放射線とは？定義と種類ガイド：電磁波・粒子線・音波・地震波の特徴

放射線の定義から電磁波・粒子線・音波・地震波まで、種類と特徴を図解でわかりやすく解説。基礎知識と応用例も紹介。

著者: Leandro Alegsa

物理学では、放射線は波または粒子の形で空間または物質媒体を介してエネルギーを放出または伝達すること

この定義は非常に広義で、日常的に使われる「放射線（radiation）」には多様な種類が含まれます。以下は主な分類とそれぞれの特徴です。

主な種類と特徴

  1. 電波、可視光、X線などの電磁波

    電磁波は電場と磁場が伝わる波で、波長や周波数により性質が大きく変わります。低周波の電波やマイクロ波、可視光は一般に非電離放射線ですが、紫外線（特に真空紫外線）、X線、ガンマ線は高エネルギーで物質を電離させるため電離放射線に分類されます。用途は通信（電波）、照明・観察（可視光）、医療画像（X線・CT）、がん治療（高線量のX線やガンマ線）など多岐に渡ります。

  2. α線、β線、中性子線などの粒子線

    粒子線は実体を持つ粒子が飛び出す放射線です。α線はヘリウム原子核（高い電離能力だが飛程は短い）、β線は電子または陽電子（中程度の飛程）、中性子線は荷電を持たないため物質中で深く入り込みやすく核反応を誘発します。粒子線は原子核の崩壊や加速器で生成され、放射性同位体の取り扱いや原子炉、加速器実験、粒子線治療などで重要です。

  3. おんきょうほうしゃ

    音響放射（音波）は空気・水・固体中を伝播する機械的な波です。一般的に「放射線」と言う場合の電磁放射や粒子放射とは区別されますが、エネルギーを媒体へ放出・伝達するという点では同じ概念に含めることができます。超音波は医療診断（超音波検査）や非破壊検査、ソナーなどに利用されます。

  4. 地震波

    地震波は地球内部を伝わる弾性波で、P波（縦波）やS波（横波）、表面波などがあり、地震の発生源や内部構造を調べるための重要な情報源です。こちらも機械的な波の一種として「放射されるエネルギー」が伝わります。

電離放射線と非電離放射線の違い

放射線の重要な区別は「電離できるかどうか」です。電離放射線（高エネルギーのX線・ガンマ線、α・β・中性子線など）は物質中の原子や分子から電子をはじき出し化学結合を切断するため、生体組織に対してDNA損傷などの影響を与える可能性があります。一方、非電離放射線（可視光、赤外線、低周波電磁波、音波など）は通常、電離作用を引き起こさず、主に温熱効果や機械的影響を通じて作用します。

単位と測定

  • ベクレル（Bq）：放射性崩壊の「発生率」（1秒あたりの崩壊数）を表します。
  • グレイ（Gy）：物質が吸収した放射線エネルギーの量（吸収線量）を表します（1 Gy = 1 J/kg）。
  • シーベルト（Sv）：生体への影響を考慮した線量の単位。放射線の種類や被曝部位の感受性を補正して評価します。

測定にはガイガー・ミュラー計数管、シンチレーション検出器、半導体検出器、線量計（個人被ばく計）などが用いられ、音波や地震波はマイクロフォン、超音波探触子、地震計（地震儀）で記録します。

人体への影響と防護

電離放射線は高線量では組織破壊や急性放射線障害を引き起こし、低線量の長期被曝はがんなどのリスクを増加させると考えられています。防護の基本原則は以下の3つです：

  • 時間を短くする（被曝時間の短縮）
  • 距離を取る（放射源から離れる）
  • 遮蔽する（適切な材料で遮る）

遮蔽材料は放射線の種類により異なります。α線は紙や肌で止まり、β線はプラスチックや薄い金属、γ線・X線は鉛や厚いコンクリートなどの高密度材料が有効です。中性子線は水やポリエチレンなどの水素を多く含む物質で減速させ、その後ホウ素などで捕捉する手法が一般的です。

国際的な放射線防護基準では、一般公衆の追加被曝限度は年約1 mSv、職業被曝は年平均20 mSv（5年平均）などが目安として用いられています（詳細は各国の規制・指針に従うこと）。

検出・監視と応用例

検出器や測定技術により放射線はモニタリングされ、以下のような分野で広く応用されています。

  • 医療：X線撮影、CT、核医学、放射線治療、超音波診断
  • 産業：非破壊検査（X線、ガンマ線）、厚さ・密度計測
  • 科学研究：加速器実験、放射性トレーサー、材料解析
  • 環境・安全：放射線モニタリング、空港のベルトコンベア検査、地震観測や地殻調査
  • 通信・センシング：電波・マイクロ波を用いた通信、レーダー、ソナー・水中音響探査

