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 新刊書籍 発売 2012年10月10日 刊行 を に 的 学 科 理解する 基礎からわか

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 新刊書籍 発売 2012年10月10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 2500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 10章 放射線の防護と安全 放射線防護学 11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 http://radphys4.c.u-tokyo.ac.jp/~torii/lecture/radiolect-kn.html

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!! http://radphys4.c.u-tokyo.ac.jp/~torii/lecture/ とあわせて どうぞご活用下さい 2011年度夏学期 自主講義 2011年度冬学期 2012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 002a 放射線を 科学的に 理解する 案 A 002b 放射線 放射線 科学的に 理解する 科学的に 理解する を nucleus ~ 10 14 m ~ 10 15 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 ~ 10 10 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

nm (10-9 m) ev molecule Chemistry Atomic Physics atom Å (10-10 m) ev kev nucleus fm (10-15 m) MeV Nuclear Physics proton Particle Physics quark am (10-18 m) GeV

Billet de 500 Francs Français en circulation: 1993 1999 α β γ X

100 kev MeV for α/β/γ Cf.

N A Z N A 4 Z 2 M + 4 α 2 100 kev MeV _ A Z N A M + 0 β + Z + 1 1 _ νe n 0 p + + e + νe 0 100 kev MeV for α/β/γ Cf. A N* A Z N + 0 Z 0 γ A* A + hν(x-ray) A 10 100 kev

Mα 4 GeV/c 2 1.67 x 10 27 kg x 4 Mp = 938 MeV/c 2 Mn = 940 MeV/c 2 9.11 x 10 31 kg me = 511 kev/c 2 0.5 MeV/c 2 100 kev MeV for α/β/γ Cf. E = mc 2 γ = mc 2 1 1 β 2 T = E mc 2 1 mv 2 2 (v c) β = v/c

Hadron Lepton Baryon Meson p p _ u u _ u _ u d d _ 938 MeV/c 2 proton n antiproton n _ 940 MeV/c 2 π + u u d 135 MeV/c 2 pion π d 140 MeV/c 2 K + u _ s K K _ 0 π 0 kaon K 0 K s µ + e + µ + e + muon u _ µ- e - 494 MeV/c 2 498 MeV/c 2 µ 106 MeV/c 2 positron electron τ = τ = 26 ns τ = 12 ns τ = 2.2 µs τ = e 511 kev/c 2

(β) _ β 248 kev max (2.1%) β 0.574 MeV ( = 9.2 x 10 14 J ) n p + e + νe β γ A Z A Z N* N + γ Eβ γ β 0.3 MeV

continuum n=6 n=5 n=4 n=3 n=2 n=1 3s 3p 3d 2s 1s 2p f g h j k l bound states discrete energy levels 2π EB = 2 k0 2 me e 4 Z 2 h 2 n 2 = me e 4 8 ε0 2 h 2 n 2 EB = hc R Z 2 n 2 h e 2 1, α 2π 4πε0 c 137 13.6 ev EB(H) = M EB M+m 1 EB = me c 2 α 2 Z 2 2 n 2 Z EB = hν X Z 2 R : h : α : ve = c α Z n

13

de dx Stopping power (Energy loss) (p)απμ (e )(e + ) δ

de dx Stopping power (Energy loss) (p)απμ W W W 30 ev

de dx MeV / (g / cm 2 ) ( ) kev / µm 27.2.2. Stopping Fig. 27.1: power Stopping at intermediate power (= energies : The mean rate of energy loss by moderately relativistic charged heavy particles, M 1 /δx, iswell-described bythe Bethe equation, Stopping power [MeV cm 2 /g] de dx 100 10 1 Lindhard- Scharff Nuclear losses = Kz 2 Z A µ Anderson- Ziegler 1 β 2 Bethe [ 1 2 ln 2m ec 2 β 2 γ 2 T max I 2 µ + on Cu Radiative effects reach 1% [GeV/c] Muon momentum β 2 δ(βγ) 2 ] Radiative Radiative losses Without δ 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10 4 10 5 10 6 βγ 0.1 1 10 100 1 10 100 1 10 100 [MeV/c] Minimum ionization. (27.3) It describes the mean rate of energy loss in the region 0.1 < βγ < 1000 for intermediate-z materials with an accuracy of a few %. At the lower limit the projectile velocity becomes comparable to atomic electron velocities (Sec. 27.2.3), and at the upper limit radiative effects begin to be important (Sec. 27.6). Both E µc [TeV/c] ) for positive muons in copper as a

de dx Bohr SI de dx = Stopping power Energy Loss Linear Energy Transfer : LET z 2 e 4 bmax ne ln 4π ε0 2 me v 2 bmin cribes the me de = Kz 2 Z dx A Bethe-Bloch 1 β 2 [ 1 ne = Z na = ρna Z / A 2 ln 2m ec 2 β 2 γ 2 T max I 2 β 2 δ(βγ) 2 ] K = 4π NA re 2 me c 2 ρ Z/A 1/2 cribes the mean rate of energy loss in the region 0 1 MeV / (g / cm 2 ) 1 de dx z 2 ρ = z 2 M/2 v 2 Mv 2 /2 z 2 M T

