水素の同位体のソースを表示

[[ファイル:Hydrogen Deuterium Tritium Nuclei Schmatic-en.svg|thumb|左から軽水素、重水素、三重水素の記号および原子図。]]

'''[[水素]]'''（'''H'''、[[標準原子量]]: 1.008<ref name=原子量表>[[#原子量表 (2017)|原子量表 (2017)]].</ref>）には天然に<sup>1</sup>H、<sup>2</sup>Hおよび<sup>3</sup>Hの3つの[[同位体]]がある。その他には非常に不安定な核種（<sup>4</sup>Hから<sup>7</sup>H）が実験室で合成されているが、天然には全く存在しない<ref name="Gurov">Gurov YB, Aleshkin DV, Berh MN, Lapushkin SV, Morokhov PV, Pechkurov VA, Poroshin NO, Sandukovsky VG, Tel'kushev MV, Chernyshev BA, Tschurenkova TD. (2004). Spectroscopy of superheavy hydrogen isotopes in stopped-pion absorption by nuclei. ''Physics of Atomic Nuclei'' 68(3):491–497.</ref><ref name="Korsheninnikov">Korsheninnikov AA. et al. (2003). Experimental Evidence for the Existence of 7H and for a Specific Structure of 8He. ''Phys Rev Lett'' 90, 082501.</ref>。

水素は今日ではその同位体に特殊な名前が使われている唯一の元素である（放射線の研究の初期には、放射性同位体に様々な名前が与えられてきた〔[[:en:List of elements by symbol#Symbols for named isotopes]]〕。しかし、そのような名前は今日ではめったに使われない）。元素記号DとT（<sup>2</sup>Hと<sup>3</sup>Hの代替）が重水素と三重水素に対して用いられることがある。[[国際純正・応用化学連合|IUPAC]]はこれらの記号を慣用として記載しているが推奨はしていない。

== 水素1（軽水素） ==
[[ファイル:Hydrogen.svg|thumb|水素1、最も一般的な水素の同位体で1つの陽子と1つの電子からなる。全ての安定な同位体の中で唯一、中性子を含まない（なぜ他に存在しないかについては[[ジプロトン]]（ヘリウム2）の議論を参照）。]]
'''<sup>1</sup>H'''は自然界に最も多く存在する水素の同位体で、その存在度は99%以上である。この同位体は、重水素や三重水素などと対比して、しばしば'''軽水素'''と呼ばれる。[[原子核]]が[[陽子]]（プロトン）1つのみで構成されていることから、'''プロチウム''' ('''protium''') とも呼ばれるが、この名前はめったに使用されない。

== 水素2（重水素） ==
{{main|重水素}}
'''<sup>2</sup>H'''は水素のもう1つの安定同位体であり、'''[[重水素]]'''（デューテリウム、deuterium）という名前で知られている。重水素の原子核は1つの陽子と1つの中性子からなる。地球上での重水素の存在比は0.0026 &ndash; 0.0184%（モル分率または原子分率）である。小さいほうの数字は水素ガスをサンプルとした場合であり、大きいほうの数字は海水の数字である。重水素は放射性ではない。また猛毒ではないものの、水として多量に摂取すると代謝に不具合を生じる。分子中に重水素を多量に含む水は[[重水]]と呼ばれる。重水素とその化合物は非放射性の同位体標識として化学実験に使われるほか、<sup>1</sup>H-[[核磁気共鳴|NMR]]分析の溶媒にも用いられる。重水は中性子の[[減速材]]や原子炉の冷却水として用いられる。重水素は商業用[[核融合]]の燃料としても期待されている。

