放射能は、不安定な原子核が放射線を放出してエネルギーを失う自発的なプロセスです。1896 年にアンリ ベクレルによって発見されて以来、物理学と化学の基本的な概念となり、医療、エネルギー生産、科学研究など、さまざまな分野で応用されてきました。放射能は原子核内の不安定性から生じます。原子核を束ねる力が弱くなり、原子核を現在の形に維持できなくなります。この不安定性により、原子核はより安定した状態を求めるため、放射線が放出されます。
放射能には主に 3 つの種類があり、放出される放射線の種類によって、アルファ線 ( \(\alpha\) )、ベータ線 ( \(\beta\) )、ガンマ線 ( \(\gamma\) ) の放射線と区別されます。それぞれの種類には固有の特性があり、物質に及ぼす影響も異なります。
アルファ放射線は、2 つの陽子と 2 つの中性子からなる粒子で構成され、実質的にはヘリウム原子核になります。アルファ粒子は比較的重く、正電荷を帯びているため、射程距離が短く、紙一枚または人間の皮膚の外側の層で阻止できます。ただし、摂取または吸入すると、アルファ粒子はイオン化力が高いため、生物組織に重大な損傷を引き起こす可能性があります。
\(\textrm{例：}\)ウラン 238 ( \(^{238}U\) ) からトリウム 234 ( \(^{234}Th\) ) への崩壊。 \( ^{238}U \rightarrow ^{234}Th + \alpha \)
ベータ線は、電子 ( \(\beta^-\) ) または電子の反粒子である陽電子 ( \(\beta^+\) ) として放出されます。 \(\beta^-\)放射線は、原子核内の中性子が陽子と電子に変換され、電子が放出されるときに発生します。対照的に、 \(\beta^+\)放射線は、陽子が中性子と陽電子に変換されるときに生成されます。ベータ粒子はアルファ粒子よりも軽く、正 ( \(\beta^+\) ) または負 ( \(\beta^-\) ) の電荷を帯びています。ベータ粒子はアルファ粒子よりも透過性が高いですが、通常は数ミリメートルのアルミニウムで遮断できます。
\(\textrm{ベータマイナス崩壊の例:}\)炭素14 ( \(^{14}C\) ) が窒素14 ( \(^{14}N\) ) に崩壊します。 \( ^{14}C \rightarrow ^{14}N + \beta^- + \bar{\nu}_e \) \(\textrm{ベータプラス崩壊の例:}\)炭素11 ( \(^{11}C\) ) がホウ素11 ( \(^{11}B\)に崩壊します。 \( ^{11}C \rightarrow ^{11}B + \beta^+ + \nu_e \)
ガンマ線は、質量のない光の粒子である光子で構成されています。ガンマ線は、原子核が高エネルギー状態から低エネルギー状態に移行するときに放出されるアルファ崩壊やベータ崩壊を伴います。ガンマ線は透過性が高く、強度を大幅に低下させるには鉛などの高密度の物質や数センチのコンクリートが必要です。ガンマ線は電荷を持たないにもかかわらず、高エネルギーと深い透過性により、生体細胞や組織に深刻な損傷を与える可能性があります。
\(\textrm{例：}\)コバルト 60 ( \(^{60}Co\) ) がより低いエネルギー状態に移行し、ガンマ線を放出します。 \( ^{60}Co^* \rightarrow ^{60}Co + \gamma \)
放射能は電離放射線のため生物に重大なリスクをもたらす可能性がありますが、多くの有益な用途もあります。医療では、放射性同位元素が診断画像や癌治療に使用されています。産業用途には、材料試験、原子炉での発電、生物学および化学研究におけるトレーサーなどがあります。放射能のさまざまなタイプと物質との相互作用を理解することは、その潜在能力を安全に活用するために不可欠です。
放射能の検出と測定には、ガイガー・ミュラー計数管、シンチレーション計数管、電離箱などのさまざまな機器が使われます。これらの装置は放射性崩壊時に放出される電離放射線を検出し、科学者がさまざまな同位体の特性とその崩壊パターンを研究できるようにします。
放射能は、アルファ、ベータ、ガンマの形態を持ち、自然界における基本的な現象です。放射能は生物組織に対する電離作用により危険を伴いますが、放射能の理解と制御は医学、エネルギー、科学の大きな進歩につながっています。放射能の研究は、原子や原子核の世界を理解するのに役立つだけでなく、人間の健康と社会の技術力を向上させるツールも提供します。
