シラード＝チャルマーズ効果（シラード＝チャルマーズこうか）は、核反応により生成する原子と、その原子を含む分子との化学結合が、放射性原子の反跳効果により切断される現象『医用放射線辞典 第6版』共立出版、2023年。効果（ホットアトムこうか）とも呼ばれる。
歴史 同位体の命名と化学的非分離性
20世紀初頭の放射能研究では、放射壊変のしかたからは別の物質と分かるにもかかわらず、化学的方法では互いに分離できない放射性物質が次々とoniumとトリウム、RaDと鉛、mesothorium-1とradium、uraniumⅡをuraniumⅠなど見つかった。Earl K. Hyde『Natural Radioactivity of the Heavy Elements: A Comprehensive Review』University of California Lawrence Radiation Laboratory、1963年、p291912年から1913年にかけて、ゲオルク・ド・ヘヴェシーとは、当時RaDと呼ばれていた放射性物質ラジウム・エマナチオン（現在の^222Rn）の壊変生成物にA、B、C、Dと順次付された歴史的名称（現在の）を通常の鉛から分離しようとし、蒸留、吸着、拡散、透析など約20種類の方法を試みたが、RaDを分離することはできなかった。Gábor Palló「Isotope research before Isotopy：George Hevesy’s early radioactivity research in the Hungarian context」『Dynamics』2009年、第29巻、pp.181-182
ソディはこうした化学的非分離性をもとに同年、1913年、周期表上の同じ位置を占め、化学的性質が同一でありながら原子量などが異なり得る物質を同位体（isotope）と命名した。Luisa Lovisetti、Marco Giliberti「A historical reconstruction of the concept of isotope and its educational value」『Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry』2026年、p5
人工放射能と同位体分離の問題
1934年、エンリコ・フェルミ、エドアルド・アマルディらは、元素にラドン＝ベリリウム線源からの中性子を照射することによって多数の人工放射性核種を生成した。Leo Szilard、T. A. Chalmers「Chemical Separation of the Radioactive Element from its Bombarded Isotope in the Fermi Effect」『Nature』1934年、146巻、p462 標的とは別の元素が生成した場合には、両者は化学的性質が異なるため、生成した放射性物質だけを化学的に取り出すことができた。Leo Szilard、T. A. Chalmers「Chemical Separation of the Radioactive Element from its Bombarded Isotope in the Fermi Effect」『Nature』1934年、146巻、p462
一方、ヨウ素などでは、照射しても元素そのものは変わらず、その放射性同位体が生成した。安定なヨウ素と放射性ヨウ素は化学的にはほとんど同じ性質を示すため、放射性同位体だけを取り出すことは困難であった。
シラード＝チャルマーズ法の発見
こうして、生成した放射性同位体を安定同位体から分離・濃縮するためには、同位体をそのまま化学的に分けようとするのとは別の発想が必要となった。1934年、シラードとチャルマーズは、この問題をまったく別の方向から解決した。Leo Szilard、T. A. Chalmers「Chemical Separation of the Radioactive Element from its Bombarded Isotope in the Fermi Effect」『Nature』1934年、146巻、p462
シラードとチャルマーズが用いた方法は、127Iと128Iそのものの化学的性質の差を利用するものではなかった。ヨウ素を化合物の形で中性子照射し、核反応を受けた原子が元の化合物との化学結合から離脱することを利用して、核反応を受けた放射性同位体にだけ化学状態の違いを生じさせ、その違いによって分離するというものである。E. Amaldi、E. Fermiほか「Aartificail Radioactivity produced by Neutron Bombardment—Ⅱ」『Proceedings of the Royal Society of London. Series A』1935年、p538彼らはヨウ化エチルを中性子照射し、生成した放射性ヨウ素を未反応のヨウ化エチルから分離・濃縮できることを示し、1934年9月に『Nature』で報告した。
シラードは、照射した大部分の安定ヨウ素から放射性ヨウ素を分離できないかと試みた。シラードは1934年8月28日にFrank Lloyd Hopwoodへあてた書簡では、この発想について『化学者には冒涜的（blasphemous）に聞こえるだろう』と記している。Francis Duck「Six months at Bart’s: Szilard’s 1934 neutron experiments」『History of Physics Group Newsletter』2020年、38号、p15 原理 シラード＝チャルマーズ効果では、核反応によって生成した原子が受ける反跳によって、その原子と周囲の原子との化学結合が切断されることを利用する。
ヨウ化エチル（C2H5I）の場合、これを中性子照射すると、127I（n, γ）128I 反応によって128I が生成する。生成した128Iはγ線放出に伴う反跳により最大200 eV の運動エネルギーを得て、分子中の C-I 結合を切断し、水溶性の128I-イオンとなる。一方、他のヨウ素（C2H5127I）は有機溶媒に溶けたままであるため、水相に128I だけを抽出することによって、これを分離・濃縮することができる。『放射化学用語辞典【2006年版】』p63、日本放射化学会、2006年。
活用例 この効果は放射性同位体の分離や、比放射能の高い放射性物質の製造にも活用されている。市場に流通している高比放射能物質は、クロム51やなどがある『放射化学用語辞典【2006年版】』p123、日本放射化学会、2006年。
出典