Ⅸ.放射線物理学

Ⅸ.放射線物理学

放射線物理学 基礎

〇粒子としての挙動 ・運動量P = m×V (kg・m/s = N・s) ・運動エネルギーT = 1/2×m×V2 (J)  (J=N・m=kg・m2・s-2)  -光速度に近いとき-相対論的力学 ・運動量 P $$P=\frac { m×V }{ \sqrt { 1-V^{ 2 }/C^{ 2 } } } $$ ・全エネルギー = T+mC2 = √(P2 C2+m2 C4 ) ・相対質量m′ $$P=\frac { m}{ \sqrt { 1-V^{ 2 }/C^{ 2 } } } $$  波長λ = h/P = h/mV (m) 〇光子としての挙動 ・光子のエネルギーE = h×ν  ・光子の運動量P = E/C           = hν/C ・光子の波長λ = h/P         = C/ν         = Ch/E 〇クーロン力 F $$F=\frac { 1 }{ 4πε_{ 0 } } =\frac { Q_{ 1 }Q_{ 2 } }{ r^{ 2 } } (N)$$ 〇ローレンツ力 E   E = e×B×v (N...
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原子と原子核

原子の構造 〇4つの力 ・電磁相互作用  相対強度:~10-2  作用距離:∞ (1/距離^2に働く)  例:クーロン力 ・重力  相対強度:~10-39  作用距離:∞ (1/距離^2に働く)  例:引力 ・弱い相互作用  相対強度:~10-13  作用距離:ほぼゼロ   例:β壊変,μ粒子崩壊 ・強い相互作用  相対強度:1  作用距離:近接~10-15m   例:核力 〇核子の質量と静止エネルギー ・陽子 :mp=1.007u       mpC2=938MeV ・中性子:mn=1.008u      mnC2=939MeV ・電子 :me=0.0005u       meC2=0.511MeV  *1u=1.66×10-27kg=931MeV 〇原子核の半径R     R = 1.3×10-15×A1/3 〇結合エネルギー ・核力(強い相互作用)によって生じる  → 距離が離れると効果がない ・質量60(Feくらい)近くで最大となる  → Feの結合エネルギー:8.8MeV ・核子当たりの...
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放射性壊変

放射性壊変 〇α壊変  (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=m娘 / (m娘+mα)×Q  → α線は一定のエネルギー,線スペクトル  → Eαはトンネル効果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=mα/ (m娘+mα)×Q              =(mα/ m娘)×Eα 〇β-壊変  (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 :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 〇β+壊変  (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...
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X線の発生

X線の発生 〇特性X線の発生 ・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>Kβ    エネルギー:Kα<Kβ ・特性X線のエネルギー:K特性X線>L特性X線 ・吸収端エネルギー:各殻における結合エネルギー 〇モーズリーの法則  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 〇制動X線の発生 ・単位時間の発生強度I=K×I×Z×V2 ・制動放射線の発生効率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 Z:管電圧 〇制動X線の強度分布(角度) ・ゾンマーフェルトの理論式  I(θ)=A-sin2θ/(1-βcosθ)6  θ:ターゲットへ入射した電子の進行方向...
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荷電粒子と物質の相互作用

荷電粒子と物質の相互作用 〇電離・励起 ・W値 :1イオン対を生成するのに必要なエネルギー  電離エネルギーの約2倍  放射線の種類に依らない値  原子番号が大きい  → W値が小さい  空気のW値=34eV  水素のイオン化エネルギー=13.6eV 〇相互作用の種類 ・弾性散乱  衝突によって相手粒子の内部エネルギーを変化させない散乱  *ラザフォード散乱  :ごくまれな確率で原子核と衝突しておこす大角度の散乱 ・非弾性散乱  衝突によって相手粒子を励起状態にする場合の散乱 ・制動放射  荷電粒子が原子核の電場により制動を受け、そのエネルギーを光子として放出する現象 ・電子対消滅  陽電子と電子が対消滅し、その全静止エネルギー(1.022MeV)を180度対向に放出される2つの光子のエネルギー(0.511MeV)として放出する現象 ・チェレンコフ放射   荷電粒子が透明な誘電物質中(屈折率n)を通過するとき、物質中での光の速度(c/n)を超えた速度(v)で移動した場合に可視光(青色)が放出される現象  c/nを超える速度v(閾値)で移動す...
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光子と物質の相互作用

