放射線の基礎知識【1】

0.前書き
　放射線に関する基礎知識を纏めていきます。私は放射線が専門という訳ではないので、内容としては工学部の講義1コマ分が精々です。前提知識として、高校程度の物理、化学に加えて初等的な量子力学の知識があれば望ましいですが、無い人も多いと思われるので、適宜例え話を入れます。ですが例え話による理解は、必ず不正確な点を多々含むので、その知識を披露することは勧めません。出来れば物理や化学を自習し、正確な理解をした方が良いと思います。この分野の知識は、絶版のようですがショパン、リルゼンツィン、リュードベリ、『放射化学』(http://www.amazon.co.jp/%E6%94%BE%E5%B0%84%E5%8C%96%E5%AD%A6-%E3%82%B7%E3%83%A7%E3%83%91%E3%83%B3/dp/462107511X)が網羅的に纏まっています。

1.放射線の学問分野の関係
　放射線を扱う分野は、大きく分けて2つあります。放射化学と放射線化学です。放射化学は放射線を出す物質、放射性物質の挙動を研究します。例えばこの物質は半減期は何年で出す放射線は何々線だとか、環境中ではどのように動き、どこへ何年かかって到達するのか、など。放射線化学は逆に、放射線を浴びた物質がどうなるのかを研究します。放射線が当たるとゴムが硬くなるとか、金属が脆くなる、生物の細胞が死ぬ、などが対象です。この2つが基礎なのですが、理論・実用を考えると関連分野はまだまだあると言えるでしょう。理論においては、例えば放射性物質が何故放射線を出すのか、その原理的なメカニズムを把握しようと思ったら原子核物理学(素粒子論の親戚なので難しく、量子力学や相対論が理解には必要)の出番になります。実用においては、そもそも放射線の応用は原子力発電と放射線利用の2つの領域があり、それぞれ多くの学問を要しますので、ここでは列挙しません。この記事では、主に放射化学と放射線化学について書いていきます。

2.放射線の種類
　放射線とは、空気を電離させる能力を持つ粒子線、電磁波のことです。ここでは、浴びた物質に電気的な効果を及ぼす粒子もしくは電磁波だと思っていてください。放射線の種類として主なものはα線、β線、γ線、X線、中性子線の5種類が挙げられます。本当は他にもありますが、割愛させて頂きます。以下その説明をしていきますが、途中に出てくる専門用語は後ほど説明するのであまり気にしないでください。
2-1.α線
　ヘリウム原子核(陽子2つと中性子2つの塊)が飛んでいる物です。粒子線です。特徴としては極めて重く、かつ電荷(電気的な力)も大きい為、すぐに周囲の物質と相互作用して停止してしまいます。それ故、紙一枚で停止してしまい、また紙などの障害物が無くとも、空気中を数cmで止まります。身体に当たっても皮膚の表面で止まります。従って、外部被曝という観点からは防ぐのは楽な方だと言えますが、人体との間に空気も含めた一切の障害物の無い内部被曝の場合には、その高エネルギー(と高LET)によって極めて危険と言えるでしょう。原子核から、量子力学のトンネル効果によって飛び出して来ます。
2-2.β線
　電子が飛んでいる物です。粒子線です。α線に比べて遥かに軽いので止まりにくく、飛程(最大飛距離)が長いです。しかしそれでも厚さ1.5cmくらいのアクリル板やアルミニウムで止まります。こう見ると、一見侮ってしまいそうですが、β線は物質との相互作用でγ線、X線を生み出す反応がありますので、必ずしも単純にβ線だけを防げれば良いという訳ではありません。発生要因は様々で、後述するγ線、X線からも生じます。

今回はここまで。次回は(あれば)γ線、X線、中性子線、そして放射能を測定する単位(Bq、Gy、Svの違いと使い分け)を書きます(多分)。