らです。でも、「現代文明が未発達

3 11

原子はどのような構造になっているのか原子核と電子意味ではありません。
現代科学で微粒子の解明を支える量子論の前提とも言うべき大原則の第３章3なので見ることができない」というために「原子を見ることはできない」ということになっているのです。
今後、文化、技術がどれほど進歩し原子はどのような構造になっているのかの構造とその反応について見ていくことにしましょう。

きない、ということです。

ヴェルナー・ハイゼンベルク：
量子力学の分野に大きな貢献をし、1932 年にノーベル物理学賞

先に述べたように、すべての物質は原子からできています。原子この大原則を「不確定性原理」とは電子でできた雲、電子雲と、その電子雲の中心にある原子核から言い、ドイツの理論物理学者のヴェできています。

ルナー・ハイゼンベルクが発見しました。

を受賞。

（出所 : ドイツ連邦公文書館）

原子核は小さくて重い、すなわち密度の高い粒子であり、その質

この大原則のおかげで、私たちは原子の形を正確に知ることはで量（重さ）は原子の質量の 99.9% 以上を占めます。原子核反応を知きませんが、これまでの実験の結果によって、原子の形を推測するるためには原子核を知らなければならず、原子核を知るためには原ことはできます。そこで前述のように、原子は電子でできた雲のよ子を知る必要があります。

うな電子雲で囲まれた球状のものと考えられているのです。

●原子はどのような形？

●原子の形と大きさがわかってきた

原子はどのような形をしていると思いますか？

サイコロのよう先のような事情のため、原子がどのような形で、どのような構造な形でしょうか？

ビー玉のような形ですか？

それともヒトデのをしたものなのかという原子モデルは、昔から各種のタイプが考えような形ですか？

まさかガンダムのような形をしていると思う人られてきました。しかし、それらのモデルはどれも不完全であり、はいないでしょうが、原子の形は正確に言うとわからないのです。

60ても、原子を直接観測することはで原子力の話の前に原子と原子核を知っておこう

ここでは原子力の話の中でも、土台になるテーマ、つまり原子核実験事実を正確に説明することはできませんでした。というのは、「原子を見たことのある人は誰もいない」からです。

そのような試行錯誤の結果、量子論に基づく量子論モデルが誕生

なぜ誰もいないのか、といえば、「原子を見ることはできない」かしました。このモデルを用いると原子のすべての性質、反応を細大61

漏らさず合理的に説明することができます。そのため現代では、このモデルが最も正しいものと考えられています。

1個の原子核が存在しますが、それによれば、原子は複数個の電子 e からなる電子雲に囲まれた電荷は +z であり、電子雲「球形の雲」のようなものと考えられています。電子は電荷を持っの電荷と相殺するので、原た粒子であり、電子 1 個の電荷は -1 です。したがって z 個の電子子は全体として電気的に中からなる電子雲の電荷は -z となります。電子の質量は無視できる性になります。

ほど小さいことがわかっています。

図 3-1-1 ・原子の理論モデル
原子核電子雲第３章

3

その電子雲の中心に 1原子の直径は、概ね 10-10m（ 1 Å ＝オングストロー
原子はどのような構造になっているのか原子の形はわからない
不確定性原理とは量子論の基本的な原理であり、発見した人のから「ハイゼ名前、ヴェルナー・ハイゼンベルク（1901 〜 1976）ンベルクの不確定性原理」と言います。
それは、「 2 つの量を同時に正確に決定することはできない」というもので、 2 つの量というのは、原子を考える場合には「位置とエネルギー」と解釈されます。
私たちが原子を構成する粒子、例えば電子のことを考えるときには、「どういう状態の電子」というように、電子の状態を指定ム）のオーダー（スケール）で あ り、 原 子 核 の 直 径 は10 -14 m のオーダー、つまり原子の直径の 1 万分の

1Å ＝ 100pm（ピコメートル）
原子核は電子雲に囲まれている。

1 ｐｍ =10-12m
1 ｆｍ =10-15m（fm ：フェムトメートル）（出所：Yzmo）

1 です。
東京ドームを 2 つ貼り合わせた “ 巨大ドラ焼き ” を原子とすると、原子核はピッチャーマウンドに転がるビー玉のような大きさということになります。原子核がいかに小さいものであるかということに注意してください。

