一−lonMicroscop Photograph一色原子−を直接自でみる顕微鏡写真（本文 1
8ペ ージ参照）

この見事な写真を撮影されたミュラ ー教授
は，今年 9月，「格子欠陥に関する 国際会議」
で来日されます。本号のこの写真は特に教授の御好意で提供していただきました。

子

原

ヨふ
首問

の

発 展

中学校・高等学校の理科教員のための講演
1
95
9年 6月 22日理化祭研究所務堂において

朝永振一郎
ことにお話しいたしますこ

原子論の発展の歴史的な跡をたどりますとは，大体理科がど専門のと， 自然科学の方法のひ とつのよい典型がみ

皆様方はご存じのことばかりではないかと思られると思いますので，ひとつの c
a
s
eh
i
s
t
o
r
y

い ますo しかし，知っていることをもういっと申しますか，そういう観点から非常に興味

ペん聞く とい うのもまんざら悪いこと でもながあると思うのであります O つまり ，実験とかろうと思いますので，皆様には少し程度が理論とが互いに補いあって発展してゆくとい低すぎるかも知れないお話をいたしますO 実う，そういう経過が，この歴史をたどることはこの間，高等学校の敬科書を書きましたら ，によって非常によくわかります。

はじめに程度が高すぎるということで少しひっかかり

さて理論 と申しましでも，はじめは仮説とましたので，ここではむしろ低すぎる方がよいう段階があります。それから更に仮説が種かろうと，そういうわけでございます。

種の実験によって基礎づけられ，やがて仮説

原子論の発展という題を選びましたのは，の域を脱して， それが真理といいますか，自近頃原子力の利用と関係して原子ということ

然の実際の構造をあらわしているということ

ばが日常語になってまいりましたが， この原が次第にはっきりして来る，その経過をこの子についての考え方， すなわち原子論がどう

原子論発展の歴史の中に見てゆこうというのいう経過をたどって発達してきたか，これがであります。

物理学ばかりでな く， 一般に自然科学の分野
で，ど のように展開してきたかを振り返っ て

原子論のおこり原子論のおこりは非常に古〈，皆様もご承知のようみることが大切ではなかろうかと ， そう考えに，すでにギ 9シャの哲学者は紀元前 400年たからでございます。

ないし 500年頃から ，物質が原子からできて

2

原子論の発展いるという考え方をしていたのでありますo二ュ一 トン，といヮた代表的な自然科学者のしかしこれは勿論，自然科学ではないので，名前が しられており ， そして 1
7世紀のニ ュ

むしろ哲学の命題として，哲学のひとつの学ートンの時代には早くも，天体の運動および派の考え方でありました。これは哲学上の学

地上での物体の運動を総括した，一般的な自説でありますから勿論反対の学説もあったわ

然法則が体系づけられたのであります O しかけであります。ところが次第に自然科学の方しながら，物質が原子的な構造をもつかどう

法一一つまり単に哲学者が頭の中で考えていかということは，その時代でもある種の学説

るのではな くて，自然を実際に観察する，あるとして唱えられたことはあります O けれどもいは場合によっては人工的に 自然をいろいろ実際に実験を基礎にした本当の意味での自然条件づけて，実験に訴えてたしかめてゆくと科学的な学説としては， まだそれほどはっきいう方法がとられるようになってきたのでありした形をとヮていなかったのでありますO

りま‑
to 自然科学の，実験に訴えてゆくという方法がとられるようになりましたのは，大ところがその後 1
8世紀に化学の発達と元素の発見

なり ，化学が非常に発達し体文芸復興の頃からだ といわれています。もてま U、りました。そしてイむ

っとも ，よ り古い時代からそういうこ とを唱

学者の方から原子論が唱えられるようになヮ

えた人もありますが，それが自然科学というてきました。化学といってもご存じのように形で芽生えてきたのは 1
3世紀頃からである

はじめは怪しげな，いわゆる錬金術で，鉛のといってよいと思います。しかしながらこのような安いものから黄金をつくろうという大自然科学も ，はじめのうちは，まだ原子一一

へん欲の深い動機から発達してきたもので物質が原子的な構造をもヮているかどうかとす。もヮとも今では鉛も案外安くないらし

いうこと一一ーはむしろ中心の問題ではなくてく，よく鉛の〆イプなどを泥棒がもヮてゆき

もっと直接自に見えるような現象，例えば天ます O 先だ っても東大で鉛の容器ごとヲラユ

体の動き方であるとか，あるいは先の性質等

ヲムもーしょに泥棒にもっていかれち苧った。

が中心になヮていました。例えば力学の分野

あれはむしろ入れ物の鉛の方が欲し くてとっでは，コペノV ユクス，ガリ レイ， ケプラ ー，

ていヲたのだろうと思うのですが一 一金より

原子総の発展

3は安い。しかしこういう欲の深い試みがこと

コンマ 3の半端があり ， そのコンマ 3というごとく失敗いたしまして， その結呆わかった

半端分だけは化合できずに残ってしまう。こことが， すなわち元素の考え方でありまし

れが定比例の法則であります。こういう事実。
』を説明するために，化学者のほうから原子論

T7h

物質は化合物と元素に分かれていて，物質がひとつの仮説として出 され た のでありまがいろいろ変化するように見えるのは，結局，す。つまり ，いまの例でみられる 1:2という

元紫が化合したり化合物が分解したりするた

ような，一定でしかも簡単な割合で化学反応めであるということがはっきりしてきたわけが起こるのは， これらの物質がすべてそれぞであります。種々の元索が発見され， しかもれある最小の単位から成り立っているからでこれらが化合したり化合物から分解して得らあると仮定して考えると ，非常にうま く説明れたりするときのいくつかの定量的な法則ができる。そういう意味で，仮説としての原子はっきり確立されてまいりました。例えば定論が唱えられるようになったのであります。

比例の法則とか，あ るいは倍数比例の法則というような法則が見つかってまいりました。

原子論，つまりそういう最仮説の段階

小の単位から物質が構成さ皆様方は理科の先生でいられているという考えをつかうと定比例の法則

っしゃいま すから定比例のが理角干し易くなるわけを，ひとつのたとえで法則とはどういうものか説明する必要はない

申し上げます。もし皆さんがダンニス〆ーアィ

かと存じますが，話の順序上ちょヲといたしーを聞こうとすれば，男の証 lと女の立 1のます。元索が化合する揚合に，勝手な割合で割合でないとうまくダン久〆ーアィーが成立は決して化合しない，いつも一定の割合で化いたしません。男子 100人と女子 10
0人を合が起 こ る。しかも 73• ；：，.. の揚舎では ，体積に集めますとちょうど過不足な く踊れ るのです

して非常に簡単な比例関係，例えば酸素と水が，例えば男子 1
0
0人に女子 1
3
0人となりま紫が化合して水になる揚合には，酸素 1と水すと，女子の 3
0人はどうしても余ってしまっ

紫 2という 割合で化合する。もし混ぜ合わせて〆ートナーがない。まあ，壁の才とというんの割合を 1:2.
3としておくと水紫についてですか，部屋の隅っこに腰かけてぼんやりし定比例の法則4

原子論の発展

ていなくてはならない。これはつまり男性もいうふうに仮りに考える段階が，仮説の段階

女性もそれ以上分けられない最小の単位であなのでありまして，定比例の法則からだけでるからなのでありまして，例えば，ちょヮと失原子論，すなわち物質の原子的構造を結論し礼でありますが女性の方は最小の単位ではな

たばあいは，これがまだ仮説にすぎないとみ

いとすれば，余った 30人の女性をもっと細なさなくてはいけないわけで、す O

かく分けまして 1
00等分すれば，ぞれは適当にくっつけられるわけで、す。ちょうど〆ンにしかしその仮説から， も仮説を裏づけるた

くさんの証拠採ししそうであるならイ也のどジャムをつけるときですね，〆ン 1
0
0切れでういう点で，と、ういう実

ジャムノマンをつくろうというときに，ジャム験事実，どういう現象が現われてくるであろが多すぎても少なすぎてもできますO 多すぎうかということを逆に理論的に導き，そしてれば余った分をべたべたつければよいし，足それを実験に結びつける。つまり始めの段階

りなければあちこちから少しづっけずって。

では帰納でありますが，帰納からひとつの仮つまりジャムが最小不可分の単位からできて説をたて，今度はその仮説から演繕的に現象いないから ， そういう勝手なことができるのを探しだし，それを実験でしらべます。そしであります。定比例の法則にたちかえって，てそれが合わなかったら結局その仮説は間遣

酸素が最小不可分の酸素の原子からできておいだということになりますし，それが合えばり，水素も最小不可分の水素の原子からでき仮説は大分確からしくなってまいります。そていて，酸素原子 1つに水素原子 2つというういう証拠をだんだん，たくさん揃えていっ組み方で， 3つひと組みになるようなダンメて，証拠が非常にたくさん並べられますと，こ〆ーアィーを開いて，そして水ができるのだ

