令和 5 年度

第 1 種放射線取扱主任者試験
問題と解答例
化学

解答例は公益社団法人日本アイソトープ協会放射線安全取扱部会が解答の一案として作成したものです。

（令和 5 年度）第 1 種化学

次の問 1 から問 30 について、5 つの選択肢のうち適切な答えを 1 つだけ選び、また、問 31、問 32の文章のの部分について、解答群の選択肢のうち最も適切な答えを 1 つだけ選び、注意事項に従って解答用紙に記入せよ。

問1

人体中には炭素が重量で 18%含まれている。
現代の炭素中の放射性炭素 14C の原子数比（14C/C）
を 1.2×10-12 とすると、体重 50 kg の人の 14C の放射能[Bq]として最も近い値は、次のうちどれか。ただし、14C の半減期は 1.8×1011 秒とする。

1

2.1×1022

5.4×1023

2.1×1034

5.4×1035

2.1×104〔解答〕3〔解説〕体重 50 kg の人に含まれる炭素重量は、9,000 g である。14C/C 比が 1.2×10-12 であることから、14C が含まれる重量は、1.08×10-8 g である。
ここで、1 Bq の放射性核種の質量 m は、

m = 8.62×10-21MT（M：原子質量（質量数 A で代用できる）、T：半減期［h］）で表されるので、m = 6.03×10-12 g
よって、体内に含まれる 14C の放射能は約 1.8×103 Bq

問2

核種 A（半減期 2 時間）と核種 B（半減期 4 時間）の 2 つの放射性核種の混合物がある。これらの核種はそれぞれ安定核種に壊変する。混合物の全放射能が 600 kBq であったとき（t＝0）から 4 時間後（t＝4 時間）の全放射能は 250 kBq であった。t＝0 での核種 A の放射能
[kBq]として正しい値は、次のうちどれか。

1

50

2

100

3

150

4

200

5

250

〔解答〕4
〔解説〕核種 A の放射能を a kBq、核種 B の放射能を b kBq とすると

a + b = 600
a/4 + b/2 = 250の連立方程式が得られ、a = 200 kBq

問 3 700 TBq の 137Cs の物質量[mol]に最も近い値は、次のうちどれか。ただし、137Cs の半減期は 30 年とする。
1

0.002

2

0.2

3

2

4

20

5

40

〔解答〕3
〔解説〕1Bq の質量ｍ（ｇ）は以下の式で示される。

ｍ＝8.62×10-21MT ･･････ ①
ここで、M＝原子質量（質量数）、T＝半減期（ｈ）である。

-1-

（令和 5 年度）第 1 種化学

700TBq の 137Cs の質量（ｍ）は式①より、8.62×10-21×M×T×700×1012
物質量[mol]は、ｍ/M となるため、

ｍ

8.62 × 10−21 × 137 × 30 × 365 × 24 × 700 × 1012
≒ 1.6
137

＝

Ｍ

問 4 塩素（Cl）に関する次の記述のうち、正しいものの組合せはどれか。
A

塩素には 2 つの安定同位体がある。

B

36

C

Cl 原子の最外殻電子は L 殻にある。

D

38

1

Cl が壊変して生じた中性原子の基底状態の最外殻電子は M 殻にある。

Cl の半減期は 36Cl の半減期より長い。

ABD のみ

2

AB のみ

3

AC のみ

4

CD のみ

5

BCD のみ〔解答〕2〔解説〕
A：正 塩素には、同位体存在度 75.8%の 35Cl と 24.2%の 37Cl がある。
B：正Cl が－壊変して生じる 36Ar の基底状態の電子配置は、(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6、

36

＋壊変、EC 壊変して生じる 36S の基底状態の電子配置は(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)4 であり、ともに最外殻は M 殻である。
C：誤 第 3 周期に属する塩素の最外殻電子は、M 殻にある。
D：誤問5

Cl の半減期は 3.01×105 年に対し、37Cl の半減期は 37.24 分である。

36

H、14C、32P、45Ca について 1 モル当たりの放射能[Bq・mol-1]が大きい順に並んでいるも3のは、次のうちどれか。
1

3

H

＞

14

2

32

3

32

4

32

5

45

C

＞

45

P

＞

P

＞

3

P

＞

45

Ca

＞

32

Ca

＞

32

45

Ca

＞

14

H

＞

Ca

＞

P

＞

3

P

C

＞

3

45

Ca

＞

14

3

H

＞

14

H

＞

14

H
C
C
C

〔解答〕4
〔解説〕1 Bq の放射性核種の質量 m は、m = 8.62×10-21MT（M：原子質量（質量数 A で代用できる）、

T：半減期［h］）で表されるので、1 Bq の放射性核種の物質量は、m = 8.62×10-21T、即ち半減期に依存する。

問 6

比放射能 70 kBq・mg-1 の[14C]エタノール（C2H5OH）を酸化して得られる[14C]酢酸（CH3COOH）の比放射能[kBq・mg-1]の値に最も近いものは、次のうちどれか。ただし、原-2-

（令和 5 年度）第 1 種化学

子量は H＝1、C＝12、O＝16 とする。
1

13

2

30

3

36

4

54

5

91

〔解答〕4
〔解説〕[14C]エタノールの分子量が 46 であるのに対して、[14C]酢酸の分子量が 60 であるため、[14C]
酢酸の比放射能は、70×(46/60)≒53.7

問 7 次の 2 核種間に永続平衡が成立し得るものとして、正しいものの組合せはどれか。

1

A

68

Ge

68

B

90

C

137

D

226

E

241

Ga

Sr

90

I

137

Ra

222

Am

237

Y
Cs
Rn
Np

ABC のみ2

ABD のみ3

ACE のみ4

BDE のみ5

CDE のみ〔解答〕2〔解説〕時間 t が経過したときの子孫核種の原子数 N2 は次の式で与えられる。
𝑁2 =𝜆1∙ 𝑁 0 (𝑒 −𝜆1𝑡 − 𝑒 −𝜆2𝑡 )𝜆2 − 𝜆1 1

親核種の半減期 T1 が、子孫核種の半減期 T2 より極めて長い場合、(2－1)= 2、即ち(T1－T2) =T1 と見なせるので、親核種の放射能を A1、子孫核種の放射能を A2 とすると
𝑁2
𝑁1

