物理学

SI組立単位系　(R2.1)・ニュートン　　N：組立単位　kg・m・s-2★ジュール　　J：組立単位　kg・m2・s-2,N・m・電子クーロン　　C：組立単位　A・s・ボルト　　V：組立単位　m2・kg・s-3・A-1★ワット　　W：組立単位　kg・m2・s-3,J・s-1・圧力　　Pa：組立単位　kg・m-1・s-2,N/m2　標準気圧：1013.25hpa(1hPa＝100Pa)　水銀柱ミリメートル1mmHg = 133PaSI接頭語　(R6.22, R4.22)ペタP1015テラT1012ギガG109キロk103ミリm10-3マイクロμ10-6ナノn10-9ピコp10-12フェムトf10-15重要定数　(R2.1)・光速　＝　3×108　(m/s)・プランク定数h　＝　6.6×10-34　(J ・s)・電子の質量　＝　9.1×10-31　(kg)★電子ボルトeV　＝　1.6×10-19　(J)　素電荷eをもつ荷電粒子が1Vの電位差で加速されたエネルギーが1eV・ln(2)：0.693　・ln(10)：2.3　　・ネイピア数e：2.7様々な単位★密度ρ　＝　g/cm3　水の密度＝1...

粒子としての挙動(R6.10, R5.19, R4.31, R2.31,R1.8.32)・運動量P　　P＝　M×V　(N・s)・運動エネルギーT　T　＝　1/2×M×V2　(J)　・粒子の加速　E 　E　＝　e×電位差V　　　＝　1/2×M×V2　(J)　粒子としての挙動　光速度に近いとき　―　相対論的力学(R6.3, R4.1, R2.31,R1.1)・運動量P・全エネルギー　(R2.4,R1.21)　＝T+MC2　　＝√(P2 C2+M2 C4)　　T：運動エネルギー(一般的に放射線のエネルギーEとされるものと等しい)　　　MC2：静止エネルギー・相対論的質量m′ (R6.21)M：静止質量・相対論的速度v′・波長λ：ド・ブロイ波　(R3.3, R2.2)　λ　＝　h/P　＝　h/MV(m)　光子としての挙動(R5.1, R4.2, R3.1, R2.3,R1.1.2)・光子のエネルギーE　　E　＝　h×ν　(J)・光子の運動量P　P　＝E/C＝hν/C (N・s)・光子の波長λ　λ　＝C/ν＝Ch/E (m)　平均自由行程　(R6.18)　光子や粒子が散乱することなく進むことので...

原子と原子核の大きさ(R4.5, R3.4, R2.4(化学), R1.3)・原子の直径：10-10m・原子核の半径R　R：10-15～10-14m　R＝r0×(質量数)1/3　 　r0：1.2～1.4×10-15・同位体：同一原子番号で,中性子数が異なる核種の関係・安定同位体：放射性壊変を起こさない同位体　原子番号と中性子が偶数のものが多い　原子番号が大きくなるにつれて,中性子が過剰の状態で原子核は安定する・放射性同位体：放射性壊変を起こす同位体・同重体：質量数が互いに等しい関係・核異性体：原子核が一時的に励起した状態を保っている状態・同素体：同一元素の単体で,原子の配列(結晶構造)や結合様式の関係が異なるもの量子数(R4.31, R4.3(化学))主量子数(n)方位量子数磁気量子数スピン配置可能電子数1(K殻)00(s)×222(L殻)00(s)×2 80,11(p)＝-1,0,13(M殻)00(s)×2180,11(p)＝-1,0,10,1,22(d)＝-2,-1,0,1,2素粒子(R6.5, R3.2, R2.4.5)名称電荷スピン質量原子質量/静止エネルギークォーク構成陽子+...

