ガンマ線がんません

原子核げんしかく物理ぶつり学がく
	;
	放射ほうしゃ性せい崩壊ほうかい; 核分裂かくぶんれつ反応はんのう; 原子核げんしかく融合ゆうごう
放射ほうしゃ性せい崩壊ほうかい
	アルファ崩壊ほうかい・ベータ崩壊ほうかい・ガンマ崩壊ほうかい
その他たの崩壊ほうかい
	二に重じゅうベータ崩壊ほうかい・二に重じゅう電子でんし捕獲ほかく・内部ないぶ転換てんかん・核かく異性いせい体たい転移てんい・クラスタ崩壊ほうかい・自発じはつ核分裂かくぶんれつ
放出ほうしゅつ過程かてい
	中性子ちゅうせいし放出ほうしゅつ・陽電子ようでんし放出ほうしゅつ・陽子ようし放出ほうしゅつ
捕獲ほかく
	電子でんし捕獲ほかく・陽子ようし捕獲ほかく・中性子ちゅうせいし捕獲ほかく; R ・ S ・ P ・ Rp
高こうエネルギー反応はんのう
	核かく破砕はさい反応はんのう・宇宙うちゅう線せんによる核かく破砕はさい・光ひかり分解ぶんかい
元素げんそ合成ごうせい
	恒星こうせい内ない元素げんそ合成ごうせい; ビッグバン原子核げんしかく合成ごうせい; 宇宙うちゅうの元素げんそ合成ごうせい
科学かがく者しゃ
	ベクレル・ベーテ・キュリー・フェルミ・ラザフォード・バーバー
	表ひょう; 話はなし; 編へん; 歴れき;

ガンマ線がんません（ガンマせん、γ線がんません、英えい: gamma ray）は、放射線ほうしゃせんの一種いっしゅ。その実体じったいは、波長はちょうがおよそ 10 pm よりも短みじかい電磁波でんじはである。

概要がいよう

波長はちょう領域りょういき（エネルギー領域りょういき）の一部いちぶがX線せんと重かさなっていて、波長はちょうによる境界きょうかい線せんはない。10 nmから 1または10 pmまでをX線せん、これより短みじかい波長はちょう（高たかいエネルギー領域りょういき）をガンマ線がんませんとすることもあるが、明確めいかくな基準きじゅんは無ない。両者りょうしゃの区別くべつは波長はちょう範囲はんいではなく発生はっせい機構きこうによっていて、ガンマ線がんませんは原子核げんしかくのエネルギー準じゅん位いが遷移せんい（不安定ふあんてい状態じょうたいから、エネルギーを放出ほうしゅつして安定あんてい）する現象げんしょうを起源きげんとし、X線せんは軌道きどう電子でんしの遷移せんい（特性とくせいX線せん）や、自由じゆう電子でんしの運動うんどうエネルギー（制動せいどうX線せん）を起源きげんとし、スペクトルにおいても制動せいどうX線せんの有無うむで見分みわけられる。

1.022 M eV以上いじょうのエネルギーを持もつガンマ線がんませんが消滅しょうめつするとき、電子でんしと陽電子ようでんしが対たい生成せいせいされることがある。逆ぎゃくに、電子でんしと陽電子ようでんしが対たい消滅しょうめつする際さいには、0.511 MeVのガンマ線がんません2本ほんが反対はんたい方向ほうこうに放出ほうしゅつされる。ガンマ線がんませんは電磁波でんじはの中なかで最もっともエネルギーが大おおきい領域りょういきに相当そうとうする。原理げんり上じょう人工じんこう的てきには造つくれないが、加速器かそくきで高こうエネルギー電子でんし線せんから二に次じ的てきに生成せいせいした高こうエネルギーのX線せんがガンマ線がんませんとして扱あつかわれる。これまでに得えられた電子でんし線せんは200 GeVに達たっし、計画けいかくされている国際こくさいリニアコライダーではTeVに及およぶが、ガンマ線がんません天文学てんもんがくの発展はってんにより、宇宙うちゅうにはこれらを遙はるかに上回うわまわるものが存在そんざいすると考かんがえられるようになった^[1]。