𝜆

𝑇

𝜆2

𝑇1

= 1= 2→𝑁1 𝜆1 = 𝑁2 𝜆2→

A1 = A2の永続平衡が成立する。
A：正68

Ge：270.95 d

68

B：正

90

C：誤

137

D：正

226

E：誤

241

Ga：67.71 m

永続平衡

Sr：28.79 y

90

Y：64.00 h

永続平衡I：24.13 s

137

Ra：1600 y

222

Am：432.2 y237

Cs：30.1671 y
Rn：3.8235 d

永続平衡

Np：2.144×106 y

問 8 半減期 3 h の核種 A から半減期 1 h の核種 B が生成する。はじめに核種 A のみが 1,000 Bq-3-

（令和 5 年度）第 1 種化学

存在していたとき、A と B の放射能の時間変化を表すグラフは以下のどれか。

A

B

1

②

①

2

③

④

3

⑤

④

4

③

①

5

②

④

〔解答〕1
〔解説〕核種 A、B について、半減期を T1, T2, 壊変定数を1, 2, 原子数を N1, N2, 放射能を A1, A2 とする。
d𝑁1
= −𝜆1 𝑁1
d𝑡
d𝑁2
= 𝜆1 𝑁1 − 𝜆2 𝑁2d𝑡
この微分方程式を解くと
𝑁1 = 𝑁1,0 𝑒 −𝜆1𝑡𝑁2 =

𝜆1𝑁 (𝑒 −𝜆1𝑡 − 𝑒 −𝜆2𝑡 ) + 𝑁2,0 𝑒 −𝜆2𝑡
𝜆2 − 𝜆1 1,0

ただし、N1,0 及び N2,0 は、それぞれ t = 0 における核種 A 及び核種 B の原子数である。
ここで、t = 0 のとき、N2 = N2,0 = 0 なので𝑁2 =

𝜆1
𝑁 (𝑒 −𝜆1𝑡 − 𝑒 −𝜆2𝑡 )𝜆2 − 𝜆1 1,0となる。このとき核種 A 及び B の放射能は、t = 0 のときの放射能をそれぞれ A1,0, A2,0 としたとき

-4-

（令和 5 年度）第 1 種化学

𝐴1 = 𝜆1 𝑁1 = 𝜆1 𝑁1,0 𝑒 −𝜆1𝑡 = 𝐴1,0 𝑒 −𝜆1𝑡𝐴2 = 𝜆2 𝑁2 = 𝜆2𝜆1
𝜆2
𝑁1,0 (𝑒 −𝜆1 𝑡 − 𝑒 −𝜆2𝑡 ) =𝐴 (𝑒 −𝜆1𝑡 − 𝑒 −𝜆2𝑡 )𝜆2 − 𝜆1
𝜆2 − 𝜆1 1,0となる。
過渡平衡の条件（T1 > T2）で時間が十分に経過すると、𝑒 −𝜆2𝑡 は𝑒 −𝜆1𝑡 に対して無視できるほど小さくなるので、放射能比 A2/A1 は、
𝐴2
1
𝜆2
𝜆2
𝑇1
=
𝐴 (𝑒 −𝜆1 𝑡 − 𝑒 −𝜆2𝑡 ) ==𝐴1 𝐴1,0 𝑒 −𝜆1𝑡 𝜆2 − 𝜆1 1,0
𝜆2 − 𝜆1 𝑇1 − 𝑇2の関係になり、十分に時間が経過した後は、半減期の長い親核種 A と半減期の短い娘核種 B の比は、はじめの比とは無関係に一定になる。

問 9 下の核反応によって生成する核種 X の壊変でつくられる核種 Y は、次のうちどれか。

1

Sb

2

130

I

3

130

Te

131

4

I

131

5

131

Xe

〔解答〕4
〔解説〕(n, )反応により、反応後は質量数が 1 増加し、β－壊変により、反応後は原子番号が 1 増加するため、130Te (n, ) 131Te → 131I

問 10 次の核反応のうち、18F を直接生成する正しいものの組合せはどれか。

1

A

14

N(, n)

B

16

C

16

D

18

E

20

O(3He, p)O(d, n)O(p, n)Ne(d, )ABC のみ2

ABD のみ3

ACE のみ4

BDE のみ5

CDE のみ〔解答〕4〔解説〕
A：誤 (, n)反応により、反応後は原子番号が 2 増加し、質量数が 3 増加するため、N (, n) 17F

14

B：正 (3He, p)反応により、反応後は原子番号が 1 増加し、質量数が 2 増加するため、O (3He, p) 18F

16

C：誤 (d, n)反応により、反応後は原子番号が 1 増加し、質量数が 1 増加するため、O (d, n) 17F

16

-5-

（令和 5 年度）第 1 種化学

D：正 (p, n)反応により、反応後は原子番号が 1 増加し、質量数は増減しないため、O (p, n) 18F

18

E：正 (d, )反応により、反応後は原子番号が 1 減少し、質量数が 2 減少するため、
Ne (d, ) 18F

20

問 11 核分裂に関する次の記述のうち、正しいものの組合せはどれか。
A

U は高速中性子で核分裂する。

238

B 外部からエネルギーを与えられて起こる核分裂を誘導核分裂とよぶ。
C

熱中性子による 235U の核分裂において、核分裂生成物の質量収率曲線では、ピークは 1 つである。

D 熱中性子による 235U の核分裂では 1 分裂当たり平均 4 個の中性子が放出される。
1

AとB

2

AとC

3

BとC

4

BとD

5

CとD

〔解答〕1
〔解説〕
A：正
B：正
C：誤

U 核分裂による核分裂生成物は質量 95 と 138 付近に核分裂収率の極大があり、極小が235

質量数 118 付近になるように分布する。
D：誤

核分裂の際に放出される中性子は 1 分裂あたり 2,3 個である。

問 12 ランタノイド元素とアクチノイド元素に関する次の記述のうち、正しいものの組合せはどれか。
A

ランタノイド元素には、安定核種のない元素がある。

B ランタノイド元素には、単核種元素がない。
C

すべてのアクチノイド元素は、放射性である。

D すべてのアクチノイド元素は、3 価の状態が最も安定である。
1

AとB

2

AとC

3

BとC

4

BとD

5

CとD

〔解答〕2
〔解説〕
A：正 ランタノイド元素のうち、プロメチウム（Pm）は放射性同位体のみである。
B：誤ランタノイド元素には、141Pr・159Tb・165Ho・169Tm などの単核種元素がある。

