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２｜放射線とその利用
１ 放射線
19世紀の終わり，ドイツの科学者レントゲン❶は，クルックス管を用いて真空放電の実験をしているとき，クルックス管の周辺に目に見えない光のようなものが出ていることに気づいた。彼はこの光のようなものを【エックス線】と名づけ研究した。
その後，エックス線と同じように目に見えないアルファ線（α線），ベータ線（β線），ガンマ線（γ線）❷なども発見された。
これらを【放射線】といい，原子よりも小さな粒子の流れや光の一種である。物質によっては，放射線を出す能力があり，この能力を【放射能】という。また，放射線を出す物質を【放射性物質】❸という（図13）。
放射線・放射能・放射性物質の関係は，懐中電灯と光の関係に置きかえるとわかりやすくなります。
自然界には，ヒトの目に見える可視光線，見ることのできない赤外線や紫外線，放射線の一部（ガンマ線やエックス線）が存在し，これらは光のなかまといえる。これらの光を発生させて利用するようにつくられた，さまざまな機器がある。
図15 光のなかまとその利用❶ レントゲンは1895年にエックス線を報告し，その功績でノーベル賞を受賞した。
❷ アルファ線は，ヘリウム原子の中にある原子よりも小さい粒子からなる流れ，ベータ線は電子の流れ，ガンマ線は光の一種である。
❸ 自然界にある主な放射性物質には，ウラン，ラドン，一部のカリウムなどがある。
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２ 放射線の人体への影響
発展
表のウラン238 の「238」という数字は，ウランの原子核の陽子と中性子（ウラン原子の中にある原子よりも小さい粒子）を足した数が238 個という意味である。セシウム137 とセシウム134 は，原子核の陽子の数は同じだが，中性子の数がちがっている（これをたがいに同位体であるという）。
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３ 放射線の利用
放射線には，物質を通りぬける性質（図18）や，物質を変化させる性質がある。
この性質は，医療や工業などの分野で応用されている（図19）。たとえば，物質を通りぬける性質は，医療診断や物質の検査などに，大量の放射線が物質を変化させる性質は，プラスチックの改質や放射線治療などにも利用される。
放射線は，物質によって遮ることもできる。
図18 物質を通りぬける放射線の性質
(a)医療検査
CTスキャンで撮影した画像（左）と撮影機器（右）
(b)手荷物検査
かばん内部の物体がモニター上にうつる。
電子線を加速するための機器
電子線を物質に当て，物質を殺菌したり，性質を変えたりする。
がんのある場所に放射線を当て，治療するための機器
放射線は種類によって「物質を通りぬける性質」や「物質を変化させる性質」があり，これらの性質は，さまざまな機器で応用されている。このとき，安全に放射線を利用するために，十分に注意されている。
図19 放射線の利用
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SDGsを意識して脱炭素社会へ 日本の電源
私たちの生活に電気は欠かせません。その電気は主に大規模な発電所でつくっています。発電の方法にはいくつかあり，現在の日本の発電量では火力発電が7割以上をしめています。
火力発電では，化石燃料を燃焼させて大量の二酸化炭素を排出します。そのため，地球温暖化の問題を考えると大きな短所です。
また，資源の量に限りがある天然ガスなどに対して，使ってもなくならないエネルギー資源(水，太陽光，風，地熱などの再生可能エネルギー) が注目を集めていますが，それぞれの発電方法には長所と短所があります。
長所，短所，安全性などを考慮したバランスのよい電力供給をどのように実現するかが，私たちの重要な課題となっています。
グラフは，2009年の赤線を境に基づいている資料が異なる。2011年3月に発生した東北地方太平洋沖地震の影響による原子力発電所の長期停止により，2011年度以降は，火力発電の発電電力量が増加した。
図20 日本のエネルギー資源別発電電力量の移り変わり❶
