試験の復習・定期試験対策に活用してください。

試験は説明問題6問、計算問題4問の合計10問で構成されています。
配点は説明も計算も1問10点です。

ただし、説明問題には「キーワードを含めること」という条件があります。
各問題につきキーワードを5つ指定しました。
キーワード1つにつき2点の配点です。
限られたスペースで、キーワードを含めながら、
いかに第三者に伝わる形で説明できるかがポイントになります。

つまり、「知っているか」ではなく、「理解しているか」を問う試験です。

明朗会計ならぬ、明朗採点です。

全体概要

今回の平均点は61.9点でした。
得点分布は中央に集まる形となり、試験としては比較的バランスの良い結果でした。
一方で、「誘導核分裂」の説明や「吸熱反応のしきいエネルギー」の計算など、
苦戦した形跡が見て取れます。

今回は各問題の解説に加え、採点していて多かった誤答についても紹介していきます。

問1　「α壊変」を説明しなさい。

キーワード

• 質量数
• 原子番号
• ガイガー・ヌッタルの法則
• トンネル効果
• スペクトル

解答例

重い原子核が起こす壊変で、質量数は4減り、原子番号は2減る。
半減期が短いほど放出されるα線のエネルギーは高く、この関係はガイガー・ヌッタルの法則で示されている。
α線の運動エネルギーは原子核のクーロン障壁よりも低いが、トンネル効果によって原子核から放出され、線スペクトルを示す。

解説

正解率66.4％と最初の問題としては少々難しかったかもしれません。

おそらく、「ガイガー・ヌッタルの法則」と「トンネル効果」をキーワードに指定してしまったからだと思います。
「質量数」、「原子番号」、「スペクトル」に関しては、問題なく記載できていました。

散見された誤答例も見てみましょう。

誤1　半減期が短いほど起こりやすい

ガイガー・ヌッタルの法則の部分ですが、勘違いされたんだと思います。

半減期が短い核種は結果として短時間で多く壊変します。
そのため「起こりやすい」という表現を使いたくなる気持ちは分かります。

ですが、ガイガー・ヌッタルの法則は半減期が短い（壊変定数が大きい）ほど、
放出されるα粒子のエネルギーが大きいということを示した法則です。

壊変の起こりやすさを示したものではありません。

誤2　苦肉の策の解答

ガイガー・ヌッタルの法則とトンネル効果が分からん！
という方が書いたものと思う解答例がこちら。

「質量数が4、原子番号が2減少する。
ガイガー・ヌッタルの法則やトンネル効果が起きる。線スペクトル。」

キーワードを並べただけになってしまっていますね。
これだと理解していない場合も書けてしまいますので、
こういった内容のない解答は正解扱いしておりません。

ガイガー・ヌッタルの法則は「法則」であり、起きるものではありません。
また、トンネル効果も現象名を書いただけで、どのように関係するのかが説明されていません。

質量数と原子番号に関してはOKです。
スペクトルに関しては、「線」スペクトルと書かれていますので、その部分は正解です。
ただし、何が線スペクトルを示しているのかが明記されていません。
したがって、「スペクトル」というキーワードでは1点分の得点となります。

問2　「 $ β^- $ 壊変」を説明しなさい。

キーワード

• 質量数
• 原子番号
• スペクトル
• 中性子過剰核種
• ニュートリノ

解答例

中性子過剰核種が起こす壊変で、中性子が陽子に変わる。
その際に電子と反ニュートリノを放出する。
これらはの運動エネルギーは連続スペクトルを示す。
この壊変が起こると、質量数は変わらないが、原子番号が1増える。

解説

正答率78.6％と良く書けていました。

ポイントは3種類あるβ壊変系をしっかりと区別できているかです。

中性子が陽子に変わるのか？
陽子が中性子に変わるのか？
原子番号は減るのか？増えるのか？
質量数はどうだっけ？
スペクトルは？

曖昧な理解だと、得点に結びつきません。

こちらも誤答例を見ながら解説していきましょう。

誤1　質量数が変わり、原子番号は増える

これはβ壊変系を理解できていない典型例です。
さらに、曖昧に濁そうという意図が見え隠れしています。

まずβ壊変系では核内でどちらかの変化が起こります。

• 中性子が陽子に変わる。
• 陽子が中性子に変わる。

図で示すとこんな感じです。
実際に数えてみて下さい。

最初は陽子2個、中性子2個ですから、質量数は4ですね。
それがβ壊変（厳密には$ β^− $ 経変）を起こすと、1つの中性子が陽子に変わります。
すると、陽子が3個、中性子が1個という構成に変わります。

つまり、原子番号は1増えて、質量数に変化は生じません。
質量数は陽子数と中性子数の合計ですから、総数に変化はありません。
「同重変換」と言われる所以です。

さらに、「質量数が変わり」だと、
「増えた」のか「減った」のかも分かりません。

採点者側としては、「分からないから濁してきたのかな？」と勘ぐってしまいます。

そして、「原子番号が増える」という表現もマイナス1点です。
原子番号に変化がある場合は、「いくつ変化したのか」まで明記して下さい。
「原子番号が1増える」となっていないと正解にできません。

誤2　「中性子過剰核種」を「結果」として使ってしまう

「中性子過剰核種」というキーワードですが、
出題者のワタクシとしては、ヒントのつもりで入れました。

中性子が過剰（多い）なんだから、中性子が壊れる方の壊変方向だよ。というつもりで。

ところが、ここに引っ張られて、
「 $ β^- $ 壊変によって中性子過剰核種になる」
という使い方をしている方が何人かいました。

ヒントが罠になってしまいました。
すみません。

$ β^- $ 壊変は「中性子過剰核種が起こす」壊変です。
「壊変の結果として中性子過剰核種になる」ではありませんので、気を付けて下さい。

中性子過剰核種は「結果」ではなく「原因」です。

「中性子過剰核種になる」という「結果」の方向で書こうとすると、
整合性をとるために、「陽子が中性子に変わる」方向を向いてしまい、
$ β^+ $ 壊変や軌道電子捕獲（EC）に近い内容になってしまいます。

原因と結果を逆にしないよう注意してください。

問3　「ECと $ β^+ $ 壊変の違い」を説明しなさい。

キーワード

• スペクトル
• しきい値
• ニュートリノ
• 原子番号
• 陽電子

解答例

EC、β⁺壊変ともに陽子が中性子に変化するため、原子番号は1減り、質量数は変わらない。
相違点はしきい値の有無、放出粒子の種類とそのスペクトルである。
ECはしきい値が無く、ニュートリノを単独で放出するため、その運動エネルギーは線スペクトルを示す。
β⁺壊変は親核種の方がエネルギー換算で1.022MeV以上大きくないと起こらない。
つまり、1.022MeVというしきい値が存在する。
β⁺壊変はニュートリノと同時に陽電子が放出されるため、それらの運動エネルギーは連続スペクトルを示す。

