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世界が終わる日までビスマス

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昔に中学校か何かで見た周期表を思い出してください。質量数が最も小さな安定同位体は水素1(1H)ですが、質量数が最も大きな安定同位体は何でしょうか?

「ビスマスです!」

いえいえ、ビスマスに安定同位体はありませんよ!?

未来を予測し、過去を懐古し、極微の世界を見通し、宇宙の最果てに光を当てる。想像の翼ではたどりつけないその先へ。手の届かない宇宙スケールから、わたしたちの住む地域スケールまで、そこにひそむサイエンスの話題にご招待。はじまりはそう、蒼鉛の別名を持った金属、ビスマスでした。

 

  • ビスマスは不安定元素!?

ビスマスは安定元素ではありません。ほんの数年前に、実験で、はっきりとくつがえされました[1]。天然に産する唯一のビスマス同位体であるビスマス209(209Bi)でさえ、半減期2000京年で崩壊していくとのことです。様式は、陽子2個と中性子2個をまとめて放出するアルファ崩壊です。そのため、先ほど出題しました「質量数が最も大きな安定同位体」の答えは、鉛208(208Pb)です。

それにしても、2000京年とは凄まじい数字です。宇宙がビックバンで誕生してから現在までの年齢が100億年~200億年と言われていますから、文字どおり桁違いの数字です。宇宙のエントロピーが増大しきって熱的死を迎える時期が、かなり短めの試算だと100京年と言われていますが、ビスマスの半減期はこの数値をはるかに凌駕しています。人類が積み重ねてきた文明史のレベルで言えば、ビスマスはほとんどそのまま変わらないというわけです。bi1.PNG

ビスマスの崩壊は2000京年でやっと半減するスピード

このペースだと、超新星の輝いたあの日から、世界が終わる日まで、ビスマスはほとんどビスマスのままでしょう。ここまでゆっくり崩壊するとなると、正確に測定するためには、どれだけ高性能の検出器が必要なのでしょうね。

 

  • 放射線はもともと身近にある

ビスマスはわたしたちの生活になくてはならない元素です。ビスマスの用途として、とくに有名なもののひとつが、ウッドメタルと呼ばれる低融点合金です。ウッドメタルに必要な原材料の半分がビスマスです。この他、電子機器などに使われる最先端材料にも、ビスマスが活躍しています。

また、ビスマスの結晶は、虹色に輝く特有の美しさを持ち、インテリアの置物や飾りとしても流通しています。単体のビスマスは、表面のみが酸素と反応して、酸化被膜を作ります。他の金属と異なり、ビスマスは氷と同じく、液体から固体に状態変化すると体積が増える性質があります。そのため、ビスマスが液体から固体に状態変化するとき、酸化膜の厚さに微細なむれが生じます。虹色の色彩は、ビスマスに表面にあるこの微細構造によって、光が干渉してできた構造色です。

さらに、ビスマス塩には除菌作用があり、以前からにも使われてきました。最近になってピロリ菌にもビスマス塩がよく効くことが分かり、従来の標準治療にビスマス塩を加えた方法で臨床試験が進められ、最終の結果が報告されています[2]。

 

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ビスマス209がタリウム205とアルファ粒子に変化

こういう世相なので、誰が読んでいるか分からないインターネットで、バッサリとはあまり書きたくないのですが、ビスマス原子が崩壊すればその分、放射線が出ます。その量がどれほど少ないかは、各自で計算できるでしょう。

ありもしないリスクを過大評価して、役に立つべきものを忌避してしまうことは、地球環境にもわたしたち人類にも、幸せな望むべき結果を、もたらさないはずです。ビスマスの話だったはずですが、ここは、放射線はもともと身近にある、ことを指摘して結びとしましょうか。

 

  • 参考論文
[1] 天然ビスマスからアルファ粒子を実際に検出

“Experimental detection of a-particles from the radioactive decay of natural bismuth” Pierre de Marcillac et al. Nature 2003 DOI: 10.1038/nature01541

[2] 従来法に加えてビスマスをヘリコバクターピロリ菌に対する治療に使用した第3相臨床試験結果

“Helicobacter pylori eradication with a capsule containing bismuth subcitrate potassium, metronidazole, and tetracycline given with omeprazole versus clarithromycin-based triple therapy: a randomised, open-label, non-inferiority, phase 3 trial” Peter Malfertheiner et al. The Lancet 2011 DOI: 10.1016/S0140-6736(11)60020-2

 

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静岡で化学を教えています。よろしくお願いします。

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