原子力の話の前に原子と原子核を知っておこう

げんしりょくの窓しています。それはつまり、「電子のエネルギー状態を決めて」考えているということになります。したがって、この原理は結局、「電子の位置を決定することはできない」と言っていることになります。
原子は電子に囲まれているので、電子雲の形が原子の形ということになります。その電子の位置が決定できないということは、すなわち、「原子の形を正確に決定することはできない」ということになります。つまり、原子の形は原理的に「わからない」のです。

●明らかになった原子構造
原子は電子雲とその中心の原子核からなる、と言いましたが、このような原子構造が明らかになったのは 20 世紀に入ってからで、1913 年以降のことです。
その 10 年前の 1904 年には第 1 章でも紹介したブドウパンモデ
ルが提出され、そこではプラスに荷電したパン生地（現在の原子核に相当）の中に、マイナスに荷電した干しブドウ（電子）が散らばっ6263

でん し かく存在する電子殻に入っているとされます。ているようなものと考えられていました。
このわずか 10 年の間、原子構造論は大いに進化したことがわか

各電子殻には量子数という正の整数 n がつけられ、電子殻の直径r（n 2 に比例）、エネルギー E（絶対値が n 2 に反比例）、収容可能なります。

電子数 N（ 2 n 2 個）などが量子数によって決められています。

図 3-1-2 ・ブドウパンモデル

②電子軌道

1

第３章

3

これらの電子は原子が反応する、あるいは各種測定も含めて外部
マイナスに荷電した

プラスに荷電した

干しブドウ（電子）

その軌道には s 軌道、p 軌道、d 軌道など、目で見て楽しくなる

原子はどのような構造になっているのかような形のものが揃っています。
興味のある人は量子化学の本を開いてみてください。

①電子殻
現代科学で原子構造という場合には、電子の所在と電子雲の形を言うことになります。
それによると、電子は原子核の周りに球殻状に何層にも重なって原子力の話の前に原子と原子核を知っておこう

パン生地（原子核）と相互作用するときには、電子殻から電子軌道に移動します。

図 3-1-3 ・電子殻の構造
N殻（n=4)M殻（n=3)L殻（n=2)K殻（n=1)

4rr

9r
16r

原子核6465げんしりょくの窓

電子殻は電子が入る部屋ではない
電子は電子殻に入ると言いましたが、このように言うとよく問31い直されるのが、「それは原子核の周りに電子殻という部屋が用意されているということか？

それならば、電子殻に入る電子がないときには、原子核の周りには電子殻という空き部屋が存在するということか？」ということです。
これは、そのように説明するのが最もわかりやすいので、どの教科書でもそう説明しているのですが、実はそうではありません。

原子はどのような構造になっているのか

電子殻というのは部屋ではなく、電子のエネルギー状態なのです。
例として、モデルさんの写真撮影会を考えてみましょう。この場合のモデルさんは原子核です。そして撮影者は電子で、撮影会の入場料がエネルギー E です。
モデルさんに最も近いところで撮影できる K 券が最も高額です。

K 券を購入した撮影者（電子）は、モデルさん ( 原子核 ) のすぐ近くを好きなように動いて撮影することができます。L 券、M 券となるにつれて入場料は安くなりますが、モデルさんからは遠くなります。
別に部屋が用意してあるわけではありません。ですから、電子がいなくなったら原子核の周りには何もなくなります。

66

4 1
放射線の種類と強度

1炉の事故、放射線汚染食品など、原子核が関係したニュースにいつ子、合わせて 4 個の核子の塊が高速で飛んでいるものをα線と言います。ここで言う高速とは、新幹線の何倍（時速数百 km、秒速何十 m）というようなものではなく、光速の何分の 1 （秒速何万、何十万 km）という超高速です。

②β ( ベータ ) 線
電子 e- が光速に近い高速で飛んでいるものです。

も出てくるのが「放射線」と「放射能」です。前に少し説明しましたが、この 2 つは似たような言葉であることから混同されがちで③γ ( ガンマ ) 線

すが、まったく異なった概念です。では、その違いはどこにあるのα線やβ線と違って粒子ではありません。γ線は波長が短く高エでしょうか？

（ 4 ­ 5 節参照）
ネルギーの電磁波です。レントゲン写真で使う X 線や、宇宙線に含まれる高エネルギー電磁波、あるいは紫外線と同じ●核分裂で生まれる放射線の種類

