放射線の分類 / 壊変形式

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放射線の分類

 (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格内部転換電子のエネルギー

・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

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

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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