Radioactive element - hoshaseigenso (English spelling) radioactive element

Japanese: 放射性元素 - ほうしゃせいげんそ（英語表記）radioactive element

It refers to an element that has radioactivity, but since radioactivity is a property that is attributed to nuclides, not elements, it refers to an element that has a radioactive isotope. However, nowadays, all elements, including those that have been artificially synthesized, have radioactive isotopes, so elements that contain natural radioactive isotopes are called natural radioactive elements, and elements that consist only of artificial radioactive isotopes are called artificial radioactive elements. Some naturally radioactive elements have all their isotopes that are radioactive, but some also include the contribution of long-lived radioactive isotopes with a low abundance in the calculation of their atomic weight. For example, potassium-40 (abundance ratio 0.0117%), which has a half-life of about 1.3 billion years, is included in the calculation of its atomic weight, so it is considered a naturally radioactive element. On the other hand, carbon-14 (half-life 5730 years), which is used in dating because it exists in an almost constant ratio in the atmosphere, is not included in the calculation of its atomic weight, so carbon is not considered a naturally radioactive element.

[Iwamoto Shinbu]

natural radioactive element

Among naturally occurring radioactive elements, the abundance ratios of radioactive isotopes are small for potassium 19 through platinum 78. From polonium 84 through uranium 92, all isotopes are radioactive.

The periodic table presented by Mendeleev of Russia had many gaps, but most of them were gradually filled, including a large addition to the noble gases. Radioactivity, discovered by Becquerel of France in 1896, came to be used as a means of identifying elements, but at that time, radioactivity was considered to be an inherent property of elements, so newly discovered radioisotopes were considered to be new elements and were placed in the same position in the periodic table as known elements that had already been given a position. The word isotope, which is sometimes used today to mean the same thing as isotope, comes from this. Naturally occurring radioactive elements such as polonium, astatine, francium, radium, and protactinium were discovered using radioactivity as a clue. Naturally occurring radioactive elements with higher atomic numbers after polonium are produced by natural radioactive decay series called the thorium series, the uranium-radium series (uranium series), and the actinium series. The thorium series is a series that maintains a mass number of 4n ( n is an integer) starting from thorium-232, and ultimately leads to lead-208. The uranium series starts with uranium-238 and has a mass number of 4n + 2, ultimately resulting in lead-206. The actinium series starts with uranium-235 and has a mass number of 4n + 3, ultimately resulting in lead-207. In addition to these, there is the neptunium series, which starts with plutonium-241 and has a mass number of 4n + 1, with thallium-205 as the final nuclide.

[Iwamoto Shinbu]

artificial radioactive element

Technetium (43) and promethium (61) are artificial radioactive elements other than the transuranium elements, but both elements were missing from the periodic table for a long time. The former was discovered as an artificially synthesized isotope in 1937, and the latter in 1945. No. 43 was named technetium from the Greek word technikos, which means human technology, and no. 61 was named promethium after Prometheus, the god who brought fire to humans in Greek mythology.

All transuranic elements from neptunium 93 onwards are artificially radioactive, except for plutonium, which exists naturally as plutonium-239, produced by nuclear reactions in uranium minerals, but which is not generally considered a naturally occurring radioisotope, just like carbon-14.

Bombarding or fissioning atomic nuclei with neutrons, protons, deuterons, alpha particles, or other atomic nuclei produces new isotopes, many of which are not naturally occurring and are radioactive; thus, radioisotopes are available for all elements.

[Iwamoto Shinbu]

Dating Methods

The fact that isotopes have almost the same chemical properties and that radioisotopes decay in a fixed manner with a fixed half-life can be used to date geological or archaeological samples. If a radioisotope is incorporated into a rock when it crystallizes from magma, and the stable isotope produced by its decay is stored in the rock, the atomic ratio of the remaining radioisotope to the stable isotope produced and the half-life can be used to determine the time that has passed since the rock crystallized to the present, that is, its age. It is difficult to measure an age that is too far from the half-life, but combinations such as potassium-argon, rubidium-strontium, lanthanum-cerium, and uranium-lead are used to measure geological ages. Carbon-14, which is contained in an almost constant ratio in the atmosphere, is also contained in living organisms in the same ratio due to the carbon cycle on the earth's surface. When a living organism dies, carbon-14 decreases according to its half-life, so the age of the organism can be calculated from the ratio of carbon-14 to the stable isotope of carbon. This method is used to date archaeological samples.

