研究紀要第35号 学習指導に関する研究 - 029/066page

放射線と物質の相互作用

小　荒　井　　要　　　
（科学技術教育部）

1　はじめに

　ここ数年来，「原子構造」に係わる実験教材の研究は，ひとしお盛んである。
　当教育センターの高校理科講座・物理でも，ここ数年間に，たとえばクランクヘルツの実験，並びにその装置の製作，プランク定数の測定，NaI シンチレーターによるγ 線のエネルギー測定，ほか数点について取り上げてきている。

　そこで，今回は，理振法規格の放射線計数装置を使って放射線に関する実験が，どの程度まで教材化できるかを検討してみる。
　本誌では，そのうちのβ，γ 線と物質の相互作用の範ちゅうについて紹介する。

2　β 線と物質の相互作用

●β 粒子は，物質中を通過する際，電離や励起のためにエネルギーを失うわけであるが，物質1cmを走る間に失う平均のエネルギーは， ※1
　　　原子番号に比例し，そしてβ 粒子の運動エネルギーがあまり大きくない範囲では，およそ運動エネルギーの二乗に逆比例する。
●また，β 粒子はエネルギーが高くなると，原子核のクーロン場から力をうけて減速し，その加速度の二乗に比例する光子を放出する。※2
　　　いわゆる制動放射であるが，β 粒子の加速度は核電荷量，従って原子番号Zに比例するから，結局
　　　原子番号zの二乗に比例する割合で，制動放射が行われる。
　　　　　
●次に，β 粒子の場合はα 粒子等の重粒子に比較すると質量はかなり小さいので，散乱の確率の大きいことが，一つの特徴となる。
　散乱角Qの二乗平均値は，β 粒子の運動童をp，速度をu，物質の厚さをt，その原子の原子番号をZとすると
　　　　　
で示され
　β 粒子の運動量が小さい程，また物質の厚さ並びに，それの原子番号が大きい程，散乱の程度も大きくなる。

　そして，Qが90°を越す場合，つまり後方散乱もβ 線の特徴であり，放射線計測の興味ある題材となり得る。

　ただし β = u/C，nは1�p³中の原子数，I は原子のイオン化エネルギー，Z は原子番号，E は電子の運動エネルギー
※2　加速度a をうけたβ 粒子は2e² a² /3C² の割合で光子を放出する。