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壊変とは、電子(e)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 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 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、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。

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