れが仮説ではなくて真実であるというふうにと考えれば，これは非常に簡単明瞭に理解で考えていくわけであります。これはたとえばきるわけでありますo しかしながらこれは物

なにか犯罪が行なわれて，犯人をさ がすとい質が原子からできているという証拠としてはう時に，まず刑事がカンであいつは怪しいと

まだ不十分であります。一応すべての証拠がいう白星をつけて，その男がもし犯人であっ

揃うまえに，これこれのようになっているとたらと仮定して， こういう事をしていた，そ原子論の発展5の時にどこにいたであろう ，誰と会ったであ考えられるのであります。最小の単位がない

ろうなどと ，いろいろ証拠を集めてくる。そ連続体であるとすれば，一定の形が現われる

してそれが途中で自に なることもありましょのが当然というわけにはまいりません o そうう。けれども，いよいよ証拠が揃うと黒だという決まった形しかとらないというのが，非きまる。そんなやり方で自然科学も進歩して常に理解しにくいということになるわけで

いくも ので、す。

あります。そこから次に結晶が実際そういう原子論はまず化学者の方から仮説として提最小単位からできているものであるかどうか

唱され，その仮説にもとづいて多く の現象ををたしかめる段階にうつります。つまり ，物みていくと ，今度はその仮説にしたがった考

理学者は，仮説として結晶がそういう構造をえ方をした方が非常に都合のよい現象が他にもっているとするとどういう現象が起こるでもあるということが次第にわかってまいりま

あろうかということを考えて，その実験をやした。

り，それを確かめる行き方をするわけでありその著しい例が，結品であ

結晶のばあいます O

ります O 結晶では， ご承知のように，ある種の鉱物が一定の決まった形

この辺から幻灯に入ります
そして今固までが， これからのお話のプロをとり ，決して勝手気ままな形にならないとグラムをちょっと申しあげますと ， まず，こいう，よく知られている現象がみられるのでれこれのような事実から原子の存在というもありますが， これも物質が最小の単位からでのが， だんだんに仮説の域を脱して実理であきていると考えると，非常に都合がよいわけ

る，真実であると考えられるようになったとであります O 先に， ジャムを例にとりましたいうこと。その次にこの原子の内部構造はどが，ジ ャムの ようなものは，どんな形でも ，

うなっているか，一一 原子は最小不可分の単

勝手にとれるわけであります。ところが物質位であると申しましたが，やはり内部に構造が何か最小の単位からできてい るとすれば，があるというこ とが だんだんにわかってき

それが集まって，積み重ってできた大きな物

た。つまり中心に，原子核というプラ久の電体では， ある特別な形をとるであろうことが気をもヮた粒子があり ，マイナ ;;t.の電気をも

6

原子論の発展ヮた電子がそのまわりを廻っているというよ

水素ガス

ー酸化窒素のガス

うな構造をもって いることがわかっ てきた。
それから更に原子核の中に構造があるということがわかってきて，ついに原子力の発見にまで到達 したということ を，これから二スライドをごらんに入れながらお話ししたいと存じます。

第 1図にごらんに λれます
ドル トンの原子

記号と最近の分

子模型

のは，

ド
ノν トンの本にあります原子の記号であります。先ほど原子論は化学者によって唱えられたと申しましたが，1
8世紀の終りごろから 1
9世紀の初めにかけて，イ ギ

9
.；
；
，
.
＿
の
ド
ノV トンという化学者が，化学の中に

第 1図

ドルトンの考えた原子宮E
号の例

原子論を持ち込んだ，そのときっかった記号

でも申すもので、す。ドノν トンは水素原子に蛇であります。丸の中に点があって蛇の 目の よの目のような模様がついていると主張したのうなのは，水素の原子をあらわします。丸のではなくて， 単に記号で、す O 今なら H とか

中に棒がひいてありますのは窒素で、す。ただくのに相当する。炭酸ガ久（二酸化炭素）はの丸は酸素，そして丸がぬりつぶしてあるのご承知のように，炭素 1と酸素 2の割合で化が炭繁。これらのまわりにたくさんの線がの合してできます。それをこういう ふう （右上）

びているのは原子のまわりになにかある穏のに考えました。真中に炭素があってその両脇雰囲気があるという，今の言葉で，力の揚とに酸素がくっついている。 これが炭鮫ガ久の7

原子輸の発展分子であると考える。つまり炭酸ガス の最小考えとはちょっと違います。今の考えでは，これらが 2つくっついた水素の分子がガ久 の

⑨

Cl)

魚、 10
5＇
，市
5

・
~ I. IA持

フドの分子

炭酸ガスの分子於明の単位であります。水紫ダメ （左上）は今の》当

単 位になっています。これはドノV トンの本に

1
.
3
9

あるのですが， もっと新らしい近頃の本にある絵をひとつごらんにいれます。

第 2図で上陵中央が炭酸ガニスの分子。今の知識でわかっておりますのは，炭 酸 ‑Ji；えの分子はやはりドノV トンの本にありますように真中に炭素の原子があって，両脇に酸素原子が2つく っついている。これが今の知識なので.J9A

109.5：.押

メタンの分子
ベンゾ ーjレの分子
第 2図 最 近 の 分 子 模 型
黒い部分 l
ま炭紫原子，白い部分は水索原子，
灰色の部分は酸紫原子をあらわしている。今日
では分子を組みたてている瓜子の中心間距離ばかりでなく ，中心と中心を結ぶ方向の聞の角度もわかっている。 1Aは 1c
m の 1億分の l。

すが， 今の知識では， こう い うふうに くっ つ
いているという以外に，寸法もわかっておりて， これを少しヒ・ントをぼかして写してみる

ま す 。 中 心 か ら 中 心 ま で の 距 離 が 1億 分のと，本当らしくなる。左下はメタンです。

1.
1cm とい うことがわかっておりますo そ炭素が真中にあって，水紫が 4つくっついての左の水はやはりこれと似て酸素 l個と水素いる。炭素と水紫の中心聞の寸法が l億分の2個がくっついておりますけれど，水の場合

1
.
0
9c
m。そういうことがわか っています。

は一直線上に並ばず， 三角形になっている。

先ほど結晶は原子が規則正 しく 積み危なっ

その角度 が 10
5度 。 右 端 は ペ ン ゼ ン。 ペン

たも のだ と申しましたが， つぎのユライ ドでセ・ンは炭素が 6つ， I
E六角形に並んでおりまは豆細工の よ うに表わしてあります。

して，そこに 6つの水紫がく っついている。
ここでは，原子をこういう球， ピンポン球か結晶の模型

第 3図で，二段目中央にありますのは食塩の結品で，たまっきの球の よ うに特いてありますが，実ナト リク ムと 塩紫が代 わりばんこ に並んでいは勿論もっと境界のホ・ャけたものでありましる。これが積み重 って，食塩は立方体に結晶

8

原子自動の発展F,S

Nau

格子型より実際に近い模型である。それぞれの下部にあるのは支えの台であって球の群がりが結晶の単位をあらわす。

aは食塩いる。これらの粒子が規則的に並んで図のような結晶単位をつくり，これがさらにくりかえされて結晶が構成される。たとえば lgの食塩（図の 2段目中央 NaCl）の立方体結晶を考えると，黒丸（撞索イオ

bは塩化セシウムeは黄鉄鉱

ン），自丸 （ナトリウムイオン）がそれぞれ 2千万個

以上縦，横，高さの方向に交互に並んでいることに

C
s
e
l

第 4図 結 忌 単 位 の 模 型 II

dは篠石

丸印はそれぞれ原子あるいはイオンをあらわして

宮
一
目
川
忠
一
己
仇

一
窓⁝諒一
餌＼一玄 ω

E閣三
思底~

第 3図いろいろな結晶単位の模型 I（格子型）

相

C は方解石

fは硬石膏

なる 。

司

9

原子論の発展するわけです O その他いろいろ複雑な鉱物がございます。第 3図では豆細工のように割合
すきまだらけでありますが，実はまえの分子の絵と同じようにもっと ぎっしりつまったもので，次の Jスライドの絵の方が実際に近いのです。
第 4図はたまを積んで作った模型ですが，a が食塩です。塩素とナトヲクムがこういうふうにびっしりつまっている。たがいちがいにつまっている。そのほかいろいろ被雑な結晶がございます。こういう最小の単位のある
ものがつみ貫なると，規則正しい形になるということをしめす商白い写真を次にひとつご
第 5図

覧に入れましょう。
第 5図が結晶の説明になるので、すO ここに

ビー lレびんの山（下図写真のようにチ ョークを積んでも，簡単にデモ ンストレーショ ンができ る）

2人美人がおりますが，これは別に今の話とひとつの有力な根拠になるわけであります。

は関係ないので，ただこれは原子の世界ではしかしながら，これは仮説でありまから，実ないということを表わしている。ここに 2つ

際にこうなっているとすれば，では一体どうの結晶のようなものがありますが，こ れは実いう現象が起きるかということを考え，つまはど −；vのピンが積んである。ピーノ
ν会社のり演繕的に考えて，次に実験的に実証すると裏にピーノ
V のピンが積んであるところですいうてだてが必要になってまいります。それが，こういうきれいな 結品

