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T章 放射線の特性


I‐1・3ラジオアイソトープ(radioisotope,RI)
 ラジオアイソトープ(RI)は、放射性同位体(radioactive isotope)または単にアイソトープともよばれ、医学・薬学・生物学などの基礎研究およぴ医療や工業にはなくてはならないものになっている。RIはほとんど全ての元素について人工的につくりだされている。
原子核は陽子(proton)と中性子(neutron)からできている。陽子の数Zを原子番号とよぴ、陽子と中性子の和Aを質量数という。Zが同じ原子核は同じ化学的性質を持つので、同じ元素記号(H,Cなど)で表し、Zが同じでAが異なる原子核を同位体(isotope)とよぴ、それが放射能を持つとき放射性同位体、すなわち、RIまたは放射性核種(radionuclide)という。同位体を区別するには、3Hや14Cのように、A値を左上に添え字で表すのが国際的とり決めである。
原子核がα(アルファ)線やβ(ベータ)線を放出して別の原子核に変わる性質を放射能(radioactivity)という。核変換前の核を親核、変換後の核を子孫核という。放射性核がいつ壊変するかは偶然に支配され、物理的または化学的条件に左右されることなく、単位時間当たり一定の確率λで子孫核に変換する。最初N01個あった親核は時問tののちには指数関数的に滅少し、次式で与えられるNになる:
N=N0e-λt=N0e-0.693t/T (I‐4)
ここに、スは壊変定数、TはNがNo/2になるまでの時間で半滅期という。放射性原子核が単位時間あたりに壊変する数は次式で与えられる。
−dN/dt=λN=0.693N/T (I‐5)
放射能の強さは、1秒あたりの壊変数で表す。その単位をBq(ベクレル)という。
計算例:よく便用される放射性リン32Pの半滅期(T)は14.日(=14.3×60×60×24=1.24×106秒)である。32Pを一億ベクレル購入したとすると、14.3日後には、放射能は半分の5干万ベクレルに滅少する。購入した初日には、32P親核の数Nは、式(I‐5)を用いて計算すると、次のようにして、1.8×1014個になる。
N=(−dN/dt)×(T/0.693/)=108(/秒)×1.24×106(秒)/0.693=1.8×1014
購入して14.3日後には、32Pの数は9×1013個に半滅し、子孫核32S(ふつうのイオウ)が9×1013個生成される。こうなるのは、32Pはベータ線を放出すると原子番号Zが1つ増加してZ=16のイオウ(非放射性の安定同位体)に変換されるからである(図I‐1参照)。
よく使われるラジオアイソトープの核壊変模式図を図I‐lにしめす。

β壊変とγ線の放出
 放射性原子核に対して電子が出入りする現象をβ壊変と総称する。核内には電子は存在しないので、陽子pと中性子nとの間に相互変換の結果つぎの3種のβ壊変が起こる(レはニュートリノ:中性徴子):
β−(陰電子)壊変 n→p+e‐+レ
β+(陽電子)壊変 p→n+e+十レ
軌道電子捕獲    p+e‐→n+レ
β‐壊変では子孫核の原子番号が1つ進む。原子核が軌道電子をとりこんで陽子が中性子に変わる現象を電子捕獲 EC(electron caputure)と呼ぶ(図I‐lと表I‐3の40Kの例参照)。以上3種の核変換のいずれの場合でも、β壊変直後の原子核が励起状態にあるときはγ線を放出する(図I‐1と表I‐3の各種の例参照)。β線のエネルギーはニュートリノレがβ壊変に随伴するため、連続スペクトルをとるので、その最大エネルギーと平均エネルギーの比はほぼ2〜3となる(表I‐3)。

   



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