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放射性元素と放射線とは

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放射性元素と放射線とは?

放射性元素(radioactive substance)とは、放射線を出してほかの元素に変わっていく元素のこと。

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。


原子の構成


1.原子核

1-1. 陽子 :+eの電荷をもつ
1-2. 中性子:電荷をもたない


(原子核は、陽子と中性子が「核力」によって強く結びついている)

2. 電子:-eの電荷をもつ



陽子の質量 ≒ 中性子の質量 >>>>>>>> 電子の質量

陽子と中性子の質量は、電子の質量の約1840倍

質量数 陽子数(原子番号)

陽子の数 = 原子番号

質量数 = 陽子の数 + 中性子の数

質量数とは?

ウランやヨウ素にはわずかだけ重さの違う、幾つかの種類がある。
それらを区別するために、ウラン235 、ウラン238 のように数字を書き添えて区別する。
その数字のことを質量数と呼ぶ。


放射能(radioactivity)とは?

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。

原子の崩壊(壊変)

放射性元素が放射線を放出して、安定な原子核へと変化していく現象を原子の崩壊(壊変)という。

原子の崩壊には、α崩壊とβ崩壊の2種類がある。
こうした放射性元素は放射能をもつ、または放射性であると表現する。


放射線(radiation)とは?

放射線とは、放射能をもった物質から出て、空気などを電離させてイオンを作る電磁波や粒子線のこと。
放射能をもった物質から出る放射線には、主に3種類ある。

1. アルファ線

α 線(alpha ray)

2. ベータ線

β 線(beta ray)

3. ガンマ線

γ 線(gamma ray)

これらの放射線が人体にあたると、さまざまな影響が生じる。

その影響の度合いを知るには、当たっている放射線からどれだけのエネルギーを吸収するか知る必要がある。
吸収するエネルギーが多ければそれだけ影響は大きく、人体は大きなダメージを受けてしまう。

人体への影響という点で、α線はβ線やγ線に比べおよそ20 倍危険だとされている。
なぜならα線は紙でも遮ることができるほどに物体を貫き通す力(透過力)が弱いから。

γ線がもっとも透過力が強く、鉛や鉄の厚い板でないと遮ることができない。
このことからγ線がもっとも強烈で危険という印象を受けるかもしれない。
しかし、人体への影響という点からはそう単純ではない。

「簡単に遮られる」ということは、ごく短い距離を通過するうちにエネルギーの全てを失い、止まってしまうということを意味する。

α線を遮った物体の側から言うと、ごく狭い範囲でエネルギーのすべてを受け取ることになる。

α線を遮る物体がもし人体であれば、身体のごく一部で多くのエネルギーを受けとめることになる。
そのためα線による障害は大きく現われることがある。

α線を出す放射性物質にはラドンやプルトニウムなどがある。


放射線の種類

X線とは

X線とは、1895年にドイツのレントゲン氏が発見した電磁波。
X線の波長は可視光線の1万分の1程度の短さ。

α線:質量数-4、原子番号2

α線とは、高速のHe原子核が飛んでいる粒子線のこと。

α崩壊が起きた時にα線(高速のヘリウムの原子核He2+)が放出される。

α線の速度は高速の20分の1程度で、粒子が大きいので生体に与える放射線障害も大きくなる。
電離作用が強いが、透過力は弱い。

放射線源から出たα線はプラスの電荷をもつので、マイナスの電極版に引き寄せられる。

β線:質量数0、原子番号+1

β線とは、高速の電子が飛んでいる粒子線のこと。

β線の速度は高速とほぼ同じで、電離作用と透過力はα線とγ線の中くらい。

放射線源から出たβ線はマイナスの電荷をもつので、プラスの電極版に引き寄せられる。

β線は高速の電子と中性子が、高速電子と陽子に壊れるときに放出される。
この現象をβ崩壊という。

γ線:質量数0、原子番号0

γ線とは、X線よりもさらに波長が非常に短い電磁波のこと。

γ線は、放射性元素がα崩壊、β崩壊を行った後、安定な構造につくために放出される。

γ線の透過力はX線より大きい。
γ線は電離作用は弱いが、透過力が強い。


放射性崩壊とは

放射性崩壊とは、放射性同位体の原子核が放射線を放出して壊れ、他の安定な原子核へと変化していく現象のこと。

これを放射性原子の崩壊といい、これにはα崩壊とβ崩壊の2種類がある。

α崩壊

α崩壊とは、α粒子放出による放射性崩壊のこと。

α崩壊ではHeの原子核であるα粒子が放出され、1回の崩壊で原子番号が2、質量数が4減る。
α崩壊で放出されるのはヘリウムHeの原子核(陽子2個、中性子2個)からなるアルファ粒子の流れ。

He を1個放出すると・・・

質量数  4個マイナス
中性子数 2個マイナス

α崩壊の例
238 92U → 234 90Th + He(α粒子)

Th:トリウム(北欧神話の雷神トールに由来)

β崩壊

β崩壊とは、β粒子放出による放射性崩壊のこと。

β崩壊では電子eが放出される。

この電子は核外電子ではなく、核内の中性子が陽子に変わったときに生じた電子が核外に放出されたもの。

そのため中性子から陽子への変化により原子番号が1増えるが、質量数は変化しない

β粒子(電子)を1個放出すると、原子核で中性子が陽子に変わる。
その結果、質量数は変化なしだが、原子番号が一つ増加する。

質量数  変化なし
中性子数 1個マイナス

β崩壊の例
234 90Th → 234 92U + 2e(電子)


γ崩壊

γ線を出しても、質量数と中性子数は変わらない。