は皆さんご承知のラヲェの研究であります oが出来ています。これは例えば泥をつんだり ，先ほどのジャムをつんだヮて，

こんな規則正しい恰好はできません oそう い うわけで，結晶が原子論のラクェの研究の説明などこ；皮の干渉と規則的な模様

こでしなくてもお判りだと思うのですが，つまり波の10

原子論の発展干渉をつかった実験で、す。第 6図は普通の水の波ですが，左側に板があって穴があいていますO その穴から円形の波がでて〈る。右上のように穴が 2つありますと両方から円形の波がでて，干捗が起こる，その下は穴 が 3つある場合で、す。それから 4つの場合。左上は穴がひとつの場合
でこれは干渉が起こらない。穴が 2つ以上あると波の干渉が起こりまして，ある方向に非常に強い波がくる。白く一様に光っている方向には波がこない。つまり波が干渉で弱め
あヮて消えてしまったところです。
白と黒で細かい縞になヲているとこ
ろが波の残っている部分で，水の高低によって明暗の縞にみえるので
第 B図 ＊ の i
皮の干渉の機嫌

左上は水の波の実物写真。
左中は穴が広いときにほぼ直進することを示す。
（左上のように 1つの穴から円形の波がでている写真を穴の広さにわたってずらして重ねたもの）
左下は穴がせまい場合。
右はせまい穴が 2つ， 3つ，4つの場合。

す。あとで電波の干渉をごらんに入れますが＊ 一 一 ごらんに入れるといっても電波は見えないので，この 2つの穴から電波を出しまして，そこへアンアナを持ってずっと歩きますと，音がしたり，しなかったりする。
本 鱗演のあとで，電波の干渉のデモンストレ
ーショ ンがお こなわれた。

原 子 論第 7図 規則的な4翼線と光の干渉

l
1

の 発 展

・
砂

・
・
．
．・

(
b
）は透明な板にかかれた模様 （模様(c）は（b）に光をあててできた干渉図

e

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︑
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．
︐
・
・
・・

単位 4つ）
。

a

2

(
a
）は （
b）の模様単位 1つについてと

8 2

J

（
ブラッグの多孔式ピンホーノレカメラをつかってうつしたものとる）。
った干渉図。
(
d）は理論的に求めてえがし、たもの。

く
め

〈
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(
c
)

第 8図 ラウヱの X線干渉

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40

￡
1はカリ霞石の結品。右は鉄。結晶に特定な方向から X線をあてると，結

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4

J

J

4
F

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1

i
PF

︑吋 引

4

ロ

晶格子に従って X線の干渉がおこり ，強めあったところは斑点状に分布して写真にうつる。そして対称性のある見事な図ができる。この規則性は結晶内の原子の規則的配列によるものであ
る
。

1
2

原子論の発展

縞の模様が出てくるわけで、す。これを光の波な考え方で実験した結果を次にごらんに入れでやりますと，写真の乾板をおけば，波のくます Oるところ，こないところが交互にできて，模第 8図がそれでして，こういうきれいな模様がでるわけで、す。第 7図が光の干渉の写真

様が実際にでてまいりました。この干渉の模であります O様から逆に，結晶の構造を推定することがで

これはガラメの板の上に模様をかきまして
一一 規 則 正 しくくり返す模様でないといけなきるわけで、す。次にこういう方法で結晶構造をしらべた結果をご らんに入れます O

いのですが一一それに光を通しますと ，そのX線の干渉模様から

第 9図は透輝石という

うしろにこういうふうな明暗の模様ができ結品内の原子の位置石ですO そのラクェのる，そういう例であります。勿論グラメ板にや電子密度がわかる

干渉の模様から，こうかく模様がちがえば，この干渉の模様がちがうわけです。逆に干渉の模様からもとの模様を推定することもできます O
ラウエの X線干渉による結晶研究

結晶が，もしほんとうに原子が規則正しくつみ重なったものであるとすれば，適当な波をつかって，それを実証することができるであろう，という ことを考えたのがラクェであります。ここで適当な波と申しましたのは，つまり X線であります。原子のつみ重なヮた模様というのは非常に細かいですから，したがって波長の短い波を使わなくてはいけないので， X線を使ったわけで、す。
次に結品を通してその背後で写真をとヮた X
線の干渉の模様ーーフクエがそういう演樺
J 的

第 9図 透 輝 石 CaMg(Si03)
2の結晶内での原子配列と軍
子密度（上は原子況.~lj，下は電子の等密度線）

13

原子論の発展い う構造をもっていることがわかる。まず守入れたわけで、す。

グネジク ムがあって， そのうしろにカノν シク

こういう実験をやり ，実際に 6角に並んでムがあり，酸紫 2つ，シ 9::r ン 2つ， 酸素 2いるということ，それから距離がどれだけあつ， さらに酸紫 2っ，とこれが繰返す。ラク

るということ ， さらに密度一一電子の密度がェの X線の班点からは，原子の並び方だけでどれだけであ るかと いうこ とが この実験でわなくて，原子のある場所における電子の密度

かるわけであります。

がわかるのであります。この下の雲形の絵はベンゼンの構造は化学者ケクレ

閉じ鉱物でありますが，電子の密度を等密度

・ンが 6角 になっているということは，こういうる部分は， カノV シタムとマグネジクムが 2つによ ってすでに 実験をやる前に， すでに化推定されていた学者，有機化学の元祖と い

まう しろに宜ヮている結果，電子が非常にたわれるケクレという人が唱えていたのでありくさんあるように見えるわけで す。

ますが，どういう推論でペンゼンの構造を推線であらわしたもので，非常に密になっていベンゼンの構造 先ほ どペンゼンが 6角に な定したかと申しますと，どうせ化学者のやるはたしかに 6角になっているヮていると申しました。ぺ

仕事ですから，結局，薬をまぜる，化合させ

ンセ・ンそのものではないの

るとか，分解するというような実験，研究をやで す が， ペンゼンの水紫をすヮかり塩素でったわけでして，およそこういう幾何学的なおきかえた六塩化ペンセ・ン とい うもの， これ

空間的なものとは縁のない実験であります。

は結晶 い た し ます ので，それの結晶構造をそれにもかかわらず， このように 6角に並んしらべました ところ，節 目 図のように，実でいるということを推定したことは，私共，際 6角になっている。等密度線が二重にまい

化学者の推理の力がいかに大きなものかと感ているのが炭紫です。幾重にも強〈巻いてい心するのでございます。物理学者はも う少しるのが塩素。櫨棄の方が炭素より原子番号が頭が恐くて，第 8図のような写真ができ，写大きいので，従って電子の密度が大きいわけ

真から第 11図のようなものを作るまでは，で、す。第 1
1図は， これをひとつだけ大きく

なかなか，そのような推論はだせないのでいたしまして，実際亀甲形の構造をご らんにす。ところでケク νはどうしたかと申します1
4

原子論の発展第10図ヘキサクロルベンゼン （六復化ベンゼン）C,Cleの電子密度等密度線が二重にまいているところは塩素原子，幾重にもまいているところは炭素原子のあることを意味
す る。塩素も炭紫も 1分子内でほぼ正六角形に並んでいることがわかる。しかもそれらの分子相互がさら に規則的な並び方をしている。

第11図 ヘキサクロルベ ンゼン（
六塩化ベンゼン）

時

1分子の1
1
子密度
これは第 10図の一部を拡大したもので数字は電子密度の程度をあらわす。
Cl
CJ

C

Cl

"
"
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c1
／ 久c
／
』
＂
＂
− c
1

1
6

左の構造式と見くらべるとま
ことにおも しろい。

1
5

原子論の発展と，ベンゼンをまず分析して炭素 6，水素 6ないとすればぐるっとまるくなっている。 6ということを知りました。そのあとどうしつのものがまるく並べば 6角になる。こういてこういう 6角という結論を出したかといい

うふうな推理をへて結論を出した。それを逆ますと ，ベンゼン分子の 6つの水素をいろいに今度は，そうであれば， こうなるはずだと

ろ他の元素と置換いたします O そこでたとえいうふうに考えて新しい証拠を出す O そうしば塩素と λれかわる反応をやらせますと 6つて実際 X線の研究により，原子というものの水素がみんな 6っとも同じ性質をもっていが，かなり実在するものらしくなり，単に定る。特にどの水素が離れ易いとか，他のも の比例の法則の時代に考えておりましたようなで置き換えられ易い とか，そういう性質がなものでなくて，昼間的な配置までがはっきり

く， 6っとも全部同じ性〈質をもっているこ

わかってきたわけであります。そればかりとがわかりました。そうしますと，それを説か，その大きさまで，だんだんにわかってま

明するのに 6つの炭素がくいるっと輸になるよ

いりまして，結晶だけでなくガ久等におきまうに並んでいると都合がよいことになりましても，その原子の大きさ，およびその原子

すO 例えば， これが一直線に 6つ並んでいたの中の電子の密度分布の 4
剣義が実験的にわかとしますと，端の水素とまんなかの水素とでるようになりまし T
こ。

は，当然性質が遣うでありましょう。物事に端がありますと，端とまんなかの性質が違う

第 1
2 図が代表的ないく
今では原子 の中の電子密度もわかる

っかの原子の中の電子ののは， これは自然であります O この講堂も前密度分布をあらわしたもと後に端がありますが，大分性質がちがいまので，これは直接写真にとったものではありして，後の方は離れ易い，いやになったら，ません。 X線の散乱の実験から逆に理論的にそっと離れればよろしい（笑声）。前の方はち

密度分布がこうなっているということを導きょっとそういうわけにまいりません。ですか

だして，それを，濃淡にあらわしたもので，ら物事に端がありますと，そういう性質のち上左からヘソ クム，ネオ竹下左からアノV ゴ

がいがどうしてもでてくる。そういうわけ

ン，水銀。矢印問の大きさが 1億分の 1cm.