解説

正答率60.5％とやや苦戦した問題でした。

ポイントはキーワードを共通点と相違点を踏まえて説明できているかどうか。
また、どんな風に違うのかを説明できたかです。

さらに、「スペクトル」は何のスペクトルなのかを理解しているかどうかです。
問題1、問題2にも「スペクトル」を指定しましたが、
問題3で改めて理解度を疑ってしまいました。

では、誤答例を見てみましょう。

誤1　ECは線スペクトルで $ β^+ $ 壊変は連続スペクトル

言いたいことは分かります。
分かるけど、正確ではないというか、
ツッコみたいというか、
〇にしたくないと言いましょうか・・・

線スペクトルなのは壊変ではなく、
壊変に伴って放出される粒子の運動エネルギーなのです。

つまり、「スペクトル」という言葉の対象は「壊変」ではなく、
「放出される粒子の運動エネルギー」なのです。

「ECは線スペクトルで」って書かれてしまうと、
壊変の何が線スペクトルなの？
って思ってしまいます。

ここは正確に、
「ECではニュートリノが単独で放出されるため、その運動エネルギーは線スペクトル」
という具合に、何のエネルギースペクトルなのか、さらにその理由も添えて書いて欲しいなと思います。

同じように、
「$ β^+ $ 壊変ではニュートリノと陽電子が同時に放出されるため、それらの運動エネルギーは連続スペクトル」
と書いて欲しいですね。

誤2　陽子が中性子に変化するため、原子番号が1増える？

ウソだろ？
と思いますよね？

これが結構いたんです。
コチラが頭を抱えてしまいます。

「陽子が中性子に変わる」
ここは間違いないですね。
ただ、そのあとが良くありません。

原子番号=陽子数ですから、原子番号は
「1減る」としなければなりませんね。

単純な間違いか、ケアレスミスだと思いますが、
こういう基本的な部分を落としてしまうと、合格点が遠のいてしまいます。

問4　「消滅放射線の発生過程」を説明しなさい。

キーワード

• 対消滅
• スペクトル
• ポジトロニウム
• 0.511MeV
• 180°

解答例

陽電子は運動エネルギーが尽きると、付近の陰電子と結合し、ポジトロニウムとなり、対消滅を起こす。
その際、0.511MeVの線スペクトルの消滅放射線を互いに180°方向に放出する。

解説

正解率66.6％でした。
結構キーワードで誘導したつもりなのですが、斜め上を行かれました。

ここは「発生過程」を問うてますから、流れを説明しなくては行けません。

誤答例を見ながら説明していきましょう。

誤1　対消滅でポジトロニウムが生成される？

このパターン、多かったです。

対「消滅」するはずのポジトロニウムが「生成」される側で登場してしまっています。
となると、いったい何が対消滅したんでしょうか・・・

正しくは、「ポジトロニウムが対消滅して、消滅放射線が放出される」んでしたよね。

ついでと言っては何ですが、「ポジトロニウム」が何なのかも説明して欲しいところです。
陽電子と陰電子が結合した状態が「ポジトロニウム」でしたね。

誤2　消滅放射線が連続スペクトル？

これも多く見られた間違い方です。

「0.511MeVの消滅放射線が2本発生する。
2本発生するので連続スペクトルを示す。」

これは、僕にも原因があるんでしょうか？
僕はかねてから、

「1回の現象で単独発生するものは線スペクトル、
複数同時発生するものは連続スペクトル。
ただし、消滅放射線だけは例外で、0.511MeVで固定だから線スペクトル」

と講義で言いまくっています。
①ルールを覚えてから
②例外を覚える
という、作戦です。

例外の例として消滅放射線を毎回あげていたのですが・・・
「2本同時=連続スペクトル」
のルールに則ってしまっていますね。

問5　「内部転換からオージェ電子の放出までの流れ」を説明しなさい。

キーワード

• γ線
• 内部転換電子
• 空位
• 特性X線
• オージェ電子

解答例

励起状態の原子核は、γ線としてエネルギーを放出する代わりに、
軌道電子を放出してエネルギー準位を下げることがある。
この際放出される電子を内部転換電子といい、この現象を内部転換という。
内部転換は内殻軌道電子で起こりやすく、空位が生じるため、
特性X線もしくはオージェ電子の放出が起こる。

解説

正解率73.7％でした。

多くの方が流れを把握できていました。

ただし、理解度を疑わざるを得ない誤答例がありました。

誤1　空位が生じると、特性X線とオージェ電子が放出される。

この表現、結構いました。

特性X線とオージェ電子を「と」で繋いでしまうパターン。
これだと、空位があると、特性X線とオージェ電子の両方が放出されることになります。

正しくは、「か」で繋がないといけません。
「か」で繋げば、「どちから一方が放出される」という意味になります。
こんな感じ。

「空位が生じると、特性X線かオージェ電子が放出される。」

ね。正しい意味になるでしょ？

もう少し放物っぽい表現にしたい場合は「もしくは」で繋いでみて下さい。
こんな感じになります。

「空位が生じると、特性X線もしくはオージェ電子が放出される。」

教科書に近付きましたね。

誤2　競合相手を取り違える。

少ないですがいましたね。

この現象では、競合過程のペアが2つ出てきます。
そのペアはもちろん、

• 「γ線」と「内部転換電子」
• 「特性X線」と「オージェ電子」

この2ペアです。

γ線が出るなら、内部転換電子は出てこない。
γ線が出ないなら、内部転換電子が出てくる。

特性X線が出るなら、オージェ電子は出てこない。
特性X線が出ないなら、オージェ電子が出てくる。

こういった関係性ですね。
一連の流れで、放出される放射線は2種類です。
「γ線か内部転換電子」と「特性X線かオージェ電子」ですね。

理解度を疑う例としては

「内部転換電子が放出されると、γ線によりオージェ電子が放出される。その結果、特性X線も放出される。」

競合する相手を取り違えると、全部放出されるような文章になってしまいます。
何なんでしょうか・・・
本来なら、2種類しか放出されない現象なのですが、4種類すべてが放出されていそうな表現です。
オールスター戦です。

ちゃんと理解して下さいね・・・泣
この回答の方、講義中、良く居眠りしている方です。

問6　「誘導核分裂」を説明しなさい。

キーワード

• 中性子
• 核分裂片
• 放出エネルギー
• β^－壊変
• 質量数

解答例

²³⁵Uに熱中性子を照射すると、²³⁶Uという複合核が形成され、亜鈴型に引き伸ばされ分裂する。
分裂すると2つの核分裂片と2～3個の中性子が放出され、この中性子が次の核分裂を連鎖的に引き起こす。
核分裂片は、質量数140前後と95前後のものが多く、中性子過剰の状態のため、β^–壊変を起こしやすい。

