崩壊連鎖

Series of radioactive decays

核科学において、崩壊系列とは、特定の不安定な化学元素の原子核が起こす 予測可能な一連の放射性崩壊を指します。

放射性同位体は通常、安定同位体に直接崩壊するのではなく、別の放射性同位体へと崩壊します。この放射性放出によって生成された同位体は、その後、別の、多くの場合は放射性同位体へと崩壊します。この崩壊連鎖は常に安定同位体で終結し、その原子核はもはや新たな放射線放出に必要な余剰エネルギーを持たなくなります。このような安定同位体は、基底状態に達したと言われます。

崩壊系列の段階またはステップは、前の段階または後続の段階との関係によって参照されます。したがって、親同位体とは、崩壊して娘同位体を形成する同位体です。たとえば、元素番号 92 のウランには、中性子 144 個 ( ²³⁶ U )の同位体があり、これは元素番号 90 のトリウムの同位体で中性子 142 個 ( ²³² Th ) に崩壊します。娘同位体は安定している場合もあれば、それ自体が崩壊して別の娘同位体を形成する場合もあります。²³² Th がラジウム 228に崩壊するときに、この状態になります。娘同位体の娘、たとえば^{228 Ra は、}孫同位体と呼ばれることもあります。²²⁸ Ra はさらに 8 回の崩壊と変化を経て、安定同位体である²⁰⁸ Pbが生成され、 ²³⁶ U の崩壊系列が終了します。

親同位体の原子が娘同位体に崩壊するのにかかる時間は、根本的に予測不可能であり、大きく異なります。個々の原子核について、このプロセスの原因を特定できるかどうかは分かっておらず、したがって、崩壊が起こる時期は完全にランダムです。唯一予測できるのは統計的なものであり、崩壊の平均速度を表します。この速度は、同位体に固有の崩壊定数（λ ）で減衰する指数分布の曲線を調整することで表すことができます。この理解に基づくと、不安定な原子の初期集団の放射性崩壊は、時間tにわたってe ^{− λt}で示される曲線に従います。

この分析から、放射性物質の最も重要な特性の一つである半減期が明らかになる。これは、ある数の放射性原子の半分が崩壊するのにかかる時間を指し、同位体の崩壊定数λと反比例関係にある。半減期は多くの放射性核種について実験室で測定されており、ほぼ瞬時に崩壊するもの（水素5は光子が原子核の端から端まで移動するよりも短い時間で崩壊する）から、宇宙の年齢よりも14桁も長いもの（テルル128の半減期は2.2 × 10 ²⁴ 年。

ベイトマン関数による²⁴¹ Puの量計算

ベイトマンの式は、ある崩壊系列が十分長く進行し、その娘核種の一部が系列の安定端（すなわち非放射性端）に達した時点で、その崩壊系列を構成するすべての同位体の相対量を予測する。この状態に達した崩壊系列は、数十億年かかることもあり、平衡状態にあると言われる。平衡状態にある放射性物質のサンプルは、それを構成する同位体が崩壊系列を進むにつれて、一定量かつ着実に放射能を減少させる。一方、放射性物質のサンプルが同位体濃縮されている場合、つまり、崩壊系列が放射性同位体の存在の唯一の原因である場合に存在する量よりも多くの放射性同位体が存在する場合、そのサンプルは平衡状態ではないと言われる。この非平衡の直観に反する結果として、濃縮物質のサンプルでは、​​親核種よりも放射能の高い娘核種が蓄積するにつれて、放射能が増加することがある。濃縮ウランと劣化ウランの両方がこの現象の例である。

歴史

化学元素は二つの段階を経て誕生しました。第一段階はビッグバン直後に始まりました。宇宙誕生から10秒から20分後にかけて、軽い原子の最初の凝縮が起こり、最も軽い4つの元素が作られました。この原始的な生成の大部分は、水素の最も軽い3つの同位体（陽子、重水素、三重水素）と、ヘリウムの既知の9つの同位体のうち2つ（ヘリウム3とヘリウム4）で構成されていました。また、微量のリチウム7とベリリウム7も生成されたと考えられます。

