放射性崩壊とは｜定義・仕組み・発見の歴史（ベクレルとキュリー）

放射性崩壊の定義と仕組み、ベクレルとキュリーの発見史をわかりやすく解説—基礎知識から歴史的背景まで一目で理解。

著者: Leandro Alegsa

26-01-2026 15:02

放射性崩壊は一部の化学元素に起こる。ほとんどの化学元素は安定である。化学元素は原子でできています。安定な元素は、原子がそのままです。化学反応でも、原子そのものは決して変わりません。

19世紀、アンリ・ベクレルが、化学元素の中には原子が変化するものがあることを発見した。1898年、マリー・キュリー夫妻はこの現象を「放射性崩壊」と名付けた。ベクレルとキュリー夫妻はこの発見により、1903年にノーベル物理学賞を受賞した。

放射性崩壊の定義

放射性崩壊とは、不安定な原子核が自発的に別の状態（別の核種）へ変化するときに、粒子や電磁波を放出する現象です。核の構成（陽子と中性子の比）が不安定だと、原子核はより安定な状態に向かって変化し、その過程でエネルギーを外へ放出します。

仕組みと種類

α（アルファ）崩壊：原子核から2個の陽子と2個の中性子（ヘリウム核）が放出され、元の元素は原子番号が2減り、質量数が4減ります。重い放射性元素でよく見られます。
β（ベータ）崩壊：中性子が陽子に変わる（β−）か、陽子が中性子に変わる（β+）ことで、電子や陽電子とそれに伴う反ニュートリノ（あるいはニュートリノ）が放出され、元素の種類（原子番号）が変化します。
γ（ガンマ）放射：原子核が励起状態から基底状態へ遷移するときに高エネルギーの電磁波（γ線）を放出します。元素そのものの種類は変わりませんが、核のエネルギー状態が変化します。
他に電子捕獲や内部転換などの崩壊過程もあります。多くの核種は崩壊の連鎖（崩壊系列）を経て最終的に安定核に至ります。

半減期と放射性の強さ

放射性崩壊は確率的で、個々の原子がいつ崩壊するかは予測できませんが、多数の原子のまとまり（集団）については減少の法則が成り立ちます。崩壊は時間とともに指数関数的に減少し、半減期（T_1/2）は元の量の半分になるのに要する時間を表します。数学的には N(t)=N0 e^−λt（λは崩壊定数）で表され、T_1/2=ln2/λ です。

放射能（Activity）は単位時間あたりの崩壊数で表され、国際単位系ではベクレル（Bq、1 Bq = 1 回/秒）が使われます。かつてはキュリー（Ci）という単位も使われ、1 Ci = 3.7×10¹⁰ Bq に相当します。

検出方法と測定器

ガイガー・ミュラー計数管（GM計）：放射線の存在を簡便に検出し、カウント数を測定します。
シンチレーション検出器：放射線が物質に当たると発光する現象を利用し、エネルギーや種類を調べることができます。
半導体検出器（ゲルマニウム、シリコンなど）：高分解能でエネルギー分析が可能です。

利用分野

医療：放射性同位元素を使った診断（PET、SPECT）やがん治療（放射線療法）に広く用いられます。
年代測定：放射性炭素（14C）による考古学的年代測定など、半減期を利用した年代推定が可能です。
工業・研究：非破壊検査、トレーサー、発電（原子力発電）など。
農業・食品：害虫の個体数管理や食品の照射など、用途は多岐にわたります。

安全性とリスク

放射線はイオン化作用を持ち、生体の分子やDNAを損傷する可能性があります。被曝の影響は線量と線量率、被曝部位、被曝時間によって異なります。基本的な防護の原則は時間を短くする、距離を取る、遮蔽を行うことです。

α線：紙や皮膚で止まるが、体内に取り込まれると強い毒性を示すことがある。
β線：比較的透過性があり、プラスチックや薄い金属で遮蔽できる。
γ線：高い透過力があり、鉛やコンクリートなどの厚い遮蔽が必要。

発見の歴史（補足）

先に述べたとおり、アンリ・ベクレルが放射性を最初に観察したのは1896年で、ウラン化合物が写真乾板を感光させる現象を報告しました。続いてマリー・キュリー夫妻は詳細な調査を行い、ウラン鉱石の中に強い放射能を持つ未知の元素（後のポロニウム、ラジウム）を分離・同定しました。彼らはこの現象を「放射能（radioactivity）」と名づけ、放射性崩壊の概念発展に大きく寄与しました。その功績により、ベクレルとキュリー夫妻は1903年にノーベル物理学賞を受賞した。

注：放射性崩壊は基本的に自然現象ですが、人為的に不安定核種を作ることも可能で、原子炉や加速器で生成された同位体も多くの利用価値を持ちます。正しい知識と適切な管理があれば、放射線は強力な道具となりますが、同時に適切な安全対策が不可欠です。

放射性物質を表す記号として三つ葉マークが使われています。

例

ほとんどの炭素原子は、原子核に6個の陽子と6個の中性子を持っている。この炭素は炭素12s（陽子6個＋中性子6個＝12）と呼ばれる。その原子量は12である。炭素原子の中性子があと2個あれば、炭素14となる。炭素14は、6個の陽子と6個の電子が化学的性質を支配しているので、化学的には他の炭素と同じように作用する。実際、炭素14はすべての生き物の中に存在し、すべての植物と動物が炭素14を含んでいます。しかし、炭素14は放射性である。ベータ崩壊して、窒素14となります。炭素14は、自然界で私たちの周りにある少量のものでは、無害です。考古学では、このような炭素を利用して、木材やかつて生きていたものの年代を測定します。この方法は放射性炭素年代測定法(Radiocarbon dating)と呼ばれています。

