放射線材料工学特論
堀 史説
! イントロダクション "
! 物質と放射線 "
" #" 放射線、物質科学の基本 "
! 放射線の発生 "
! 放射線照射の物質科学への利用 "
光、音波、放射線（ガンマ線、X線、電子線、中性子、陽電子、イオンビーム）などの各種エネルギー照 射は、材料の分析や材料の高機能化に多く用いられるようになってきています。本講義では、各種エネ ルギー（特に放射線）の性質、発生技術から、分析方法、材料研究への応用例にわたって、説明します。�
物質科学と放射線 !
身の回りの放射線
• 自然放射線： "
– 様々な物質から放射線は出ている "
• 鉱物（約 $%&'() ） "
– 宇宙から降り注ぐ放射線（数 '() ） "
– 大気中の成分元素（ラドンなど約 *'() ） "
– 文明的な生活から発生するもの "
• 携帯電話など電気機器（電気の流れにより発生） "
物質と放射線の関わり
• 放射線は物質から放出される物が多くある "
• 物質に放射線が当たる事で放射線に変化が "
• 物質の起源は量子、放射線（物質波）である "
我々は、放射線を活用して文明を築いてきた。その利
用方法とは：
物質と放射線の関わり
• 放射線は物質から放出される物が多くある "
• 物質に放射線が当たる事で放射線に変化が "
• 物質の起源は量子、放射線（物質波）である "
我々は、放射線を活用して文明を築いてきた。その利用方法や 放射線と文明の関係とは： "
発電：物質の核反応エネルギー、放射線遮蔽、脆化 "
評価：放射光、 + 線、各種分析法 "
物質創成：半導体、ゴム製品、新物質 "
医療：レントゲン、滅菌 "
物質科学（材料科学）の研究において
! 新しい物質を見つける（創る）事 "
! それらの原理、現象を理論的に示す事 "
! どのように創るか "
! どうやって調べるのか この２点セットの作業が科学である
ツールが必要
それぞれの専門性に分かれる 量子線照射
何かの役に立つように "
開発応用する
エンジニアリング
高校までに学ぶ物理は、基本的に平衡を扱う
非平衡状態は、基本的に解くのは難しい "
, 何が起こるか予想しにくい
熱力学の法則（自然界のルール）
材料科学の最先端
平衡状態（反応）の組合わせだけでない #"#"#"#"#"#"#"#"#"#"#"#"" 特異な反応や状態
エントロピー変化に逆らっ た状態や変化を起すため のエネルギー制御、付与
平衡状態： "断熱系では、 !"#$#!%&'#(#$# または !)#*#+!,#$#'!"#-#$"
.#/#)#$#'"# ：ヘルムホルツの自由エネルギー
0#/#.#*#+,#/#1#$#'"# ：ギブズの自由エネルギー
統計的にマクロな系を扱うため
しかし、物質に照射によって局所的にエネルギーが付与されることで、 "
一時的に、あるいは浅いエネルギー障壁により阻害されると見かけ上
安定に存在する場合がある。（準安定状態： '-./0./12-"0./.- ）
エネルギーと照射
• エネルギーには様々な形態がある "###" 各エネルギーは互いに変換 "
熱、光、力学 3 運動、位置 4 、化学、電気、核 "
（音、質量） "
光エネルギー、音エネルギー "
運動エネルギー、質量（量子）エネルギー
これらのうち、物にエネルギーを直接当てて変換される事を 照射と定義する
キュリー夫妻 !
自然にこわれていく原子 "
（ラジウム、ポロニウム）を発見 5 １８９８年） "
ノーベル物理学賞、化学賞受賞
ピエール・キュリー
マリー・キュリー
放射線の発見
重すぎる原子 "
エネルギーを持った粒子や光を出してこわれていく
アルファ粒子 （陽子 ２個と中性子２個）を 出してこわれる
電子を出してこわれる 光を出してこわれる
自然界の放射性物質
宇宙線の発見
6-00 （オーストラリア）１９１１年
一次宇宙線 7*$8-9 ~ *$
:*-9"
原子核
中性子 "
陽子 "
中間子
二次宇宙線
ガンマ線 "
電子、陽電子 "
; 粒子 "
ニュートリノ
陽子（ <$=>
? 線 "
重粒子 "
電子 "
気球に電離箱をのせ、地上からの 高さに対する放射線の強度を
&@&$' の高さまで測定した。それ
により地上 A$$' 付近から電離放
射線の量が増加し、 B$$$' では地
上の６倍、 &$$$' では９倍にまで増
加することから、放射性ガスではな
く、宇宙から降り注ぐ放射線の存
在を示し、大気により減衰すること
を見いだした。
自然界からの放射線
C%< 医療（ DE ）
*%$ 医療以外の公衆線量限度（法律）
$%C 医療（胃レントゲン）
$%$& 医療（胸部レントゲン） "
$%B
世界平均