C：正
D：誤

アクチノイド元素は３価のほか 4 価６価をとる元素が多く、最も安定な状態は元素ごとに
異なる。

-6-

（令和 5 年度）第 1 種化学

問 13 放射性元素の化学的性質に関する次の記述のうち、正しいものの組合せはどれか。
A

1

放射性元素

化学的性質

テクネチウム

安定なオキソ酸イオンを形成する。

B ラドン

大気中では単原子の状態である。

C

1 族元素のセシウムと類似している。

フランシウムD ラジウム硫酸塩は不安定で分解し易い。

E ウラン

水溶液では 5 価が安定である。

ABC のみ2

ABD のみ3

ACE のみ4

BDE のみ5

CDE のみ〔解答〕1〔解説〕
A：正 使用済み核燃料の再処理で発生する高レベル廃液から、希少金属である Tc を選択的分離・回収する際にこの性質を利用する。
B：正C：正 フランシウム（Fr：原子番号 87）もセシウムと同じ 1 族元素であり、同族元素は互いに似た化学的性質を示す。
D：誤既知のすべての硫酸塩のなかで最も溶解度がひくい。

E：誤ウランは４価や 6 価が安定で、その他では不安定である。

問 14 ヨウ素に関する次の記述のうち、正しいものの組合せはどれか。
A

I－を含む水溶液中に Ag＋を加えると難溶性塩が生じる。

B 安定な核種は 127I のみである。
C

I は甲状腺機能亢進症の内用療法に利用されている。

l31

D I－を I2 に酸化することで、水溶液中のヨウ素がクロロホルムに抽出される。
1

ABC のみ2

ABD のみ3

ACD のみ4

BCD のみ5

ABCD すべて

〔解答〕5
〔解説〕
A：正
B：正
C：正

131

Ｉは甲状腺機能亢進症や甲状腺癌の内用療法に用いられている。

D：正 元素状ヨウ素（I2）とすることで、水溶液中のヨウ素がクロロホルム相に移る（溶媒抽出法）。

問 15 トリチウム（T）に関する次の記述のうち、正しいものの組合せはどれか。
A

海水中では主に HTO として存在している。

B トリチウムの測定では主に液体シンチレーションカウンタが用いられる。
C

T2O の沸点は H2O に比べて高い。

-7-

（令和 5 年度）第 1 種化学

D 最大エネルギー18.6 keV の β－線が放出される。
1

ABC のみ2

ABD のみ3

ACD のみ4

BCD のみ5

ABCD すべて

〔解答〕5
〔解説〕
A：正 海水中で HTO の形態で水分子の一部として存在する。
B：正低エネルギーβ線核種の測定には液体シンチレーションカウンタを用いる。

C：正 T2O の沸点は 101.5℃であり、H2O の沸点 100℃より高い。
D：正トリチウムから放出されるβ－線の最大エネルギーは 18.6keV で非常に低い。

問 16 炭素とその同位体に関する次の記述のうち、正しいものの組合せはどれか。
A

炭素の原子量は正確に 12 である。

B

11

C

13

C-メチオニンが PET に使われる。
C の半減期は 12.3 年である。

D 地球上の 14C は、主として大気上層部において(n, p)反応で生成する。
1

AとB

2

AとC

3

AとD

4

BとC

5

BとD

〔解答〕5
〔解説〕
A：誤 自然界において炭素には 12C、13C、14C の同位体が存在し、その存在比はC（98.892％）、13C (1.108％）、14C は無視できる程度である。原子量はそれぞれの相対12質量と存在比の積を足し合わせて求められる。よって、炭素の原子量は 12.011 である。
B：正PET 核種は 11C、13N、15O、18F。メチオニンは必須アミノ酸の一つであり、細胞分裂が活
発な腫瘍細胞に取り込まれる性質をもつことから、11C-メチオニンは脳腫瘍の診断に用い
られる。

C：誤

C は安定同位体である。

13

（11C
D：正

半減期 20.4 分、12C

安定同位体、14C

半減期 5700 年）

自然界において大気の上層で宇宙線により生じる中性子が空気中の 14N に作用し、N (n, p) 14C

14

反応によって 14C が生成する。

問 17 次の記述のうち、90Sr と 137Cs の両者に当てはまるものとして、正しいものの組合せはどれか。
A

熱中性子による 235U の核分裂反応によって生成する。

B β－壊変核種である。
C

アルカリ土類金属元素である。

D 人体に取り込まれると甲状腺に集積しやすい。
1

AとB

2

AとC

3

AとD

4

BとC

-8-

5

BとD

（令和 5 年度）第 1 種化学

〔解答〕1
〔解説〕
A：正 熱中性子による 235U の核分裂によって、131I、133Xe、137Cs、90Sr などが生成する。
B：正90

Sr はβ－線のみを放出する。

C：誤

90

D：誤

90

Sr はアルカリ土類金属元素、137Cs はアルカリ金属元素である。
Sr は骨、137Cs は筋肉に蓄積する。甲状腺に蓄積しやすいのはヨウ素核種である。

問 18 次の分析の目的、利用する計測装置および計測対象核種として、正しいものの組合せはど
れか。
分析目的

計測装置

計測対象核種

文化財に使われている木材の年代測定

加速器質量分析装置

14

B 土壌中の安定セシウムの放射化分析

NaI(Tl)検出器

137

C

Ge 検出器152

D 岩石中のウラン同位体の放射平衡

蛍光 X 線分析装置

238

E

GM 管式検出器

32

A

1

Eu のアクチバブルトレーサー利用

151

P-標識化合物水溶液のチェレンコフ光測定

32

AとB

2

AとC

3

BとD

4

CとE

5

C
Cs
Eu
U と 234U

P

DとE

〔解答〕2
〔解説〕
A：正
B：誤

安定セシウム(133Cs)が放射化して生じるのは 137Cs ではなく 134Cs である。また、土壌中の放射性セシウムの濃度測定を目的とした場合は、NaI(Tl)検出器よりも分解能が優れている
ゲルマニウム半導体検出器による計測が望ましく、137Cs のみならず 134Cs を計測対象核種
とする。

