【海外の反応】地球上にわずか28gの激レア元素アスタチン→最新計算だと100mgしかないと判明

地球上で天然に存在する元素の中で一番レアなのがアスタチンだ。地球全体をかき集めても、総量は28g(約1オンス)にも満たないらしい

>>1 どうやって採取・収穫するんだ？

>>2 ダイヤモンドのツルハシ一択だな

>>2 ビスマスにアルファ粒子をぶつければ作れるぞ

>>2 まともな質問に対して駄洒落とジョークの雪崩が押し寄せてくるの、見てて疲れるわ

>>1 たぶんAI生成とかじゃなくて、ロゴから見てドイツの研究機関がこの手の実験を実際にやってるグループの本物の写真だと思うぞ。誰かがこの投稿用に撮ったんだろう

>>6 俺、これを作ったユーリッヒの町に住んでるぞ。地元が出てて誇らしい！

>>1 アスタチンは元素記号At、原子番号85の化学元素。地球の地殻中で天然に存在する元素の中では最もレアで、より重い元素の崩壊生成物としてのみ生じる。同位体は全て寿命が短く、最も安定なアスタチン210でも半減期はわずか8.1時間。だから固体サンプルが観測されたことは一度もない――巨視的な量を集めた瞬間、放射性崩壊の熱で即座に蒸発してしまうからだ

>>8 なんでよりによって肝心のアスタチンの単語にだけリンクを貼ってないんだ？

>>1 つまりこれは、激レアだけど実用性はゼロってことでいいのか？

>>10 極めて希少ではあるが、一応使い道はある。1)がん治療：同位体アスタチン211を標的アルファ線療法に使う研究が進んでいる。高エネルギーのアルファ粒子を出してがん細胞を殺せる上、放射線の飛距離が極端に短いため周囲の健康な組織を傷つけずに済む。2)甲状腺研究：ハロゲンとしてヨウ素に似た化学的性質を持つため、甲状腺への作用が研究されている。3)核医学トレーサー：代謝経路の追跡や新薬の送達システムの実験用トレーサーとしても使われる

>>10 「半減期8.1時間」…何に使うにせよ、あんまり時間をかけすぎないようにな

>>10 アスタチン211は標的がん治療として有望視されてる。半減期は7時間くらいだからちょうど使いやすい。それ以外の用途は？　正直ほとんど無いと思う。研究するにも扱いが難しすぎる

>>12 こんなに量が少ないのになんでがん治療に使えるんだろうと思ってたけど、実験室でアスタチン211を合成できるからなんだな

>>10 婚約指輪とかロレックスにしたら似合いそうだな

>>14 残念ながら無理だ。半減期が短すぎる

>>15 だったらなんで今も28gも残ってるんだ？

>>16 さっき採れたばかりだからな。もう14gになってるけど

>>17 それだけあれば十分だろ。このペースなら絶対枯渇しないな

>>1 実際はもっと少ないぞ。最新の計算だと、地球上に天然に存在するアスタチンの総量は101.27〜130.20mgくらいだ

>>20 その「約28g」という数字自体、決まった在庫量じゃなくて定常状態の推定値にすぎない。天然のアスタチン同位体はどれも短命(最長のAt-219でも半減期1分未満)だから、地球誕生時からのものは一切残っていない。地殻中のウランやトリウムの崩壊連鎖の中で常に少しずつ作られ続けていて、生成量と崩壊量が釣り合う「永年平衡」の状態にあるから総量がほぼ一定に保たれてるだけ。中身の原子は数秒〜数分単位で絶えず入れ替わってる。だから「ある瞬間の28g」であって、同じ28gが居座ってるわけじゃない。推定値も幅が大きくて、1g未満とする文献もある

>>20 半減期が最長でも8時間しかないのに、その数字って常に激しく変動してるものなんじゃないのか？

>>21 元になる物質が豊富にあって絶えず崩壊し続けているなら、供給が安定してること自体は不思議じゃない。ウランやトリウムの鉱石から生まれ続けてるわけで、そこから推定できる

>>1 予想だけど、これってより重い元素が放射性崩壊するときにだけ生まれて、生まれた側からすぐにまた別の元素へ崩壊して消えていくってことじゃないのか？

>>24 その通り。アスタチンはウランやトリウムのような重元素が天然に放射性崩壊していく過程の、寿命の短い中間生成物にすぎない。同位体はどれも寿命が極端に短く(1秒未満のものから最長でも8.1時間)、生まれるそばから消えていく。だからこそ地球の地殻全体をかき集めても天然のアスタチンは30g未満しかない