発見はっけん

最初さいしょに発見はっけんされたガンマ線がんません源げんは「ガンマ崩壊ほうかい」と呼よばれる放射ほうしゃ性せい崩壊ほうかい過程かていであった。この種たねの崩壊ほうかいでは、励起れいきした核種かくしゅが生成せいせいされると、ほとんど瞬間しゅんかん的てきにガンマ線がんませんを放出ほうしゅつする^{[注釈ちゅうしゃく 1]}。フランスの化学かがく者しゃかつ物理ぶつり学者がくしゃであるポール・ヴィラールは1900年ねんにウランから放出ほうしゅつされる放射線ほうしゃせんを研究けんきゅうしているときにガンマ線がんませんを発見はっけんした。ヴィラールは彼かれが見出みいだした放射線ほうしゃせんが、それまでにラジウムから放出ほうしゅつされる放射線ほうしゃせんとして記述きじゅつされていたもの（これにはアンリ・ベクレルによって1896年ねんに初はじめて「放射能ほうしゃのう」として言及げんきゅうされたベべータ線たせんやラザフォードによって1899年ねんに発見はっけんされたほとんど透過とうかしない種類しゅるいの放射線ほうしゃせんであるアルファ線あるふぁせんが含ふくまれる）より強力きょうりょくであることに気きづいた。しかしながら、ヴィラールはこれを根本こんぽん的てきに異ことなる種類しゅるいとして名前なまえを付つけようとは考かんがえなかった^[2]^[3]。その後ご1903年ねんに、アーネスト・ラザフォードがヴィラールの放射線ほうしゃせんはそれまでに名付なづけられていた放射線ほうしゃせんとは根本こんぽん的てきに異ことなるものであると認知にんちし、1899年ねんにラザフォードが区別くべつしていたアルファ線あるふぁせんとベべータ線たせんからの類推るいすいでヴィラールの放射線ほうしゃせんを「ガンマ線がんません」と名付なづけた^[4]。放射ほうしゃ性せい元素げんそによって放出ほうしゅつされる放射線ほうしゃせんはギリシア文字もじを使つかって様々さまざまな物質ぶっしつを透過とうかする力ちからの順じゅんに名付なづけられた（アルファ線あるふぁせんが最もっとも透過とうかしにくく、次ついでベべータ線たせん、そしてガンマ線がんませんが最もっとも透過とうかしやすい）。ラザフォードはもうひとつのガンマ線がんませんがアルファ線あるふぁせんやベべータ線たせんと異ことなる性質せいしつとして、磁場じばによって曲まげられない（少すくなくとも簡単かんたんには曲まげられない。カー効果こうか・ポッケルス効果こうか・応おう用例ようれいとして光ひかり磁気じきディスクも参照さんしょう。）ことにも注目ちゅうもくした。

ガンマ線がんませんは最初さいしょはアルファ線あるふぁせんやベべータ線たせんと同おなじように質量しつりょうを持もつ粒子りゅうしと考かんがえられていた。ラザフォードは初はじめはそれが非常ひじょうに速はやいベータ粒子りゅうしであると信しんじていたが、磁場じばで曲まげられないことから電荷でんかを持もたないことが示しめされた^[5]。1914年ねんにガンマ線がんませんが水晶すいしょうの表面ひょうめんで反射はんしゃされることが観測かんそくされ、電磁でんじ放射線ほうしゃせんであることが証明しょうめいされた^[5]。ラザフォードと彼かれの同僚どうりょうであるエドワード・アンドレードはラジウムから出でるガンマ線がんませんの波長はちょうを測定そくていし、ガンマ線がんませんはX線せんに似にているが、より短みじかい波長はちょうと（それゆえ）高たかい周波数しゅうはすうを持もつことを発見はっけんした（※ただし本ほん記事きじ前述ぜんじゅつの通とおり、ガンマ線がんませんとX線せんを波長はちょうにより区別くべつしないこともある）。やがてこれによって光子こうしあたりより多おおくのエネルギーを持もっていることが認知にんちされた。そしてガンマ崩壊ほうかいは通常つうじょうガンマ光子こうしを放出ほうしゅつすると理解りかいされた。