C：正
D：誤 試料中から分離・精製し、α線スペクトロメトリーによって 234U および 238U の放射能濃度を測定し、その放射能比（234U/238U）を求める。
E：誤P のような高エネルギーβ線放出核種が発するチェレンコフ光の測定には、液体シンチレ

32

ーショカウンタを用いる。

問 19 次の[14C]標識化合物のうち、蒸気圧が高く揮発性が最も大きいものはどれか。
1

四塩化炭素

2

エタノール

3

酢酸

4

ジエチルエーテル

5

アセトン

-9-

（令和 5 年度）第 1 種化学〔解答〕4〔解説〕基本的に沸点が低いほど揮発性は高い。
1：四塩化炭素（CCl4：沸点

約 76.7℃）

2：エタノール（C2H6O4：沸点
3：酢酸（CH3COOH：沸点

約 78.4℃）

約 118℃）

4：ジエチルエーテル（C4H10O：沸点
5：アセトン（C3H6O：沸点

約 34.6℃）

約 56.5℃）

問 20 次の実験操作のうち、放射性気体を発生するものの組合せはどれか。
A[3H]NH4Cl 水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を加える。

B [14C]BaCO3 に塩酸を加える。
C[131I]KI 水溶液に Na2SO3 水溶液を加える。

D [32P]Na3PO4 水溶液に塩酸を加える。
1

AとB

2

AとC

3

AとD

4

BとD

5

CとD

〔解答〕1
〔解説〕
A：正 [3H]NH4Cl + NaOH→

NaCl + [3H]NH3↑ + H2O

B：正 [14C]BaCO3 + 2HCl → BaCl2 + [14C]CO2↑ + H2O
C：誤D：誤 [32P]Na3PO4 + 3HCl →3NaCl + [32P]H3PO4

問 21 ラジオコロイドに関する次の記述のうち、正しいものの組合せはどれか。
A

直径 1～100 nm 程度の粒子である。

B アルカリ性溶液で生じやすい。
C

ガラス容器の壁に吸着されない。

D 溶液中に存在する不純物粒子に吸着しやすい。
1

ABC のみ2

ABD のみ3

ACD のみ4

BCD のみ5

ABCD すべて

〔解答〕2
〔解説〕
A：正 コロイドとは直径 1~100 nm 程度の粒子であり、別の物質中に分散している。放射性同位元素がコロイドになったものをラジオコロイドという。
B：正酸と比較したらアルカリ性の方が生じやすい。

C：誤 例えば 90Y はガラスへ吸着されやすい。
D：正

-10-

（令和 5 年度）第 1 種化学

問 22 放射性核種の化学分離に関する次の記述のうち、正しいものの組合せはどれか。
A

Sr と 137Cs を含む希塩酸水溶液を陽イオン交換樹脂のカラムに通すと、90Sr の方が樹脂に強90く吸着する。
B 担体を含む 140Ba 水溶液に希硫酸を加えると沈殿を生成する。
C

非放射性の CrO42-は 51Cr3+を化学分離する際の担体として用いられる。

D 0.1 mol・L-1 塩酸水溶液中に溶存している 90Sr－90Y の混合試料からジ(2－エチルヘキシル)リ
ン酸の 20%トルエン溶液を用いて溶媒抽出をおこなうと 90Y が有機相に抽出される。
1

ABC のみ2

ABD のみ3

ACD のみ4

BCD のみ5

ABCD すべて

〔解答〕2
〔解説〕
A：正 希塩酸水溶液中で 90Sr は 2 価の陽イオン、137Cs は 1 価の陽イオンであり、陽イオン交換樹
脂には 2 価の陽イオンの方がより強く吸着する。
B：正担体には非放射性のバリウムが使われるが、バリウムイオンは希硫酸中の硫酸イオンと結合して、水に不溶性の硫酸バリウムを生じる。

C：誤 CrO42-中の Cr は 6 価（Cr6+）であり、51Cr3+とは化学的性質が異なるため。
D：正 ジ(2-エチルヘキシル)リン酸（DEHPA）は抽出剤であり、90Y イオンと有機相に溶解しやすい複合体を形成するが、90Sr は DEHPA との複合体形成効率が低く、水相に留まる。

問 23

C と 3H で標識された少量の有機化合物を完全燃焼させて発生した気体を、まず①塩化14カルシウム管に通し、次いで②ソーダ石灰管（NaOH＋Ca(OH)2）に通した。①と②に捕集されるラジオアイソトープ（RI）の組合せは、次のうちどれか。
①で捕集される RI
1

3

2
3
4
5

②で捕集される RI

H と 14C

なし

14

C

3

3

H

14

3

H と 14C

3

なし

14

H
C

H
C と 3H〔解答〕3〔解説〕14C と 3H で標識された有機化合物を完全燃焼させると、14CO2（二酸化炭素）と 3H2O（水蒸気）が発生する。塩化カルシウムは水分を吸収し、ソーダ石灰は二酸化炭素を吸収する性質がある。

問 24 γ線スペクトロメトリーによる放射能測定についての次の記述のうち、正しいものの組合-11-

（令和 5 年度）第 1 種化学

せはどれか。
A

トレーサビリティの確保のために個々の測定装置について国家標準で校正しなければならない。

B 放射能既知の体積線源と同一形状の容器に測定試料を封入して幾何学的影響を打ち消す。
C

マリネリ容器に試料を入れて測定することで、高い計数効率での測定が可能となる。

D 放射能標準物質の測定を定期的に実施することで分析値の品質を管理する。
1

ABC のみ2

ABD のみ3

ACD のみ4

BCD のみ5

ABCD すべて

〔解答〕4
〔解説〕
A：誤 放射性同位元素等の規制に関する法律施行規則第 20 条で定められた測定に用いる測定器でなければ、国家標準で校正する必要はない。
B：正