== 水素3（三重水素） ==
{{main|三重水素}}
'''<sup>3</sup>H'''は'''[[三重水素]]'''（トリチウム、tritium）という名前で知られ、原子核中に1つの陽子と2つの中性子を有する。放射性同位体であり、[[半減期]]12.32年で[[ベータ崩壊]]を起こし[[ヘリウム3]]を生成する<ref name="Miessler">Miessler GL, Tarr DA. (2004). ''Inorganic Chemistry'' 3rd ed. Pearson Prentice Hall: Upper Saddle River, NJ, USA</ref>。自然界にも少量の三重水素が存在するが、これは宇宙線と大気の相互作用によるものである。三重水素は[[核実験]]によっても放出される。三重水素は熱核融合兵器、[[同位体地球化学]]のトレーサー、自己発光装置のエネルギー源などに使われる。三重水素はかつては化学や生物学の実験で[[放射性標識]]として使われていた（今では使われることは稀になっている）。D-T[[核融合]]では三重水素と重水素が主な反応物として使われる。
{{anchors|水素4}}
== 水素4（四重水素） ==
'''<sup>4</sup>H'''は非常に不安定な水素の[[放射性同位体]]である。核は1つの陽子と3つの中性子からなる。水素4は[[三重水素]]に高速の[[重陽子]]を衝突させることで合成された<ref name="Ter-Akopian">Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam, G. M. Ter-Akopian et al., ''Nuclear Physics in the 21st Century: International Nuclear Physics Conference INPC 2001'', ''American Institute of Physics Conference Proceedings'' '''610''', pp. 920-924, {{doi|10.1063/1.1470062}}.</ref>。この実験では、三重水素の核が高速重陽子の中性子を捕まえている。水素4の存在は放出された陽子から推測された。水素4の[[原子量]]は4.02781 ± 0.00011である<ref>[http://www.nndc.bnl.gov/amdc/web/masseval.html AME2003 atomic mass evaluation], Atomic Mass Data Center.  Accessed on line November 15, 2008.</ref>。水素4は半減期(1.39 ± 0.10) × 10<sup>−22</sup>秒で[[中性子放出]]によって崩壊する<ref name="nubase2003">p. 27, [http://amdc.in2p3.fr/nubase/Nubase2003.pdf The NUBASE evaluation of nuclear and decay properties], G. Audi, O. Bersillon, J. Blachot, and A. H. Wapstra, ''Nuclear Physics A'' '''729''' (2003), pp. 3&ndash;128.</ref>。
{{anchors|水素5}}
== 水素5（五重水素） ==
'''<sup>5</sup>H'''は非常に不安定な水素の[[放射性同位体]]である。核は1つの陽子と4つの中性子からなる。水素5は2001年にロシア、日本、フランスの科学者のチームによって[[理化学研究所]]のRIビーム科学研究室で最初に合成された。高速の<sup>6</sup>Heを<sup>1</sup>Hに照射し、衝突時に放出される陽子2つのエネルギーと放出角度を観測することで水素5が生成していることが推測された。放出陽子の検出には、RIビームサイクロトロンのターゲットの後方に設置された何層もの検出器を有する装置、「理研テレスコープ」が使われている<ref>{{Cite journal
| volume = 87
| issue = 9
| pages = 92501
| last = Korsheninnikov
| first = A. A.
| coauthors = M. S. Golovkov, I. Tanihata, A. M. Rodin, A. S. Fomichev, S. I. Sidorchuk, S. V. Stepantsov, M. L. Chelnokov, V. A. Gorshkov, D. D. Bogdanov
| title = Superheavy Hydrogen <sup>5</sup>H
| journal = Physical Review Letters
| date = 2001
}}</ref>。2002年には別のチームが三重水素に三重水素を衝突させる方法でも合成に成功している<ref>{{cite web|last=Ter-Akopian |url=http://content.aip.org/APCPCS/v610/i1/920_1.html |title=Hydrogen-4 and Hydrogen-5 from t+t and t+d transfer reactions studied with a 57.5-MeV triton beam|accessdate=2015-12-01}}{{リンク切れ|date=2015年12月}}</ref>。この実験では、衝突時に放出される陽子1つから水素5の存在が推測された。水素5は少なくとも半減期9.1 × 10<sup>−22</sup>秒で2つの[[中性子放出]]を起こし崩壊する<ref name="nubase2003" />。
{{anchors|水素6}}
== 水素6（六重水素） ==
'''<sup>6</sup>H'''は半減期3×10<sup>&minus;22</sup>秒で3つの中性子放出を起こし崩壊し、三重水素となる。水素6の原子核は1つの陽子と5つの中性子からなる。<sup>7</sup>Liから生産される。<ref>{{cite journal|last1=Aleksandrov|first1=D.V.|last2=Ganza|first2= D.V.|last3=Glukhov|first3= Yu.A.|last4=Novatskij|first4=B.G.|last5=Ogloblin|first5=A.A.|last6=Stepanov|first6= D.N. |date=1984|title=Observation of unstable superheavy hydrogen isotope <sup>6</sup>H in the <sup>7</sup>Li(<sup>7</sup>Li, <sup>8</sup>B) reaction|journal=Yadernaya Fizika|volume=39|issue=3|pages=513-517|url= https://inis.iaea.org/search/16044371}}</ref>
:<chem>_3^7Li + _3^7Li -> _1^6H  + _5^8B</chem>