知られている限りでは、より重い元素はすべて、約 1 億年後、最初の星の誕生とともに始まった元素合成の第二段階で生成し始めた。^[1]恒星の進化の原動力となる原子核反応炉は、ヘリウムより重いすべての元素を大量に生成するために必要であり、恒星の中心核で起こる中性子捕獲のr過程とs 過程は、鉄とニッケル(原子番号 26 と 28)までのすべての元素を生成したと考えられている。超新星爆発に伴う極限条件は、酸素とルビジウム(原子番号 8 から 37)の間の元素を生成することが可能である。安定同位体のないもの (原子番号が鉛の 82 より大きいすべての元素) を含むより重い元素の生成は、中性子星の合体中に放出される自由中性子の膨大な濃度の中で起こる r 過程元素合成に依存していると思われる。

現在地球上に存在する各化学元素の同位体のほとんどは、遅くとも約 45 億年前に地球が原始惑星系円盤から凝縮した時点までに、このようなプロセスによって形成されました。これらのいわゆる原始元素の例外は、不安定な親原子核がいくつかの崩壊系列の 1 つを進むにつれて放射性崩壊によって生じた元素であり、各崩壊系列の最後には、存在が知られている 251 の安定同位体のいずれかが生成されます。宇宙または恒星内元素合成および崩壊系列以外では、化学元素を生成する唯一の方法は、原子兵器、原子炉 (天然または人工)、または粒子加速器を使用して原子核を原子ごとに組み立てる面倒な作業です。

不安定同位体は、一定の速度で娘核生成物（場合によってはさらに不安定になることもあります）に崩壊します。最終的には、多くの場合、一連の崩壊の後、安定同位体に到達します。宇宙には 251 個の安定同位体が存在します。安定同位体では、軽い元素は通常、重い元素よりも原子核内の中性子と陽子の比率が低くなります。ヘリウム 4などの軽い元素は、中性子と陽子の比率が 1:1 に近くなります。ウランなどの最も重い元素は、陽子あたりの中性子の数が 1.5 個近くになります（例えば、ウラン 238では 1.587 個）。鉛 208 より重い核種は安定しません。これらの重い元素は、主にアルファ崩壊によって質量を失って安定を達成する必要があります。中性子と陽子の比（n/p）が高い同位体が崩壊するもう1つの一般的な方法はベータ崩壊です。ベータ崩壊では、核種の元素のアイデンティティが同じ質量数を維持し、n/p比が低下します。比較的低いn/p比を持つ一部の同位体では、逆ベータ崩壊が起こり、陽子が中性子に変換されて安定同位体に向かって変化します。ただし、核分裂ではほぼ常に中性子が重い生成物が生成されるため、陽電子放出や電子捕獲は電子放出に比べてまれです。約207までの個別の重量とそれを超えるいくつかの重量に対して、少なくとも2つ（重いベータ崩壊と軽い陽電子崩壊）の比較的短いベータ崩壊系列が多数ありますが、より質量の大きい元素（鉛より重い同位体）の場合は、すべての崩壊系列を網羅する経路は4つしかありません。^[要出典]これは、主な崩壊方法が2つしかないためです。1つは質量数を4減少させるアルファ線崩壊、もう1つは質量数を変化させないベータ線崩壊です。4つの崩壊経路はそれぞれ4n崩壊、4n + 1崩壊、4n + 2崩壊、4n + 3崩壊と呼ばれます。原子質量を4で割った余りが、同位体が崩壊する際に辿る崩壊系列となります。他の崩壊モードもありますが、それらはアルファ崩壊やベータ崩壊よりも発生確率が低くなります。 （これらの連鎖に分岐がないと考えるべきではない。下の図はいくつかの連鎖の分岐を示しているが、実際にはもっと多くの分岐が存在する。なぜなら、図に示されているよりもはるかに多くの同位体が存在するからである。）例えば、合成されたニホニウム278の3番目の原子は、メンデレビウム254への6回のアルファ崩壊を経て、続いてフェルミウム254への電子捕獲（ベータ崩壊の一種）を経て、カリホルニウム250への7回目のアルファ崩壊を経て^[2]、本稿で示した4n + 2連鎖（ラジウム系列）を辿ることになる。しかし、最も重い超重合成された核種は4つの崩壊系列には到達しない。なぜなら、連鎖を終結させる数回のアルファ崩壊後に自発核分裂核種に到達するからである。これは、合成されたニホニウム278の最初の2つの原子に起こったことであり、^{[3] [4]、}生成されたより重い核種すべてに起こったことである。

