元素誕生の謎にせまる
理化学研究所制作ビデオより
明治薬科大学
和田義親
2011/9/12
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物理学者の疑問と夢
・物質はなぜ存在するのか
・物質はどのように生まれたのか
・宇宙には果てがあるのか
・物質の存在を表現する法則は唯一つである
2011/9/12
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放射性物質の発見
核
図
表
ベクレルの実験（100年前）
マリーキューリーのラジウム発見
放射線：α、β、γ
ラザフォードの原子仮説
湯川秀樹の強い相互作用の理論
核図表：安定核256個（陽子の数≒中性子の数）
電子ベータ崩壊
陽電子ベータ崩壊
自発原子核崩壊
同位体
２，８，２０，２８，５０，８２，１２６：マジックナンバー
太陽（直径１３９.２万km、体積１３０．４万倍、質量33万倍、
地球からの距離 1億 4960万 km、自転周期約 ２５．４日）
E=mc2
陽子同士の反応＝＞陽子ベータ崩壊
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太陽の輝き
ワイゼッカー、ベーテ、クリッチフィールド
太陽中心：1500万度以上
陽子
重水素：d
e+
γ
e+
中間子
β崩壊
3He
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γ
ν
e4He
4
宇宙の誕生
陽子の誕生←ビッグバン仮説（ガモフ） １９４８
佐藤勝彦
インフレーション
ビッグバン
10-6sec後：クオーク－>陽子、中性子
3min後：陽子＋中性子－>重水素
+
+
e-
ν
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中性子の寿命：14.8分
数分後
陽子数：ヘリウム数＝１２：１
＋
＋
＋
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6Li
7Li
7Be
8Be
24He
6
8Beは存在しない
ビッグバンから30万年後に原子が誕生
分子雲→
太陽程度の質量の星の寿命は100億年
太陽が燃え尽きると重力で収縮
4Heが3個同時に衝突して12Cが出来る
4Heと12Cで16Oが出来る
太陽より大きな質量の星
4He
γ
12C
15N
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CNOサイクル
13N
p
e+,ν
1000万年
p
p
e+,ν
γ
p
15O
γ
14N
13C
γ
7
太陽の10倍以上の星
タマネギ構造
ハイゼンベルグの谷：Fe、Ni←陽子1個あたりの質量が最小
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Slow process
ハイゼンベルグの谷（Fe,Ni）より大きい原子の生成
太陽の8倍以上の星→大爆発でFeやCを宇宙空間にまき散らす
⇒太陽の8倍までの星→赤色巨星
12C＋p→ 13N＋γ
｜＿＞ 13C＋β+＋ν
＋4He→16O＋n
56Fe＋n→57Fe
Slow process:
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209
83Biまで
＋n →58Fe
＋n →59Fe
|_>59Co+β-+ν
9
209Bi+n→ 210Bi+γ
|_> 210Po+β-+ν
|_> 206Pb+4He
p
83
82
81
80
79
120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130
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n
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Rapid process
Biより重い原子核の生成←短寿命不安定核の存在
重い星の中心にFeが存在：
50億度を越えるとγ線がFeに衝突して崩壊
→莫大なエネルギーの吸収（質量に転換）
→冷却＋電子の圧力低下→中心に落下→重力崩壊
高密度：p+e-→n+ν
中性子密度の増加、電子の減少→中性子の爆縮→中性子爆発
56Feが中性子を急激に吸収：Rapid process（1sec）
不安定核の存在
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