ベクレル (英語 :becquerel、記号: Bq [1] )とは、放射能の強さを表す単位であり、それは1秒間に崩壊する原子核の数で表される[2] 。
概要 ベクレル becquerel, 記号 ...
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たとえば、ある放射性物質について8秒間に原子が370個だけ崩壊するのであれば、その放射性物質の放射能は46.25 Bq[注釈 1] である。
概要 分量, 倍量 ...
ベクレル (Bq) の倍量・分量単位
分量
倍量
値
記号
名称
値
記号
名称
10−1 Bq
dBq
デシベクレル
101 Bq
daBq
デカベクレル
10−2 Bq
cBq
センチベクレル
102 Bq
hBq
ヘクトベクレル
10−3 Bq
mBq
ミリベクレル
103 Bq
kBq
キロベクレル
10−6 Bq
µBq
マイクロベクレル
106 Bq
MBq
メガベクレル
10−9 Bq
nBq
ナノベクレル
109 Bq
GBq
ギガベクレル
10−12 Bq
pBq
ピコベクレル
1012 Bq
TBq
テラベクレル
10−15 Bq
fBq
フェムトベクレル
1015 Bq
PBq
ペタベクレル
10−18 Bq
aBq
アトベクレル
1018 Bq
EBq
エクサベクレル
10−21 Bq
zBq
ゼプトベクレル
1021 Bq
ZBq
ゼタベクレル
10−24 Bq
yBq
ヨクトベクレル
1024 Bq
YBq
ヨタベクレル
10−27 Bq
rBq
ロントベクレル
1027 Bq
RBq
ロナベクレル
10−30 Bq
qBq
クエクトベクレル
1030 Bq
QBq
クエタベクレル
よく使われる単位を太字で示す
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ベクレル という名称は、ウラン の放射能 を発見しノーベル物理学賞 を受賞したフランスの物理学者アンリ・ベクレル に因む[3] 。かつては壊変毎秒 (かいへんまいびょう、dps; decays per second / disintegrations per second)と言った[注釈 2] が1975年の国際度量衡総会 にて、この名称になった[4] 。
ベクレルは、SI基本単位 により s− 1 で組み立てられるSI組立単位 である[注釈 3] 。
放射能事故等が発生するとベクレルは数値の桁が大きくなることが多いため、
kBq(キロベクレル, 103 Bq)
MBq(メガベクレル, 106 Bq)
GBq (ギガベクレル, 109 Bq)
TBq(テラベクレル, 1012 Bq)
などのSI接頭語 を使用することが多い[注釈 4] 。実験室レベルだとmBq(ミリベクレル、10−3 Bq)などの小さい単位も用いられる。
放射性物質1 Lあたりの放射能は Bq/L、放射性物質1 kgのあたりの放射能は Bq/kg で表される。
旧単位:キュリー(Ci)
かつては、1 gのラジウム の放射能を表すキュリー (記号:Ci)という単位が用いられていた[注釈 5] 。
1 Ci = 3.7× 1010 Bq = 37 GBq
1 Bq = 2.7× 10−11 Ci =27 pCi
この図はアルファ線 、ベータ線 、ガンマ線 、中性子線 と物質との相互作用 を簡単に表したものである。アルファ線やベータ線は電荷を持っており電離作用が強い。アルファ線は電離作用は非常に強いが飛距離は小さく、短い距離で多くの分子を電離し破壊する。ベータ線は軽いため弾き飛ばされやすく、空気中など密度の低い物質内ではジグザグに動き、水中など密度の高い物質内ではアルファ線同様ほとんど飛ばずに近くの分子を電離する。電離させた電子も電離作用をもっていて、これをデルタ線と呼ぶ。ガンマ線はエネルギーによってエネルギーが低い順に光電効果 ・コンプトン効果 ・対生成 ・光核反応 を引き起こす。