これらの連鎖のうち3つは、上部付近に長寿命同位体（または核種）を有しています。この長寿命核種は、連鎖が非常にゆっくりと流れる過程におけるボトルネックとなり、その下にある連鎖を流れによって「生かし」ます。3つの長寿命核種は、ウラン238（半減期44億6300万年）、ウラン235（半減期7億400万年）、そしてトリウム232（半減期141億年）です。4つ目の連鎖には、上部付近にこのような長寿命のボトルネック核種がないため、連鎖はずっと以前に最後のビスマス209まで崩壊しています。この核種は長い間安定していると考えられていましたが、2003年に半減期が201億年と非常に長く、不安定であることが判明しました。^[5]これは安定なタリウム205に至る崩壊連鎖の最終段階です。このボトルネックは非常に長寿命であるため、最終崩壊生成物はごく微量しか生成されておらず、実用上はビスマス209が最終崩壊生成物となります。

太陽系の歴史の最初の数百万年間、より不安定な高質量核種が存在し、崩壊して消滅した核種も含まれていたため、4つの連鎖はより長くなっていました。特に、²⁴⁴ Pu、²³⁷ Np、²⁴⁷ Cmは半減期が100万年を超えており、それぞれ4n、4n+1、4n+3連鎖の上位でボトルネックとなっていたと考えられます^[6]。244 Puと^{247 Cmは存在していたことが確認されています。（4n+2連鎖において、 238} Uより上位で半減期が100万年を超える核種は存在しません。）今日、これらのかつて消滅した同位体の一部は、新たに製造されたため、再び存在しています。こうして、それらは再び崩壊連鎖の重要な位置を占める。核兵器に使用されるプルトニウム239はその代表例であり、アルファ線崩壊によってウラン235に崩壊し、半減期は24,500年である。また、ネプツニウム237の大量生産も行われ、消滅した第4の崩壊連鎖が復活した。^[7]以下の表は、4つの崩壊連鎖を、質量数249から252のカリホルニウム同位体から開始している。

4つの崩壊連鎖経路の要約

シリーズ名	トリウム	ネプツニウム	ウラン	アクチニウム
質量数	4 n	4 n +1	4 n +2	4 n +3
長寿命核種	232 Th ( 244 Pu)	209 Bi ( 237 Np)	238ウ	235 U ( 247 Cm )
半減期 （数十億年）	14.1 (0.0813)	20 100 000 000 (0.002144)	4.463	0.704 (0.0156)
チェーンの終わり	208鉛	205トル	206鉛	207鉛

これら 4 つのチェーンは、次のセクションの図にまとめられています。

腐敗の種類

この図は、本文で説明されている 4 つの崩壊系列、すなわちトリウム (4n、青)、ネプツニウム (4n+1、ピンク)、ラジウム (4n+2、赤)、およびアクチニウム (4n+3、緑) を示しています。

放射性崩壊の最も一般的な4つのモードは、アルファ崩壊、ベータ崩壊、逆ベータ崩壊（陽電子放出と電子捕獲の両方と考えられる）、そして異性体遷移です。これらの崩壊過程のうち、アルファ崩壊（ヘリウム4原子核の核分裂）のみが原子核の原子質量数（A ）を変化させ、常に4減少させます。このため、ほとんどすべての崩壊において、原子質量数が4を法として同じ残基を持つ原子核が生成されます。これにより、核種は4つのクラスに分類され、それぞれが主要な崩壊系列を形成します。

これらのうち3つは自然界で容易に観察され、一般的にトリウム系列、ラジウムまたはウラン系列、アクチニウム系列と呼ばれ、これら4つのクラスのうち3つを代表し、鉛の3つの異なる安定同位体で終わります。系列中の各同位体の質量数は、それぞれA  = 4 n、A  = 4 n  + 2 、A = 4 n  + 3と表すことができます。これらの3つの同位体の長寿命の開始同位体であるトリウム232、ウラン238、ウラン235は、1940年代以降に生成された人工同位体とその崩壊を除けば、地球形成以来存在しています。