　1回の核分裂の放出エネルギーは200MeV程度で、その80％は核分裂片に分配され、残りの20％は中性子やγ線や熱エネルギーなどとなり放出される。
このときの中性子は１つあたり2MeVのエネルギーを有する。

解説

正解率25.4％でした。

ちょっと想像以上の正解率に僕の方が引いています・・・
たしかに、最終講義での内容でしたけど、
無対策にもほどがあるでしょうに。笑

ここは誤答例を紹介

誤1　β壊変と競合！？

結構多かったのがコチラ。

「核分裂は β^－壊変 の代わりに起こる現象で・・・」

いやいやいや。
キーワードを使うためにどうしようかと悩んだ結果なんだと思いますが、
核分裂は β^－壊変 との競合現象ではありません。

百歩譲って、²⁵²Cf が起こす自発核分裂との競合の可能性も考えましたが、
そちらはα壊変との競合過程ですので、β^－壊変の入り込む余地はありません。

核分裂によって生じた核分裂片は、中性子過剰の状態なので、その後β^－壊変を起こしやすくなります。今回の「β^－壊変」というキーワードは、この意味で使って欲しかったところです。

誤2　中性子照射で質量数が増えて $β^{-}$ 壊変が起こる？

こちらも多かった誤答です。

中性子を照射することで、その中性子が²³⁵Uに吸収され、
中性子を吸収した核は、中性子過剰になってβ^－壊変を起こす。
※この「²³⁵U」を書けていない人も多かったです。

理論的には中性子が増えるんだから、中性子過剰。
それならβ^－壊変だ！
と考えたんでしょう。

まぁ、言わんとするところは分かりますが、
これだと、「核分裂どこ行った？」となります。

その後の回答を読み進めると、
「β^－壊変の後、核分裂する。」
と続きます。

続いちゃダメです。笑
現象の起こる順番が逆です。

核分裂する。
↓
核分裂片（中性子過剰）が生じる。
↓
中性子過剰だからβ^－壊変する。
この順番ですので、お間違えなく。

問7　半減期3時間の核種が20MBqある。6時間経過した後の放射能[MBq]を求めなさい。

解答例

求める放射能Aとすると、

$$
\begin{aligned}
A&=A_0({\frac{1}{2}})^{\frac{t}{T}}\\[6pt]
&=20 \cdot ({\frac{1}{2}})^{\frac{6}{3}} \\[6pt]
&=20 \cdot \frac{1}{4} \\[6pt]
&=5 \mathrm{[ MBq ]}
\end{aligned}
$$

A₀：初期放射能
t：経過時間
T：半減期

解説

計算問題は講義中にもやりましたね。
試験中の使用は認めていませんが、
講義中の演習では、電卓の使用を薦めています。
今はスマホでも事足りる時代ですが、ひとつ関数電卓を持っておくのもおススメです。

正解率は93.4％と、とても良くできていました。

ここは特に目立った誤答はありませんでした。
書いたか書けなかったか。解けたか解けなかったか。という印象です。

問8　ある親核種 ${}^{100}\mathrm{X}$ がα壊変して娘核種 ${}^{96}\mathrm{Y}$ になった。壊変のQ値が 5.0MeV のときのα粒子の運動エネルギー[MeV]を求めなさい。

解答例

求めるエネルギーをE_αとすると、

$$
\begin{aligned}
E_α&=5 \cdot (\frac{96}{96+4})\\[6pt]
&=5 \cdot \frac{96}{100}\\[6pt]
&=4.8 \mathrm{[MeV]}
\end{aligned}
$$

解説

正答率は44.7％でした。

このQ値の分配問題は過去に何度も出題していて、
「試験に出すからね」と伝えていても、正答率はなかなか上がりませんね。
難しくはないと思うのですが、どうでしょうか？

「質量数の逆比で分配される」
これがキーワードなんですが、聞き覚えないですか？

理解しないまま国試に臨むのだけは辞めて下さいね。

誤答例を紹介します。

誤1　割合だけ計算しちゃってる。

これ、非常に惜しいですよね。
もう、ほぼ分かっているのに、うっかり見落としちゃったんだと思います。

$$
\begin{aligned}
E_α&= (\frac{96}{96+4})\\[6pt]
&= \frac{96}{100}\\[6pt]
&=0.96 \mathrm{[MeV]}
\end{aligned}
$$

正解にしてあげたいのはやまやまですが、
「壊変のQ値を分配している」
という大切な部分が抜けているんですね。

この回答だと、「こういう比率で分配します」は分かっても、
「Q値を分配する」が抜けているという評価になります。

部分点、差し上げときます！

誤2　こちらは定番「比率が逆」パターン

もうこちらは典型例です。
Q値は「質量数の逆比で分配」なのに、質量数の比率（正比率）そのままに分配しちゃったパターン。

これの落とし穴は、正比率の数字も綺麗になること。
ダマされやすいです。
自分の計算した結果が綺麗な数字だと、
「あぁ、大丈夫そうだ。合ってる合ってる！」
そう思い込んでしまいがち。

まぁともかく数字見てみましょう。

$$
\begin{aligned}
E_α&=5 \cdot (\frac{4}{96+4})\\[6pt]
&=5 \cdot \frac{4}{100}\\[6pt]
&=0.2 \mathrm{[MeV]}
\end{aligned}
$$

うん、キレイ！
これは引っ掛かるかも。
こちらも部分点対応ですな。

是非、「質量数の逆比で分配」になっているかを確認する癖を付けて下さい。

問9 とある核種 ${}^{234}_{90}\mathrm{X}$ が壊変を繰り返して ${}^{214}_{84}\mathrm{Y}$ になるまでに行う $ α $ 壊変と　$β^{-}$ 壊変の回数をそれぞれ求めなさい。

解答例

α壊変の回数をAとすると、

$$
\begin{aligned}
A&=\frac{234-214}{4} \\[6pt]
&=5 \mathrm{[ 回 ]}
\end{aligned}
$$

一方、β^－壊変の回数をBとすると

$$
\begin{aligned}
90-2A+B&=84 \\[6pt]
90-2 \cdot 5+B&=84 \\[6pt]
B&=84-90+10 \\[6pt]
&=4 \mathrm{[ 回 ]}
\end{aligned}
$$

従って、α壊変が5回、β^－壊変が4回。

解説

正答率は75.0％でした。
「絶対に出すからね！」と念を押しただけあって、良くできていました。
ただ、問7レベルの正答率（93.4％）を期待しておりましたが、そこまではいきませんでした。

