Ⅰ.放射線物理学

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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...
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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+Q2/4πε0c b. 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 ...
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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7MeV e. 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     ...
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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) 0 0(s) ×2 2 2(L殻) 0 0、1 0(s) 1(p)=-1、0、1  ×2 8 3(M殻) 0 0、1 0、1、2 0(s) 1(p)=-1、0、1 2(d)=-2、-1、0、1、2 ×2 18 b. 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=13.6eV d. 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...
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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)÷MA d. 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...
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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...
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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...
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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、...
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