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原子核物理学

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原子核物理学（nuclear physics）は、原子核の構造、核力、放射性崩壊、核反応などを研究する物理学の分野である。

原子核

原子核は陽子と中性子から構成される。陽子同士の電気的反発があるにもかかわらず、核力によって束縛状態が形成される。

不安定な原子核は、アルファ崩壊、ベータ崩壊、ガンマ崩壊などを通じてより安定な状態へ移ることがある。

重い原子核が分裂する核分裂と、軽い原子核が結合する核融合では、質量差に対応する大きなエネルギーが放出されうる。

原子核の質量は、ばらばらの陽子と中性子の質量の和より小さい。その差Δmに対応するΔmc²が結合エネルギーで、核を分解するために必要になる。核融合や核分裂でエネルギーが出るかは、前後の質量や核子あたりの結合エネルギーを比較して判断する。どんな核を合体・分割しても発熱するわけではない。

独立な原子核が単位時間あたり一定の確率で崩壊すると、残存数はN(t)=N₀e⁻λtとなる。半減期T₁/₂=ln2/λを使えば、3半減期後には初めの1/8が残る。個々の原子核がいつ崩壊するかは決まらず、多数の核の統計的な割合を述べている。

N(t)=N₀×2^−t/T　（Tは半減期）

放射能の単位Bqは1秒あたりの崩壊数、Gyは物質1 kgあたりに吸収されたエネルギー、Svは放射線や組織の影響を考慮した量である。Bqだけから人体への影響を決めることはできず、核種、放射線、距離、時間、取り込み経路などが関係する。アルファ・ベータ・ガンマは透過性や核変化の仕方が異なる。

半減期5年の核種が20年後に残る割合はいくらか。

解答と考え方を見る

4半減期なので(1/2)⁴=1/16=6.25%。初めの個数が十分多い場合の期待される割合である。

資料確認日：2026-10-12。