であり、この2という数が魔法数であるからと説明されている。さらに、質量数5の原子は地球上では安定して存在できないことが知られており、Liも安定して存在できない。このため、Beは速やかに陽子を一気に2つ放出してHeに変化する。Beは、半減期約53日で電子捕獲によってLiとなって安定する。このBeは宇宙線などの影響により僅かに生成され続けているため、僅かに現在の地球でも見られる核種である。日本で2003年から約5年間行われた研究によれば、季節的要因による変動を除去したデータを解析した結果、Beの大気中濃度とマグニチュード5以上の地震の発生には有意な相関があり、地震発生日に減少している事が報告されている。Beの原子核は、陽子4個と中性子4個から構成されているわけだが、これも大変不安定な核種として知られている。ところで、陽子2個と中性子2個から構成されているHeは、大変安定していることが知られていることは既に述べた。このBeは、ちょうどHeの原子核2つ分に当たる。このためBeは速やかにα崩壊して、Heに変化する。したがって、Beが1つあったとすると、最終的にHeが2つになって安定する。なお、Beは、ヘリウムが溜まった古い恒星の内部において、He同士が核融合することで逐次生成され得る核種とされている。恒星の内部で水素の核融合によって合成されるヘリウムが溜まった古い恒星がある程度以上の質量を持っていた場合、その内部で起きているとされるトリプルアルファ反応においては、さらにHeを取り込んで融合し、Cとなると考えられている。このトリプルアルファ反応は大変起こりにくい反応とされているが、その理由はこのBeが不安定であり、すぐに2つのHeに分裂してしまうからと説明されている。既述の通り、Beはベリリウムの同位体の中で、唯一安定である。Beは、半減期100万年強の放射性同位体であり、β崩壊によってホウ素Bとなって安定する。このBeは宇宙線などの影響により僅かに生成され続けているため、僅かに現在の地球でも見られる核種である。化石燃料由来のC 急激な増加により放射性炭素年代測定が困難になったため、代わって利用されている。Beは、半減期10秒強の放射性同位体で、中性子ハローを持っていると考えられている。Beは、主にβ崩壊してBとなって安定するものの、一部はβ崩壊と同時にα崩壊も起こしてLiとなって安定することが知られている。なお、Beの崩壊に伴ってBが生成される確率は97.1%とされていて、残りの2.9%が同時にα崩壊も起こしてLiが生成されるとされる。Be、Be、Beは、中性子が多過ぎるためにいずれも極めて不安定である。したがって、何らかの形で崩壊して、最終的に全てホウ素になって安定することが知られている。Beと、それよりさらに中性子の多いベリリウムの同位体については、あまりに不安定であるために、その性質がよく知られていない。ベリリウムのように、1つの核種しか安定して存在していられない元素をと言う。モノアイソトピック元素としてベリリウムを見た時に特徴となっている点は、現在知られているモノアイソトピック元素の中で、原子核の陽子の数が偶数である(原子番号が偶数である)ものは、今のところベリリウムが唯一であるという点だ。他のモノアイソトピック元素は、全て原子核の陽子の数が奇数(原子番号が奇数)なのである。

出典:wikipedia

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