基礎講座その2


第2回の基礎講座

第一回の基礎講座は、不安定な原子が安定したものになろうとするときの核壊変、そのときに出すエネルギーや自らを削って出す粒子、そして飛び出してくる中性子を全部ひっくるめて「放射線」と言います。で、終わりましたね。


放射能と放射線はどう違うのでしょう?
 放射能は、放射線を出す原子(核種)を含む放射性物質が放射線を出して崩壊する性質を言います。または、放射能の強さ、放射性核種の壊変の割合を示すこともあります。ここで核種という言葉が出てきましたが、基礎講座(1)で陽子の数が同じでも中性子の数が違うものを同位体といいますと説明しました、放射性物質を特定するときにも「原子核の陽子の数と中性子の数」から原子の種類を特定します、そのときに核種という言い方をします。例えば、「台湾の放射能汚染マンションの原因は、鉄スクラップに医療用廃棄物のコバルト60が混入した鉄骨を使用したため」とあれば、核種はコバルト60と特定されている訳です。



放射性物質の崩壊はどのようになっているの?
 放射能物質は核種により様々な過程(崩壊の道筋 壊変系列)をたどり、放射線を出さない物質に変わってゆきます。地球上に一番多い放射性物質はウランですが、ウランは放射線を出しながら(壊変しながら)最終的に安定な鉛になり ます。ウラン235とウラ ン238では同じウランでも核種が異なるので壊変する道筋が異なります。 一例としてウラン238の壊変を示すと下の表のようになります。↓αや   ↓βは、アルファ線やベータ線を出して変わって行く事をあらわしています。カッ コの中の数字は半減期と言われるものです。100%がこの壊変の流れになるわけではありません、主な壊変の流れです。
ウラン238(半減期45億年)
  ↓α
トリウム234(24日)
  ↓β
プロトアクチニウム234(1.2分)
  ↓β
ウラン234(25万年)
  ↓α
トリウム230(8万年)
  ↓α
ラジウム226(1600年)
  ↓α
ラドン222(3.8日)
  ↓α
ポロニウム218(3分)
  ↓α
鉛214(27分)
  ↓β
ビスマス214(20分)
  ↓β
ポロニウム214(0.00016秒)
  ↓α
鉛210(22年)
  ↓β
ビスマス210(5日)
  ↓β
ポロニウム210(138日)
  ↓α
鉛206(安定)

 ウラン238は半減期が45億年、地球の誕生から現在まで50億年ですから、ウランはものすごく長い時間をかけて壊変して、少しずつ減ってゆくことになります。
六ヶ所原燃PR館の展示ウラン鉱石
左記のように崩壊して放射線が出ることを
正しく説明して、被曝するけれども
スイッチを押して下さいと表示するのが
正しいPRだと思うのですが・・・。



放射線の定義と種類は?
 正確な定義を原子力用語辞典に求めると次のようになります。高い運動エネルギーをもって流れる物質粒子(イオン・電子・中性子・陽子などで、粒子放射線と言う)と、高エネルギーの電磁波、すなわちきわめて波長の短い電磁波(γ線、X線を指し、通常は紫外線を含めない。電磁放射線と言う)を総称して放射線と呼ぶ。普通電離放射線の名で定義され、電離放射放射線とは、物質を通過する際に直接あるいは間接にその物質の原子を電離する能力をもつ放射線である。
 つまり、粒々の粒子放射線(アルファ線・ベータ線・中性子線)と高エネルギーの電磁放射線(ガンマ線)をひっくるめて放射線と呼び、放射線は原子と原子が手をつないでいる(分子)状態を引き離してしまうということです。

放射線の種類と透過力など
 種類 粒子/電磁波 透過力と遮蔽 人体への影響度
アルファ線 α ヘリウムの原子核と同じ
陽子が2個 中性子が2個
透過力は弱いので
紙などでも遮蔽可
外部から被曝した場合は皮膚に影響を及ぼす。
体内に取り込んでの被曝の場合は局所に影響を与えるホットパーティクルができる
ベーター線 β 電子 アルミ板などの軽金属で遮蔽できる 外部から被曝すれば組織内まで達する。体内に取り込まれると周辺の臓器にも被害を及ぼす。
ガンマ線 γ 電磁波 厚い鉛板などや重コンクリート 外部被曝でも、体内を貫いて被害を与える。
中性子線 中性子 透過力は強力、通常のコンクリートの建物内にいても被曝する。
遮蔽には中性子と近い重さをもつ水素が多く含まれたもの(水など)や、極めて重い質量の物質が適する。
α・β・γ線と同様に被害を与えるが、他の原子に取り込まれて放射化させるので、体内に放射性物質ができる。