なぜそこまでこの問題ができるようになって欲しいのか。
答えは単純です。

国試に良く出るから！
かつ
主任者でも出るから！

これに尽きます。

さて、解法の手順はこうなります。

1. 質量数の変化からα壊変の回数を求める。
2. α壊変の回数から、原子番号の変化量を求める。
3. α壊変後の原子番号と、最終的な原子番号との差からβ^－壊変の回数を求める。

この3ステップで求められます。

誤答という訳ではないですが、素直に〇としたくない例をご紹介します。

誤1　数式だけ書いてくる。

このパターン多いです。
どういう手順で、なぜそう計算したのか。
これを採点者側が想像しなければならないパターン。

何を言っているか分からないって？
まずは見てみて下さい。

$$
\begin{aligned}
234-214&=20\\[6pt]
20÷4&=5 \\[6pt]
90-2 \times5 &=80 \\[6pt]
84-80&=4
\end{aligned}
$$

とだけ書いてあります。

何の数字が何のことやら？
となってしまいませんか？

確かにα壊変が5回、β^－壊変が4回が正解ですが、
この書き方だと、どっちの数字が何壊変なのかも明記されていません。
単位もありません。
どの部分が解答なのかも分かりません。

自分では解けているつもりでしょうが、
人に伝えるということができていません。

試験の答案は他人に伝わるかを意識して欲しいと思います。

誤2　α壊変の回数だけ合っている

このα壊変の回数だけ合っているというパターンは結構多くいました。
しかし、β^－壊変の間違い方が多種多様過ぎて、法則性というものは見受けられませんでした。

例としてはこんな感じ。

• α壊変5回、β^－壊変3回
• α壊変5回、β^－壊変6回
• α壊変5回、β^－壊変10回
• α壊変5回、β^－壊変20回

3回や6回なら、数え間違えたかな？
と思えるのですが、
10回や20回となると、なぜだ？
ってなります。

普通に考えて、α壊変5回に対して、β^－壊変20回って、
バランス悪く思わないんでしょうかね？

計算ができたら、そのまま終わりにせず、
「この答えは現実的かな？」と考える癖を付けてみて下さい。

もし、「アレ？おかしいかも」と思ったら、大体おかしいです。
この感覚は問題をたくさん解いて慣れていって欲しいと思います。

問10　とある核種 ${}^{10}\mathrm{X}$ に重陽子（ ${}^{2}\mathrm{d}$ ）を照射したところ、核反応が起こった。この反応のQ値が －2.0MeVのとき、しきいエネルギー[MeV]を求めなさい。

解答例

求めるしきいエネルギーをE_dとすると、

$$
\begin{aligned}
E_d&= (1+\frac{2}{10}) \times |-2.0| \\[6pt]
&=2.4 \mathrm{[MeV]}
\end{aligned}
$$

解説

正答率は35.4％でした。

国試でも中々出題されることのない計算問題ですので、
正答率はこの数字でも良いかと思ってしまいます。

ただ、やはり解けている人は解けています。
解けている人を確認すると、
「細かいところまでやりこんでいる」人たちでしたね。
普段のイメージ通りのメンバーでした。

さて、そんな中、1パターンですが、法則性のありそうな誤答例を紹介しましょう。

誤1　「＋」が「－」になっている。

$$
\begin{aligned}
E_d&= (1-\frac{2}{10}) \times |-2.0| \\[6pt]
&=1.6 \mathrm{[MeV]}
\end{aligned}
$$

間違っていても数値が出てしまうことが厄介なところです。
自分の間違いに自らで気付くというのは容易なことではありません。

ただ、現象をよく考えてみて下さい。

しきい値がQ値を下回るってどういう状況でしょうか？
Q値の分のエネルギーを補うためには、
入射粒子はそれ以上の運動エネルギーを持っている必要があります。

そうじゃないとおかしいですよね？

100円のお釣りをもらうためには100円以上の金額を会計時に出す必要があります。
会計時に50円しか出していないのに、100円のお釣りが来たら儲かっちゃいますよね？
そんなことはない訳です。

エネルギーもそれと同じ考え方です。

まとめ

今回の中間試験では、知識そのものよりも、
「なぜそうなるのか」を理解できているかを重視した問題にしました。

正解にたどり着くことも大切ですが、
それ以上に、現象を理解し、自分の言葉で説明できることを目標にして欲しいと思います。

今回の試験で特に意識して欲しいポイントをまとめます。

• 用語は意味まで理解する。
• 現象は原因と結果を意識する。
• 計算問題は手順を理解して解く。
• 答えが出たら「本当にこの値で合っているか？」を確認する。
• 答案は採点者に伝わるように書く。

今回紹介した誤答例は、実際に皆さんが書いた答案をもとにしています。

今回の解説を参考に、期末試験へ向けて復習しておきましょう。

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

The post 2026年度　放射線物理学Ⅱ　中間試験　解説 first appeared on 勉強嫌いの放物.

特性X線やオージェ電子のことは覚えたのに、いざそのエネルギーを計算しようとすると手が止まる——そんな質問、よく受けます。
本記事では、エネルギーが「結合エネルギーの差」で決まる理由を押さえ、式に頼らず自分で導ける状態を目指します。
まず前提（どの殻からどの殻へ落ちるか）を言葉で整理し、次に数値を当てはめて、K_α・K_β・L_α、そしてオージェ電子の順に短い例題で確認します。
このやり方は国家試験での計算問題でも使えますし、医療現場でのピーク識別や装置の理解にも役立ちます。

原子で何が起きている？

原子の内側の殻に空位ができ、外側の殻から来た電子が遷移してそれを埋めます。
そのときのエネルギーが、特性X線として出るか、別の電子を電離してオージェ電子になるかの二択です。
この章ではまず、このしくみの全体図を押さえます。ポイントは「結合エネルギーの差」です。

内殻に空位ができるまで

• どうやって空位ができる？
  X線や電子が当たって、内側の殻（K・Lなど）の電子が電離すると、その殻に空位ができます。
• なぜ内殻が大事？
  内殻ほど結合エネルギーが大きく、外殻との差も大きいので、あとで出てくるエネルギーも大きくなります。
• 起こり方の例
  • 光電効果：X線を吸収 → 内殻電子が電離 → 空位ができる。
  • 衝突電離：電子線が当たる → 内殻電子が電離 → 空位ができる。
• ここでのゴール
  「どの殻に空位ができたか（KかLか）」をしっかり認識できるようになりましょう。

空位ができた理由は何でもええんか？

牛助

たなまる

そう！
空位ができた理由は何でもいいんだ。
どこに空位ができたかが大事なんだ。

空位の埋まり方は2通り：特性X線かオージェ電子か

• 遷移：外側の殻の電子が、空位のある内側の殻へ遷移して埋めます。
• エネルギーの使い方は2択
  1) 特性X線（光を出すほう）… 遷移のエネルギーがX線として出る。
  2) オージェ電子（光を出さないほう）… そのエネルギーで別の電子が電離し、オージェ電子として飛び出す。
• ちょい知識
  一般に軽い元素はオージェ電子が出やすく、重い元素は特性X線が目立ちやすい傾向があります。