相互作用まとめ   反応相手 光子のエネルギー 2次電子 トムソン散乱 自由電子 不変 なし レイリー散乱 軌道電子 不変 なし 光電効果 軌道電子 消滅 光電子 コンプトン散乱 自由電子 最外殻電子 散乱 反跳電子 電子対生成 原子核 消滅 原子、陽電子 三電子生成 軌道電子 消滅 原子、陽電子 光核反応 原子核 消滅 なし 〇弾性散乱 ・トムソン散乱  自由電子との相互作用  光子のエネルギーは変化せず、進行方向が変化する ・レイリー散乱(干渉性散乱)  軌道電子との相互作用    光子のエネルギーは変化せず、進行方向が変化する 〇光電効果 ・光子のエネルギーEe=Er‐Eb  Er:光子のエネルギー   Eb:軌道電子のエネルギー  エネルギー:K殻光電子<L殻光電子 ・反応断面積τ∝Z5×Er-3.5  Z:ターゲットの原子番号 ・光子の粒子性を示す反応  入射光子のエネルギーがK殻電子の...
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中性子と物質の相互作用

〇中性子 ・電荷をもたない間接電離放射線  → 主に原子核と相互作用を起こす ・核スピン量子数:1/2 ・エネルギーによる分類 エネルギー 名前 主な反応 ~0.025eV 熱中性子 中性子捕獲反応 0.1eV~1keV 熱外中性子 散乱 0.1MeV 速中性子   ・β-壊変をする(半減期10分) 〇中性子と物質の相互作用 ・弾性散乱 ・反跳エネルギーE  $$E=\frac { 2mM }{ (m+M)^{ 2 } } (1-cosθ)×En$$  En:中性子のエネルギー   M:原子核の質量   m:中性子の質量  → 原子の質量が小さい    → 反跳エネルギーが大きい    → 水素で最も減速させられる       (ビリヤードの法則) ・捕獲反応  中性子の結合エネルギー:約8MeV  → 捕獲反応は発熱反応、原子核が励起され、γ線を放出    中性子は電荷を持たないため、クーロン作用を受けず、  低エネルギーで核に入れる  *中性子捕獲反応断面積...
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第69回 午後 71~80

午後 問71X線の波動性を示す現象を答える問題68回~60回での類似問題として波動性や粒子性だの言われたのは初かもしれません主任者試験には出てきたりしますなので過去問だけやってる場合や、主任者試験を受けてない場合は難問かと波動性とはつまり、波の性質を表す現象を聞いているのでレイリー散乱とブラッグ反射のような回析したりするような現象のことです光電効果やコンプトン散乱は粒子としての現象の代表ですね → 光子と物質の相互作用 午後 問72電子と物質の相互作用に関する問題68回~60回での類似問題として第63回 問48第64回 問47第67回 午前 問72で問われている相互作用に関しては光子、電子、重粒子、中性子の内から2~3問ずつくらい問われているのでしっかりと理解したいこの問では阻止能に関して多く問われており、式さえ覚えていれば楽勝 → 荷電粒子と物質の相互作用午後 問73中性子の反跳エネルギーに関する問題68回~60回での類似問題として第67回 午前 問73で中性子の遮へい材について問われている一見関係ない問題にも思えるが、なぜ遮へい材がこれらなのかを知っていればこの問題もヌルゲーと化す...
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第69回 午前 071~80

午前 問71ガイガーヌッタルの法則に関する問題68回~60回での類似問題として第64回 問45で一度選択肢として登場しております。過去問で登場した単語を隈なく調べていたら回答できますが、ちょいと無理ゲーガイガーヌッタルの法則とはα崩壊の際に放出されるα線のエネルギーと崩壊定数の関係を示す式だそうです。ガイガーさんとヌッタルさんによって定式されたそうです法則によると短半減期のRIから放出されるα線のエネルギーは、長い半減期のRIから放出されるそれより大きいエネルギーを持つ → 放射性壊変 午前 問72電子対生成に関する問題68回~60回での類似問題として第62回 問43 静止エネルギーに関して第63回 問41 静止エネルギーに関して第68回 午後 問72 電子対生成に関してにあるこの問題は運動エネルギーと静止エネルギーの関係が分かっており、電子(×2)の静止エネルギーを知っていれば余裕 →  光子と物質の相互作用午前 問73荷電粒子の飛程に関する問題68回~60回での類似問題として第65回 問48 重荷電粒子と物質の相互作用について第67回 午後 問74 重荷電粒子と物質の相互作用につい...
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