(R6.4, R5.3, R3.6, R2.7)α壊変(R4.20, R2.8.12,R1.6.31)　(A，Z)　→　(A-4，Z-2)　+　α・親核種からα粒子が飛び出す・壊変条件：Q＞0　Q値＝｛M親－(m娘+α)｝×C2　M親：親核種の質量　　m娘：娘核種の質量　　C：光速・エネルギー保存則　(R3.31)　Q＝1/2×mαvα2　+　1/2×m娘v娘2・運動量保存則　(R4.12, R3.31)　m娘v娘＝mαvα・α粒子のエネルギーEα　Eα＝1/2×mαvα2　Eα＝m娘 / (m娘+mα)×Q→α線は線スペクトルのエネルギーをもつ→Eαはトンネル効果(量子力学的説明)によってクーロン障壁を超える・生成核の反跳エネルギーEb (R3.13)　Eb＝mα/ (m娘+mα)×Q　　　＝(mα/ m娘)×Eα・ガイガー・ヌッタルの法則　　放出されるα粒子のエネルギーと崩壊定数の経験的関係を示す式　短い半減期の核種からのα線エネルギー>長い半減期の核種からのα線エネルギーβ－壊変　(R2.32)　(A，Z)　→　(A，Z+1)　+　β－・弱い相互作用によっておこる　中性子が「陽子...

(R6.31, R4.9.10, R3.10, R2.9.29(化学),R1.9)コッククロフトワルトン型加速器　直流電圧形加速器　直流高電圧を作るための多段の倍電圧回路で交流を整流しながら作った直流電圧によって高電圧を電極に与え,水素イオン(陽子)を加速するファン・デ・グラフ型加速器　球状の高圧電極のなかの滑車と下端の滑車の間にあるベルトにコロナ放電で正電荷を与え,その正電荷を上方の電極内に運び込み高圧電極表面に蓄えることによって高電圧を発生させ,イオン源からの荷電粒子を加速する線形加速器(リニアック)　現在の放射線治療のスタンダード　電子銃やイオン源からの荷電粒子を高周波電場で直線的に加速する・加速管　荷電粒子をマイクロ波で加速　内部は真空で,銅によって作られ,一定の出力を持つ　周波数帯域を変えると,加速管の長さを変える必要がある・高周波発信器(マイクロ波発振管)　マイクロ波を加速管に供給するベータトロン　Ｘ線と電子線を発生する(電子線治療に最適)・加速管: ドーナツ管　電磁石で真空管の加速管(ドーナツ管)をはさみ,電子は磁場の変化により円運動で加速される・交流磁場により発生する電...

相互作用の種類　(R1.14)相互作用相互作用の相手電子のエネルギー発生するもの弾性散乱原子(核)不変なし衝突損失(電離，励起)軌道電子減少特性X線，オージェ電子放射損失原子核減少制動X線チェレンコフ効果原子減少青色光・弾性散乱　衝突によって相手粒子の内部エネルギーを変化させない散乱*ラザフォード散乱：ごくまれな確率で原子核と衝突しておこす大角度の散乱・非弾性散乱　衝突によって相手粒子を励起状態にする場合の散乱・制動放射　(R3.15)　荷電粒子が原子核の電場により制動を受け,そのエネルギーを光子として放出する現象・チェレンコフ放射(R5.11, R4.14)　荷電粒子が透明な誘電物質中(屈折率n)を通過するとき,物質中での光の速度(c/n)を超えた速度(v)で移動した場合に,分極によって位相が重なり,可視光(青色)が円錐形状に放出される現象　屈折率nの大きい物質で発生する　発生時間が非常に短く,シンチレーションの発生よりも短い*電子の場合：水中で0.26MeV以上で発生　　臨界エネルギー：n(V/C)≧1*チェレンコフ光と荷電粒子のなす角θ　　cosθ＝　c/n　÷　v*チェレンコフ...

特性X線の発生特性X線の発生に関してはこちら↓「対策ノート：放射性壊変」制動X線の発生　(R2.14)・単位時間の発生強度I＝K×I×Z×V2・制動放射線の発生効率η＝K×Z×V［％］*診断領域ではηは1％未満である　K：定数(1.1×10-9)　　I：管電流　　Z：ターゲットの原子番号　　V：管電圧管電圧と制動放射線の最大エネルギーの関係・デュエンハントの法則　　加速電子のエネルギーE＝e×V　　　V：X線管電圧［kV］　また,eV　＝　hν　＝　hC / λ制動X線の強度分布(角度)　・ゾンマーフェルトの理論式I(θ) 　I(θ)＝A-sin2θ/(1-βcosθ)6　θ：ターゲットへ入射した電子の進行方向を0°とした角度　入射電子のエネルギーが増加した場合(10MeV以上)　βが1に近づく　→θ＝0°(前方)の強度が増加　入射電子のエネルギーが減少した場合(30～150keV程度)　βが0に近づく　→θ＝90°(側方)の強度が増加X線の線質・線量　(R3.32)・線量：管電流,管電圧に影響され,X線の量を表す・線質：X線のエネルギースペクトルで表され,簡易的には管電圧や半価層,実...

