厚労省の公式解答発表前です。
参考程度に留めて下さい。

AMを見ていきましょう

まずはAMの問題から見ていきましょう。
昨年、60問目からが放物の問題に変更になりましたね。

毎年、試験会場まで問題を取りに行くのですが、問題を渡してくれる学生の反応が国試のファーストインプレッションです。
学生のキャラにもよりますが、大抵は「今年は難しい！」と言って渡してきます。
「今年は簡単だ！」なんてセリフは聞いたことありません。
みんな自分の受けた問題が一番難しいんですよね。

ちなみに、私が受けたのは第58回です。
合格率を検索してみると・・・悲劇の年であることが伺えます。

さて、今年はどんな問題が出題されるのやら・・・
ドキドキの瞬間です。

AM60

第78回　2026年　AM60
エネルギーが 0.025 eV の中性子の速度 [m/s] に最も近いのはどれか。
ただし、中性子の質量を $1.7\times10^{-27} \mathrm{kg}$、 $1 \mathrm{eV}=1.6\times10^{-19} \mathrm{J}$ とする。

1. $1.5\times10^3$
2. $2.2\times10^3$
3. $4.7\times10^6$
4. $5.4\times10^{12}$
5. $1.4\times10^{22}$

これは簡単ですね。
覚えていれば楽勝。2秒で選べる問題。
覚えていなくても力技で解けますね。

AM61

第78回　2026年　AM61
同中性子体の関係にある組合せで正しいのはどれか。

1. ${}^{12}\mathrm{C}$　と　${}^{16}\mathrm{O}$
2. ${}^{13}\mathrm{C}$　と　${}^{14}\mathrm{C}$
3. ${}^{14}\mathrm{N}$　と　${}^{14}\mathrm{C}$
4. ${}^{15}\mathrm{N}$　と　${}^{16}\mathrm{O}$
5. ${}^{16}\mathrm{O}$　と　${}^{16}\mathrm{N}$

これまた、優しい問題ですね。
若干放射化学の香りも感じますが、このくらいの難易度がベストだと思っています。

AM62

第78回　2026年　AM62
特性Ｘ線で正しいのはどれか。2つ選べ。

1. オージェ電子と競合して放出される。
2. 原子番号が高いほど波長が短くなる。
3. エネルギー分布は連続スペクトルである。
4. 中性子と物質の相互作用によって発生する。
5. 電子が原子核のクーロン力によって減速する過程で発生する。

これまた基本に忠実な良問。

AM63

第78回　2026年　AM63
電子と物質との相互作用はどれか。2つ選べ。

1. 制動放射
2. 光核反応
3. 電子対生成
4. コンプトン散乱
5. Cherenkov<チェレンコフ>放射

これまた、最高。
放射線技師に求める物理はこのくらいがベストですよね。
今年の問題作成委員の先生、好き。

AM64

第78回　2026年　AM64
超音波の性質で正しいのはどれか。

1. 空気中を伝播しやすい。
2. 組織中を進むにつれて増幅される。
3. 伝播速度は脂肪組織よりも水中の方が遅い。
4. 音響インピーダンスの差が大きい境界面では反射が強くなる。
5. ドプラ効果とは超音波が骨に当たって乱反射する現象である。

PMも見ていきましょう

AMは比較的やさしいラインナップでしたね。
PMもこんな感じが続いて欲しいところですね。
見ていきましょう！

PM60

第78回　2026年　PM60
${}^{235}\mathrm{U}$の核分裂生成物で収率が最も高いのはどれか。

1. ${}^{12}\mathrm{C}$
2. ${}^{40}\mathrm{K}$
3. ${}^{137}\mathrm{Cs}$
4. ${}^{177}\mathrm{Lu}$
5. ${}^{226}\mathrm{Ra}$

これはAMの流れを汲む問題ですね。
お優しい。

解説を見る。

答えは　3　です。

核分裂収率を思い出してください。
こんなのありましたよね。

このグラフからも分かるように、質量数95前後と140前後の核種が生成されやすくなっています。

選択肢的にも迷うものはありませんね。

PM61

第78回　2026年　PM61
放射平衡の説明で正しいのはどれか。

1. 親核種の半減期が娘核種より短いときに成立する。
2. 親核種と娘核種の原子番号が等しくなることである。
3. 親核種と娘核種の壊変率の比が一定となる状態である。
4. 親核種の壊変は停止し、娘核種のみが放射線を放出する。
5. 親核種と娘核種のエネルギー状態が等しくなることである。

少しクセのある枝がありますね。
初めて見る枝もありますが、本質が分かっていれば問題なく選べそうですね。

PM62

第78回　2026年　PM62
光子の水に対する質量減弱係数（A）と質量エネルギー転移係数（B）のエネルギー依存性を図に示す。
水中で1 MeV光子がコンプトン反跳電子に付与する平均エネルギー［MeV］に最も近いのはどれか。