   
α(アルファ)線:放射性物質からヘリウムの原子核と同じものが飛び出すも のです。言い方としてアルファ崩壊(壊変)と言ったりしますね。陽子が2個 と中性子が2個、アルファ線を出すと質量は4減ることになります。陽子が減 るということは、原子の周期律表で二つ左側にずれますから化学的性質も異な ってしまいます。ヘリウムの原子核と同じもので、大きなものですから遠くへ は飛びません。紙1枚で遮蔽できます。逆にいうとアルファ線は検知しにくい ことになります。 放射線とは高い運動エネルギーを持って流れる物質粒子または高エネルギーの 電磁波と定義されています。 アルファ線は高い運動エネルギーを持って流れる物質粒子です、そのエネルギ ーを極近い距離の物質に全てぶっつけてしまいますから、人体にアルファ線核種を取り込んだ場合は大変です。アルファ線を出す放射性物質の粒子の周りに は、いわゆるホットパーティクルができます。
 細胞は多くの化学物質(分子)でできており、その化学物質の結合は電気的な結合で非常に弱いものです。細胞を小さな街に例えれば、そこに大砲をぶっ放す無法者が乱入するわけですから被害は甚大です。しかも、その被害が 外部からは検出しにくいので、さらに厄介です。非常に弱い電気的な結合でつながっているものを、ブツブツに切られた(電気的結合を離すので電離といわれます)細胞は、自己修復機能で細胞を維持修復できる事もあれば、細胞を維 持できなくなり細胞が死ぬこともあります。機能を維持していても狂ったりし ます。下手に機能を維持した状態で、自己の細胞の誤りを完全に修復できないのに細胞が生き残っていたりすると、間違った設計図にしたがって細胞が異常増殖しガン細胞となることもあります。
β(ベータ)線:放射性物質の原子核の中性子が、陽子に変わり(言い方とし てベータ崩壊(壊変)といいます)、電子(マイナスの電荷を帯びています)と中性微子が飛び出すもの。または、少ないケースですが、放射性物質の原子核 の陽子が、中性子に変わり(言い方としてベータ・プラス崩壊(壊変)といい ます)、陽電子(プラスの電荷を帯びています)と中性微子が飛び出すもの。この飛び出した電子がベータ線です。影響としては、アルファ線が近距離大砲な ら、ベータ線は弾丸の大きな小銃でしょうか。こちらも、外部からは検出しにくいものです。
γ(ガンマ)線:アルファ線やベータ線は、放射性物質が壊れて次の物質に変わるときに出されますが、ガンマ線は崩壊との関係なく、不安定な放射性物質から出される高エネルギーの電磁波です。外部からは検出が容易、威力はライ フル銃でしょうか。
中性子線:文字通り中性子です。ガンマ線と比較した場合は、約10倍危険といわれます。電気的に中性なので透過力は検知そのものが大変。飛距離は一番遠くまで 飛び鉄やコンクリートも通してしまうほどで、長距離ライフルなみでしょうか。 中性子は他の原子に取り込まれて放射化させます。JCOの臨界事故では、体内の塩分が放射化して、ナトリウム23がナトリウム24になり検出されています。原発の原子炉は中性子の発生源ですから、原子炉や周辺の配管や冷却水なども放射化する事になります。
 
放射線の種類が同じでも、放射性核種によって放射する放射線のエネルギーは違います。高いエネルギーをもっていれば、同じ放射線でも透過力が違うので、より厳重な遮蔽が必要になります。病院でレントゲン検査を受けるときに看護婦が鉛入りのエプロンをしているのを見たことがあると思いますが、エネルギーが高いγ線なら通過してしまいます。原発で働く作業員の防護服は放射線を遮蔽するのではなく、放射能物質を取り込んで内部被曝をしないためのものです、中世ヨーロッパの騎士のような鎧は着ていないのです。

半減期とは?
 レントゲン検査のX線は、人間が造り、人間がスイッチを切れば止めることができます。でも、原子力発電で作られた核分裂生成物(FP)(死の灰)は、作ったのは人間ですが、放射線の発生を止める事はできません。ひたすら、じっと放射線を出さなくなるまで、放射性物質が壊変して安定元素になるまで待つしかないのです。いつまで待てばよいのか、その目安が半減期です。この数字は原子力推進のトリックによく使われます。つまり半減期の2倍の時間が経てば放射能はゼロになると思わせるのです、実際は4分の1にしかなりませんし、3倍の時間が経っても8分の1は残っています。半減期も数百万分の一秒のものから数十億年のものまで多種にわたります、一回の壊変で放射能を出さない安定元素に変わる場合もあれば十数回の壊変をしないと安定元素にならないことも有ります。また、壊変して放射線を出さない安定物質に変わることもあれば、さらに強い放射線を出す核種(娘核種といいます)に変わることもあるのです。親の核種の半減期が短くても、娘核種の半減期も短い保証はありません、逆に半減期が親核種のより長期であることも多いのです。半減期が短い核種は、それだけ短い時間に壊変が進むので崩壊熱も強く、放射線の量も多いことになります。

次回の基礎講座その3は「臨界」と「原子力発電の仕組み」と「核兵器」を取り上げます。

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