祝！「ニホニウム」日本命名、栄光までの9年

　北九州市の中心部には、玄界灘に通じる洞海湾が内陸の西方向に8kmほど入り込んでいる。その洞海湾に面して、新日鐵住金八幡製鉄所を筆頭とする巨大工場群が軒を連ねる。
　日本の四大工業地帯の一つならでは壮大な臨海工業地帯だ。
　広い部分で幅500m、川のようなその洞海湾の北が若松区、南が八幡東区だ。

　1948年（昭和23年）11月29日、現在の八幡東区に一人の男子が生まれた。現在67歳。
　そのおよそ10年後の1957年（昭和32年）1月23日、現在の若松区に一人の男子が生まれた。現在59歳。

　先週の木曜日（2016年6月8日）、テレビを初めあらゆるメディアは、その同じ北九州市に生を受けた2人について大きく報じ、人々は熱い思いでその2人に目をそそいだ。もっともその視線の熱さは、まったく逆の理由による。
　八幡東区生まれの67歳に対しては日本人として大なる恥ずかしさと怒りであり、若松区生まれの59歳に対しては日本人としてはかりしれない誇りと自信、そして賞賛だった。

　八幡東区生まれの67歳とは、東京都知事。
　若松区生まれの59歳とは、原子核物理学者。

森田浩介さんの真摯さと偉業とメール

　59歳の原子核物理学者は、これまで確認されていなかった第113番目の元素を合成（発見）、それが認められて「ニホニウム」命名を実現した森田浩介さんだ。
　理化学研究所・超重元素研究グループのグループリーダーで九州大学教授でもある。
　科学の基礎中の基礎、この世をつくる物質を整理し一覧表にしたのが元素の周期表だが、森田さんはそこに新しい元素を加えたのだ。

　それは、日本の科学界の100年以上にわたる悲願の達成だった。
　周期表のすべての元素はロシアを含む欧米によって発見がなされ、日本によるものは皆無だったからだ。だが、アルファベット26文字という文化の基本中の基本に、新たな1文字を日本人が加えたに等しい偉業を手にしたのだ。

　政治資金で子どもに『クレヨンしんちゃん』の本を買い与えるような愚行を続けていなければ、この日、舛添知事は同郷の森田さんにお祝いのメッセージを伝えていたかもしれない。しかし、もはやその機会はないだろう。北九州市出身の一人は世界の科学史に永遠に名を残し、北九州市出身の一人は汚れた雑巾として……。

　一つの課題に真摯に取り組むことは科学者も政治家も変わりはない。
　だが6月8日は、人間性、生き方の違い、価値観、こころざし次第で、天地の差の結果がもたらされることが明らかとなった日でもあったのだ。

2012年、3個目の「113番元素」の合成（発見）に成功した直後の森田浩介さん。（撮影・山根一眞）

「113番元素」の合成（発見）を目指して亜鉛の原子核を撃ち続けた実験装置。（森田チーム提供の資料を一部加筆改変）

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　新元素の名称公開の翌日、その森田さんから嬉しいメールが届いた。

　森田さんが「熱さが共鳴したような」と表現してくれた記事とは、ここ、「日経ビジネスONLINE」で2012年10月、そして2013年3月に書いた報告を指す。

　2012年10月23日（火）
　113番目の元素を創り出した壮絶な日々（その1）

　2013年3月6日（水）
　科学界の悲願「113番元素」の合成に成功！（続報）
　その快挙に学ぶ科学とモノづくりの「日本力」

　「113番元素＝ニホ二ウム」については、テレビなどでも繰り返し報道されてはいるが、その詳細はほとんど伝えられていないので、ぜひ、あらためてお読みいただきたいと思う。

スクープ合戦、そして「元素」とは？

　この熱いドラマのエピローグは、2015年12月31日に始まった。
　「113番目元素」に対して日本に命名権が与えられたという発表があったのだ。

　あれから半年、6月8日は、待ちに待った日だった。
　22時30分頃、日本が提唱した名称と略記号がIUPAC（国際純正・応用化学連合）のウェブサイトで発表されると伝えられていた。

2016年6月8日、午後10半頃、国際純正・応用化学連合(IUPAC)のウェブサイトに日本が命名した「113番元素」の名「ニホニウム」が、115、117、118番元素とともに並んだ。

　わくわくする思いでその瞬間を待っていたのだが、何と夕方頃から、「スクープです」と、その名称が「ニホニウム（Nihonium）」であり、略記号が「Nh」であるという報道が続いた。ちょっと待って、それって、ミステリー小説を読んでいる途中で真犯人を教えちゃったようなことではないの？
　宝箱の蓋が開く瞬間を心待ちにしていたのは、科学者ばかりではなかったと思うが、その楽しみが、わずか数時間早いだけのことに何の意味があるのか理解し難い「スクープ」によって奪われてしまったのには、がっかりした。
　もっとも各メディアが基礎中の基礎である純粋科学に関する発表について、「スクープ」に鎬を削ったのは、科学立国ニッポンにふさわしい現象ではあったが。