(R4.16, R3.18, R2.16)相互作用反応相手光子のエネルギー二次電子トムソン散乱自由電子不変なしレイリー散乱軌道電子不変なし光電効果軌道電子消滅光電子コンプトン散乱自由電子,最外殻電子散乱反跳電子電子対生成原子核消滅原子,陽電子三電子生成軌道電子消滅原子,陽電子光核反応原子核消滅なし弾性散乱・光子の波動性を示す反応・トムソン散乱　自由電子との相互作用　光子のエネルギーは変化せず,進行方向が変化する・レイリー散乱(干渉性散乱)　軌道電子との相互作用　　　光子のエネルギーは変化せず,進行方向が変化する光電効果　(R6.18, R5.16, R3.19.20)　原子核のまわりを回る束縛電子や, 金属の中で自由に動きまわる電子が, 入射した光のエネルギーの大部分を吸収し, その系から飛び出せるだけのエネルギーを持ったときに生じる現象・光子のエネルギーEe　Ee＝Er‐Eb　Er：光子のエネルギー　　Eb：軌道電子のエネルギー・光電子エネルギー　K殻光電子＜L殻光電子・吸収端　(R1.4)　光子のエネルギーが各殻の軌道電子放出に必要なエネルギーを上回り,減弱係数が急激に大きくなる場...

中性子(R4.3.4, R3.6.22, R2.6.23)　電荷をもたない間接電離放射線→主に原子核と相互作用を起こす・核スピン量子数：1/2・β－壊変をする(半減期10分)・エネルギーによる分類エネルギー名前主な反応~0.025eV熱中性子中性子捕獲反応0.1eV～1keV熱外中性子 0.1MeV速中性子散乱・熱中性子　(R6.1)　物質で原子・分子の熱運動と平衡に達したもの　速度分布はその温度におけるマクスウェルの式で表される　軽水炉, 重水炉, ガス炉は熱中性子による核分裂を利用した原子炉・速中性子(高速中性子)　高速増殖炉は核分裂による高速中性子を238Uに照射して, 239Puの増殖を利用する中性子と物質の相互作用・散乱反応1,弾性散乱(R6.20, R3.12.23.31, R2.24,R1.22)　反応の前後で運動量が保存される反応　反跳エネルギーE En：中性子のエネルギーM：原子核の質量　m：中性子の質量＊原子の質量が小さい→反跳エネルギーが大きい→水素で最も減速させられる(ビリヤードの法則)2,非弾性散乱　運動エネルギーの一部が反応原子核の励起に使われる反応・吸収反...

印加電圧と収集電荷の関係　(R3.27, R1.28)①再結合領域　　　②電離領域　エネルギー測定可能③比例領域　エネルギー測定可能④境界領域　　　　⑤GM領域　エネルギー測定不可⑥連続放電領域　エネルギー測定不可電離箱・印加電圧：電離領域→高線量かつエネルギーの測定ができる　感度は低い・校正，補正(R5.28, R4.28)1，校正定数2，大気補正係数kTP　 kTP＝(273+T)/(273+T0)×P0/P 気圧が大,気温が低で電離が多くなる3，極性効果　　円筒型　<　平行平板型　4，イオン再結合　　初期再結合はLETに依存する　一般再結合は線量率,印加電圧,電極間隔,電極サイズ,スペクトルに影響される (2次)電子平衡の利用とその条件(ブラッググレイの空洞原理)　(R6.32, R4.2(実務), R2.17.31)　以下の条件で電子平衡が成立し,吸収線量が最大となり,近似的に空気衝突カーマと等しくなる・空洞の大きさ：2次電子(δ線)の飛程より小さい　・物質壁の厚さ：2次電子(δ線)の飛程より大きい　・物質壁の質：γ線の吸収が小さく,光電効果領域での実効原子番号が空気等価である...