Stopping power Energy Loss Linear Energy Transfer : LET (p)α LET (n) LET (β) LET (X, γ) LET MeV / (g / cm 2 ) 1 de dx z 2 ρ = z 2 M/2 v 2 Mv 2 /2 z 2 M T

Range (p)α (n) (β)p, α, MeV / (g / cm 2 ) 1 de dx z 2 ρ = z 2 M/2 v 2 Mv 2 /2 z 2 M T

Range MeV / (g / cm 2 ) 1 de dx z 2 ρ = z 2 M/2 v 2 Mv 2 /2 z 2 M T

de 1 ρ dx x Barkas Stopping power [MeV cm 2 /g] ( ) 100 10 1 Lindhard- Scharff kev / µm Nuclear losses µ Anderson- Ziegler Bethe Minimum ionization µ + on Cu Radiative effects reach 1% Radiative Radiative losses Without δ 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 10 4 10 5 10 6 βγ 0.1 1 10 100 1 10 100 1 10 100 [MeV/c] [GeV/c] [TeV/c] Muon momentum 27.2.2. Stopping power at intermediate energies : The mean rate offig. energy 27.1: loss Stopping by moderately power relativistic (= charged ) forheavy positive particles, muons in copper as a M 1 /δx, iswell-described bythe Bethe equation, de = Kz 2 Z [ 1 1 dx A β 2 2 ln 2m ec 2 β 2 γ 2 T max I 2 β 2 δ(βγ) ]. (27.3) 2 MeV / (g / cm 2 ) v ve 1 de dx v 2 2 MeV / (g/cm 2 ) z 2 E µc ρ = z 2 M/2 v 2 Mv 2 /2 Bremsstrahlung z 2 M T

(p)α Bragg (β)() peak (n)(x, γ) β (n) (p) (C)

Bragg peak β (n) (p) (C)

X Gy Bragg peak

(Bremsstrahlung) 1 de dx T Z 2 ρ ρ (Cherenkov radiation) Черенков

FM AM http://stw.mext.go.jp/

G Y R C B M http://stw.mext.go.jp/

6 ev 10 ev 100 ev 1 kev 10 kev 100 kev 1 MeV (124 kev)

X γ,&-. K-edge 475&B7).#%&4!#9&F5 <&(=>()?1(%$7@&σ $#$ 1 barn =10 28 m 2 =100 fm 2 B)#CC&C(D$?#%&&4.7)%CE7$#15,&/.,&. σ >A(A σ G7+@(?*" κ %HD σ B#1>$#% κ ",0&1. &1.,0&(2,&/(2,&-(2,&3(2,00&3(2!"#$#%&'%()*+

T e = hν I K-edge, L-edge,...K, L σ Z 4~5 (hν) 7/2 σ X hν = hν + T e Compton edge σ Zσ

radiometric quantity fluence Φ [cm 2 ] Röntgen Gray energy fluence Ψ [MeV cm 2 ] dosimetric quantity kerma (Kinetic Energy Released in MAterial / MAtter) K [ J / kg ] = [Gy] cema (Charged particle Energy imparted to MAtter) C [ J / kg ] = [Gy] Röntgen XγX [C/kg], [R] 1 R 2.58 10 4 C/kg dosimetric quantity D [ J / kg ] = [Gy], [erg / g] = [ram] 1 Gy = 100 ram Gray

dosimetric quantity abosorbed dose D [ J / kg ] = [Gy] Gray [erg / g] = [ram] 1 Gy = 100 ram protection quantity equivalent dose HT [ J / kg ] = [Sv] Sievert effective dose E [ J / kg ] = [Sv] [erg / g] = [rem] 1 Sv = 100 rem RBE Q LET wr (Relative Biological Effectiveness)

DNA DNA LET DNA LET

ALARA = As Low As Reasonably Achievable

http://radphys4.c.u-tokyo.ac.jp/~torii/lecture/ torii-radio@radphys4.c.u-tokyo.ac.jp

!!!

Fine per oggi. Fin du cours pour aujourd hui. That s all for today. Ci vediamo la prossima settimana. On se verra la semaine prochaine. See you next week.