五十鈴「重荷電粒子っていうのは、陽子とかα粒子みたいな電子よりも重い荷電粒子のことよ。重荷電粒子については制動放射によるエネルギー損失を無視できるのが電子との大きな違いね。制動放射の確率は粒子の質量の2乗に反比例するから…」
七海「質量が電子の1800倍ぐらいある陽子でも、無視できる？」
五十鈴「(ｺｸﾘ)」
五十鈴「だから重荷電粒子については放射阻止能は考えなくていいわ。衝突阻止能については『ベーテの式』っていう次のような式があるんだけど…」
z：重荷電粒子の原子番号
e：電気素量
v：重荷電粒子の速度
m：電子の質量
n：物質1 cm3中の原子数
ε0：真空の誘電率
Z：物質の原子番号
I：原子の平均励起エネルギー
五十鈴「こんなめんどくっっさい式覚えなくていいわよ！阻止能は z2 に比例、v2 に反比例するって覚えとけば試験問題は大概解けるわ！」
五十鈴「ついでに重荷電粒子の質量Mに比例、エネルギーEに反比例することも覚えておくといいわ。」
七海「そりゃあ、速度・エネルギーが低かったり重い粒子のほうが止まりやすいもんね。」
五十鈴「飛程Rについてはほぼその逆で、衝突阻止能の逆数を運動エネルギーについて積分すると飛程になるから、こんな感じになるわ。」
五十鈴「阻止能と飛程については毎年出題されてるから、何に比例で何に反比例っていうのは覚えておかないとダメよ。私も試験前ここだけは毎日10回ぐらい頭の中に書いてたわ。」
七海「分かった、ちゃんと覚えとくよ。」
五十鈴「重荷電粒子は止まる直前に一番電離が多くなるわ。速度が遅くなってからのほうが電離の機会が増えるからね。」
五十鈴「飛程を横軸に、電離の数を縦軸にとってグラフにすると、ある程度飛んだところで急激に電離が多く起こって、ピークができるわ。これが『ブラッグピーク』。これを応用したのが陽子や炭素イオンC12+を使った放射線治療よ。」
七海「へえー、そうだったんだ！もっと教えてよ！」
五十鈴「あと『W値』については覚えといたほうがいいわね。これは荷電粒子の電離作用によって、気体中で1対のイオンと電子をつくるのに必要な平均エネルギーよ。W値は放射線の種類・エネルギーにあまり依存しないわ。」
七海「『ある気体のW値はその気体のイオン化エネルギーの2倍程度』って本に書いてあるけど、何でなの？」
五十鈴「エネルギー E の荷電粒子が気体中で相互作用しながら飛んで行って、止まるまでの間に生成したイオン対の数が N だったとすると、W=E/N の式で1個のイオン対が生成する平均エネルギー、つまりW値が求められるわよね？」
五十鈴「で、相互作用は電離だけじゃなくて励起で終わることもあるから、エネルギーを使ってもイオン対が生まれないこともあるわけよ。それを含めて平均すると結局、1個のイオン対を作るのにはイオン化エネルギーの倍ぐらい必要になるみたいね。」
七海「あぁそっか、言われてみればそうだね…励起のことすっかり忘れてたよ…」
五十鈴「気体の原子番号が大きくなるほどイオン化エネルギーは小さくなるから、当然W値も小さくなるわ。W値に関する簡単な表を載せておくから参考にしてね。」
最終更新：2018年07月04日 01:44