で，ペンゼ、ンには端がないはずである。端がつまり lA（オング／＇トローム）。こういうふ16

原子論の発展

いというわけですが，なかなかそこまではいっておりません。ただ分子の特別に大きいもの，つまり蛋白質の分子のように非常に大きな分子は電子顕微鏡で見るこ とが出来ます。
巨大な分子なら

第 13図がそうですが，非電子顕微鏡で直常に汚い写真でネズミのフ接見えるンみたいなのがありますが， これがヘモジアユンという蛋白質の分子です。これは電子顕微鏡の技術がまだあんまり発達していないころの写真でありまして，
もっとあとになりますと，こう い う蛋白質の分子をとる方法は非常に進歩しました。
第12図 原 子 内 の 電 子 密 度

第 1
4図はもヮと新らしいき れいな写真ですが，これは蛋白質と申しましても，タバコ
うにぼやけたものであります。しかしこれらのモザイク病のヲィノν Jえです。これは一種のの実験は， いずれもまだまだ間接的でありま蛋 白質で、す o こういう恰好を している。しかして， X線の ラクェのよスポッ ，ト ラクエの模しながらこれは非常に大きな分子でありま し様というものは決して，そのままで結晶の中て，普通の分子はこんなのより，はるかに小の並び方のかげがうつっているわけではない

さいので，とても電子顕微鏡ではうつらなので、す。あのラクェの模様から結晶の中の並い。ところが戦時中か，戦争ちょっと前であび方を出しますには，大変な計算が必要でありましたか，

ります。理論と計算が必要であります o です

常に簡単な原理で，ある意味では原子を眼でからもっと直接に原子を見る方法はなかろう

みられるような顕微鏡を発明いたしました。

か？ちょっと考えますと，電子顕微鏡というその原理をごらんにいれ ます。

のが発達いたしまして，見られるかもしれな

ドイツのミュラ ーと いう人が非17

原子論の発展

第13図 ヘ モ シ ア ニ ン （蛋白賓のー干島の分子の電子時
鏡微顕写真

×4
3
,
0
0
0

ー 第1
4図

タバコモザイクウィルスの電子顕微鏡写真

×3
5
,
0
0
0

阪 1
5mμ， 長 さ 約 300mμウィ ノレスはいずれも内部は遺伝に関与する核酸という物質であり ，それ をと包むように外側に蛋白質の殻をもっている。ある意味ではこのひとつひとつが巨大分子であるともいえる。

1
8

陰極リード

真空ポ ンプ

でして，第 1
5 図のようなガラメのフラメコをつかいます。右上矢

。

陽極

図
大
拡

はt
!
さ
さにしておきます。陰極の先端の真中に金属の針が入っており，この針の頭が非常に

gR

叫加

鏡

射

子
電

フ
−

図

第

小川鰍

細くみがいてあります。フラスコの底側半分の内面に盛光膜が張つであります。右側に一一印のところは真空ポンプにつないでおき，中

10cm

L
U

を眼で見られる

この原理は非常に簡単

川川ミュ ラーの冷陰極放射電子顕微鏡では，
ある意味で直篠原子

原子総の発展

10cmのユケ −；vが書いてありますが， フラメコの直径は 10cm余り。針の顕の幽率半ますが，こういう簡単な原理の顕微鋭をミュ

径が大体 1
0万分の 1cm位で、す。そして針ラーが考えたので、す。そしてこの針の頭が，を陰極にして，フラスコの下面を腸極にし，一体，原子からでき てい るかどうかをみ よう

数千ポノV トの電圧をかけます。そうしますとというわけで、す。

針から電子がひっぱり出されて陽極にむかつ

第 1
6図は，

ミュラーという先生ですが，てとび出して来ます。勿論これは真空中ですこ〉に持っているのは針の頭の模型でありまからとび出した電子は直進します。もしこのす。針の頭は， =c9プデンがよく使われます

針の顕が原子構造を持っておりますと，つまが，結晶していて，それをまるく磨くとこうり原子からできておりますと，そこから出るいうふうになるだろうというので、す。こ れは

電子も，その原子構造に従ってムラがある，勿論模型でありまして一一 模型とい うと 大体

そして陽極にその濃淡のムラができるはずで

実物より小さいのですがこの模型は実物よす。それがうつるだろうというわけで、す。そり大きい一一この表面のひとつひとつの球つの倍率は，針の曲率半径とこのフラス コの半

まり原子からそれぞれ電子がとび出してまい径との比になる。これは非常に簡単な話でりますと，す。勿論技術的にはなかなか難かしいと思いる。この針の頭の曲率半径と査を光膜の張られまわりの査をうち膜に，か げ が う つ19

原子絵の発展
第16図ミュラー教授と金属の富十の頭の模型

よく騰かれた針の先端にはこのように原子一一模型の小球一 ー が 開
規則的に並んでいると考えられ hる。

第17図 会 属 （モリブデン）の針の頭の影法師ミA ラーの冷陰権放射電子顕微鏡では，陰極の針の先端の原子配列に従って， このように規則的な原子の影法師を盛光膜上に直接見られる。この模様は金属の穏類などにより多少違ってくる。

20

原子論の発展た球の半径との比で拡大されてその像が写る

ヮていることは， もはや疑うべくもない。そだろうという予想をしたので、す。実際壁にうれでここに至って原子論はもはや仮説でなくつりました影法師を次にごらんに入れます。

なって，まことにはっきりした，誰が考えて第 17 図を見ますと，今の模型で作った針もうなずける事実だというふうになったわけの頭の構造と非常によく似た影がうつっていであります。

ます。このひとつひとつがつまり，針の頭の放射線の発見から

次の間題は原子の中の構

モ 9プデンの原子の並び方をそのままあらわ

原子の中の構造がわかりだした造がどうなっているかとしているわけです。こうなりますと，もはいうことで ありますが，や，物質が原子からできているということをそういうことが問題になヮてまいりましたの

疑うことはできない。この顕微鏡の原理は非は， 19世紀の終りから，今世紀のはじめにか

常に簡単で、す。た Y 真昼中で電子が直進する

けて，放射能であるとか， あるいは真ささ放電ということだけしか仮定しておりません。難などから，陰極線であるとか， α線
， β線
， γ線

かしい理論的な計算など一切必要なしで， こというよう なものが見っかり ，原子の中からういうことがわかる。これを見せられますと一種の放射親が出て くるということがわかっ

恐らくいかなる原子論反対の人も賛成するこてきたからであります。それでこの放射線をとになる。勿論これは，影法師にすぎないの

いろいろ研究いたしまして，結局 α線も β線でありますけれど，それなら，私がここに立も電気をもった非常に小さな粒子であるといヮてし宇べっていると皆様方が思っておられうことがわかってきたのであります。

るのだって，影法師をみているにすぎない。
なから出ました光が皆さんの眼の網膜の上に像をつくっているにすぎないにも拘らず，実際私がここにいると皆さん思っていらっしゃ

α線や戸線（電子）は電気をもった粒

で霧箱の中をとぷと飛跡がわかるですから，そういうもの
が，原子の中にあると考えられます。こういうヰ立
子は勿論，原子よりもまる。それで別に不思議に恩わない。それが常た更に小さいもので，眼にみえないのであり識だと思うのですが，それと同じ常識で，壁ますが，このクイノ，v'
Yンの霧箱という装置をに影がうつれば，針の頭がこういう構造にな

つかうとその飛跡がわかります o これはちょ21l
原子検の発展うど高い空を飛行機が飛ぶ と， あとに飛行機

わかったわけで、す。こういうふうに原子の外雲ができる よ うに， こういう電気をもった粒の昼間に，とび出してきた粒子は直接眼に見子が霧箱の蒸気中を飛ぶと ， その飛んだあとえなくても ， その飛んだ道をしらべることがに雲が出来るという事実を利用しておりまできるわけでありますが，それでは原子の中す。