[Iwamoto Shinbu]

“Introduction to Radiochemistry 3rd Edition” by Ken Tominaga and Hirotoshi Sano (2011, University of Tokyo Press)

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

放射能をもつ元素をいうが、放射能は、元素にではなく核種に帰属される性質であるから、放射性同位体radioactive isotope（ラジオ・アイソトープradioisotopeともいう）をもつ元素のことになる。しかし現在では、人工合成されたものを含めれば、すべての元素に放射性同位体があるので、天然の放射性同位体を含む元素を天然放射性元素、人工の放射性同位体のみからなる元素を人工放射性元素という。また、天然放射性元素には、すべての同位体（アイソトープ）が放射性のものもあるが、原子量の算出に長寿命で存在比の小さい放射性同位体の寄与を加えるものもある。たとえば、カリウムでは半減期約13億年のカリウム40（存在比0.0117％）が原子量算出に含まれるため、天然放射性元素とされる。一方、大気中にほぼ一定の比率で存在するために年代測定に利用される炭素14（半減期5730年）は原子量算出には含まれないので、炭素は天然放射性元素とはされていない。

［岩本振武］

天然放射性元素natural radioactive element

天然放射性元素としては、19番カリウムから78番白金までにおける放射性同位体の存在比は小さい。84番ポロニウムから92番ウランまでは、すべての同位体が放射性である。

　ロシアのメンデレーエフが提出した周期表には各所に欠落があったが、希ガス（貴ガス）部分の大きな補充を含め、その大部分は次々に埋められていった。1896年フランスのベックレルによって発見された放射能は、元素確認の手段として利用されるようになったが、その当時、放射能は元素に固有の性質と考えられたため、新しく発見された放射性同位体は新元素であるとされ、それらは周期表ですでに位置を与えられた既知元素と同じ位置に収容されることになった。同位体と同じ意味で現在でも使われることがある同位元素ということばはそのことに由来している。ポロニウム、アスタチン、フランシウム、ラジウム、プロトアクチニウムなどの天然放射性元素は放射能を手掛りとして発見された。ポロニウム以降の原子番号の大きな天然放射性元素は、トリウム系列、ウラン・ラジウム系列（ウラン系列）、アクチニウム系列とよばれる天然放射性崩壊系列によって生成する。トリウム系列はトリウム232を出発核種として質量数4n（nは整数）を保つ系列で、最終的に鉛208となる。ウラン系列はウラン238を出発核種として質量数4n＋2を保つ系列で、最終的に鉛206となる。アクチニウム系列はウラン235を出発核種として質量数4n＋3を保つ系列で、最終的に鉛207となる。崩壊系列にはこれらのほか、プルトニウム241から出発して質量数4n＋1を保つネプツニウム系列があり、その最終核種はタリウム205である。

［岩本振武］

人工放射性元素artificial radioactive element

43番テクネチウムと61番プロメチウムは超ウラン元素以外の人工放射性元素であるが、両元素ともに周期表では長らく欠落したままであった。前者は1937年、後者は1945年それぞれ人工合成された同位体として発見され、43番は人間の技術を意味するギリシア語technikosからテクネチウム、61番はギリシア神話で神から人間に火をもたらしたプロメテウスにちなんでプロメチウムと命名された。

　93番ネプツニウム以降の超ウラン元素はすべて人工放射性元素である。ただし、プルトニウムではウラン鉱物中での核反応によって生じたプルトニウム239が天然に存在するが、これは炭素14の場合と同様に、天然放射性同位体とはみなさないのが普通である。

　原子核に中性子、陽子、重陽子、α(アルファ)粒子、あるいは他の原子核を衝突させたり核分裂させたりすると新しい同位体を生成する。それらの多くは天然には存在せず、また放射性であり、そのようにしてすべての元素について放射性同位体が得られている。

［岩本振武］

年代測定法

同位体の化学的性質がほとんど同じであることと、放射性同位体が一定の半減期で一定の崩壊形式をとることを利用して、地質学的あるいは考古学的試料の年代を測定することができる。マグマから岩石が晶出する際に、ある放射性同位体が岩石に取り込まれ、その崩壊によって生じた安定同位体がそのまま岩石内に貯留されていたとすると、残存している放射性同位体と生成した安定同位体の原子比ならびに半減期から、その岩石が晶出してから現在までに経過した時間、つまり年代を知ることができる。半減期からあまりかけ離れた年代の測定は困難であるが、カリウム‐アルゴン、ルビジウム‐ストロンチウム、ランタン‐セリウム、ウラン‐鉛などの組合せが地質学的年代の測定に利用される。大気中にほぼ一定の比率で含まれる炭素14は、地表での炭素循環のために生体内でも同じ比率で含まれている。生体が死ぬと、炭素14は半減期に従って減少するので、炭素の安定同位体に対する比率から、生体の死亡年代を算出することができる。この方法は考古学的試料の年代測定に利用される。

［岩本振武］

『富永健・佐野博敏著『放射化学概論　第3版』（2011・東京大学出版会）』

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

<<: Radioactive fallout - fallout

>>: Radiation detector - radiation detector