この辺りはC2・C3で詳しく解説しています。そちらもご覧ください。

• C2：特性X線の発生原理と種類
• C3：オージェ電子の発生と特徴

結合エネルギーと「差」のルール

原子の“どの殻からどの殻へ遷移したか”で、放出されるエネルギーが決まります。
ここで使うのは結合エネルギーの差だけです。

※結合エネルギーの差で計算しても、エネルギー準位の差で計算しても結果は同じになります。
　結合エネルギー？エネルギー準位？ってなってしまった方はA21でおさらいしましょう。

• A21：軌道電子のエネルギー準位とは？結合エネルギーとの違いをやさしく解説

結合エネルギーの定義と符号

• 定義：その殻の電子を原子から電離させるのに必要なエネルギー（eV, keV）。
• 大小関係：結合エネルギーは内側ほど大きい（例：K > L > M > N）。
• 符号の扱い：本記事では正の数として扱います（“必要量の大きさ”という意味）。
• 計算のコツ：以後、式はすべて「大きい − 小さい」の順で書きます。

特性X線：E =（空位がある殻）−（遷移元の殻）

• 考え方：外側の殻にいた電子が内側へ遷移して空位を埋めるとき、
  その結合エネルギーの差が特性X線のエネルギーになります。
• 式のかたち：
  E = E(空位の殻) − E(遷移元の殻)
  例：K_α（L→K）なら E = E(K) − E(L)。
• 意味づけ：
  「空位のある殻の深さに“はまり直す”ぶんだけエネルギーが出る」。

オージェ電子：E_k =（空位の殻 − 遷移元の殻）−（放出される殻）

• 考え方：遷移で生まれたエネルギーが、別の殻の電子1個を電離させるのに使われ、
  余りがその電子の運動エネルギー（オージェ電子のE_k）になります。
• 式のかたち：
  – E_k = E(空位の殻) − E(遷移元の殻) − E(放出される殻)
  例：KLL なら E_k = E(K) − E(L) − E(L)。
• 意味づけ：
  「遷移で得たエネルギー」から「もう1人を外へ出すための“結合エネルギー”」を差し引いた残り。

どの“差”を引く？

• K_α：L→K（空位：K、遷移元：L）→ E = E(K) − E(L)
• K_β：M→K または N→K（どちらから来たかで値が変わる）
  • M→K：E = E(K) − E(M)（K_β “最小”）
  • N→K：E = E(K) − E(N)（K_β “最大”）
• L_α：M→L → E = E(L) − E(M)

チェックリスト（毎回これで確認できます）

• 空位の殻はどこ？（まずここを口で言う）
• 遷移元はどこ？（→ 特性X線の差が決まる）
• 誰が電離される？（→ オージェならさらにもう一つ引く）
• 式は大きい − 小さい（− 小さい）の順になっているか？
• 単位（eV/keV）を最後にそろえたか？

結合エネルギーで計算しても、エネルギー準位で計算しても同じになる

結合エネルギーで計算しても、エネルギー準位で計算しても、答えは同じになります。
理由はシンプルで、準位エネルギーが結合エネルギーと符号が逆なだけだからです。

• 用語の対応
  • 結合エネルギー E_B(殻)：その殻の電子を原子から電離させるのに必要な量（正の数）
  • 準位エネルギー E_level(殻)：真空を0としたときのその殻の“深さ”（負の数）
  • 関係：E_level(殻) = − E_B(殻)
• 特性X線（K_αの例）
  • 結合エネルギーで：E = E_B(K) − E_B(L) = 30 − 10 = 20
  • 準位エネルギーで：E = |E_level(L) − E_level(K)| = |(−10) − (−30)| = 20
• オージェ電子（KLLの例）
  • 結合エネルギーで：E_k = E_B(K) − E_B(L) − E_B(L) = 30 − 10 − 10 = 10
  • 準位エネルギーで：E_k = |E_level(L) − E_level(K)| − E_B(L) = |(−10) − (−30)| − 10 = 10
• 使い分けのコツ
  • 表が結合エネルギーで与えられていれば、そのまま差を引くのが早いです。
  • 図が準位の深さなら、上の準位 − 下の準位の差の絶対値をとれば同じ答えになります。

基本例題

実際に計算してみましょう。

たとえば、こんな感じの結合エネルギーを持った原子を例にとって考えていきましょう。

エネルギーの単位は無視してください。自由電子も考えません。

K_α X線のエネルギー

• 状況：K殻に空位。外側のL殻の電子が遷移して埋める。
• 式：E = E(K) − E(L) = 30 − 10 = 20
• メモ：K_αは「L→K」。空位の殻 − 遷移元の順。

K_β：X線の最大値と最小値

K_β X線が最大値となるのはN殻からK殻へ遷移したとき。
K_β X線が最小値となるのはM殻からK殻へ遷移したとき。

• 状況：K殻に空位。遷移元が M か N かで値が変わる。
• 式（最大）：E = E(K) − E(N) = 30 − 5 = 25
• 式（最小）：E = E(K) − E(M) = 30 − 7 = 23
• なぜ差が出る？：外側ほど結合エネルギーが小さい（M=7、N=5）。
  したがって E(K) − E(より小さい数) のほうが差が大きくなり、N→Kが最大になります。

L_α = 10 − 7 = 3

• 状況：L殻に空位。M殻から遷移。
• 式：E = E(L) − E(M) = 10 − 7 = 3
• メモ：L_αは「M→L」。K系列と同じ考え方でOK。

まとめ表（特性X線）

よくある取り違え

• L − Kのように小さい − 大きいと書かない。必ず空位の殻 − 遷移元。
• 記号だけ追って迷ったら、「Kに空位。どこから遷移？」と口で言ってから式にする。

オージェ電子のエネルギー（K空位）

「空位を埋める遷移で生じたエネルギー」を、別の電子の電離に使い、余りがその電子の運動エネルギー（オージェ電子 Eₖ）になります。
計算はかんたんで、「空位の殻 − 遷移元の殻 −（電離される殻）」の順に差をとるだけです。

仕組みを一歩ずつ（読み方のルール）

• 記号 KLM の読み方
  1文字目 K：空位のある殻
  2文字目 L：そこへ遷移してくる殻
  3文字目 M：電離されて外へ出る殻（＝オージェ電子がいた殻）
• 基本式（結合エネルギーで表す）：
  Eₖ = E(空位の殻) − E(遷移元の殻) − E(電離される殻)

