放射性崩壊と3種類の放射線

不安定な原子核

• 一部の原子核は不安定であり、いずれか時期に崩壊して放射線を放出します。
• ゲイガー計数管は、各パルスを検知するたびにカチッと音を立てます。
• これを放射性といい、3つの種類があります。

放射性崩壊

• 不安定な原子核が崩壊して放射線を放出することを放射性崩壊といいます。
• 原子核が不安定になるのは、中性子が多すぎるか、あるいは重すぎるためです。
• 崩壊は自発的であるため加速も減速もできず、ランダムであるためどの原子核が次に崩壊するか、あるいは正確にいつ崩壊するかを予測することはできません。

ゲイガー計数管が放射線を検知してカウントする

背景放射線と測定

• 常に私たちの周囲には放射線が存在しています——これを背景放射線といいます。
• 主な起源：ラドンガス（通常最も多い）、岩石や建物、食品・飲料、宇宙からの宇宙線です。
• 検出器とカウンタはカウントレート（秒または分あたりのカウント数）を示します。
• 放射線の真の発生率を求めるには、背景放射線の値を引きます：

電気場における放射線の偏折

放射線の3つの種類

• アルファ線 α (α) — ヘリウム原子核（電荷$+2$）：最もイオン化能力が高く、透過性が最も低い——紙で遮断可能。
• ベータ線 β (β) — 高速電子（電荷$-1$）：中程度——数mmのアルミ箔で遮断可能。
• ガンマ線 γ (γ) — 高エネルギー電磁波（電荷なし）：イオン化能力が最も低く、透過性が最も高い——厚い鉛板でしか減少できない。

偏折と崩壊方程式

• α線とβ線は電荷を持っているため、電場によって反対方向に偏折します（ lighter なβ線の方が大きく曲がります）。ガンマ線（電荷なし）は偏折しません。
• アルファ崩壊：陽子2個＋中性子2個を失うため、$A$は4だけ減少し、$Z$は2だけ減少します。
• ベータ崩壊：中性子が陽子＋放出された電子になるため、$A$は変化せず、$Z$は1だけ増加します。例：$^{24}_{11}\text{Na} \rightarrow {}^{24}_{12}\text{Mg} + {}^{\ \ 0}_{-1}\beta$。
• ガンマ：エネルギーのみが放出されるため、$A$と$Z$は変化しません。

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