原子の構造、放射壊変

原子とは、「原子核 ＋ 電子」です。原子核とは、「陽子 ＋ 中性子」です。原子番号とは、陽子の数のことです。質量数とは、陽子の数＋中性子の数のことです。

放射壊変とは、不安定な原子核が状態を変化させる現象のことです。放射性崩壊、原子核崩壊、崩壊ともよばれることがあります。放射壊変は、その形式により大きく６つに分類されます。それぞれの形式の内容と、その壊変をする代表的な原子を覚えることがポイントです。

１：α 壊変 とは、α 線を放出するような放射壊変のことです。α 線とは、ヘリウム原子核のことです。ヘリウム原子核の構成は、陽子２個＋中性子２個です。α 壊変する代表的原子は、²²⁶Ra　です。（数字は質量数です。数字が大きい原子は、α 壊変をしやすいです。）

２：β^ー 壊変とは、電子（e^ー）を放出するような放射壊変のことです。この結果、中性子１個が陽子１個に変換されます。β^ー 壊変においては、電子だけでなく、ニュートリノ（ν）と呼ばれる粒子も放出されます。ニュートリノは「電荷を持たない、エネルギーを有する粒子」です。β線放出過程において、エネルギーに関する理論計算を満足させるために仮定され、後に実証された粒子です。代表的原子は、³H です。陽子１個、中性子２個の水素です。中性子の方が陽子より多いと、β^ー 壊変しやすいです。

３：β⁺ 壊変とは、陽電子（e⁺）を放出するような放射壊変のことです。この結果、陽子１個が中性子１個に変換されます。β⁺ 壊変においては、陽電子だけでなく、ニュートリノ（ν）と呼ばれる粒子も放出されます。代表的原子：¹¹C です。陽子６個、中性子５個の炭素です。陽子の方が中性子より多いと、β⁺ 壊変しやすいです。

４：軌道電子捕獲（EC（electron capture））とは、陽子が軌道電子１個をつかまえて、中性子１個になるような壊変のことです。この壊変では、軌道電子が１個つかまるため、軌道上に空の部分ができます。その空の部分を埋めるために、軌道電子が移動しその際 X 線が放出されるのを観測することができます。この EC に伴って放出される X 線は、特性 X 線と呼ばれます。代表的原子は、²⁶Al です。

５：γ壊変とは、α壊変やβ壊変（β^ー、β⁺ 壊変を併せたものの呼び名）の後で、エネルギー的に不安定な原子が、安定な原子へと状態が変化する現象のことです。γ線と呼ばれる波長 10 pm以下の電磁波が放出されます。代表的原子は、^137mBa です。※高エネルギー状態の原子には、質量数に m（metastableの略）をつけて表します。

６：核異性体転移（IT（isomeric transition））とは、α壊変やβ壊変の後で、高エネルギー状態が長く続いて、ゆっくりと γ 線を放出しながら安定な原子へと状態が変化する現象のことです。γ 壊変の一形式です。代表的原子は、^99mTc です。