== 水素7（七重水素） ==
{{Main|水素7}}
'''<sup>7</sup>H''' の核は1つの陽子と6つの中性子からなる。水素7は2003年にロシア、日本、フランスの科学者チームによって[[理化学研究所]]のRIビーム科学研究室で最初に合成された。合成は<sup>1</sup>Hのターゲットに高速の<sup>8</sup>Heを衝突させることで行われた。衝突時に放出される陽子2個が「理研テレスコープ」によって検出され、残りの陽子1個と中性子6個が<sup>7</sup>Hを形成していることが推測された<ref>{{Cite journal
| volume = 90
| issue = 8
| pages = 82501
| last = Korsheninnikov
| first = A. A.
| coauthors = E. Y. Nikolskii, E. A. Kuzmin, A. Ozawa, K. Morimoto, F. Tokanai, R. Kanungo, I. Tanihata, N. K. Timofeyuk, M. S. Golovkov
| title = Experimental Evidence for the Existence of <sup>7</sup>H and for a Specific Structure of <sup>8</sup>He
| journal = Physical Review Letters
| date = 2003
}}</ref>。その後ほかのグループにより、<sup>8</sup>Heビームを <sup>12</sup>C に照射して <sup>7</sup>H を観測したという報告<ref>Caamano, M. et al. "Resonance State in 7H." ''Physical Review Letters'' '''2007''', ''99'', 062502. [https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.99.062502 10.1103/PhysRevLett.99.062502]</ref>、<sup>9</sup>Be や <sup>11</sup>B 核にπ中間子を反応させて <sup>7</sup>H を観測したという報告がなされている<ref>Yu. B. Gurov et al. "Searches for the superheavy hydrogen isotope 7H in the absorption of stopped π− mesons" ''Physics of Atomic Nuclei'' '''2006''', ''69'', 1448-1452.  [https://doi.org/	10.1134/S106377880609002X 	10.1134/S106377880609002X]</ref>。
{{anchors|水素8}}
== 水素8（八重水素） ==
'''<sup>8</sup>H'''の核は1つの陽子と7つの中性子からなる。現在これ以降の重水素は合成されていない。四重水素以降の重水素は陽子に対し中性子の量が過剰すぎるために、非常に不安定である。そのため、一瞬のうちに中性子を放出し、中性子数がより少ない軽い水素へと崩壊する中性子放出を起こす。現在、アメリカや日本、ヨーロッパなどで合成が試みられている。{{cn|date=2023年6月}}