このようにすることで測定の正確性を向上させることができる。

C：正 マリネリ容器は底に測定器の検出器が入るくぼみがあり、試料からの放射線がなるべく均等に検出器に到達するようになっている。
D：正

このような定期的な機能確認は分析の正確性の維持に必須である。

問 25 定量目的化合物 A（重量 WX）に、A と化学的に同一な標識化合物 A＊（重量 W1、比放射能 S1）を加え十分に混合する。この混合物から目的化合物の一部（重量 W2）を純粋に分離し、その比放射能（S2）を求めた。未知量 WX を示す式として正しいものは次のうちどれか。

〔解答〕1〔解説〕A と A*を混合した時の比放射能は S1・W1/(Wx+W1)。ここから目的化合物の一部（重量 W2）を分離しても比放射能は変わらないので、S2 = S1・W1/(Wx+W1)。この式から Wx を示す式を作れ-12-

（令和 5 年度）第 1 種化学ば良い。

問 26 次の記述のうち、正しいものの組合せはどれか。
A

加速器質量分析（AMS）は、短半減期の放射性核種の分析に用いられる。

B 中性子即発γ線分析（PGA）は、中性子放射化分析では定量が困難な H や B などの元素の分析に有効である。
C

荷電粒子励起 X 線分析（PIXE）は、試料の放射化を利用する。

D 荷電粒子放射化分析（CPAA）は、C や O などの軽元素の分析に有効である。
1

AとB

2

AとC

3

BとC

4

BとD

5

CとD

〔解答〕4
〔解説〕
A：誤 加速器質量分析では長半減期の放射性核種の分析も可能である。
B：正

中性子即発γ線分析は即発γ線を検出するため、H や B などのように中性子捕獲によって生じるγ線のエネルギーが低い元素や半減期が短い元素についても分析可能である。

C：誤 荷電粒子励起 X 線分析は、荷電粒子の照射によって試料から放出される特性 X 線を測定する分析法である。
D：正荷電粒子放射化分析は、中性子放射化分析では定量が困難な軽元素の定量が可能である。

(n, )反応で生成した原子核の最大反跳エネルギーER[eV]は、M [u]を反跳原子の質量、

問 27

E [MeV]を即発 γ 線の全エネルギーとすると、537E 2/M である。37Cl(n, )38Cl で生成したCl 原子の ER[eV]として最も適当な値は、次のうちどれか。ただし、エネルギー質量等価式38から 1 u＝931.478 MeV の関係が成り立ち、中性子、37Cl、38Cl の質量[u]はそれぞれ 1.008982、36.97762、37.98004 とする。
1

6.11

2

12.2

3

87.2

4

174

5

527

〔解答〕5
〔解説〕反応前のエネルギーEB は（37Cl の質量+中性子の質量）× 931.478 MeV/u なので、35383.68
MeV。反応後のエネルギーEA は 38Cl の質量 × 931.478 MeV/u なので、35377.57 MeV。反応後に発生した即発γ線のエネルギーは EB－EA なので、6.11 MeV。
したがって 38Cl の ER = 537 × (6.11)2/37.98004 = 527.8…

問 28 硫酸セリウム(IV)の硫酸溶液 10 g に 60Co からの γ 線を 30 分間照射したところ、Ce(Ⅲ)
が生成した。この反応の G 値を 2.5 とすると、生成した Ce(Ⅲ)の量から吸収線量は 24 Gy となった。生成した Ce(Ⅲ)の質量[g]に最も近い値は次のうちどれか。なお、セリウムの原子量は 140、1 eV は 1.6×10-19 J とする。
1

1×10-62

3×10-63

9×10-64

3×10-5-13-

59×10-5

（令和 5 年度）第 1 種化学〔解答〕3〔解説〕G 値とは 100 eV 吸収した時に変化を受ける原子数のことである。生成した Ce(Ⅲ)の質量をX g、アボガドロ数を N/mol とすると、生成した Ce(Ⅲ)の原子数は NX/140。これが 24 Gy 照射で生じたことになる。1 eV = 1.6 × 10-19 J なので、1 J = 6.25 × 1018 eV。24 Gy = 24 J/kg = 24
× 6.25 × 1018 eV/kg。なので、10 g の試料に照射された 60Co は 1.5 × 1018 eV。G 値は 2.5/100
eV なので、生成原子数：照射エネルギー（eV） = 2.5 ： 100 = NX/140 ： 1.5 × 1018。これをX について解き、最後に N = 6.02 × 1023 を代入すると、8.7 × 10-6。

問 29 水に放射線を照射後、約 10-12 秒以内に生成する化学種として正しいものの組合せは、次のうちどれか。
A

H2O2

B OH－
C

･OH

D H3O＋
E 水和電子1

ABD のみ2

ABE のみ3

ACD のみ4

BCE のみ5

CDE のみ〔解答〕5〔解説〕水和電子の生成は照射後 10-15 秒オーダーで起こる。その後・OH や H3O＋が 10-14~10-12 オー
ダーで生成する。OH－は 10-12~10-9 秒オーダー、H2O2 は 10-9~10-6 秒オーダーで生成する。

問 30 イメージングプレート（IP）に関する次の記述のうち、正しいものの組合せはどれか。
A

H の検出には用いられない。

3

B α 線に対しても高い感度を有する。
C

放射線量と画像の強度（濃度）が比例関係となるダイナミックレンジが広い。

D IP 表面には放射線を受けて即座に発光する輝尽性蛍光体が塗布されている。
E IP に残った情報を消去するときは波長 800 nm の光を用いる。
1

AとC

2

AとD

3

BとC

4

BとE

5

DとE

〔解答〕3
〔解説〕
A：誤 IP を用いた 3H の検出法も存在する。
B：正α線は他の種類の放射線と比べ、IP により多くのエネルギーを付与するので、感度は高くなる。

C：正 IP は放射線撮影用のフィルム等と比べ、ダイナミックレンジが広い。
D：誤 IP に塗布されている輝尽性蛍光体は、放射線照射により励起され、その後長波長の光が照-14-

