【世界が広がる大人のサイエンス】#13 放射線と同位体②【物理学】

2026年1月2日 2026年1月2日 takizawa

2026年が始まりましたが、皆さまは年末年始をどのようにお過ごしでしょうか。
本記事では、2025年12月に引き続き「放射線と同位体」をテーマに、一般の大人の方にもできるだけ分かりやすく解説していきます。

「放射線」という言葉に対して、不安や怖さを感じる方も少なくありません。
確かに、放射線は使い方や量を誤れば人体に影響を及ぼす可能性があります。
その一方で、医療や研究、産業など、私たちの生活を支えている側面もあります。

そこで今回は、放射線を感情ではなく「量」という視点でとらえ、どの程度で影響が生じるのかを中立的に考えることを目的とします。

原子の構造と同位体の振り返り

これまでの記事でも紹介してきた通り、原子は陽子・中性子・電子という3種類の粒子から構成されています。

また、陽子の数＝原子番号、陽子と中性子の数の和＝質量数と呼び、元素記号を用いることで原子の構成を簡潔に表すことができます。

同じ元素でも、中性子の数が異なる原子を同位体（アイソトープ）と呼びます。
その中でも、放射線（α線・β線・γ線など）を放出する同位体を、放射性同位体（ラジオアイソトープ）といいます。

前回の記事「#12 放射線と同位体①」では、原子核の壊変には主に３種類があることを紹介しました。

α壊変
ヘリウム原子核（α粒子）を放出 → 原子番号が２減り、質量数が４減る
β壊変（β⁻壊変）
電子（β線）を放出 → 原子核内の中性子が陽子に変わり、原子番号が１増える
※β線（電子）のエネルギーは一定ではなく、余ったエネルギーをニュートリノが持ち去る
※β線のエネルギーは「分布」を持ち、最大エネルギーだけが代表値として示される
γ壊変
高エネルギーの電磁波（γ線）を放出 → 原子番号・質量数は変わらない
※α壊変やβ壊変の直後に、原子核が余分なエネルギーを放出する場合に起こる

補足として、β壊変にはもう一つ、β⁺壊変（陽電子放出）があります。
これは、陽子が中性子に変化し、陽電子（正の電気を帯びた電子）とニュートリノを放出する壊変です。

この陽電子は、医療分野で用いられるPET（陽電子放射断層撮影）に応用されています。
医療診断の現場で、放射線が役立っている一例といえるでしょう。

放射性同位体は、種類によって壊変の速さが大きく異なります。
数分で壊変するものもあれば、何十億年もかかるものもあります。
この壊変の速さを表す指標が半減期です。
半減期とは、放射性同位体の原子核の数が、初めの半分になるまでにかかる時間をさします。

「危険かどうか」は、半減期の長短だけでは判断できない点も重要です。

放射線の影響を考える際、次の３つの単位が用いられます。

ベクレル（Bq）
１秒間に壊変する原子核の数
グレイ（Gy）
吸収線量 → 物質１kgあたりが吸収したエネルギー量
シーベルト（Sv）
人体への影響を考慮した線量（等価線量）→ 放射線の種類によって重み付けが異なる
- X線・β線・γ線：１Gy ≒１Sv
- α線：１Gy ≒ 20 Sv