E.3 · 放射性崩壊

この資料は、コースが 2025 に初めて評価された際のHLトピックの一部を扱っており、全カリキュラムではありません。

前提条件：指定された数量と単位を読み取り、算術および以下のモデル条件を使用すること。

これらの例は独自かつ架空のものであり、実際の測定値や実際の生徒による調査ではありません。

この観察を説明するのは何か？

• クラスroomの放射線源を取り除いても検出器はカウント値を示す。すべてのカウントを源に帰属させる前に、背景放射を考慮しなければならない。

モデルを構築する

• 放射性崩壊は、個々の原子核に対しては自発的かつランダムである。
• 半減期とは、多数の原子核の半数が崩壊するまでの時間、または背景放射を補正した活動度が半減するまでの時間を指す。
• 半減期：放射能や未崩壊核の数が半分になるまでの時間。
• 背景放射線：調査対象となる放射線源以外の放射線。

モデルを検証できる証拠を選ぶ

• 同じ時間区間で測定した背景カウント数を差し引く。
• 被曝と汚染を区別する。
• 学校が管理する手順において、遮蔽、距離の確保、暴露時間の短縮でリスクを低減できる。

実験室での手順： 教員が管理する放射線源を使用し、学校の放射線安全規則に従う。カウント持続時間を記録し、背景放射線の再測定を行う。単一核から、あるいは補正されていない読み取り値から半減期を外挿してはならない。

既知の値から始める

• 既知：測定カウント率が 100 から 55 カウント/分 に減少し、背景放射線は 10 。
• 放射線源のカウント率は 90 と 45 であるため、半減期が1回経過したことになる。
• 背景放射線を差し引かない場合、この例では 55 /100 が正確な半減期を隠してしまう。

あなたへの挑戦： 初期の放射線源カウントが 160 カウント/分 の場合、半減期が3回経過した後のカウント数を求めよ。

結論とその限界を確認する

• 被曝された物体が直ちに放射性物質になるわけではない。
• 半減期は、単一核の正確な崩壊時刻を予測するものではない。

誤り： 半減期は単一核の正確な崩壊時刻を予測するものではない。放射性崩壊は個々の核レベルではランダムである。半減期は統計的 quantity であり、特定の時間に崩壊する「多数」の核の割合を予測するものであり、ある核がいつ崩壊するかを予測するものではない。

重要：

• 放射性崩壊は、個々の原子核に対しては自発的かつランダムである。
• 同じ時間区間で測定した背景カウント数を差し引く。
• 注意：被曝された物体が直ちに放射性物質になるわけではない。

毎分80カウントから書き出す

• 初期の放射線源のカウント率は 毎分 320 である。
• 半減期が2回経過した後のカウント数を求めよ。半減期は単一の核分裂を計測するものではない。

2つの半減期から計算する

• 放射線源の読み取りは背景放射線に対して 160 カウント/分である。
• 2つの半減期後：160 → 80 → 40 — 各半減は直前の値とは独立している。

背景放射線を差し引いた表から計算する

• 生データは 110 から 60 であり、背景放射線は 10 である。
• 補正値：100 から 50 — ちょうど1つの半減期；生データの比率 60 ÷ 110 ≈ 0.55 は崩壊を誤判する。

崩壊曲線の読み取りから計算する

• 補正済みカウント率は 400 カウント/分で、8 分ごとに半分になる。
• 24 分の時点で：400 → 200 → 100 → 50 — 3つの半減期、3回の半減、曲線はゼロに達しない。