1. 　0.24
2. 　0.31
3. 　0.43
4. 　0.52
5. 　0.67

これはちょっと「うっ！」となる問題ですね。

PM63

第78回　2026年　PM63
中性子で正しいのはどれか。

1. 光電効果に伴い発生する。
2. 静止質量は電子よりも小さい。
3. 中性子源として ${}^{241}\mathrm{Am}$ の自発核分裂を利用する。
4. 熱中性子と物質の相互作用は捕獲反応が支配的である。
5. 核分裂で発生する即発中性子の平均エネルギーは約 10 keV である。

これはちょっと、もの申したい。

PM64

第78回　2026年　PM64
核磁気共鳴で正しいのはどれか。

1. T₁緩和時間はT₂緩和時間よりも短い。
2. 核スピンの励起にはマイクロ波を使用する。
3. Larmor＜ラーモア＞周波数は外部磁場の強さに比例する。
4. 陽子と中性子の両方が偶数個の原子核が観測対象である。
5. 外部磁場中におかれた水素原子の殻スピンは4つのエネルギー準位に分かれる。

第78回　放物　総評

いかがだったでしょうか。
今年は比較的やさしい出題が続きましたね。

このくらいが、放射線技師に求める物理として、ちょうどいいレベルだと思います。

まとめ

この記事では、第78回放射線物理の出題全体を振り返り、難易度や出題傾向について整理しました。
改めてポイントを振り返って、今後の学習につなげていきましょう。

• 計算問題では、式の丸暗記ではなく、係数の意味や比の解釈まで問われた
• 中性子・相互作用など、“一般論として正しいか”を見極める設問が目立った
• グラフ読解では、値を読むだけでなく、概念と結びつける力が必要だった
• 細かな言い回しの違いで正誤が分かれる、選択肢の精査力が重要な回だった
• 分野横断的に基礎を押さえているかどうかが得点差につながった

たなまる

今年は比較的やさしい問題が続きましたね。
ただ、グラフの問題は新規性が高かったように思います。
今後もグラフ読み取りの問題は出ると思いますので対策が必要ですね。
減弱係数に関する問題が多い印象です。

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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ほれ、ここまで読んだんなら、次はこのあたりを見ておくとえぇぞい。

• A14：統一原子質量単位（ダルトン）とは？覚えるべき数値と使い方を解説
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2024年2月15日（木）に実施された第76回診療放射線技師国家試験の放射線物理学の問題を見ていきます。

翌年からフォーマットが変更になるということで、旧フォーマットの最終年です。
少し寂しいような気もしますが、放物の出題内容を確認していきましょう。

AMを見ていきましょう

まずはAM問題から見ていきましょう。
例年70問目からが放物の問題でしたね。
来年以降、どうなることやら。

まぁ、順番はともかく、私としては、毎年学生が解きやすい問題が出題されますように！って願ってます。

AM70

第76回　2024年　AM70
安定な原子核で質量数とおよそ比例関係にあるのはどれか。

1. 体　積
2. 半　径
3. 密　度
4. 中性子過剰数
5. 核子結合エネルギー

これはいきなりドキッとする問題ですね。
落ち着いて考えれば分かると思いますが、慌てると、ふと誤答枝に食いついてしまいそうです。

AM71

第76回　2024年　AM71
運動エネルギーが1 GeVの¹²C原子核を1 nAのビーム強度で30秒間流した。¹²C原子核によって運ばれた総エネルギー［J］に最も近いのはどれか。

1. 1
2. 2
3. 5
4. 10
5. 30

炭素ビームの総合エネルギーを問う出題ですね。
1GeVを単純に J 換算しても答えになりませんから、注意してください。
単位を元に立式してみましょう。

AM72

第76回　2024年　AM72
陽子線の水に対する質量阻止能とエネルギーとの関係を図に示す。
10 MeV重陽子線の水に対する質量阻止能［MeV・cm²・g^-1］に最も近いのはどれか。

1. 20
2. 30
3. 50
4. 80
5. 100

この問題、難問です。

想定の解き方から外れると、ドツボにハマることになります。

解説を見る。

答えは　4　です。

この問題、私としては、4 or 5 の複数解だと思っていました。

しかし、考え方のアプローチを変えると、正解の 4 にたどり着きます。

では考え方を見ていきましょう。

最初に誤った解法をご紹介します。
この落とし穴にはまる方、いるんじゃないでしょうか？

まず、グラフから陽子線の質量阻止能を読み取ります。

10MeVの陽子線の質量阻止能は45MeV・cm²・g^-1と読み取れます。

質量阻止能（厳密には質量衝突阻止能）は下記の式に比例します。

$$
(\frac{S}{ρ})_{col}\propto \frac{m {z_i}^2}{E} \propto \frac{{z_i}^2}{v^2}
$$

この式を覚えていますか？
各文字の定義はこちら。

• (S/ρ)_col　質量衝突阻止能
• m　粒子の質量
• z_i　粒子の電荷数
• E　粒子のエネルギー
• v　粒子の速度

陽子線と重陽子線の阻止能比を把握しましょう。

$$
\color{#B22222}{
\begin{aligned}
(\frac{S_p}{ρ})_{col}&\propto \frac{m {z_i}^2}{E} \\[6pt]
&= \frac{1 \cdot {1}^2}{E}\\[6pt]
&=\frac{1}{E}
\end{aligned}
}$$

