ウラン238の崩壊系列（N-Z図）Uranium-238 Decay Series (N-Z Chart)

1予想しよう（触る前に）Predict (before you touch anything)

1. 横軸が中性子数 N、縦軸が陽子数 Z の図で、α崩壊とβ⁻崩壊をすると、核種の点はそれぞれどの向きに動くと思いますか。On a chart with neutron number N across and proton number Z up, which way do you think a nuclide's dot moves in an alpha decay and in a beta-minus decay?💡 α粒子は陽子何個と中性子何個からできているでしょうか。β⁻崩壊では原子核の中の何が何に変わるでしょうか。How many protons and neutrons make up an alpha particle? In beta-minus decay, what inside the nucleus changes into what?
2. U-238（A = 238, Z = 92）が Pb-206（A = 206, Z = 82）になるまでに、α崩壊とβ⁻崩壊はそれぞれ何回起こると思いますか。How many alpha decays and how many beta-minus decays do you think it takes for U-238 (A = 238, Z = 92) to become Pb-206 (A = 206, Z = 82)?💡 質量数を変えるのはどちらの崩壊だけでしょうか。まず質量数の差から考えてみましょう。Which kind of decay is the only one that changes the mass number? Start from the difference in mass number.

2動かしてみようTry it

1. 「一時停止」を押してアニメーションを止め、「表示モード」が「逐次追跡（1段階ずつ）」であることを確認する。右の表示で U-238 の Z=92、N=146、A=238、半減期 約44.7億年を読む。Press "Pause" to stop the animation and check that "View" is set to "Step by step (one decay at a time)". In the panel, read U-238's Z=92, N=146, A=238 and half-life of about 4.47 billion years.
2. 「次の核種へ ▶」を1回ずつ押し、U-238 → Th-234（α崩壊）、Th-234 → Pa-234m（β⁻崩壊）、Pa-234m → U-234（β⁻崩壊）での点の動く向きと、反応式の質量数・原子番号のチェック（✓）を確認する。Press "Next nuclide ▶" one step at a time and, for U-238 → Th-234 (α decay), Th-234 → Pa-234m (β⁻ decay) and Pa-234m → U-234 (β⁻ decay), note which way the dot moves and the mass-number and atomic-number checks (✓) in the equation.
3. 「再生」を押し、「速度」スライダーで速さを変えながら Pb-206 まで追跡する。途中、Ra-226 や Rn-222 の半減期の表示に注目する。Press "Play" and follow the series to Pb-206, adjusting the "Speed" slider as needed. Along the way, look at the half-lives shown for Ra-226 and Rn-222.
4. 「表示モード」を「一覧表示（系列全体）」に切り替え、系列全体の反応式（α崩壊 8回・β⁻崩壊 6回）と、β安定線の帯・灰色の安定核種に対する系列の位置を見る。Switch "View" to "Whole series" and look at the overall equation (8 α decays, 6 β⁻ decays) and where the series lies relative to the β-stability band and the gray stable nuclides.
5. 表の行や図の点をタップ（またはホバー）して、Po-214、Pb-210、Pb-206 などの半減期と次の崩壊を調べ、比べる。Tap (or hover over) table rows or dots on the chart to look up and compare the half-lives and next decays of nuclides such as Po-214, Pb-210 and Pb-206.