具体例（表：K=30, L=10, M=7, N=5）

• KLL： E_k = 30 − 10 − 10 = 10
  （Kの空位をLからの遷移で埋め、そのエネルギーでLから電子が電離）
• KLM：E_k = 30 − 10 − 7 = 13
• KLN：E_k = 30 − 10 − 5 = 15
• KNN（最大）：E_k = 30 − 5 − 5 = 20

なぜ KNN が最大になる？

最後に引く「電離される殻」の結合エネルギーが小さいほど、引き算の余りが大きくなるからです。
N殻は L・M より小さい（5 < 7 < 10）ため、KNN が最大になります。

成立条件と注意

• E_k が 0 以上であること（負になれば、その組み合わせではオージェ放出は起きません）。
• 記号の順番に意味あり：1文字目＝空位／2文字目＝遷移元／3文字目＝電離される殻。
• 途中で単位（eV / keV）を崩さないこと。

まとめ表（オージェ：K空位）

よくあるミス

K_βの最大/最小の理屈をオージェにも混ぜる。→ オージェは最後に引く殻が小さいほど大。

順番を取り違える（例：L − K − L など）。→ かならず 空位 − 遷移元 − 電離殻。

記号の3文字目（電離される殻）を遷移元と勘違い。→ 3文字目は「外へ出る人」。

電爺

そうそう。やりがちじゃのぅ。

つまずきポイントとチェック

「差で考える」と言っても、計算の順番や記号の読み違いで止まりやすいところがあります。
ここではよくある誤り → 直し方 → 1行チェックの順で整理していきましょう。

引く順番の取り違え（L − Kにしない）

• 誤り：K_α を E = E(L) − E(K) としてしまう。
• 正解：空位の殻 − 遷移元の殻。K_α（L→K）なら E = E(K) − E(L)。
• 1行チェック：「空位はどこ？（K）→ どこから遷移？（L）→ K − Lの順で書く」

遷移する電子と、電離で出る電子の混同

• 誤り：KLM を「M→K の遷移」と読んでしまう。
• 正解：1文字目＝空位／2文字目＝遷移元／3文字目＝電離される殻。
  KLM は「空位：K、遷移元：L、電離：M」。
• 1行チェック：「空位→遷移→電離の順で3文字を読む」

単位と桁（eV / keV）

• 誤り：表は keV なのに、途中計算で eV に混在。
• 対処：開始時に単位を決めて最後まで固定。途中で変換したら、最後にもう一度単位を確認。
• 1行チェック：「最初に“keVで統一”とメモ」

ライン記号の読み分け（K_α / K_β / L_α…）

• 誤り：K_β を1種類だと思う。
• 正解：K_β は遷移元の殻が複数あり（M→K と N→K）、最大／最小が生じます。
• 1行チェック：「K_β＝どこからKに遷移？（MかNか）」

オージェの“最大・最小”の考え方

• 誤り：KNN が最大になる理由を、特性X線のK_βと同じノリで説明してしまう。
• 正解：オージェは E_k =（空位 − 遷移元）−（電離される殻）。
  → 最後に引く殻の結合エネルギーが小さいほど E_k は大きい。
  N がいちばん小さいから KNN が最大。
• 1行チェック：「“最後に引く数が小さいほど大”」

チェックリスト

1. 空位の殻はどこ？（K/L… を口で言う）
2. 遷移元はどこ？（→ 特性X線の差が決まる）
3. 電離される殻は？（→ オージェならもう一つ引く）
4. 式の順番：空位 − 遷移元（− 電離殻） になっている
5. 単位：eV/keV を最後にそろえる

ミニ演習

• 問1：Kβ（M→K）を表で求める（K=30, M=7）。
  解答：E = 30 − 7 = 23 keV
• 問2：KLM のオージェエネルギー（K=30, L=10, M=7）。
  解答：Eₖ = 30 − 10 − 7 = 13 keV

ここまで押さえられたら、計算はもう“作業”になります。次は実際の過去問を見ていきましょう。

実際の過去問を見てみよう。

1994年に実施された第46回国家試験からのご紹介。
ちょっと古い問題ですが、大切な計算問題です。

第46回　1994年　問21
80kVの光子がタングステンに対し光電効果を起こした。タングステンのK軌道とL軌道の結合エネルギーをそれぞれ69.5keV、10.9keVとすると、電子の運動エネルギーTとK_α線のエネルギーE_αとは何keVになるか。

答えを確認する。

正解は　2　です。

では、考え方を見ていきましょう。

計算問題は、まずは問われているものを確認します。
今回の場合は「光電子の運動エネルギーT」と「K_αＸのエネルギーＥ_α」この2つです。

状況を図で示して、ＴとＥ_αがどこに該当するかも見てみましょう。

K_α線のエネルギー（E_α）が問われていることから、光電効果はK殻軌道電子で起きたことになります。

では現象の流れ的に光電子の運動エネルギーＴから求めていきましょう。
80keVの入射光子が、結合エネルギー69.5keVのＫ殻軌道電子を電離します。
電離するには結合エネルギーを切断し、束縛から解放しなくてはいけません。
したがって、Ｔを求めるには

$$
\color{#B22222}{
\pmb{
\begin{aligned}
T&=80-69.5\\
&=10.5\:\mathrm{[keV]}
\end{aligned}
}}
$$

となります。

続いてＥ_αを求めていきます。
Ｅ_αは結合エネルギーの差で求めることができます。
結合エネルギーの大きい方（69.5keV）から小さい方（10.9keV）を差し引けばＯＫです。
したがって、Ｅ_αを求めるには

$$
\color{#B22222}{
\pmb{
\begin{aligned}
T_α &=69.5-10.9\\
&=58.6\:\mathrm{[keV]}
\end{aligned}
}}
$$

となります。

医療現場でのかかわり

特性X線のエネルギーまで意識して撮影している技師は少ないと思いますが、マンモグラフィに携わっている場合は、そうも言ってはいられません。

エネルギーへの意識に関わらず、X線管球からは特性X線が出てきていますから、ご紹介しておきましょう。

X線管ターゲットの特性X線ピークを読む

一般撮影やCTで使うタングステン（W）ターゲットでは、スペクトル上にK系列の鋭いピークが立ちます。
本記事の「結合エネルギーの差」で考えると、K_α（L→K）やK_β（M/N→K）の位置関係を言葉で説明でき、線質管理やトラブルシュートに役立ちます。

• ここまで知っているとgood!
  • 付加フィルタを変えると連続X線（制動放射線）の土台は削れても、特性X線のピーク位置は変わらない（強度は変わり得る）。
  • ターゲット材が変わればピークそのものの位置が移る（例：マンモではMo/Rhの低エネルギー側の特性X線を活用）。