発電方法：石炭，石油，天然ガスなどの燃焼による熱で，高温・高圧の水蒸気を発生させ，その力で発電機を回す。
長所：石炭，石油，天然ガスなどの地下資源を燃焼させるだけで，大量の熱を発生させて発電機を回すことに利用できる。
短所：地下資源の量には限りがあり，いつまでも利用し続けることはできない。しかも，これらを燃焼させると，地球温暖化の主な原因とされている二酸化炭素や，大気汚染の原因となる窒素酸化物や硫黄酸化物などのガスが生じる。
発電方法：原子炉の中でウラン（放射性物質）から発生する熱で高温・高圧の水蒸気を発生させ，その力で発電機を回す。
長所：石油などの燃焼よりもずっと少ない量で大量のエネルギーを出す。また，発電の過程で二酸化炭素や有害なガスが出ない。
短所：原子炉の中で放射線が発生しており，慎重で万全の管理が必要である。長期にわたって放射線を出す廃棄物が生じるなど，解決しなければならない問題がある。
発電方法：ダムにたくわえた水を管の中に流して，その力で発電機を回す。
長所：川の水をダムにためて使うので，ダムの上流に十分な雨が降る限り発電を続けることができ，有害な廃棄物が生じない。
短所：ダムの建設に適した地形のある場所には限りがあるため，今後も増やし続けることはできない。
発電方法：光が当たると電圧が発生する光電池を使って発電を行う。
長所：発電中に廃棄物や排出ガスが出ない。資源を輸入する必要がなく，ほぼ無尽蔵にある。
短所：まとまった発電には広大な土地が必要である。天気や昼夜によって発電量が左右され，これだけでは常に一定の電力が確保できないため，ほかのしくみの発電方法と組み合わせて使う必要がある。
図21 主な発電の種類
❶ 出典：経済産業省 資源エネルギー庁資料「エネルギー白書2022」
ニュース
- 放射線を「食事」で防ぐ：耐性菌を口から接種する実験の結果 2026年7月15日放射線は，多量に受けると細胞を傷つける，人体にとって有害な性質があります。その一方で，チェルノブイリ（チョルノービリ）原発事故跡地などには，非常に強い放射線下でも生存できる放射線耐性菌が存在しています。米ユニフォームド・サービス大学保健科学大学院により行われた研究では，この耐性菌を口から『食べる』ことで，他の生物も放射線耐性を獲得できるかというユニークな仮説が検証されました。 実験では，２種類の放射線耐性菌Ａ，Ｂを準備し，いくつかのショウジョウバエのグループに対し，どちらか一種をエサとして与えた後，強いガンマ線を照射して寿命の変化を観察しました。その結果，耐性菌Ａを摂取したグループのオスのハエにおいて，寿命が１〜1.5日延び，特に放射線に弱い腸の細胞の損傷が抑制されるという効果が確認されました。一方，対照実験としてもう一種の耐性菌Ｂを食べたグループのハエでは，軽減効果は見られませんでした。すなわち，被ばくによるダメージを軽減する効果は，ハエの性別や食べる菌の種類によって異なることが示されました。 この結果は，“放射線によるダメージは，特定の微生物を口から後天的に摂取することで軽減できる”という，被ばく対策の新たな可能性を示しています。将来的には，がんに対する放射線治療の副作用軽減や，大気圏外での宇宙開発，そして原子力災害対応といった分野で，腸を保護するサプリメントのような形での応用が期待されます。今後は，よりヒトに近いマウス等の動物での検証も予定されているとのことです。 もと記事リンク（外部サイトに繋がります。公開から時間がたつと繋がらない場合があります） 論文リンク
- 【フェルメールのキューピッド，化学と人文の融合でよみがえる】 2023年3月1日ドイツのドレスデン美術館が所蔵しているフェルメールの初期の傑作「窓辺で手紙を読む女」が修復され，背景の壁の部分に隠されていたキューピッドの画中画がよみがえりました。 1979年のエックス線調査などにより，絵の下にキューピッドが隠されていることはすでにわかっていました。今回，キューピッドを隠している部分の絵の具の層を少量採取し，顕微鏡などを用いて詳しく分析したところ，フェルメールが絵を仕上げ，数十年ほど展示された後に，別人が壁の部分を上塗りしたことが判明。本来の状態に戻すための修復が施されました。キューピッドがよみがえったこの絵は，ドレスデン美術館で展示され，その後2022年1月22日から東京都美術館で展示予定です。 もと記事リンク ドレスデン国立古典絵画館プレスリリース