| 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] |
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。
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。
| 回 | 項目 | 授業内容 | 担当者 | 日時 |
|---|---|---|---|---|
| 第1回 | 導入 | 授業の導入等を行う。 | 長谷川 智之 | 4/9② |
| 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、光速等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 4/16② |
| 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、スピン等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 4/23② |
| 第4回 | 放射線の基本的性質 | 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つの相互作用等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 5/7② |
| 第5回 | 相対性理論の基本 | 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、非相対論的極限等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 5/14② |
| 第6回 | 相対性理論 | 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等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 5/21② |
| 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、不確定性原理等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 5/28② |
| 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、エネルギー準位等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 6/4② |
| 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、結合エネルギー等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 6/11② |
| 第10回 | 原子核の基礎１（基礎的性質ほか） | 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、壊変図等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 6/18② |
| 第11回 | 原子核の基礎２（質量ほか） | 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、原子核チャート等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 7/2② |
| 第12回 | 原子核の基礎３（原子核模型ほか） | 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、磁気モーメント等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 7/9② |
| 第13回 | 原子核の基礎４（原子核の変化ほか） | 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、放射平衡等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 7/16② |
| 第14回 | 前期まとめ | 前期授業内容を総括する。 | 長谷川 智之 | 7/18③ |
| 第15回 | 前期補足 | 前期授業内容を補足する。 | 長谷川 智之 | 7/18④ |
| 第16回 | 原子核の変化１（変化様式ほか） | 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、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等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 9/3② |
| 第17回 | 原子核の変化２（β壊変ほか） | α壊変における反跳、Q値、β±壊変、EC、原子核チャート、壊変図等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 9/10② |
| 第18回 | 原子核の変化３（原子核チャートほか） | 核分裂、壊変系列ほかについて学ぶ。 | 長谷川 智之 | 9/17② |
| 第19回 | 原子核の変化４（原子核反応ほか） | 原子核反応、弾性散乱と非弾性散乱、反応式、しきいエネルギー、Q値、核融合等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 9/24② |
| 第20回 | 電子・陽電子と物質の相互作用１（弾性散乱ほか） | 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、消滅放射線等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 10/1② |
| 第21回 | 電子・陽電子と物質の相互作用２（阻止能ほか） | 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、ハイトラーの式、最小電離、臨界エネルギー、エネルギー付与、飛程と経路長等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 10/8② |
| 第22回 | 電子・陽電子と物質の相互作用３（Ｘ線の発生） | 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等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 10/15② |
| 第23回 | 光子と物質の相互作用１（指数関数的減弱ほか） | 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、半価層等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 10/29② |
| 第24回 | 光子と物質の相互作用２（相互作用の種類ほか） | 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、光核反応について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 11/12② |
| 第25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ほか） | コンプトン散乱の運動学的計算、断面積、クライン－仁科の式、質量減弱係数のエネルギー・物質依存性、吸収端、相互作用確率等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 11/19② |
| 第26回 | 陽子・重荷電粒子と物質の相互作用１（相互作用の種類ほか） | 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 | 11/26② |
| 第27回 | 陽子・重荷電粒子と物質の相互作用２（質量衝突阻止能の近似式ほか） | 質量衝突阻止能・飛程の近似式、関連する計算問題等について学ぶ。 | 長谷川 智之 | 12/3② |
| 第28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 | 12/10② |
| 第29回 | まとめ | 授業内容を総括する。 | 長谷川 智之 | 12/17② |
| 第30回 | 補足 | 授業内容を補足する。 | 長谷川 智之 | 未定 |
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。
定期試験（100%）
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。
| 種別 | 書名 | 著者・編者 | 発行所 |
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| 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 |