Ⅰ.放射線物理学

Ⅰ.放射線物理学

1.基礎物理 ― 力学 / 相対論的力学 ―

1.基礎物理A. 力学(2015 04 2014 02 04)a. 運動方程式  b. 力学的エネルギーと保存則  c. 角運動量  d. 解析力学  e. 特殊相対性理論○SI接頭辞ペタP(1015)~テラT(1012)~ギガG(109)~メガM(106)~キロk(103)~ヘクトh(102)~デカda(101)~デシd(10-1)~センチc(10-2)~ミリm(10-3)~マイクロµ(10-6)~ナノn(10-9)~ピコp(10-12)~フェムトf(10-15)○国際(SI)単位系 (2016 記述)・長さ:m :1 /299 792 458 秒に光が真空中を伝わる行程の長さ・質量:kg :国際キログラム原器(Pt90 %,Ir10 % からなる合金で直径・高さともに39mmの円柱)の質量・時間:s :133Cs原子の放射の周期の 9 192 631 770 倍の継続時間・電流:A :長さ 1 メートルにつき 2 × 10−7 ニュートンの力を及ぼし合う一定の電流・熱力学温度:K :水の三重点の熱力学温度の 1/273.16・物質量:mol :0.012 kgの炭素12の中に存在す...
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1.基礎物理 ― 電磁気学/ 量子力学 ―

1.基礎物理B. 電磁気学a. 電場○同心球状電荷分布による電場 (2015 03) 外部電位E =(Q1+Q2)/(4πε0c) 内部電位E =(1/a-1/b+1/c×Q1/4πε0c+Q2/4πε0cb. 磁場○力の向き・右ネジの法則 (2016 01) 直線電流がつくる磁場は下向きで時計回りc. 電磁誘導  d. マクスウェル方程式  e. 電磁場のエネルギー  f. 導体に伴う静電場  g. 回路C. 熱力学・統計力学a. 温度と状態方程式  b. 熱力学的諸過程  c. 平衡条件と巨視的状態量  d. 量子統計力学D. 量子力学○量子力学的運動量・運動量演算子Px$$Px=-iħ\frac { \partial }{ \partial x } $$ ħ:ディラック定数、ħ =h/2π  ∂:偏微分   i:虚数・演算子の交換関係 (2016 02) {A 、B } = A B -A B  = 0 :可換    {A 、B } = A B -A B  ≠ 0 :非可換 演算子が可換ならば,同時にこれらの確定値(固有値)をとる状態(固有関数)が存在する不確定性関係:位置と運動量...
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2.原子、原子核 ― 原子核 ―

2.原子、原子核B. 原子核a. 原子核の構造と模型(2016 07、2016 05)・原子核の半径R = 1.3×10-15×A1/3 [m]  A:質量数・原子の半径:10-10[m]b. 大きさと密度の飽和性c. 質量と結合エネルギー d. 核力、質量欠損 (2012 10)・核力(強い相互作用)によって生じる  → 距離が離れると効果がない・質量60(Feくらい)近くで最大となる   → Feの結合エネルギー:8.8MeV・核子当たりの平均結合エネルギーは1~9MeV・陽子-陽子間にはクーロン力も働く・α粒子は極大値を取り、約7MeVe. 安定同位体、放射性同位体 (2015 05)安定同位体:260(15%)   放射性同位体:1500(85%)f. 放射性同位体の壊変形式 ○α壊変 (2017 06、2012 02)(A,Z) → (A-4,Z-2) + α  ・親核種からα粒子が飛び出す・壊変条件:Q>0 Q値={M親-(m娘+mα)}×C2    M親:親核種の質量  m娘:娘核種の質量  C:光速・α粒子のエネルギーEα=m娘 / (m娘+mα)×Q → α線は一定の...
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2.原子、原子核 ― 原子 ―

2. 原子、原子核A. 原子a. 原子の構造と模型○量子数 (2016 06、2015 04)主量子数(n)方位量子数(n) 磁気量子数スピン配置可能電子数1(K殻)00(s)×222(L殻)00、10(s)1(p)=-1、0、1 ×283(M殻)00、10、1、20(s)1(p)=-1、0、12(d)=-2、-1、0、1、2×218b. 軌道電子の結合エネルギーc. 電離、励起 (2012 10) W値:1イオン対を生成するのに必要なエネルギー    電離エネルギーの約2倍で、放射線の種類に依らない値    原子番号が大きい → W値が小さい    空気のW値=34eV       水素のイオン化エネルギー=13.6eVd. 平均励起ポテンシャル f. 特性X 線 、オージェ電子○特性X線の発生(2013 22) 励起状態の原子が基底状態に戻るために放出する光子・K特性X線:K殻に生じた空位により生じた特性X線         Kα,Kβなどがある K特性X線のエネルギー=K殻結合エネルギー-L殻結合エネルギー 放出確率:Kα>Kβ  エネルギー:Kα<Kβ・特性X線のエネルギー K...
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2.原子、原子核 ― 核反応 / 核磁気、スピン / 放射性壊変 ―