放射線は物質と相互作用 することでエネルギーが失われ速さが遅くなっていき、やがては停止する。この図はアルファ線、ベータ線、ガンマ線を遮蔽するには何が必要かをあらわしている。アルファ線は紙一枚で停止させられるが、ガンマ線は大量の水でも全て止めることができない[注釈 6] [注釈 7] 。一番下が中性子線であり、とくに水素の原子核である陽子のような軽い原子核と衝突することによって停止する。その過程で原子核を弾き飛ばしたり(これが電離作用をもつ)、ガンマ線を放出したりする。中性子自体も10分の半減期で陽子へと壊変 する。人体の大半は水や有機化合物といった水素原子や軽元素を大量に含むため、中性子線の影響を受けやすいといえるのである。
一般に電離作用をもたらす放射線[注釈 8] は人間にとって有害である。人体への放射線の影響を考えるときのもっとも重要な量は、放射線と人体との相互作用[注釈 9] によって人体が吸収したエネルギーの量、吸収線量 (単位:グレイ Gy)[注釈 10] である。
また、確率的影響 の発生を制限することを目的とした放射線防護の領域においては、放射線の種類やエネルギー量の違いによる放射線の生物影響の違いを平準化し、さらに生体影響の違いについて平準化し和をとった実効線量 (単位:シーベルト Sv)が用いられる。
ベクレルなどの放射能の単位は、放射性物質から出ている放射線量を表す物理量であり、出てきた後の放射線が物質や生体に作用する程度はベクレルのみでは説明できない。
同ベクレルの放射能 が存在しても、その人体への影響は線源 の形状・遮蔽の評価、吸収線量や放射線の種類やそのエネルギーなどの条件によって異なる。
放射性物質が異なれば、放射能 が同量であっても、放出する放射線 の種類やエネルギーは異なる。そのため放射性物質の物理的状態、測定位置と放射線源の距離、遮蔽や減衰によって影響が変わってくる。
ベクレルからシーベルトへの換算は不可能ではなく[注釈 11] 、さまざまな条件がわからない限り単純計算では難しいというわけである。
実験的に放射能を測定する場合、対象の物質や性質がわかっているならば、放射能が時間変化で急激変化しない場合はカウント数と放射能の強さをあらかじめ測定しておいて、相対的な差で放射能を測定するなどの手法が用いられる。
ただし、半減期 が経過すれば、原子数は半分になる。放射能は原子数に比例するため半減期が経過すれば放射能も半減してしまう[注釈 12] 。そのため、
半減期が極めて短い原子核・素粒子であれば、相当高感度・高性能の測定器が必要となる。逆に半減期が極めて長い場合や放射能が極めて低い場合もめったに放出しない放射線を確実に検出せねばならないため、これも高い技術力が要求される[注釈 13] [注釈 14]
ここでは具体例として、1 gのラジウム226 に何個のラジウム226原子核が含まれていて、それが何ベクレルの放射能を持っているのか大まかに実際に計算する。
原子の個数 N の算定
純粋な226 Ra 1 g を構成する原子の個数 N を求める。
226 Raは約226 g/molであるから、純粋な226 Ra 1 gは1/226 molであり、N A (= 6.022140 76 × 1023 mol− 1 )を掛けると
N ≈ 2.66× 1021
となる。
放射能 A の算定
ラジウム226が N 個あるときの放射能を A とする。 A = λ N が成り立つから、一般に崩壊定数 λ である物質の半減期を t H とすれば、
λ = ln(2)/t H
226 Raの半減期は1600(7)年(≈ 5.05× 1010 s )[6] であるから
λ = ln(2)/t H ≈ 1.37× 10−11 s−1
と λ が算出される。よって放射能 A は、
A = λ N ≈ 3.64× 1010 Bq
と求めることができる。
現代におけるラジウム 1 g の放射能の正確な値は 3.61× 1010 Bq といわれる。
放射性物質は崩壊によって時間と共に減少していくので、経過時間を考慮して計算する必要がある。また、時刻t > 0における放射能は崩壊後の核種が放射性である場合、その核種と親核種との放射能の総和は放射能の分増えるので、λ N (t )より大きくなる。
