史上初。全裸の原子核が誕生。何を使ったら電子がなくなったの?

画像
★科学★
問題:学校で教わったところによれば、この世にあるあらゆるものはアトム、つまり原子でできているそうです。かの鉄腕アトムですら例外ではなく、金属その他の原子がむやみにたくさん集まったものらしい。
■原子は真ん中に原子核があり、その周囲を電子がぐるぐるまわっているらしい。太陽と惑星の関係に似ているようですが、少し違います。水星や金星、地球や火星その他は、「おっあそこにあるな」と位置を確認できます。電子のほうは雲のようなぼんやりとした存在と考えられているらしい。「まぁあのへんにあるはず」程度の見方しかできないようです*2。
■目で確認できないのはたいへん残念ですが、電子の存在そのものは間違いないらしい。周期表に記されたように、水素には1個の電子。ヘリウムには2個の電子があるということを疑う科学者はいないようです。
■さきごろ、アメリカの科学者たちは、原子番号10のネオンの原子にある操作をしてみたそうです。ネオンは、ネオンサインなどに使われる第18族の元素ですね。Neと表記します。原子量は20余り。同族のヘリウムやアルゴンなどと一緒に不活性ガスと呼ばれることもあります。
■ネオンに「ある操作」をほどこした結果として、10個の電子がみんな吹き飛んでしまい、原子核だけの存在が誕生したらしい*1。惑星がなくなった孤独の太陽みたいになっちゃったのかな。
■では、アメリカの科学者たちはまる裸の原子核をつくるためにどんな操作をしたのでしょうか?
[い]強力な磁場の中にさらした
[ろ]高い電圧をかけた
[は]強い放射線をあてた
[に]高い温度にした
[ほ]北風を吹きつけたあとで暖かい太陽光を浴びせた
(答えはずっと下↓ スクロールして下さい)

























★科学★
正解:[は]強い放射線をあてた
説明:X線をあてることで、ネオンの原子をまる裸にしたのは、アメリカのアルゴンヌ国立研究所のヤン博士とその仲間たちだそうです。大きな強度のX線を数十フェムト秒の間、ネオンガスに照射したらしい。原子核のまわりにあった10個の電子がすべて剥ぎ取られて、スッポンポンの原子核が観測できたそうです。世界初の成果だと主張しているらしい。
■なお、フェムトは「femto」と表記し、1000兆分の1を示す単位用の接頭辞だそうです。10のマイナス15乗ぐらいなのかな。数十フェムト秒は、ほんの一瞬なんでしょうね。アルゴンヌ国立研究所のチームは、X線のエネルギーや照射時間を調整し、剥ぎ取る電子の数を調整することにも成功したそうです。任意の電荷をもった陽イオンが作れるということでしょうか。
■X線は放射線の1種だそうです。放射線をWikipediaで調べると、「一般的には電離性を有する高いエネルギーを持った電磁波や粒子線(ビーム)のことを指す」と記されていました。電離性というのは、「原子の軌道電子をはじき飛ばすことによって、原子を陽イオンと電子に分離する作用」だそうです。X線を照射すると電子をはじき飛ばせるようですね。逆に内側の軌道の電子がはじき飛ばされたあとに外側の軌道から電子がうつってくるとき、X線が放出されるとも聞きます*5。
■X線の存在はご存じのレントゲン博士が発見したとのこと。その功績により、1901年(明治34年)に第1回のノーベル賞を受賞しています。人類がX線とつきあいだしてから100年以上が経っているわけかな。いちばん最初はクルックス管と呼ばれる装置を使い、弱々しいX線を発生させていたらしい。最近では加速器という設備をつかって従来の1000万倍というような強力なX線がつくれるそうです。アルゴンヌ国立研究所のチームは、こうした強い放射線をあて、ネオンから電子雲を剥ぎ取ったようです。
◆参考*1:雑誌「まる裸にされた原子」Newton (ニュートン) 2010年11月号5頁、ニュートンプレス
◇*2HP「電子雲 - Wikipedia」
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E9%9B%BB%E5%AD%90%E9%9B%B2
◇*3HP「ネオン - Wikipedia」
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%8D%E3%82%AA%E3%83%B3
◇*4HP「放射線 - Wikipedia」
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%94%BE%E5%B0%84%E7%B7%9A
◇*5HP「X線 - Wikipedia」
http://ja.wikipedia.org/wiki/X%E7%B7%9A

ぬけられます→科学雑学クイズ一覧

この記事へのコメント

ねこのひげ
2011年03月30日 07:51
原子核だけになったらネオンじゃあなくなるような気がしますが・・・・・
なんになるんでしょうね?
ねこのひげ様<素町人
2011年03月30日 08:18
コメントをありがとうございます。

 原子核だけではネオンじゃないという話はたしかにそんな気もします。少なくとも不活性ガスではなくなりそうですよね。
(^^;)

この記事へのトラックバック