同ウェブでは日本による「113番元素」の命名について、「Nihonium」は「日出ずる国・ニホン」に由来すると説明。また、これによって福島第一原発の原子力災害で失った科学への誇りと自信を取り戻してほしいという意味のメッセージも記されていた。

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　という「113番目の元素」だが、理科に疎い多くの人たちが、「それ、何？　どんなこと？」という思いを抱いたようだ。物語の詳細は、2012年10月23日と2013年3月6日の報告を読んでいただくとして、ここで、簡単なおさらいをしておこうと思う。

　まず、元素とは何ぞや……から。
　ちょっと頭が痛くなる話かもしれないが。

　「元素」は万物の基礎をなす物質だが、それには「原子」という言葉も使われる。理科に疎い人は、もうここで躓いてしまう。
　実際、この「元素」と「原子」は混同されることが多い。
　「原素」や「元子」と書いてしまう人もいる。
　また、科学史の中でも定義があれこれ変わってきた経緯もある。
　ネット検索での説明や事典の解説もわかりにくく、どうもスッキリしない。

　【元素　element】
　物質を形づくるもっとも基本的な要素。厳密には化学元素(chemical elements)。同じ原子番号の原子によって代表される物質の種別名。（略）元素は物質の究極的な種別を表す抽象的概念であって、具体的な物質名ではないことに留意する必要がある。（以下略）（森北出版・デジタル化学辞典・第2版)

　元素はある物質の概念。
　原子はその物質の本体。

　わかったような、わからないような……。

「日本」と「日本人」に例えると…

　強引なたとえをするならば、「日本」と「日本人」の違い、と考えてはどうか。

　「日本」にはさまざまな「日本人」がいて、各人は性質も体格も異なる。
　しかし、どんな「日本人」であっても、その多様な人々を擁する国が「日本」であることに変わりはない。ここで、「日本」に当たるのが「元素」であり、「日本人」に当たるのが「原子」だ、と。

　福島第一原発の原子力災害で人々を苦しめている放射性物質の代表である「セシウム」を例にとると、こうなる。

　「55番目の元素」である「セシウム（Cs）」には、19種の容貌や性質が異なる18種の「原子」がある（同位体）。「日本」に当たるのが「セシウム」だが、「セシウムという日本人」は19種いる。

　では、19種の違いは何か？
　それぞれの原子の構造が異なるのだ。

　基本物質の本体である「原子」は、1000万分の1mmほどの大きさ（0.1 nmナノメーター）で、その中心にある原子核と周囲を回る電子からなる。
　梅干しの種に相当するのが原子核だが、その大きさは原子の大きさの約10万分の1。物理学者たちは（fm フェムトメーター）などと呼ぶ、とてつもない小ささだ。
　原子核は性質のよく似た「陽子」と「中性子」という2つのモノからなる。ただ、陽子はプラスの電気を帯びており、中性子は電気的に中性である。陽子の個数が原子番号であり、陽子の個数と中性子の個数を足したものは質量数と呼ばれている。

　セシウムでは、
　原子核＝55個の陽子＋78個の中性子、質量数は55+78=133、
　これは安定したセシウムで「セシウム133」と呼ばれる。

　ところが、原子炉の中の核分裂反応や原子爆弾の爆発によって、陽子と中性子の数がよりアンバランスなヤツができてしまう。原子力災害で人々を苦しめている「セシウム137」は、そういう不安定なヤツの一つで、その原子核は55個の陽子＋82個の中性子でできている。

　男（夫）＋女（妻）＝１：１
　は安定した状態だが、

　男（夫）＋女（妻＋愛人）＝１：２
　はきわめて不安定な状態。

　しかし、愛人が去れば、安定した、
　男（夫）＋女（妻）＝１：１

　に戻る。
　もっともそのためには、修羅場というエネルギーの大爆発がつきもの。
　「セシウム137」では、安定した状態になるために放出するエネルギー＝放射線が人を傷つけるのである（その修羅場が半分におさまるのに30年かかる）。

　「日本」とくくることができる基本的な物質＝元素の数は、自然界では92種だ。世界には92ヶ国ある、というのと同じだ。それらを重さの軽いものから重いものまで順に並べ整理したのが、周期表なのだ。

IUPACのウェブサイトに掲載されている周期表。113、115,117、118はまだ記載されていないが、書き加えておきました。（6月8日現在）

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　「水兵離別バックの船……」（水素、ヘリウム、リチウム、ベリリウム、ホウ素、炭素、チッ素、酸素、フッ素、ネオン……）と高校時代に一度は覚えたはずの「周期表」には、自然界に存在する一番軽い元素である水素に始まり、一番重いウランまで92種が記載されている。

