励起状態

- ガンマ線の発生源 ガンマ線は、原子核がより安定な状態に移行する際に放出される、非常に高いエネルギーを持った電磁波です。 原子核は、物質の性質を決める重要な部分であり、陽子と中性子という小さな粒子が集まってできています。 陽子と中性子の数の組み合わせや、それらの持つエネルギーの状態によって、原子核は様々な状態をとることができます。 しかし、原子核の中には不安定な状態のものも存在します。 このような不安定な原子核は、自発的に余分なエネルギーを放出して、より安定な状態になろうとします。 この過程で放出されるエネルギーが、ガンマ線として観測されるのです。 ガンマ線は、α線やβ線といった他の放射線と比べると、電気を帯びていないという特徴があります。 そのため、物質の中を進む力が非常に強く、厚いコンクリートや鉛などの遮蔽物であっても容易に透過してしまいます。 この高い透過力が、医療現場での画像診断や、工業製品の検査など、様々な分野で利用されています。

物質を構成する最小単位である原子は、中心に原子核を持ち、その周りを電子が飛び回っています。原子核はさらに小さな粒子である陽子と中性子から成り立っており、この陽子の数が元素の種類を決める要素となっています。例えば、水素原子の原子核は1つの陽子のみから成るのに対し、ヘリウム原子の原子核は2つの陽子と中性子を含んでいます。 興味深いことに、同じ種類の原子核であっても、異なるエネルギー状態をとることが可能です。これは、原子核内の陽子や中性子が特定のエネルギーレベルに位置することで、原子核全体としてのエネルギー状態が変化するためです。この異なるエネルギー状態をエネルギー準位と呼び、最もエネルギーの低い状態を基底状態、それ以外の状態を励起状態と呼びます。 私たちが普段目にする物質中の原子は、ほとんどの場合、最も安定した基底状態にあります。しかし、外部からエネルギーが加えられると、原子核は励起状態へと遷移することがあります。例えば、放射線や光を照射すると、原子核はエネルギーを吸収し、より高いエネルギー準位へと遷移します。その後、励起された原子核は余分なエネルギーを放出して基底状態へと戻りますが、このとき放出されるエネルギーは、光（ガンマ線）や熱として観測されます。