原子（知識）の問題

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。

素粒子の分類と、自然界の 4 つの基本的な力（重力・電磁気力・強い力・弱い力）について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オのうちから 1 つ選べ。ただし、陽子は u クォーク（アップクォーク）2 個と d クォーク（ダウンクォーク）1 個から、中性子は u クォーク 1 個と d クォーク 2 個からなるものとする。

• ア　電子やニュートリノはレプトンに分類され、原子核の中で陽子や中性子を結びつけている強い力を受ける。
• イ　陽子や中性子のように、3 個のクォークが結びついてできている粒子は、ハドロンのうちの中間子に分類される。
• ウ　4 つの基本的な力のうち、力のおよぶ距離が原子核の大きさ程度以下に限られているのは、重力と電磁気力である。
• エ　陽子と中性子の電荷が異なるのは、中性子が陽子と電子 1 個ずつが結びついてできた複合粒子だからである。
• オ　原子核の ${\beta }^{-}$ 崩壊は、中性子に含まれる d クォーク 1 個が u クォークに変わることで起こり、この変化を引き起こすのは弱い力である。

物質が放射線を受けたとき、物質 $1\mathrm{kg}$ あたりに吸収されたエネルギーを吸収線量といい、その単位はグレイ（記号 $\mathrm{Gy}$）である。ところが、人体が同じ吸収線量の放射線を受けても、α 線を受けた場合は γ 線を受けた場合より生物への影響がずっと大きい。そこで、吸収線量に放射線の種類（およびエネルギー）ごとに定めた係数を掛けて、人体への影響の大きさを表す量（等価線量）が用いられる。この量の単位の名称をカタカナで答えよ。

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。

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。