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ぷろどおむ

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元サッカー少年。今はしがない化学屋です。

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放射線が出てくる仕組み その2~放射壊変
さて,忘れないうちに続きを書きましょう。大変申し訳ありませんが,今この文章を読んで下さっている方々は,すでに前回の最後でいろんなことを諦めて受け入れて下さったものとして話を進めさせていただきます。

前回のお話では原子核の安定性は原子核の中に含まれる陽子と中性子の数のバランスなどによって決まり,同じ原子番号(=陽子の数)を持っていても原子核の中に含まれている中性子の数が異なる「同位体」と呼ばれるものがあることを説明させていただきました。

ところで,ウランのように大きな原子番号を持つ元素となると,前回も説明したとおりたくさんの中性子を抱えることになり,非常に不安定となります。もちろんウランより大きな元素ならなおさらです。

そのような時元素はどういう振る舞いをするかというと,どうにかして安定な状態になろうとします。では,どうすれば安定な状態になるのでしょう?

答えは簡単,不安定になっている原因は陽子と中性子のバランスがよろしくないためなのですから,陽子や中性子がちょうどいいバランスになるように調節してあげればよいわけです。つまりこれが

放射壊変

という現象です。

放射壊変には大きく分けて3種類あります。一つはα線を出すα崩壊,一つはβ線を出すβ崩壊,最後はγ線を出すγ崩壊です。つまり放射線とは,原子核が放射壊変を起こすことで発生してくるものであって,放射線の種類は起きている放射壊変の種類に依存していることになります。そして,このように放射壊変を起こす同位体のことを「放射性同位体」と呼びます。

では,それぞれの放射壊変についてざっと説明しましょう。

α崩壊は,4Heの原子核と同じ構造(陽子2個+中性子2個)を持つα粒子(=α線)を放出する放射壊変です。α崩壊をすると言うことはα線分の陽子と中性子が原子核から失われるということなので,当然原子番号が2減って,原子量(質量数)も4減ります。つまり,α崩壊をしてしまうと,違う元素になってしまうわけです。

次のβ崩壊にはいくつかのモードはありますが,質量数が変化しないまま原子番号が増えたり減ったりするのが特徴です。β崩壊で起きているのは,電子や陽電子(=β粒子,β線)を放出したり捕まえたりすることで,陽子と中性子が相互変換する反応です。そのため質量数は変化しないまま陽子の数が変化することになります。具体的には,陽子が中性子に変われば原子番号が一つ減り(β+崩壊,電子捕獲),中性子が陽子に変われば原子番号が一つ増える(β-崩壊)ことになります。

一般的に,すごく不安定な原子核がα崩壊を起こし,その次のステップでβ崩壊をしてさらに安定化することが多いです。もちろんα崩壊をせずにβ崩壊から始まる場合もあり,どのようなステップを踏んで崩壊していくかはその同位体の種類に依存します。そして,α崩壊やβ崩壊をすませた原子核がさらなる安定化を求めて最終的に行うのがγ崩壊です。

γ崩壊で放出されるのはいわゆる粒子ではなく,電磁波です。逆に言うと,γ崩壊で出てくるような波長の電磁波を「γ線」と呼んでいることになります。α崩壊やβ崩壊により陽子と中性子のバランスをうまく整えることに成功した原子核は,安定化により余ったエネルギーをγ線として放出することで,さらにスリムで安定化した原子になります。この反応は当然ですが原子番号や質量数に変化を与えることはありません。

