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2004年06月04日
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カテゴリ:カテゴリ未分類
原子と放射能 1
 基本的な概念を理解します。

原子の構造
 原子の中には+電気を帯びた原子核があり、周囲を電子が回っている。
 原子核は陽子と中性子(電気なし)から成る。陽子と中性子はほぼ同じ大きさと質量(重量)をもつ。
 外側を電子が人工衛生のように飛び回り、重力ならぬ電気の+-の吸引効果で維持されている。
 電子は陽子と同数あって、原子全体としては電気が0となっている。
 電子の飛び回る外周範囲が原子の大きさとなる。

 電子の飛ぶ軌道が、他の原子の領域と交流したりして、分子結合が生じる。
 この大きさの (原子の中の) 次元では、物質は波の性質も持つようになる。そのため電子の軌道は、電子の物質波の波長が原子周回軌道の中で端数を出さずに納まるように、段階的な変化をする。それが理由で、化学反応のエネルギーは反応の種類毎に一定レベルになる。

 原子の中での核や電子の様子を見ると、野球場 (原子) の広さのまん中に小さなビー玉 (核) があって、それが原子の重さの殆どであり、球場の周辺領域を高速で砂埃の粒以下 (電子) が飛び回っているようなものとされる。 これだけの虚ろなスカスカが、ふつうの物質の極微の姿である。 

( ただし電子のほんとうの大きさはわからない。0に等しいとも言われ、霧のようなものとしてしか捉えられず、その霧の単位の大きさは金原子の30倍の寸法に近い。見えないぐらいの薄い霧が物質の姿といってもいいかもしれない。)

質量数
 陽子・中性子をだいたい質量数1としている。
 ウラン原子核の大きさを示す238などの数字は、陽子と中性子が原子核の中に合計238などあることを表す。これが原子の質量 (重さ) 数としても使われるのは、陽子と中性子の重さがほぼ等しく、電子の質量があまりに小さいため。

同位体
 で、同じ原子番号の元素でも核の中身が違うことがある。
 陽子の数が同じでも中性子の数が異なる。これを同位体という。不安定で崩壊しやすいものは、すなわち放射線を発しやすいということで、放射性同位元素という。
 同位元素は、ウラン235、ウラン238のように重さ(質量)の違いで表現する。つまり陽子に対する中性子の数の違いである。

 同位体どうしは同じ元素、ふつうの意味では全く同じ物質である。
 たとえばウラン235とウラン238は化学的性質、金属材料性質は全く同一の金属である。

 ただ、ウラン235は純度の高い大きい「塊」にしようとすると、核爆発や核反応からのメルトダウンを起こすだろう。それで塊にできない。
 ウラン238ならその心配はまるでない。ウラン238を金属ウランともいうのは、金属の塊状という意味だろう。  (金属亜鉛という精錬用語もある)

放射線
 核の放射線として知られるα線、ベータ線、ガンマ線、中性子線、について。

 α線=大きな原子核が壊れて、陽子2個と中性子2個の結合した塊(≒ヘリウム原子核)が飛び出したもの。+2の電荷を持つ。
 ベータ線=α線が出てしまうと陽子が減る。そのため原子から余った電子が飛ぶ。-1の電荷を持つ。
 ガンマ線=核が壊れて縮むと、放出されるエネルギー。ほとんど波。
 中性子線=原子核が壊されて中性子が飛ぶ。電荷0。原爆、原子炉、宇宙線からの間接発生、が起源となる。

放射性物質
 以上のように、放射線を発するのは原子核が壊れることが原因する。
 なぜ壊れることが起きるのか?
―――あまりに大きい原子核(陽子と中性子のでっかい塊)は不安定だから。

 なにしろ、+電気同士の陽子が大量に小さい中にくっつき合っているわけだ。大きな元素ほど壊れやすくなろうというもの(なのだろう)。
 そのためにウランほどの大きな核の原子は、自然にある程度のペースで壊れていく。一度壊れた程度では安定せずに、あとでまた壊れていく、そのたびに核は小さくなる。次々と原子(元素)が変わっていくのだ。

崩壊系列
 自然界のその壊れ方には、一定の道筋がある。崩壊の始まりの物質から、どんな経路(元素の変遷)を通って何に達するか。―― これを崩壊系列と言う。
 崩壊系列は自然界には4つある。その内、ウランから始まる崩壊系列には2つあり、どちらも十数回の元素変換を経験して最終的に鉛に成る。途中には、ラジウム、ラドンなどときには鉄の同位体まで生じたりする。
 
 崩壊系列は、次の二つの崩壊を繰り返して進んでいく。

 たいていは崩壊のたびに、α線が一つ、ベータ線が二つ出ることになる。(ガンマ線も出そう・・)。原子番号が二つ減って化学的性質が様変わりする。
 もうひとつの自然崩壊(というのか)は、中性子が一つ陽子に変化してしまうことで、  たぶんここではガンマ線のみを出す。 原子番号は一つ増える。

自然放射線
 放射性同位元素は、一定の確率で壊れていく。半分壊れるのに五年なら、1/8になるのには、五年を三回つまり15年かかることになる。
 そしてできた新しい元素もまた壊れて放射線を出し始める。その次もまた・・
 というふうにどんどん複雑になっていく。地球ができて何十億年。そういうふうに自然界中では存在している。

 中性子線だけは、宇宙線が地上の空気にぶつかって中性子を発する。

半減期
 特定の放射性同位体が、半分崩壊するのに要する時間を半減期と言う。
 (概算としていうと、10%崩壊して90%残る時間は、半減期の1/6であり、この期間内は一定の数量で崩壊していくという近似計算ができる。)

放射能
 放射能とは放射線を発する性質・現象のことで、RadioActivity=放射活性度。つまり盛んさである。
 ふつうは単位時間に崩壊する核の「数」を表す。よって単位はCi(キュリー。∝回数/秒)を使う。(∝は比例記号)
 (現代ではベクレルBq(1Bq=1回崩壊/秒) )

 ただ、ときには発生する放射線のエネルギーのことを言ったりする。(困ったもんだ)

 日本では、「放射能で汚染される」という言い方が、実は放射性物質がくっついたということから、「放射能=放射性物質」という表現もある。
 現在では政府系のHPでもほとんどないようだが、親切に二つの解釈を載せている政府系のところもある。

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 この簡単なことを書き出すだけでも時間がかかるし、ほとんど他のことしてたのでろくに資料を読めてない。まだゆっくりやります。

 (いろいろ修正して現在6/6日am00:10)






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最終更新日  2004年06月04日 13時38分01秒
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