Radioactivity - radioactivity

Japanese: 放射能 - ほうしゃのう（英語表記）radioactivity

Radioactivity is the property of an atomic nucleus emitting radiation and spontaneously decaying (disintegrating) into a more stable atomic nucleus. Radioactivity and radiation are often confused, but radioactivity is a property of an atomic nucleus, while radiation is the particles or electromagnetic waves emitted from a radioactive atomic nucleus. For example, radium is radioactive and emits α (alpha) rays, a type of radiation, to become radon.

[Fujio Ichikawa]

Discovery of Radioactivity

It has long been known that when a vacuum is created in a glass tube, the glass tube will emit light. It was assumed that this was caused by something emitted from the cathode, and various studies have been conducted on these so-called cathode rays.

In 1895, while researching cathode rays, German physicist Roentgen discovered that a substance called barium cyanide platinate, which happened to be placed near a evacuated glass tube, emitted fluorescence when a discharge occurred inside the glass tube. Roentgen thought that an unknown light was being emitted from the glass tube, and named this light X-rays. Cathode rays are a flow of electrons emitted from the cathode material, and X-rays are a type of electromagnetic wave generated when these electrons collide with glass. In other words, X-rays are radiation, but they are generated as a result of the discharge phenomenon and are not radioactive.

Radioactivity was first discovered by France's Becquerel. In 1896, when a uranium compound exposed to sunlight was wrapped in black paper and placed on a photographic plate, the plate was exposed to light. Upon closer examination, it was found that uranium compounds emit penetrating rays that expose the plate even without exposure to light, and that the same effect can be seen in any compound, metal, or solution that contains uranium, and that the strength of this effect is proportional to the amount of uranium. Becquerel called these uranium rays, but Madame Curie of France soon discovered that a similar phenomenon also occurs with thorium. The Curies also extracted a substance with a strong photosensitive effect from uranium ore, and discovered the radioactive elements polonium and radium. In 1898, based on these research results, the Curies concluded that the penetrating rays (uranium rays) discovered by Becquerel came from uranium atoms, and called these penetrating rays Becquerel rays and named this phenomenon radioactivity radioactivité (a portmanteau of the Latin "radius" (radiation) and the French "activité" (ability). Today, Becquerel rays are called radiation. In 1899, E. Rutherford of England used an electroscope to study the radioactivity of radium, and discovered alpha rays and beta rays. In 1906, the existence of gamma rays was confirmed, and it became clear that radioactivity was primarily characterized by these three types of radiation.

Alpha rays are helium nuclei that have a positive charge and can be absorbed by aluminum foil that is only a few hundredths of a millimeter thick, and can only travel a few centimeters in the air. Beta rays are electrons that have a negative charge, but can also emit positrons. Beta rays are absorbed by aluminum foil that is a few millimeters thick. Gamma rays are electromagnetic waves that have strong penetrating power. When an atomic nucleus decays, it emits radiation with its own unique energy. In 1913, Soddy from England and Fayance from Poland (later America) discovered the following displacement law of radioactive decay: In alpha decay, the atomic number decreases by two and the mass number decreases by four, but in beta decay, only the atomic number increases or decreases by one depending on whether a negativ electron or positron is emitted. In gamma decay, there is no change.

Another characteristic of radioactivity is its half-life. The half-life is the time it takes for the radioactivity to decrease to half of its original value, and each decay has its own unique value. After 10 half-lives, the radioactivity will be reduced to about one thousandth of its original value. Even if the radioactivity is the same, the longer the half-life, the greater the amount of radioactive material. For example, 1 curie of radium-226, which has a half-life of 1620, is precisely 1.024 grams, but 1 curie of thorium, which has a half-life of 13.9 billion years, weighs about 8.8 tons.