開始同位体ネプツニウム237の半減期が比較的短い（214万4000年）ため、 A  = 4 n + 1のネプツニウム系列の第4系列は、 最終律速段階であるビスマス209の崩壊を除いて、自然界ではすでに消滅している。しかし、ウラン鉱石中の中性子反応の結果として、痕跡量の^{237 Npとその崩壊生成物が自然界に存在する。天然トリウムによる中性子捕獲によって233} Uが生成される可能性もある。^[8]この系列の最終同位体は現在、タリウム205であることが知られている。いくつかの古い情報源では最終同位体はビスマス209とされているが、2003年にビスマス209は半減期が214万4000年と非常にわずかに放射性であることが発見された。2.01 × 10 ¹⁹ 年^[9 ]

軽元素の不安定同位体には、超ウラン元素以外の崩壊系列も存在します。例えば、マグネシウム28や塩素39などが挙げられます。地球上では、1945年以前のこれらの崩壊系列の出発同位体のほとんどは、宇宙放射線によって生成されました。1945年以降、核兵器の実験と使用によって、多数の放射性核分裂生成物も放出されました。このような同位体のほとんどは、β−崩壊またはβ＋崩壊のいずれかのモードで崩壊し^、同じ^原子量で1つの元素から別の元素へと変化します。このような崩壊系列の後半の娘核種は、ベータ安定に近いため、一般的に半減期が長くなります。

重原子核（アクチニド）崩壊系列

半減期によるアクチニドと核分裂生成物 v t e
アクチニド[10]崩壊系列による				半減期 範囲（a）	235 Uの核分裂生成物の収量[ 11]
4 n （トリウム）	4 n + 1 （ネプツニウム）	4 n + 2 （ラジウム）	4 n + 3 （アクチニウム）		4.5～7%	0.04～1.25%	<0.001%
228ラ№				4～6歳		155ユー・ユー
248ページ[12]				> 9 a
244センチメートル	241 Puƒ	250立方フィート	227 Ac№	10～29歳	90シニア	85クローネ	113m Cdþ
232 Uƒ		238 Puƒ	243センチメートル	29～97年	137セシウム	151スモールþ	121m Sn
	249 Cfƒ	242m午前​		141～351年	100 a～210 ka の範囲に半減期を持つ核分裂生成物はありません...
	241午前​		251 Cfƒ[13]	430～900年
		226ラ№	247ページ	1.3～1.6千年前
240プエルトリコ	229番目	246センチメートル	243午前​	4.7～7.4千年前
	245センチメートル	250センチメートル		8.3～8.5千年
			239 Puƒ	24.1万
		230番目​	231パ№	32～76万年前
236 Npƒ	233 Uƒ	234 U№		15万～25万年前	99 Tc₡	126スン
248センチメートル		242プソム		327～375万年前		79セ₡
				133万	135セシウム₡
	237 Npƒ			161万～650万年前	93 Zr	107パド
236ウ			247センチメートル	1500万～2400万年前		129 I₡
244プソム				8000万	...1570万年以降も存在しない[14]
232番​		238 U№	235 Uƒ№	0.7～14.1億年
₡、熱中性子捕獲断面積は8～50バーンの範囲である ƒ、  核分裂性 №、主に天然放射性物質（NORM） þ、  中性子毒（熱中性子捕獲断面積が3kバーン以上）

以下の4つの表では、非常に小さな崩壊分岐（分岐確率が100万分の1未満）は省略されている。自発核分裂も省略されているが、最も重い偶数原子核ではこれよりも大きく、トリウムまで検出可能である。特に断りのない限り、すべての核データは^[9]から引用されている。同位体の歴史的な名称は^{[15]に記録されている。}

放出されるエネルギーには、放出されたすべての粒子（電子、アルファ粒子、ガンマ量子、ニュートリノ、オージェ電子、X線）と反跳崩壊生成物の原子核の全運動エネルギーが含まれます。これは原子質量から計算される値と一致します。「a」は年を表します（ラテン語のannusに由来）。

表には（ネプツニウム系列を除く）、天然核種の歴史的な名称も記載されています。これらの名称は、崩壊系列が初めて発見され研究された当時に使用されていました。記載されている体系は1920年代にようやく確定しましたが、それ以前の名称も記載すると混乱を招く恐れがあります。したがって、これらの歴史的な名称から、現代​​の同位体名称を見つけることができます。

以下に示す3つの原始的元素連鎖、すなわちトリウム、ウラン/ラジウム（ウラン238から）、アクチニウム（ウラン235から）は、それぞれ固有の鉛同位体（それぞれ鉛208、鉛206、鉛207）で終結します。すべての鉛同位体は安定しており、自然界にも原始核種として存在するため、岩石の正確なウラン-鉛年代測定には、原始起源のみを持つ鉛204と比較して過剰な量が必要です。複数の元素を相関させることで、より高精度な鉛-鉛年代測定が可能になります。