まとめ

「放射線」はエネルギーが媒体を通じて放出・伝達される広い概念であり、電磁波、粒子線、音波、地震波など多様な形式があります。特に電離放射線は生体に対する影響があるため、正しい測定・評価と防護が重要です。同時に、医療や産業、科学で欠かせない有用なツールでもあります。用途やリスクに応じた理解と適切な対策が求められます。

電磁波

光をはじめとする電磁波（EMR）については、すでに多くの人が知っている。電磁波の種類を波長と周波数で表したものが電磁波スペクトルです。いくつかの種類を紹介します。

  • 電離放射線は放射性物質やX線装置から、非電離放射線はその他の放射線源から発生します。電離放射線は10eV（電子ボルト）以上のエネルギーを持っており、原子や分子を電離させ、化学結合を切断するのに十分なエネルギーです。これは、生物に有害であることが重要です。非電離放射線は、微細な損傷を与えることはありませんが、物体を高温にしたり、種類によっては化学変化を起こしたりすることがあります。
    • X線とガンマ線。体内を撮影したり、がんを治療するために医療でよく使われる非常に強い光線です。しかし、大量に浴びると生命に危険を及ぼす。
    • 紫外光。可視光線よりもエネルギーが強い放射線の一種。人に日焼けをさせる。紫外線は細菌を殺すのに使われる。
  • 可視光線。私たちが「光」と呼んでいる、身の回りにある光。化学変化を起こすことができる。
  • 赤外線のこと。常温の物体は赤外線を放射している。人間には見えないが、特殊なカメラでこの放射線を拾うことができる。
  • 電波のこと。電磁波の中で最も波長の長いもの。電波は通信の送受信に利用されている。
    • マイクロ波。電子レンジで食品を温めるときに使う電波の一種。また、通信や兵器、電力を移動させるのにも使われている。
    • レーダー波。上空を飛ぶ飛行機や海上の船舶を探知するために使われる電波の一種。また、天気の変化を見るのにも使われる。

放射能による危険

電離放射線とは、原子や分子から電子を遊離させるのに十分なエネルギーを持つ放射線を指します。

人体に有害なのは、ある種の放射線だけです。例えば、紫外線は人に日焼けをさせることができます。X線やガンマ線は、浴びる量によって病気になったり、死んだりすることがあります。粒子線の中にも、病気になったり火傷をしたりするものがあります。しかし、放射線が十分なエネルギーを持っていない場合は、放射線が当たってもこれらの変化は起こりません。これは非電離放射線と呼ばれるもので、それほど危険ではありません。

放射線の種類は、発生源、波長（電磁波の場合）、エネルギー量、粒子などを調べることで区別できます。放射性物質とは、放射線を放出する物質のことです。ウランとプルトニウムは放射性物質の一例です。これらの原子はバラバラになる傾向があり、ガンマ線や多くの粒子線など、さまざまな種類の放射線を放出します。

電離放射線の種類別

電離放射線は生物を殺すことができる。H.J.ミュラーが示したように、遺伝子変異を引き起こす可能性があります。体内で分裂する細胞を破壊し、間接的に人を殺すことができる。

非電離放射線の種類別内訳

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質問と回答

Q:物理学でいうところの放射線とは何ですか?


A: 物理学における放射線とは、空間や物質的な媒体を介して波や粒子の形でエネルギーが放出されたり伝達されたりすることを指します。

Q: 電磁波の例にはどのようなものがありますか?


A: 電磁波の例としては、電波、可視光線、X線などがあります。

Q: 粒子線とは何ですか?


A: 粒子線とは、α（アルファ）粒子、β（ベータ）粒子、中性子線などの粒子の放出や伝達を伴う放射線の一形態です。

Q: 音響放射とは何ですか?


A: 音響放射とは、超音波や音波地震波などの音波の放射または伝達を伴う放射の一種です。

Q: 放射線とは何を指すのですか?


A: 放射線は、放射されるエネルギー、波、粒子を指すことがあります。

Q: 放射線は粒子を含んでいますか?


A:いいえ、放射線は太陽から地球に伝わるため、粒子は含まれません。

Q: どのような物体が放射線を出すのですか?


A: 太陽や放射性物質など、さまざまなものが放射線を出します。


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