本Tweet2007年に出版された図解雑学シリーズの「放射線と放射能」のまえがきにはこう書かれている。人間が放射線や放射能を意識下にとらえてから100年以上が経った。以来、放射線や放射能は人間生活の多くの場面で多面的に利用され、とりわけ医療の面では欠くことのできない重要な役割を果たしている。放射線や放射能は一般の人々にとってはいまだに「得体の知れない不気味な存在」であり、とりわけ五感に捉えられない点が「正体不明の薄気味悪さ」を漂わせているように思われる。2006年のロシア人将校が放射性物質による暗殺された事件から放射線障害の危険性が懸念される声が次々あがった記述)放射線や放射能を恐れる気持ちは、何も原水爆を体験した日本人の「放射線アレルギー」に特有のことではないのだ。目に見えない、正体不明の危険性に対する人間の態度は2つに分かれる。「無視派」と「恐怖派」だ。(中略)「恐怖派」は、目に見えない、正体不明の「エックス」は(それが「エックス」であるがゆえに)無闇に恐れる。実際、得体の知れないものを「理性的に恐れる」のは簡単ではない。「恐れる」のは「感性」のなせるわざであって、「理性」のなせるわざではないからである。多くの人々にとっては「放射線」と「放射能」の区別も定かではないような知識実態がいまだに厳然として存在している。日本中のテレビが「原子力一色」になるとは予想だにしなかったろう。簡単に「放射線と放射能」について記事を一つしたためよう、という次第である。*2基本的に学問的厳密性はシカトして、ひたすら感覚に訴える説明で押し通す予定で、その方がおそらくは公共的価値が高いと思われるので、そのあたりよろしく。僕も色々どう書こうか悩んだけど、どうしてもこの基礎知識抜きにしたら説明できない。*3最終的に原子力の理解の根底となる知識なので、最初は「関係無いだろ!」と思っても、おおいに「関係ある」ので、我慢して読んでいただければ幸い。古代ギリシャの哲学者たちは、物質の最小単位を想像して、それに現在で言う「原子」の概念に至った。その後物理学が進展していくにつれ、実際原子みたいなもんに物質がわけられることが科学的にわかった。「原子」は最小単位ではなく、もっと分解できることが明らかになった。電子はマイナスの電荷を帯びていて、原子核はプラスの電荷を帯びている。プラスとマイナスは引きあうので、原子核のまわりを電子がぐるぐるまわっている*5。化学の授業で一回くらいこんなん見たことあるだろう*6。これが最小単位ではない。陽子(+)+中性子(中性)という二つにわけられる。陽子の数と電子の数はその「原子番号」に等しい。ヘリウム原子(原子番号2)であれば、陽子数2つ、電子数2つ。質量」の話にうつりたい。「原子の質量」は「電子の質量×数+陽子の質量×数+中性子の質量×数」と分解できる。それぞれの質量は、陽子を1とすると、次のような関係になっている。陽子=1中性子=1.0014電子=0.00054この数字そのものは大して重要ではなくて、重要なのは、1.陽子と中性子の質量がほぼ同じ2.電子めっちゃ質量小さいという二点だ。「原子の質量」=「陽子の質量×数+中性子の質量×数」だ。「陽子の質量」=「中性子の質量」である。「(陽子の質量)×(陽子の数)+(陽子の質量)×(中性子の数)」=「(陽子の質量)×(陽子の数+中性子の数)」*9(陽子の質量)はもう既に研究されて判明している。*10そういう訳で、ある原子の質量が知りたかったら、重要なのは、(陽子の数+中性子の数)で、これさえわかれば、原子の質量が判明する。いう訳で、「陽子の数+中性子の数」というのは、原子について、非常に重要な情報なので、わざわざ名前がついていて、「質量数」と言う。ウラン234とか、ウラン235、ウラン238とか、そういう呼び方をどこかで小耳に挟んだことがあると思うが、この234だとか、235だとかが、ウランの「質量数」に他ならない。みだれる!「147+93=238」になる場合がある、と言ったら、読者は僕が算数のできない人間だと思うだろうか。