東京大学教養学部 放射線講義 スライドのご案内 ごらんのファイル以外にも 別学期の講義シリーズのファイルがあります 書籍 放射線を科学的に理解する 基礎からわかる 東大教養の講義 5 10 火曜5限 スタート!!

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1 案 A 00b- 放 射 線 を 科 学 的 に 理 解 す る 右側の緑の人 放射 線 鳥居 寛之 小豆川勝見 渡辺雄一郎 著 中川 恵一 執筆協力 基 礎 か ら わ か る 東 大 教 養 の 講 義 新刊書籍 発売 0年0月0日 刊行 を に 的 学 科 理解する 基礎からわかる東大教養の講義 放射線を科学的に理解する 基礎からわかる東大教養の講義 鳥居寛之 小豆川勝見 渡辺雄一郎 著 中川恵一 執筆協力 丸善出版 本体 500円 税 1章 放射線とは 放射線入門 2章 放射線の性質 放射線物理学 I 3章 原子力発電で生み出される放射性物質 原子核物理学 原子力工学 4章 放射線量の評価 放射線物理学 II 5章 放射線の測り方 放射線計測学 6章 環境中での放射性物質 環境放射化学 7章 放射線の細胞への影響 放射線生物学 8章 放射線の人体への影響 放射線医学 9章 放射性物質と農業 植物栄養学 土壌肥料学 0章 放射線の防護と安全 放射線防護学 章 役に立つ放射線 放射線の利用 加速器科学 Q&A 放射線を理解するには 物理学 化学 生物学 医学 工学など 多くの分野の知識が必要です しかしこれらすべてを網羅することは 難しく 系統立てて学べる機会は非常に少ないのが実情です 本書は 東京大学教養学部で行われた講義をもとにし 放射線につ いて多角的に学べるよう配慮しています 日常生活や原発事故にかか わる具体的な例を引きながらやさしくていねいに解説しましたので 高校生や一般の方にも広く読んでいただきたいと願っています

2 東京大学教養学部 放射線講義 スライドのご案内 ごらんのファイル以外にも 別学期の講義シリーズのファイルがあります 書籍 放射線を科学的に理解する 基礎からわかる 東大教養の講義 5 10 火曜5限 スタート!! とあわせて どうぞご活用下さい 0年度夏学期 自主講義 0年度冬学期 0年度冬学期! 主題科目テーマ講義 10 火曜5限 スタート!! 案 A 00a 放射線を 科学的に 理解する 案 A 00b 放射線 放射線 科学的に 理解する 科学的に 理解する を nucleus ~ 0 m ~ 0 5 m 基礎からわかる東大教養の講義 鳥居寛之 小豆川勝見 渡辺雄一郎 γ線! 中性子線 を electron proton / neutron atom ~ 0 0 m 主題科目テーマ講義 quark 基礎からわかる東大教養の講義 鳥居寛之 小豆川勝見 渡辺雄一郎 α線! X線! β線

3 5 10 火曜5限 スタート!! 東京大学 教養学部 前期課程 0年度冬学期 主題科目テーマ講義 放射線を 科学的に 理解する 第7回 0 / / 8 金 electron proton / neutron quark atom ~ 0 0 m nucleus ~ 0 m ~ 0 5 m 金曜5限 号館! 0教室 原子核物理学 鳥居 寛之 東京大学 教養学部 大学院総合文化研究科!

4

5 第7回 (/8) 物理分野 原子核物理学 放射能とは 原子核構造 核壊変 核分裂 教養学部物理 鳥居 寛之

6 nm (0-9 m) ev molecule Chemistry Atomic Physics atom Å (0-0 m) ev kev nucleus fm (0-5 m) MeV Nuclear Physics proton Particle Physics quark am (0-8 m) GeV

7 Billet de 500 Francs Français en circulation: α β γ X

8 N A Z N A Z M + α A Z A Z + 00 kev MeV N M + β + _ νe n 0 p + + e + νe 0 0 _ 00 kev MeV for α/β/γ Cf. A Z A Z 0 0 N* N + γ A* A + hν(x-ray) A 0 00 kev

