タンタル180m1のソースを表示

{{Redirect|タンタル180m|別の核異性体|タンタル180m2}}
{{混同|タンタル180}}
{{Infobox 同位体
| alternate_names =タンタル180m1,タンタル180m,タンタル180
| symbol =Ta
| mass_number =180m1
| mass =179.9474648(24)
| num_neutrons =107
| num_protons =73
| abundance =0.012 ± 0.02 %
| halflife = > 1.2 × 10<sup>15</sup> 年
| error_halflife =
| background =#FC6
| text_color =
| image =Tantalum element.jpg
| image_caption =天然[[タンタル]]の0.012%は<sup>180m1</sup>Taである。
| decay_product =タングステン180
| decay_symbol =W
| decay_mass =180
| decay_mode1 =[[ベータ崩壊|β]]?
| decay_energy1 =?
| decay_mode2 =[[核異性体転移|IT]]?
| decay_energy2 =?
| decay_mode3 =[[電子捕獲|EC]]?
| decay_energy3 =?
| decay_mode4 =
| decay_energy4 =
| parent =タンタル180m2
| parent_symbol =Ta
| parent_mass =180m2
| parent_decay =[[核異性体転移|IT]]
| parent2 =
| parent2_symbol =
| parent2_mass =
| parent2_decay =
| spin =9-
| excess_energy =−48860.9
| error1 =1.8
| binding_energy =
| error2 =
}}

'''タンタル180m1''' (Tantalum-180m1・<sup>180m1</sup>Ta) とは、[[タンタルの同位体]]の1つ。

== 概要 ==
<sup>180m1</sup>Taは、[[タンタル180|<sup>180</sup>Ta]]より75[[キロ|k]][[電子ボルト|eV]]エネルギーの高い[[核異性体]]の1つである<ref name="NNDC">[http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties ''National Nuclear Data Center''] {{webarchive|url=https://web.archive.org/web/20080923135135/http://www.nndc.bnl.gov/amdc/nubase/Nubase2003.pdf |date=2008年9月23日 }}</ref><ref name="USDE">[http://www.eurekalert.org/features/doe/2005-08/drnl-ttp082205.php Testing the physics of nuclear isomers ''United States Department of Energy'']</ref>。原子は基底状態よりエネルギーの高い励起状態のものがあり、この準安定状態がある程度長く続くものを核異性体と呼ぶ。多くはマイクロ秒からミリ秒の間の時間で[[ガンマ線]]を放出して基底状態に戻る。しかし稀に1秒以上準安定状態を維持する核種もあり、<sup>180m1</sup>Taはその中でも最も長い[[半減期]]を持つと推定されている<ref name="NNDC"/>。

<sup>180m1</sup>Taは、天然に産出する[[タンタル]]の0.012%を占めており、天然に存在する唯一の核異性体である。もうひとつの核異性体[[タンタル180m2|<sup>180m2</sup>Ta]]は半減期0.000045秒のごく普通の核異性体であるため<ref name="NNDC"/>、<sup>180m1</sup>Taをしばしば'''<sup>180m</sup>Ta'''と書くこともある<ref name="USDE"/>。また、語弊が生じない場合、<sup>180m1</sup>Taを指して'''<sup>180</sup>Ta'''と書く場合もある<ref name="JAEA">[http://www.jaea.go.jp/02/press2010/p10051201/index.html 太陽系に存在する最も希少な同位体タンタル180が超新星爆発のニュートリノで生成されたことを解明 ''独立行政法人日本原子力研究開発機構'']</ref>。

== 半減期 ==
<sup>180m1</sup>Taの[[放射性崩壊|崩壊]]は未だ観測された事が無く<ref name="USDE"/>、少なくとも1200兆年の半減期を持つと推定されており、今のところ[[安定同位体]]と見なされている。<sup>180m1</sup>Taの崩壊モードは恐らく[[ベータ崩壊]]であり、少なくとも70京年の半減期をもち、やはり安定同位体と見なされている[[タングステン180|<sup>180</sup>W]]に崩壊する<ref name="NNDC"/>。また、<sup>180</sup>Taに[[核異性体転移]]する崩壊モード、[[電子捕獲]]によって[[ハフニウム180|<sup>180</sup>Hf]]に崩壊するモードも予測されている<ref name="USDE"/><ref name="FAMUFSUCE">[http://www.eng.fsu.edu/~dommelen/quantum/style_a/ntgd.html 14.20 Gamma Decay ''Florida A&M University - Florida State University College of Engineering'']</ref>。

