壊変の知識

1. 壊変のスピードと放射能 ⏳

どれくらいの速さで壊変が進んでいるかを示すのが「放射能」。

• 放射能 ($A$)：1 秒間の壊変回数。単位は Bq（ベクレル）。
  $A = \lambda N$　（N：原子数、原子の数が多いと壊変も多いってこと！）
• 壊変定数 ($\lambda$)：1 秒間に壊変する確率。
• 半減期 ($T_{1/2}$)：放射能が半分になるまでの時間。 $\lambda = 0.693 / T_{1/2}$
• 平均寿命 ($\tau$)：$\tau = 1.44 \cdot T_{1/2} = 1/\lambda$

2. 代表的な壊変パターン 💥

• α 壊変：$\text{He}$ 原子核（陽子 2, 中性子 2）を放出。原子番号 $Z$ が 2 減り、質量数 $A$ が 4 減る。
  • スペクトル：線スペクトル（決まったエネルギーの α 粒子が出る）。
• β⁻ 壊変：中性子が陽子に変わる。$Z$ が 1 増え、$A$ は不変。電子 ($e^-$) と反ニュートリノを放出。
  • スペクトル：連続スペクトル。
• β⁺ 壊変：陽子が中性子に変わる。$Z$ が 1 減り、$A$ は不変。陽電子 ($e^+$) とニュートリノを放出。
  • 条件：親と娘のエネルギー差が 1.022 MeV 以上必要！

3. 特殊な壊変と競合反応 🎭

• 軌道電子捕獲 (EC)：自分の電子を核が飲み込み、陽子を中性子に変える。$Z$ が 1 減り、$A$ は不変。
  • β⁺ 壊変とライバル関係（エネルギー不足でも EC なら起こる）。
  • 核の空席を埋めるために特性X線かオージェ電子が出る！
• 核異性体転移 (IT)：原子核の種類は変わらず、励起状態（メタステーブル $m$）から基底状態に落ちる。γ線を放出。
• 内部転換 (IC)：γ線を出す代わりに、そのエネルギーを直接自分の電子に与えて弾き飛ばす。
  • 放出された電子を内部転換電子と呼ぶ。これも線スペクトル！