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重荷電粒子 (過去12年／12問出題)

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🛡️ 重荷電粒子 のまとめ ▼

重荷電粒子の飛び方 🚀

  • ブラッグピーク：止まる直前に、局所的に高いエネルギー（線量）を与える現象
  • ピーク深さ：入射エネルギーを高めるほど、ピークは深くに形成される
  • 飛程 $R$：電子と異なり、ほぼ直線的な軌跡を描くため飛程が明確

エネルギー損失のルール 💡

  • 損失の主因：ほぼすべて「衝突損失（電離・励起）」であり、制動放射による損失は無視できる
  • 阻止能 ($S$)：粒子の速度 $v$ に反比例 ($1/v^2$ 比例) し、電荷 $z$ の 2 乗に比例する
  • 組織の阻止能：標的物質の原子番号 $Z$ および 電子密度 に比例する

※以下の国家試験問題・選択肢は学習支援を目的として引用しています。問題文および選択肢の著作権は厚生労働省に帰属します。解説・補足・分野分類・関連知識の整理は当サイトが独自に作成しています。

1.重荷電粒子の相互作用 (4問)

67PM74 【放射線物理学】
重荷電粒子と物質との相互作用で正しいのはどれか。
1．物質中で多方向に散乱される。
2．飛程は物質の密度に比例する。
3．物質中で停止直前に比電離が最小になる。
4．同一速度の陽子と α粒子の飛程は等しい。
5．放射阻止能は重荷電粒子の質量に比例する。
正解：4
1.重荷電粒子は重いため、物質の中をほぼ一直線に進む
2.飛程は物質の密度に反比例、ギチギチの物質の方が進みにくい！
3.最大になる（ブラッグピーク）
5.放射阻止能は、粒子の質量の2乗に「反比例」やから重い重荷電粒子のでは無視！
74PM73 【放射線物理学】
重荷電粒子と物質の相互作用について正しいのはどれか。
1．飛程は物質の密度に比例する。
2．水中では多重散乱の飛跡を示す。
3．質量衝突阻止能は速度に比例する。
4．エネルギー損失は主に放射損失である。
5．重荷電粒子の比電離は飛程終端部で急激に増大する。
正解：5
1.飛程は物質の密度に反比例、ギチギチの物質の方が進みにくい！
2.重荷電粒子は重いため、物質の中をほぼ一直線に進む
3.速度の2乗に反比例
4.重荷電粒子の相互作用はほぼ衝突損失が100％
5.比電離＝阻止能、ブラッグピークのこと！
71PM70 【放射線物理学】
放射線治療に用いられる重荷電粒子と物質の相互作用について誤っているのはどれか。
1．放射損失は衝突損失よりも小さい。
2．物質の原子核と破砕反応を起こす。
3．物質の軌道電子との相互作用が主である。
4．飛程終端で Bragg<ブラッグ>ピークを持つ。
5．質量衝突阻止能は重荷電粒子の電荷に反比例する。
正解：5

2.重荷電粒子はエネルギーが非常に高いので、たまに原子核に直接ぶつかって、核をバラバラにする「破砕反応」を起こすことがあります。
5.電荷の２乗に比例して阻止能は大きくなる！
68PM73 【放射線物理学】
重荷電粒子と物質との相互作用で正しいのはどれか。
1．α線はβ線より比電離が小さい。
2．衝突阻止能は速度の二乗に比例する。
3．衝突損失能より放射損失能が大きい。
4．空気中での比電離は飛程中一定である。
5．速度が光速を超えるとCherenkov（チェレンコフ）光を発する。
正解：5
1.α線はz=2（４倍）、β線はz=1
2.速度の二乗に反比例
3.重荷電粒子は放射損失はほぼ無視
4.最後にブラックピーク

2.阻止能法則とLET (3問)