放射線について知っておきたいこと

放射線と放射能は違うモノだと知っておこう

新聞やテレビでご存じの通り、原子爆弾の話にはもちろん、原子ヘリウム原子（4 He）の原子核、つまり 2 個の陽子と 2 個の中性

第４章

4

放射線と放射能は違うモノだと知っておこう①α ( アルファ ) 線

ものですが、原子核反応でできるものを特別にγ線と呼んでいます。

原子核が分裂反応を行なうと、原子核の大きめの破片と、小さな破片、および高エネルギー電磁波が発生します。これらはまとめて④中性子線核分裂生成物と呼ばれますが、そのうち、小さめの破片と電磁波を中性子が高速で飛んでいるものです。中性子は電荷も磁性も持っ特に放射線と呼びます。
核分裂反応に限らず、すべての原子核反応で放射線は出てくるもていないので、生体の中にほぼ無抵抗で入ってくるため非常に危険です。のと考えていいでしょう。一般に放射線は、生物の命を奪うことがあるほど危険なものです。
放射線には多くの種類がありますが、主なものとしてα線、β線、γ線、中性子線などがあります。それぞれを簡単に見てみましょう。
84

⑤重粒子線
炭素をはじめ、小さい原子核を線形加速器などで高速に加速したものです。主に人工でつくり、医療などに用います。
85

て放射線の種類やエネルギーはこの数値には関係しません。

図 4-1 -1 ・放射線のいろいろがい

1 モルの原子数は 6 × 10 23（6000 垓： 1 垓 = 10 20）個ですから、この数値は非常に大きくなることがあります。

原子核

原子核

原子核
（高エネルギー状態）

原子核

生体に吸収された放射線のエネルギー量を表す数値です。 1 J

1

第４章②吸収線量：グレイ（Gy）

4（ジュール）/kg のエネルギーが吸収されたときを 1 グレイと言います。したがって、これも放射線そのものの種類には関係しません。
β（ベータ）線（電子）γ（ガンマ）線

中性子線（出所：環境省『放射線はどこで生まれる？』より）③線量当量：シーベルト（Sv）
同じエネルギーの放射線でも、放射線の種類によって人体に大きなダメージを与えるものと、それほどではないものがあります。例●放射線の強度を示す指標
放射性物質は放射線を放出しますが、放出される放射線の量やエネルギー（一般に言う放射能の強さ）は、放射性物質の種類や量によって変わります。
ひと口に放射線の量と言っても、見方によっていろいろあります。
放射性粒子の個数もあれば、放射線のエネルギーもあります。また人体に与える被害の多少もあるでしょう。ということで、放射線の強度を表すために 3 種類の指標が用意

えば、α線とβ線を比べると、大型の粒子であるα線のほうが 20倍も有害です。この有害性の程度を線質係数と言います。主なものを表に示しました。

放射線について知っておきたいこと

放射線と放射能は違うモノだと知っておこう

α（アルファ）線

図 4-1 -2 ・放射線の有害の程度を表す線質係数
放射線

α線

β線

γ線

中性子線

陽子線

線質係数

2011105 〜 20

されています。
したがって人体に対するダメージを測るためには、吸収線量（グ①放射線量：ベクレル（Bq）レイ）に線質係数を掛ける必要があります。このようにして求めら1 秒間に何個の粒子が放出されるかを表した数値です。 1 秒間れた数値が線量当量と言われるもので、放射線の生体に対する害をに 1 個の粒子が放出されるときを 1 ベクレルと言います。したがっ86

直接的に表す数値としてよく用いられます。
87

単位はシーベルトです。なお、シーベルトでは単位として大きす（mSv）、あぎるので、実際にはその 1000 分の 1 のミリシーベルトですから図 4 ­ 1 ­ 4 の数値はおよそのもので、出典によって数値は動きます。

るいは、さらにその 1000 分の 1 のマイクロシーベルト ( μSv) が①安全限界用いられます。

1

放射性物質の量
ベクレル（Bq)

被曝量が 100 ミリシーベルト以下の場合には、健康への影響はほとんど見られないとされています。これは線量当量が 1 ミリシー

第４章

図 4-1 -3 ・放射線の 3 つの指標

4

ベルト／時間の放射線が照射されるところなら 100 時間、すなわち放射性物質

約 4 日間生活したとしても、医学的な影響は出てこないというこ

人体への影響
シーベルト
（Sv）
：線量当量
（出所：日本原子力研究開発機構『環境放射線モニタリング情報』より作成）②被害発生
被曝量が 150 ミリシーベルトに達すると、むかつきを感じ始めます。そして 1000 ミリシーベルト、すなわち 1 シーベルトに達すると、健康被害が出てきます。