9 N Mα GeV/c me 0.5 MeV/c 00 kev MeV 00 kev MeV for α/β/γ 0 ev A 0 00 kev

10

11 atom molecule < mole + -cule atom < atomus < ατομος < a- + témnein + -os anatomy < ana- + témnein tomography < tomo- + -graphy tom-, -tome, -tomy = to cut -graphy = writing, drawing

12 H.0079 :;< Atomic Sym Mass C =>!" #!"$ % Hg?> ,-. Be &'( &'() /0 )!" *+!" $%! #!" 5 B C N O F 9.0 $% &89 " 7 Rf Unknown /0 Li 6.9 Na.989 Mg K Ca Sc.955 Ti V 50.9 Cr Mn 5.98 Fe Co Rb Sr 87.6 Y Zr 9. Nb Mo Tc (97.907) Ru 0.07 Rh Cs.90 7 Fr () Ba 7. Ra (6) 57 7 Hf Rf (6) Ta 80.9 Db (6) W 8.8 Sg (66) Re 86.0 Bh (6) Os 90. Hs (77) Ir 9. Mt (68) Ni Pd 06. Pt Ds (7) Cu 6.56 Ag Au Rg (7) Zn 65.8 Cd. Hg Uub Cn (85) Al 6.98 Ga 69.7 In.8 Tl 0.8 Uut (8) Si Ge 7.6 Sn 8.7 Pb 07. Uuq (89) P 0.97 As 7.9 Sb.76 Bi Uup (88) S.065 Se Te 7.60 Po (08.98) Uuh (9) Cl 5.5 Br I 6.90 At (09.98) La 8.90 Uus For elements with no stable isotopes, the mass number of the isotope with the longest half-life is in parentheses. :;< Design and Interface Copyright 997 Michael Dayah. Last updated: May 0, Ac (7) Ce 0. Th.0 Pr 0.90 Pa.0 Nd. U 8.0 Pm (5) Np (7) Sm 50.6 Pu () Eu 5.96 Am () Gd 57.5 Cm (7) Tb 58.9 Bk (7) Dy 6.50 Cf (5) Ho 6.9 Es (5) Er 67.5 Fm (57) Tm 68.9 Md (58) Yb No (59) He.006 Ne 0.79 Ar 9.98 Kr Xe.9 Rn (.0) Uuo (9) Lu 7.96 Lr (6)

13 H Li!"# p 6d 5f 7s He 6p s s p 5d f 6s 0 5p d 5s p d s Be p s B C N O F 6 p &' & & s &' 8 O $% s Na K 5 Rb 6 Cs 7 Fr Mg Ca Sr Ba Ra Sc Y [He]s p Ti Zr 57 7 Hf 89 0 Rf La Ac s &' V 5 Nb 5 Ta 5 Db 5 Cr 6 Mo 6 W 6 Sg 6 Mn Tc 7 Re 7 Bh 7 Fe Ru 6 Os 7 Co Rh 6 Ir 6 Ni Pd Pt 6 Cu Ag Au 7 p d f Zn Cd Hg Al Ga In Tl Hs Mt Ds Rg Uub Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo For elements with no stable isotopes, the mass number of the isotope with the longest half-life is in parentheses.!"# Design and Interface Copyright 997 Michael Dayah. Last updated: May 0, 008 Ce Th Pr Pa 5 Nd U 6 Pm Np 6 Sm Pu 6 l = m =- n = Eu Am Gd Cm Tb Bk Dy Cf Si Ge Sn Pb Ho Es P 5 As 5 Sb 5 Bi 5 Er Fm S 6 Se 6 Te 6 Po 6 Tm Md Cl 5 Br 7 I 7 At 7 Yb No Ne 0 Ar 0 Kr Xe 6 Rn 6 6 Lu Lr

14 &'()* Atomic Selected All + Sym! "#$ % %#$, + p Proton emission %+ Beta+ decay Hydrogen n Neutron emission EC Electron capture / SF Spontaneous fission Stable s : ; < = A B C D E F G H I J K L M N 5 O P Q R S T U V W X Y Z [ \ ] ^ _ ` a b 7 c d e f g h i j k l m n o p q r s t t t t t t t t Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo u v w x y z { }~ÄÅÇÉÑÖÜáàâ',äãáàâ'åçáéèêëíìîï &'()* ñóòô 997 Michael Dayah. Last updated: May 0, 008 ö õ ú ù û ü ß Æ Ø ± µ

