３．放射性同位体の利用 不安定な原子核 （放射性核種） より安定な原子核 ＋ 電磁波 または 粒子 放射線 α線 α壊変 （例） 226 88 Ra 222 Rn 86 β壊変（β−壊変） 90 （例） 38 Sr 90 39 + 4 2 「放射能」は， 放射線を出す性質のこと。 従って， He β線 Y + e－ + － γ壊変 α壊変やβ壊変直後の原子核は、 エネルギーの高い状態（励起状態） 中性子を 衝突させる エネルギー差が電磁波（γ線） 59 として放射される Co エネルギーの低い状態（基底状態） 「放射能漏れ」は、 「放射線漏れ」または 「放射能を持つ物質がもれた」が， より正確な表現。 60 Co 60 β壊変 Ni * γ壊変 励起状態 60 Ni 半減期 1.2 放射壊変 娘核種 親核種 放射性核種の壊変は，自発的に起こる N N 0 exp( t ) 1 0.8 0.6 半減期 0.4 ： 壊変により個数が半分に なるのに要する時間 0.2 0 0 核種によって異なり，１秒以下の短いものから 何十億年というようにその値には幅がある。 5 10 15 20 25 30 35 40 45 グラフのような減り方をする 自然の中の放射壊変 40 19 K 40 19 K 14 6C 223 87 Fr 40 Ca（β壊変，半減期：12億７千万年） 89.3% EC（電子捕獲）壊変 Ar （EC壊変，半減期：12億７千万年） 10.7% 陽子 + 電子 20 40 18 14 7N 223 88 Ra （β壊変，半減期：5730年） （β壊変，半減期：22分） 中性子 + ニュートリノ 原子力発電 n + 235 90 U 熱中性子 （速度が遅い） Kr + 143 Ba + 3 n + ウラン1kgは石炭2500 t に相当する膨大なエネルギー β壊変 90 Zr 143 熱 Nd 減速剤 （H2O，グラファイト） （高）速中性子 235Uに対して （速度が速い） ぶつかり難い 同時に中性子をある程度吸収（10B, 113Cd, 157Gd, 177Hfでできた制御棒を使う） 1個の中性子を吸収し，k個が次ぎの反応に使われるとき，kを増倍率という k>1 反応が爆発的に進む（核爆弾） k = 1 連鎖反応が穏やかに進む（臨界状態にある原子炉 ） k < 1 連鎖反応が起こらない 235U : 238U = 0.72 : 99.28 天然存在比 238Uでは核分裂が 起き難い 3%位まで 235U を濃縮 １７億年前の天然原子炉 （当時は，235U が3%位存在） アフリカ・ガボン共和国の ウラン鉱床 プルサーマル n + 238 239 U U β−壊変 23.5分 239 Np β−壊変 2.35日 239 Pu 核分裂を 起こす 235Uが核燃料として消費されると同時に，新たな核燃料239Puが生成している。 235U 235U 原子力発電 238U 239Pu 238U 核分裂生成物 （高レベル放射性廃棄物） MOX燃料として 再利用可能 MOX：Mixed Oxide PuO2とUO2 高速増殖炉 高速とは、高速中性子のことで、 高速中性子を使うと239Puへの 変換効率が高くなる。 うまく行くと、消費される燃料よりも 多くの燃料が生成される。（増殖） 中性子を減速しないようにするため Naが使用されている。 プルサーマル 「プルトニウムを熱中性子原子炉で 再び利用する」を意味する和製英語 Plutonium use in thermal reactor を略した名称。 年代測定 14 7N （上層大気中で） 14 6C + 中性子 + 太陽宇宙線や銀河宇宙線に よる核破砕反応で生じる。 （成層圏で） 14 6C 14 6 CO2 プロトン （陽子） 12 化学的性質は 6 CO2 とほとんど同じ 光合成により，植物に取り込まれる 14Cの減少は，下式に従う 14 6C 12 C 6 ＝ t 14 6C 12 C 6 exp( t ) 0 動物に取り込まれる 植物や動物が死ぬと14Cは， 取り込まれなくなるので 減少していく。 14 6C 14 7N + β線 シンチグラフィ ごく微量の放射性物質を含む検査薬を投与し、出てくるγ線の分布を画像にする γ線 67Ga 123I NaI（Tl）結晶 410nmの蛍光 クエン酸ガリウムが悪性腫瘍組織に集積する ことを利用して、診断薬として使われている クエン酸 ヨウ素が甲状腺に特異的に摂取されることを 利用して、甲状腺疾患の診断薬として使われている 201Tl カリウムとイオン半径がほとんど同じため Na-K ATPアーゼにより心筋細胞に取り込まれる。 99mTc 骨のイメージング剤 PET（ポジトロン断層法） 脳や癌組織では， ブドウ糖代謝が活発 陽電子β壊変する核種を投与し， 電子との対消滅により生じるγ線の分布を画像にする 18 9F 18 8O 陽電子 + （positron） + ニュートリノ 2-deoxy-2-[18F]fluoro-D-glucose 互いに反対の方向に 進む2 本のγ線（消滅γ線） e− + e＋ 水分子の電子 ２つの検出器による 同時検出 ポジトロニウム（Ps） e− e＋ 電子と陽電子の間に結合ができる。（質量数０の水素原子と見なせる） 寿命は10−7から10−10秒 BNCT（ホウ素中性子捕捉療法） 天然存在比 10 5B + 中性子 11 5B 4 2 He + 7 3 Li 10 5B 20% 11 5B 80% は，中性子をあまり吸収しない １．癌細胞によく集まるようなホウ素化合物を投与 PETで集積度をチェック ２．中性子を照射すると，癌細胞のみに吸収される ３．生成する4He（α線）と7Liは， 癌細胞のみにダメージを与える。 （細胞１個程度の距離しか，飛ぶことができない）
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