通常こんなことはありえない。100kgの力士が20kgの子供を抱えて体重計に乗れば、120kgになる。「質量保存の法則」というやつだ。原子の世界では、それが成り立たない場合がある。ウラン238は、陽子92個、中性子146個が結合して出来ている。約240u*12となる。2u分質量が失われている。「結合エネルギー」を発生させて、出来ている原子なのだ。その結合エネルギーを産むときに、質量が失われていたのだ。「質量とエネルギーの等価性」と呼ばれる式で、式自体は非常に単純なものだ。エネルギー(J)=質量(kg)×(真空中の光速)^2(m/s)真空中の光速=30万kmというのはすでにわかっているので、(エネルギー)=(9×10^16)×(質量)(((真空中の光速)^2の^2は2乗の意味。「9×10の16乗」という係数が、わずかな質量で非常に巨大なエネルギーが産み出せることを示している。何らかの手段によって、質量をエネルギーに変換することが可能であれば、それはわずかな物質で、凄まじいエネルギーを産み出すことができる......この理論を開発したせいで、アインシュタインは「原爆の理論を生み出した」→「原爆をつくったのはアインシュタイン」といういわれなき濡れ衣を着せられるハメになった。ウランは放射線を出すのか?さて。以上長々と説明してきたけれど、これで「なぜウランが放射線を出すのか?」という問いに答えることができる。横軸に質量数(水素原子の何倍か。縦軸に結合エネルギーの強さをとったグラフだ。このグラフで、なぜウランが放射能を持つのかが説明できる。「Fe」というのは鉄の元素記号だけど、ここが一番結合エネルギーが大きく、原子として安定している。逆に鉄より軽い水素やヘリウムなどは、結合エネルギーが小さく、非常に不安定であることがわかる。鉄より重すぎても、これも結合エネルギーは小さくなって、不安定になる。自然界に存在する原子で、最も軽いのが水素で、最も重いのがウランである。常に「もっと身軽になりたい」という訳で、放射線を出し続けている。「なんらかの手段によって、質量をエネルギーに変換できれば......」と書いたが、その何らかの手段が、「核分裂」と「核融合」の二つだ。上述の通り、ウランは非常に重たくて、放っておいても放射線を出している。これだけでも人体に有害だが、量としては微量で、兵器としてそのまま使っても、そこまでの殺傷力はない。そこで、どうするかというと、このウランに中性子をぶつける。「これ幸い」とばかりに、分裂を起こして、「ストロンチウム」と「キセノン」、中性子3つにわかれる。分裂するだけならいいのだが、そのとき「核分裂エネルギー」が発生して、質量が失われる。これが原子爆弾のエネルギー源となっている。核分裂が原爆のエネルギー源だったが、水爆のエネルギー源がこの核融合エネルギーだ。太陽光のエネルギーも、実はこの核融合エネルギーだ。水素もまた、ウラン以上に結合エネルギーが弱くて、不安定な状態にある。ウランとは逆に、水素の場合、核が不安定なので、「もっと重くなりたい」状態にある。そこで、重水素(陽子1,中性子1)と、三重水素(陽子1,中性子2)を結合させたる。すると、「ヘリウム」と中性子一個になる。結合エネルギーが発生して、融合の後は質量が軽くなっている。飛んでるのは「電磁放射線」である。・中性子線にわかれる。・(一部の)紫外線にわかれる。ウランを研究してたイギリス人学者が、どうやらウランが出してる放射線が二つに分けられることに気づいた。名付けて、「アルファ線」と「ベータ線」。1898年のことなので、結構な昔だ。・アルファ線アルファ線は陽子2個、中性子2個の結合体が、放射されている。これはヘリウムの原子核が吹っ飛んでるのと同じで、ベータ線と比べるとその飛ぶコースは直線に近い。電離というのは、プラスの電荷を持ったアルファ線粒子が、他の元素の持っている電子(電荷マイナス)をひきつける力だ。