α線の基礎知識

α線の基礎知識

α線の正体

α線は、アルファ粒子とも呼ばれ、プラスの電気を帯びた粒子線です。α線は物質を透過する力は弱いですが、電離作用が強い性質を持っています。
α線の正体は、ヘリウム4の原子核そのものです。原子核は陽子と中性子で構成されていますが、ヘリウム4の原子核は陽子2個と中性子2個が結合した状態です。

不安定な原子核は、より安定な状態になろうとして、放射線を放出する現象を起こします。これを放射壊変と呼びますが、α線を放出する放射壊変をα壊変と呼びます。α壊変によって、原子核はα線としてヘリウム4の原子核を放出します。
α壊変が起こると、原子核の陽子の数は2個減り、中性子の数も2個減ります。そのため、α壊変を起こした原子は、原子番号が2減り、質量数が4減った別の原子に変化します。
例えば、ウラン238はα壊変すると、トリウム234へと変化します。α壊変は、ウランやラジウムなど、原子番号の大きな放射性元素でよく見られる現象です。

α線の性質

– α線の性質

α線は、ウランやラジウムのような放射性物質から放出される、プラスの電気を帯びた小さな粒子の流れです。この粒子は、ヘリウム原子核と全く同じもので、陽子2つと中性子2つが tightly に結合した構造をしています。α線は、物質の中を進む際に、その物質を構成する原子と頻繁に衝突します。なぜなら、α線はヘリウム原子核という比較的に大きな粒子であるため、物質中の原子と相互作用しやすいからです。

α線の大きな特徴の一つに、物質を電離する力が非常に強いという点があります。α線は物質の中を進む時、物質中の原子と衝突し、その原子から電子を容易に奪い取ってしまうのです。電子を奪われた原子は、プラスの電気を帯びたイオンとなります。このように、α線は物質を構成する原子を次々とイオン化していくため、電離作用が強いと言われています。

α線の持つこの強い電離作用は、生物にとって危険なものとなります。α線が生物の体に照射されると、体の細胞内の原子や分子から電子を奪い、細胞を構成する物質をイオン化してしまいます。その結果、細胞の構造や機能が損なわれ、細胞の死滅やがん化を引き起こす可能性があります。

α線は、物質の中を進むにつれて、物質中の原子との衝突を繰り返し、エネルギーを失っていきます。そして、最終的には完全にエネルギーを失い、物質の中を進むことができなくなります。α線が物質中を進むことができる距離を「飛程」と呼びますが、これはα線のエネルギーや、物質の種類によって異なります。一般的に、α線の飛程は空気中で数cm程度と短く、薄い紙やゴム手袋などでも遮蔽することができます。

α線のエネルギーと飛程の関係

原子核から放出されるヘリウム原子核、アルファ線は、物質中を進むにつれて、そのエネルギーを物質中の電子に与え、徐々に速度を落とします。そして最終的には停止します。この、アルファ線が放出されてから停止するまでの移動距離を「飛程」と呼びます。アルファ線の飛程は、そのエネルギーによって決まります。

同じエネルギーを持つアルファ線は、物質中でほぼ同じ距離だけ進みます。これは、アルファ線が物質中の電子と衝突する確率が、統計的にほぼ一定であるためです。エネルギーの高いアルファ線ほど物質中の電子と衝突する回数が多く、より長い距離を進むことができます。逆に、エネルギーの低いアルファ線は、物質中の電子と衝突する回数が少なく、短い距離で停止します。

このアルファ線のエネルギーと飛程の関係は、アルファ線のエネルギーを測定する手段として利用されています。物質中にアルファ線を照射し、その飛程を測定することで、アルファ線のエネルギーを推定することができます。この方法は、放射線計測の分野で広く応用されています。

ガイガー・ヌッタルの法則

– ガイガー・ヌッタルの法則

放射性物質から放出されるα線は、物質中を直進する性質を持つ一方で、物質と相互作用を起こしてエネルギーを失い、最終的には停止します。このα線が物質中で進む距離を「飛程」と呼びますが、この飛程と、α線を放出する原子核の寿命との間には興味深い関係が存在します。

1911年、ハンス・ガイガーとジョン・ミッチェル・ヌッタルは、様々な放射性元素から放出されるα線の飛程と、そのα線を放出する原子核の半減期の間に法則性をました。これが「ガイガー・ヌッタルの法則」と呼ばれるもので、α線の飛程が長いほど、そのα線を放出する原子核の半減期が短いというものです。

これは、α線を勢いよく放出する原子核ほど不安定で、寿命が短いことを示しています。α線のエネルギーは原子核の寿命と密接に関係しており、ガイガー・ヌッタルの法則は、原子核崩壊のメカニズムを理解する上で重要な手がかりとなりました。後に、この法則は量子力学の理論を用いて説明され、原子核物理学の発展に大きく貢献しました。

α線の内部被曝

– α線の内部被曝

α線は、物質を構成する粒子である原子核から放出される放射線の一種です。他の放射線と比べて非常に電離作用が強く、物質を透過する力は弱い性質を持っています。このため、α線は人体への影響という点において、外部被曝よりも内部被曝の方が危険であるとされています。

α線が皮膚など体の表面に照射された場合、その強い電離作用は皮膚の表面付近で止まり、深部に到達することはありません。しかし、α線を出す物質が体内に入ってしまうと話は別です。

体内に入ったα線は、至近距離から細胞や組織に直接強い電離作用を及ぼします。これは、細胞の遺伝子（DNA）を傷つけ、がんや白血病などの発症リスクを高める可能性があります。α線を出す物質が体内に入る経路としては、呼吸によって肺に取り込まれたり、食べ物や飲み物と一緒に消化管から吸収されたりすることが考えられます。

α線の内部被曝を防ぐためには、α線を出す物質を吸い込んだり、口に入れたりしないよう、厳重な注意を払う必要があります。放射性物質を扱う作業現場では、防塵マスクや防護服の着用など、適切な安全対策を講じることが重要です。