超弦理論 超大統一理論の方向性(33) 原子番号7 窒素

　👆写真は¹⁴Nの超弦原子核構造。(この構造に3✖3本の支柱を追加して完成)

　¹⁴Nが五角形共有構造を取らないのは、取らないのではなくて取れないのが理由だと考えられる。例えば、五本の支柱が太い立体五角形５共有状態の基盤構造には58本の支柱が必要になるが、¹⁴Nの支柱は63本である。五本の支柱を追加して完成になるのですが、追加できる支柱の数は三本、又は、六本であるから構造が不安定になる。

　窒素の同位体で安定しているのは、¹⁴Nと¹⁵Nがある。¹⁵Nの場合には、68本の支柱が必用ですが、立体五角形４共有状態の基盤構造(50本の支柱)に3✖6本の支柱を追加できるので、安定した構造を五角形の共有状態で構成することが可能になる。


　👆写真は、立体五角形４共有状態の基盤構造。立体五角形３共有状態の基盤構造(色付けした部分)に立体五角形を追加して共有させている。

　
　👆写真は、陽子一つ、中性子一つで構成されている超弦原子核構造。

　五角形共有基盤構造を分類する方法として、五本の束められた支柱(太い支柱)の配置がある。👆写真の構造から細い支柱を太い支柱に交換して、太い支柱を四本選べば、立体五角形４共有状態をいくつかに分類することができる。また、この四共有状態にある太い支柱は、陽子が五つ重なって配置されている状態であると考えることもできる。

　¹³Cは核スピンを持ち、核磁気共鳴分光法において重要な核種であるが、その特性は原子核構造にある筈なので、立体五角形４共有状態の中で五つ重なっている陽子の配置が核スピンと関係していると考えるのは筋道となる。(¹³Cは立体五角形４共有状態の基盤構造を持っている)

超弦理論 超大統一理論の方向性(32) 原子番号6 炭素

　👆写真は　¹⁰B ¹¹B　¹²C ¹³C 　の超弦構造の基盤模型。

　超弦構造の基盤模型の各面には三つの支柱が取り付けられるので、陽子が四つ、中性子が五つの支柱を基盤模型に追加して超弦原子核模型の完成となる。

　👆基盤模型は三つの立体五角形構造の共有状態で、それぞれを色分けして撮影している。👇👆色分けされた五角形構造を角度を変えて撮影している。

　色が塗っていない部分は共有部。太い支柱は細い支柱が五本束ねられた状態を意味する。ちなみに、色の塗られていない太い支柱は細い支柱だと考えて下さい(模型製作上の理由)。

　¹⁰B ¹¹B　¹²C ¹³C 　の基盤構造が同じであれば、¹²Cも¹⁰Bと同様に中性子を吸収する性質を持つと考えられるが、実際は全くの逆で¹²Cは中性子を寄せ付けない。基盤構造が同じであれば同じ性質を持つ必要があるのだが、全くの逆では辻褄が合わない。

　陽子と中性子が同じ数で結合している場合には、超弦構造が正四面体の組み合わせ構造で安定していた事を思い出せば、¹⁰Bは正四面体の組み合わせで構成されているのではないか？

　しかし、正四面体の組み合わせは大きな構造になると混みあって隣り合った支柱が重なり合ってしまう。

　
　👆¹⁰Bの正四面体の組み合わせ構造。支柱を三本付け加える。

　👆写真には¹⁰Bの正四面体の組み合わせ構造に隙間があることが分かる。この隙間は三か所あり、この三か所の隙間が六角形構造に現れた場合には安定しているが、五角形構造に現れる隙間は不安定になる。従って、¹⁰Bの正四面体の組み合わせ構造は六角形構造が基盤となっている必要がある。👆写真の隙間は五角形構造に現れる不安定な隙間。