（令和 5 年度）第 1 種化学

射されると発光する。
E：誤 IP に残った情報の消去には 450-550 nm 程度の光が用いられる。

問 31 次のⅠ、Ⅱの文章のの部分について、解答群の選択肢のうち最も適切な答えを 1 つ

だけ選べ。
Ⅰ

Cu

65

A

Zn 反応による 65Zn トレーサーの製造を、沈殿分離法を用いて行なうこととした。荷65

電粒子による照射時の標的物質の安定性や照射後の迅速な化学操作を考慮して、標的物質は金属 Cu
箔を選択した。照射後、金属 Cu 箔は酸化力の強いBで溶解した。溶解後の水溶液を蒸発乾固して、0.3 mol・L-1 の塩酸に溶解した。この塩酸溶液に硫化水素を通じるとCが沈殿した。生成した沈殿をろ過して、65Zn を無担体で得た。
沈殿分離法において、溶液中の陽イオンと陰イオンの濃度をそれぞれ[Mn+]と[Xn-]、 生成する塩のDを Ksp とすると、 E

化水素を通じる溶液のFによって溶液中のFの関係のときに沈殿が生じる。硫化水素を用いる沈殿の生成は、硫に影響を受ける。硫化水素は弱酸で 2 段階の電離平衡を示すために、Gが大きく変化するからである。

＜A の解答群＞
1(, n)

2(, p)

3(d, p)

4(p, n)

5(p, 2n)

2

希硝酸

3

塩酸

4

希硫酸

5

フッ化水素酸

4

CuS

5

ZnSO4

4

反応速度

5

自己イオン解離5

表面張力＜B の解答群＞
1

酢酸＜C の解答群＞
1

CuSO4

2

Cu(OH)2

3

CuO

6

Zn(OH)2

7

ZnO

8

ZnS

2

酸解離定数

3

溶解度積

2

3

pH

＜D の解答群＞
1

イオン強度＜E の解答群＞＜F の解答群＞
1

双極子モーメント

比熱

4＜G の解答群＞-15-

粘性（令和 5 年度）第 1 種化学

1

[S2-]

2

〔解答〕Ⅰ

[SO42-]

A－4

3

B－2

[OH-]

C－4

4

D－3

[O2-]

E－5

5

[Cl-]

F－3

G－1

〔解説〕
Ａ：65Cu→65Zn 反応では、質量数が変わらず原子番号が増えているので、このような核反応は、（ｐ,ｎ）反応である
B：H2 よりイオン化傾向の小さい金属は酸に溶けないが、Cu、Hg、Ag は、硝酸や熱濃硫酸の酸化力のある酸には溶ける。
C：塩酸溶液には Cu と Zn が溶解しているが、硫化水素を通した時、Cu は硫化物の沈殿が生じる
が、Zn では生じない（アルカリ性では生じる。
）。
D、E：溶解平衡が成り立つとき、次のような関係式が成り立つ。

Ksp＝[Mｎ+][Ｘｎ–]
この Ksp が溶解度積である。

Ksp＞[Mｎ+][Ｘｎ–]の時は沈殿を生じないが、Ksp＜[Mｎ+][Ｘｎ–] の時は生じる。
Ｆ、G：硫化水素は、以下の２段階の電離平衡を示す。
（第一段階）

H２S ⇔ H＋ ＋ HS－

酸解離定数 K１

（第二段階）

HS－ ⇔ H＋ ＋酸解離定数 K２

S２－

各段階の解離定数はそれぞれ、以下の式で示される。

K１=[H+][HS－]／[H２S ] 、 K２=[H+][S２－]／[HS－]全体の解離定数 K は、K１×K２であるため、以下の式で示される。

K＝K１・K２＝｛[H+][HS－]／[H２S ]｝・｛[H+][S２－]／[HS－]｝＝ [H+]２[S２－]／[H２S ][S２－]の量は上式より、[S２－]＝K [H２S ]／[H+]２ となる。
したがって、[S２－]の濃度は水素イオン濃度（pH）の変化を強く受けることが分かる。

Ⅱ 沈殿分離法の他に、様々な RI の化学分離法がある。64Cu2+と 65Zn2+およびそれぞれの担体を含む
希塩酸水溶液 X を考える。溶液 X に錆のついていない鉄片を入れると、鉄片の表面には

H。溶

液 X の電気分解を行なうと、Cu2+/Cu と Zn2+/Zn それぞれの標準電極電位 E °〔V（25℃）
〕は、より、Cu2+の方がI

Cu を析出させることができる。

溶液 X に 9 mol・L-1 塩酸を加えると、金属イオンはKJ

錯イオンを形成する。この塩酸溶液をカラムに通した後に 2.5 mol・L-1 塩酸を流すと、Cu2+は溶出するが Zn2+はカラムに吸着したまま残るので、64Cu2+と 65Zn2+を分離することができる。
錯形成剤を使って金属イオンを電気的に中性な金属錯体に変えて、有機溶媒に抽出する溶媒抽出-16-

（令和 5 年度）第 1 種化学法がある。オキシン（8－キノリノール）を含む

L

と

M

mol・L-1 程度の塩酸酸性に調製した溶液 X を分液漏斗に入れて十分に振とうする。Cu2+は、オキシンと電荷をもたない中性の錯体を生成するので有機相へ抽出される。溶媒抽出における有機相と水相間の分配平衡は、分配比 D や抽出
率 E を用いて表される。例えば、オキシンを含む

Lを用いた溶媒抽出での Cu の分配比 D を 20とする。溶液 X 10 mL に 10 MBq の 64Cu が含まれているとして、同じ容量の有機相を加えて 1 回の抽出を行なった。水相に残る 64Cu の放射能はア

