放射能を正しく理解し、正しく恐れる

α線はヘリウムの原子核です。質量数の小さな原子核のうち、ヘリウムの原子核（α粒子）は核子あたりの結合エネルギーが飛び抜けて大きい。そのため、エネルギー的には質量数の大きな核がα粒子と残りの原子核に分裂して、安定な状態になる場合があります。
このように、α粒子を放出し、エネルギー的に安定な状態に転移することをα壊変（α decay）といいます。このとき、壊変する前の核種を親核、壊変後の核種を娘核といいます。
α壊変では、2個の陽子と2個の中性子からなるα粒子が放出されるので、壊変の前後では、質量数が4減り、原子番号は2減ります。

単独の中性子は半減期10.6分で壊変して陽子に変わり、このとき、電子と反ニュートリノが放出されます。
原子核の中にも中性子が陽子に変わったほうがエネルギー的に安定になる場合があります。このような壊変をβ⁻壊変といいます。
逆に、陽子が中性子に変わったほうがエネルギー的に安定になる場合もあります。この場合、陽電子とニュートリノが放出されます。このような壊変をβ^＋壊変といいます。

β⁻壊変の場合、原子番号が一つだけ増えて、中性子数が1つだけ減り、質量数は変化しません。
β^＋壊変の場合、原子番号が一つだけ減って、中性子数が1つだけ増し、質量数は変化しません。


²²Naが壊変するとき、陽電子を放出せずに原子核が軌道電子を捕獲し、ニュートリノだけを放出して²²Neに変わる過程が存在します。これを軌道電子捕獲、あるいはEC壊変といいます。
このときも、β^＋壊変と同様に原子番号が1だけ減って、質量数は変化しません。軌道電子捕獲が起こると電子軌道に空席が生じ、他の軌道電子がその空席を埋めることになります。この際に特性Ｘ線が発生します。

α壊変やβ壊変で親核が娘核に変化するとき、娘核が基底状態にあるとは限らず、励起状態にあることが多い。
原子核の励起状態は、原子の励起状態と同様に、飛び飛びのエネルギーをとります。エネルギーの高い準位はγ線を放出してエネルギーの低い準位に転移します。


α壊変やβ壊変などで励起状態が作られると、その励起状態はγ線を放出し、エネルギーの低い状態へ転移します。このとき、励起状態はある半減期でγ転移を起こします。
通常、この半減期は非常に短いので、瞬間的に放出されますが、励起状態の性質によっては、この半減期が測定できるぐらいに長い場合があります。このような状態を核異性体といいます。このような核異性体からのγ転移を核異性体転移といいます。

励起状態がエネルギーの低い状態へ転移するとき、γ線を放出する代わりに軌道電子を放出する場合があります。この転移を内部転換といい、このとき放出される電子を内部転換電子といいます。
励起状態が転移するとき、γ線が放出される割合と内部転換電子が放出される割合は励起状態の性質によって決まります。内部転換の割合は、質量数の大きい原子核ほど大きく、内部の軌道電子が外部の軌道電子より放出されやすい。γ線放出に対する内部転換電子の放出される割合を内部転換係数といいます。

質量数の大きな原子核の中には、自然に核分裂を起こす核種があります。核分裂をすると二つの原子核に分裂すると同時に数個の中性子を放出します。
これを自発的核分裂といいます。
自発的核分裂を起こす代表的な核種は、
²³⁸U、²⁵²Cf

原子が壊変するとき、一部の原子を観察している場合、それがいつ壊変するかはわからない。しかし、多くの原子の集合を観察すると、単位時間あたりに壊変する数は集合内の原子数に比例することがわかっています。この比例定数を壊変定数といいます。単位時間あたりに壊変する数を壊変率といいます。壊変率Iは、単位時間あたりに原子核の減る数に等しいので、壊変定数をλとして式で表せば
I = -dN/dt =λN

この微分方程式を解くと、はじめの（t = 0で）原子核の数をN₀とすると時刻tでの原子核の数Nは
N(t) = N₀e^-λt

この式を微分すると、壊変率Iは
I = λN = λN₀e^-λt

原子核の数が始めの1/eにまで減少する時間を平均寿命といい、始めの半分になるまでの時間を半減期といいます。
平均寿命τ、半減期T_1/2は以下のように与えられます。
τ = 1/λ、T_1/2 = 0.693/λ

単位時間に壊変する数を壊変率または放射能といいます。
その単位はBq（ベクレル）を用います。