原子（知識）の問題

ウラン ${}^{238}\mathrm{U}$ やラジウム ${}^{226}\mathrm{Ra}$ などの原子核は不安定で、外部から何もしなくても、α 線・β 線・γ 線などの放射線を出して別の原子核に変わっていく。原子核のこのような性質を　a　という。

ある放射性物質がもつ　a　の強さは、その物質の中で 1 秒あたりに崩壊する原子核の数で表され、その単位は　b　である。放射性物質の量が同じでも、半減期が短い原子核ほど 1 秒あたりに崩壊する原子核の数は多くなる。

空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜カから 1 つ選べ。

ミリカンは、霧吹きで細かい油滴をつくって 2 枚の水平な極板の間に入れ、X 線などで帯電させた油滴の運動を顕微鏡で観察した。極板間に電圧をかけないときに油滴が一定の速さで落下するようすと、電圧をかけたときの油滴の運動のようすから、多数の油滴について、それぞれがもつ電気量の大きさを求めた。その結果、どの油滴の電気量の大きさも、ある一定の値 $e$（約 $1.6\times 10^{-19}\mathrm{C}$）の整数倍になっていることがわかった。電気量がこの値を単位としてとびとびの値しかとらないことから、$e$ は電荷の最小単位であり、電子 1 個がもつ電気量の大きさに等しいと考えられる。

この $e$ を表す用語のうち、高校物理の教科書でふつう用いられる漢字 4 字の用語を答えよ（同じ量を表す、字数の異なる別の名前もあるが、ここでは漢字 4 字のものを答えること）。

原子核の質量とエネルギー、および核分裂・核融合について述べた次の文ア〜オのうち、正しいものをすべて選べ。ただし、真空中の光の速さを $c$ とする。

• ア　原子核の質量は、その原子核を構成する陽子と中性子をばらばらにしたときの質量の和よりも小さい。
• イ　原子核の結合エネルギーが大きいほど、その原子核の質量欠損は小さい。
• ウ　核子 1 個あたりの結合エネルギーは、質量数が鉄の付近の原子核で最も大きくなる。
• エ　ウラン 235 の原子核が中性子を吸収して核分裂するとき、反応後の粒子（分裂片の原子核と放出される中性子）の質量の和は、反応前のウラン 235 の原子核と中性子の質量の和よりも大きい。
• オ　重水素や三重水素のような軽い原子核どうしが核融合してヘリウム原子核ができるとき、反応後の原子核の核子 1 個あたりの結合エネルギーは、反応前の原子核の核子 1 個あたりの結合エネルギーよりも大きい。

X 線管で、陰極から出た電子を加速電圧で加速し、陽極の金属（ターゲット）に当てて X 線を発生させる。はじめに、ある加速電圧で X 線を発生させ、そのスペクトルを測定したところ、連続 X 線と固有 X 線（特性 X 線）の両方が観測された。次に、ターゲットの金属は変えずに、加速電圧だけを大きくして再びスペクトルを測定した。ただし、陰極から出る電子の初速は無視でき、どちらの加速電圧でも固有 X 線が観測されるものとする。

加速電圧を大きくする前と比べたときの、連続 X 線の最短波長と固有 X 線の波長の変化について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　連続 X 線の最短波長は長くなり、固有 X 線の波長は変わらない。
• イ　連続 X 線の最短波長は短くなり、固有 X 線の波長も短くなる。
• ウ　連続 X 線の最短波長は変わらず、固有 X 線の波長は短くなる。
• エ　連続 X 線の最短波長は短くなり、固有 X 線の波長は変わらない。
• オ　連続 X 線の最短波長も、固有 X 線の波長も変わらない。

X 線管では、陰極から出た電子を電圧 $V$ で加速して陽極の金属に当て、X 線を発生させる。X 線の発生と電子の波動性について述べた文として正しいものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、電子や陽子の速さは光の速さに比べて十分小さいものとする。

• ア　加速電圧 $V$ を大きくすると、連続 X 線の最短波長は長くなる。
• イ　連続 X 線の最短波長は、加速電圧 $V$ によらず、陽極の金属の種類によって決まる。
• ウ　電子の速さを大きくすると、電子のド・ブロイ波長は長くなる。
• エ　同じ速さで運動する電子と陽子では、陽子のほうがド・ブロイ波長が長い。
• オ　固有 X 線が発生している範囲で加速電圧 $V$ を変えても、固有 X 線の波長は変わらず、その波長は陽極の金属の種類によって決まる。