72AM73 【放射線物理学】
重荷電粒子の質量衝突阻止能で正しいのはどれか。
1．物質の質量に比例する。
2．物質の原子番号に反比例する。
3．入射粒子の質量に反比例する。
4．入射粒子の電荷数に比例する。
5．入射粒子のエネルギーに反比例する。
正解：5
質量衝突阻止能
粒子の電荷の２乗に比例
粒子の速度の２乗に反比例
粒子のエネルギーに反比例
物質の原子番号が大きいほど、わずかに減少
77AM62 【放射線物理学】
重荷電粒子の質量衝突阻止能で正しいのはどれか。
1．物質の密度に反比例する。
2．物質の原子番号に反比例する。
3．入射粒子の質量に反比例する。
4．入射粒子の電荷数に比例する。
5．入射粒子のエネルギーに反比例する。
正解：5
質量衝突阻止能
粒子の電荷の２乗に比例
粒子の速度の２乗に反比例
粒子のエネルギーに反比例
物質の原子番号が大きいほど、わずかに減少
76AM74 【放射線物理学】
LET で正しいのはどれか。
1．単位は m－1 である。
2．荷電粒子の電荷の 2 乗に反比例する。
3．荷電粒子の運動エネルギーに比例する。
4．カットオフエネルギーが無限大のとき線衝突阻止能と同義である。
5．単位質量当たりに付与する全エネルギーが同じとき LET は等しい。
正解：4
1.LETの単位は keV/μm などです。$m^{-1}$ は線減弱係数などの単位です。
2,3.LET（および線衝突阻止能）の大きさは、荷電粒子の電荷の2乗に比例し、速度の2乗に反比例します（Betheの式）。
4.正しい。カットオフエネルギー（対象とするエネルギーの最大値）を無限大（制限なし）とした非制限LETは、線衝突阻止能と同義になります。
5.単位質量当たりに付与する全エネルギーは「吸収線量」のことです。吸収線量が同じでも、放射線の種類によってLETは異なります。

3.阻止能と飛程の比較計算 (5問)

70PM73 【放射線物理学】
質量衝突阻止能が最も大きいのはどれか。
1． 1 MeVのα線
2． 2 MeVのα線
3． 2 MeVの炭素線
4．10 MeVの陽子線
5．20 MeVの陽子線
正解：3
阻止能 $\propto \frac{z^2 \cdot Z}{E}$
２MeVの炭素線 (z=6, A=12, E=2)
$6^{2}\times 12 / 2=216$
75AM72 【放射線物理学】
質量衝突阻止能が最も大きいのはどれか。
1． 1 MeV の α 線
2． 2 MeV の α 線
3． 2 MeV の陽子線
4． 5 MeV の陽子線
5．10 MeV の炭素線
正解：5
阻止能 $\propto \frac{z^2 \cdot Z}{E}$
10 MeV の炭素線 (z=6, A=12, E=10)
$6^{2}\times 12 / 2=216$
73PM73 【放射線物理学】
8MeVのα線と2MeVの陽子線の質量衝突阻止能をそれぞれSα、Sｐとする。Sα／Sｐに最も近いのはどれか。
1． 1
2． 2
3． 4
4． 8
5．16
正解：3
阻止能 $\propto \frac{z^2 \cdot Z}{E}$
8Mevのα線(z=2, A=4, E=8)
2MeVの陽子線(z=1, A=1, E=2)
$2/0.5=4$
76AM72 【放射線物理学】
陽子線の水に対する質量阻止能とエネルギーとの関係を図に示す。10 MeV 重陽子線の水に対する質量阻止能［$MeV･cm^{2}･g^{-1}$]に最も近いのはどれか。
1． 20
2． 30
3． 50
4． 80
5．100
正解：4
阻止能 $\propto \frac{z^2 \cdot Z}{E}$
10MeVの重陽子 (z=1, A=2, E=10)
？MeVの陽子線 (z=1, A=1, E=？)
？＝5
グラフで5MeVの場所は80
69AM73 【放射線物理学】
10MeVのα線と飛程が等しくなる陽子線のエネルギー[MeV]はどれか。
1． 0.625
2． 2.5
3． 5
4． 40
5．160
正解：2
$R∝E^{2}/mz^{2}$
10Mevのα線(z=2, A=4, E=10)
R=6.25

？MeVの陽子線 (z=1, A=1, E=？)
？＝2.5