[Fujio Ichikawa]

Units of radioactivity

The unit of radioactivity in the International System of Units (SI) is the becquerel (Bq). One becquerel is one radioactive nuclide that decays into another nuclide per second. This unit was named after the aforementioned Becquerel. Since the becquerel is a small unit, it often ends up dealing with large numbers. In contrast, the unit that has been used for a long time is the curie (Ci). This unit represented the amount of radon in equilibrium with one gram of radium, but it is defined as the strength of radioactivity that decays 37 billion times per second. This name is named after the aforementioned Curies. Since it is a large unit, prefixes such as milli, micro, and pico are often added. One of the reasons for the change to becquerel is said to be because the odd number 370 is inconvenient for conversion.

Becquerel is equal to the absolute unit dps. dps is an abbreviation for disintegration per second. In contrast, the unit cpm has sometimes been used conventionally in newspapers and other media. It is an abbreviation for count per minute and is a raw measurement value. Therefore, the value will vary depending on the measuring device and measurement conditions. Sometimes cpm is abbreviated to simply count, but this is an inaccurate expression. In relation to radioactivity, there are units of absorbed dose called gray (Gy) and radiation exposure dose called sievert (Sv).

[Fujio Ichikawa]

Natural radioactivity

Naturally occurring radioactive nuclides are divided into two categories: (1) long-lived nuclides that have existed on Earth since ancient times and their radioactive series, and (2) nuclides that continue to be produced through natural nuclear reactions even today. Of the group (1), eleven types are known that do not form a series, including potassium-40, rubidium-87, and samarium-147. All of these have half-lives of more than one billion years. Those that form radioactive series are thorium-232 (thorium series), uranium-235 (actinium series), and uranium-238 (uranium series). These series decay by emitting alpha and beta rays many times, eventually becoming stable lead isotopes. A total of 45 radioactive nuclides are known between them. In addition to these, there is the neptunium series, but it does not exist in nature.

In (2), most of the radiation is caused by nuclear reactions between cosmic rays and atmospheric components (oxygen, nitrogen, argon). Examples include tritium, beryllium-7, beryllium-10, carbon-14, and chlorine-36. Cosmic rays themselves are composed of protons, neutrons, mesons, etc., and can be considered as part of natural radioactivity. Above the Earth's equator, there is a space of strong radioactivity with maximum activity at altitudes of 3,600 km and 18,000 km, called the Van Allen belts. The inner belt extends north and south to 30 degrees latitude, and the outer belt extends to 60 degrees latitude. This radioactivity belt consists of high-energy electrons and protons captured by the Earth's magnetic field, and is a source of exposure during spaceflight. Looking at the distribution of natural radioactivity on Earth, there are gaseous radon and thoron and their decay products in the atmosphere. These are released from rocks and soil containing uranium and thorium. Uranium, thorium and their daughter nuclides (nuclides newly produced by radioactive decay of radionuclides), and potassium-40 are widely distributed in rocks and soil. The amount of uranium and thorium is generally greater in igneous rocks than in sedimentary rocks. The strength of natural radioactivity outdoors varies depending on the geology, and there are areas in Brazil and India with a fairly high background (high natural radioactivity). In Japan, the distribution of granite is more widespread in western Japan than in eastern Japan, and the background is higher. Some hot springs contain radium and other minerals and are called radioactive springs. Tamagawa Onsen (Akita Prefecture), Masutomi Onsen (Yamanashi Prefecture), and Misasa Onsen (Tottori Prefecture) are well-known. Natural radioactivity in inland waters is low and varies by region, but uranium is uniformly present in seawater, albeit at low concentrations, and it is attracting attention as a resource. The human body also contains about 0.1 microcuries of potassium-40.