でそれらが，どういうふうに動いているかと

第 18 図で下の一直線のものは α粒子の走いうこ とになりますと ， こういう実験では見った道です。 上の短かく曲がっているのは陰られないので，ただ理論的な推論からある種極線つまりエレク トロン一一 電 子一ーの飛んの結論が出ております。

だ道で，電子は目方が軽いためにこういうふうに，途中でふらふらと曲がるわけですが，
α 線の方は，原子核で重い ものですから，はヮきり 一直線に走りま す。

原子の大きさと内部様造

第 20 図はしょっちゅう出てくる図で，ご存じと思うのですが， 上は水素の原子で，真中に原子核がありまして，外側に電子

右のは宇宙線の中の，やは り電子ですが非がぐるぐる廻っている。中段左がへ 9クムで常にスピードが大き い ものですから ，こ のよす。 ヘ ソクムは 2佃の電子がまわっている。

うに曲らな いで真直に走 ります。

その右リチクムは真中にヘリクムに似たもの

第 1
9図もひとつの代があって， その外を大きく太陽系におけるほ表的なもので、す。下のうき星のように 3番目の電子が廻っていま方から α線がとび出しす。下左がネオン，下右はナ ト9クムで、す。

てきている写真で、す O

この一番外側の電子の軌道の大きさがいわゆ

右の写真は特に有名なもので，途中で妙なこる原子の大きさといわれ ます。先に 1億分の

叉に別れているのは α線がこ〉で窒素の原子1cm と申しました のは，核に衝突して，それをこわし，水素と酸素にであります。原子はこのような太陽系に似た変えたためで、す。ラザフォ ー ドのとった有名構造をもっていて，核と電子の大きさはどのな写真で、す。こういう 実験で，原子核をこわイ立か と申しますと ， それぞれ更に原子会体のすとこのように元素が変わる，ということが大きさの 1
0万分の 1程度の大きさだというラザフォードは原子核をこわして人工的に元棄を変えられることを発見 した

この軌道の大きさ

22

原子論の努展

第18図 甥箱写真でとら えた荷電枝子の飛跡"

左上は戸線ー一一これは電子の流れであり軽いのでふらふらしている。 左下は α線一一 飛跡は直線的には っきりしている。 右の写真の
まっすぐな飛跡は宇宙線中の F
線一一これは速度がきわめて大きいので一直線状に走 っている。

第19図 a線の飛跡線源（放射性物質）からでた α線は霧箱中を直進する。左の写真の下部に小さく見えているのが線源。 右の写真は α線が窒素の原子核をこわしているところで，績向きの細い線はその際とび出した水素の原子核（陽子）の飛跡。

暗2
3

原子論の発展

すけれど，核 L 核のまわりを廻っておりま
す電子の大きさは，そのまた 1
0万分の 1で，あとは会部なんにもない，

7‑キマあるいは真さきであります。どれ位メキマがあるかということをわかっていただくために，原子会体を後楽園の野球場位の大きさと仮定しますと ，
真中のヒ・ッチャーのいるところに核があるわけですが，それが大体ノマチン＝のたま程度です。まわりの 1塁，

2塁， 3塁それから外野の方にこういう電子に相当するものがいるとしますと ， それが大体小豆の粒ぐら い。あとは会部地面でなにもない。この話をしますと
よ くいわれるのですが・・ …，われわれのからだも同じように原子からできているのですか
ら殆んど全部が久キマ，真さきであります。
われわれのからだも，例えば力道山の如くがっちりした人でもやっぱり大部分は真益であ
第20図 原 子 の 電 子 軌 道る。それからクレオノマトラのような美人も大

数字は軌道の番号，括弧内の数字は電子の合計数（原子番号と同じ）をあらわす。

部分は真2きである。そういうことをいいますと「色即是空」っていうのはそのことか（笑ことが判っております O

声）。

まあ大体そういうもので， ピ−の泡
JV原子の中はスキ

ここで気がつきますことよりももっと実質のないもの， われわれの身マだらけで大部
分は真空であるは，原子とは実に二スキマ

イ本と限らずすべてのものがそうなので、す。

だらけなものだとドうことで・す o・原子会体が 1億 分の 1cmでありま24

原子論の発展

原子核の中には

次に電子についていえば，

陽子と中性子がへ 9"
7ムの中の電子も水素つまっているの中の電子もナトリヲムの

水素の同位元素
水素原子核

遣っておりますので，核には実にたくさんの

．

重水素核

種類があります。そこで次の問題は核にたく

9
9
.985%

0.015

中の電子も皆同じで，別にちがいはなく，ただ数が違うだけで、す。ところが核はそれぞれさんの違った種類があるのは核がなにかもっと簡単な粒子からできているのではなかろう

三重水素核

第2
1図 水 素 の 原 子 核（累は陽子，自は中性子をあらわす）

かということで、す O そういうことが問題にな
ヘリウムの同位元素

ヲてきて，その研究が 30年位前から非常にさかんになってまいりました。結局わかりましたことは，核は陽子という陽電気をもった粒子と，それから中性子という電気をもたな
い中性の粒子との， 2種類の粒子からでき ている。いろいろ遺った核があるのは，陽子と中性子の数が，いろいろ違うからだということです o 一番簡単なのは水素の原子核です
が，普通の水素の原子核は陽子そのもので

1
0
0
%

10-•

第2
2図ヘリウムの原子核（黒は陽子，白は中性子をあらわす）

すO それから二重水素， これは重水素ともいに本当に 3角形にくっついているかというの

われ，陽子と中性子が 1個ずつくっついていは意味がないので，ただ数だけが意味のあるる。三重水素というのは陽子 1個に中性子 2

もので、す。水素には三種ありますが，陽子が個くっついている。

1個であるというのが水素の特徴でありま

第 21 図は勿論ドノV トンの本にあります絵

す。自然界に存在する水素の 99.985%は（第と同じ程度の絵でありまして，こういうふう

21 図左）で， 0.015%が（同図中央）で、す。そ原子論の発展α粒子

25の右の三重水紫 S
H というのは天然には存在いたしませんが，原子炉の中でつくることが
出来ます。
第 2
2図はへリクム 。 ヘリ クムは陽子 2個というのが特徴であります。普通のヘリクム
は腸子 2個に中性子 2個がくっついております。非常に微量ですけれど，中性子が 1個た
りない軽いへ Yクムというべきものがござい

第23図ふつうのウラン （ウラン 238）の原子核

非常に不安定で α粒子（陽子 2個と中性子 2個のかたまり） を放射しやすν、。この流れが α線である。

ます。
あとリチクム以下ずっとあるわけですが，一足とびにクランまでまいりますと，クランの原子核は会体で 238個の塊りです（第 23図）。陽子は 92個で，のこり 146個が中性子で、す o このような大集団になりますと，不安定 で，時々 へ 9'7ムの原子核がボロリととび出して来る。これが α線といわれている放射践です。
ウラン 235に中性子をあてると分裂して莫大な原子エネ Jレギーを出す

ヲランの中には 2
3
8でな

く2
3
5個からできているのもありま して， これが原子力に関係して，非常に重要なもので、す o 2
35 の方は非常に変わっ
第24図

中性子 1個が 2350 にあたると分裂して，たとえば
ここ ではバリウムとクリプ トンの原子核に大きく制れ中性子も 3個とび出す。

た性質をもっておりまして，タトから中性子がぶつかりますと ，それが真二つに割れま す。
第 24図はそれが割れたところですが，

も

2
6

原子論の発展ともとこれ会部くっついていたのが， クラン

ほど申しましたように，中性子をクラシ 2
35

2
35でありまして， そこに粒子が 1個外からにぶつつけなくてはいけない。ところでひとやってきますと，こういうふうに割れます。

かたまりのヲランと申しますと，角砂糖位のこれはバ 9クムとクリプトンに割れた図で体積で大体原子の数が 1億の 3乗くらいありす。これがものすごい勢いで両方にとび出ます。従ってそれをこわすのは， 1億の 3乗す。このエネノレギーが非常に大 き し こ れ を位の中性子をあてなくてはいけない。そんな刺用するというのがクラン原子爆弾あるいは

中性子をつくることは大変で， そうとすれば

原子炉の原理なのであります。非常に大きなヲランは使いみちがないわけで、す oところが，

エネノV ギーと申しましたけれども ， クランの

第 2
3図のようにクランが割れる とき， 中性

原子核がひとつだけ，〆ッとこわれましても ，子 が 3つイ立とび出してくることがわかったの

これは大したエネ JVギーではないのでありまであります。ただ割れるだけでな く中性子がす。しかしひとかたまりのクランが全部こう3つ位出てくる。そうなりますと話が違うのいうことをおこしますと，これは大変なユネ

で，始め 1発の中性子がクランをこわすと ，ノνギーになるわけで す o あたかも次のたとえ

クランが割れると同時に 3つ中性子が出てきに似ています。鉄砲の弾は 1秒間に 1000mます。その 3つがまたつぎにクランをこわすも飛ぶ。だからものすごいエネノνギーだと申と 3×3=9, 9つの中性子ができる。それらしますけれども，実は大したエネノνギーではがまたつづいてこわします と 3×9=2
7, そないので， 1発の鉄砲の弾に紐をつけて列車