もちろん,一回のα崩壊やβ崩壊で充分安定化できない放射性同位体は,複数回放射壊変を繰り返して安定化していくことになります。しかし,自然に起きている放射壊変は原爆の中や原発の中で起きているように意図的にエネルギーを高めた状態で起きているわけではありません。いくら不安定な状態とはいえ,原子核の中に含まれている陽子や中性子はポテンシャル障壁と呼ばれるエネルギーの井戸の中に押し込まれた状態で「ある程度」安定しています。特にα粒子なんて言う非常に大きな粒子を放出するα崩壊は,本来であればα粒子がその障壁を乗り越えられるくらいの高いエネルギーが与えられないと,起きるはずはないのです。しかし,それでもα崩壊はある一定の確率で現実に起きています。どうしてなのでしょうか。α崩壊はどのようにして起きているのでしょうか。それを説明するのが,量子力学の世界でしか起こらない不思議な不思議な現象。トンネル現象です。

我々の日常生活を支配している古典力学の世界では,外部からのエネルギー補給無しに存在するエネルギー障壁を乗り越えることはできません。たとえば,たとえ蓋の開いた箱であったとしても,その中に入っているボールは,外部からの力(=エネルギー)により十分な運動エネルギーを与えられなければ,箱の壁(=壁の高さ分の位置エネルギー)を乗り越えて外に出ることはできません。しかし,微細な粒子である原子核の中は,古典力学とは違う量子力学の世界であり,この世界では,持っているエネルギーが障壁を乗り越えられないような低い状態であったとしても,ある一定の確率で壁の向こう側に移動することが可能になってしまいます。このような現象を「トンネル現象」とか「トンネル効果」などと呼びます。

もちろんこのトンネル効果が起きる確率は,その粒子が持っているエネルギーに比例します。なのでこの場合,α線が持っているエネルギーが大きい状態(=不安定な状態)であればあるほど,外部にα線が出て行く(=α崩壊が起きる)確率が高まります。つまり,α崩壊がどのくらいの頻度で起きるのか,と言うことはその原子核がどのくらい不安定なのかということに依存するため,それぞれの放射性同位体の種類によってα崩壊の起きる確率が決まってくることになります。

同様にβ崩壊やγ崩壊も,その原子核がどの程度不安定な状態なのかによって起きる頻度が変わってきますので,放射性同位体の種類によって放射壊変が起きる確率というのは決まってくるわけです。

ということで,今回のお話で覚えておいて欲しいことは一点だけ。

放射壊変の起きる確率(=放射線の出てくる頻度)と出てくる放射線の種類は,
それぞれの放射性同位体によって決まっている


という点です。これだけのことを言うためだけなのに,長々とした説明をしてしまってごめんなさい(^^;

というわけで,なんとか放射壊変についての説明が一通り終了しました。かなり大ざっぱな説明なので,意図的に無視したり厳密には正確ではない部分が結構混ざっておりますが,ご了承下さい。とは言え,一応あんまり大きな嘘はついていないつもりですが,あまりにひどいと思われる部分がありましたら,ご指摘いただければと思います。

ということで,まだもう少し続きます(^^; 次は半減期の話です。

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雑学 | 20:33:39 | Trackback(0) | Comments(4)
ふたたびコメントへのお返事(遺伝子組換え作物について)
というわけで,後半戦です。

また、全然関係ない疑問ですいません。遺伝子組み換えとは、と検索を続けていたところ、
「遺伝子組み換え食品を食べると死ぬ。」という大変怖いサイト
http://alternativereport1.seesaa.net/article/56417926.html
がかなり上位にあったんですが、これって科学的根拠があるんですか?


拝見しましたが,全く根拠のある話ではありませんのでご安心下さい。どちらかというと,誰かのジョークを真に受けてしまった,あるいはこのページそのものがジョークというレベルです。

遺伝子組換え作物を食べると,その遺伝子が人体に悪影響を与えるなどという主張は,このページに限らず様々なところに散見していますが,それは遺伝子というものを何か別のもの,たとえば非常に堅い金属の固まりとかそういうものと誤解しているのではないか,としか思えない発想です。正直言って,その様な主張を本気でされている方は,遺伝子と遺伝子が働く機構について全く理解してないと言わざるを得ません。