Unicode には、ベクレルを表す上記の文字が収録されている。これはCJK互換用文字 であり、既存の文字コードに対する後方互換性のために収録されているものであるので、使用は推奨されない[8] [9] 。
注釈
370 ÷ 8 s = 46.25 s−1 = 46.25 Bq
一分間あたりに放射性崩壊(壊変)する原子の個数は壊変毎分 (decays per minute/ disintegrations per minute : dpm)と呼ばれる。1 Bq = 60 壊変毎分、1 壊変毎分 = 1/60 Bq = 約 0.0167 Bq となる。
時間 の逆数の次元 (T− 1 )を持つが、放射能の計量以外には使用できない。同じ T− 1 の次元を持つ単位にはヘルツ (Hz)や毎秒 (s− 1 )がある。単位としてのベクレルをフルスペルで英字表記する場合は常に小文字で「becquerel」と書かねばならず、単位記号では「Bq」と頭文字だけを大文字にすると国際単位系 のルールで規定されている。 ただし、その当初のキュリー Ci の定義においても 1 g のラジウムの放射能 Bq は変更する可能性のある旨が記載されていたと言われる。実際、現在のラジウム 1 g の放射能の正確な値は 3.61× 1010 Bq である。( Murray 1955 , p. 23) 特に人体の影響を計算する時も人体の大半が水であると計算することからもわかるように、ガンマ線は人体も貫通する。
放射性物質はその定義から放射能 をもつため放射性崩壊 をする。放射性崩壊をした原子核は放射線 (ガンマ線、ベータ線、アルファ線など)を放出する。 このような表現であるのは、放射線が物体に対してエネルギーを与える現象は一つではないからである。右図参照。
物質の種類に関係なく放射線の照射によって単位質量あたりに吸収されるエネルギー量 J/kg を吸収線量(absorbed dose) と呼び、単位としてJ/kgの代わりにグレイ(Gray) (単位記号:Gy) が用いられる。 たとえば、内部被曝の算定などではベクレルから線量を換算することもある。
例えば1万ベクレルの(出入りのない)放射性物質があり、半減期が経過すれば5000ベクレルに減衰するというわけである。1ベクレルの場合半減期が経過すれば0.5ベクレルと減衰していく。指数関数的減衰 のためゼロにはならないが、原子数は有限であり原子数が少なくなればポアソン過程 で表現されるうえ、最終的にはゼロまたは化学分析や放射線測定が困難なレベルにまで減衰する。太陽系創世時の半減期の短い(とはいえ短いというのは、地球の年齢46億年に対してだが)、核種の放射能はこのような運命を辿ったとされている。
出典
1992年(平成4年)11月30日通商産業省令第80号「計量単位規則」
国立天文台 編『理科年表』(平成25年版)、2012年。 p.476
さらに見る 量, 単位 ...
放射能に関する単位と量[ 編集 ]
量 単位 記号 定義 導入年 SI 単位
放射能 (A )
キュリー
Ci
3.7× 1010 s−1
1953年
3.7× 1010 Bq
ベクレル
Bq
s−1
1974年
SI単位
ラザフォード
Rd
106 s−1
1946年
MBq
照射線量 (X )
レントゲン
R
esu / 0.001293 g (空気)
1928年
2.58× 10−4 C/kg
フルエンス (Φ)
毎平方メートル
m−2
m−2
1962年
SI単位
吸収線量 (D )
エルグ
erg
erg⋅g−1
1950年
10−4 Gy
ラド
rad
100 erg· g−1
1953年
10−2 Gy
グレイ
Gy
J · kg−1
1974年
SI単位
等価線量 (H )
レム
rem
100 erg· g−1
1971年
10−2 Sv
シーベルト
Sv
J· kg−1 × W R
1977年
SI単位
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