[Fujio Ichikawa]

Environmental contamination by artificial radioactivity

Unnecessarily increasing radiation in the human living environment is not good for the body or genetics. The largest source of contamination by artificial radiation is the massive release of "death fallout" from nuclear weapons tests. This includes radioactive substances with long half-lives that are harmful to the human body, such as strontium-90, cesium-137, and carbon-14. When an explosion occurs in the atmosphere or on the ground, radioactive "ash" is blown into the sky and carried widely by the jet stream, not just in the affected area. Some of it reaches the stratosphere. These gradually fall and contaminate the ground. When it rains, the "ash" suspended in the atmosphere is washed away and becomes radioactive rain. In this way, radioactive fallout released into the atmosphere and falling to the ground due to the explosion of a nuclear weapon is called fallout. Since 1961, nuclear tests in the United States, the Soviet Union, and the United Kingdom have been conducted underground, and new sources of contamination have decreased.

Environmental contamination by artificial radioactivity from nuclear power plants has become a serious problem. The explosion accident at the Chernobyl Nuclear Power Plant in the former Soviet Union (now the Republic of Ukraine) on April 26, 1986, caused by a runaway reactor output, released a large amount of radioactive material into the environment. The amount of radioactive rare gases reached 100% of the amount accumulated in the reactor, 50-60% of iodine-131, and 20-40% of cesium-137, and a large amount of plutonium from the fuel was also released. Due to the wind direction at the time, most of these fell on the Republic of Belarus. As a result, an increase in thyroid cancer among children in this region has been reported. Radioactive rare gases and iodine-131 were also released in the loss of coolant accident at the Three Mile Island Nuclear Power Plant in the United States on March 28, 1979. In Japan, a large amount of radioactive material was released in the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant accident that occurred in March 2011.

Environmental pollution caused by accidents at nuclear-related chemical processing facilities (reprocessing facilities for recovering plutonium) has also been reported. For example, an explosion at a reprocessing facility in Tomsk, Russia in 1993 contaminated the surrounding forests and farmland, leading to a ban on cultivation and entry. In addition, mismanagement of wastewater at the Sellafield reprocessing facility in Cumbria, England, led to radioactive waste liquid being discharged into the sea, contaminating the coastline.

The increase in nuclear power generation requires the disposal of large amounts of high-level radioactive waste. Currently, permanent disposal in deep geological layers is planned, but there are many technical and social issues that need to be considered.

[Fujio Ichikawa]

Radioactivity and Biology

The sensitivity of living organisms to radiation varies significantly depending on the type of organism. The amount of radiation that kills half of the organisms in a certain amount of time (half-lethal dose) is two orders of magnitude higher for plants and protozoans than for humans. It is said that some types of bacteria can reproduce even in the water of a nuclear reactor. Roughly speaking, the more DNA (deoxyribonucleic acid) an organism has in its cells, the more sensitive it is to radiation. In other words, humans can be said to be an organism that is vulnerable to radiation.

The effects of radiation on living organisms are thought to occur in various stages.

(1) Ionization and excitation of biomolecules by radiation energy
(2) Generation of highly reactive free radicals from ions and excited molecules
(3) The production of abnormal molecules that do not normally exist in living organisms due to reactions of free radicals.
(4) Changes in cell structure, function, and metabolic system due to the production of abnormal substances
(5) Changes in cell structure, modulation and decline of cell division, and impairment of biological functions. In this way, the effects are amplified as the stages progress. However, on the other hand, repair mechanisms also work, so there are cases where recovery occurs.

The effects of radiation on living organisms are not only due to exposure from the outside, but also when radioactive materials enter the body and become a source of radiation. Living organisms ingest radioactive materials from the outside through absorption, breathing, eating, drinking, contact, etc. In such cases, elements that constitute living organisms or elements with chemical properties similar to those of living organisms tend to remain in the body.

The biological half-life is the time it takes for the amount of a radioactive nuclide ingested into the body to be halved through metabolism and excretion. The effective half-life of an organism's internal contaminating nuclide is calculated from the physical half-life and biological half-life specific to a radioisotope. For example, the physical half-life of plutonium-239 is 24,110 years, but its biological half-life in human bones is 200 years, so its effective half-life is calculated to be 198 years. Either way, considering the human lifespan, it is practically never to be eliminated.