　スマホに欠かせないリチウム電池がとっても軽いのは、リチウムを周期表で見ると3番目に軽い元素だからだとわかる。なーるほど、軽いわけだ、と納得。同様に炭素繊維が航空機に採用されているのは炭素が6番目に軽いため、軽金属と呼ばれるアルミニウム（13番目に重い）に代わって使われるようになったのも当然だな、と。金塊がずしりと重いのは79番目に重いためだと、周期表を見れば一目瞭然です。

　という基本物質の体重順リストである「周期表」だが、何度も改訂されてきた。「92番元素＝ウラン」の後に新しい元素がどんどん加わってきたからだ。
　もっともそれらは、自然界には存在しないが、人工的に創った新元素なのである。

　たぶん、宇宙創生のビッグバン時や超新星の爆発の際に作られたこともあったはずだが、すぐに消滅して今は自然界には存在しない。新しい人工元素の登場は、「新元素の合成に成功」のほか、「新元素を発見」と言われるのはそのためのようだ（「新元素」を作ることは、壮大な宇宙創生のシナリオを解く鍵になるという期待もある）。

　ところで、「92番元素＝ウラン」の後には22種もの「人工元素」が記載されていた。だが、自然界に存在する元素92種と22種の人工元素、合計113種の元素の発見（合成）はすべてロシアを含む欧米によるものだった。

　人工元素の合成はきわめて難しい仕事で、それを手にするためには壮大で精密な実験装置や検出機が必要だ。この仕事に携わる若い研究者が育っていることも大事。また、その装置やシステムを開発製造し、常時最上の状態にコントロールする高度の能力をもった技術者、技能者も欠かせない。

　また、新元素を得るまでには、長期間にわたり大電力を使い続けねばならないため、その実験継続を価値ありとする国、そして研究機関の意志と決断、そして予算の拠出も必須だ。そして何よりも、このプロジェクトを牽引していくリーダーが、宝くじの1等に当選するより確率が低い実験を、結果が出なくとも決してあきらめず、成功を信じ続けてチームを鼓舞し続ける資質も求められるのだ。

理化学研究所（埼玉県和光市）の仁科加速器研究センターの地階に設置されている世界最高性能を誇る加速器群（RIビームファクトリー）の全体像。ここでは、周期表にあるウランまでの元素の不安定原子核を「撃ち出す」能力を誇る。（理化学研究所の資料を一部改変）

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RIビームファクトリーの中心部に鎮座する、世界唯一の超伝導リングサイクロトロンの一部。東京タワーの2倍、総重量はじつに8300トン。世界最大、最強の加速器だ。この分野での日本の意気込みを物語る壮絶な実験装置。上部の人の姿で巨大さがわかります。（撮影・山根一眞）

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　この十数年、「新元素」の合成に鎬を削ってきたのは、ドイツ、ロシアとアメリカの国際共同チーム、そして日本のみだ。「ニホニウム」の登場は、理化学研究所という日本の科学研究拠点の水準が、独、露＋米に並んでいることを如実に物語っていることを忘れてはいけない。

　6月8日、「ニホニウム」の名の公開時に、理化学研究所の松本紘理事長が、
　「科学的な推論に基づき、先見性の高い緻密な研究計画のもと、世界最高レベルの装置の開発や実験を、長期にわたり忍耐強く継続されたことに敬意を表します」

　と喜びを語っていた意味も、そこにある。
　（という松本理事長は2014年9月まで6年間、京都大学総長。30年以上前から原子力発電所１基分に相当する100万kＷの太陽光発電所を宇宙に建設するプロジェクトを提唱、現在もその実現に情熱を持ち続けているダイナミックな工学者です）。

「3個目」を求め続けた9年間

　さて、私が「113番元素」の合成の詳細を知るために森田さんを理化学研究所（埼玉県和光市）に初めて訪ねたのは、3年半前のことだった。

　森田チームが1個目の「113番元素」の合成（発見）に成功したのは、2004年7月23日。当時の小泉首相が北朝鮮から拉致被害者5人を連れ帰った年だ（5月22日）。さらに、2005年4月2日に2個目の合成（発見）を手にする（愛知万博の開幕直後）。だが、確実に合成（発見）したことを立証するためには、できた後の挙動が異なる「3個目」を作り出す必要があった。

　しかし、達成できないまま7年の日々が過ぎた。
　成果が出せない科学者はどんどん淘汰される時代だ。森田さんも何度かくじけそうな思いを味わったろう。

　そして、ロンドンで開催されていた夏期オリンピック大会の閉会式の日、2012年8月12日、悲願の3個目の合成（発見）を果たしたのだ（確認は8月18日）。
　これで、「113番元素」を日本が命名できる条件が揃った。