ガンマ線がんません源げん

放射ほうしゃ性せい崩壊ほうかい

放射ほうしゃ性せい核種かくしゅが崩壊ほうかいして質量しつりょうや陽子ようし・中性子ちゅうせいしの比率ひりつが変かわっても、その原子核げんしかくには過剰かじょうなエネルギーが残存ざんそんしている場合ばあいがある。このとき、残存ざんそんしているエネルギーをガンマ線がんませんとして放出ほうしゅつすることで原子核げんしかくは安定あんていに向むかう。この現象げんしょうをガンマ崩壊ほうかいと呼よぶ。放出ほうしゅつするガンマ線がんませんのエネルギー領域りょういきは核種かくしゅによって様々さまざまである。核種かくしゅによっては単一たんいつ領域りょういきのガンマ線がんませんしか出ださないものもあるが、一般いっぱん的てきには複数ふくすう領域りょういきのガンマ線がんませんを出だす。同おなじ元素げんそでも、同位どうい体たいによって現象げんしょうは下したの例れいのように異ことなる。

⁸¹Kr この核種かくしゅは 275.988 keV の1領域りょういきのみ放出ほうしゅつ。
⁸⁸Kr この核種かくしゅは最低さいてい 27.513 keV、最高さいこう keV の88領域りょういきを放出ほうしゅつ。
- 割合わりあいで多おおい順じゅんから3種しゅ挙あげると、2392.11 keV(34.6 %)、196.301 keV (25.98 %)、2195.842 keV (13.18 %) である。

雷雲らいうん

理化学研究所りかがくけんきゅうしょによれば、冬期とうきの日本にっぽん本州ほんしゅう・日本海にほんかい沿岸えんがん地域ちいきにおいて雷雲らいうんの活動かつどうに伴ともない自然しぜん放射線ほうしゃせんが増ふえる現象げんしょうを調査ちょうさしていたところ、雷雲らいうんから10 MeV（10⁻⁹ mSv）のガンマ線がんませんを40秒間びょうかん観測かんそくし、雷雲らいうんが粒子りゅうし加速器かそくきの働はたらきをしていることが分わかった。なお、雷雲らいうんからのガンマ線がんません量りょうは1回かいの胸部きょうぶX線せんで浴あびる放射線ほうしゃせん量りょうの2億おく分ぶんの1程度ていどと計算けいさんされている^[6]。雷かみなりは光ひかり核かく反応はんのうのトリガーになり得える^[7]。

天体てんたい

ガンマ線がんませんを放射ほうしゃする天体てんたいには超新星ちょうしんせい残骸ざんがい、パルサー、活動かつどう銀河ぎんが核かく等ひとしがある。また、発生はっせい機構きこうは未み解明かいめいであるがガンマ線がんませんバースト現象げんしょうを起おこす天体てんたいも発見はっけんされている。

他たの放射線ほうしゃせんとの比較ひかく

ヘリウム4の原子核げんしかくであるアルファ粒子りゅうしは一いち枚まいの紙かみすら通過つうかできず、ベべータ線たせんの実態じったいである電子でんしでは1cmのプラスチック板ばんで十分じゅうぶん遮蔽しゃへいできるが、電磁波でんじはであるガンマ線がんませんでは10cmの鉛なまり板ばんが必要ひつようとなる。

アルファ粒子りゅうし・ベータ粒子りゅうしと比くらべると透過とうか能力のうりょくは高たかいが、電離でんり作用さようは弱よわい。
ガンマ線がんませんの遮蔽しゃへいには、比重ひじゅうの重おもい物質ぶっしつ（鉛なまり、鉄てつ、コンクリートなど）が使つかわれる。一般いっぱんによく利用りようされる鉛なまり(11.3 g/cm³)では、10 cmの厚あつさで約やく1/100 – 1/1000に減衰げんすいされる。ガンマ線がんませんは飛ひ程ほどが長ながい上うえ、電荷でんかを持もたないので電磁気でんじき力りょくを使つかって方向ほうこうを変かえられないため、ガンマ線がんませんからの防護ぼうごは他たの放射線ほうしゃせんと比較ひかくして難むずかしい。

利用りよう

一般いっぱん的てきなガンマ線がんません源げんとしては、コバルトの放射ほうしゃ性せい同位どうい体たいであるコバルト60（⁶⁰Co）が用もちいられる。これは安定あんてい同位どうい体たいのコバルト59(⁵⁹Co)を原子げんし炉ろ内ないで中性子ちゅうせいし線せんに晒さらす事ことで放射ほうしゃ化かにより生成せいせいされ、医薬品いやくひんや医療いりょう廃棄はいき物ぶつ、食品しょくひんなどのガンマ線がんません滅菌めっきん、工業こうぎょう的てきなX線せん写真しゃしん（溶接ようせつ部ぶX線せん写真しゃしん）、脳腫瘍のうしゅよう除去じょきょなどのガンマナイフに使つかわれている。

