「微粒子の質量って小さすぎて、キログラムやグラムで表すとピンとこない……」
そんなふうに感じたことはありませんか？
大丈夫。それが正常な感覚です。見えないほど小さな世界ですから。
今回は、原子や素粒子の質量を扱うときに使う「統一原子質量単位（ダルトン）」について、解説していきます。
基本となる定義や換算値、よく出る粒子の質量、
試験での出題パターンまで、必要なポイントをコンパクトに整理して解説します。
放射線技師国家試験で頻出のこの単元を、
過去の出題傾向と物理の基本に基づいて、噛み砕いて紹介していきます。
統一原子質量単位とは？
名称から、質量を表す単位であろうことは分かるかと思います。
でも、わざわざ長ったらしい名称にしているってことは、単なる単位ではないんです。
名称に「原子」が付いていることから、原子や原子核といった微粒子の質量を表すときに使うのが「統一原子質量単位：Da（ダルトン）」なのです。
原子や原子核は目に見えないほど小さいですよね。
そんなサイズのものを g や kg で表すのはちょっと分かりにくいですよね。
質量を表すには小さすぎる微粒子たち
電子や陽子、中性子といった粒子は、とにかく小さくて軽い。
その質量を kg や g で表そうとすると、なかなか苦労します。
たとえば陽子の質量は 1.6726×10−27 kg……
正直、ゼロが多すぎて直感的にわかりづらいですよね。
10−27 kgって言われても、まったくイメージが湧きませんよね。
小さすぎんねん！
kgやgじゃなく、原子用の専用単位が必要
普通、質量の単位と言えば、[kg] や [g] ですよね？
統一原子質量単位では [kg] や [g] は使いません。
原子・原子核の質量を表すのに、[kg] や [g] では大きすぎてサイズ感がミスマッチです。
そんな超小型の粒子の質量を扱うために考え出されたのが、統一原子質量単位です。
記号は「Da（ダルトン）」と書きます。
これは、化学者ジョン・ドルトンにちなんで名づけられたものです。
ちなみに、DaはSI併用単位という扱いです。
1Daの定義と意味
別に定義とか知らなくても解ければ良くない？
そんな声も聞こえてきそうですが、「理解」するためには定義は大切ですよ。
しかも、1Da（かつては1u）の定義は国試や主任者でも出題傾向があります。
また定義だ出てきたわね。
そんなに難しくないから頑張って。
炭素12の質量を12で割ったもの
「1Daって、どれくらいの重さなの？」という疑問には、こう答えましょう。
炭素12（${}^{12}_{\,\,6}\mathrm{C}$ ）原子の質量を12で割ったもの、それが1Da。
つまり、軌道電子を含めた質量数12の炭素原子1個の質量を12等分した質量、ということです。
このように定義することで、微粒子の質量を相対的にわかりやすく比較できるようになりました。
統一原子質量単位の基準は「質量数12の炭素原子の質量」です。
質量数12の炭素原子の質量を 12Da とし、その 1/12 を 1Da としています。
統一原子質量は${}^{12}\mathrm{C}$を基準とした相対的な質量と考えることができますね。
よく出る粒子の質量をDaで整理してみよう
主だったものをあげておきましょう。
| 粒子 | 統一原子質量 |
|---|---|
| 電子 | 0.000548 Da |
| 陽子 | 1.007276 Da |
| 中性子 | 1.008665 Da |
| 重水素 | 2.014102 Da |
| α粒子（${}^{4}\mathrm{He}$） | 4.00260 Da |
| ${}^{12}\mathrm{C}$ | 12 Da |
Da表記なら、kgのように桁数が膨れあがることなく、質量の比較がずっとスムーズです。
桁数多くて、コッチも嫌やで
まぁ、そうなんだよね。
1の位だけならいいんだけど、小数第5位くらいまでは計算で使うんだよね。
使いやすいんだか使いにくいんだか分からない。
ってのが正直なところだね。
他の単位との換算方法
1Daの単位換算は核反応や質量欠損の計算問題と併せて登場します。
覚えていれば簡単に対処できますので、ご安心を。
kgに換算すると？
1Da をMKSA単位系の質量に置き換えると 1.6605×10-27 kg です。
国家試験ではこの値が問題文に記載されていることが多いので、暗記の必要はそこまで高くありません。
ただし計算問題で使うことがあるので、 「1Daはすごく小さいkg」 という感覚だけは持っておきましょう。
※主任者試験では1Daが何kgなのかを問うものが出題されます。
1.6605×10-27 kgであることを知らない場合は詰むことになります。
1Daが931.5MeVであることを利用すれば求められますが、計算ですので時間がかかります。
931.5MeVを知らなかったら本当に詰みです。
例）第1種 放射線取扱主任者試験 66回（2021年）問2
エネルギー（MeV）に換算すると？
1Daの質量、これをエネルギーに換算すると 931.5 MeV となります。