ご存じかもしれませんが,念のため。遺伝子というものはわずか4種類の核酸が様々な順序で非常に数多く繋がってできているDNAの中のほんの一部分,全体の配列の中にある特別な順番を持って特別な意味を持ったその一部分のことです。この特別な部分が,それぞれ特定の蛋白質を創り出すことで,生命活動をコントロールします。ですから,その特別な配列の一部分が変わっただけで,精確な蛋白質を創り出すことができなくなる=その遺伝子が持つ機能を働かせることができなくなってしまうという非常に精巧な仕組みを持ったものです。

つまり,たとえ何か特別な配列を持った遺伝子を食べたとしても,胃酸による酸加水分解反応でその配列が切られてしまった瞬間にその遺伝子は何の意味も持たなくなり,もっと数多く存在している他の遺伝子たちと何の区別もできないものに変わってしまうのです。

同様に蛋白質もある一定の配列を持つことにより,酵素として働くなどの意味を持つことができる化合物です。そのため,胃酸によりアミノ酸やペプチドと呼ばれる小さなものに分解されてしまうことで,元々その蛋白質が持っていた意味(=機能)はなくなってしまいます。これが,コラーゲンなどをいくら大量に食べても,プラセボ効果以上の結果を期待することができない理由です。

もし,遺伝子や蛋白質を食べることで,その遺伝子や蛋白質の機能を獲得することができるのであれば,世界中に光合成を獲得した草食動物が満ちあふれていてもおかしくないはずですよね?でも,実際にはそんなことはないわけです。つまりはそういうことです。

遺伝子組み換えは出来るだけ避けていますが、お菓子の糖分の原料のでんぷんとなると、表示義務はないだけでほとんどが遺伝子組み換え由来のでんぷんだと思います。
みんな遺伝子組み換えでない、と書いてあったら大丈夫だと思っているみたいですが、使っている油は大手メーカーが遺伝子組み換え不分別ですので、世の中の食べ物はほとんど全てが遺伝子組み換えが入っています。
そのサイトが本当なら、人間に転移するとなると、ちょっと食べてもアウトになり、食べたら最後(かなり怖い)、死ぬまで体内で毒性が継続すると、大変驚く事が書いてあります。
精製後であっても遺伝子は残る事もあるため、でんぷんだったら大丈夫、というわけではありませんので、不安ですね。これも勉強不足が原因ですかね。その怖いサイトが科学から見てまったくのデマで嘘なら、良いんですけど。


大変失礼とは思いますが,間違いなく遺伝子組換えや様々な物質に対するご理解が不足していることが原因だと思います。また,精製されたデンプンや油には機能するような遺伝子は入っていません。なぜなら精製過程で熱や化学処理などを行っていますので,まず確実に壊れているからです。

ついでですが,旧来の交配による品種改良では,たとえばより病気に強い品種を作り出そうとしたら,デンプンをあまり作らないような品種になってしまった。等と言うことがよく起こります。遺伝子組換え作物を心配する必要がないと言うことをより深く理解するために,この辺から少し細かく説明してみましょう。

そもそも従来の交配による育種ではどのようなことが起きているのでしょうか。異品種交配により産まれた子供の遺伝子は,親とは違う形に組み換えられて,新しい表現型(見た目,性質,味など)になります。これが「遺伝子」という観点から見た「品種改良の姿」です。人間で言えば,有色人種と白色人種が結婚した場合,その子供は基本的に有色人種よりの肌や髪の毛の色を持ちますが,元々の有色人種よりは薄い色になります。これが表現型の変化であり,白色人種どうし,(同一の)有色人種同士などの夫婦からは産まれてこない表現型です。また,親が違う人種であった場合,同じ親から産まれた兄弟姉妹同士でも肌や髪の色が微妙に異なっていることが良くあります。植物や家畜における異品種同士の交配でも,これと同様のことが起こります。そして「品種改良」では,このようにして得られた様々な表現型から,目的の表現型を「選別」するのが主な作業です。様々な品種を掛け合わせ,通常は出てこないような劣性遺伝を引き起こしたり,あるいは突然変異を起こした品種の系統(=突然変異を起こした遺伝子)を維持し,目的の品種を創り出そうと努力しています。人間で言えば,たとえば亜麻色の髪をもつ目の大きな女の子が産まれてくるまでパートナーやカップルの組み合わせを換え続けるようなものでしょうか(^^;