MBq となる。

＜H の解答群＞
1

Cu が析出する

2

Zn が析出する

3

Cu と Zn の両方が析出する

4

何も析出しない＜I の解答群＞
1

還元されやすいので陽極に2酸化されやすいので陽極に3還元されやすいので陰極に4

酸化されやすいので陰極に＜J の解答群＞
1

アクア（アコ）2クロリド（クロロ）

3

シアニド（シアノ）

4

アンミン

5

ヒドロキシド＜K の解答群＞
1

モレキュラーシーブ

2

強酸性陽イオン交換樹脂

3

多孔質シリカゲル

4

アルミナ

5

強塩基性陰イオン交換樹脂＜L の解答群＞
1

アセトン

2

ジオキサン

3

エチレングリコール

4イソプロピルアルコール5クロロホルム＜M の解答群＞
1

1×10-32

1×10-1

3

1

4

5

5

10

2

4.8×10-1

3

9.6×10-1

4

4.8

5

9.6

＜アの解答群＞1

9.6×10-2

〔解答〕Ⅱ

H－1

I－3

J－2

K－5

M－1

ア―2

〔解説〕
H：鉄は銅よりもイオン化傾向が大きいので、鉄片の表面に銅が析出する。
I：標準電極電位とは、電極反応に関与する物質がすべて標準状態にあるときの平衡電極電位のことである。またイオン化傾向は、イオンを標準電極電位の順に並べたものである。イオン化傾向の大きな金属ほど、酸化されやすい（還元されにくい、電子を受け取りにくい）。Cu の方がZn よりイオン化傾向が小さく還元されやすいので（電子を受け取りやすいので）陰極に析出
する。

-17-

（令和 5 年度）第 1 種化学

J、K：クロロ錯体を形成する金属イオンは陰イオンとなるため、陰イオン交換樹脂を用いて分離できる。クロロ錯体形成の順位は、Ni2+＜Mn2+＜Co2+＜Cu2+＜Fe3+＜Zn2+ となる。また、陰イオ
ン交換樹脂に吸着されたクロロ錯体を塩酸溶液で溶出する際には、クロロ錯体の形成が強いものほど、濃度は薄いものを使用しなければならない。Cu2+を分離する時は 2.5 mol/L、Zn2+を分離する時は 0.005 mol/L の塩酸溶液を用いる。
Ｌ、ア：溶媒抽出とは、混じり合わない 2 種類の溶媒間（水と有機溶媒など）への溶質の分配に基づく物質の分離・濃縮法である。分配比（D）は以下の式で示される。

D＝Ｃo／Ｃｗ
ここで、Ｃo：有機相中の溶質の平衡濃度

Ｃｗ：水相中の溶質の平衡濃度抽出率（Ｅ）は、有機相と水相が同じ容量である場合、以下の式で示される。

Ｅ＝Ｄ／（Ｄ+１）
有機相への分配比が 20 より上式から有機相への抽出率は約 0.952、水槽に残る割合は約 0.048となる。このため、10MBq の内、水相に残るのは 0.48ＭBq となる。
陽イオンを有機相に移行させるのに、オキシンやジチゾン等のキレートを用いて金属イオンと錯体を作り、これをクロロホルム等の有機相に抽出することが行われている。
Ｍ：オキシンとクロロホルムを用いた抽出時の pH は大体 3～５である。このため水素イオン濃度は10－3 以下となる。したがって、解答で選択できる HCl のモル濃度は１×10－3 である。

問 32 次のⅠ、Ⅱの文章のの部分について、解答群の選択肢のうち最も適切な答を 1 つだ

け選べ。
Ⅰ 機器中性子放射化分析法（INAA）は、試料を研究用原子炉中で中性子照射し、主として(n, )反応
により生成した放射性核種からの γ 線を測定し、元素分析する方法である。(n, )反応では、標的核
と生成核の

A

は等しいので、γ 線エネルギーから生成した放射性核種を同定し、定牲分析ができる。また、γ 線計数率から定量分析ができる。一般に中性子と γ 線はともに試料での透過率が大きい。そのため、試料全体を均一に中性子で照射することができ、また、照射した試料内部からの γ線も試料外に放出されるので、γ 線をエネルギー分解能の良い体の平均濃度を得る

CB

で測定する INAA は、試料全分析法である。

核反応により生成した放射性核種をBで測定を開始したときの、その核種からのエネルギーEの γ 線の計数率(R)は、次式により計算できる。

ここで、N は標的核の原子数、φ は中性子束密度、σ は核反応断面積、λ は放射性核種の壊変定
数、Ti は照射時間、Tc は照射終了から測定開始までの経過時間（冷却時間）、r はエネルギーE の γ
線放出率、ε はエネルギーE での検出器の計数効率である。(1)式中の（1－e−𝜆𝑇i ）はれ、Ti が放射性核種の半減期の 2 倍と等しいとき、（1－e

−𝜆𝑇i

-18-

）は

F

となる。

E

と呼ば

（令和 5 年度）第 1 種化学

分析試料と既知量（N ’とする）の元素を含む試料（標準試料と呼ぶ）を同時に中性子照射し、両試料を同一の検出器により同条件で測定することにより、それぞれの試料で目的元素から生成した
放射性核種の計数率を比較して元素を定量することができる。
岩石試料中のアルミニウムを定量する場合、28Al（半減期 2 分）からの 1,779 keV の γ 線を測定する。原子炉中には様々なエネルギーの中性子が存在するが、(n, )反応は主として熱中性子によっ。速中性子では、(n, )反応以外の核反て生じ、熱中性子捕獲断面積は、多くの核種においてG応も生じる。例えば、岩石試料中のケイ素から 2814Si

反応により 28
13Alが生成する。この核反応の

Q 値は

ア

H

MeV であるので、この反応を起こすためには 4.0 MeV 以上のエネルギーを持つ中性子が必要である。 28
14Si

H

反応は、Al 定量の妨害反応であり、例えば岩石試料での正確な Al 定量には、この反応の寄与の補正が必要である。
＜A の解答群＞
1

質量数

2

中性子数

3

原子番号

4

励起エネルギー

5壊変形式＜B の解答群＞
1

GM 計数管

2

比例計数管

3

NaI(Tl)シンチレーション検出器

4

Ge 半導体検出器

5

Si 表面障壁型半導体検出器＜C の解答群＞
1

破壊単元素

2

破壊多元素同時3

非破壊単元素4

非破壊多元素同時＜D の解答群＞＜E の解答群＞
1

壊変係数

6

微分係数

2

飽和係数

3

減衰係数

4

成長係数

5

積分係数

＜F の解答群＞<G の解答群>
1

中性子エネルギーに比例する

2

中性子エネルギーに反比例する

3

中性子速度に比例する

4

中性子速度に反比例する＜H の解答群＞
1(n, )

2(n, 2n)3(n, p)

4-19-(n, pn)5(n, d)