トリウム系列

トリウム232の4n系列は、一般に「トリウム系列」または「トリウムカスケード」と呼ばれます。この系列は鉛208で終わり、トリウムからの 6回のアルファ崩壊と4回のベータ崩壊が起こります。

プルトニウム244（トリウム232より数段階上位の元素）は初期の太陽系に存在しており^[6]、寿命が十分長いため、現在でも微量に存在するはずであるが^[16]、おそらく検出されていない^{[17] 。}

トリウム232から鉛208に放出される全エネルギーは、ニュートリノに失われるエネルギーを含めて42.65MeVです。カリホルニウム252からは71.11MeVです。カリホルニウム252は4つの連鎖の中で最大ですが、これは生成物の殻安定性を考えると当然のことです。

核種	歴史的な名前		減衰モード	半減期 （a = 年）	放出エネルギー MeV	崩壊生成 物
	短い	長さ
252 cf			α	2.645 a	6.217	248センチメートル
248センチメートル			α	3.48 × 105 a	5.162	244プソム
244プソム			α	8.13 × 107時	4.666	240ユニット
240ユニット			β −	14.1時間	0.382	240m北緯[18]
240m北緯			IT 0.12% β − 99.88%	7.22分	0.018 2.209	240 Np 240 Pu
240ヌプ			β −	61.9分	2.191	240プエルトリコ
240プエルトリコ			α	6561 a	5.256	236ウ
236ウ		トルラン[19]	α	2.342 × 107時	4.573	232番目
232番目	Th	トリウム	α	1.40 × 1010時	4.082	228ラ
228ラ	ミス・スール1	メソトリウム1	β −	5.75 a	0.046	228エーカー
228エーカー	ミス・スティーヴン・2	メソトリウム2	β −	6.15時間	2.123	228番目
228番目	RdTh	放射性トリウム	α	1.9125 a	5.520	224ラ
224ラ	THX	トリウムX	α	3.632日	5.789	220ルン
220ルン	テネシー州	トロン、 トリウムの放射	α	55.6秒	6.405	216ポ
216ポ	ThA	トリウムA	α	0.144秒	6.906	212鉛
212鉛	ThB	トリウムB	β −	10.627時間	0.569	212ビ
212ビ	ThC	トリウムC	β − 64.06% α 35.94%	60.55分	2.252 6.207	212 Po 208 Tl
212ポ	ThC′	トリウムC′	α	294.4ナノ秒	8.954	208鉛
208トル	ThC″	トリウムC″	β −	3.053分	4.999	208鉛
208鉛	ThD	トリウムD	安定した

ネプツニウム系列

ネプツニウム237の4n+1系列は、一般に「ネプツニウム系列」または「ネプツニウムカスケード」と呼ばれます。この系列に含まれる同位体のうち、天然に大量に存在するのは最後の2つ、ビスマス209とタリウム205の2つだけです。その他の同位体も自然界で検出されており、これらは原始核種²³⁸ Uにおける(n,2n)ノックアウト反応によって生成された微量の^{237 Npに由来しています。 [8]}

この系列は1947年から1948年にかけて発見・研究されたため、^[20]その核種には歴史的な名称が与えられなかった。4つの崩壊系列の中で唯一、この崩壊系列は、主崩壊系列ではなく、稀な分岐（図には示されていない）でのみ生成されるラドン同位体を持つ。そのため、この崩壊系列のラドンは岩石中をほとんど移動しない。また、鉛ではなくタリウム（または、実質的にはビスマス）で終わるのも特徴的である。この崩壊系列は、安定同位体タリウム205、ネプツニウムからの 8回のアルファ崩壊、および4回のベータ崩壊で終わる。

ネプツニウム237からタリウム205に放出される全エネルギーは、ニュートリノに失われるエネルギーを含めて49.29MeV、カリホルニウム249からは66.87MeVです。ビスマスからタリウムへの最終段階のエネルギーは既知ではあるものの、想像を絶する未来まで明らかにならないため、ビスマス209については46.16MeV、タリウム205については63.73MeVという数字を引用する方が適切かもしれません。