It is known that the radiation sensitivity of human organs, tissues, and organs is higher in cells that divide frequently, have a high number of future cell divisions, and are morphologically and functionally undifferentiated. Specifically, lymphatic tissue, hematopoietic tissue (bone marrow, thymus, spleen), gonads (ovaries, testes), and mucous membranes are particularly sensitive to radiation.

The organs and tissues that are of concern depending on the type of radioactive nuclide are as follows:

(1) General body tissues Tritium (hydrogen-3), carbon-14
(2) Whole body: Sodium 22, Cobalt 60, Zinc 15, Cesium 137
(3) Bones: Phosphorus-32, Strontium-89, Strontium-90, Barium-140, Radium-226, Plutonium-239
(4) Testes Sulfur 35
(5) Thyroid Iodine-131
(6) Kidneys Uranium-238
Radioactivity is used in a variety of fields to benefit living organisms. For example, compounds that tend to accumulate in tumors can be labeled with radioactive nuclides and administered, and the presence, size, and location of cancer can be diagnosed by measuring the distribution of radioactivity throughout the body. Radiation-induced mutations are used to improve the breeding of organisms, and radiation exposure can be used to inhibit the germination of potatoes.

[Fujio Ichikawa]

"Radioactivity," edited by Nishio Shigeko (1970, Tokai University Press)" ▽ "The Physical Chemistry of Radioactive Contamination and Removal," written by A.D. Simon and translated by Fujimori Natsuki (1979, Gendai Kogakusha)" ▽ "Everything You Need to Know About X-rays and Radiation," written by Niiyama Shintaro (1986, Takeuchi Shoten Shinsha)" ▽ "Easy Q&A on Nuclear Power -- How it Works and Safety, Chernobyl, Various New Reactors, Nuclear Fusion," written by Kondo Shunsuke and edited by Energy Review (1987, Yamashita Publishing)" ▽ "Radiation Science in Everyday Life," revised new edition, written by Ichikawa Tatsusuke (1988, Denryoku Shimposha)" ▽ "Radiation and the Human Body -- Basic Radiobiology," written by Yamaguchi Hikoyuki (1990, Keigaku Publishing)" ▽ "Radioactivity: The Invisible Danger," written by Kusama Tomoko (1990, Yomiuri Shimbun)" ▽ "Radioactivity in our daily lives" by Mori Shigeyasu (1991, Nishinippon Shimbun)" ▽ "Beyond the reality of radioactive contamination" by Koide Hiroaki (1992, Hokuto Publishing)" ▽ "The Fundamentals of Radiochemistry" by Cornelius Keller, translated by Kishikawa Toshiaki (1994, Gendai Kogakusha)" ▽ "Radiation and Radioactivity: Their Presence and Function in the Space and Earth Environments" by Evan G. Dullaghanick et al., translated by Matsuura Tatsuo et al. (1996, Academic Press Center)" ▽ "The Story of Radium - Radiation and Cancer Treatment" by Onai Yoshio (1998, Nippon Shuppan Service)" ▽ "Radioactive Disasters from the Chernobyl Accident - Report of an International Joint Research Project" edited by Imanaka Tetsuji (1998, Technology and Humanity)" ▽ "Radioactivity and the Human Body - Radiation in Our Daily Lives" edited by Watari Kazuo and Inaba Jiro, written by Imai Yasuko et al. (1999, Kenseisha)" ▽ "Radiation Biology, revised new edition, by Sugiura Shinyuki (2001, Tsusho Sangyo Kenkyusha)" ▽ "Isotope Handbook, 10th edition, edited by Japan Radioisotope Association (2002, Maruzen)" ▽ "Radiation and the Global Environment: Considering the Impact on the Ecosystem, edited by Muramatsu Yasuyuki, Doi Masahiro, and Yoshida Satoshi (2003, Kenseisha)" ▽ "The Story of Radioactivity, by Noguchi Kunikazu (Shin Nihon Shuppansha, Shin Nihon Shinsho)" ▽ "Is 'Radioactivity' Scary? - The Basics of Radiobiology, by Sato Mitsuhiko (Bunshun Shinsho)"