15 #$%&'(&)*+,-.$*'/ 0.$$ Atomic Name Hydrogen- Sym Selected All! Alpha decay " Beta decay He Isotopes Mass H H Binding Energy.8766 p Proton emission "+ Beta+ decay H Li.0 BeH.060 Abundance 0% Half-Life. y n Neutron emission EC Electron capture Decay Width.7e-0 SF Spontaneous fission Stable Na Mg K Ca 9 Sc 5 Ti 6 V Cr 5 Mn Fe 7 Co Rb 5 Sr 9 Y 5 Zr 8 Nb 5 Mo 9 Tc 5 Ru 0 Rh Cs Ba Hf 8 Ta 7 W 7 Re Os Ir Fr Ra 89 0 Rf Db Sg Bh Hs Mt Ni 8 Pd 9 Pt 9 Ds Cu Ag 6 Au 5 Rg Zn 7 Cd Hg Uub Cn B Al Ga In Tl Uut C Si Ge 7 Sn Pb 6 Uuq N P As Sb Bi Uup O S 5 Se 9 Te Po Uuh F Cl Br I At Uus For elements with no stable isotopes, the mass number of the isotope with the longest half-life is in parentheses. Periodic Table Design and Interface Copyright 997 Michael Dayah. Last updated: May 0, La Ac Ce 8 Th 6 Pr Pa 6 Nd 7 U 6 Pm Np Sm 8 Pu 6 Eu Am Gd Cm 8 Tb Bk 5 Dy 8 Cf 7 Ho 5 Es Er Fm Tm 5 Md Yb No Ne Ar 7 Kr 9 Xe Rn Uuo Lu Lr

16 #$%&'(&)*+,-.$*'/ 0.$$ Atomic Name Hydrogen- Sym Selected All! Alpha decay " Beta decay He Isotopes Mass H H Binding Energy.8766 p Proton emission "+ Beta+ decay H Li.0 BeH.060 Abundance 0% Half-Life. y n Neutron emission EC Electron capture Decay Width.7e-0 SF Spontaneous fission Stable Na Mg K Cap 5 Rb 5 9 Sc 5 Sr Y pn Cs 7 Fr Ba 8 Ra Ti 6 Zr Hf Rf V Nb Ta 7 Cr H Mn (H) Fe Protium Co Ni Cu Mo Tc Ru Rh Pd Ag Zn 7 Cd B Al C Si N P O S 5 F Cl Ne Ar 7 Ga Ge As Se Br Kr H (D) Deuterium W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn H (T) Tritium Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo pnn α = ppnn Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub For elements with no stable isotopes, the mass number of the isotope with the longest half-life is in parentheses. Periodic Table Design and Interface Copyright 997 Michael Dayah. Last updated: May 0, 008 La Ac Ce 8 Th H Hydrogen He Helium He Pr Pa Nd 7 U 6 He 6 6 Pm Np In Sn Sb Te Helium- Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Pu Am 7 Cm Bk Helium Cf 5 Es Fm 5 Md I No Xe He ++ = ppn Lu Lr

17 = =

18 = = A = Z + N Z N A Z C N 0 C C C 6 6 C 6 7 C C 6 9

19 ! " # # % % C C C 6 6 C 6 7 C C 6 9? : β + (EC) = - ( : β _ C N + 0 e νe β decay

20 Z O O O 5 O 6 O 7 O 8 O 9 O 0 N N N N 5 N 6 N 7 N 8 N 8 C 9 C 0 C C C C C 5 C 6 C 7 C 7 B 8 B 9 B 0 B B B B B 5 B 6 B 5 Be 6 Be 7 Be 8 Be 9 Be 0 Be Be Be Be Be 5 Be Li 5 Li 6 Li 7 Li 8 Li 9 Li 0 Li Li He He 5 He 6 He 7 He 8 He 9 He 0 He H H H H 5 H 6 H N

