「初学 放射線物理学 ワークブック」検索番号 A19 の穴埋め解答例と解説です。
先に自分で穴を埋めてみてからの答え合わせでも良いですし、解答例を写してから覚えていっても良いです。ご自分に合ったスタイルで取り組んでください。
目次
さっそく解答例
解説
ここは素粒子についてみていきましょう。
素粒子というのは、粒子の最小単位の概念です。
万物を細かくしていくと、これ以上細かくできないところにぶつかります。
それが素粒子です。
素粒子を簡単に分類すると、上記解答例の表のようになります。
まず素粒子はフェルミ粒子とボース粒子（書籍によってはボーズ粒子）とに分けられます。
フェルミ粒子はさらにクォークとレプトンに分かれます。
国家試験に出題されるのは以下のものです。
- アップクォーク
- ダウンウォーク
- 電子（陰電子）と陽電子
- ニュートリノと反ニュートリノ
- 光子
- グルーオン
それぞれがなんなのか、どの話題のときに登場するのかを把握していれば、大丈夫です。
それ以上は放射線技師の物理を超えています。
素粒子物理学をやりたい方に任せておけば良いでしょう。
我々の目指すところは、放射線技師であって、物理の専門家ではありませんからね。
また、クォークなどを含む全て粒子には必ず「反粒子」なるものがあります。
反粒子は質量などの基本的な部分は同じだけれど、ところどころ性質が逆になっているもの同士です。
電子に対する陽電子やニュートリノに対する反ニュートリノなどがあげられます。
名称の前に「反」がついているものはわかりやすいですが、例外もあります。
光子やπ0中間子などはそれ自身が反粒子を兼ねています。
反粒子を「兼ねている」のであって、反粒子が「ない」のではないのでご注意を。
それでは、重要なところだけ掻い摘んでみていきましょう。
アップクォークとダウンクォーク
ここは2つを同時に見ていきましょう。
アップクォークとダウンクォークはセットです。
「核子」（陽子と中性子の総称）を構成する因子がアップクォークとダウンクォークです。
核子の他に、「中間子」を構成するのもアップクォークとダウンクォークです。
ちなみに、核子も中間子も素粒子を複数個組み合わせているので、「複合粒子」に分類されます。
アップクォークは素電荷量eに対して、2/3eの電荷をもちます。
ダウンクォークは-1/3eの電荷をもちます。
このアップクォークとダウンクォークを3つ組み合わせてみましょう。
例えばuud
電荷で考えると、このようになります。
最終的に+eの電荷が残りますので、uudのクォーク構造は陽子を示すことになります。
続いてudd
電荷で考えるとこのように0になります。
つまり電荷のない状態。
したがって、uddのクォーク構造は電荷を持たない中性子を示すことになります。
今度はアップクォークとダウンクォークを2つ組み合わせてみましょう。
まずはアップクォークと反ダウンクォークの組み合わせ。
電荷で考えると、+eの電荷になりますので、π＋中間子と考えます。
続いて反アップクォークとダウンクォークの組み合わせ。
電荷で考えると、－eの電荷になりますので、π－中間子と考えます。
本当は異なる式構成をしているのですが、電荷的にこちらのほうが理解しやすいので、この式で見ていってください。
素粒子とそれ自身の反粒子で構成されるパターンです。
アップクォークと反アップクォーク、またはダウンクォークと反ダウンクォークの組合せです。
どちらの場合も電荷は0になりますので、π0中間子という認識でOKです。
ちなみに、本来のπ0中間子はこんな構造です。
中間子にはπ中間子以外にもいろいろあります。
K中間子、D中間子、B中間子などありますが、国試で登場するのは今のところπ中間子だけです。
電子（陰電子）と陽電子
電子と陽電子はお互いの持つ電荷の符号が異なります。
電荷の大きさはどちらも1.6×10-19[C]で同一です。
正の電荷か負の電荷かで異なります。
当然、陽電子が正、陰電子が負です。
それ以外の質量などの性質も同じです。
異なる点はもう一つ。
安定性です。
電子（陰電子）は安定した粒子であるのに対して、陽電子は不安定な粒子です。
この辺りは消滅放射線の発生で詳しく見ていきましょう。
ニュートリノと反ニュートリノ
ニュートリノと反ニュートリノはβ壊変の際に登場する素粒子です。
「4つの力」もご参照ください。
β壊変系に密接に関係するニュートリノですが、深く問われることはないでしょう。
素粒子としてニュートリノに関することは出題されないかと思います。
β－壊変では「反ニュートリノ」、β＋壊変では「ニュートリノ」、EC（軌道電子捕獲）では「ニュートリノ」が放出されることが分かっていれば問題ないです。
光子
光子は電磁気力を媒介する因子です。
ただ、その点に関しては出題されないかと思います。
光子と言えば、我々が撮影で扱うX線や核医学で用いるγ線だと認識していれば大丈夫です。
グルーオン
グルーオンは「強い力」を媒介する因子です。
核子間やクォーク間で働き、お互いを結合させるのに一役買っています。
光子やウィークボソンと並んでボース粒子に数えられますが、そこを問われることはないでしょう。
実際の問題を見ていきましょう。
いかがでしょうか？
クォークだけについて出題しているものは見つけられませんでした。
5枝のうち2枝でクォークに関係しているこの問題を選んでみましたが、解けましたか？
解答を確認する。
答えは 4 です。
解説
今回、正解の枝は核子1個あたりのエネルギーについてです。
正しくは8MeVでしたね。
覚えてましたか？
忘れてしまった方は、コチラでおさらいしておいてくださいね。
まとめ
放射線技師にクォークまでの知識は要るのだろうか・・・
とはいえ、出題されてしまいますので、諦めて覚えましょう。
アップクォークとダウンクォークの電荷、陽子と中性子のクォーク構成は必ず抑えておきましょう。
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