アルファ粒子:性質と応用
アルファ粒子(α粒子)は、ヘリウム原子核に相当する、2個の
陽子と2個の
中性子から構成される粒子です。高い
運動エネルギーを持っており、
放射線の一種であるアルファ線は、これらの粒子の流れとして定義されます。ラザフォードによって発見されたアルファ線とベータ線は、原子核の研究に重要な役割を果たしました。
アルファ粒子の性質
アルファ粒子は、主に不安定な原子核のアルファ崩壊によって放出されます。+2の
電荷を持つため、電場や
磁場によって軌道を曲げられます。その速度は核種によって異なりますが、秒速数万キロメートルに達します。これは
光速の数パーセントに相当する速度です。
アルファ粒子の顕著な特徴は、強い電離作用を持つことです。このため、物質への透過力は非常に小さく、紙一枚や数
センチメートルの空気層で阻止されます。しかし、この高い電離作用が、体内への取り込みによる内部
被曝のリスクを高める要因にもなります。そのため、アルファ線を扱う際には細心の注意が必要です。
アルファ粒子の検出
アルファ粒子の検出には、その強い電離作用が利用されます。古くから使われてきた箔検電器やガイガーカウンター、霧箱に加え、近年では
シンチレーション検出器が広く用いられています。ガイガー・ミュラー管ではマイカ窓が、
シンチレーション検出器では
硫化亜鉛が検出部に用いられることが多いです。
アルファ粒子の用途
アルファ粒子の
蛍光物質を励起させる性質は、夜光塗料への応用につながっています。かつては
ラジウム226が夜光時計などに用いられていましたが、安全性への懸念から現在ではより安全なベータ線放出核種に置き換えられています。
分析化学では、アルファ粒子のイオン化作用を利用した検出器が用いられており、また、キャンプ用ランタンの炎の安定化にも利用例があります。さらに、住宅用火災警報器や自動火災報知設備のイオン化式煙感知器にも、
アメリシウム241からのアルファ粒子が利用されています。
一方で、アルファ線源であるポロニウム210による暗殺事件(リトビネンコ事件)のような、危険性の高い側面も存在します。
医療におけるアルファ粒子の利用
近年、アルファ粒子は
放射線治療分野での利用が盛んに研究されています。従来の
放射線治療ではベータ線放出核種が用いられてきましたが、アルファ線はベータ線よりも飛程が短く、線エネルギー付与(LET)が大きいため、より局所的な治療が期待できます。
現在、日本国内で薬価収載されているアルファ線放出核種標識薬剤は限られていますが、149Tb、213Bi、211At、225Acなどを用いた薬剤の臨床試験が進められています。また、
ホウ素中性子捕捉療法(BNCT)は、
ホウ素10に
中性子を照射することで発生するアルファ線を治療に利用する手法です。
まとめ
アルファ粒子は、高い電離作用を持つ一方で透過力の低い
放射線です。その性質から、様々な分野で利用されてきましたが、安全性への配慮が不可欠です。特に医療分野では、局所的な治療効果が期待できることから、今後の研究開発が注目されています。