$$
\color{MidnightBlue}{
\begin{aligned}
(\frac{S_d}{ρ})_{col}&\propto \frac{m {z_i}^2}{E} \\[6pt]
&= \frac{2 \cdot {1}^2}{E}\\[6pt]
&=\frac{2}{E}
\end{aligned}
}$$

$$
\color{MidnightBlue}{(\frac{S_d}{ρ})_{col}}=\color{#B22222}{2(\frac{S_p}{ρ})_{col}}
$$

重陽子の質量阻止能（青い文字）は陽子（赤い文字）の2倍であることが分かります。

グラフから読み取った値を2倍すると、10MeVの重陽子線の質量阻止能は約90MeV・cm²・g^-1と求められます。

したがって選択肢は90の・・・・・・ない！？

そうなんです。選択肢に90がないんです。

80？100？？

何度グラフを見てみても、陽子線の質量阻止能は45MeV・cm²・g^-1と読み取れます。

近しい値にしようとも、80も100も同じだけ離れています。

ナニコレ？

この方法はダメということですね。

では、正解が導けるアプロ―チをご紹介。
※ここから先が、正解にたどり着くための考え方です。

最初に陽子線と重陽子線の阻止能比を把握します。
先ほどのとおり、重陽子線の質量阻止能は陽子線の2倍です。

ということは、10MeVの陽子線と同じ質量阻止能を得るのに、重陽子線は5MeVでOKと考えることもできます。

グラフを読み取ってみましょう。

この方法なら80MeV・cm²・g^-1と読み取ることができます。

ちょっと意地悪な問題でしたね。

二度と出題して欲しくないと思います。

こういう回答が割れる可能性がある問題は国家試験の問題としては相応しくないと思います。

誰もが知っている・思いつく解法で正解が導ける問題が良いと思うのですが、どうでしょうか？
わざわざ受験生に頭を抱えさせなくても良いんじゃないでしょうか・・・

気を取り直して、次！

AM73

第76回　2024年　AM73
電磁波で正しいのはどれか。2つ選べ。

1. 縦波である。
2. 電荷を有する。
3. 波長が短いほどエネルギーは大きい。
4. 伝播速度は波長と周波数の積に等しい。
5. 周波数は紫外線よりマイクロ波の方が高い。

幾度となく出題されるパターンですね。
これは必ず得点しなきゃならない問題ですね。

AM74

第76回　2024年　AM74
LETで正しいのはどれか。

1. 単位はm^-1である。
2. 荷電粒子の電荷の2乗に反比例する。
3. 荷電粒子の運動エネルギーに比例する。
4. カットオフエネルギーが無限大のとき線衝突阻止能と同義である。
5. 単位質量あたりに付与する全エネルギーが同じときLETは等しい。

PMも見ていきましょう

AMは難しいのが1問ありましたね。
気を取り直して、午後の問題も見ていきましょう。

PM70

第76回　2024年　PM70
基底状態にある Sr 原子の最外殻の軌道電子配置はどれか。

1. 4s²
2. 4s²4p⁴
3. 5s²
4. 5s²5p²
5. 6s¹

電子配置の問題ですね。
これ、苦手な方、結構多いんじゃないでしょうか？
一度覚えてしまえば、簡単にできるようになりますから、覚悟を決めて覚えちゃいましょう。

解説を見る。

答えは　3　です。

まずはSrの原子番号を確認しましょう。

Srの原子番号は38番です。
したがって、軌道電子の数も38個となります。

では、その38個の軌道電子がどのように配列されるのか考えていきます。

それぞれの電子軌道に入る電子数を確認しておきましょう。

K殻には1s軌道があり、2個の軌道電子が入ります。

L殻には2s軌道と2p軌道があり、2s軌道に2個、2p軌道に6個でL殻全体としては8個の軌道電子が入ります。

M殻には3s軌道、3p軌道、3d軌道があり、3s軌道に2個、3p軌道に6個、3d軌道に10個でM殻全体としては18個の軌道電子が入ります。

N殻には・・・キリがないので表にまとめます。

これで各軌道にいくつの軌道電子が配置されるかは分かりました。
今回必要になるのはもう一つ外側のO殻までです。
表の続きを書いてみましょう。

そして、もう一つ把握しておかなければならないのが、配置の順番です。

1番の矢印から順を追って見ていきます。

まずは1番矢印。
1s軌道に2つ配置されます。

次いで2番矢印。
2s軌道に2つ。

ここまでで4個の軌道電子が配置されました。
原子番号4番までですね。

続けます。

3番矢印行きます。
2p軌道に6つ。
3s軌道に2つ。

ここまでで10個の軌道電子が配置されています。原子番号10番まで。

4番矢印で変化が生じます。
ここまではK殻→L殻→M殻とすべてきれいに埋まってから外側の軌道に移ってきましたが、3pと3dの間で単純な規則性は破綻します。
見ていきます。
3p軌道に6つ。
3dに行きたいところですが、先に4sに2つ。

