放射線と放射性物質（その3）　自然放射線と主な放射性物質

（前回の解説は、「放射線と放射性物質（その2）原子核と放射性物質」をご覧ください）

５．自然放射線

　人為的な放射線が登場したのは1895年のレントゲン（Wilhelm Conrad Röntgen）によるＸ線の発見が最初である。わが国の医療現場でＸ線撮影が行われるようになって100年ほど経つ。トリウムやラジウムなどの放射性物質もほぼ同時期に発見されている。
　人工放射性物質の歴史について簡単に触れる。ドイツ人化学者ハーン（Otto Hahn）とユダヤ系オーストリア人女性物理学者マイトナー（Lise Meitner）による核分裂現象の発見の報告は1938年である。この業績でハーンはノーベル賞を受賞したが、マイトナーはナチスの横やりで受賞者になれなかっただけでなく、離職させられたり亡命したりと数奇な半生を送らざるを得なかった。彼女は戦時中の人種差別と性差別の犠牲者である。
　研究の成果としてアメリカで生み出された原子爆弾が広島・長崎に投下された悲劇の年から70年目を迎えた。筆者の友人には、広島市で胎内被ばくをして原爆手帳を所持している友人がいる。さらに戦後の冷戦時代に行われた500回を上回る大気圏内核実験によって、大量の人工放射性物質がばら撒かれた。この影響については最後に紹介する予定である。

　ここでは先ず自然放射線について説明することにする。わが国での自然放射線は0.7～0.75mSv/年(＝年間700～750マイクロシーベルト)程度であり、そのうち宇宙線による被ばくは0.5mSv/年、天然放射性物質による被ばくは0.2～0.25mSv/年である。このほか放射性希ガスのラドンによる被ばくが国内では一年に1mSv程度ある。家屋の構造や習慣、地域によって差があり、世界的にみるとラドンによる被ばくが10mSv/年に達する地域がある。

1) 宇宙線
　前回の「原子核と放射能」の項で簡単に触れたが、新星および超新星爆発により放出された超高速度の粒子（主に陽子＝水素の原子核＝一次宇宙線）が地球大気上層に毎秒1×10¹⁸個（百京個）降り注いでおり、それが空気の分子と衝突して壊れ、その破片が二次的に何度も反応して多くの電子やニュートリノ、γ線の二次宇宙線となり滝のように地上に降り注ぐ（カスケードシャワーと呼ばれる）。

　宇宙線量は地磁気の影響で高緯度の方が多くなる。また、宇宙線の強度は高度が上がるにつれて増し、16～20kmのところで最大になるので、航空機の乗務員の放射線被ばくは多くなる。ある航空会社による蓄積線量の調査報告があり、それによると年800時間の勤務で3mSvとのことである。
　さらに宇宙船など大気圏外の宇宙線による被ばくは1日あたり1mSvに達するとのことである。古川聡宇宙飛行士は、2011年6月から11月まで167日間国際宇宙ステーションに滞在した。日本人宇宙飛行士の最長記録であるが、その間の蓄積線量は170mSvに達したと推定される。分厚い大気層が、地上にいる私たちを宇宙線被ばくから守ってくれているのである。

　宇宙線により常に一定量生成している代表的放射性物質が炭素14（¹⁴C） で、材料は空気中の窒素である。そのため、考古学や地質学の分野で年代測定に利用されてきた。化石や遺物に含まれる炭素中の放射性炭素の比率を測定することにより、その化石や遺物がいつ地中に埋まったかが分かる。
　ところが、産業革命以降化石エネルギー由来のCO₂が増加している。石炭や石油の中の¹⁴Cは壊変してほとんど無くなっているため遺物の年代測定に誤差が生じることから、5,000年前以降の遺物の年代測定に使えなくなった。

　そこで最近、別の放射性物質を年代測定に用いる方法が開発されている。高エネルギー宇宙線により¹⁴Cのほか³H, ⁷Be, ¹⁰Be, ²²Na, ²⁶Al, ³²P, ³⁵S, ³⁶Cl などが定常的に生成しているが、これら放射性物質のうち年代測定に使える可能性がある核種は生物体内にある程度高い比率で含まれ、かつ長寿命である必要があり、半減期151万年のベリリウム10（¹⁰Be）を用いる方法が開発されている。例えば¹⁰Beと半減期74万年のアルミニウム26（²⁶Al）の比率で計算する。²⁶Al が先に減っていくので、古いものほど¹⁰Beの比率が高くなることから年代が分かるのである。

　宇宙線について最近、興味深い報告があった。名古屋大学の宇宙線物理学者三宅芙沙らが、西暦775年頃に形成された屋久杉の年輪の¹⁴Cが通常の年よりも異常に高い（通常より1.2%多い）ことを発見したと、Natureの2012年8月号に報告している。その原因について議論になっており、太陽フレアであるとすればこれまでの記録を大幅に上回るエネルギーだったはずで、低緯度でもオーロラが観測できたのではないか、中東や中国、日本などで昔の記録が見つかると嬉しいと、米国のコロラド大の研究者は言っている。