#059　原子番号１：水素と２：ヘリウム

■原子番号は元素の陽子の数に対応した自然数なので、自然の中で最も分かりやすいナンバリングの１つだと捉えていた。しかしそのそもそも最初の１に対応する原子番号１の水素と言う名前に疑問を持ち始めている。他の元素は全て中性子を有しているのに、水素だけが陽子と電子だけで中性子を持っていない。

■そもそも１という数自体が単体では「ものの数に入らない」ものなので、それはそれでいいという見方もあるだろう。しかし存在比率に拘ることなく「重水素」と名付けられている同位体に「水素」という名と原子番号を冠る道もあったのだろう。水素という元素についてだけ見ても、実は随分とややこしい。

■陽子１つと電子１つからなる最も簡単な原子が、宇宙で最も多く存在する原子であるということは、この唯一例外的に中性子を持たない原子だということを鑑みれば、そもそも元素周期律表に原子番号として記されている２以上の数と同等に扱っていいのかという懸念が生じてしまう。再考の要はあるはすだ。

　　　

■単なる名前の交換を提示するだけでは、「人間の意識における内面空間と外面空間とは、通常の身体感覚で言う内在側と外在側とが反転している」という類を字義通り切り取った時に感じる混乱を生ずるので、安易に名を直ぐ変えろと主張するつもりはない。名は名として、実を取る方向で秩序を見てみたい。

■水素には３つの同位体が知られている。すなわち水素(軽水素)^1Ｈに対する、重水素^2Ｈと三重水素^3Ｈだ。Ｈ同様に略号表記すればＤとＴだ。デュリウムＤは２を表し、トリチウムＴは３を表している。最も軽い(軽)水素が、１つの陽子と１つの電子からなり、原子の中で唯一中性子を持たない。

■原子核が陽子１つからなる水素の原子量は1.00794(7)?g・mol^?1。デュリウムの原子核は陽子１つと中性子１つからなる。この同位体の統一原子質量は2.01410178 uであり、トリチウムの原子核は陽子１つと中性子２つからなり、統一原子質量は3.0160492 uだ。

　　　　　

■2007年現在、水素の同位体は７重水素まで確認されているそうだ。まあもっとも７重水素に及んでは10ゼプト秒しか存在しないのではあるが。ゼプトと言う単位は10の−21乗、つまり十垓分の一または0.000000000000000000001ということだ。10ゼプト秒は一垓分の一だ。

■まあ早い話「馬鹿野郎、それがどうした！」ていうくらい現実離れした時間しか存在しないということだ。水素と重水素の天然存在比は99.985：0.015＝99985：15＝19997：３＝6665.6666…：１。三重水素は構造が不安定なため、時間と共に放射性崩壊して放射線を発する。

■原子番号２：ヘリウムは２つの陽子と２つの中性子からなる原子核と、周りを周回する２つの電子から構成されている。これが通常のヘリウム４であり、同位体に陽子２、中性子１、電子２からなるヘリウム３がある。ヘリウム３とヘリウム４の天然存在は.000137%と99.999863%である。

　　　

■そしてこのヘリウム３とヘリウム４の質量は3.01602931と4.002602(2)だ。ここでこのヘリウム３と先に見た水素の同位体トリチウムの質量を比べてみると、Ｈ^-3が3.01604927であり、He^-3が3.01602931 である。つまりHe-3の方が少しだけ小さい。

■高運動エネルギーを持つヘリウム４原子核をα粒子という。固有の粒子記号は持たず、ヘリウムの２価陽イオンとして He^2+（厳密には ４He^2+ ）と表される。α線はα粒子の流れだ。α崩壊は、原子核がα粒子を放出して、原子番号が２、質量数が４だけ少ない原子核に変換する反応である。

■恒星などの生み出すエネルギーも、基本的には核融合によるものだ。収縮しつつある原始星の中心温度が約250万Ｋを超えると、重水素２つが反応する重水素核融合（Ｄ−Ｄ反応）が起こる。これが褐色矮星だ。中心温度が約1,000万Ｋを超えると水素核融合（ｐ−ｐ反応）を起こし、恒星と呼ばれる。

　　　

■ヘリウム３は核融合発電の燃料となるが、地球上での天然採取はほぼ不可能である。『機動戦士ガンダム』の世界では、ヘリウム３を確保するためにわざわざ木星まで行き来する船団の設定がある。実はモビルスーツは、この重水素とヘリウム３を用いた核融合反応で得た高エネルギーで動いているのである。

■実はこれには巨大施設が必要なので非現実的なのだが、話の中ではミノフスキー博士の理論を実用化したミノフスキー・イヨネスコ型熱核反応炉によって、Ｉ・フィールドを用いて圧縮・小型化され、放射能も封じ込められるという設定である。もっとも副産物としてミノフスキー粒子が生じるらしいのだが。

■まあフィクションは置いておくとして、最近ではわざわざ木星まで行かなくても、月の表面にはヘリウム３が少なからずあると考えられている。地球と違って月には大気がないので、太陽から放出されているヘリウム３が遥か昔から月の表面の砂(レゴリス)に吸着され続けてきていると考えられているのだ。

■実際にＮＡＳＡの目標の中に、核融合炉で使用する燃料を月で採掘するという提案がある。実は月のヘリウム３採掘に関する関心や議論は高く、中国とロシアは、国家的戦略的な関心を持っていると明言している。つまり月と太陽にはヘリウム３が多く存在するということだ。１ともうひとつの１の話に続く。

2010.03.07 Sunday