崩壊エネルギー

崩壊エネルギーとは、放射性崩壊を起こした原子核のエネルギー変化のことです。放射性崩壊とは、不安定な原子核が電離粒子や放射線を放出してエネルギーを失う過程です。この崩壊、つまりエネルギーの損失によって、ある種類の原子（親核種と呼ばれる）が別の種類の原子（娘核種と呼ばれる）に変化します。

反応物のエネルギー差は、しばしばQと表記されます。

${\displaystyle Q=\left({\text{運動エネルギー}}\right)_{\text{after}}-\left({\text{運動エネルギー}}\right)_{\text{before}},}$

${\displaystyle Q=\left({\text{静止質量}}\right)_{\text{before}}c^{2}-\left({\text{静止質量}}\right)_{\text{after}}c^{2}.}$^{[ 1 ]}

崩壊エネルギーは通常、MeV（百万電子ボルト）またはkeV（千電子ボルト）のエネルギー単位で表されます。

${\displaystyle Q{\text{ [MeV]}}=-931.5\Delta M{\text{ [Da]}},~~({\text{ただし }}\Delta M=\Sigma M_{\text{生成物}}-\Sigma M_{\text{反応物}})。}$^{[ 2 ]}

放射性崩壊の種類には以下が含まれる

• ガンマ線
• ベータ崩壊（崩壊エネルギーは、放出される電子と、同時に放出されるニュートリノに分配される）
• アルファ崩壊

崩壊エネルギーは、親原子と娘原子および粒子間の質量差Δmです。これは放射線エネルギーEに等しくなります。Aを放射能、すなわち単位時間あたりに変化する原子の数、Mをモル質量とすると、放射線パワーPは次のよ​​うになります。

${\displaystyle P=\Delta {m}\left({\frac {A}{M}}\right).}$

または

${\displaystyle P=E\left({\frac {A}{M}}\right).}$

または

${\displaystyle P=QA.}$

例：^60Coは^60Niに崩壊する。質量差Δmは0.003 Da 。放射エネルギーは約2.8  MeVです。モル質量は59.93  g/mol。半減期Tは5.27年で、これは放射能A = N [ ln(2) / T ]に相当する。ここでNは1モルあたりの原子数、Tは半減期である。60Coの放射線出力は^17.9 W  /gである。

既知の最低核崩壊エネルギーは、インジウム115からスズ115への崩壊で、わずか147±10 eVである。^{[ 3 ]}

いくつかの同位体の放射線出力：

⁶⁰ Co: 17.9  W/g

²³⁸ Pu: 0.57  W/g

¹³⁷ Cs: 0.6  W/g

²⁴¹ Am: 0.1  W/g

²¹⁰ Po: 140  W/g ( T = 136 日)

⁹⁰ Sr: 0.9  W/g

²²⁶ Ra: 0.02  W/g

放射性同位体熱電発電機（RTG）で使用する場合、高い崩壊エネルギーと長い半減期が望ましい。放射線遮蔽のコストと重量を削減するために、強いガンマ線を放出しない線源が好まれる。この表は、莫大なコストにもかかわらず、²³⁸半減期が約80年でガンマ線放出量が少ないプルトニウム( Pu)は、RTG（放射性同位体熱電発電機）の核種として選ばれるようになった^。90Srのパフォーマンスは²³⁸よりも劣るプルトニウムはほぼすべての点で、半減期が短く、遮蔽しやすいアルファ線放出核種ではなくベータ線放出核種であり、娘核種^{90が崩壊する際にかなりのガンマ線を放出する。}Yは崩壊するが、核分裂の収率が高く、他の核分裂生成物から化学的に容易に抽出できるため、 20世紀の大部分において、チタン酸ストロンチウムをベースとしたRTGは遠隔地で広く使用されていた。コバルト60は食品照射などの用途で広く使用されているが、崩壊エネルギーの大部分がガンマ線として放出されるため、相当な遮蔽が必要となり、実用的なRTG同位体ではない。さらに、その半減期は5年と短すぎるため、多くの用途には適さない。

• Q値（原子核科学）

• 放射能、放射性核種、放射線（ジョセフ・マギル、ジャン・ガリー著、シュプリンガー・フェルラーク、2005年）