3確かめようCheck

1. N-Z図上で、α崩壊とβ⁻崩壊ではそれぞれ点がどの向きに動きましたか。On the N-Z chart, which way did the dot move in an alpha decay and in a beta-minus decay?→ α崩壊では左下へ（ΔN = −2, ΔZ = −2）、β⁻崩壊では左上へ（ΔN = −1, ΔZ = +1）動いた。In alpha decay it moved down-left (ΔN = −2, ΔZ = −2); in beta-minus decay it moved up-left (ΔN = −1, ΔZ = +1).
2. U-238 → Th-234 と Th-234 → Pa-234m で、質量数と原子番号はどう変化しましたか。How did the mass number and atomic number change in U-238 → Th-234 and in Th-234 → Pa-234m?→ U-238 → Th-234（α崩壊）は 238 = 234 + 4、92 = 90 + 2 で質量数 −4、原子番号 −2。Th-234 → Pa-234m（β⁻崩壊）は質量数 234 のまま、原子番号が 90 から 91 に +1 された（電子 e⁻ と反ニュートリノを放出）。U-238 → Th-234 (α decay): 238 = 234 + 4 and 92 = 90 + 2, so mass number −4 and atomic number −2. Th-234 → Pa-234m (β⁻ decay): mass number stays 234 and atomic number goes from 90 to 91 (+1), emitting an electron and an antineutrino.
3. 系列全体で α崩壊と β⁻崩壊は何回ずつ起こりましたか。それで Pb-206 になることを計算で確かめられますか。How many alpha and beta-minus decays occur in the whole series? Can you confirm by calculation that this gives Pb-206?→ α崩壊 8回・β⁻崩壊 6回。質量数 238 − 4×8 = 206、原子番号 92 − 2×8 + 6 = 82 となり、Pb-206 と一致する。8 alpha decays and 6 beta-minus decays. Mass number 238 − 4×8 = 206 and atomic number 92 − 2×8 + 6 = 82, which matches Pb-206.
4. U-238、Ra-226、Rn-222、Po-214 の半減期はそれぞれどれくらいでしたか。What were the half-lives of U-238, Ra-226, Rn-222 and Po-214?→ U-238 は約44.7億年、Ra-226 は約1600年、Rn-222 は約3.8日、Po-214 は約164マイクロ秒で、核種によって桁違いに異なる。Pb-206 は安定で崩壊しない。U-238 about 4.47 billion years, Ra-226 about 1,600 years, Rn-222 about 3.8 days, Po-214 about 164 μs — they differ by enormous factors. Pb-206 is stable and does not decay.

4考えようThink further

1. α崩壊だけをくり返すと、核種は β安定線から見てどちらにずれていきますか。β⁻崩壊がところどころで起こるのはなぜだと考えられますか。If only alpha decays happened, which way would the nuclide drift relative to the β-stability line? Why do beta-minus decays happen along the way?→ 重い核の帯は N:Z が 1.5 前後なのに、α崩壊は N と Z を同じ 2 ずつ減らすので、軽くなるにつれて相対的に中性子が多すぎる（帯の右下・中性子過剰側）状態になっていく。β⁻崩壊は中性子1個を陽子に変えて N/Z を下げ、帯に近づける役割をしている。In heavy nuclei the band has N:Z around 1.5, but alpha decay removes equal numbers (2 and 2) of neutrons and protons, so as the nucleus gets lighter it ends up with too many neutrons (drifting to the neutron-rich side, below-right of the band). Beta-minus decay turns a neutron into a proton, lowering N/Z and bringing the nuclide back toward the band.
2. 地中のウラン鉱石からラドン（Rn-222、半減期 約3.8日）がいつまでも出続けるのはなぜですか。Why does uranium ore in the ground keep releasing radon (Rn-222, half-life about 3.8 days) for a very long time?→ Rn-222 自体はすぐ減るが、半減期が約44.7億年と非常に長い U-238 から系列を通じて次々に新しく作られ続けるから。Rn-222 itself disappears quickly, but it is continually produced again through the series from U-238, whose half-life is very long (about 4.47 billion years).

よくある誤解Common misconceptions

• 「β⁻崩壊では原子核から電子が出るので質量数が減る」という誤解。β⁻崩壊では中性子が陽子に変わるだけで、質量数は変わらない。"Beta-minus decay lowers the mass number because an electron leaves the nucleus." In beta-minus decay a neutron turns into a proton, so the mass number does not change.
• 「ウランは1回の崩壊で直接鉛になる」という誤解。実際は 14 段階の崩壊を経て、途中にラジウムやラドンなど多くの放射性核種ができる。"Uranium turns into lead in one decay." In fact it takes 14 steps, producing many radioactive nuclides such as radium and radon along the way.

用語（日本語 / English）Key terms (Japanese / English)