そして5番矢印の3dに10個配置されます。
4pに6つ。そして3dのときと同様に先に5s。
5sに2つ入ったところで、38個の軌道電子が配置されたことになります。

模式図的にSrの電子配置を図示してみましょう。

最外殻には31番目と32番目に配置された2つの軌道電子が存在します。

O殻（主量子数が5）のs軌道に2つ配置されているので、 5s² となります。

どうでしょうか？やり方を覚えれば解けそうな気になってきませんか？

PM71

第76回　2024年　PM71
60 keV 光子の水中における前相互作用数に対するコンプトン効果の寄与の割合[ % ]に最も近いのはどれか。

1. 25
2. 40
3. 55
4. 70
5. 85

これはAM72に引き続き、難問ですね。
どちらかといえば、こちらの方が難しいかもしれないです・・・

解説を見る。

答は　5　です。

コンプトン効果の寄与率に関する問題ですね。

光子のエネルギーによって主に生じる相互作用は変化していきます。
図を参照してください。

物質が水の場合、30keV～30MeVの範囲では主にコンプトン効果が起こることが分かります。

60keVの光子の場合もコンプトンが主といえます。

そうしますと、選択肢は 3 or 4 or 5 となります。

私は最初、ここから先の判断に迷ってしまいました。

光子エネルギーと質量減弱係数の関係を示したグラフを参考にしようと、教科書や参考書の類を色々と探しました。
鉛やアルミニウムのグラフは見つかったものの、水のグラフがなかなか見つからなかったからです。

選択肢に50％以上のものを1つにするか、エネルギーを1MeVにしていただかないと、選びきれないと思いました。

で、過去問を漁ってみたところ、ありました。

第74回　PM72

https://www.mhlw.go.jp/seisakunitsuite/bunya/kenkou_iryou/iryou/topics/dl/tp220421-06b_01.pdf　厚生労働省HPより

このグラフから60keVの質量減弱係数を参考にコンプトン効果の寄与率を検証していきます（オレンジ線）。

コンプトン効果に比べて、光電効果や干渉性散乱の寄与は極僅かであることが読み取れます。

したがって、コンプトン効果の寄与率は85％の選択枝　5　が妥当だと判断できます。

過去問として出題されたグラフが参考になるなんて・・・
やっぱり過去問で勉強するのが良さそうですね。

PM72

第76回　2024年　PM72
中性子の性質で正しいのはどれか。

1. 自由空間中ではβ⁺壊変する。
2. 静止質量は陽子と電子の静止質量の和よりも大きい。
3. 熱中性子の室温でのエネルギーの最確値は 0.25 eV である。
4. 熱中性子の捕獲反応断面積は中性子の運動エネルギーに反比例する。
5. 速中性子が重陽子と弾性散乱したときに失う運動エネルギーの最大値は散乱前の運動エネルギーに等しい。

PM73

第76回　2024年　PM73
X線の発生で正しいのはどれか。2つ選べ。

1. 特性X線のエネルギーは管電圧に比例する。
2. 制動X線の全強度は管電圧を2倍にすると4倍になる。
3. K_α線のエネルギーはモリブデンよりタングステンの方が大きい。
4. ターゲットの原子番号が大きくなるほど制動X線の最大エネルギーは大きくなる。
5. K特性X線は、ターゲットへの入射電子エネルギーがK殻軌道電子の結合エネルギーより小さいときに生じる。

PM74

第76回　2024年　PM74
核融合反応
D + T → ⁴He + n
による核反応のQ値［MeV］に最も近いのはどれか。

ただし、それぞれの粒子の静止質量を
D は 2.014 Da、
T は 3.016 Da、
⁴He は 4.002 Da、
n は 1.009 Da とし、
統一原子質量単位 1 Da = 930 MeV とする。

1. -18
2. -5
3. 0
4. 5
5. 18

解説を見る。

答えは　5　です。

これは核融合の内容ですが、統一原子質量単位を使ったよく出題されるパターンですね。
統一原子質量単位で計算し、それをエネルギーに換算するという流れで簡単に解くことができます。

$$
\begin{aligned}
{}^{2}_{1}\mathrm{D}+{}^{3}_{1}\mathrm{T}&→{}^{4}_{2}\mathrm{α}+{}^{1}_{0}\mathrm{n}+Q\\[6pt]
2.014+3.016&=4.002+1.009+Q\\[6pt]
Q&=(5.030-5.011) \times 930\\[6pt]
&=0.019 \times 930\\[6pt]
&=17.67\:\mathrm{[MeV]}
\end{aligned}
$$

