最先端の物理学

放射性と崩壊様式

不安定核は確率的に崩壊し、指数法則が残存数を記述します。各崩壊様式は保存則に従います。

不安定核は確率的に崩壊し、指数法則が残存数を記述します。各崩壊様式は保存則に従います。

モデルと解釈

各核は単位時間あたりλで崩壊し、N(t)=N₀e^(−λt)となります。放射能Aは毎秒の崩壊数で単位はベクレルです。α崩壊はヘリウム4核、β⁻は中性子を陽子・電子・反ニュートリノへ、β⁺は陽子を中性子・陽電子・ニュートリノへ変えます。γ遷移はA,Zを変えず励起を解消します。

クイックチェック

崩壊則 $N(t)=N_0e^{-\lambda t}$ から半減期 $T_{1/2}=\ln2/\lambda$ が得られ、放射能 $A=-dN/dt=\lambda N$ も同じ指数関数で減少します。ベータ崩壊では電子または陽電子とニュートリノまたは反ニュートリノの放出によって電荷と核子数が保存され、アルファ崩壊ではヘリウム核が放出されます。法則が予測するのは多数核の統計であり、個々の崩壊時刻ではありません。

崩壊定数 $\lambda$ は単位時間当たりの崩壊確率であり、同じ状態の同種核は同じ瞬間確率を持ちます。確率過程のため、短時間の計数は平均値の周りで統計的に揺らぎます。半減期は試料質量に依存しませんが、初期放射能は核数とともに増加します。複数の同位体や崩壊系列では、単一指数関数ではなく連立速度方程式を解きます。

放射能はベクレルで測り、1ベクレルは毎秒1回の崩壊を表しますが、吸収線量は放射線のエネルギーと種類にも依存します。アルファ線は強く電離し薄い物質で止まりますが、ガンマ線はより深く透過します。放射線安全では放射能、吸収線量、等価線量を区別します。