ごく一般的な錬金術師のイメージ
ごく一般的な錬金術師のイメージ / Credit:コーエーテクモゲームス
chemistry

鉛から金は作れるのか? 核変換を使った現代の錬金術

2021.08.08 Sunday

Can We Transform Lead Into Gold?(scienceabc) https://www.scienceabc.com/eyeopeners/can-we-transform-lead-into-gold.html

ファンタジーにはおなじみの錬金術。

これは卑金属から価値の高い金を作り出すことを目的に始まった学問です。

一見荒唐無稽に見える金を作るという技ですが、現代の我々はすべての元素が陽子と中性子の組み合わせでできていることを知っています。

そして放射性崩壊または核融合という現象を通して、元素は他の元素に変換されることも知っています。

なら、鉛を金に変えることも可能なのではないでしょうか? なぜ誰もやらないのでしょうか?

今回はそんな素朴な疑問について考えてみましょう。

元素とはなんなのか?

錬金術は、化学の礎ともなった古い時代の研究分野で、その究極の目標は、名前の由来ともなっている金を作り出すことでした。

錬金術師は結局その方法を見つけ出すことはできませんでしたが、現代の私たちはある元素を別の元素へ変換させる方法を知っています。

それが核変換です。

すべての元素は、陽子と中性子による原子核とそれを取り巻く電子によって作られています。

原子の構造
原子の構造 / Credit:大阪府立大学,原子核理論研究室

特にこの世に存在する各元素を定義しているのは、原子核を構成する陽子と中性子の数(原子番号)です

電子の数は、元素の存在を決定する要素としてはそれほど重要ではありません。

原子核内の陽子の数を保ったまま、中性子の数だけ変更すると、それは同位体と呼ばれる同じ元素の異なるバージョンになります。

たとえば、原子力発電にはウランが使われていますが、この核燃料は核分裂しやすいウラン235と核分裂しにくいウラン238の混合でできています。

全部ウラン235にしてしまうと、核爆弾になってしまいます。

ウランの同位体と原子力の仕組み
ウランの同位体と原子力の仕組み / Credit:関西電力,原子力発電の概要

中性子の数が違うだけの同じ元素である同位体も、そのように性質が大きく異なります。

では、あまり価値の高くない卑金属の「鉛」と、貴金属の「金」について考えてみましょう。

鉛は原子番号82(原子核内の陽子の数が82)で、金の原子番号は79(原子核内の陽子の数が79)です。

イラスト元素周期表。赤丸の位置が金と鉛。
イラスト元素周期表。赤丸の位置が金と鉛。 / © 2019 Institute for Materials Research, Tohoku University.

通常中性子は陽子と同じ数だけ原子核内に存在しています。

周期表などを見ても分かる通り、鉛と金は陽子の数がたった3つ異なるだけです。

これは鉛から何らかの方法で陽子を減らすことができれば、金に変えることができることを意味しています。

現代では理論上、錬金術は実現可能な技なのです。

では、なぜガンガン鉛を金に変えるということをしないのでしょうか?

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