ピークは「殻どうしの差」の痕跡です。差の見方を持っていると、装置の設定や結果の変化を筋道立てて説明できます。

特性X線のピークについてはC08：X線エネルギー分布はなぜ削られる？ろ過で変わるスペクトルの中身も参考になります。

まとめ

この記事では、特性X線とオージェ電子のエネルギーが、どちらも結合エネルギーの差で決まることを整理しました。
流れを追って確認しながら、計算で迷わないための考え方を振り返ってまとめていきましょう。

• 内殻電子が電離すると、その殻に空位ができる
• 空位は外側の電子が遷移して埋められる
• 遷移で生じたエネルギーは
  • 光として出れば特性X線
  • 別の電子を電離すればオージェ電子になる
• 特性X線（Kアルファなど）のエネルギーは
  • 空位の殻 − 遷移元の殻
• オージェ電子の運動エネルギーは
  • 空位の殻 − 遷移元の殻 − 電離される殻
• 結合エネルギーで計算しても、準位の深さで考えても結果は同じ
• 計算前に 空位 → 遷移 → 電離 を言葉で確認するとミスが減る

たなまる

式を覚える前に、空位はどこで、どの電子が遷移して、誰が電離するのかを常に意識してみましょう。エネルギーは、いつもその「差」になっています。

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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• C02：特性X線の発生原理と種類
• C03：オージェ電子の発生と特徴

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• X線の連続線と特性線（産総研：XAFS入門）

The post C04　特性X線とオージェ電子のエネルギーを結合エネルギーから紐解いてみよう first appeared on 勉強嫌いの放物.

原子の内殻に空位ができたとき、エネルギーはどのように放出されるのでしょうか。
一般的には特性X線が思い浮かびますが、実はもうひとつ重要な放出の仕方があります。

それが「オージェ電子」です。
内殻の空位を埋める際に、エネルギーが軌道電子に伝わって外へ飛び出す現象で、特性X線と競合する形で現れます。このときに飛び出した電子がオージェ電子です。

この章では、オージェ電子がどのように発生するのかを中心に説明していきます。
空位ができれば、必ず特性X線かオージェ電子が放出される――その仕組みを押さえることが、次のエネルギー計算を理解する土台になります。

※この記事はC2：特性X線の発生原理と種類を読んだ後にご覧いただくと、理解しやすくなっています。

オージェ電子とは？

原子の内殻に空位ができたとき、原子は不安定な状態になります。
このとき、余分なエネルギーを放出して安定化するのですが、その方法は必ず二つに分かれます。
一つは「特性X線」としてエネルギーを光の形で出す方法、もう一つは「オージェ電子」と呼ばれる電子を飛ばす方法です。
ここでは、特性X線と並んで重要な役割を果たすオージェ電子の放出について整理していきましょう。

特性X線と並ぶ放出の仕組み

これまで学んできた特性X線は「外殻の電子が内殻へ落ち込むときに、その結合エネルギー差が光として現れる」ものでした。
一方、オージェ電子は光ではなく、電子そのものが外へ飛び出すという形でエネルギーが表に出てきます。
イメージすると、原子が「余分なエネルギーを抱えきれず、近くの電子を蹴飛ばしてしまう」といった感じです。
この過程では新たに光は出ないので、外部から見ると「X線が出るはずの場面で電子が飛び出してきた」という現象として観測されます。
つまりオージェ電子は、特性X線と並ぶ、もう一つの“エネルギーの出口”なのです。

特性X線を放出する代わりに、軌道電子が原子外に放出される。その電子がオージェ電子です。

内殻の空位が引き金になる

では、オージェ電子が発生するきっかけは何か。
それは必ず「内殻に空位ができたこと」から始まります。
X線や電子線などの照射によって内殻電子が弾き飛ばされると、その位置に空位ができます。
原子にとって空位は非常に不安定であり、安定化するために外殻電子が遷移して空位を埋めようとします。
その結果、結合エネルギーの差に相当する余分なエネルギーが発生しますが、
これが光子として外に出れば特性X線、別の電子に受け渡されればその電子が原子の外に飛び出し、オージェ電子となります。
つまり「空位ができる → 埋まる → エネルギーが出る」という一連の流れが、オージェ電子発生の根幹なのです。

C02で言ってた、内殻に余計な荷物は持っていけないってやつですね。

たまのすけ

電爺

そうじゃ。
タンスと本棚の両方は持っていけんからのぅ。
どっちかは捨てようってことじゃ。

たなまる

特性X線かオージェ電子、どっちかは外に出しちゃおうってことだね。

両方とも捨てられんって電子はどうなるんや？

牛助

電爺

そういう電子は遷移しないんじゃ。

たなまる

他にも電子はいますからね。
捨てる決意の固まった電子が遷移するんです。

オージェ電子の発生メカニズム

オージェ電子は、原子の中で「電子の遷移（高→低）」が起きるときに現れます。
特性X線と同じように、内殻にできた空位を埋めるために電子が遷移するのが出発点です。
しかし、そのエネルギーがX線ではなく、別の電子を飛ばすことに使われた場合、それがオージェ電子となります。
ここでは、その一連の流れを順を追って確認していきましょう。

外殻電子が内殻に落ちるとき

内殻に空位ができると、外殻の電子が遷移します。
このとき、電子は「高い階段から低い階段に降りる」ような動きをしており、余分なエネルギーを放出する必要があります。
特性X線の場合は、このエネルギーが光子（X線）として外に飛び出します。
一方、オージェ電子の場合は、このエネルギーが別の電子に伝わるのです。

つまり、外殻電子が内殻に移動することがオージェ電子発生の第一歩となります。

エネルギーが別の電子に伝わる仕組み

外殻電子が内殻へ落ちたときに生じるエネルギーは、原子内で必ず処理されます。
その処理方法には2つのルートがあります。
ひとつは電磁波（特性X線）として外に放つルート、もうひとつは原子内の別の電子に渡すルートです。

この「エネルギーの受け渡し」が起きるのは、原子が安定するための自然な現象です。
原子の中では、余ったエネルギーを誰かに渡すか、自分で抱えきれずに吐き出すかのどちらかしかありません。
ここでエネルギーを受け取った電子は、束縛から逃れるほどの運動エネルギーを得て、外に飛び出していきます。

飛び出す電子＝オージェ電子

エネルギーを受け取って外に飛び出した電子こそが「オージェ電子」です。
この電子は、もともと原子に束縛されていた電子なので、放出時には特定のエネルギーを持っています。
その値は「遷移に関わった殻の組み合わせ」と「束縛されていた電子のエネルギー」によって決まります。

つまり、オージェ電子のエネルギーは光子（特性X線）のように「高エネルギー放射線」ではなく、電子の結合エネルギーを差し引いた比較的低めの値になります。
この特徴が、特性X線との大きな違いです。

