放射能 は、核崩壊と反応による電離放射線の自然放出です。放射性崩壊の 3 つの主なタイプは、アルファ、ベータ、およびガンマ崩壊ですが、放射能の原因となる核反応は他にもあります。ここでは、放射能の定義、その単位、放射性崩壊の種類、および放射能が物質を透過する方法について説明します。
放射能の定義
放射能は、核反応による粒子および放射線の放出として定義されます。これらの核反応には、不安定な原子核による放射性崩壊、分裂、核融合が含まれます。
すべての放射線が放射能から来るわけではないことに注意することが重要です。たとえば、火は核反応ではなく、化学反応によって熱 (赤外線) と光 (可視光線) を放出します。赤外線と可視光は、非電離放射線の一種です。放射能からの放射線は電離放射線です。電離放射線は、原子の電荷を変化させるのに十分なエネルギーを持っています。通常、これは原子から電子を取り除くことによるものですが、電離放射線が原子核に影響を与えることがあります。電離放射線を放出する物質は放射性です .
放射性物質では、放射能の放出は原子レベルで発生します。不安定な原子核は最終的に崩壊しますが、これがいつ起こるかを正確に予測することはできません。しかし、材料のサンプルでは、半減期 原子の半分が崩壊するのにかかる時間です。放射性元素の半減期は、数分の 1 秒から宇宙の年齢より長い時間までさまざまです。
安定と不安定の違い
放射性同位体または放射性同位体は、放射性崩壊を受けます。安定同位体は決してばらばらにならないものです。安定同位体の例には、プロチウムと炭素-12が含まれます。安定した放射性同位元素は半減期が非常に長いため、すべての実用的な目的で安定しています。安定した放射性同位体の例はテルル 128 で、半減期は 7.7 x 10 年です。不安定同位体は、半減期が比較的短い放射性同位体です。不安定同位体の例は炭素 14 で、半減期は 5730 年です。しかし、多くの不安定同位体は、はるかに短い半減期を持っています。
放射能ユニット
ベクレル (Bq) は、放射能の国際単位系 (SI) 単位です。その名前は、放射能の発見者であるフランスの科学者アンリ・ベクレルに敬意を表しています。 1 ベクレルは、1 秒あたり 1 回の崩壊または崩壊です。
放射能のもう 1 つの一般的な単位はキュリー (Ci) です。 1 キュリーは、1 秒あたり 3.7 x 10 崩壊、または 3.7 x 10 ベクレルです。
ベクレルとキュリーは放射性物質の崩壊率を反映していますが、放射線と人間の組織との相互作用には対応していません。グレイ (Gy) は、体重 1 キログラムあたりの 1 ジュールの放射線エネルギーの吸収です。シーベルト (Sv) は、5.5% の確率でがんにかかる可能性をもたらす放射線の量です。
放射性崩壊の種類
放射性崩壊は、不安定同位体 (親同位体または親核種) が反応して、少なくとも 1 つの娘核種が生成されるときに発生します。娘は、安定同位体または不安定同位体のいずれかです。崩壊のいくつかのタイプは、親同位体が崩壊し、異なる元素の娘同位体を生成する核変換を伴います。他の種類の崩壊では、親と娘の原子番号と元素の同一性は同じです。
アルファ (α)、ベータ (β)、およびガンマ (γ) 崩壊は、発見された最初の 3 種類の放射能ですが、他の核反応があります。崩壊の種類について議論するとき、A は原子の質量数または陽子と中性子の数であり、Z は原子番号または陽子の数であることを思い出してください。 A は原子の同位体を識別し、Z はそれがどの元素であるかを識別します。
| ディケイ モード | シンボル | リアクション | 娘 核 |
| アルファ崩壊 | α | 親核はアルファ粒子またはヘリウム核を放出します (A=4, Z=2) | (A − 4、Z − 2) |
| 陽子放出 | p | 親核が陽子を放出 | (A − 1, Z − 1) |
| 二重陽子放出 | 2p | 原子核は同時に 2 つの陽子を放出します | (A − 2, Z − 2) |
| 中性子放出 | n | 原子核が中性子を放出 | (A − 1, Z ) |
| 二重中性子放出 | 2n | 原子核は同時に 2 つの中性子を放出します | (A − 2, Z ) |
| 自然分裂 | SF | 核は2つ以上の小さな核と他の粒子に崩壊します | さまざま |