21

22 RIKEN Nuclear Physics Z (p) N (n) Nuclear Chart

23 = = 5 U Z X Y A = Z + N A Z N ( Z N N

24 5 U 90 Sr, Y 8 6 I, 7 Cs,... 8 X (

25 (MeV) Nuclear fusion Nuclear fission

26 Weizsäcker-Bethe M(Z,N) = Z Mp + N Mn EB / c EB / c = ΔM EB (Z,N) = av A as A / ac Z / A / aa (N Z) / A δ EB / A

27 continuum n=6 n=5 n= n= n= n= s p d s s p f g h j k l bound states discrete energy levels π EB = k0 me e Z h n = me e 8 ε0 h n EB = hc R Z n h e, α π πε0 c 7.6 ev EB(H) = M EB M+m EB = me c α Z n Z EB = hν X Z R : h : α : ve = c α Z n

28 continuum n=6 n=5 n= n= n= s p d s p f g h j k l n= s.6 ev.6 ev Dirac Lamb HFS Bohr

29 continuum n=6 n=5 n= n= n= s p d f 8 6 s p 0 g h j k l bound states s He 0 s s p 6 Ne closed shell 8 [Ne] s p 6 Ar 6 [Ar] s d 0 p 6 Kr n= s magic number 5 [Kr] 5s d 0 5p 6 Xe 86 [Xe] 6s f 5d 0 6p 6 Rn

30 cf. V r r [Å] r =. A / fm ( fm = 0 5 m) Strong Interaction β Weak Interaction

31 Shell model + LS magic number

32 r p V r n p n n p,8,0,8,50,8,6 Z / A / r double magic e.g He O Ca Ca 0 0 Pb

33 α Coulomb potential potential 0 "S! quantum mechanical penetration of the! wave function through the Coulomb barrier! r nuclear potential.9: Coulomb

34 EB (MeV) A = odd δ = 0 A = even δ = +Δ(A) δ = Δ(A) EB =... + aa (N Z) / A + δ

35 EB (MeV) A = odd δ = 0 A = even δ = +Δ(A) δ = Δ(A) 60% D 6 Li 0 Be 5 5 N 7 7

36 EB (MeV) A = odd δ = 0 A = even δ = +Δ(A) δ = Δ(A) I 5 Xe 5 Cs 5 Ba 5 Xe + n 6 Xe β

37 7 I 7.8 Xe 7 0 Cs 7m Ba 7 55 Cs 0.7 a 7 Ba 7m 56 Ba.55 m 7 56 Ba stable

38 0 8 Sb m Te I Xe β 8 kev max (.%) Te 5 Xe* (β) _ Xe n p + e + νe β γ A Z A Z N* N + γ Eβ β γ

39 00 kev MeV N N M + α A Z A Z A Z A Z M A Z 0 N + β + νe p + n 0 + e + + νe 0 Na 0 M + e β Ne* + e + + νe (EC) A Z N + νe p + + e n 0 + νe 0 A Z N M + β + _ νe n 0 p + + e + νe 0 A Z A Z 0 0 N* N + γ A* A + hν(x-ray) A β _ A Z kev

40 isotope Z A N N Z N A N Z N A Z N isotone N A Z N N A A N N Z N Z N isobar A mirror nuclei, A, Z N A Z N N A N N Z N A Z N A N N Z N A Z N Z = N N = Z isodiapher N Z A A x N N Z N Z x N x isomer Z, N A Am N N Z N Z (*) N Am Z N (*) N

41 Nuclear Physics isotope Z (p) N (n) Nuclear Chart

42 Nuclear Physics isotone Z (p) N (n) Nuclear Chart

43 Nuclear Physics isobar β Z (p) N (n) Nuclear Chart

44 isodiapher Nuclear Physics α Z (p) N (n) Nuclear Chart

45 Nuclear Physics γ Z (p) isomer N (n) Nuclear Chart

46 (n) (n+) (n+) (n+)

47

48 7 Cs 90 Sr I n + 5 U X + Y + n + n (+ n) + Energy (0 MeV) + 5 / 8

49 Nuclear fission Nuclear Physics 5 U 90 Sr, Y 8 6 I, 7 Cs,... 8 X ( Nuclear Chart

50 [%] I, 7 Cs, 90 Sr, 85 Kr, 5 Xe, 0 Ba, 95 Zr, 06 Ru, 99 Mo...