健康けんこう影響えいきょう

「被曝ひばく」および「低てい線量せんりょう被曝ひばく問題もんだい」を参照さんしょう

放射線ほうしゃせんによる影響えいきょうには、閾値線量せんりょう以上いじょうで発生はっせいする確定かくてい的てき影響えいきょうとそれ以下いかの線量せんりょうでも発生はっせいする確かく率りつ的てき影響えいきょうがある。低てい線量せんりょう被曝ひばくの影響えいきょうの定量ていりょう化かは難むずかしく、明確めいかくになっていない。2003年ねんに米国べいこくアメリカ合衆国あめりかがっしゅうこくエネルギえねるぎー省しょうの低てい線量せんりょう放射線ほうしゃせん研究けんきゅうプログラムによる支援しえん等とうを受うけて^[8]米国べいこく科学かがくアカデミー紀要きよう(PNAS)に発表はっぴょうされた論文ろんぶんによれば、疫学えきがく的てきデータによる人ひとの癌がんリスクの増加ぞうかの十分じゅうぶんな証拠しょうこが存在そんざいするエックス線えっくすせんやガンマ線がんませんの被曝ひばく線量せんりょうの最低さいてい値ちは、急性きゅうせい被曝ひばくでは、10–50 mSv、長期ちょうき被曝ひばくでは50–100 mSvである^[9]。

脚注きゃくちゅう

[脚注きゃくちゅうの使つかい方かた]

注釈ちゅうしゃく

^ 核かく異性いせい体たい遷移せんいでは測定そくてい可能かのうではるかに長ながい半減はんげん期きを持もつ抑制よくせいされたガンマ崩壊ほうかいが起おこりうることが現在げんざいではわかっている。

出典しゅってん

^ 高こうエネルギー素粒子そりゅうし宇宙うちゅう物理ぶつり学がくに挑いどむ高エネルギこうえねるぎー加速器研究機構かそくきけんきゅうきこう
^ P. Villard (1900) "Sur la réflexion et la réfraction des rayons cathodiques et des rayons déviables du radium", Comptes rendus, vol. 130, pages 1010–1012. See also: P. Villard (1900) "Sur le rayonnement du radium", Comptes rendus, vol. 130, pages 1178–1179.
^ L'Annunziata, Michael F. (2007). Radioactivity: introduction and history. Amsterdam, Netherlands: Elsevier BV. pp. 55–58. ISBN 978-0-444-52715-8
^ Rutherford named γがんま rays on page 177 of: E. Rutherford (1903) "The magnetic and electric deviation of the easily absorbed rays from radium", Philosophical Magazine, Series 6, vol. 5, no. 26, pages 177–187.
^ ^a ^b “Rays and Particles”. Galileo.phys.virginia.edu. 2013年ねん8月がつ27日にち閲覧えつらん。
^ 日本海にほんかい側がわの冬ふゆの雷雲らいうんが40秒間びょうかん放射ほうしゃした10 MeVガンマ線がんませんを初はつ観測かんそく -冬ふゆの雷雲らいうんが天然てんねんの粒子りゅうし加速器かそくきである証拠しょうこをつかむ- 独立どくりつ行政ぎょうせい法人ほうじん理化学研究所りかがくけんきゅうしょ
^ “Photonuclear reactions triggered by lightning discharge” (英語えいご). nature. 2021年ねん2月がつ23日にち閲覧えつらん。
^ David J. Brenner et al. (2003). “Cancer risks attributable to low doses of ionizing radiation: Assessing what we really know”. PNAS 100 (24): 13761–13766. doi:10.1073/pnas.2235592100. "This work was supported in part by the U.S. Department of Energy Low-Dose Radiation Research Program."
^ 翻訳ほんやく：調しらべ麻あさ佐志さし, 【翻訳ほんやく論文ろんぶん】「低てい線量せんりょう被ひばくによるがんリスク：私わたしたちが確たしかにわかっていることは何なにかを評価ひょうかする」PNAS (2003), “海外かいがい癌がん医療いりょう情報じょうほうリファレンス”, 一般いっぱん社団しゃだん法人ほうじんサイエンス・メディア・センター, http://smc-japan.org/?p=2037 2011年ねん8月がつ26日にち閲覧えつらん。