れらがさらにやりますと 81，それらがまたやをひっぱらせるわけにはまいりません。だがりますと 243，それらがまたやりますと 7
2
9,

ひとかたまりの，例えば機関車ぐらいのまの

それらがまたまたやりますと 2
0
0
0イ
立。そう

鉄砲の弾を会部ぶっ放すと，これは大したエ

い うことが続きますとたちまち l億の 3乗 位

ネノνギーになるでありましょう。それと同じはあっというまにできてしまう。勿論 3つでで，弾も 1発では大したことはないようにヲ出た中で全部がうまくゆくとはいえないのでランも 1佃では大したことはない。ヲランの無駄になるのがあるかもしれませんが，それ原子核が割れてエネノレギーを出す現象は，先にしても，原因が結果になって，その結果が

2
7

原子論の発展また原因になる，いわゆる連鎖反応でネズミ

それからこういうクィノ，
v yンの霧箱でなし

算的に中性子がふえてきて， そしてひとかたに， もっと簡単な方法があり，それは写真のまりのクランが全部こわれる。そうしますと威光膜のエマノνジョンの中を α粒子や一般に非常に大きなエネノレギーが出てくる。これが原子核，あるいは揚合によっては電子でもよヲラン喜子使う原子ェネノレギーの原理でありまいのですが，電気をもった粒子が走りますと，す。こういうふうにしてクランがこわれるとその道に沿って，臭化銀が分解して銀があら必ずしもクリプ トン，バリクムと限らない，

われてくる。それを適当に現像しますと，荷いわゆる死の灰といわれるいろいろな元素が電粒子の道すじに沿って銀の粒が図のようにでますが， これらが実際両方に〆ッととび出

並んで見えます。

すということはまだ仮説だといわれるかも知第 26 図はエノレ守ジョンの中にヲランの化れないのですが，それを次にもう少し眼に見合物をしみこませ，それに中性子をあてて，えるようにしてごらんに入れます。

分裂を起こさせて（一番長い線の中央部）両方へかけらが飛び出したところで、す。これは原子力研究所でとった写真で、す。これらの証
拠から今まで申してきました反応は， もう疑
いのないことになります。

ウランの分裂は霧箱実験や写真融合反応とイノνジンの霧箱でうつした

乾板の方法で実 写真で、す。霧箱の中にクラ際に見られる

最後に，近頃よく核融合反第 2
5 図は前にお話したク
分裂反応

応ということがいわれますので，そのお話をちょっ とン の 板 が入っており まし

いたしますO 普通の化学反応にもやはり分裂て， 中性子を外から入れてやりますと， クラ反応と融合反応がありまして，いわゆる化学

ンの・
原子が真二つに割れて，二分された核が的エネノ
レ
ギーの利用も，複雑な化合物が分解両方にとび出してくる。写真が二つあるのする時に出るエネノレギーを使うのと，簡単なは，一対で立体写真になヮているのです。こものがより複雑な分子に化合する時に出るエのような写真がとれております。

ネノレギーを使うのと両方あります O 例えばダ28！原子論の者草炭第25図 ウ ラ ン 2
3
5の核分裂
の霧箱写真

これは一対で立体写真になっている。ウランをちり I
iめた目糞
が 3枚 入 れ て あ り （ 白 い 太 い線），外から中性子を入れると分裂がおこって生成物がまったく反対側に飛ぶ。

（
左上または右上の絢い斜めの白線はその飛跡
で，ウランの膜をはさんで両側l
こ一直線をえがいている）

第26図エマルジョン中でとらえたウラン2
35の核分裂
ウランをしませたエマ／
レ ジョン 中に中性子が入る。一番長U、線の中央部
で分裂がおこり，そこから対称的に反対方向に破片が とび散っ たところ。

2
9原子論の発展

イナマイト が爆発するなどは，その前者で，ダイナマイトの緩雑な分子がばらばらにこわれる時にでるエネルギーを使う。それから炭が燃えるなどは後者で，炭素が酸素と化合して炭酸ガスになる時にでるエネ Pレギーを使うわ
けで、す。第 27 図はロクソクの燃えているところですが， ロクソクの内部に書かれたなん
だか気味の悪いグジグジみたいなものは， ロヲの分子で一応炎の中でばらばらになりまして炭素と水素にわかれます。外にある酸素の分子がここに入ヮてきまして，水素とくっついて水ができる。さきに申しました三角形をした水の分子ができます。それから炭素とくっついて炭酸ガニスが出来る。この時エネノレギ
ーがでますから，それを利用するわけで、す。
ただこの融合反応の時には分裂反応と違いまして， ある温度以上の温度でないと ，反応が起こりださな いで，燃焼の揚合には反応を続ける炎の中の最高温度が大体 1
8
0
0度か 1
5
0
0
度位であります。分裂反応は別に温度をあげる必要はないので す。クランの揚合には，中性子のショックであのような破裂が起こる。
ダイナマイトも同様で必ずしも熱くしてやら

第27図 ロ ウ ソ ク の 燃 焼

ロウソク内の分子模型はロウの分子 （炭素と水素の化行物）をあらわしており ， これは蒸気になっ て炎中に入って各原子に分解した後空気の酸素分子と 融合

ないでもショックで爆発する。ロクソ クのば（化合）して水およ び二酸化炭素の分子になる 。これはあいは普通の化学反応による融合反応なので一穏の融合反応で，継続には絶えず高混度が必要。

30

原子論の発展

すが，次に原子核の変換による融合反応で一番低い温度でやれますのは，第 28 図に書いてあります二重水素と三重水素，これが組み合せが変わり，ヘリクムと中性子になる反応、です。こ こでヘリクムができるときに非常に大きなェ ネノレギーがでてまいり ます。その時必要な温度がどの位かと申しますと，図に番かれてあるように，大体 2000万度で、す。このごろの計算で少し数字が変わったようですが，大体こんな程度で、す O

第28図 二重水素と三重水素との原子核融合反応

原子核融合反応で二重水素と三重水棄をまに，クランの爆弾をこの混合物の真中で爆発

はべらぼうな高温

ぜておき， 2000万度にあさせますと，これ位の温度ができまして，こ度が必要であるげますと，このような反ういう反応、が起こる。これが水素爆弾の原理

応が起こる。この反応が起これば，あとはエであります。ところで，爆弾ならそれでいい

ネノvil('• － が出 てきますから，それ が熱にな っのですが，平和利用をする場合には，原子爆て， この温度が持続される。しかしこういう弾でマッチの代わりをさせるわけにはまいり反応を実現させますときに問題になりますのません。ちょうどロクソクに火をつけるのには，まず 2000万度という高い温度をどうしダイナマイトで火をつけたら，大変なことにてつくるかということで、す。もうひとつの問なるのと閉じように， クラン爆弾を平和利用

題は，入れものをどうするかで、すO この 2000に使うわけにはゆきません。それがひとつの万度の温度をだしますのには，ひとつの方法問題。それから， こういう高温度の反応が起は原子爆弾で、すO クランの爆弾が爆発します

こる時のカマドで、す。 入れ物をどうするか，

ときに，非常に高い温度が出まして，これよつまり 2つの問題が解決されなくてはならな

り1桁上位の温度が出ます。従って， ロクッ

いので，いまいろいろ研究されているわけで

クに火をつけるのにマッチを使いますようあります。原理的には，温度の方は，電気的31

原子総の発展に非常にたくさんの電流をいちどきに流しますと，相当な温度まで上がることがわかっております O しかしまだ 1桁足りない。現在のところまだ 100万度程度しかなっておりませんが， とにかく相当な温度がでる。その次は入れ物はどうするかという問題。
原子核融合反応を起こさせる原理

第 2
9 図は入れ物の写真ではなく，原理を説明しただけなのですが，先ほどのクイノレジンの霧箱の中に電子が走っておるところで，飛跡がくるっとまわっておりま
すO それは，磁界がかけられて紙面に直角に磁力線が通っているからで、す。そうすると，
電気をも ったものが磁界の中を走るときには

第29図磁界内での電子の飛跡

電子に限らず荷電粒子，したがって原子核も ，磁界内では曲げられるので，直線状に走り去るこ

くるりと廻る， あの左手の法則で，こ のようにとなく ，ある範囲のところに限定して運動させる
ことができるはずである。

曲がりますO 結局，
磁界がなければ，真直にずがありますが，原理は以上のようであります。

っと飛んで壁にぶつかってしまうのですが，磁界があるために，こういうふうに曲がる。
この現象を利用いたしまして，原子核の融合研究に必要な加速器とはこれでごく最近のところまで到達いたしました。紀元
前 400年から 2
0世紀半ば

反応をやらせようとするわけで、す。原子核はの今日にいたる 200
0年をこえるお話を一応

電気をも っておりますから ，磁界をかけます

終ったことになります。最後に，このようなと，昼間のある揚所にそれを限定することが研究をやるのに，一体どういう機械がいるかできる。これはほんの原理だけの話で、す。実というお話を少し。詳しいことはぬきにいた