しかし,実際子供のいらっしゃる方ならおわかりになるでしょうが,自分の思い通りに夫婦の良いところだけを遺伝してくれたような子供が生まれてくることなんてあり得ませんよね?たいていは,良いところもあれば悪いところも遺伝してしまう(たとえば妻の美しい髪の毛が遺伝しくれたのはうれしいが,口うるさいところまで遺伝してしまったとか(^^;)ことが普通です。ですから,従来の育種でも形は大きいが味が悪いとか,味はよいけど形が小さいとか,そういう様々な失敗が繰り返されてきたわけです。そして,そんな失敗を繰り返しながら,偶然思い通りになった品種(=思い通りの遺伝子組換えができたもの)を見つけ出し,精魂込めて(表現型を維持しながら)増やすことで,新しい品種としてきたわけです。

ただ,その時に注目しているのが,味や見た目だけだったりすると,実際畑で大量に育ててみたら非常に病気に弱くて育てにくい品種だった,なんて言うこともざらにあります。また確率的に言えば,未知の毒を生成している可能性だって,もちろんゼロではありません。

これに対し,遺伝子組換え作物の場合では,狙った機能(たとえば病気)に関わる遺伝子だけを操作しますので,他の部分に影響を与える可能性は,非常に低くなります。ですから,最初の例で行きますとデンプンをたくさん作る遺伝子は残しつつ,病気に強い遺伝子を組み込むなんて言う離れ業が簡単にできてしまうわけです。この部分についてよく考えていくと,「未知の毒を作り出す遺伝子ができてくる可能性」と言うものに関して言えば,実際には遺伝子組換え作物の方が低い事が期待される,ということがわかります。なぜなら,遺伝子組換えでは特定の機能を持つ遺伝子だけが変化しているからです。交配による育種の場合は,一度に多数の遺伝子が変化してしまうため,予期せぬところでそれまで発現していなかった(=機能していなかった)遺伝子が突然働き出す可能性(いわゆる劣性遺伝の発現)はそれほど低くないのです。さらに言えば,耐病性を強化した遺伝子組換え作物は,非遺伝子組換え作物よりも農薬使用量を大幅に抑えることが可能となりますので,より安全性の高い作物を得ることすら可能なのです。

というわけで,遺伝子組換え作物由来の加工品(デンプンや植物油など)はもちろんのこと,遺伝子組換え作物そのものについても敬遠する理由はありません。すでに世界では遺伝子組換え作物の持つ低農薬性や耕作の簡便性が高く評価され,非組換え作物は日本向けに特別に育てられているような状態にあります。お金が潤沢にある方々が,高いお金を払って非遺伝子組換え作物のみをご購入されるのを止める理由はありませんが,個人的にはもっと安く買えるはずの遺伝子組換え作物を使った製品がもっと流通してくれればよいと願っております。

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気になる化学リスク | 15:35:36 | Trackback(0) | Comments(0)
ふたたびコメントへのお返事(放射能について)
ふたたびコメントをいただきましたので,お返事させていただきます。少しずつでも疑問が晴れていただければ幸いです。

体に入ったら出ない、という不安構造で全てが始まったんですね。
一言で結論を言うと、放射線には様々な種類があり特性も全然違う。量が少なければカリウムなどの影響に隠れる。例えばα線の皮膚透過はないが、プルトニウムなど放射性物質が塵などの形で肺に入れば量によっては害がある。
だが、被爆地である広島や長崎の残留放射能レベルや各原発地域の放射能レベルでは、それぞれそこの地域産の農作物や海産物にも、そこに住み続ける人間にも放射能汚染はなく、放射能(放射線を出し続ける能力を持つもの)、放射性物質(放射線を出す物質)が肺の中や体の中に入って体内に留まる事はない。
ゆえにそれらが入って、体内で放射線を出し続ける心配は一切ない。