いかがですか？
小数点以下の桁を間違えなければ、比較的簡単な計算問題です。

これ、桁数多くて嫌なんや！

牛助

たなまる

まぁまぁ。
原子質量単位の計算は鉄板だから。

第76回　放物　総評

いかがだったでしょうか。
今年は結構難易度の高い出題が目立ちましたね。

出題されているテーマ自体はよく見かけるものでしたが、選択肢に泣かされました。

次年度以降はもう少し選びやすい選択肢になると良いですね。

それと、CT、MRI、超音波といった医療物理の出題がありませんでしたね。
こういう年もあるんですね。
珍しい回だったと思います。

まとめ

この記事では、第76回放射線物理の出題全体を振り返り、難易度や出題傾向について整理しました。
改めてポイントを振り返って、今後の学習につなげていきましょう。

• 今年は難易度の高い設問が比較的多い回だった
• 出題テーマ自体は定番だが、選択肢で判断を迷わせる問題が目立った
• 計算・グラフ読解・概念理解を横断的に要求される設問構成だった
• 一方で、CT・MRI・超音波といった医療物理分野の出題は見られなかった
• 年による出題の偏りを前提に、基礎を広く押さえる学習の重要性を再確認できる回だった

たなまる

難しかったですね。でも、だからこそ「基礎をちゃんと理解しているか」が試された回だったと思います。
来年に向けて、焦らず一つずつ積み上げていきましょう。

電爺

来年の放物は何問目からなんじゃろうかのぉ。

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
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・作業環境測定士
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素粒子とはどんなもの？まずは大きな分類から

ここは素粒子についてみていきましょう。

素粒子とは、物質や力をつくる最小の単位であり、これ以上分けることができない基本的な粒子のことを指します。
私たちの体を構成する原子、原子を構成する原子核、そのさらに奥にある陽子・中性子まで分解していくと、最終的に素粒子にたどり着きます。

素粒子は非常に多くの種類がありますが、大きく フェルミ粒子 と ボース粒子 の2つに分類されます。

分類とか出てきたらもう頭パンクするで。

フェルミ粒子とボース粒子

フェルミ粒子
物質そのものを構成する粒子です。
陽子や中性子をつくる「クォーク」、電子やニュートリノといった「レプトン」が含まれます。
これらは「物質の部品」とイメージするとわかりやすいでしょう。

ボース粒子
力を伝える役割を担う粒子です。
電磁相互作用を伝える「光子」、強い相互作用を担う「グルーオン」などが代表です。
ボース粒子は、物質そのものというより「力の仲介役」として働きます。

役割が違うのよね。

そう。
フェルミ粒子は部品そのもの。
ボース粒子は接着剤みたいなものだよ。

国試で注目すべきはこの2つのグループ

素粒子物理学には多くの粒子が登場しますが、診療放射線技師国家試験で必要とされるのはごく一部に限られています。

• フェルミ粒子では
  • アップクォーク（u）
  • ダウンクォーク（d）
  • 電子
  • ニュートリノ
    この4種類が中心です。
• ボース粒子では
  • 光子（電磁相互作用を媒介）
  • グルーオン（強い相互作用を媒介）
    が出題範囲となります。

試験では「名前」「分類」「代表的な役割」を押さえていれば十分です。たとえば「陽子はu u d」「電子は安定して存在」「ニュートリノは電荷を持たない」など、キーワードを整理して覚えることが得点につながります。

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。

反粒子の存在も押さえておこう

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。

反粒子は質量や寿命などの基本的な性質は同じですが、電荷などの一部の性質が逆になっています。

• 電子に対する反粒子 → 陽電子
• ニュートリノに対する反粒子 → 反ニュートリノ

表記としては上にバーが付いたものが反粒子です。
例えば、陽子を $\color{#B22222}{\pmb{p}}$ とするなら、反粒子である反陽子は $\color{#B22222}{\pmb{\bar{p}}}$ となります。

例外もあります。

たとえば光子や中間子の一部は、それ自体が反粒子の性質も兼ねています。
「反粒子がない」のではなく「自分自身が反粒子も担っている」という点に注意しましょう。

オレの他にも反牛助がおるんか？
会うてみたいわ～。

牛助とは性質が逆になるから、
きっと賢いんじゃないかな～？

先生、そりゃ厳しいて。

フェルミ粒子の仲間たち

フェルミ粒子は、物質そのものを構成する役割をもつ素粒子です。
私たちの体や原子をつくっている粒子は、すべてこのフェルミ粒子の仲間だと考えて構いません。
ここでは国試でとくに重要となる「クォーク」と「レプトン」を中心に整理していきます。

クォーク

クォークは陽子や中性子をつくる材料となる粒子です。
6種類（アップ・ダウン・チャーム・ストレンジ・トップ・ボトム）のうち、国試で重要なのは アップクォーク（u） と ダウンクォーク（d） の2種類です。