放射線について知っておきたいこと物質に吸収される量
グレイ（Gy）：吸収線量とです。

図 4-1-4 ・症状として現れる被曝量●放射線をどのくらい浴びたら人体に影響が出るか
原子炉関係の事故は起こっていなくても、地球内部の原子核崩壊や宇宙線によって、私たちは毎日のように放射線にさらされています。ただしそれは微々たる量です。
しかし、もし被曝量が増えたら、私たちにどのような影響が出るのでしょうか。
人体に対する放射線の有害性を、実験によって確かめるなどということはできるはずがありません。たまたま起こった事故の調査結

数字は被曝した放射線の合計量﹇ミリシーベルト﹈

放射線と放射能は違うモノだと知っておこう

放射線を受ける
物質

5万

全身障害
48 時間以内に死亡

1万

意識障害

5000

下痢や出血
一時的な脱毛1000

リンパ球が減る

150 軽度のむかつき果だとか、動物実験の結果などを基にして推定することになります。
8889

つまり、血液中のリンパ球が減少し始めます。リンパ球は免疫機1構の中心になって働く細胞ですから、リンパ球が減少すると免疫力2006 年に亡命ロシア人がロンドンの鮨バーで、α線源のポロニが落ちます。すなわち体の抵抗力が落ちて、軽度の感染症でも症状ウム（Po）が入った鮨を食べさせられて亡くなったのは、ポロニウが重くなり、命に関わる可能性があります。

ムから放射されたα線による内部被曝によるものと言われています。

②β線

5000 ミリシーベルト、すなわち 5 シーベルトになると、直接の物質を透過する力は弱いので、厚さ数 mm のアルミ板や厚さ症状、すなわち下痢や出血、あるいは一時的な脱毛症状が出ます。

1 cm ほどのプラスチック板で遮蔽できると言われます。しかし、こうなるとかなり重症です。

β線が物質に当たる（衝突する）とX線（γ線）を放出するので、X 線さらに増えて 10 シーベルトになると、意識障害が出ます。50 シーに対する防御も必要になります。

ベルトになると、全身障害が出て 48 時間以内に死亡すると言われ③γ線ています。

γ線は電磁波で、紫外線や X 線と同じものですが、それよりは●どうすれば放射線から身を護れるかしゃへいるかに高エネルギーなことが多く、大変に危険です。

危険な放射線から身を護る手段を遮蔽と言います。放射線の種類

電磁波ですから透過力が強く、コンクリート、鉄板、鉛板などでによって、簡単に遮蔽できるものと、遮蔽が困難なものがあります。

本格的に防御する必要があります。鉛が最も有効ですが、それでも放射線について知っておきたいこと放射線と放射能は違うモノだと知っておこう③甚大な被害第４章

4

れるのですから防ぐ手立てはありません。

10cm 程度の厚さが必要と言われていますから、一般人が遮蔽する①α線ことは困難です。頑丈なコンクリート建築物や地下鉄の構内などにα線の粒子は放射線の中で最も大きく重いものです。ですからα避難する必要があります。

線を受けたら体の被害は大きくなります。しかし一方、α線は大きくて重く、その上電荷を持っていますから体内に飛び込む能力は高④中性子線くありません。

中性子は非常に危険です。電荷を持っていないので、すべての物α線を防ぐのは簡単です。エネルギーにもよりますが、アルミ箔、90

質中をスルスルと素通りできます。そのため、中性子線を遮蔽するあるいは皮膚でも防ぐことができると言われます。ただし線源が体のは非常に困難で、すべての放射線の中で最も厄介なものと考えら内に入って内部被曝になったら大変です。内臓の中でα線が照射されています。
91

図 4-1-5 ・放射線の透過力

紙
α線

陽 子2個
中性子 2 個

4β線

電

1X線

γ線

電磁波

中性子線

中性子

放射線と放射能は違うモノだと知っておこう

92

アルミ板 鉛板

水子

ところが意外なことに、水が有効な遮蔽材になります。使用済み核燃料を冷水プールに浸けて保管するのは、冷却の意味もあります
が、中性子線遮蔽の意味もあります。これについては後に原子炉の節で説明します。