教科書(物理) 問14:放射線の性質

解法

直感的理解

放射性崩壊で放出される放射線には3種類あります。磁場中での曲がり方で区別できます。

3種類の放射線:

種類本体電荷透過力
α線⁴He 原子核+2e弱(紙で止まる)
β線電子−e中(アルミ板)
γ線電磁波0強(鉛板)

磁場中ではα線とβ線は逆方向に曲がり、γ線は直進します。β線の方が曲がりが大きいのは質量が小さいためです。

$$N(t) = N_0 \left(\frac{1}{2}\right)^{t/T_{1/2}}$$ $$N(t) = N_0 e^{-\lambda t}$$ $$T_{1/2} = \frac{\ln 2}{\lambda} \fallingdotseq \frac{0.693}{\lambda}$$

数値計算の確認:水素のエネルギー準位 \(E_n = -13.6/n^2\) eV より、\(n = 2\) → \(n = 1\) の遷移で \(\Delta E = 13.6 \times (1 - 1/4) = 10.2\) eV の光子を放出。波長は \(\lambda = hc/\Delta E = 1240 / 10.2 = 122\) nm です。振動数は \(2.47 \times 10^{15}\) Hz。

答え:
α線は正電荷(+2e)、β線は負電荷(−e)、γ線は電荷なし。
補足:放射能の単位

放射能の単位はベクレル(Bq)で、1 Bq = 1崩壊/秒です。放射線の人体への影響はシーベルト(Sv)で測ります。

Point

放射線の3種類の性質(電荷・質量・透過力)は表で整理して覚えましょう。