異なる種類の崩壊

アーネスト・ラザフォードは、これらの粒子が物質を貫通するさまざまな方法があることを発見しました。彼は、アルファ崩壊とベータ崩壊と呼ばれる2つの異なる種類を発見した。1900年にポール・ビラードが3種類目の崩壊を発見した。ラザフォードは1903年にこれをガンマ崩壊と名付けた。

放射性炭素14から安定な窒素14への変化は、放射性崩壊です。これは原子がアルファ粒子を放出したときに起こります。アルファ粒子とは、電子または陽電子が原子核から離れるときのエネルギーパルスです。

その他の崩壊の種類は後に発見された。崩壊の種類によって生成される粒子の種類が異なるため、崩壊の種類は互いに異なっています。出発する放射性核種を親核、それが変化する核種を娘核と呼びます。放射性物質から発生する高エネルギーの粒子を放射線と呼びます。

これらの様々な崩壊は、「崩壊の連鎖」として順次起こることがあります。ある種の原子核が別の種に崩壊し、それがまた別の種に崩壊するというように、安定同位体になるまで崩壊が続き、連鎖が終わります。

減衰速度

この変化の速さは、元素ごとに異なります。放射性崩壊は偶然に支配されている。ある物質の原子の半分が変化するのにかかる平均的な時間を半減期という。その速度は、指数関数で与えられます。例えば、ヨウ素(¹³¹ I)の半減期は約8日である。プルトニウムのそれは、4時間（²⁴³ Pu）から8000万年（²⁴⁴ Pu）の間である。

核変換とエネルギー

放射性崩壊は、原子をその原子核の中で高いエネルギーを持つものから低いエネルギーを持つものへと変化させます。原子核のエネルギーの変化は、生成される粒子に与えられます。放射性崩壊によって放出されたエネルギーは、ガンマ線の電磁波（光の一種）、ベータ粒子、アルファ粒子として運ばれることがあります。いずれの場合も、原子核のエネルギー変化が持ち去られます。また、いずれの場合も、原子の陽子と電子の正負の電荷の総和は、変化の前後でゼロになる。

アルファ崩壊

アルファ崩壊の際、原子核はアルファ粒子を2963放出する。アルファ崩壊により、原子核は2つの陽子と2つの中性子を失います。アルファ崩壊により、原子は2つの陽子（と2つの電子）を失うので、別の元素に変化する。例えば、アメリシウムがアルファ崩壊を起こすと、ネプツニウムに変化する。ネプツニウムはアメリシウムより陽子が2個少ないからである。アルファ崩壊は通常、ウラン、トリウム、プルトニウム、ラジウムなど、最も重い元素で起こる。

アルファ粒子は数センチの空気も通さない。アルファ線源が人体の外にある場合は、人間の皮膚はアルファ粒子を通さないので、アルファ線は人間を傷つけません。アルファ線は、アルファ粒子（放射線）を出して崩壊する物質を含むほこりやガスを吸ったときなど、発生源が体の中にある場合は非常に有害です。

ベータ崩壊

ベータ崩壊には、ベータプラスとベータマイナスの2種類があります。

ベータ・マイナス崩壊では、原子核が負の電荷を持つ電子を出し、中性子が陽子に変化する。

n 0 → p + + e - + ν ¯ e {displaystyle n^{0}}}rightarrow p^{+}+e^{-}+{{bar {nu }}_{e}}}. $n^{0}\rightarrow p^{+}+e^{-}+{\bar {\nu }}_{e}$ .

どこ

n 0 {displaystyle n^{0}} $n^{0}$ is neutron

p + {displaystyle \ p^{+}} $\ p^{+}$ is proton

e - {displaystyle e^{-}} $e^{-}$ は電子です。

ν ¯ e {displaystyle {bar {}_nu }}_{e}} ${\bar {\nu }}_{e}$ is anti-neutrino

ベータ・マイナス崩壊は原子炉の中で起こる。

ベータプラス崩壊では、原子核が陽電子を放出し、陽子は中性子に変化する。

p + → n 0 + e + + ν e {displaystyle \ p^{+}}rightarrow n^{0}+e^{+}+{nu }_{e}}}. $\ p^{+}\rightarrow n^{0}+e^{+}+{\nu }_{e}$ .

どこ

p + {displaystyle \ p^{+}} $\ p^{+}$ is proton

n 0 {displaystyle n^{0}} $n^{0}$ is neutron

e + {displaystyle e^{+}} $e^{+}$ is positron

ν e {displaystyle {nu }_{e}} ${\nu }_{e}$ is neutrino

ベータ線プラス崩壊は、太陽の内部やある種の粒子加速器で起こる。

ガンマ崩壊

ガンマ崩壊は、原子核がガンマ線と呼ばれる高エネルギーのエネルギーパケットを生成するときに起こります。ガンマ線は電荷を持ちませんが、角運動量を持っています。ガンマ線は通常、他の崩壊の直後に原子核から放出されます。ガンマ線は、物質を透視したり、食品中の細菌を殺したり、ある種の病気を見つけたり、ある種の癌を治療したりするのに利用することができます。ガンマ線は電磁波の中で最も高いエネルギーを持っており、宇宙からのガンマ線バーストは、知られている中で最もエネルギーの高い放出である。

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