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

原子核が放射線を放出して、より安定な原子核へと自発的に壊変（崩壊）する性質を放射能という。放射能と放射線とはよく混同して使われるが、放射能は原子核のもつ性質であり、放射線は放射性原子核から放出される粒子あるいは電磁波のことである。たとえば、ラジウムは放射能をもっており、放射線の一種であるα(アルファ)線を放出してラドンになる。

［市川富士夫］

放射能の発見

真空にしたガラス管の中で放電させるとガラス管が発光することは昔から知られていた。その原因は陰極から放出されるなにかによるものと推定され、それを陰極線と称して種々の研究がなされていた。

　1895年、ドイツの物理学者レントゲンは陰極線の研究をしているとき、真空にしたガラス管の近くに偶然置いてあったシアン化白金酸バリウムという物質が、ガラス管の中で放電が起こると蛍光を発することを発見した。レントゲンはガラス管から未知の光が放出されていると考え、この光をX線と名づけた。陰極線は陰極物質から放出した電子の流れであり、X線はこの電子がガラスに衝突して発生した電磁波の一種である。つまり、X線は放射線であるが、放電現象に伴って発生するもので、放射能ではない。

　放射能を最初に発見したのはフランスのベックレルである。1896年、日光にさらしたウラン化合物を黒い紙に包んで写真乾板上に置いたところ乾板に感光がみられた。よく調べてみると、ウランの化合物は光にあてなくとも乾板を感光する透過線を出し、しかも、ウランが含まれていれば、どんな化合物でも、金属でも、溶液でも、同じ作用があり、その強さはウランの量に比例することがわかった。ベックレルはこれをウラン線とよんだが、同様の現象がトリウムでもおこることが、まもなくフランスのキュリー夫人により発見された。またキュリー夫妻らは、ウラン鉱石から強い感光作用を有する物質を抽出し、放射性元素であるポロニウムとラジウムを発見した。1898年、キュリー夫妻はこれらの研究結果から、ベックレルの発見した透過線（ウラン線）はウラン原子から出ているという結論に達し、この透過線をベックレル線とよび、この現象を放射能radioactivitéと名づけた（ラテン語の輻射(ふくしゃ)radiusとフランス語の能力activitéからの造語）。現在はベックレル線を放射線とよんでいる。1899年、イギリスのE・ラザフォードは検電器を使ってラジウムの放射能を研究し、α線とβ線(ベータせん)を発見した。さらに1906年にはγ(ガンマ)線の存在が確認され、放射能が主としてこの3種の放射線で特徴づけられることが明らかになった。

　α線はヘリウムの原子核で、正電荷をもち、わずか100分の数ミリメートルの厚さのアルミニウム箔(はく)で吸収され、空気中でも数センチメートルしか飛ばない。β線は電子で、負電荷をもつが、陽電子を放出する場合もある。β線は数ミリメートルの厚さのアルミニウム箔で吸収される。γ線は電磁波で透過力が強い。原子核の壊変の際には、それぞれ固有のエネルギーをもつ放射線を放出する。1913年、イギリスのソディとポーランド（のちアメリカ）のファヤンスは次のような放射性壊変の変位則を発見した。α壊変（α崩壊）では原子番号が二つ減り質量数が四つ減るが、β壊変（β崩壊）の場合は、陰電子放出か陽電子放出かでそれぞれ原子番号のみ一つ増減する。γ壊変（γ崩壊）では変化はない。

　放射能のもう一つの特徴は半減期である。放射能の強さがもとの半分になるまでの時間を半減期といい、それぞれの壊変に固有の値をもっている。半減期の10倍の時間がたつと、放射能は約1000分の1になる。放射能の強さは同じでも、放射性物質の量は半減期の長いほど多い。たとえば、半減期が1620年のラジウム226の1キュリーは正確には1.024グラムであるが、半減期が139億年のトリウムの1キュリーは約8.8トンにもなる。

