放射線物理学Radiation Physics
科目責任者長谷川 智之
担当者長谷川 智之
科目概要1年 (4単位・必修) [医療工学科 診療放射線技術科学専攻]

授業の目的

放射線医療技術分野で用いられる放射線に関わる物理学の基礎を教授する。重要事項を暗記させるのみではなく、物理的な考え方、現実の物事を論理的・定量的に分析・理解する能力、関連する問題を解く能力を育成する。

教育内容・教育方法

物理学の基礎、放射線の種類と基礎、相対性理論、量子論、原子モデル、原子核、放射線と物質の相互作用について解説し、関連する演習を行う。

授業内容

項目授業内容担当者日時
第1回導入授業の導入を行う。長谷川 智之
4/10②
第2回物理学の基礎物理量と単位、次元、スカラーとベクトル、質量、速度、加速度、位置エネルギー、運動エネルギー、運動量、角運動量、保存則、波と振動、電荷と電場、クーロン力、磁場と磁力、ローレンツ力他、電磁波、光速について学ぶ。長谷川 智之
4/17②
第3回放射線の定義と種類放射線の定義、電離と励起、質量とエネルギー、等価原理、eV単位、素粒子と放射線の分類、スピンについて学ぶ。長谷川 智之
5/8②
第4回放射線の性質光子、電磁放射線、2重性、粒子性と波動性、プランク定数、クオーク、自然界の4つの相互作用について学ぶ。長谷川 智之
5/15②
第5回相対性理論1特殊相対性理論、光速一定の原理、高速で運動する粒子、質量をもつ粒子のエネルギーと運動量、テイラー展開、全エネルギー、静止エネルギー、運動エネルギー、非相対論的極限について学ぶ。長谷川 智之
5/22②
第6回相対性理論2相対性の原理、静止座標系、運動座標系、ガリレイ変換、ローレンツ変換、ローレンツ収縮、時計の遅れ、一般相対性理論と等価原理について学ぶ。長谷川 智之
5/29②
第7回量子論量子論と量子力学、アトム、電子の発見、有核原子模型、前期量子論、離散性、量子仮説、プランクの量子論、光電効果、2重性、ドブロイ波、シュレディンガー方程式、不確定性原理について学ぶ。長谷川 智之
6/5②
第8回量子論と原子モデル原子スペクトル、ボーアの水素様原子モデル、パウリの原理、電子軌道、量子数、エネルギー準位、シュレディンガー方程式、波動関数、エネルギー準位について学ぶ。長谷川 智之
6/12②
第9回原子の構造
電子軌道、エネルギー準位、遷移、主量子数、方位量子数、磁気量子数、スピン量子数、原子の質量、結合エネルギーについて学ぶ。長谷川 智之
6/19②
第10回原子核の基礎1原子核の基本的性質、種類、安定な原子核と不安定な原子核、統一原子質量単位、大きさ、質量と結合エネルギー、エネルギー準位、壊変図について学ぶ。長谷川 智之
6/26②
第11回原子核の基礎2原子の質量と原子核の質量、核力、核子あたりの結合エネルギー、原子核チャートについて学ぶ。長谷川 智之
7/3②
第12回原子核の基礎3原子核模型、殻模型、液滴模型、魔法数、マジックナンバー、角運動量とスピン、磁気モーメントについて学ぶ。長谷川 智之
7/10②
第13回原子核の基礎4原子核の変化、壊変、遷移、放射能、指数関数的減衰、壊変定数、半減期、平均寿命、放射平衡について学ぶ。長谷川 智之
7/17②
第14回まとめ前期授業内容を総括する。長谷川 智之
7/19③
第15回補足授業内容を補足する。長谷川 智之
7/19④
第16回原子核の変化1原子核の変化様式、壊変、γ遷移、核異性体転移(IT)、内部転換(IC)、原子核チャート、α壊変、原子核の反跳、Q値、トンネル効果、クーロン障壁、ガイガーヌッタルの法則、線スペクトルと連続スペクトルについて学ぶ。長谷川 智之
9/4②
第17回原子核の変化2β±壊変、EC、壊変図、壊変系列について学ぶ。長谷川 智之
9/11②
第18回原子核の変化3原子核反応、反応式、しきいエネルギー、Q値、反跳、弾性散乱と非弾性散乱、反応断面積、誘導核分裂、自発核分裂、核融合について学ぶ。長谷川 智之
9/18②
第19回電子・陽電子と物質の相互作用1弾性散乱、非弾性散乱、多重散乱、後方散乱、制動放射、チェレンコフ効果、陽電子消滅、消滅放射線について学ぶ。長谷川 智之
9/25②
第20回電子・陽電子と物質の相互作用2エネルギー損失、阻止能、衝突阻止能、放射阻止能、質量質量衝突阻止能、質量放射阻止能、ベーテブロッホの式、最小電離、臨界エネルギー、エネルギー付与、飛程と経路長について学ぶ。長谷川 智之
10/2②
第21回光子の発生特性X線、オージェ効果、オージェ収率、蛍光収率、線スペクトル、制動X線、制動放射線、X線管、連続スペクトル、最短波長、デュエンハントの式について学ぶ。長谷川 智之
10/9②
第22回光子と物質の相互作用1指数関数的減弱、線減弱係数、質量減弱係数、相互作用確率、線質、半価層について学ぶ。長谷川 智之
10/16②
第23回光子と物質の相互作用2相互作用の種類、干渉性散乱、トムソン散乱、レイリー散乱、光電効果、コンプトン散乱、非干渉性散乱、電子対生成、三電子生成、光核反応、微分断面積について学ぶ。長谷川 智之
10/23②
第24回光子と物質の相互作用3コンプトン散乱の運動学的計算、クライン仁科の式について学ぶ。長谷川 智之
10/30②
第25回光子と物質の相互作用4質量減弱係数のエネルギー依存性と物質依存性、吸収端、相互作用確率と原子あたりの断面積について学ぶ。長谷川 智之
11/6②
第26回陽子・重荷電粒子と物質の相互作用弾性散乱、多重散乱、非弾性散乱、チェレンコフ効果、阻止能、衝突阻止能、質量阻止能、飛程、ブフッグピーク、ストラグリング、核破砕反応について学ぶ。長谷川 智之
11/13②
第27回中性子と物質の相互作用中性子線の分類、速中性子、熱中性子、冷中性子、弾性散乱、非弾性散乱、共鳴散乱、吸収、誘導核分裂、指数関数的減弱、中性子の発生について学ぶ。長谷川 智之
11/20②
第28回まとめ前期授業内容を総括する。長谷川 智之
11/27②
第29回補足1授業内容を補足する。長谷川 智之
12/4②
第30回補足2授業内容を補足する。長谷川 智之
未定

到達目標

放射線に関わる物理現象について論理的かつ定量的に考え理解する能力を身につけること。重要事項を記憶するのみではなく演習問題を自分自身で解答できるようになること。専門的な授業を履修するための確固たる土台として放射線物理学を習得すること。

評価基準

定期試験(100%)

準備学習等(予習・復習)

本科目の履修には基本的な物理学の理解が不可欠なので、高校で物理を履修していない学生は高校の物理の教科書(文部科学省認定)を入手して参考書として用いることをお勧めする。授業で勉強するだけでは本科目を習得することは不可能なので必ず復習して着実に理解を積み重ねていくこと。

教材

種別書名著者・編者発行所
教科書放射線物理学遠藤真広、西臺武弘編オーム社
教科書アイソトープ手帳日本アイソトープ協会編丸善
参考書放射線医学物理学西臺武弘文光堂
参考書原子核物理学永江知文、永宮正治裳華房