ホウ素（B）：耐熱ガラスと中性子を操る元素

ホウ素はガラスの熱への強さを変え、原子炉では中性子を吸収します。少量の添加で材料の働きを変える元素です。

B｜原子番号5｜ホウ素
第2周期・第13族。常温では固体。自然界では主にホウ酸塩として存在します。

見てみよう：姿・色・三態の変化

結晶は暗い色の硬い固体で、金属のような光沢を示すものもあります。規則正しい結晶になっていないホウ素は褐色の粉末です。耐熱ガラスに入っているホウ素は酸化物として組み込まれており、この粉末がそのまま散らばっているわけではありません。

項目	状態・温度
20℃・約1気圧	固体
融点の目安	約2077℃
沸点の目安	約4000℃
三態の見取り図	融点より低温で固体、融点と沸点の間で液体、沸点より高温で気体（約1気圧・平衡状態の目安）

温度は純物質の代表値を読みやすく丸めています。約1気圧を基本とし、同素体・純度・圧力で値は変わります。融解や沸騰の境界では二つの相が共存します。

α菱面体型、β菱面体型など、原子の組み方が違う結晶があります。多くの構造で、12個のホウ素原子がつくる正二十面体が基本単位として現れます。単純な元素1種類から、複雑な立体パズルのような結晶ができる例です。

¹⁰Bは中性子をよく吸収します。¹⁰Bの割合を高めた材料が、中性子の制御や検出に役立ちます。同じ「ホウ素」という名前でも、原子核の内訳を変えると材料の働きが変わります。

同位体は、陽子の数が同じで、中性子の数が異なる原子です。次はCIAAWの2024年版にある代表組成、または試料間で認められる範囲です。割合は質量ではなく原子の個数で表します。

同位体	代表的な割合・範囲（原子数％）
¹⁰B	18.9–20.4％
¹¹B	79.6–81.1％

割合は近似値です。測定の不確かさは表では省略し、原資料に示されています。範囲の上下端は異なる試料の値で、上下端どうしを足して100％にするものではありません。100％の表記でも、特殊な環境や人工試料まで他核種が存在しないという意味ではありません。

ホウ砂は古くから金属加工の融剤として使われました。1808年、ゲイ＝リュサックとテナール、デービーがそれぞれホウ素を得ました。その後、純度を高める研究が続き、試料の純度が物性の理解を左右することも明らかになりました。

ホウケイ酸ガラスはケイ素とホウ素を含む酸化物の網目をもつ材料です。組成を調整すると熱膨張を小さくでき、急な温度変化で生じるひずみを抑えられます。実験器具や耐熱容器は、この性質を使います。

Corningはホウ素によるガラスの構造変化と耐熱性・耐損傷性を説明しています。元素を加える効果は、できあがる材料の中で原子がどう結びつくかに現れます。ホウ素を含む原料を溶かし、成形と冷却を管理して、使用目的に合うガラスへ仕上げます。

主要なホウ素資源の供給国はトルコと米国です。乾燥地域の鉱床からホウ酸塩を採り、ホウ酸・ホウ砂などへ加工して取引します。チリでも塩湖に由来するホウ素資源を生産しています。

ガラスメーカーが調達するのは、定めた成分と純度を満たすホウ酸塩です。鉱山の供給力に加え、精製、港湾輸送、工場の配合に合う品質が競争力になります。鉱石の産地が集中すると、輸送停止やエネルギー価格の変化がガラス・断熱材の原料費へ伝わります。

耐熱性能はガラスの組成・形状・製品仕様で決まります。ホウ素の含有だけで使用温度は決まりません。

歴史・物性・製品の説明は、本文中に示した学会・公的機関・メーカーの資料を参照しています。製品情報の確認：2026年10月。用途の説明では単体・化合物・合金を区別しています。