• 陽子は「u u d」で構成され、電荷は +1e
• 中性子は「u d d」で構成され、電荷は 0

この2つをしっかり押さえておけば、計算問題や記述で対応できます。

クォークにも反粒子が存在するんだけど、
国試では名前と組み合わせさえ理解できれば十分だよ。

陽子と中性子のクォーク構成は必須知識です。
よく出題されますから、覚えておいてくださいね。

ハドロンの構成

複合粒子であるハドロンのクォーク構成は国試で頻出されます。
必ず押さえておきたい内容です。

ハドロンとは複合粒子のことで、具体的には核子（陽子と中性子）と中間子が該当します。

「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、$\color{#B22222}{\frac{2}{3}e}$の電荷をもちます。
ダウンクォークは$\color{#B22222}{-\frac{1}{3}e}$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。
$$
\color{#B22222}{
\pmb{
\begin{aligned}
uud&=\frac{2}{3}e+\frac{2}{3}e-\frac{1}{3}e\\[10pt]
&=e
\end{aligned}
}}$$
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。これも電荷で考えていきましょう。
$$
\color{#B22222}{
\pmb{
\begin{aligned}
udd&=\frac{2}{3}e-\frac{1}{3}e-\frac{1}{3}e\\[10pt]
&=0
\end{aligned}
}}$$
電荷で考えてみるとこのように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。

ここまでのクォーク構成は大丈夫かな？
結構出題されるから覚えておいてね。

「ここまで」ってことは
他にもあるのよね？

ではここからは中間子について見ていきましょう。
国試では中間子の構成までは出題されないと思いますが、
ルールさえ分かっていれば難しくはないですよ。

それでは、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。

$$
\color{#B22222}{
\pmb{
\begin{aligned}
u\bar{d}&=\frac{2}{3}e+\frac{1}{3}e\\[10pt]
&=e
\end{aligned}
}}$$

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。

$$
\color{#B22222}{
\pmb{
\begin{aligned}
\bar{u}d&=-\frac{2}{3}e-\frac{1}{3}e\\[10pt]
&=-e
\end{aligned}
}}$$

どうでしょうか？慣れてきましたか？

なんとなく分かってきたで！

では最後にπ⁰中間子をご紹介しておきましょう。

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。

$$
\color{#B22222}{
\pmb{
\begin{aligned}
u\bar{u}&=\frac{2}{3}e-\frac{2}{3}e\\[10pt]
&=0
\end{aligned}
}}$$

$$
\color{#B22222}{
\pmb{
\begin{aligned}
d\bar{d}&=-\frac{1}{3}e+\frac{1}{3}e\\[10pt]
&=0
\end{aligned}
}}$$

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。

$$
\color{#B22222}{
\pmb{
\frac{u \bar{u}-d \bar{d}}{\sqrt{2}}
}}$$

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。

クォーク 2 個で構成されるのが、中間子。
クォーク 3 個で構成されるのが、核子なのね。

レプトン（電子とニュートリノ）

レプトンの中で注目すべきは 電子 と ニュートリノ です。

• 電子：負の電荷をもつ安定した粒子。原子の外殻を回り、化学結合や電流の担い手となる。
• ニュートリノ：電荷をもたない粒子。質量はほぼゼロで、β崩壊など弱い相互作用に登場する。

国試では「電子＝安定した存在」「ニュートリノ＝電荷なし・質量ほぼゼロ」というキーワードを押さえておくと安心です。

（陰電子）と陽電子

• 陰電子（通常の電子）：負の電荷（−e）をもつ安定した粒子。原子の外殻を回り、化学結合や電気の流れを担う。
• 陽電子：電子の反粒子。質量は同じで、電荷が正（＋e）。医療分野ではPET検査で登場する。

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：電荷を持たない、非常に軽い粒子。β崩壊や弱い相互作用に関与。
• 反ニュートリノ：ニュートリノの反粒子。同じく電荷はゼロ。

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。

ボース粒子の仲間たち

ボース粒子は「力を伝える役割」を担う粒子です。
フェルミ粒子が「物質そのものの部品」だとすると、ボース粒子はその間をつなぐ 接着剤や仲介役 のような存在です。

光子と電磁相互作用

光子は、電磁相互作用を担うボース粒子です。
私たちが扱う電磁波――可視光、X線、γ線など――は、いずれも光子として理解して問題ありません。

診療放射線技師の国家試験では、光子の性質そのものよりも、「電磁相互作用を媒介する粒子である」 という役割が問われます。
医療分野では放射線の理解に直結するため、ここは確実に押さえておきましょう。

「光子の役割＝電磁相互作用の媒介粒子」として覚えておいてね。

グルーオンと強い力

グルーオンは、「強い相互作用」を担うボース粒子です。
陽子や中性子の内部では、クォーク同士を強く結びつける役割を果たしており、その結果として原子核が成り立っています。

フェルミ粒子が物質そのものの部品だとすると、グルーオンはそれらをつなぎ止める 接着剤のような存在 と考えると理解しやすいでしょう。
国試では「グルーオン＝強い相互作用を媒介する粒子」と整理しておけば十分です。