特性X線との違いとエネルギー関係

オージェ電子と特性X線は、どちらも「内殻の空位が埋まるときに放出されるエネルギー」ですが、その出方に大きな違いがあります。
ここでは、両者の性質とエネルギーの扱われ方を整理していきましょう。

特性X線は結合エネルギーの差

特性X線は、外殻電子が内殻に落ちたときの 結合エネルギーの差がそのまま光子に変わる 現象です。
例えばK殻に空位ができ、L殻から電子が落ちると、その差分のエネルギーがX線として外に放出されます。
このエネルギーは比較的大きく、光の中でもX線領域に属するため、検出も容易です。

放射線診療で観察される「特性X線スペクトル」は、この仕組みによって生じています。
したがって、特性X線は元素固有のエネルギーを持ち、分析や診断に大きな役割を果たしています。

オージェ電子はさらに結合エネルギーを差し引いた値

一方、オージェ電子では事情が異なります。
外殻電子が内殻に落ちたときのエネルギーが、もう一つの電子に渡されるのですが、この電子は元々ある殻に束縛されていたため、その結合エネルギーを差し引かなければ外に飛び出せません。

つまり、オージェ電子の運動エネルギーは「結合エネルギー差 − 受け取った電子の結合エネルギー」 という形になります。
このため、オージェ電子のエネルギーは特性X線よりも小さく、数百eV〜数keV程度にとどまります。

この図の場合のオージェ電子のエネルギーを考えてみましょう。
※単位は無視して考えてみましょう。

まず、Ｋ殻の空位に対して、L殻の軌道電子が遷移していますから、本来ならK_αX線として100-40で60のエネルギーが放出されるはずです。
しかし、N殻の軌道電子にその60のエネルギーが受け渡されたとすると、N殻軌道電子は60というエネルギーをうち、5を原子核の束縛からの離脱に使い、残りの55を運動エネルギーとして原子外に放出されます。
つまり、特性X線のエネルギー（60）からさらに受け取った電子の結合エネルギー（5）を引いて、55がオージェ電子になります。

電爺

「オージェ電子のエネルギー」は「特性X線」よりも「結合エネルギー」の分だけ小さくなるんじゃ。

どちらも線スペクトルとして現れる

特性X線もオージェ電子も、どちらも原子内のエネルギー準位に由来するため、「線スペクトル」として観測されます。
つまり、連続的な値ではなく、元素ごとに決まった固有のエネルギーを持つという点で共通しています。

ただし、放出される粒子の種類が光子か電子かで、測定方法や利用される分野が異なります。
光子である特性X線は医療画像や元素分析で広く使われ、電子であるオージェ電子は表面分析や材料研究で活躍します。

発生の確率と原子番号との関係

オージェ電子と特性X線は、どちらも「空位が埋まるときに出るエネルギーの放出方法」ですが、両方が同じ確率で出るわけではありません。
実は、元素の種類、特に原子番号の大きさによって、どちらが優勢に放出されるかが決まってきます。

蛍光収率とオージェ収率

内殻に空位ができたとき、特性X線が放出される確率を 蛍光収率 といいます。
一方、オージェ電子が放出される確率を オージェ収率 と呼びます。
どちらも「同じ事象（空位の充填）」から生じるため、蛍光収率とオージェ収率の和は常に1（100%）になります。

つまり、特性X線がよく出る元素ではオージェ電子はあまり出ず、その逆もまた然りです。

軽い元素ではオージェ電子が優勢

原子番号が小さい元素では、電子が感じる核の引力が弱く、光子（特性X線）としてエネルギーを外に持ち出すよりも、電子同士でエネルギーをやり取りする方が起こりやすくなります。
そのため、炭素や酸素などの軽元素ではオージェ電子が圧倒的に優勢です。

実際、原子番号Z≒30（おおよそ亜鉛）以下では、オージェ収率が高く、特性X線よりもオージェ電子の放出が支配的になります。

たなまる

実際は原子番号Z=32のGe（ゲルマニウム）まではオージェ電子が優勢になります。

重い元素では特性X線が優勢

一方、原子番号が大きくなると状況は逆転します。
電子が強く束縛されるため、外殻電子が内殻に落ちるときのエネルギーも大きく、そのエネルギーを光として放出する確率が増えていきます。
そのため、鉛やウランなどの重元素では特性X線の放出が支配的です。

言い換えれば、原子番号が高いほど蛍光収率が大きくなり、オージェ電子が出る確率は低下していきます。

実際の過去問を見てみよう。

出題年を追えないほど古い国家試験からの紹介となりますが、本質的なところは変わりません。

出題年不明
X線の発生で正しいのはどれか。

1. 特性X線は連続エネルギーを示す。
2. X線の発生効率は管電圧の2乗に比例する。
3. 特性X線のエネルギーは管電圧に依存する。
4. 特性X線の発生とオージェ電子の放出とは競合する。
5. 連続X線の最短波長はターゲットの原子番号によって決まる。

医療現場でのかかわり

オージェ電子は、エネルギーが低く飛程もナノメートル単位と短いため、細胞内のごく限られた範囲に集中して作用します。
この特徴は放射線治療の一分野である 小線源治療（密封小線源治療） にも関係しています。

その代表例が、前立腺がんに対する¹²⁵Iシード治療 です。
前立腺内に米粒ほどのカプセルを埋め込み、そこから放出される放射線でがんを内側からじっくり照射します。
¹²⁵I は主に低エネルギーのγ線や特性X線（27～35keV程度）を出す核種ですが、同時にオージェ電子（0.5～3keV程度）も放出します。
飛程の短いオージェ電子は、シードのすぐ近くにあるがん細胞に対して追加的なダメージを与えるため、治療効果の一部を担っています。

まとめ

この記事では、オージェ電子の発生メカニズムと、特性X線との違いについて整理してきました。
内殻に空位ができたとき、原子の中で何が起きているのかを振り返ってまとめていきましょう。

• オージェ電子は、内殻にできた空位を外殻電子が埋めたときのエネルギーが、別の電子に渡されて放出される現象です。
• 特性X線とオージェ電子は、どちらも空位のエネルギーを解消する方法であり、同時に起こることはなく競合関係にあります。
• オージェ電子のエネルギーは、特性X線よりも結合エネルギーの分だけ小さくなります。
• 軽い元素ではオージェ電子が優勢、重い元素では特性X線が優勢になるという傾向があります。
• 医療現場では、¹²⁵Iシードを用いた小線源治療において、オージェ電子の超局所的な作用が治療効果の一部に寄与しています。

たなまる

オージェ電子は目立たない存在だけど、原子の中ではちゃんと主役を張っているんだ。特性X線とセットで、空位ができたあとの流れをしっかり整理しておこう。

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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