>>25 もう少し具体的に言うとこうだ。ウランとトリウムは地殻中に広く存在してて、半減期は数千年単位。それがまずラドン(家の基礎から染み出してくる、喫煙に次ぐ肺がんの原因になるあれ)に崩壊する。ラドンの半減期は数週間。そこからさらに半減期が数日〜数分の元素へ崩壊していき、最終的にアスタチンになる。ところがアスタチンの半減期はわずか0.03秒。まばたき一つする間に半減期を5回も繰り返して、まばたきが終わる頃には元の量の3%程度しか残っていない計算だ。地球の超重元素が数十億年前の超新星で作られて以来、アスタチンは今もずっと作られ続けてる。量が少ないのは、まさに「まばたきする間に消えてしまう」物質だからだ

>>25 発見の経緯も面白い。周期表の並びからヨウ素の下に位置する「元素85番」の存在は予想されていて、1930年代から40年代にかけて科学者たちが合成を試みたが、再現できなかったり検出できないほど微量にしかならなかった。1946年、国際機関が「天然での存在が最近確認されたものなら合成元素として認定する」方式に変更したタイミングで、この元素85番がウランの崩壊系列の一部であることが判明。それまでの合成研究の成果とあわせて認められ、1947年に正式に「アスタチン」として認定された

>>25 それって「常にだいたい28〜30g」ってこと？　崩壊した分と新しく生まれた分が釣り合ってるってことか。ちなみに人工的に同位体を作ることはできるのか？

>>28 これは統計的なプロセスなんだ。天然のウランやトリウムの同位体は、ある瞬間ごとに一定の確率でアスタチンを経由する崩壊系列の一部として崩壊していく。地球上のウランとトリウムの総量、そしてその崩壊系列にある全ての同位体の半減期はだいたい分かっているから、『今この瞬間に崩壊している量』とほぼ等しい量のアスタチンが常に生成されていて、地球全体でおよそ30gという平衡状態になっていると推定できる。人口増減がゼロの国をイメージするといい――毎日X人が亡くなり、毎日X人が生まれる。総人口は一定のままだけど、中身の人間は常に生まれては亡くなっているわけだ。同位体の人工合成についてだけど、アスタチンには同位体がいろいろあって、ビスマス209にアルファ粒子をぶつけることで人工的に作れる。ぶつけるアルファ粒子の速度によって、どのアスタチン同位体ができるかが決まる。医療応用の研究で使われてるアスタチン211は、主にこの方法で人工的に作られている

>>29 じゃあアスタチン211の方が安定していて長持ちするってこと？　人工的に作るとして、地球上にはどれくらいの量があるんだ？　アルファ粒子装置なら年間数グラムくらいは作れるものなのか？

>>30 アスタチンの同位体はどれも安定とは言い難い。地球上のアスタチンの99%以上はウラン238の崩壊由来で、生成されるのはアスタチン218、半減期はわずか1.5秒。一方アスタチン211はかなり長持ちする方で、半減期は7.214時間。これなら生成してから、素早くやれば保存も輸送もできる。この投稿の画像に写ってるのも、まさにそのアスタチン211をごく微量だけ合成したバイアル瓶だ。サイクロトロン1回の稼働で生成できるのはせいぜい数ピコグラム(1兆分の1グラム単位)で、年間の総生産量も1ナノグラム以下だろうと思う(これは俺の推定で、研究室側もあまり重要視して公表してない数字だけど)。この手の「加速器で作るしかない」同位体は、そもそも巨視的な量になることがまず無い。高くつく上に扱いが難しいし、半減期が数時間しかないアスタチン211を備蓄しておくなんて不可能だ。しかも半減期が短いということは、常にエネルギーを放出し続けているということでもある。ちょっと計算すると、1gも集まれば数キロワット相当のエネルギーを出す計算になって、たぶん気化してしまうだろうな。対照的な例がプルトニウム239で、こっちは数千トン単位で存在する。原子炉で大量に増殖できて、半減期は数万年、そして何より『大量の人間を殺すのに使える』という強烈なインセンティブがあったから、1940年以前は地球上に存在しなかった元素なのに、今では大量に作られている