試験での出題範囲はごく限られる

ボース粒子は他にも「Wボソン」「Zボソン」「ヒッグス粒子」などがありますが、診療放射線技師国家試験ではまず出題されません。
国試で覚えるべきは 光子とグルーオン の2種類に絞って大丈夫です。

実際の問題を見ていきましょう。

第66回　2014年　問43
原子核について誤っているものはどれか。

1. 核子は強い相互作用で結合している。
2. 直径はおよそ10^-15 ～ 10^-14 mである。
3. 中間子はクォークと反クォークで構成されている。
4. 1核子あたりの結合エネルギーはおよそ20MeVである。
5. 中性子はアップクォーク1個とダウンクォーク2個で構成されている。

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。

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、A15：原子核の結合エネルギーと質量欠損でおさらいしておいてくださいね。

まとめ

今回は、素粒子の分類やクォーク・レプトン、ボース粒子について学びました。
国家試験ではすべてを覚える必要はありません。出題されやすいポイントを整理して押さえておきましょう。

• 素粒子は「フェルミ粒子」と「ボース粒子」に大きく分類される。
• フェルミ粒子にはクォークやレプトンが含まれ、物質そのものを構成している。
• 陽子は「uud」、中性子は「udd」のクォーク構成で、アップクォークとダウンクォークの電荷は頻出事項である。
• ボース粒子では、光子は電磁相互作用、グルーオンは強い相互作用を媒介する粒子として覚えておく。
• 国家試験では、クォーク構成や粒子の分類・役割がよく問われる。

素粒子の世界は奥深いですが、国試では
「アップ・ダウンの電荷」と
「陽子・中性子の構成」
を押さえておけば十分ですよ！

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。

• A15：原子核の結合エネルギーと質量欠損
• A11：原子の構造をみてみよう！

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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この記事では、原子核をまとめる「核力」の正体と、その特徴のひとつである「荷電独立性」についてわかりやすく解説します。

陽子同士、陽子と中性子、中性子同士 ― どんな組み合わせでも同じように働く核力。
その性質を図や実際の試験問題を交えて整理していきます。

核力には「強い力」という特別な役割があり、電荷に関係なく核子を結びつける仕組みがあります。
この性質を理解することで、原子核が安定する理由や試験で問われるポイントがスッキリと見えてきます。

核力とは？

原子核の中では、陽子と中性子が非常に強く結びついています。
その結びつきを生み出しているのが「核力」と呼ばれる力です。

4つの力の中の「強い力」

私たちの世界に働く力は、大きく4種類に分けられます。

• 重力
• 電磁気力（クーロン力など）
• 強い力（核力）
• 弱い力

このうち「核力」は、陽子や中性子などの核子どうしを結びつける特別な力です。

「4つの力」を覚えていますか？
忘れてしまった方は4つの力：強い力・弱い力・電磁気力・重力って何？自然界の4つの力まとめで復習を。

原子核の中の話ですから、関係するのは「陽子」と「中性子」ですね。
ときどき軌道電子が原子核の中にあると思い込んでいる方を見かけますが、軌道電子はたまたま原子核の中に存在するタイミングはあっても、常駐している訳ではありませんのでご注意を。

核子（陽子・中性子）の組み合わせは3通り

核子は、電荷をもつ「陽子」と、電荷をもたない「中性子」の2種類があります。
それぞれの組み合わせは次の3通り：

• 陽子どうし
• 陽子と中性子
• 中性子どうし

そして驚くことに、どの組み合わせでも核力はほぼ同じ強さで働くのです。これが後で学ぶ「荷電独立性」につながっていきます。

陽子と中性子の組み合わせを見てみよう

核子には陽子と中性子があり、組み合わせは3通り考えられます。
ここでは、それぞれの場合に働く力を整理してみましょう。

陽子と陽子の組み合わせ

陽子同士の結合の場合、お互いに引き合う「核力」（図中の白矢印）のほかに離れあおうとする電磁気力の一種である「クーロン斥力」（図中の黒玉矢印）が働きます。

それでも原子核の中でバラバラにならないのは、核力がクーロン斥力を上回るほど強く働くからです。

陽子と中性子の組み合わせ

片方は電荷をもち、もう片方は電荷をもたない組み合わせです。
このときはクーロン力の影響はなく、純粋に核力だけが2つを結びつける役割を果たします。

つまり、陽子と中性子の結合の場合は「核力」のみが働きます。

中性子と中性子の組み合わせ

中性子は電荷をもたないため、クーロン力は働きません。
しかし核力はしっかり作用し、中性子どうしでも強く引き寄せ合うことができます。

つまり、中性子同士の結合の場合も「核力」のみが働きます。

荷電独立性とは？

核子間には、どんな組み合わせでも結合するために核力が働いていました。
次はその核力の大きさを見ていきましょう。

どの組み合わせでも核力の強さは同じ

陽子どうし、陽子と中性子、中性子どうし――。
電荷の有無や組み合わせが違っても、核力の強さはほぼ同じです。

この「電荷に依存しない性質」を 荷電独立性（charge independence） と呼びます。
つまり核力は「陽子だから強い／中性子だから弱い」といった区別をせず、平等に働いているのです。

