Ｉ章 放射線の特性 Ｉ‐２放射線の生物作用は電離と励起の生成が原因 Ｉ‐２・２ Ｘ線、γ線によるエネルギー付与 Ｘ線は、電子を高速に加速して、タングステンなどの重金属からできている対陰極に衝突させたとき、電子の急停止にともなって放出される電磁放射線で、波長は連続スベクトルと対陰極を構成している重金属の特性をしめす特性Ｘ線の単光色スペクトルからできている。γ線は、励起された原子核から発生する光子で、そのエネルギーはｌ種が数種に限られている（図Ｉ‐１参照）。この点を除けば、Ｘ線とγ線とは全く同じ電離放射線である。 図Ｉ‐３の左端では、Ｘ線が写真乳剤の中をかなり素通りして、Ａ点でその光子エネルギーを全部写真乳剤内分子の軌道電子に与えて消滅し、かわりに二次電子線が放出ざれる場合を模式的に図示した。このように光子が完全消滅して高速電子が放出される現象を光電効果という（図Ｉ‐５のＡ参照）。光電効果は低エネルギー（く50keV）の光子の主なエネルギー付与の過程である。  図Ｉ‐５Ｘ線、γ線光子が原子と相互作用をしてエネルギーを付与する過程 60-Coγ線は1.17ＭｅＶと1.33ＭｅＶの２種のエネルギー光子からできている（表Ｉ‐３参照）。このγ線が人体に照射されると、体内分子の軌道電子と衝突して、光子エネルギーの一部のみが反跳電子（recoil electron：けとばされ電子）の運動エネルギーに変換され、残りは、低エネルギーの散乱γ線として方向を変えて逃げ去る（コンプトン効果：図Ｉ‐５のＢ参照）。コンプトン効果は１〜数MeVの光子の主要なエネルギー付与の過程である。人体の80%は水でできているので、Ｘ線やγ線の人体作用の研究では、人体を水で代用する場合が多い。60Coγ線の細いビーム（平行に走る光子の東）を氷面に垂直に上方から照射すると、γ線の強さ≠（光子数／ｃｍ２／秒）（光子束に垂直な断面１ｃｍ２当り毎秒 個の光子数）は水の深さ X（ｃｍ）が増えると指数関数的につぎのように滅少する： ここに はγ線ビームが水に入射する前の強さで、μは線滅衰係数と呼ばれる定数である。μは一般には光子のエネルギーと吸収体に依存する定数である。60-Ｃｏγ線が水中を透過する際の戸の値は約0.06／cmである。図Ｉ‐６では60-Coγ線ビームの水中での滅衰曲線を、式（Ｉ‐6）に従って、えがいた。 図Ｉ‐6に示したように、水深10cmでは60Coγ線の強さは約55%滅少する。この55%の中には、60-Coγ線の光子東の方向と違った方向に散逸して、入射ビームの通路から逃げたもの（散乱γ線：図Ｉ‐６Ｂ参照）が含まれる。ゆえに、実際に60-Coγ線ビームが10cmの水を通過したとき水に付与されるエネルギーは入射γ線ビームのエネルギーの約30%である。この水に吸収されたγ線エネルギーは、γ線の通路沿いの分子から電子を放出して、高速電子線の運動エネルギー（反跳電子：図Ｉ‐６Ｂ参照）に転換される。 図Ｉ‐６細い60Coγ線のビームを水面に垂直に照射したとき、γ線の相対的強さ≠／≠。が水面からの深さｘ（cm）に応じてどう変化するかを示したもの。  以上の２つの例で述べたように、Ｘ線とγ線の生体作用は、被ばくした生物体内で二次的に発生する高速電子の生体作用に帰着される。言い換えれば、Ｘ線やγ線は照射された生体の内部に高速電子線を発生させる放射線ということになる。したがって、Ｘ線とγ線の生物作用はβ線や電子線と本質的には同じである。Ｘ線やγ線が体内に入射したとき発生する二次電子のエネルギーと入射した光子のエネルギーの関係を図Ｉ‐７に示す。  図Ｉ‐７Ｘ線、γ線の光子エネルギーとこれによって水中に生成される二次電子の平均エネルギーの関係。（Lea 1955,p-12より作成） 図Ｉ‐7では、簡単のため、水中に入射した単一エネルギーの光子が水に吸収されたとき生成される二次電子の平均エネルギーと光子エネルギーの関係を示す。この図によれば、例えば、60-Coγ線を浴ぴたとき体内に派生する二次電子の平均エネルギーは、入射した60-Coγ線のエネルギー1.3MeVの約半分であることがわかる。いいかえると、γ線の半分は散乱γ線として散逸し、半分が体内で二次電子線のエネルギーとなり、後者がγ線の生体作用の根源的要因としてはたらく。 |