核種	減衰モード	半減期 （a = 年）	放出エネルギー MeV	崩壊生成物
249 cf	α	351 a	6.293	245センチメートル
245センチメートル	α	8250 a	5.624	241プソム
241プソム	β − 99.9975% α 0.0025%	14.33 a	0.021 5.140	241アム 237ウラン
241午前	α	432.6 a	5.638	237番号
237ウ	β −	6.752日	0.518	237番号
237番号	α	2.144×10 6 a	4.957	233パウエル
233パウエル	β −	26.98日	0.570	233ウ
233ウ	α	1.592×10 5 a	4.909	229番目
229番目	α	7920 a	5.168	225ラ
225ラ	β − 99.9974% α 0.0026% [21] [a]	14.8日	0.356 5.097	225 Ac 221 Rn
225エーカー	α	9.919日	5.935	221金
221ルン	β − 78% α 22%	25.7分	1.194 6.163	221フランス 217ポーランド
221金	α 99.9952% β − 0.0048%	4.801分	6.457 0.313	217 221 Raで
221ラ	α	25秒	6.880	217ルン
217ポ	α 97.5% β − 2.5%	1.53秒	6.662 1.488	213 Pb 217 At
217アット	α 99.992% β − 0.008%	32.6ミリ秒	7.202 0.736	213 Bi 217 Rn
217ルン	α	590μs	7.888	213ポ
213鉛	β −	10.2分	2.028	213ビ
213ビ	β − 97.91% α 2.09%	45.6分	1.422 5.988	213 Po 209 Tl
213ポ	α	3.705マイクロ秒	8.536	209ペソ
209トル	β −	2.162分	3.970	209ペソ
209ペソ	β −	3.235時間	0.644	209ビ
209ビ	α	2.01×10 19 a	3.137	205トル
205トル	安定した

1. 他の場所で見られる0.026%という値は誤植です。元のデータはここに引用されています。

ウラン系列

（より包括的なグラフ）

ウラン238の4n+2系列は「ウラン系列」または「ラジウム系列」と呼ばれます。後者は、命名当時最初に知られていたラジウム226に由来します。この系列は鉛206で終わり、ウランからの8回のアルファ崩壊と6回のベータ崩壊が起こります。

ニュートリノに失われたエネルギーを含め、ウラン 238 から鉛 206 に放出される総エネルギーは 51.69 MeV です。カリホルニウム 250 の場合は 68.28 MeV です。

核種	歴史的な名前		減衰モード	半減期 （a = 年）	放出エネルギー MeV	崩壊生成 物
	短い	長さ
250立方フィート			α	13.08 a	6.128	246センチメートル
246センチメートル			α	4760 a	5.475	242プソム
242プソム			α	3.75×10 5 a	4.984	238ウ
238ウ	私たち	ウランI	α	4.463×10 9 a	4.270	234番目
234番目	UX1​	ウラン1個	β −	24.11日	0.195	234m Pa [18]
234m Pa	UX 2、Bv	ウラン× 2 ブレビウム	IT 0.16% β − 99.84%	1.16分	0.079 2.273	234 Pa 234 U
234パ	ウズベキスタン	ウランZ	β −	6.70時間	2.194	234ウ
234ウ	U II	ウランII	α	2.455×10 5 a	4.858	230番目
230番目	イオ	イオニウム	α	7.54×10 4 a	4.770	226ラ
226ラ	ラ	ラジウム	α	1600年	4.871	222ルン
222ルン	ルン	ラドン、 ラジウム放射	α	3.8215日	5.590	218ポ
218ポ	RaA	ラジウムA	α 99.98% β − 0.02%	3.097分	6.115 0.257	214 Pb 218 At
218アット			α 100% β −	1.28秒	6.876 2.883	214 Bi 218 Rn
218ルン			α	33.75ミリ秒	7.262	214ポ
214鉛	RaB	ラジウムB	β −	27.06分	1.018	214ビ
214ビ	ラク	ラジウムC	β − 99.979% α 0.021%	19.9分	3.269 5.621	214ポ 210トル
214ポ	RaC'	ラジウムC'	α	163.5マイクロ秒	7.833	210ペソ
210トル	RaC"	ラジウムC	β − β − n 0.009%	1.30分	5.481 0.296	210 Pb 209 Pb（ネプツニウム系列）
210ペソ	ラド	ラジウムD	β − α 1.9×10 −6 %	22.2 a	0.0635 3.793	210 Bi 206 Hg
210ビ	RaE	ラジウムE	β − α 1.32×10 −4 %	5.012日	1.161 5.035	210 Po 206 Tl
210ポ	英国空軍	ラジウムF	α	138.376日	5.407	206鉛
206水銀			β −	8.32分	1.307	206トル
206トル	RaE"	ラジウムE	β −	4.20分	1.532	206鉛
206鉛	ラグ	ラジウムG	安定した