　¹⁰Bが正四面体の組み合わせ構造であれば、中性子吸収性が理解できる。


　¹⁰Bが、辺縁支柱が重なり合う六角形の状態から、辺縁の支柱の重なりがない完全な五角形構造になる移行状態なのであれば、¹⁰Bの中性子吸収性が高いことが頷ける。¹⁰Bは中性子を吸収して ¹¹B　になりやすい状態であると考えられるのに対して、¹²C は中性子が飽和状態であるから中性子を受け付けない。

　因みに、¹¹Bは太い支柱が四つある立体五角形の４共有状態にあり、同様に、¹³Cも太い支柱が四つある立体五角形の４共有状態にある。実は、¹²Cだけが太い支柱が三つある立体五角形の３共有基盤構造になる。　　

超弦理論 超大統一理論の方向性(31) 原子番号5 ホウ素

　👆写真はホウ素¹⁰Bの超弦原子核構造です。模型製作上の理由で写真の6つの支柱は余分に付いていますので、それを取り除いた構造になります。

　⁹Beは安定した原子核で、中心部に五本の支柱が重なっている(赤で塗られている部分)がありましたが、ホウ素¹⁰Bには、中心部に五本の支柱が重なっている部分が三つ(👆写真の赤で塗られている支柱を含む太い三角形」存在している。これは、中性子四つからなる五角形の形状が三つ存在している事を意味する。そして、この五角形の立体構造は中心部で共有状態にある。







　👆写真は、三方向から五角形の形状を写している。

　ホウ素の安定した同位体には ¹⁰B ¹¹B の二種類があるが、¹¹Bは五本の支柱が束になっている部分が四か所あり、四つの五角形立体構造の共有構造になっている。

　ホウ素の同位体のうち ¹⁰B は非常に大きな中性子吸収断面積を持つ。この特性を生かし、原子炉内において中性子の吸収のため制御棒に使用される[147]。化合物であるホウ酸は一次冷却水に溶かし込んで加圧水型原子炉の余剰反応度制御に使われる[148]。微量のホウ素添加を行った金属による放射性物質運搬容器も使用される[149]。
147^ “原子力用 B4C 制御材”. セラミックス 42 (No. 8): 610. (2007).
148^ “原子炉機器（PWR）の原理と構造”. 一般社団法人 高度情報科学技術研究機構. 2015年5月10日閲覧。
149^ “核燃料輸送容器の臨界安全性と遮蔽安全性”. 一般社団法人 高度情報科学技術研究機構. 2015年5月10日閲覧。

　中性子を浴びた放射性原子核は分裂を起こして崩壊する。この反応を抑えるために ¹⁰B で中性子を吸収することにより核分裂を抑えることができる。
　
　 ¹⁰B が中性子を吸収する特性は、同位体の ¹⁰B ¹¹B の構造にある。上記の中性子五角形が共有する構造により、 ¹⁰B は中性子を吸収することで、簡単に¹¹B になる事ができる。この¹⁰B による中性子吸収の仕組みは、超弦原子核構造によって理解できるようになる。

超弦理論 超大統一理論の方向性(30) 原子番号4 ベリリウム

　
　👆写真は　原子番号4　ベリリウム⁹Be　の超弦構造です。ただし、この構造に、三本の支柱を追加して完成となる。

　⁹Beは四つの陽子と五つの中性子からなる安定した原子核👆ですが、最も安定しそうな⁸Beは極めて不安定であり直ちに崩壊する。そして、その理由は、魔法数にあるとされている。

　魔法数は殻模型から得られる数で、殻模型とは、多体系のハミルトニアンをある模型空間の中で厳密に対角化し、基底状態及び励起状態を求める方法である。すなわち、2体の相互作用の行列要素をどのように求めるか、また数億 - 数十億次元の行列をどのように対角化するかが、このモデルの中心課題である。
出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』