際はなかなか難かしい。この磁界の形をどうしまして，それがどれ位大げさなものかといするかというような，いろいろ難かしい問題

うことをお話しいたします。

32

原子論の発展

第 3
0図で横軸に書きましたのが年代であ種々の粒子をもっともっと高いエネノレギーにりますo 1
9
4
0年
， 1
9
6
0年
， 1
9
8
0年，2
0
0
0年

加速して研究することが必要です。このためというようにとり ，O印は加速器で、す。ご承の装置を加速器と申しますo この加速器は年知でしょうが，こういう原子核の研究をやり

年大きなものが作られていますが第 3
0図はますには，非常に猛烈な久ピードで走っていその様子を示したもので、す。図では加速エネ

る粒子を原子核にぶつつけて，それをこわし

ノレギーを縦にとります。 MeV（
ミ 9オンエレ

たり，その他いろいろのことをするわけでクトロンホワレト）とか BeV（ピリオンエレク

す。昔はラジクムからでる α粒子などを使っトロンホツV ト）とか書いてありますが， これて研究いたしました。例えば，先ほどおめには， lMeV では百万， lBeV で、は十億ホツvかけた霧箱の中で α粒子が窒棄にぶつかってトの電位差の所で電子を走らせた時と閉じエ

酸素と水素に枝わかれしている写真もその頃

ネノレギーという意味ですo 図で一番低いとことられたもので、す。しかしああいう α線だけ

ろが lMeV すなわち百万エ レクト ロンポノV使ヮたのでは面白くないので，もっと違った

トで，原子核をこわすには大体この辺から上

．
・

1000

のエネノレギーでないと面白いことはできない。

100

1
93
2年にローレン久がはじめてサイクロトロンとい10う装置，非常に小さなすイクロト
ロンを作りました。これが始まり

1Bev
10億円

になっております。この前にも勿100

論いろいろ加速装置がありました

10

1Mev

が，この辺から書いておきますo
次の年にローレンスが 2
7 イン チ
1940

1960

1980

第3
0図 加 速 器 の 歴 史 （ ど ん ど ん 大 き く な る）

横軸は年代，縦軸はエネルギー，寸法のインチは直径，m は半径の大きさ

2000までの大きさの， それから 1
9
3
8
年に 6
0 インチのサイクロトロンができました。ここで、エネノνギー

原子論の発展

3
3

は2
,
3千万ポ
ノV トですが，年がたつとだんだ

らんにスれたのですが，…・ーいま ここで皆様

ん大きな機 棋が作られまして， 1
0
0万， 1
0
0
0

方にごらんに入れても，直接どうということ

万， 1億，10億，数十億エ レク トロンポノV ト

はございませんけれども（笑声），生徒の中にになりました。それは コメモ トロンというもはいろいろお金持のお子さんもいらっし 宇るのです。次はベバ トロンで， それからシンクでしょうから ， 100mのような， 5
0億円と いロフアゾトロン， これはジピエ トにあって，うような， いかに巨大な機械を使って研究しいま動いている一番大きなもので、す。そしてているかという ことを知っておいていただき

次がジュ ネープにあるヨ ー ロツ〆のいろいろたい。これは原子炉とは別であります O これな国が共同して作っている原子核研究所で，

では電気も起こらないし，なにもならないの

い まつくっている機載で、す。ここまできます

ですが， とにかく純粋に研究用の機械でありと数百億エレクトロンポノV トになります。さます。いま日本にと、れ位のがあるかと申しまて，大きさは 27インチ， 60インチ ， 1
84イ

すと，さきほどごらんになったのはこれ（27")

ンチと ， これは直径で、す。 ここ からメ ート ノ
V

でし上う九

法を採用 して コ二スモトロンは半径 !Om，このが，非常に可愛らしいもので、す。仁科先生もCERN とか いた のはョ ーロツ ノマの共同研究

これと同じものをつくられて，昔理研にも ，所 の装置ですが， これが何と 半径 1
0
0m あ

これ（2
7
＂
）とこれ（60＂）と二つ戦前にあったります。 それから値段をついでに申します

んですが，両方ともこわされまして …−−。小と， 7千万円， 4億 円， 10億円，24億円， そさいほうだけは，戦後もうひ とつ作った。そして 50億 円で、す。いかにお金がかかるか とれから 60グこれよりちょっと大きいのを田い うことがおわかりか と思います O

無の原子核研究所で、戦後作ってお ります。い多分ごらんになヮたと恩いま す

この間原子力産業会議で講

まもう少し大きいのを作りかけております

演をたのまれまして，日・…

が，とにかくこの程度で−す。 1
95
0年代でこのあそこは財界人がおおぜい程度ですから ，2
0年遅れてしまった。さて図おりますから ，少しお金をせびろうというのの右上は点線で書いてありますが，将来どうで，いかに金のかかるものかということをど

$

研究にはむ

金がかかる

この講演の前に理研の施設の見学がおこなわれた。

34

原子論の発展なるかということをちょっと考えてみたもの

日本にも降ってまいりまして， しかもただでです。こういうふうに将来大きくなるかどう

降ってまいります（笑声）。ですから字宙線を

かわかりませんが， しかし過去を見 ますと，使つてのいろいろな研究は日本でも盛んに行

大ざっぱにいって 1
0年間に 1桁上がって，

なわれております。勿論降ってくるのはただ

10m のが 100m になっております。 1
970年

ですけれと、も，それをつかまえていろいろ実になりますと， 1キロ， 1
980年 で 1
0キロ，

験するのには，やはり費用がいります。です1990年で

1
0
0キロ，次は 1
000キロ， 2010

けれどこういう加速装置を作るよりは安い。

年ごろにきますと地球の大きさぐらい，地球

大体これでお話を終りにしてもいいのですをはみ出してしまうわけです（笑声）。 地球

が，少し時聞があるようですから，次にいくをはみ出した機械というと皆様お笑いになる

っか， もう少し写真をごらんに入れます。

のですが，実は このご ろは地球をはみ出し

加速器のあれこれ

第 31図はさヮき多分ごた，ある意味では地球をはみ出したような機らんになりました可愛ら棋を使っている物理学者が日本にもおりま

しいすイクロトロン。前方の台にのっている

すO と申しますのはど承知かと思いますが，円板状のものがど、本体で、す。上下 2つの黒い宇宙線という粒子が地球の外から降ってまい

円筒型のものが磁石，右側に戸棚があります

りまして， そのエネノレギーは大体 lBeV辺ので，大体大きさがお判りかと思います。こから上で、す。
宇宙線の粒子にはこの辺から上のェネノV ギ

非常に高エネルギーの粒子が地球の外からーのものがある

降ってまいります。これを宇宙線といい，英語で c
o
s
m
i
cr
a
y
s とい
うのですが， コニス毛トロン（Cosmotron）という名前がそこからでていて，宇宙線に相当す

るようなエネノνギーの粒子を作る機械というのでそう名づけたので、すO 宇宙線は幸いに，

第31図理研のサイクロトンの主要部

原子輸の発展第32図ヨーロ ッパの共同研究所の外型軽この美しい円形広場（講演では天然色スライドが用いられたので実にきれいであ った）の地下全体が加速訴になっている。

第33図 上の写真の地下室（加速器）のー務

何 しろ直径 200m という 巨大な加速器であるから 地下 とはいえま ことに見事なもの。

−、、、？，‘..，~－－』

3
5

3
6

原子論の発展

れが 27インチという一番小さいものです。

よく見えます O ここに蛍光灯がずらりとついそれから 一足とびに久イ久にあるヨーロツバておりますが， く、 るりと廻ヲて，ちょうど地の共同研究所のをごらんに入れます o

下鉄のプラットホームみたいな戚じで、す。磁

第 32 図はその外景で、す。まだ完成してい石がずっと並んで，そして真空にした〆イプないのですが，どこに機械があるかちょっとが来て，その中をぐるぐる廻しながら粒子をおわかりにならないでしょう。この円形の広加速するので、す。

場全体の地下が機棋で、す。なにせ直径 200m

吹は，先ほど申しましたように lBeVの辺というのですから， うちの中に λつてはいなから上のエネノレギーのものは宇宙線だといういので，こういう原っぱがありまして， ここ

ことで、す。 宇宙線はある意味では地球の外へ

にくやるヲと廻っている白いものが見える。こはみ出した機械を使っているわけですが一一の下に機棋があります。右手前から地下道に

宇宙線はどこから来るかわからないが，何か

通じ，この大きい円形の範囲がずヮと地下室

字宙のどこかで，こういう機棋に似たようなになっておりますO 地上に円形に並んだこの機構があって，そんな大きなエネノレギーのも

白いものはそのささ気ぬきみたいなものですのが降ってくるだろう，とそういうわけで、す oね。地下に入れました理由は，いろいろあるある意味では地球からはみ出した機棋を使と思うのですが，放射線がでてくる，そのしヮているというのはそのことなんですが，そ