アクチニウム系列

（より詳細なグラフ）

ウラン235の4n+3系列は、命名当時最初に知られていたアクチニウム227にちなんで、一般的に「アクチニウム系列」または「アクチニウムカスケード」と呼ばれます。この系列は、ウランからの 7回のアルファ崩壊と4回のベータ崩壊を経て、鉛207で終わります。

初期の太陽系では、この連鎖は^{247 Cmまで遡りました。これは今日、}キュリウムとウランの化学的性質が著しく異なるため、分配も異なることから、 ²³⁵ U/ ²³⁸ U比の変動として現れています。^{[6] [22]}

ウラン 235 から鉛 207 に放出される総エネルギーは、ニュートリノに失われたエネルギーを含めて 46.40 MeV です。カリホルニウム 251 の場合は 69.91 MeV です。

核種	歴史的な名前		減衰モード	半減期 （a = 年）	放出エネルギー MeV	崩壊生成 物
	短い	長さ
251 cf			α	900 a	6.177	247センチメートル
247センチメートル			α	1.56×10 7 a	5.353	243プソム
243プソム			β −	4.955時間	0.578	243午前
243午前			α	7350 a	5.439	239番号
239番号			β -	2.356日	0.723	239 Pu
239 Pu			α	2.411×10 4 a	5.244	235ウ
235ウ	AcU	アクチノウラン	α	7.04×10 8 a	4.678	231番目
231番目	ユー	ウランY	β −	25.52時間	0.391	231パ
231パ	パ	プロトアクチニウム	α	3.27×10 4 a	5.150	227エーカー
227エーカー	アク	アクチニウム	β − 98.62% α 1.38%	21.772 a	0.045 5.042	227木 223金
227番目	RdAc	放射性アクチニウム	α	18.693日	6.147	223ラ
223金	アク	アクチニウムK	β − 99.994% α 0.006%	22.00分	1.149 5.561	223ラ 219アト
223ラ	AcX	アクチニウムX	α	11.435日	5.979	219ルン
219アット			α 93.6% β − 6.4%	56秒	6.342 1.567	215 Bi 219 Rn
219ルン	アン	アクチノン、 アクチニウム放射	α	3.96秒	6.946	215ポ
215ビ			β −	7.6分	2.171	215ポ
215ポ	AcA	アクチニウムA	α β − 2.3×10 −4 %	1.781ミリ秒	7.526 0.715	211 Pb 215 At
215アット			α	37μs	8.177	211ビ
211鉛	AcB	アクチニウムB	β −	36.16分	1.366	211ビ
211ビ	AcC	アクチニウムC	α 99.724% β − 0.276%	2.14分	6.750 0.573	207 Tl 211 Po
211ポ	AcC'	アクチニウムC'	α	516ミリ秒	7.595	207鉛
207トル	AcC"	アクチニウムC	β −	4.77分	1.418	207鉛
207鉛	AcD	アクチニウムD	安定した