亜鉛の原子核を照射、衝突し続けたビスマスの薄膜（周囲の黒い部分）を貼った円盤。一か所に照射し続けると穴があいてしまうため、高速で回転させていた。それでも、一部には穴ができている。（撮影・山根一眞）

　それにしても、こうして「113番元素」の合成（発見）実験の開始から9年かけて作り出したのは、たったの3個のみ。その3個を作り出すために、世界最高性能の加速機から1秒間に2兆4000万個のペースで亜鉛（第30番元素）の原子核を打ち出し、厚さ2000分の1mmのビスマス（83番元素）の金属板に衝突させ続けてきたのだから、いかにこの仕事がとんでもないことかわかる。

　打ち出した亜鉛の原子核とビスマスの原子核が、それぞれ中心にぴったりと衝突してくれれば、やっと「113番元素」ができる（核融合）。
　「宝くじの1等に当選するより難しい」のが、2つの原子核がぴったりと合体して「113番元素」ができる確率だ。何兆分の1、いや何京分の1の確率だった。もし理化学研究所の加速機の性能が悪ければ、3個を得るためには9年どころか100年を要しただろうと言われている。

　ちなみに、合体してできた113番元素は、1秒間に2.4兆個も入射している亜鉛のイオンと同じ方向に飛び出していく。
　その膨大な亜鉛イオンの中から数カ月にたった1個しかやって来ない113番元素を選び出すのは至難の業。

　これらを可能にしたのが「ＧＡＲＩＳ」（ガリス）と呼ばれる装置で、森田さんらが1から設計、建設、調整を行ってきたのだ（ありがとう！）。

亜鉛の原子核とビスマスの原子核が、宝くじに当選するより低い確率でぴったりと合体したあと、瞬時に別の物質へと変身し続けていく様子。その変身の経緯を正確に検出するセンサー（位置敏感型半導体検出器）は、森田グループならではのアイデアで開発・製造、使用されてきた。（出典：理化学研究所）

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　巨大な実験装置（加速機など）を動かした合計時間はじつに570日。
　1秒間に2兆4000万個の原子核の照射を、断続的ではあるが合計570日も続けるという気が遠くなるほどのことをやってきたのだ。こうして1000万分の1ミリメートル（0.1nm）のそのまた1万分の1ほどの大きさ（8ｆm）の粒である「113番元素」が3個だけ作り出せたというのだから、あらためて気絶しそうになる。

　といった仕事の片鱗を知り、当然ながら「いったい、そりゃ何なんだ？！」という思いがした。その経緯を知り現場を見たい……。そこで、理化学研究所に森田さんを訪ねたのである。
　森田さんは、長年にわたる努力と工夫、熱い、そして悲しいエピソードも話してくれた。

　周期表に新しい元素を書き加えるためには、厳しい審査が行われる。
　「113番元素」が「ニホニウム」としてデビューできるまでには、3個目を手にしてからさらに4年を要したのもそのためだ。

　「ニホニウム」という元素名が公開されたが、これから半年ほどは異議がないかの意見を募るため（パブリックレビュー）、正確には「ニホニウム」が決定したわけではない（確定は間違いないが）。しかし、2016年6月8日という日が、森田さん、プロジェクトチームの若い研究者たち、装置を常に最高状態にメンテナンスし続けたエンジニアたち、ひいては理化学研究所、日本の科学界にとってまばゆいばかりに輝ける日となったことは間違いない。

　「113番元素」のプロジェクトは2012年10月1日に終了しているが、その後「119番元素」など次の合成（発見）に向けての実験は続いている。

当コラムの担当者が、パソコンで「にほにうむ」を変換したところ「二歩に産む」となりました、と伝えてきた。2012年に森田さんを訪ねた際には、すでに113元素の次、2歩目に踏み出していた。

次は「究極の173番元素」

　そして、さらなる課題、究極の挑戦も。
　「101～103番元素」は重元素、「104番元素」以降は「超重元素」と呼ばれる。数字が大きくなるほど「重い」が、理論上の限界は「173番元素」だという。森田さんは、次の世代が、その「究極の元素・173番元素の合成（発見）」を手にしてほしいと願っている。

「ニホニウム」のデビューを祝し「周期表ネクタイ」を締めてうきうきと外出した山根。「113番元素」の成功を祈願して数年前に入手したものだが、ぜひ「113番入りネクタイ」を作って下さい。（撮影・山根事務所）

　「113番元素」は、1000分の2秒後には別の物質に変わってしまうので、社会に役立つ元素ではない。それを売れば儲かるというものでもない。しかし、カネという尺度では測れない、永久に世界の歴史に記される価値、栄光を日本は、森田チームは手にした。それを知った多くの若い世代は、わくわくする思いで科学への道を選ぶに違いない。
　それが、ひいては日本の国力、そして新たな富の源泉にもなると私は信じている。