私が学生の頃は「暗記必須！」と言われていましたが、最近の出題では問題文に明記されることも増えており、以前ほど覚えなければならないプレッシャーはありません。
この値は「質量欠損」や「核分裂エネルギー」などの計算でよく使われるので、使い方は把握しておきましょう。
試験では932MeVと丸められる場合もあります。
小数点以下がない分、計算が少し楽になりますね。
「u」と「Da」の違いは？
かつては u が使われていましたが、現在は Da が使われています。
過去問などで u が使われているものは、少し古めの問題って解釈できます。
では、中身を見ていきましょう。
記号が変わっただけ。意味はほぼ同じ
昔の参考書や資料では、「u（ユニファイドマスやユニット）」という表記を見かけることがあります。
でも安心してください。1uと1Daは、数値も定義もまったく同じです。単に記号が違うだけです。
2019年から正式に「Da」推奨へ
2019年、国際的に「u」ではなく「Da」を用いることが正式に推奨されました。
国家試験でも「1Da」と表記されることが増えてきていますが、もし「u」が出てきても「Daと同じ」と思えばOKです。
放射線技師の国家試験では Da 表記への移行が完了した感じがしますが、主任者試験ではまだ u 表記を見かけます。
ゆくゆくは Da 表記に変わっていくものと思います。
国家試験でここが狙われる！
登場パターンは決まっています。
水戸黄門で言うと、印籠が出て、「はは～」ってなるようなもの。
ドクターXならば、大門先生の「私、失敗しないので。」のタイミング。
アンパンマンなら、バイキンマンに一度ピンチに追い込まれるようなもの。
もう定番の流れです。パターン化し過ぎて、逆に安心感さえあります。
出題されれば、「はいはい。単位換算とセットね。」と落ち着いて対処しましょう。
「931.5MeV」は出題頻度が高い
国家試験では、1Daがエネルギー換算で約931.5MeVになるという数値がよく問われます。
これは、質量とエネルギーが E = mc² の関係で結びついているからですね。
選択肢で問われることもあれば、計算問題の中で何気なく登場することもあります。
特に「質量欠損」や「核分裂で得られるエネルギー」を問う問題では、必ずと言っていいほど出てくるので、しっかり押さえておきましょう。
「質量欠損」単元ともつながる内容
この「931.5MeV」という数値は、単に暗記するのではなく、
- 「質量の減少分がエネルギーに変わった」
- 「1u（1Da）あたり931.5MeV分のエネルギーが出る」
というイメージで理解しておくと、質量欠損 → エネルギー変換の単元にもスムーズに繋がります。
別記事で紹介する【A17：質量欠損を数値で実感しよう ― 重水素・He・Cで計算練習】や【D20 核反応】（執筆予定）とも非常に関係が深いので、合わせて確認しておきたいところです。
実際に出題された国試問題を見てみよう
ちょっと古いですけど、2004年に実施された第56回からの出題をご紹介しましょう。
第56回 2004年 問39
原子質量単位（MeV）はどれか。
- 931.5
- 511
- 12.4
- 6.63
- 0.511
いかがでしょうか？
解答を確認する。
答えは 1 です。
かなり古いものですが、あっさり選べる問題ですね。
もはや、説明不要でしょう・・・
このくらいの難易度の出題があっても良いですよね。
最近の国試、ちょっと難しすぎない？と思う今日この頃です。
統一原子質量は「質量欠損」や「核反応のQ値」を求める問題としてよく登場します。
そちらはそれぞれ別の記事で細かく解説するとしましょう。
まとめ
今回は、統一原子質量単位（Da）の意味や定義、よく使われる換算値について見てきました。
最後にポイントを振り返ってみましょう。
- 統一原子質量単位（Da）は、原子や原子核などの微粒子の質量を表す単位である
- 1Daは、炭素12原子の質量の1/12と定義されている
- 1Da = 1.6605×10－27 kg、1Da = 931.5 MeVである
- Daは現在の表記であり、uは以前使われていた同じ意味の単位である
- 国家試験では、931.5 MeVへの換算や質量欠損・核反応と関連付けて出題されることが多い
Daは単位そのものを覚えるだけじゃなく、「931.5 MeVにつながる単位」として理解しておくと、この先の質量欠損や核反応の計算でも役立ちますよ。
次に読むならコレ！レントゲン博士のおすすめ内部リンク
次はこの辺りも参考になるかもよ。
この記事を書いた人
たなまる
詳しいプロフィールはこちら
診療放射線技師・医療系専門学校専任教員。
都内大学病院で9年間勤務後、
2015年より医療系専門学校の専任教員として
放射線物理学・核医学・医用工学・放射線計測学・放射化学
などの講義を担当しています。
国家試験対策用ワークブックの制作や学習支援サイト「勉強嫌いの放物」の運営を行っています。
保有資格：
・診療放射線技師
・第1種放射線取扱主任者
・作業環境測定士
・衛生工学衛生管理者
ほか、放射線関連国家資格を保有
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