原子核と中性子 原子と原子核 「原子力図面集2014」より 原子と原子核 Wikipediaより 原子核の大きさをソフトボールくらいとすると、 原子の大きさは直径約3km 原子と原子核 Wikipediaより 原子核は、「陽子」「中性子」という「核子」で 構成されている。 陽子・中性子と素粒子 陽子、中性子は、「アップクオーク」と「ダウンクオー ク」という「素粒子」で構成されている。 安定性と不安定性 リチウム-7の原子模型 Wikipediaより リチウム-7は安定だが、陽子、中性子は単体で安定か？ 中性子の不安定性 ・陽子は水素イオンに相当するので核的には安定。 ・中性子はそれ単体では不安定。 ・中性子は半減期10.4分でβ崩壊する。 ି 反電子ニュートリノ 中性子、陽子、電子のどれが一番重い？ 中性子の不安定性 ・中性子はそれ単体では不安定。 ・半減期10.4分でβ崩壊する。 極めて小さいがゼロではない ି 1.6749e-27[kg] 1.6726e-27[kg] 9.1e-31[kg] 中性子の質量：陽子と電子の質量の和の約1.0008倍 中性子の不安定性 ・ビッグバンにより宇宙が生まれた当初、中性子と陽子はほぼ同数 であった。 ・中性子は不安定であるため、半減期に従いβ崩壊。 ・一部の中性子は、崩壊前に陽子と結合し重水素を形成。 ・さらに、重水素と一部の中性子が結合し、トリチウムが生成 （その後、β崩壊してヘリウム-3に）。 ・もし、中性子の半減期が短かったら： →ヘリウム-3や、さらに重い原子は生成されなかったであろう。 ・もし、中性子の半減期が長かったら： →中性子星が容易に生成され、恒星は生成されなかったであろう。 いずれにしろ、中性子の半減期が「適切」であったため、 生命が誕生したと言える。 （H.Sekimoto, “Light the Candle”より） 中性子のエネルギー 中性子は媒質中を、ある方向に向かって、ある速度（エネ ルギー）を持って運動する。 自由な中性子は、その半減期（10.4分）よりもずっと短い時 間内に媒質中の原子核と反応するため、その崩壊につい て考える必要はない。 中性子のエネルギー 中性子は媒質中を、ある方向に向かって、ある速度（エネ ルギー）を持って運動する。 中性子の持つエネルギーは、通常eV（電子ボルト）単位で 記述する。 1 eV ≒ 1.6×10-19 J ≒ 14,000 m/s 1 keV ≒ 440,000 m/s 1 MeV ≒ 14,000,000 m/s *中性子の質量は1.67×10-27 kg **地球の周長は40,075,000 m 中性子のエネルギー 統計力学に基づくと、気体の分子運動では、温度Tにあ る気体分子１個あたりの運動エネルギーの最確値はkT になると言える（kはボルツマン定数：1.38×10-23 J/K）。 中性子の振る舞いを気体の分子運動と見做せるとした 場合、中性子の最確運動エネルギーはどの程度（eV単 位）になるか？ 1 eV ≒ 1.6×10-19 J *中性子の質量は1.67×10-27 kg
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