51 β β 8 kev max (.%) (β) _ n p + e + νe β β 90 Sr γ γ A Z A Z N* N + γ γ γ

52 9 Pu5.8 < 6.5 (中性子による) 誘起分裂 原子炉で発生 ウランの核分裂 5 U+n 8 U+n (中性子による) 誘起分裂 Ef neutron capture 中性子捕獲 によって供給 核分裂障壁 Ef を越えるエネルギーを 中性子捕獲 によって供給 核分裂障壁 Ef を越えるエネルギーを 8 9 = (m[ + [MeV] m[n] m[ =.8 [MeV] > 0 発熱反応 n U]) 例 : Qn = (m[8 U] + m[n]例 :m[q9 c = U].8 > 0 U]) c発熱反応 neutron capture 高次項まで含めて Ef を計算 Bohr & Wheeler 高次項まで含めて Ef を計算 Bohr & Wheeler Ef [MeV] 6. > 5 9 U 5.8 < 6. >.8.5 MeV 以上の中性子が必要.8.5 MeV 以上の中性子が必要 (99.75%) 5 対エネルギーの違い 5.8 < 6.5E < ev 0 エネルギー中性子でも分裂 9 U では n ( 0.7%) エネルギー中性子でも分裂 5 9 U(n, f).8 < 6.5 原子炉で発生v 9 Pu5 ( 0.7%) 5U.8 Qn [MeV] 9 U6 (99.75%) 9 9 Pu5 Ef [MeV] Qn [MeV] U6 0 < 6.5 対エネルギーの違い 00 n 原子炉で発生 5 U+n U+n γ 中性子が原子核内を 5 U+n ゆっくり通り過ぎると反 8 U+n 応が起きやすい γ 8 + n 6U* AXX + AYY + n + n (+ n)! 0 0 5U : 0.7%, 半減期 7.0億年 En < ev では!! 8U 5! + n 9U* 9U γ = 5 U vn : 99.%, 半減期.6億年 5 En < ev では!! 8U U(n, f) 5 vn U(n, f) 中性子が原子核内を ゆっくり通り過ぎると反 応が起きやすい U 濃縮燃料を使う を濃縮する必要性 中性子が原子核内を ゆっくり通り過ぎると反 応が起きやすい! 大阪大学 故岡村弘之先生の講義資料より借用 改変

53 E n < ev 5 U(n, f) v n 5 U + n 6 U* A X X + A YY + n + n (+ n)! MeV loss 5 U : 0.7%, 7.0!! (loss)!!! = 5 U 8 U + n 9 U* 9 U 9 Np 9 Pu 8 U : 99.%,.6 5 U

54 8 U+n 0 E n < ev 5 U(n, f) v n ev ~ kev 8 U

55 U ~65 MeV ( - ~5 MeV ~6MeV ~8MeV ~6MeV ~MeV ~ 0MeV ( 90MeV MeV(7%)

56 UF6

57

58 E = mc

59

60 * * (HO) (HO) (DO) (HO) (DO) (H O) * 0 B + n 7 5 Li + α (*)

61 CANDU РБМК (RBMK) 0 B + n 7 5 Li + α

62 ( )

63 ( ) ( ) 0 ( )

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65

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67 Fine. Per oggi è tutto. Fini pour aujourd'hui That s all for today. Всё за сегодня.. Ci vediamo la prossima volta. On se voit la prochaine fois. See you next time. Увидимся в следующий раз..

21 KOMCEE (West) K303

21 KOMCEE (West) K303 案 A 003b-2 放 射 線 を 科 学 的 に 理 解 す る 右側の緑の人 放射 線 鳥居 寛之 小豆川勝見 渡辺雄一郎 著 中川 恵一 執筆協力 基 礎 か ら わ か る 東 大 教 養 の 講 義 放射線を科学的に理解する を に 的 科学 理解する 基礎からわかる東大教養の講義 基礎からわかる東大教養の講義 鳥居寛之 小豆川勝見 渡辺雄一郎 著 中川恵一 執筆協力 丸善出版 本体 2500円

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