（令和 5 年度）第 1 種化学＜アの解答群＞
1

-4.8

2

-3.9

6

3.9

7

4.8

〔解答〕I

A－3

B－4

3

C－4

D－5

-2.2

4

E－2

F－5

0

G－4

5

H－3

2.2

ア－2

〔解説〕
Ａ：(n,γ)反応では標的核へ中性子が衝突し、γ線を放出して生成核となるため、中性子が吸収された分、質量数が１つ増えるが、原子番号は変化しない。
Ｂ：γ線の測定には NaI(Tl)シンチレーション検出器と Ge 半導体検出器が使用され、γ線のエネル
ギー分解能が高いのは、Ge 半導体検出器である。
Ｃ：Ge 半導体検出器の測定では試料中から出る核種固有のγ線エネルギースペクトルが得られ、非破壊で多元素の同時分析が可能である。
Ｄ：𝑁𝜑𝜎(1 − e−𝜆𝑇𝑖 )は生成された放射性核種の放射能を示しているので、この放射性核種から出るγ線の計数率を求めるためには、これにγ線の放出率：ｒ、計数効率：ε、生成核の減衰率：e−𝜆𝑇cを掛け合わせることにより算出できる。
Ｅ：(1 − e－𝜆𝑇i )は飽和係数と呼ばれている。
Ｆ：半減期の２倍の時間で減衰率は 1/4 になるが、半減期の２倍の時間照射すると、生成核の飽和係数(1 − e−𝜆𝑇i )は、（１－１/4）＝3/4 となる。
Ｇ：一般的に、中性子捕獲断面積は速度の遅い熱中性子で核反応が起こる確率が高く、速度の速い
中性子になるに連れて核反応が起こる確率は低下する。
Ｈ：標的核 Si の質量数：28、原子番号：14 であり、生成核 Al は質量数：28、原子番号：13 である。
生成前と生成後では、質量数は変化せず、原子番号は１つ減る反応であるため、(n, p)反応となる。
ア：核反応は A+a=B+b+Q（A：標的核のエネルギー、a：入射粒子のエネルギー、B：生成核のエ
ネルギー、ｂ：放出粒子のエネルギー、Ｑ：Q 値）で示される。また核反応が起こるためのしきい値が存在するのは、吸熱反応の場合で Q 値＜０のときであり、この核反応が起こるには4.0MeV のエネルギーが必要とされるということから、Q 値は -3.9 MeV が正解となる。

Ⅱ 電子加速器で発生した制動放射線を照射し、主にI反応により生成した放射性核種を利用する

放射化分析法を光量子放射化分析法と呼ぶ。この方法での臭素の定量には、81Br

I

80m

Br 反応を利用することができる。80mBr は半減期 4.4 時間で核異性体転移により、半減期 18 分の 80Br となる。
80m

Br が放出する γ 線のエネルギーは 50 keV 未満であるため、Bでの測定は困難であるが、かわりに 80Br の γ 線（617 keV）を測定することができる。617 keVγ 線の計数率は、照射後しばら
くは時間とともに増加するので、照射終了

イ

分後以降の両核種がを測定すると良い。この状態の時、80Br の計数率は半減期ウ

Jの状態であるときに試料分で減少していくので、定量のための計算が簡単になる。なお、この時、80mBr と 80Br の放射能は、次の関係にある。

-20-

（令和 5 年度）第 1 種化学

ここで、A80 と A80m は 80Br と 80mBr の放射能、λ80 と λ80m は 80Br と 80mBr の壊変定数である。
＜I の解答群＞
1(, n)

2(, 2n)3(, p)

4(, d)

5(, )

2

36

3

54

4

75

5

180

2

永続平衡

3

同放射能

4

同原子数

2

18

3

246

4

264

5

282

3

0.073

4

1.0

5

1.1

＜イの解答群＞
1

18＜J の解答群＞
1

過渡平衡＜ウの解答群＞
1

15

6

4752

＜K の解答群＞＜エの解答群＞
10.00011

2

0.068

6

1.5

7

2.0

〔解答〕Ⅱ

I－1

イ－5

J－1

ウ－4

K－2

エ－5

〔解説〕
I：反応後、質量数が１つ減少し、標的核、生成核がともに臭素 Br と変わらないため、原子番号は変化しない。この条件に当てはまるのは(γ,n)反応である。
イ：80Br と 80ｍBr の間には過渡平衡が成立していて、放射平衡に達するのに掛かる時間は娘核種の半減期の 7 倍から 10 倍程度である。
Ｊ：親核種が娘核種の半減期に比べて 100 倍程度まで長さの半減期を持つときは、過渡平衡が成立している。
ウ：放射平衡状態が成立しているとき、娘核種の見かけ上の半減期は親核種の半減期によって減少していく。
Ｋ：ｔ＝０のとき、親核種の原子数を𝑁 080ｍとし、娘核種の原子数を０とすると、時間 t におけるそれぞれの核種の原子数𝑁80m ，𝑁80 とすると、次式で示される。

-21-

（令和 5 年度）第 1 種化学

0𝑁80m = 𝑁80m
e

𝑁80 =

−𝜆

80ｍ

𝜆80ｍ
𝜆80 − 𝜆80ｍ

ｔ

𝑁0

80ｍ

（e−𝜆80mｔ − e−𝜆80ｔ ）e−𝜆80ｔ はe−𝜆80mｔ と比べるとはるかに小さく無視できる。

∴

𝑁80
𝑁80m

𝜆

=

80ｍ

𝜆80 −𝜆80𝑚

𝐴80
𝜆80 𝑁80
𝜆80
𝜆80m
𝜆80
=
＝
×(
)＝
𝐴80m 𝜆80m 𝑁80m 𝜆80m
𝜆80 − 𝜆80m
𝜆80 − 𝜆80m
エ：親核種の半減期 T80m、娘核種の半減期 T80 とすると、
上式から、

A80
A80m

=

𝜆80
𝜆80 −𝜆80m＝(In2⁄(In2⁄𝑇80 )となる。

𝑇80 )−(In2⁄𝑇80m )親核種の半減期 4.4 時間は 264 分、娘核種の半減期 18 分、In2 は 0.693 をそれぞれ代入して計𝐴算すると、 2 ≒ 1.073となる。
𝐴1-22-