核図表

核図表とは

核図表（かくずひょう）は、原子核を構成する陽子と中性子の数をそれぞれ座標軸にとり、その平面上に核種を配置した図です。この図は、イタリアの物理学者エミリオ・セグレにちなんで、セグレチャートとも呼ばれています。核図表は、原子核の特性を理解するための重要なツールであり、核物理学や原子核工学の研究において広く用いられています。

核図表の構成

核図表は通常、横軸に中性子数、縦軸に陽子数をとります。各マスには、核種（質量数などを付した元素記号）が記入されます。この図には、すでに発見されている核種だけでなく、未発見の核種が含まれることもあります。ただし、Wikipediaの核種の一覧では、横軸に陽子数、縦軸の負の方向に中性子数をとる点が異なります。

核図表の原型は1934年にクルト・グッゲンハイマーによって発表され、1935年にジョルジオ・フェーア、そして1945年にはエミリオ・セグレとグレン・シーボーグによって拡張されました。

核図表の特性

核図表は周期表とは異なり、元素の化学的な性質を直接的に読み取ることはできません。しかし、核の安定性や陽子・中性子数に基づく原子核の規則性を把握するのに非常に役立ちます。例えば、核図表を用いることで、どの核種が安定しているか、あるいは不安定でどのような崩壊を起こしやすいかなどを視覚的に理解することができます。

核図表の要素

核図表には、基本となる核種の位置情報に加えて、様々な要素が付記されることが一般的です。以下にその主な要素を説明します。

半減期、崩壊モード: 不安定な核種は、その半減期や崩壊の種類によって色分けされます。これにより、各核種の安定性を直感的に把握できます。
魔法数: 特定の陽子数や中性子数を持つ核種は特に安定であり、長寿命核が集中します。これらの数は「魔法数」と呼ばれ、核子殻が閉殻している状態に対応します。核図表では、同位体や同中性子体が縦横に並ぶ線として現れます。
第一励起準位: 核を励起させるのに必要な最小のエネルギーです。色分けすることで、魔法数がより明確に現れます。
結合エネルギー: 特に、縦軸に結合エネルギーの大きさをとった三次元グラフは「ハイゼンベルクの谷」と呼ばれます。この谷は、安定同位体に沿って鉄が最も低い位置にあります。
ベータ安定線: ある質量数において、結合エネルギーが最大となる（最も安定な）陽子数を結んだ線です。これより陽子が多い場合は陽電子放出、中性子が多い場合はベータ崩壊を起こします。この線は、ハイゼンベルクの谷を流れる川に例えられます。
陽子ドリップライン: 陽子に対して中性子が少なすぎると、陽子の分離エネルギーが小さくなり、ゼロとなる核種を結んだ線です。この線の外側では、核力で陽子を束縛できず、核種は存在できません。核図表では、中性子が少ない側の縁となります。
中性子ドリップライン: 陽子に対して中性子が多すぎると、中性子の分離エネルギーが小さくなり、ゼロとなる核種を結んだ線です。この線の外側では、中性子を束縛できず、核種は存在できません。中性子ドリップラインは、陽子ドリップラインよりも広い範囲に広がります。
安定の島: 陽子と中性子の両方が魔法数であるため、安定していると予測される超重元素の領域です。

核図表の応用

核図表は、核物理学の基礎研究から、元素合成や原子力エネルギーの開発など、幅広い分野で活用されています。核図表を用いることで、核種の安定性や崩壊特性を理解し、新たな元素や核反応を予測することが可能になります。また、宇宙における元素合成のプロセスを理解する上でも、核図表は重要な役割を果たしています。

関連情報

核種の一覧
核データ
周期表

外部リンク

IAEAによる核図表 (Java版 or HTML版 (英語))
* 対話的核図表 ブルックヘブン国立研究所 (英語)

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