アルファ線は空気中では2〜3cm、水中では0.03mmとほとんど飛距離がない。したがって外部被曝であれば、大した影響がない。ところが体内でアルファ線食らうと、アルファ線が体内の原子から電離作用で電子を奪ってしまう。電子を奪われた原子は、すぐに周囲の電子をとりこんで、元に戻る。その原子を奪われているわずかな間に、細胞を構成する分子を攻撃して、場合によってはDNAを破壊する。これが内部被曝の恐ろしさであるらしい。電子一個が吹っ飛んでくのが、ベータ線である。通常電子はマイナスの電荷を帯びているが、「陽電子」というのも発見されている。そこで、普通の電子が吹っ飛んでくのを、ベータマイナス線、陽電子で吹っ飛んでくのを、ベータプラス線という。最初に書いたとおり、電子の質量は非常に小さいので、アルファ線と違って、ふらふらと千鳥足のような軌跡を描く。吹っ飛んでれば、それが中性子線だ。「レントゲン」に使う放射線として有名なエックス線だが、その発見は1895年まで遡る。ドイツのレントゲン教授が、真空管に電気通してたら、偶然発見した放射線だ。現代ではもう少しその性質が解明されている。原子核と電子の磁力から、産まれるエネルギーが電磁波として放出されたのがエックス線だ。*15・ガンマ線アルファ線・ベータ線の他に、もう一つ放射線が出ているのに気づいたフランス人学者がいて、そのエックス線によく似た放射線をガンマ線と名付けた。エックス線と違って、これは原子核が持った余分なエネルギーを電磁波のかたちで放出している。勝手に放射線を発する性質を「放射能」という。原子核が放射線を出して、勝手に別の原子に変わるのを、「崩壊」と言っている。ベータ線、ガンマ線など出るの4つ(細かくは6つ)がある。○ベクレルキュリー夫人の伝記を読んだことがあるでしょうか?僕の淡い記憶では、その中で「キュリー夫人の功績にちなんで、放射能の強さをあらわす単位は1キュリーとした」と言われてたと思うんですね。ところが今回原発事故の後、出てくる単位は大体「ベクレル」とか「シーベルト」とかで、キュリーなんて単位は一回も見なかった。キュリー夫人の功績は、1896年にウランの研究から、新元素「ラジウム」を発見した。この功績から、「1gのラジウムのもつ放射能の強さを1キュリー(Ci)」に設定した。放射能というのは、「原子核の崩壊」によるものであることがわかった。なると、1gのラジウムでは、1秒に370億個のラジウム原子核が崩壊しているんで、キュリーという単位はなんとも使いづらくなってしまった。そこで、「1秒に1個の原子核が崩壊している時の放射能の強さ」を1ベクレルと新たに設定したのだ。ベクレルというのはフランスの物理学者で、放射能の最初の発見者である。皆さんシーベルトってきいただけで吐き気するようになったと思うんですけども、これはベクレルとは全然違う単位で、「人体が浴びた放射線」に対して使われる単位である。(だからまあ「何シーベルトの被曝は『ただちには影響はない』か」という議論の時にこの単位が頻出するのです)50kgの人間が、放射線を浴びたとしよう。このときどのぐらいの放射線量を浴びたか、それを表すのが「吸収線量」だ。この吸収線量の単位は「グレイ」(Gy)というのが使われる。「1kgの中で1Jのエネルギーが吸収されている」ときの「吸収線量」が1Gyである。ところが、放射線は上記の通り、アルファ線やらベータ線やらに分けられて、それぞれ放射線の種類によって人体への生物学的な影響は異なる。具体的にはアルファ線、中性子線は、ベータ線、ガンマ線よりも生物に与えるダメージが大きいことが明らかになっている。そこで人体への影響を考える時は、この吸収線量に線量係数をかけた、「線量当量」という指標が用いられる。放射線の種類ごとにウェイトづけして、人体に与えるダメージを測る。この単位がシーベルト(Sv)なのである。用語が難しいので、繰り返そう。長かったが、ここまでで原子力の基礎知識はフォローできたと思う。以下、人体に与える影響にようやく移る。