崩壊連鎖

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 ]}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、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)までのそのような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。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可能性があるからである。）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 ]}、生成される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、かつては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。）今日では、かつて消滅したこれらの同位体の一部が、製造されたことで再び存在しています。こうして、それらは再び崩壊連鎖のそれぞれの位置を占めることになる。核兵器に用いられるプルトニウム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であることがわかっている。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				半減期 範囲（a）	^235 Uの核分裂生成物（収量別） [ 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冊[ 12 ]				> 9 a
^244センチ^メートル	^241 Pu^ƒ	^250立方フィート	^227 Ac^№	10～29歳	^90シニア	^85クローネ	^113m Cd^þ
^232 U^ƒ		^238 Pu^ƒ	^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 Cf^ƒ	^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 Cf^ƒ [ 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 Pu^ƒ	24.1万
		^230番目^​	^231パ^№	32～76万年前
^236 Np^ƒ	^233 U^ƒ	^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 Np^ƒ			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 U^ƒ№	0.7～14.1 Ga
₡、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より数段階上位に存在する）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 × 10^5 a	5.162	^244プソム
^244プソム			α	8.13 × 10^7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 × 10^7時	4.573	^232番目
^232番目	Th	トリウム	α	1.40 × 10^10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の(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

（より詳細な図）

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」 . Scientific American . 2024年9月29日閲覧。
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。Bibcode : 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。ビブコード: 2004JPSJ...73.2593M。土井：10.1143/JPSJ.73.2593。
4. Barber, Robert C.; Karol, Paul J; Nakahara, Hiromichi; Vardaci, Emanuele; Vogt, Erich W. (2011). 「原子番号113以上の元素の発見（IUPAC技術報告書）」 . Pure and Applied Chemistry . 83 (7): 1485. doi : 10.1351/PAC-REP-10-05-01 .
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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. 具体的には、典型的な原子炉におけるウラン 235 の熱中性子核分裂から。
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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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