歴史を変えた放射性元素
アクチノイドは原子番号89から103までの15個の金属元素で、すべて放射性です。これらの元素は周期表の他のどのグループよりも現代史を形作ってきました。原子力と核兵器におけるウランの役割から宇宙探査におけるプルトニウムの使用まで、アクチノイドは人類の原子に対する支配と、それに伴う深い責任を表しています。
シリーズの最初の元素であるアクチニウムにちなんで名付けられたアクチノイドは、5f電子軌道の段階的な充填によって特徴づけられます。ランタノイドとは異なり、多くのアクチノイドは結合にf電子を利用でき、多様な酸化状態と複雑な化学をもたらします。この電子的柔軟性と放射性の性質が組み合わさり、アクチノイドをすべての元素の中でユニークなものにしています。
トリウムとウランのみが自然界に有意な量で存在し、太陽系を作った超新星の残骸です。超ウラン元素—ウランを超えた元素—はすべて人工的で、原子炉や粒子加速器で合成されます。各発見は核科学の境界と物質そのものに対する理解を押し広げました。
アクチノイドの歴史は原子時代と切り離せません。マンハッタン計画のウラン235の濃縮とプルトニウム239の生成の成功は、原子核に閉じ込められた莫大なエネルギーと、それを利用する人類の能力の両方を実証しました。今日、アクチノイドは原子炉を動かし、医療治療を可能にし、宇宙船を外惑星へと推進しています。
中性子がU-235に衝突すると、2つの小さな原子と2-3個の中性子に分裂し、200 MeVのエネルギーを放出します。この連鎖反応が原子炉と兵器を動かします。
Glows blue in the dark. Used in neutron sources and radiation therapy. Half-life: 21.8 years.
Future nuclear fuel. Gas mantles, welding electrodes, camera lenses. Half-life: 14 billion years.
Rarest naturally occurring element. Uranium decay chain intermediate. Half-life: 32,760 years.
Nuclear fuel and weapons. Discovered 1789. U-235 is fissile. Half-life: 4.5 billion years.
First transuranium element (1940). Nuclear weapons, neutron detection. Half-life: 2.14 million years.
Nuclear weapons, space power. Manhattan Project key element. Half-life: 24,110 years (Pu-239).
Smoke detectors, neutron sources. Named for Americas. Half-life: 432 years (Am-241).
Space exploration power. Named after Marie Curie. Half-life: 18.1 years (Cm-244).
Research only. Named after Berkeley, California. Half-life: 330 days (Bk-247).
Neutron source for cancer treatment. Metal detection. Half-life: 351 years (Cf-251).
First detected in nuclear test debris. Research only. Half-life: 20.5 days (Es-252).
Found in hydrogen bomb test. Named after Enrico Fermi. Half-life: 100.5 days (Fm-257).
Honors Mendeleev. First by ion bombardment. Half-life: 51 days (Md-258).
Named for Alfred Nobel. Only +2 oxidation state. Half-life: 58 minutes (No-259).
Last actinide. Honors Ernest Lawrence. Half-life: 11 hours (Lr-262).