［市川富士夫］

放射能の単位

放射能の強さを表す単位は、国際単位系（SI）ではベクレル（Bq）である。1ベクレルは1秒間に1個の放射性核種が壊変して別の核種になることをいう。この単位は前述のベックレルにちなんでつけられた。ベクレルは小さな単位なので、結果的に大きな数値を扱うことになる場合が多い。これに対して、以前から使用されてきたのはキュリー（Ci）という単位である。これは、1グラムのラジウムと平衡にあるラドンの量を表すものであったが、1秒間に370億回の壊変をする放射能の強さと定義されている。この名称は、前述のキュリー夫妻にちなんだものである。大きな単位なので、ミリ、マイクロ、ピコのような接頭語をつける場合が多い。ベクレルに変更になった理由の一つは、370という半端な数がついているので換算上不便だからともいわれている。

　ベクレルは絶対単位のdpsという単位と等しい。dpsはdisintegration per secondの略である。これに対し、cpmという単位が新聞などで慣用的に使われることがあった。これは、count per minuteの略で、生(なま)の測定値のことである。したがって、測定器や測定条件により異なる値となる。cpmを略して単にカウントという場合もあるが、不正確な表現である。放射能に関連しては、吸収線量の単位グレイ（Gy）、被曝(ひばく)線量の単位シーベルト（Sv）がある。

［市川富士夫］

天然放射能

天然の放射性核種としては、(1)地球上に昔から存在する長寿命の核種とその放射性系列、(2)現在でも天然の核反応により生成し続けている核種、の二つがある。(1)のうち系列をつくらないものは、カリウム40、ルビジウム87、サマリウム147など11種が知られている。いずれも10億年以上の半減期である。放射性系列をつくるものは、トリウム232（トリウム系列）、ウラン235（アクチニウム系列）、ウラン238（ウラン系列）である。これらの系列は、α線とβ線を何回も出して壊変し、最後は安定な鉛の同位体になる。その間に全部で45の放射性核種が知られている。なお、このほかにネプツニウム系列があるが、天然には存在しない。

　(2)では宇宙線と大気成分（酸素、窒素、アルゴン）との核反応によるものが多い。トリチウム、ベリリウム7、ベリリウム10、炭素14、塩素36などがそうである。宇宙線そのものは陽子、中性子、中間子などから構成されており、天然放射能の一部と考えることもできる。地球の赤道上空には、高度3600キロメートルと1万8000キロメートルに極大をもつ放射能の強い空間があり、バン・アレン帯とよばれる。内帯は緯度30度まで、外帯は緯度60度まで南北に広がっている。この放射能帯は、地球の磁場（磁界）により捕捉(ほそく)された高エネルギーの電子と陽子からなり、字宙飛行の際の被曝源となる。地球上の天然放射能の分布をみると、大気中には気体状のラドンとトロンおよびそれらの壊変生成物がある。これらはウランやトリウムを含む岩石や土から放散してきたものである。岩石、土壌にはウラン、トリウムとその系列の娘核種（放射性核種が放射性壊変することによって新しく生成された核種）、およびカリウム40が広く分布している。ウランとトリウムの量は一般に堆積岩より火成岩のほうが多い。戸外での天然放射能の強さは地質により異なり、ブラジルやインドにはかなりバックグラウンドの高い（自然放射能の強い）地方がある。日本では東日本より西日本のほうが花崗(かこう)岩の分布が広がっており、バックグラウンドが高い。温泉のなかには放射能泉と称してラジウムなどを含有しているものがある。玉川温泉（秋田県）、増富温泉(ますとみおんせん)（山梨県）、三朝温泉(みささおんせん)（鳥取県）などは有名である。陸水圏での天然放射能は少なく、かつ地域差があるが、海水には低濃度ながらウランが均一に存在しており、資源的に注目されている。人体にも約0.1マイクロキュリーのカリウム40が存在する。

