放射線の単位と利用

放射能の単位ベクレル（Bq）、吸収線量の単位グレイ（Gy）、等価線量・実効線量の単位シーベルト（Sv）を区別して答えられる。放射線の医療・工業での利用例や、被曝を減らす方法について正しい記述を選べる

前提

放射線と放射性崩壊（高校物理原子（知識））

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説明

放射線を扱うときは、「どれだけ放射線を出すか」「物質がどれだけエネルギーを受け取ったか」「人体にどれだけ影響があるか」の3つを区別します。それぞれの単位がベクレル（Bq）、グレイ（Gy）、シーベルト（Sv）です。この技能を身につけると、単位の意味を正しく答えられます。また、医療・工業での放射線の利用例や、被曝を減らす方法についての記述の正誤も判断できるようになります。

なぜそうしてよいのか

放射線の量は、出す側・受ける側・人体への影響の3段階で考えます。出す側では、放射性物質の中で原子核が崩壊するたびに放射線が出ます。そこで、1秒間に崩壊する原子核の数を放射能の強さとし、1秒間に1個崩壊するときを $1 Bq$ とします。受ける側では、放射線が物質を電離しながらエネルギーを渡します。そこで、物質 $1 kg$ あたりに吸収されたエネルギーを吸収線量とし、 $1 Gy = 1 J/kg$ と決めます。

しかし、吸収したエネルギーが同じでも、人体への影響は放射線の種類によって違います。α線は電離作用が非常に強く、短い距離に集中して細胞を傷つけるので、同じ吸収線量でも β線や γ線より影響が大きくなります。そこで、吸収線量に放射線の種類ごとの係数（放射線加重係数。γ線・β線は $1$ 、α線は $20$ ）を掛けたものを等価線量とします。さらに、臓器ごとの影響の受けやすさも考えて全身で合計したものを実効線量とします。等価線量も実効線量も、単位はどちらもシーベルト（Sv）です。

放射線の利用は、前提の技能で学んだ性質で説明できます。透過力が大きい γ線や X線は、物を壊さずに内部を調べる非破壊検査やX線撮影に使えます。電離作用は細胞を傷つけるので、がんの放射線治療や医療器具の滅菌、ジャガイモの発芽防止に使われます。放射性同位体は化学的性質が同じ元素の原子とほとんど変わらないので、目印（トレーサー）として物質の動きを追跡するのにも使えます。被曝は、①線源から距離をとる、②遮蔽物を置く（γ線には鉛や厚いコンクリート、α線は紙1枚でも止まる）、③被曝する時間を短くする、の3つの方法で減らせます。

手順

問われている量が「線源が出す側」「物質が受ける側」「人体への影響」のどれかを見分ける。
線源の放射能の強さ（1秒あたりの崩壊数）ならベクレルを選ぶ： $1 Bq = 1$ 秒間に $1$ 個の原子核が崩壊。
物質が吸収したエネルギーならグレイを選ぶ： $1 Gy = 1 J/kg$ 。
人体への影響（放射線の種類や臓器による違いを考慮した量）ならシーベルトを選ぶ：等価線量 $=$ 吸収線量 $\times$ 放射線加重係数。
利用や防護の記述は、透過力（検査・撮影）、電離作用（治療・滅菌）、距離・遮蔽・時間（被曝の低減）のどの性質に基づくかで正誤を確かめる。

例題

放射線に関する単位の説明として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。
ア　ベクレル（Bq）は、物質 1 kg が放射線から 1 J のエネルギーを吸収したときの量を表す単位である。
イ　グレイ（Gy）は、放射線の種類による人体への影響の違いを考慮した量の単位である。
ウ　シーベルト（Sv）は、吸収線量に放射線の種類などによる人体への影響の違いを考慮した量の単位である。
エ　線源の放射能の強さ（Bq）が同じであれば、線源からの距離によらず人体が受ける線量は同じである。

例題の解答

手順1〜4で、各選択肢が述べる量がどれかを見分け、単位と合っているかを確かめる。
ア：「物質 1 kg が 1 J を吸収」は受ける側の量で、単位はグレイ（手順3）。ベクレルは1秒間の崩壊数を表す単位（手順2）なので誤り。
イ：「放射線の種類による人体への影響の違いを考慮」は人体への影響の量で、単位はシーベルト（手順4）。グレイは吸収したエネルギーそのものなので誤り。
ウ：吸収線量に放射線加重係数などを掛けて人体への影響を表すのが等価線量・実効線量で、単位はシーベルト（手順4）。正しい。
エ：手順5より、線源から離れるほど受ける放射線は少なくなる。これが「距離をとる」防護の考え方なので誤り。
よって正しいものはウ。

答え:

ウ

よくある誤り

ベクレルを人体への影響の大きさだと考えてしまう誤り。正しくは、ベクレルは線源の放射能の強さで、 $1 Bq$ は1秒間に1個の原子核が崩壊することを表す。人体への影響を表す単位はシーベルト（Sv）である。
吸収線量（Gy）が同じなら、放射線の種類によらず人体への影響も同じとしてしまう誤り。正しくは、等価線量 $=$ 吸収線量 $\times$ 放射線加重係数で、α線の係数は $20$ 、γ線・β線は $1$ である。同じ $1 Gy$ でも、α線ではおよそ $20 Sv$ 、γ線では $1 Sv$ になる。
グレイを「1秒あたりの量」や「放射線の個数」だと考えてしまう誤り。正しくは、 $1 Gy = 1 J/kg$ で、物質 $1 kg$ あたりに吸収されたエネルギーを表す。
滅菌や食品照射で γ線を当てた物は放射性物質になる、としてしまう誤り。正しくは、こうした用途で γ線を当てても、当てられた物は放射線を出すようにはならない。そのため、医療器具の滅菌やジャガイモの発芽防止に利用できる。

この説明は AI が書き、別の AI が例題を独立に解いて答えを確かめ、説明を一歩ずつ査読しました。

入口の問題

難易度 1（教科書の例題レベル）
次の文中の空欄 a・b に入る単位の名称の組み合わせとして正しいものを、下のア〜エのうちから 1 つ選べ。
「放射性物質が放射線を出す能力の強さ（放射能の強さ）は、1 秒間に崩壊する原子核の数で表し、その単位を　a　という。一方、放射線が人体に与える影響は、放射線の種類や放射線を受けた器官によって異なる。この違いを考慮して、人体が受けた放射線の影響の度合いを表す等価線量や実効線量の単位を　b　という。」
a b
アベクレルグレイ
イグレイシーベルト
ウベクレルシーベルト
エシーベルトベクレル

	a	b
ア	ベクレル	グレイ
イ	グレイ	シーベルト
ウ	ベクレル	シーベルト
エ	シーベルト	ベクレル

この技能を使う問題

難易度 4（国公立二次の標準レベル）
物質が放射線を受けたとき、物質 $1 kg$ 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 $Gy$ ）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。

難易度 4（国公立二次の標準レベル）

ウラン $^{238} U$ やラジウム $^{226} Ra$ 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。

	a	b
ア	放射線	ベクレル（ $Bq$ ）
イ	放射能	グレイ（ $Gy$ ）
ウ	放射性同位体	シーベルト（ $Sv$ ）
エ	放射線	グレイ（ $Gy$ ）
オ	放射能	ベクレル（ $Bq$ ）
カ	放射性同位体	ベクレル（ $Bq$ ）