== 水素様異種原子 ==
=== ポジトロニウム (Ps または e+e-)===
{{main|ポジトロニウム}}
'''ポジトロニウム'''は[[陽電子]]（[[電子]]の[[反粒子]]で正電荷を持つ）と電子からなる[[異種原子]]である。[[対消滅]]により、2つかそれ以上の[[ガンマ線|ガンマ粒子]]に崩壊する。

=== ミューオニウム (Mu または µ+e-)===
{{main|ミューオニウム}}
'''ミューオニウム'''は正[[ミュー粒子|ミューオン]]と[[電子]]からなる[[異種原子]]であり<ref name="Gold">{{GoldBookRef|title=muonium|url=http://goldbook.iupac.org/M04069.html}}</ref>、記号Muまたはµ<sup>+</sup>e<sup>−</sup>で表記される。ミュー粒子の寿命 2 µs の間に、ミューオニウムは塩化ミューオニウム (MuCl) やナトリウムミューオニド (NaMu) といった化合物を作ることができる<ref name="iupac">[http://www.iupac.org/publications/pac/2001/pdf/7302x0377.pdf Names for muonium and hydrogen atoms and their ions] iupac.org ([[Portable Document Format|PDF]])</ref>。
{{anchors|反水素}}
=== 反水素 (<span style="text-decoration:overline;">H</span>)===
{{main|反水素}}
'''反水素'''は、[[陽電子]]と[[反陽子]]からなる原子であり、水素の[[反物質]]である。記号は<span style="text-decoration:overline;">H</span>と、通常のHに反物質であることを示す線を上に引く。反水素の同位体として<sup>1</sup><span style="text-decoration:overline;">H</span>のほかに、反重水素(<span style="text-decoration:overline;">D</span>又は<sup>2</sup><span style="text-decoration:overline;">H</span>)と反三重水素(<span style="text-decoration:overline;">T</span>又は<sup>3</sup><span style="text-decoration:overline;">H</span>)がそれぞれ合成されている。

== 一覧 ==
{| class="wikitable sortable" style="font-size:95%"
! 同位体<br />核種
! Z([[陽子|p]])
! N([[中性子|n]])
! [[同位体質量]] (u)
! 半減期
! 核スピン
! 天然存在比<br />(モル分率)
! 天然存在比の範囲<br />(モル分率)
|-
| <sup>1</sup>H
| style="text-align:right" | 1
| style="text-align:right" | 0
| 1.00782503207(10)
| STABLE [>2.8×10<sup>23</sup> a]
| 1/2+
| 0.999885(70)
| 0.999816-0.999974
|-
| [[重水素|<sup>2</sup>H]]
| style="text-align:right" | 1
| style="text-align:right" | 1
| 2.0141017778(4)
| STABLE
| 1+
| 0.000115(70)
| 0.000026-0.000184
|-
| [[三重水素|<sup>3</sup>H]]
| style="text-align:right" | 1
| style="text-align:right" | 2
| 3.0160492777(25)
| 12.32(2) a
| 1/2+
|
|
|-
| <sup>4</sup>H
| style="text-align:right" | 1
| style="text-align:right" | 3
| 4.02781(11)
| 1.39(10)×10<sup>-22</sup> s [4.6(9) MeV]
| 2-
|
|
|-
| <sup>5</sup>H
| style="text-align:right" | 1
| style="text-align:right" | 4
| 5.03531(11)
| >9.1×10<sup>-22</sup> s ?
| (1/2+)
|
|
|-
| <sup>6</sup>H
| style="text-align:right" | 1
| style="text-align:right" | 5
| 6.04494(28)
| 2.90(70)×10<sup>-22</sup> s [1.6(4) MeV]
| 2-#
|
|
|-
| [[水素7|<sup>7</sup>H]]
| style="text-align:right" | 1
| style="text-align:right" | 6
| 7.05275(108)#
| 2.3(6)×10<sup>-23</sup># s [20(5)# MeV]
| 1/2+#
|
|
|}

