放射線の分類 / 壊変形式

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放射線の分類

(73am65、72am70、71am65.70.74、70am70.pm83、68am65、65.41、64.41、61.42.43、60.42)

・非電離放射線
電波、紫外線、可視光、(紫外線)など

・電離放射線
 ― 直接電離放射線:荷電粒子 
 ― 間接電離放射線:光子、中性子、(紫外線)

・電磁放射線
:光子線(γ線*1、特性X線*1、制動X線*2、消滅X線*1

・粒子放射線
:α線*1
 β線*2
 電子線*2(オージェ電子*1、内部転換電子*1
 陽電子線*2
 陽子線*2
 重粒子線*2
 中性子線*2

*1:単一スペクトル放射線 
*2:連続スペクトル放射線 

放射性同位体の壊変形式

 (71pm71、70am1、68am1、67am1、61.1)

α壊変

 (67pm72)
 (A,Z) → (A-4,Z-2) + α

・親核種からα粒子が飛び出す

・壊変条件
:Q>0
 Q値={M親-(m娘+α)}×C2
 M親:親核種の質量 
 m娘:娘核種の質量
 C:光速

・α粒子のエネルギーEα
 Eα=m娘 / (m娘+mα)×Q
→α線は線スペクトルのエネルギーをもつ
 →Eαはトンネル効果(量子力学的説明)によってクーロン障壁を超える

・生成核の反跳エネルギーEb
 Eb=mα/ (m娘+mα)×Q
   =(mα/ m娘)×Eα

・ガイガー・ヌッタルの法則 (69am71)
 放出されるα粒子のエネルギーと崩壊定数の経験的関係を示す式
 短い半減期の核種からのα線エネルギー>長い半減期の核種からのα線エネルギー

β-壊変

 (71am74、68am71、61.44)
 (A,Z) → (A,Z+1) + β
弱い相互作用によっておこる
 中性子が「陽子」「β」「反ニュートリノ」になる

・壊変条件
:Q>0
 M親>m娘
 Q値={M親-(m娘+me)}×C2

・β線の最大エネルギーEβ-max
(M親-m娘)×C2
→ β,反ニュートリノの角度・エネルギーは連続スペクトル

β+壊変

 (71am74)
 (A,Z) → (A,Z-1) + β+

弱い相互作用によっておこる
 陽子が「中性子」「β+」「ニュートリノ」になる

・壊変条件
:Q>0
 M親-m娘-2me>0
 Q値={M親-(m娘+2me)}×C2

・β+線の最大エネルギーEβ+max
:(M親-m娘-2me)×C2
→ β+,ニュートリノの角度・エネルギーは連続スペクトル
 
*β-とは異なるスペクトル分布を示すので注意

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EC壊変

 (A,Z) → (A,Z-1)

β+壊変と競合して起こる
 陽子が「軌道電子」を捕獲して「中性子」「ニュートリノ」になる

・結果として、電子の軌道に空席が生じる
→「特性X線放出」または「オージェ電子放出」が起こる

核異性体転移 (IT)

(61.44)
 (A,Z)m → (A,Z) + γ線
 

内部転換 

・γ線を放出する代わりに軌道電子を放出する現象
 γ線放出との競合反応

・内部転換電子のエネルギーEe
 Ee=Eγ-E束
 Eγ:γ線エネルギー 
 E束:軌道電子束縛エネルギー
→ 内部転換電子のエネルギーは一定のエネルギー
  線スペクトル

 L殻内部転換電子のエネルギー>K殻内部転換電子のエネルギー
→K殻の方が内部転換電子になりやすい

・内部転換係数
 内部転換係数=「内部転換電子放出数」÷「γ線放出数」
0~∞までの値を取りうる
 内部転換は比較的重い核に多く起こる

特性X線の発生

 (62.46)

 励起状態の原子が基底状態に戻るために放出する光子

・K特性X線

:K殻に生じた空位により生じた特性X線
 Kα,Kβなどがある
 
・K特性X線のエネルギー
 =K殻結合エネルギー-L殻結合エネルギー

 放出確率:Kα
 エネルギー:Kα

・特性X線のエネルギー
 K特性X線L特性X線 
 (K殻結合エネルギー>L殻結合エネルギー)

・吸収端エネルギー
:各殻における結合エネルギー

・蛍光収率
 蛍光収率=「特性X線放出数」÷「軌道空席」
 原子番号が大きい(Z≧32くらいから)
→ 蛍光収率が大きい
 → 特性X線の割合が大きい

↓対策ノート「X線の発生」

X線の発生 /中性子の相互作用
X線の発生 特性X線の発生 (72am72、70.72、66.45、63.46、61.46) ・詳細は前述  ↓ 放射性同位体の壊変形式 ・モーズリーの法則  (68pm71、64.45、63.44、62.46、61.45)  特性X線の振動数ν=C2R2(Z-σ)2  C:光速     R:リュードベリ定数  Z:ターゲットの原子番号   σ:遮蔽定数  → 特性X線のエネルギーE=hνであり、Eはターゲットの原子番号にのみ依存する 制動X線の発生 (73am71、72pm71、70pm37、68pm71、67am71、66.45、65.45、63.45、62.45、60.45) ・単位時間の発生強度I  I=K×I×Z×V2 ・制動放射線の発生効率η  η=K×Z×V[%] *診断領域ではηは1%未満である。  K:定数(1.1×10-9)   I:管電流   Z:ターゲットの原子番号  V:管電圧 管電圧と制動放射線の最大エネルギーの関係 ・デュエンハントの法則 (70am72、68pm71、67am71、6...

オージェ電子

 (70pm71)
 特性X線の代わりに放出される外側軌道電子

・オージェ電子のエネルギー

 =特性X線のエネルギー-軌道電子の結合エネルギー
 K殻オージェ電子のエネルギー>L殻オージェ電子のエネルギー

*K殻オージェ電子
:K殻に生じた空位によって放出されるL殻以上の電子

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