宇へいの意味もありますが，こういう機棋はの宇宙線の研究の写真をちょっとごらんに入非常に精密度を要求するので， 1
0分の 1mmれます。
第 34図がそうです。これの精度が必要だといいます 0 200m も直径のある大きなもので， 1
0分の 1mmの精度。こ

宇宙線観測所は乗鞍にあります宇宙線観

れは温度の変化，それから振動等があっては測所の写実であります。とにかく高い所へ行困るという意味もあって地下におさまっていって研究するほど，いろいろ面白い現象がある。それでこ〉に入口があって中に入って見ります O つまり杢気の中を走ってくる聞に，た写真を第 3
3図でごらんに入れます。

いかに猛烈なェネノV ギーといいましてもだん

とにかく地下ですから暗いのですが，割合

だん消耗して，下の方ではあんまり面白い現3
7

原子論の発展

象がつかまらな い。 そ れ で 乗鞍山 の上のよう中間子で、す O 他の大部分は，電子で、す。この，なところで研究をするわけで、す O 宇宙線がど

ちょうどジャヲ ーのようにたくさん電子を作の位の猛烈なェネノV ギーをもっているかといって，時には爆発的に原子核をぶつこわす，

うことがよくわかる写真を次にごらんに入れそして中間子のようなものもたくさんできます O

る現象はシャヲ ー と申しますo こういう現象
は，霧箱で見つかるわけで、すO しかし山の上
ではまだ低すぎまして，だんだん面白くなくなってきますので，高い所へ行こうとして風副聞置豊富 闘 踊・曹画面E−・幽・・・園田・・

‑・
4

第3
4図

乗車
産にある宇宙線観測所（冬）宇宙線のはたらき

第 3
5図は霧箱の中に鉛の様子は霧箱や写の板を何枚も λれてあり真乾板でとられるます。上から宇宙線の物
園
田E・・E圃圃・・圃圃・・・

すごく大きなエネノV ギーの粒子がきますと，l

この中でいろいろなことをやって，物すごくたくさんの粒子になって， しかし結局だんだ
ん消耗してまいります。ここにある例（左）は，原子核をこわしてばらばらにしてしまう
ような，何か大爆発を起している。それから
ずっと通りぬけた粒子がありますが（右），これは中間子で、す。貫徹能力の非常に強いのはJ一一一」一一一~ニL一一一一J

4溢薗圃圃E E・・圃園田園田「園
田・・ J占ーι ，
：
−
＿
忽
必
第3
5図

宇宙線のシャワー（霧箱：写真）

横に鉛の板が何板も入れてある霧箱の中に上から入ってきた宇宙線は，途中で新らしいいくつかの粒子に変換され，できたものが次々に急速に変換されて数を増すが，やがて次第にエネノレギーを失って衰えていく。
右の写真の上部で宇宙線が 4枚（実際はもっと多い）の鉛板を寅徽して 5枚目のところでシャワーをつくっているのがわかる。

38

原子総の発展

飛ばすわけです。このロックーシの実験は，船をとばす。
第 3
6図はロケット O これ

あんまりうまくゆかなかったようですが，風はロック ーン というもので船をとばした実験はかなりいろいろなデータ

すが，風船にロケットをぶを日本で集めております。ただ風船や，こう

研究は高空
へ高空へと

いうものを積みます装置はクィノV ソンの霧箱のような重いものは積めないのですが，幸いにして写真のエマノレジョンカ：霧箱の代わりをするというわけでありました。エマ Y ジョン
をつみまして，そして高い所へ飛ばす O その
エマノレジョンの中に写った写真をひとつごらんに入れましよう。
？
苦第 37図がそうですが，左宇宙線は新粒子

.
/
;
I‑

'
・

発見の泉である

下から何か粒子がやって来まして，中央付近で 3つになったのです。そしてまたずっといって，右端でまたなにか変わったことをやった。そして左上でおしまいになヮている。これをいろいろ研究した結果，中央付近で 3つに分かれたところから右上端のところまでが湯川先生の予言されました中間子，いわゆる π中間子というもの，そこから左上のおし まいになる

第36図

ロックーンを上げる

までは， π 中間子が変ってできた μ中間子とらさげて，ある所までいってロケットを発射いうものだと判った。左下から入ってくるのさせるという ，非常に凝った考え方なのですは， その時分まで知られていなかった粒子なが，こういう所へ原子核の測定装置を入れてので， それは 3つの中間子に変わっている。

3
91
原子給の発展

これで新しく 粒子が発見さ れたわ けで、す。こましたので， これが物理学者の頭痛の種なの

ういうふう な宇宙線の研究で多数の新らしいで、す。昔は元素の数が 90数種あった， しか

粒子がみつかってまいりました。

しそれらの梢造がわかって結局電子と協・子と第 1表が今までにみつかっている粒子の一覧表です。一番昔から知られているのは電子と陽子，こ の二つはよく知られています。それから中性 子， この辺まではよく知られていたのですが， 宇宙線の中でみつかった粒子
は，例えば陽電子というもの一一普通の電子はマイナ久の電気をもっていますのに， これはプラ二スの電気をもっている 一一 これが宇宙線の中で始めて見つかった。それから μ中間子， だ中間子， こういう粒子は湯川 さんが理論的に予言したのですが，実際みつかったのは宇宙線の中で、す O 陽子は昔から知られていたが，反陽子は宇宙線の中ではなくて，むし
ろ先ほどの大きな加速器でーーコユモトロンのもう一つ上にありましたべ ρ 叶、ロンでみつかった。中性子，これは実験室でみつかった。
下方にあります山イペロンとかいてあります

。

lOOu

もの，こういう粒子が，写真の乾板をつけて高い所へ風船をとばして見つかりました。こ

第37図 写真乾板でとらえた宇宙線中の中間子の飛跡

ういうわけで宇宙線というのは，発見の泉み

曲がったり枝分かれしているところでは崩者在して次の粒子に変換する。 Iμ は千分の 1mm.

たいなもので、す。
いまこんなにたくさんの粒子がでてしまい

中性子とそれだけにまとめて簡単になったと思った。思ってしばらくたったらこ んなにま

40

原子論の発展るのだろうとは考えられるん

第1:
表素粒子の一覧表｜
記 号 ｜名I

称電群t!Mev i
崩壊の型 l
平均寿命
！ 質 量

1

γ I~－一 子一「τ－r ~竺 ｜可 エュ ー トリノ 1 －~o：品百戸五：－1i~i

ですが， まだいまのところわかっておりません。

00

先ほど写真で，下の方から

00

3 つに分かれたと申しました。
~負電子｜ 1 円 5
11竺一一竺］ 。
＋｜
陽 電 子 ｜ 1 Io.s1 I 反
対
総
子｜
μ＋｜
ゐ
ミー
中
間子i201 I1侃 6 ｜ハ ν I
2
.
2×1
Q
‑
6
s
e
c
μ‑ ｜
ミ
ュ
ー
中
間
子 j 201 I1os.6 Ie‑−ν ｜つ－；－J竺竺~ 213
1
4
0 I
μ+＋ ν
。
｜ 幻
× 10‑8sece‑(T)が， これで、す。 この手立子， K
中間子で普通の中間子よりやや重い。こういう粒子は皆非//常に不安定で，ある時間たつJ｜負の仲間子｜ユU 140 Ir＋ ν。 ｜
。｜
中
性 π中
間
子
｜ 265 I135 l
̲
̲
e
+
r
。I
1.sx10帽I~蹴｜） ｜ 鰯 I493 I{::t;~0+ r I1.27xlと他のものに変わってしまい/JーてアI~ K 中 間子 1~「Z丁目？？＋π＋｜つアJII965 I4田 I
{
;
;
o
+
i
r
‑ I
1
.
3
x
l
Q
‑
I
O
s
e
c

フ
ア｜
腸

ます。ここにその寿命が書いてあります O
これでごく最近のところまでこぎつけましたので，私の｜平 附 l93
8‑‑1
互二三日亡−；−− 先ほど波の干渉の絵をごらん斗｜ 反 陽 子 い邸6 I」とと！？？空｜−。
向 −；， 性 子 ｜附寸 鮒 I
p++e‑+v。Ii・J
訂努ec に入れましたが，あれを電波で実験してごらんに入れまし
つア
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R l
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司−
p百二一｜百六百−105;;‑ょう。その装置が， ここにごづ＋ 1‑・, • 232
7い1的 ｜ … ｜
〜3竺

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：ベ へ ロンーすご］ i

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2
3
2
7 [ 1
1
8
9

；側 い

3
2
1

話は終わりますが，このあと，

F

ln｜注3.似~

ざいます。それからあそこに

IA0+r

I1×1門 氏

いくつか分子の模型が並べて。＋ π＋ございます O それからヲィノレ
た，ぞろりといろいろなものがで、て来た。こジンの霧箱がここにございますが，これは余

れをどういうふうにまとめたらよいか，このり大勢だと見えませんので後で適当にグノV ー

先おそらくもっとなにか簡単なものにまとまプになって見ていただきたいと思います。