　実は、この⁸Beが不安定な理由は、単純である。結論から言えば、⁸Beは二つのヘリウム原子核の結合状態であることが不安定理由となる。ヘリウム原子核の超弦構造を少し変化させて、二つのヘリウム原子核を近づけると丁度重ね合わせることができる場所ができており、その場所で弱く結合しているのだが、その結合が五本の支柱を重ね合した状態と一致している。


　👆写真は別角度の　原子番号4　ベリリウム⁹Be　の超弦構造です。この構造に、三本の支柱を追加して完成となる。

　⁹Beは安定した原子核で、中心部に五本の支柱が重なっている(赤で塗られている部分)、この五本の支柱は重なって五角形の中心部を支えているのだが、その支える力は縦の方向で五倍になっていることが予想される。では、この重なり合っている五本の支柱だけを取り出した状態を予想してみよう。

　五本の支柱を取り出して束ねた状態を考えるのだが、この状態で五本の支柱がバラバラにならないように作用している力が存在している。そして、その力が外に開放されれば弱く働き、内向きに作用すれば融合するタイプの力になる事は容易に推察できる。

　ヘリウム原子核の超弦構造を少し変化させて、二つのヘリウム原子核を近づけると丁度重ね合わせることができる場所ができており、その重ね合わせは、それぞれ5本の支柱で重なっているので、接触している支柱の合計は10本になる。この、それぞれ5本の支柱が横方向で重なり合う力によって、接触結合を起こしているのだが、その横方向に働く支柱を束るね力が非常に弱いことが⁸Beが不安定になる理由である。
　
　⁸Beはアルファ崩壊で、2個の⁴Heに分裂することによって直ちに崩壊する。これは、⁸Beが陽子4つ、中性子4つからなる超弦原子核ではなく、ただ単に、2つの⁴Heが接触結合で緩く結びつていいるためであると結論付けられる。
　　

超弦理論 超大統一理論の方向性(29)

　👆写真はリチウム⁶Liの構造。ただし、構造が複雑になるので支柱を三本取り除いています。正確には、写真の構造に支柱を三つ追加する必要がある。

　⁶Liは陽子三つ、中性子三つで構成されており、正四面体の組み合わせで説明できる。このように、陽子と中性子の数が同じ場合には水素やヘリウムと同じシステム構造が現れる。

　👆写真には、一本、支柱が足りない五角形の構造が見て取れる。そして、そこに支柱を付けることができれば安定した構造になる事が期待できる。ただし、これは⁶Liの不安定要素ではない。



　さて、五角形の構造だけを取り出してみれば、👆写真のような構造になる、真ん中の支柱が無いのは、この構造が正四面体の組み合わせでは作れないからで、真ん中に支柱を入れれば、周りの支柱は収縮する必要がある。ちなみに、この構造は真ん中に支柱がないので不安定になる。

　👆図の支柱の数を合計すれば15本なので、この構造が中性子三つからなる原子核構造であることが分かる。ちなみに、中性子四つで構成された原子核は理化学研究所によって観測されている。

　中性子四つからなる原子核の構造は、極めて安定した構造に見える。ただし、周りの支柱を収縮させる必要性があるので、今までのような正四面体の組み合わせで原子核は作れない。

　中性子だけの原子核や、陽子だけの原子核を説明するには、今までのような正四面体の組み合わせだけで原子核を作ることはできない。

　中性子四つからなる原子核の構造は👆写真に五つの支柱を追加すればよい。

　考えられる事としては、真ん中の欠落している支柱を追加することですが、今回は纏めて五つの支柱を重ねて追加する必要がある。三本の矢の教えに肖れば、五本の支柱で支えるのであるから、周りの支柱の収縮を補うほどの安定感が得られる筈なのだ。

　中性子四つからなる原子核の構造から、五本の支柱が重なった状態が予見されたので、この重ね合わせを拡張する必要がある。そして、それは、陽子と中性子の数が異なる原子核に、支柱の重ね合わせと、辺縁の支柱が収縮する性質を与える。