［市川富士夫］

人工放射能による環境汚染

人類の生活環境における放射能を不必要に増加させることは、身体的にも遺伝的にも好ましいことではない。人工放射能による最大の汚染源は核兵器実験による「死の灰」の大量放出である。このなかにはストロンチウム90、セシウム137、炭素14のように、半減期が長く、人体に有害な放射性物質が含まれている。大気中あるいは地表で爆発がおこると、その地域だけでなく、放射性「灰」が上空に吹き上がり、ジェット気流にのって広く運ばれる。一部は成層圏にまで達する。これらはしだいに降下して地表を汚染する。降雨があると、大気中に浮遊していた「灰」が洗い流され放射能雨となる。このように、核兵器の爆発に起因して大気中に放出され、地表に降ってくる放射性降下物のことをフォール・アウトという。1961年以降アメリカ、ソ連、イギリスの核実験は地下で行われるようになり、新たな汚染源は減少した。

　原子力発電施設からの人工放射能による環境汚染が重大な問題になっている。旧ソ連（現、ウクライナ共和国）のチェルノブイリ原子力発電所で1986年4月26日に発生した原子炉の出力暴走による爆発事故は、大量の放射性物質を環境に放出した。その量は放射性希ガスが原子炉内蓄積量の100％、ヨウ素131が50～60％、セシウム137が20～40％に達しており、燃料のプルトニウムも大量に放出されている。当時の風向によりこれらの大半がベラルーシ共和国に落下した。そのため、この地方で小児の甲状腺癌(こうじょうせんがん)の増加が報告されている。また、1979年3月28日アメリカのスリー・マイル島原子力発電所の冷却材喪失事故でも、放射性希ガスやヨウ素131が放出された。日本においても、2011年（平成23）3月に発生した福島第一原子力発電所事故で、大量の放射性物質が放出された。

　原子力関係の化学処理施設（プルトニウム回収のための再処理施設）の事故による環境汚染も報告されている。たとえば、1993年ロシア共和国のトムスクにある再処理施設の爆発により、周辺の山林や農地が汚染され耕作や立入りが禁止された。また、イギリスのカンブリア県・セラフィールドの再処理施設における排水の管理ミスにより放射性廃液が海に放出され、海岸が汚染された。

　原子力発電の増加は、大量の高レベル放射性廃棄物の処分を必要とする。現状では深地層への永久処分が計画されているが、技術的にも社会的にも検討すべき課題が多い。

［市川富士夫］

放射能と生物

生物の放射線に対する感受性は生物の種類により著しく異なる。一定時間に生物の半数が死亡する放射線量（半致死線量）は人間に比べて植物や原生動物は2桁(けた)大きい。ある種の細菌は原子炉の水の中でも繁殖するという。大ざっぱにいえば、細胞中のDNA（デオキシリボ核酸）の量が多い生物ほど放射線に対する感受性が大きい。つまり、人間は放射線に弱い生物といえる。

　放射線の生物に対する影響には種々の段階が考えられている。

(1)放射線のエネルギーによる生体分子のイオン化や励起
(2)イオンや励起分子からの、反応性の高いフリーラジカルの生成
(3)フリーラジカルの反応による、通常の生体中にない異常分子の生成
(4)異常物質の生成による細胞の構成、機能の変化、代謝系の変化
(5)細胞構造の変化、細胞分裂の変調、低下、生体機能の障害
　このように、段階の進行に伴い影響は増幅される。しかし、一方では修復機能も働くので、回復するケースもある。

　生物の放射線による影響は生体の外部からの被曝だけでなく、生物体内に放射性物質が進入して照射源となることもある。生物は外部から放射性物質を吸収、呼吸、飲食、接触などにより摂取する。その際、生体構成元素あるいは化学的性質が生体構成元素に類似する元素は体内に残留しやすい。

