放射線と放射能の性質

地球や宇宙にあるすべての物質は、「原子」からできています。原子は、原子核とそのまわりを回る電子から構成され、原子核は、陽子と中性子で構成されます。電子は、マイナスの電荷をもっています。一方、陽子は、同じ大きさのプラスの電荷をもっています。中性子は、電荷をもっていません。
原子が電気的な中性を維持するため、電子の数と陽子の数は基本的に同じです。原子の化学的な性質は、電子の数と配置によって決まることから、電子の数と基本的に同数となる陽子の数によって決まることになります。そこで、原子核のもつ陽子の数を「原子番号」といいます。また、陽子の数が同じもの同士でまとめたものを「元素」といいます。
陽子と中性子の質量は、ほぼ同じです。一方で、電子の質量は、陽子や中性子の質量の約1,800分の1です。
したがって、原子の質量は、原子核に陽子と中性子が合計何個あるかでほぼ決まります。このことから陽子と中性子の数の合計を「質量数」といいます。陽子の数が同一（同じ元素）でありながら、中性子の数が異なる原子を「同位体」といいます。例えば、セシウムという元素には、セシウム133、セシウム134、セシウム137などの同位体があります。
エネルギー的に安定で、地球や宇宙の年齢程度の時間では変化しない原子を「安定同位体」といいます。例えば、セシウムの同位体のうち、セシウム133は安定同位体です。

一方、原子には、高いエネルギーをもった不安定な状態のものがあります。時間の経過とともにその中心にある原子核が、高速の粒子や電磁波を放出して、安定した状態になっていきます。こうして放出される高速の粒子や電磁波が「放射線」です。放射線を出す能力を「放射能」といい、放射能をもつ原子を、「放射性同位元素」あるいは、「放射性同位体（RI、Radio Isotope）」といいます。RIを含む物質が「放射性物質」です。
RIは放射線を出すことで、別の原子になります。例えば、セシウムの同位体のうち、セシウム134、セシウム137はRIです。セシウム137の場合、中性子が過剰で不安定な状態のため、電子を1個放出し、中性子が1個陽子に変わりバリウム137mとなります。このときに放出された電子が放射線（ベータ線）です。バリウム137mは、まだエネルギーが高く、不安定な状態のため、エネルギーを電磁波として放出し、放射線を出さない安定同位体のバリウム137になります。このときに放出された電磁波も放射線（ガンマ線）です。
原子力発電による核分裂や中性子とリチウム6との反応によって発生するトリチウムは、ベータ線を出して安定同位体のヘリウム3になります。

放射性物質には、地球の誕生時から自然界に存在する天然のものと、宇宙線の作用でつくられるもの、原子炉などで人工的につくられるものがあります。しかし、それらの放射性物質から出る放射線の性質に違いはありません。
放射線には、アルファ線、ベータ線、ガンマ線、エックス線、中性子線などの種類があります。
1901年に第1回ノーベル物理学賞を受賞したドイツのレントゲンが、1895年、真空管の一種である放電管を使った実験中にエックス線を発見しました。エックス線は、人工の放射線でガンマ線と同じ電磁波の一種です。
放射線は、物質を通り抜ける力をもっています。しかし、その力は、放射線の種類によって違い、適切な材料や厚さなどを選ぶことによってさえぎることができます。
例えば、最も透過力の弱いアルファ線は、紙1枚でとめることができます。ベータ線は、アルミニウムなどの薄い金属板やプラスチック板、ガンマ線やエックス線は、鉛や厚い鉄の板、さらに中性子線は、水やコンクリートによってさえぎることができます。

RIの放射能は、時間がたつにつれて弱まる性質があり、これを減衰といいます。また、放射能が半分に減るまでにかかる時間を半減期あるいは、物理学的半減期といいます。RIの種類によって半減期は異なり、数秒以下の短いものから、100億年を超える長いものまであります。
毎日、私たちは呼吸や飲食を通して、さまざまな放射性物質を体内に取り込んでいます。これらは、体の代謝や排泄によって体外に排出されます。体に取り込んだ量が、排出によって半分に減るまでにかかる時間を生物学的半減期といいます。生物学的半減期は、放射性物質の化学的な性質や、体内に取り入れた人の年齢など、生理的な要因によって異なります。
また、体内にあるRIの放射能が、物理学的半減期や生物学的半減期などにより、半分に減るまでにかかる時間を実効半減期といいます。実効半減期は、物理学的半減期や生物学的半減期より短くなります。
このように、私たちが放射性物質を体内に取り込んだ場合、体の中にあるRIは、放射能の減衰と体外への排出によって減っていきます。