クーロン力とのちがいに注意

ここで混同しやすいのがクーロン力です。
クーロン力は電荷が同じなら反発し、異なれば引き合うというように、電荷に依存して変化する力です。

一方で核力は、電荷を気にせず核子を結びつける力。
この違いをしっかりと整理しておけば、試験問題でも迷わうことも少なくなります。

核力の有効範囲

核力はとても強い力ですが、どこまでも働くわけではありません。
この力がどのくらいの距離まで有効なのかを見ていきましょう。

有効範囲内では、少し離れた距離で最も強く働く

核力は「強い力」と呼ばれますが、距離が近いほど強くなるわけではありません。

核子どうしが近づきすぎると、核力はあまり強く働かず、少し距離が離れたところで、引力として最も強く作用します。

このような性質が現れるのは、核力の有効範囲が約1 fm（フェムトメートル）と非常に短い距離に限られているためです。

この点は、距離が近いほど強くなるクーロン力や重力とは、性質が大きく異なる部分です。

つまり、核力は有効範囲内であれば、「離れるほど強くなる距離領域」をもつ力だと考えることができます。

有効範囲を超えると「ゼロ」になる

核力には有効範囲があります。
その特徴も少し変わっています。

クーロン力であれば、近ければ強く、離れれば弱くなります。
X線の線量も同様です。
距離の逆二乗則でしたね。

核力の場合は、大げさな図で示したように、近いとそんなに強く働きません。
遠いほうが強く働きます。

この時点でクーロン力などとは逆の性質を持っています。

さらに、核力には有効範囲が設定されています。

有効範囲を超えてしまうと、途端に「0」になってしまいます。

つまり、「核力は有効範囲内では離れるほど強くなり、有効範囲を超えるとゼロになる。」という特徴があります。

このように核力が核子をまとめると、その結合のエネルギーが質量の減少として現れます。
これを質量欠損と呼ばれ、核力の存在を裏づける大切な現象でしたね。
（詳しくはA15：原子核の結合エネルギーと質量欠損の記事で解説しています）

核力はどう生まれる？中間子と交換力の話

さらに、核力にはもう一つ重要な視点があります。
それは、核子同士が 中間子 をやり取りすることで結びつく、という仕組みです。
この「中間子の交換」によって力が生じるため、核力は交換力と呼ばれることがあります。

より深いレベルでは、中間子の内部に含まれる グルーオン という粒子が、核子どうしの結びつきを媒介しています。
このような核力の成り立ちを最初に理論的に示したのが 湯川秀樹博士 で、博士はこの研究により日本人として初めてノーベル物理学賞を受賞しました。

実際の問題を見ていきましょう。

ちょっと古い問題ですが、いかがでしょうか？

第57回　2005年　PM41
核力について誤っているのはどれか。

1. 陽子を中性子に変える。
2. 中性子間でも働く力である。
3. 電子の質量欠損と関連がある。
4. クーロン力と同じ性質の力である。
5. 核子の種類にかかわらす荷電独立性がある。

医療現場でこの知識がどう役立つの？

現場では関係ないと思いきや、核力や荷電独立性の性質は、放射線治療の分野に関係があります。

たとえば 陽子線治療や重粒子線治療 では、原子核の中に閉じ込められた陽子や中性子を取り出して高速で飛ばし、がん細胞を狙って照射します。
このとき核子が安定して存在できるのは、まさに 核力が陽子・中性子を強く結びつけているから です。

また、荷電独立性によって陽子や中性子が区別なくまとまるため、原子核は安定し、その安定性を利用して高エネルギーの粒子線を医療に応用することができます。

つまり、核力の性質を理解することは、「なぜ粒子線治療が成り立つのか」 を物理学的に裏づけることにもつながるのです。

直接的に核力や荷電独立性を意識して仕事をすることはありませんけどね。

まとめ

今回は、原子核を支える「核力」と、その重要な性質である「荷電独立性」について学びました。
クーロン力との違いや有効範囲の特徴を整理すると、原子核が安定して存在できる理由が見えてきます。

• 核力は、陽子や中性子（核子）どうしを結びつける非常に強い力である。
• 核力は陽子どうし、陽子と中性子、中性子どうしのいずれにもほぼ同じ強さで働く（荷電独立性）。
• 核力には約1 fmという非常に短い有効範囲があり、その範囲を超えると急激に弱くなる。
• 陽子どうしにはクーロン斥力も働くが、原子核内では核力がそれを上回るため原子核は安定して存在できる。
• 国家試験では、荷電独立性やクーロン力との違い、有効範囲の特徴がよく問われる。

核力は「原子核をまとめる接着剤」みたいな存在です。
クーロン力との違いを整理して覚えておきましょう！

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。

• A15：原子核の質量が軽くなる？質量欠損とエネルギー
• A11：原子と原子核のちがいをやさしく解説｜構造・役割・力の関係がわかる！

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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