ヘリウム原子核（陽子2個、中性子2個）。紙で止まる。摂取すると最も有害。
高速電子。アルミニウムで止まる。中程度の透過性と損傷。
高エネルギー光子。鉛/コンクリートの遮蔽が必要。高い透過性。
無電荷粒子。核反応を引き起こす。水またはコンクリートで止まる。
アインシュタインがFDRにドイツの核研究について警告
フェルミの下で初の制御された核連鎖反応
オッペンハイマーが爆弾設計研究所を指揮
ハンフォード原子炉が兵器級プルトニウムを生産
ニューメキシコ砂漠での初の核爆発
| 元素 | 記号 | 原子番号 | 天然？ | 半減期 | 主な用途 | 発見 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Actinium | Ac | 89 | Trace | 21.8 yr | Neutron source | 1899 |
| Thorium | Th | 90 | Yes | 14.0 Gyr | Future nuclear fuel | 1828 |
| Protactinium | Pa | 91 | Trace | 32,760 yr | Research | 1913 |
| Uranium | U | 92 | Yes | 4.47 Gyr | Nuclear fuel | 1789 |
| Neptunium | Np | 93 | No | 2.14 Myr | Pu-238 production | 1940 |
| Plutonium | Pu | 94 | Trace | 24,110 yr | Nuclear weapons | 1940 |
| Americium | Am | 95 | No | 432 yr | Smoke detectors | 1944 |
| Curium | Cm | 96 | No | 18.1 yr | Space power | 1944 |
| Berkelium | Bk | 97 | No | 330 days | Research | 1949 |
| Californium | Cf | 98 | No | 351 yr | Neutron source | 1950 |
ウラン235とプルトニウム239は原子炉を動かし、炭素排出ゼロで世界の電力の10％を供給しています。
プルトニウム238 RTGは、太陽電池パネルが機能しないボイジャー、カッシーニ、火星探査機などの深宇宙ミッションに電力を供給します。
アクチニウム225はアルファ粒子でがん細胞を標的にします。カリホルニウム252は腫瘍に中性子治療を提供します。
超ウラン元素は核の安定性の限界を探り、超重元素の形成を理解するのに役立ちます。
煙探知器のアメリシウム、石油探査のカリホルニウム、高温セラミックスのトリウム。
核抑止力、海軍推進、劣化ウラン装甲はアクチノイドの軍事的重要性を示しています。
取り扱い: アクチノイドは手袋ボックス、遠隔操作器、広範囲な遮蔽を備えた専門施設を必要とします。プルトニウムなどのα線放射体は吸入または摂取すると極めて危険です。
保管: 長寿命アクチノイドは何千年もの間、地質学的処分場に保管する必要があります。ガラスまたはセラミックマトリックスでのガラス化は環境汚染を防ぎます。
臨界安全: U-235やPu-239などの核分裂性同位体は、偶発的な連鎖反応を防ぐために注意深い幾何学的制御が必要です。中性子吸収材と減速材が臨界リスクを管理します。
除染: DTPAなどのキレート剤は体内からアクチノイドを除去できます。表面除染では酸、錯形成剤、機械的除去を使用します。
廃棄物管理: 高レベル廃棄物には10,000年以上の隔離が必要なアクチノイドが含まれています。核変換研究は長寿命アクチノイドを短寿命または安定同位体に変換することを目指しています。
トリウム232は溶融塩炉で核分裂性U-233に増殖し、固有の安全性、最小限の廃棄物、核拡散抵抗性を提供します。
アクチニウム225とビスマス213は、健康な組織を保護しながら致命的なアルファ粒子を直接がん細胞に送達します。
ウランまたはプルトニウムを使用する核熱および電気ロケットは、9か月ではなく3〜4か月で火星ミッションを可能にする可能性があります。
重イオンで衝撃されたアクチノイド標的は新しい元素を作り、元素118を超えた安定の島を探索します。
チェルノブイリと福島はアクチノイドを環境に放出しました。セシウム137とストロンチウム90は即座のリスクをもたらし、プルトニウム汚染は千年単位で持続します。除染費用は数千億を超えます。
大気圏核実験（1945-1963）はプルトニウムを世界中に拡散させました。すべての人間は放射性降下物から微量のプルトニウムを含んでいます。実験場は汚染されたままで、何世紀もの監視が必要です。
アクチノイドは人類最大の科学的成果と最も厳粛な責任を表しています。これら15の放射性元素は人類文明を根本的に変えました—第二次世界大戦の終結から潜水艦の推進まで、がん治療から外惑星の探査まで。その発見には太陽系の誕生以来存在しなかった元素の創造が必要でした。今日、アクチノイドは炭素フリーの原子力を提供し、太陽の届かない宇宙探査を可能にし、がん治療に新たな希望を提供しています。しかし、それらは科学的進歩の二重性も体現しています：都市を照らす同じウランがそれらを破壊でき、私たちを星へと推進するプルトニウムのエネルギーは千年にわたる管理を必要とします。
個々のアクチノイドを詳しく探索するか、他の元素グループを発見する