2.原子、原子核C. 核反応a. 実験室系と重心系・実験室系 実験室に対して静止した座標系・重心系 重心に対して静止した座標系(重心と一緒に動くような座標系) → 弾性散乱における実験室系と重心系b. 散乱、捕獲c. 核反応とQ 値 (2016 08、2015 06、2012 03)○核反応式:A(x,y)B A:標的原子核 x:入射粒子  y:放出粒子  B:反跳原子核○Q値 核反応前後の質量欠損をエネルギーに換算した値 Q = (MA+Mx)×C2 -(MB+My)×C2  Q値>0ならば発熱反応で、閾エネルギーはない Q値<0ならば吸熱反応で、閾エネルギーはある 閾値Emin= -Q ×(MA+Mx)÷MAd. 発熱反応、吸熱反応   e. しきいエネルギー   f. 核破砕D. 核磁気、スピン○ボソン(ボース統計に従う粒子:ボース粒子)・ゲージ粒子 素粒子間の相互作用(力)を伝え運ぶ粒子 スピンはすべて1となる― 光子(フォトン)  - 電磁相互作用を媒介する   ガンマ線の正体であるためγで表されることが多い― ウィークボソン  - 弱い相互作用を媒介する   質量を持つ― ...
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3.電離放射線 ― 電子線と物質との相互作用 ―

C. 電子線と物質との相互作用a. 衝突、散乱b. 制動放射○制動X線の発生(2014 24、2013 22、2012 21)・単位時間の発生強度I$$I=K×I×Z×{ V }^{ 2 }$$・制動放射線の発生効率η$$η=K×Z×V[%]$$*診断領域ではηは1%未満である。 K:定数(1.1×10-9) I:管電流 Z:ターゲットの原子番号 V:管電圧○制動X線の強度分布(角度)(2017 12、2014 07)・ゾンマーフェルトの理論式I(θ)$$I(θ)=A-\frac { { sin }^{ 2 }θ }{ { (1-βcosθ) }^{ 6 } } $$ θ:ターゲットへ入射した電子の進行方向を0°とした角度・入射電子のエネルギーが増加した場合(10MeV以上) βが1に近づく → θ=0°(前方)の強度が増加・入射電子のエネルギーが減少した場合(30~150keV程度) βが0に近づく → θ=90°(側方)の強度が増加○管電圧と制動放射線の最大エネルギーの関係・デュエンハントの法則 (2013 22) 加速電子のエネルギーE=e×V V:X線管電圧[kV]また、eV ...
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3.電離放射線 ― 電磁波と物質との相互作用 ―

電磁波と物質との相互作用A. 種類a. 直接電離放射線(荷電粒子)、間接電離放射線(光子、中性子)b. (電離性)電磁放射線、粒子放射線B. 電磁波と物質との相互作用a. 古典散乱〈トムソン散乱、レイリー散乱、コヒーレント散乱〉(2016 記述)・トムソン散乱(非干渉性散乱) 自由電子との相互作用 光子のエネルギーは変化せず、進行方向が変化する・レイリー散乱(干渉性散乱) 軌道電子との相互作用 光子のエネルギーは変化せず、進行方向が変化するb. 光電効果 (2012 05)・光子のエネルギーEe = Er - Eb    Er:光子のエネルギー    Eb:軌道電子のエネルギー・光電子エネルギー K殻光電子 < L殻光電子・吸収端 エネルギー:L吸収端 < K吸収端・反応断面積τ ∝ Z5×Er-3.5 Z:ターゲットの原子番号・光子の粒子性を示す反応・光電ピーク(全エネルギーピーク) :放出されたγ線がすべてのエネルギーを電子に与えて検出器に検出されるピーク・入射光子のエネルギーがK殻電子電離エネルギーよりも大きい場合、 光電子の80%がK殻光電子となるc. コンプトン効果 (201...
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3.電離放射線 ― その他 ― /4.放射線源

D. 重荷電粒子線と物質との相互作用a. ブラッグピーク (2015 09) エネルギーが大きいとピークの幅は大きくなる b. 大角ク−ロン散乱、多重ク−ロン散乱○多重クーロン散乱  (2012 07) 物質を通過する荷電粒子は物質中の原子核のクーロン場によって多数回の散乱を受ける モリエール理論で説明されるc. フラグメンテーション  d. 核反応e. 飛程 (2017 15、2014 08、2012 08) $$飛程R∝\frac { 1 }{ m } ×(\frac { E }{ Z } )^{ 2 }∝\frac { m }{ z^{ 2 } } ×{ v }^{ 4 } $$  E:荷電粒子のエネルギー v:荷電粒子の速度  z:荷電粒子の原子番号  m:荷電粒子の原子番号*α粒子の飛程R ≒ 0.3E3/2 (空中での場合)・最大飛程 > 外挿(実用)飛程 > 平均飛程・質量が大きいため、進行方向は変わらない。停止付近で阻止能が大きくなる・陽子の飛程(2015 41、2012 46) 水中で200MeVで25.96cm f. 阻止能  (2016 13)・衝突阻止能Scol...
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