| クラスター崩壊 | CD | 核は、アルファ粒子よりも大きい特定の小さな核を放出します | (A − A 1 、Z − Z 1 ) + (A 1 、Z 1 ) |
| ベータマイナス減衰 | β | 原子核は電子と反電子ニュートリノを放出する | (A 、Z + 1) |
| ベータと崩壊 | β | 原子核は陽電子と電子ニュートリノを放出します | (A 、Z − 1) |
| 電子捕獲 | ε (EC) | 原子核は軌道を回る電子を捕獲してニュートリノを放出し、励起された不安定な娘を残します | (A 、Z − 1) |
| 束縛状態のベータ崩壊 | 原子核または自由中性子は電子と反ニュートリノに崩壊しますが、電子は空の K 殻に保持されます | (A 、Z + 1) | |
| 二重ベータ崩壊 | ββ | 原子核は電子と 2 つの反ニュートリノを放出します | (A 、Z + 2) |
| 二重電子捕獲 | εε | 原子核は 2 つの軌道電子を吸収し、2 つのニュートリノを放出し、励起された不安定な娘を生成します | (A 、Z − 2) |
| 陽電子放出による電子捕獲 | 原子核は 1 つの軌道電子を吸収し、1 つの陽電子と 2 つのニュートリノを放出します | (A 、Z − 2) | |
| 二重陽電子崩壊 | ββ | 原子核は 2 つの陽電子と 2 つのニュートリノを放出します | (A 、Z − 2) |
| 異性体転移 | IT | 励起された原子核が高エネルギーのガンマ線光子を放出 (>10 秒後) | (A 、Z ) |
| 内部変換 | – | 励起された原子核が軌道電子にエネルギーを伝達し、電子が放出される | (A 、Z ) |
| ガンマ崩壊 | γ | 励起された原子核 (多くの場合、アルファまたはベータ崩壊後) はガンマ線光子を放出します (~10 秒) | (A 、Z ) |
崩壊スキームの例
ウラン 238 のアルファ崩壊は:
92 う → 2 彼 +90
トリウム 234 のベータ崩壊は:
90 目 → -1 e + 91 パ
ガンマ崩壊は、アルファまたはベータ崩壊を含む、より多くの核反応を伴います。ウラン 238 のガンマ崩壊は:
92 う → 2 彼 + 90 Th + 20 γ
しかし、ガンマ崩壊は通常、核反応を書くときに示されません。
物質の浸透
アルファ、ベータ、ガンマ崩壊は、ギリシャ語アルファベットの最初の 3 文字にちなんで、物質透過能力の順に名前が付けられています。
- アルファ粒子は本質的にヘリウム原子核です。それらは最大の質量、最高のイオン化能力、および最短の浸透距離を持っています。アルファ粒子を止めるには、皮膚、厚い紙、または衣服の層で十分です。アルファ線は主に、吸入、注射、または摂取すると脅威をもたらします。
- ベータ粒子は電子または陽電子です。アルファ粒子よりもはるかに質量が小さいため、アルファ粒子よりも組織に浸透しますが、原子をイオン化する可能性は低くなります。アルミホイルの厚いシートがベータ粒子を止めます。繰り返しになりますが、主な健康への脅威は、摂取、注射、または吸入によって発生します。
- ガンマ線は電磁放射線の一種です。ガンマ線は非常にエネルギーが高く、物質の奥深くまで浸透します。ガンマ線は相互作用せずに人体を通過する場合がありますが、鉛シールドによって阻止されます。ガンマ線がする場合 生体組織と相互作用すると、かなりの損傷を引き起こします。
参考文献
- L'Annunziata、マイケル F. (2007)。 放射能:紹介と歴史 .アムステルダム、オランダ:Elsevier Science。 ISBN 9780080548883.
- ラブランド、W.;モリッシー、D.;シーボーグ、G.T. （2006）。 現代の核化学 .ワイリー-インターサイエンス。 ISBN 978-0-471-11532-8.
- Martin, B.R. （2011）。 原子核と素粒子物理学:はじめに (第 2 版)。ジョン・ワイリー＆サンズ. ISBN 978-1-1199-6511-4.
- ソディ、フレデリック (1913)。 「電波要素と周期律」 Chem.ニュース .番号107、97 ～ 99 ページ。
- Stabin, Michael G. (2007). 放射線防護と線量測定:健康物理学の紹介 .スプリンガー。 doi:10.1007/978-0-387-49983-3 ISBN 978-0-387-49982-6.