参照

• 原子核物理学
• 放射性崩壊
• 安定の谷
• 崩壊生成物
• 放射性同位元素（放射性核種）
• 放射年代測定

注記

1. Bromm, Richard B. Larson, Volker. 「宇宙で最初の星々」. Scientific American . 2024年9月29日閲覧。{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)
2. 森田和也;森本 幸司；加地、大弥。幅 弘光;尾関和隆。工藤有紀;住田隆之；若林康雄；米田 章田中健吾他。 （2012年）。 「113番目の元素の同位体²⁷⁸ 113の生成と崩壊に関する新たな結果」。日本物理学会誌。81 (10) 103201.arXiv : 1209.6431。ビブコード:2012JPSJ...81j3201M。土井：10.1143/JPSJ.81.103201。S2CID  119217928。
3. 森田康介;森本 幸司；加地、大弥。秋山貴弘後藤信一；幅 弘光;井手口英治カヌンゴ、リトゥパルナ。他。 (2004)。 「反応²⁰⁹ Bi( ⁷⁰ Zn, n) ²⁷⁸ 113 における元素 113 の合成に関する実験」。日本物理学会誌。73 (10): 2593–2596。書誌コード:2004JPSJ...73.2593M。土井：10.1143/JPSJ.73.2593。
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5. JW Beeman; et al. (2012). 「²⁰⁹ Biの基底状態および第一励起状態への崩壊部分幅の初測定」. Physical Review Letters . 108 (6) 062501. arXiv : 1110.3138 . doi :10.1103/PhysRevLett.108.062501. PMID  22401058. S2CID  118686992.
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10. ラジウム（元素番号88）も加わる。実際にはサブアクチノイドであるが、アクチニウム（元素番号89）の直前に位置し、ポロニウム（元素番号84）の後に3元素の不安定性ギャップがあり、このギャップには半減期が4年以上の核種は存在しない（このギャップで最も長寿命の核種は半減期が4日未満のラドン222である）。ラジウムの同位体の中で最も長寿命の同位体は1,600年であり、この元素をここに含める価値がある。
11. 原子炉におけるウラン 235 の熱中性子核分裂から生じます。
12. Milsted, J.; Friedman, AM; Stevens, CM (1965). 「ベルクリウム247のアルファ半減期；ベルクリウム248の新しい長寿命異性体」.核物理学. 71 (2): 299. Bibcode :1965NucPh..71..299M. doi :10.1016/0029-5582(65)90719-4.
    同位体分析の結果、約10ヶ月間にわたり分析された3つのサンプルにおいて、質量数248の核種が一定量存在することが分かりました。これは、半減期が9年以上のBk ^{248の異性体に起因するものと推定されました。Cf 248の増殖は検出されず、β線}半減期の下限は約10 ⁴年と推定されます。この新たな異性体に起因するα線放射は検出されていません。α線の半減期はおそらく300年以上です。
13. これは「不安定の海」に入るまでの半減期が少なくとも4年である最も重い核種です。
14. 半減期が²³² Th を大幅に超える「古典的に安定した」核種は除きます。たとえば、 ^113m Cd の半減​​期はわずか 14 年ですが、 ¹¹³ Cd の半減​​期は 8京年です。
15. Thoennessen, M. (2016). 『同位体の発見：完全版』 Springer. p. 19. doi :10.1007/978-3-319-31763-2. ISBN 978-3-319-31761-8。LCCN  2016935977。
16. Hoffman, DC; Lawrence, FO; Mewherter, JL; Rourke, FM (1971). 「自然界におけるプルトニウム244の検出」. Nature . 234 (5325): 132– 134. Bibcode :1971Natur.234..132H. doi :10.1038/234132a0. S2CID  4283169.
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18. ENSDF分析は国立核データセンターで入手可能。「NuDat 3.0データベース」、ブルックヘブン国立研究所。
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20. Thoennessen, M. (2016). 『同位体の発見：完全版』 Springer. p. 20. doi :10.1007/978-3-319-31763-2. ISBN 978-3-319-31761-8。LCCN  2016935977。
21. Liang, CF; Paris, P.; Sheline, RK (2000-09-19). 「²²⁵ Raのα崩壊」. Physical Review C. 62 ( 4) 047303. American Physical Society (APS). Bibcode :2000PhRvC..62d7303L. doi :10.1103/physrevc.62.047303. ISSN  0556-2813.
22. Tsaletka, R.; Lapitskii, AV (1960). 「自然界における超ウラン元素の存在」.ロシア化学評論. 29 (12): 684– 689. Bibcode :1960RuCRv..29..684T. doi :10.1070/RC1960v029n12ABEH001264 . 2024年1月20日閲覧。

参考文献

• CM Lederer、JM Hollander、I. Perlman (1968).同位体表（第6版）. ニューヨーク: John Wiley & Sons .

外部リンク

• Nucleonica核科学ポータル
• 専門的なオンライン崩壊計算のためのNucleonicaの崩壊エンジン
• EPA – 放射性崩壊
• 同位体と崩壊エネルギーをリストアップした政府のウェブサイト
• 国立核データセンター – 崩壊系列の確認や構築に使用できる無料で利用できるデータベース
• IAEA – 核種のライブチャート（崩壊系列付き）
• 崩壊連鎖ファインダー

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