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放射能とは

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放射能(radioactivity)とは

我々の身の回りにある物質は様々な種類の元素が組み合わさってできている。
そうした元素は不変で、安定的な存在である。

しかし、中には不安定で、ほかの元素に変わってしまう元素もいる。
放射性元素がそれである。

放射性元素であるウラン235 やヨウ素131 などは、外部からエネルギーを与えたりしなくても勝手に放射線を出して別の元素に変わっていく性質(能力)を持っている。
この性質のことを放射能(radioactivity)という。


放射性元素とは

放射性元素は放射能を持つ元素であり、放射性同位元素(放射性同位体)ともいう。

同位体とは

同位体とは、原子番号(陽子の数)が同じで、中性子の数が異なるもののこと。

放射性同位体とは

放射性同位体とは、放射性崩壊する同位体のこと。

例えば、カリウムの同位体は 39K、40K、41Kの3種類あるが、このうち40Kは放射性崩壊する。
なので40Kは放射性同位体。

こうした放射性同位体は放射能をもつ、または放射性であるという。


半減期Tと崩壊定数λの関係式

崩壊定数(decay constant)

放射能は放射性同位体の原子数に比例する。
その比例定数は原子核の種類によって決まる定数で、崩壊定数〔Bq:ベクレル〕という。

放射性核種がN個あり、そのうちdN個が時間dtの間に崩壊すると、その割合は時間に比例する。

dN/dt=-λN

dN/N=-λdt

λ:崩壊定数(単位時間に崩壊が起こる確率)

時刻t=0のとき、放射性核種がNo個あったとすると、その数は時間とともに下式に従い減っていく。

N=No × e-λt


半減期(half-life)

半減期Tと崩壊定数λの関係は下式で表される。

T= ln2/λ = 0.693/λ

T:半減期 (放射性核種の数が半分になる時間)

半減期Tと崩壊定数λは反比例する。
放射能の強さは崩壊定数λに比例するから、上式から原子数が同じであれば、その放射能は半減期Tに反比例する。

平均寿命τ

ある時間での変化量(-dN/N)で全核種数Nを割ったものを平均寿命τといい、下式で表す。

τ=N/(-dN/N)=1/λ

N=No × e-λtにおいて、t=τのとき全核種数Nは下式のようになる。

N=No(1/e)

よって、平均寿命τはまだ崩壊していない放射性核種数が1/e倍に減るまでにかかる時間ともいえる。