=== 注 ===
* 天然存在比は水における値である。
* 同位体存在比と原子量は変動するので値の正確さには限界がある。与えられている範囲は全ての標準的な地球上の物質に適用できる。
* 市販の物質については同位体比が不開示であったり、故意でなく同位体比が変わっている場合があり、標準の原子量や存在比から有意に外れている場合がある。
* 市販の水素ガスの中には<sup>2</sup>Hの存在比がモル分率で3.2×10<sup>-5</sup>まで低いものも存在する。
* #をつけた値は純粋に実験値から得られたデータではなく、少なくとも一部は系統的傾向からの計算値を含んでいる。根拠の弱い核スピンについてはかっこで括っている。
* 数字の最後のかっこ書きはその数字の不確かさを表す。不確かさの値は同位体の存在比と標準原子量についてはIUPACの公表する拡張不確かさを、それ以外については標準偏差を記載している。

== 出典 ==
* Isotope masses from [http://www.nndc.bnl.gov/amdc/index.html Ame2003 Atomic Mass Evaluation] by G. Audi, A.H. Wapstra, C. Thibault, J. Blachot and O. Bersillon in ''Nuclear Physics'' A729 (2003).
* Isotopic compositions and standard atomic masses from [http://www.iupac.org/publications/pac/2003/7506/7506x0683.html Atomic weights of the elements. Review 2000 (IUPAC Technical Report)]. ''Pure Appl. Chem.'' Vol. 75, No. 6, pp. 683-800, (2003) and [http://www.iupac.org/news/archives/2005/atomic-weights_revised05.html Atomic Weights Revised (2005)].
* Half-life, spin, and isomer data selected from these sources. Editing notes on this article's talk page.
** Audi, Bersillon, Blachot, Wapstra. [http://amdc.in2p3.fr/web/nubase_en.html The Nubase2003 evaluation of nuclear and decay properties], Nuc. Phys. A 729, pp. 3-128 (2003).
** National Nuclear Data Center, Brookhaven National Laboratory. Information extracted from the [http://www.nndc.bnl.gov/nudat2/ NuDat 2.1 database] (retrieved Sept. 2005).
** David R. Lide (ed.), Norman E. Holden in ''CRC Handbook of Chemistry and Physics, 85th Edition'', online version. CRC Press. Boca Raton, Florida (2005). Section 11, Table of the Isotopes.
{{reflist}}

<!--
放置
== In fiction ==
In the 1955 satirical novel ''[[The Mouse That Roared]]'', the name '''quadium''' was given to the hydrogen-4 isotope that powered the ''Q-bomb'' that the [[Duchy of Grand Fenwick]] captured from the [[United States]].
-->

== 外部リンク ==
{{Commons&cat}}
*[http://www.riken.jp/r-world/info/release/press/2001/010917_1/index.html 超重水素原子核"<sup>5</sup>H"の存在を世界で初めて確認] (理化学研究所 2001年 プレスリリース)
*[http://www.riken.jp/r-world/info/release/news/2003/jul/index.html#spo_01 超重水素原子核"<sup>7</sup>H"の存在を世界で初めて確認] (理化学研究所 2003年7月 理研ニュース)
*[http://physicsweb.org/articles/news/7/3/3 News of hydrogen-7 discovery]
*[http://content.aip.org/APCPCS/v610/i1/920_1.html Article on hydrogen-4 and hydrogen-5] (要ログイン)
*{{Cite web|和書|format=PDF|accessdate=2018-06-21|url=http://www.chemistry.or.jp/activity/atomictable2017.pdf|title = 原子量表 (2017)|publisher = [[日本化学会]]|ref = 原子量表 (2017)}}

{{同位体の一覧}}
{{Normdaten}}

{{DEFAULTSORT:すいそのとういたい}}
[[Category:水素の同位体|*]]
[[Category:同位体の一覧]]
[[Category:水素|とういたい]]