まず「放射能=放射線を出す能力」「放射性物質=放射能を持つもの」です。ぜひ覚えてください。ここを混同して話をすると混乱します。あと,厳密に言えば

× 放射性物質(放射線を出す物質)が肺の中や体の中に入って体内に留まる事はない。ゆえにそれらが入って、体内で放射線を出し続ける心配は一切ない
○ 放射性物質(放射線を出す物質)が,健康被害を与えるほど肺の中や体の中に入って体内に留まる事はない。ゆえにそれらが入ったことで,健康被害が起きる心配は一切ない

ということになります。なにしろ,原発や原爆,その他の要素が一切存在しなかったとしても,地球上に存在する限り放射性元素を一切体内に取り入れずに生活することは不可能なのですから。

という事は、現在、日本国内ではどこの農作物や海産物を食べても海水を飲んでも放射能汚染はなく、放射能(放射線を出し続ける能力を持つもの)、放射性物質(放射線を出す物質)が肺の中や体の中に入って体内に留まる事はない。よってカリウムの影響に隠れるレベルの影響レベルの放射能すらない、という理解で間違いはありませんか?


この部分に関しても

× 現在、日本国内ではどこの農作物や海産物を食べても海水を飲んでも放射能汚染はなく、放射能(放射線を出し続ける能力を持つもの)、放射性物質(放射線を出す物質)が肺の中や体の中に入って体内に留まる事はない。

○ 現在、日本国内ではどこの農作物や海産物,海水にも健康被害が起きるようなレベルの放射能が含まれているという事実は無い。故に,健康被害が起きるような量の放射性物質(放射線を出す物質)が肺の中や体の中に入って体内に留まる事はない。

ということになります。前回からの繰り返しになりますが,極めてごく微量(検出限界以下)の放射性物質を含む塵や食物が,肺や体内に入り込む可能性を完全に否定することはできません。これらの物質は間違いなくこの世の中に存在しているからです。しかし,これまで書いてきた理由により,そのような極めて微量な放射性物質が健康被害を与える主な原因になることは考えられません。

これは,人間の体内にはごく微量の放射線による影響を修復するための機構がきちんと備えられているということが,理由の一つです。しかし,この社会にはそれ以上のリスクが大量に存在していることも,大きな理由の一つです。現状では放射線関連によるリスクは,社会に存在する様々なリスクと比較すれば,非常に小さく無視できるレベルでしかありません。原子力関連事業に携わる人々が,多大な労力と数百億円単位の資金を投じてがんばっても,喫煙したり飛行機で海外に旅行したりすれば,(その人に関しては)リスクの軽減効果がほとんど無くなってしまいます。

自然(環境)放射線が高い地域の農作物海産物などの件は、例えばバナナだと南米であればエクアドルやペルーやブラジル産、アジアだとフィリピンや中国や台湾産などのものが多いですよね。
スーパーでよく見ますね。これらは放射能が高い心配がありますか。


こちらについても,有意に高い放射能が検出されたという事実はありませんのでご安心下さい。気にせず購入されても全く問題ないと思います。

日本国内では、九州四国や沖縄などの農作物や海産物が、東京など東または北の地域の農作物、海産物に比べて、より放射能が高いなどという事はありませんか?
仮に九州や沖縄に住み続けて自給自足をやったら、毎日その土地で取れた農作物、海産物を食べ続け、体にも当たりまくります。


日本国内では西日本の方が環境放射能レベルが高いとされていますが,もちろん健康に影響を与えるようなレベルではありません。心配する必要は全くないと思います。

非常に長くなってしまいましたので,遺伝子作物に関する話は別エントリにします。

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気になる化学リスク | 15:20:03 | Trackback(0) | Comments(1)

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