　体内に摂取した放射性核種の量が生物の代謝や排泄(はいせつ)により半減する時間を生物学的半減期という。ラジオ・アイソトープ（放射性同位体）に固有の物理的半減期と生物学的半減期とから、生物の内部汚染核種に関する実効半減期（有効半減期）が算出される。たとえば、プルトニウム239の物理的半減期は2万4110年であるが、人間の骨での生物学的半減期は200年なので、実効半減期は198年と計算される。いずれにしても、人間の寿命から考えれば、一生なくならないに等しい。

　人体の臓器、組織、器官の放射線感受性は、細胞分裂の頻度が高く、将来行うであろう細胞分裂数が多く、形態および機能の未分化な細胞ほど高いことが知られている。具体的には、リンパ組織、造血組織（骨髄(こつずい)、胸腺(きょうせん)、脾臓(ひぞう)）、生殖腺（卵巣、精巣）および粘膜がとくに感受性が高い。

　放射性核種別に問題となる臓器、組織は以下のとおりである。

(1)体組織全般　トリチウム（水素3）、炭素14
(2)全身　ナトリウム22、コバルト60、亜鉛15、セシウム137
(3)骨　リン32、ストロンチウム89、90、バリウム140、ラジウム226、プルトニウム239
(4)精巣　硫黄35
(5)甲状腺　ヨウ素131
(6)腎臓　ウラン238
　放射能の生物への利用が種々の分野でなされている。たとえば、腫瘍(しゅよう)に集まりやすい化合物を放射性核種で標識化して投与し、全身の放射能分布を測定することにより癌の有無や大きさ、位置を診断することができる。放射線による突然変異を利用する生物の品種改良、放射線照射によるジャガイモの発芽抑制などがなされている。

［市川富士夫］

『西尾成子編『放射能』（1970・東海大学出版会）』▽『A・D・ジモン著、藤森夏樹訳『放射能汚染と除去の物理化学』（1979・現代工学社）』▽『新山信太郎著『これだけは知っておきたいレントゲンと放射線の知識』（1986・竹内書店新社）』▽『近藤駿介著、エネルギーレビュー編『やさしい原子力Q＆A――そのしくみと安全性、チェルノブイリ、各種新型炉、核融合』（1987・山下出版）』▽『市川龍資著『暮らしの放射線学』改訂新版（1988・電力新報社）』▽『山口彦之著『放射線と人間のからだ――基礎放射線生物学』（1990・啓学出版）』▽『草間朋子著『放射能　見えない危険』（1990・読売新聞社）』▽『森茂康著『暮らしのなかの放射能』（1991・西日本新聞社）』▽『小出裕章著『放射能汚染の現実を超えて』（1992・北斗出版）』▽『コルネリウス・ケラー著、岸川俊明訳『放射化学の基礎』（1994・現代工学社）』▽『イーヴァン・G・ドゥラガーニックほか著、松浦辰男ほか訳『放射線と放射能　宇宙・地球環境におけるその存在と働き』（1996・学会出版センター）』▽『尾内能夫著『ラジウム物語――放射線とがん治療』（1998・日本出版サービス）』▽『今中哲二編『チェルノブイリ事故による放射能災害――国際共同研究報告書』（1998・技術と人間）』▽『渡利一夫・稲葉次郎編、今井靖子ほか著『放射能と人体――くらしの中の放射線』（1999・研成社）』▽『杉浦紳之著『放射線生物学』改訂新版（2001・通商産業研究社）』▽『日本アイソトープ協会編『アイソトープ手帳』10版（2002・丸善）』▽『村松康行・土居雅広・吉田聡編『放射線と地球環境――生態系への影響を考える』（2003・研成社）』▽『野口邦和著『放射能のはなし』（新日本出版社・新日本新書）』▽『佐藤満彦著『“放射能”は怖いのか――放射線生物学の基礎』（文春新書）』