励起状態である核異性体が基底状態の核種より半減期が長いものは<sup>180</sup>Ta以外にもいくつか存在するが、<sup>180m1</sup>Taで奇妙なのは、基底状態であるはずの<sup>180</sup>Taの半減期が8.152時間と極めて短いにもかかわらず<ref name="NNDC"/>、<sup>180m1</sup>Taは未だ崩壊が観測された事が無いほどきわめて長い半減期を持つことである<ref name="NNDC"/>。これほどまでに長いのは、<sup>180m1</sup>Taの[[スピン角運動量]]が9-であり、<sup>180</sup>Taの1+に移行するのが極めて遅いことに起因すると考えられている<ref name="USDE"/><ref name="FAMUFSUCE"/>。

== 生成 ==
<sup>180m1</sup>Taは、[[宇宙]]に存在する最も少ない核種の1つである。<sup>180m1</sup>Taの生成には、1980年頃から、[[s過程]]、[[r過程]]、[[光崩壊]]、[[宇宙線による核破砕]]などの説が唱えられてきたが、どれも[[太陽系]]に存在する<sup>180m1</sup>Taの量を説明するのに満足な説は存在しなかった<ref name="JAEA"/>。

後に、[[超新星]]爆発で発生する[[ニュートリノ]]が、[[タンタル181|<sup>181</sup>Ta]]や[[ハフニウム180|<sup>180</sup>Hf]]と反応することで<sup>180m1</sup>Taが生成する説が唱えられた。それは以下の反応式によるものである<ref name="JAEA"/>。

{{indent|<math>\mathrm{^{181}_{\ 73}Ta\ +\ \boldsymbol{\nu} \longrightarrow \ ^{180}_{\ 73}Ta\ +\ ^{1}_{0}n\ +\ \nu}</math>}}
{{indent|<math>\mathrm{^{180}_{\ 72}Hf\ +\ \boldsymbol{\nu}_{e} \longrightarrow \ ^{180}_{\ 73}Ta\ +\ \mathrm{e}^{-}}</math>}}

しかし、このプロセスでは、<sup>180m1</sup>Taと<sup>180</sup>Taの両方が生成しうるが、<sup>180m1</sup>Taと<sup>180</sup>Taの合計値が、実際に存在する<sup>180m1</sup>Taより多くなってしまう可能性があるため、速やかに崩壊する<sup>180</sup>Taを除いた、<sup>180m1</sup>Taがどれくらいの割合で生成するかを知る必要があった。[[2010年]]に[[日本原子力研究開発機構]]の[[早川岳人]]らの研究チームは、それまで計算を煩雑にしていた、基底状態と励起状態の間に存在する膨大な中間値を排除し、<sup>180m1</sup>Taと<sup>180</sup>Taを別々の核種と見なすことで計算を行った。その結果、超新星爆発では10億[[ケルビン|K]]を境にして、それ以上では<sup>180m1</sup>Taと<sup>180</sup>Taが[[平衡状態]]にあるが、それ以下の温度に下がると<sup>180m1</sup>Taと<sup>180</sup>Taの間の変換が発生しなくなるため、<sup>180</sup>Taが崩壊し、<sup>180m1</sup>Taのみが残る事が分かった。そして計算結果に示された<sup>180m1</sup>Taの量は、実際に観測される量と一致することがわかった。このプロセスが発生するために必要なニュートリノのエネルギーは約12MeVである。また、超新星爆発の規模や最高温度、冷却時間など、他のパラメーターで発生量に変化は無かった<ref name="JAEA"/>。

ニュートリノは[[電子ニュートリノ]]、[[ミューニュートリノ]]、[[タウニュートリノ]]の3種類があり、互いに[[ニュートリノ振動]]によって種類が入れ替わる。しかしこのプロセスでは、<sup>181</sup>Taは3種類のどのニュートリノでもよいが、<sup>180</sup>Hfは電子ニュートリノのみとしか反応しない。<sup>180m1</sup>Taの量を詳しく調べる事は、ニュートリノ振動に関わる未知のパラメーターに制限を加える事になる<ref name="JAEA"/>。

== 出典 ==
{{脚注ヘルプ}}
{{Reflist}}

== 関連項目 ==
* [[タンタルの同位体]]
* [[核異性体]]
{{Isotope|element=タンタル
|lighter=[[タンタル180m2|<sup>180m2</sup>Ta]]
|heavier=[[タンタル180|<sup>180</sup>Ta]]
|before=[[タンタル180m2|<sup>180m2</sup>Ta]] ([[核異性体転移|IT]])
|after=[[タングステン180|<sup>180</sup>W]] ([[ベータ崩壊|β<sup>-</sup>]]) ?<br/>[[タンタル180|<sup>180</sup>Ta]] (IT) ?<br/>[[ハフニウム180|<sup>180</sup>Hf]] ([[電子捕獲|EC]]) ?
}}
{{DEFAULTSORT:たんたる180m1}}

[[Category:タンタルの同位体|180m1]]
[[Category:核異性体]]
[[Category:ニュートリノ]]