【国試】過渡平衡と永続平衡って何？

今回の問題はこちら！

【第９９回 問９１】

⁹⁰Sr は以下に示す放射壊変により、放射性核種⁹⁰Y を経て、 ⁹⁰Zr の安定核種になる。⁹⁰Y の放射能の時間推移を示す曲線はどれか。１つ選べ。

但し、時間ゼロにおける ⁹⁰Sr の放射能は5 × 10⁴ Bq とする。

知っておくべきこと

この問題に答えるには、「放射平衡」をしらないといけません。

ということで、まずは放射平衡について学んでいきましょう！

放射平衡って？

まず放射性物質というのは想像できますか？

放射壊変を起こして、何らかの放射線（α線、β線、γ線などいろいろありました！）を放出する物質のことをいいます。

そして、まあ「原子」と同じ意味なんですが、放射線のところで使う用語に「核種」というものがあります。

放射能をもつ原子の種類のことを、放射性核種って呼んでいるんですね。（あんまり気にする必要なし）

また、放射壊変する核種を「親核種」、放射壊変して生成する核種を「娘核種」とよんでいます。

もし、生成した娘核種がさらに壊変するとしたら・・・

というところで登場するのが、放射平衡という考え方です。

ここで覚えておくべきなのは、放射平衡が起こるのは、「娘核種が早く壊変するときだけ」です。

これは、イメージつきますか？

A⇒B⇒C というように順次崩壊していくとしますね。

もしBがゆっくりと壊変する場合では、Aはどんどん先に壊変していきますから、一定時間経つと全部Bに変わっちゃいますよね？（同時にB⇒Cにもいきます）

一方で、Bがはやく壊変するときには、生成したBがAの壊変に追いついちゃうので、「Bは常にA待ちだよ！！」という具合になります。

これが「平衡」になるしくみです。

ちなみに、放射平衡には2種類あって、「過渡平衡」と「永続平衡」があります。

過渡平衡

親核種の半減期が、娘核種の半減期よりも少し大きい場合に起こります。

いいかえると、娘核種の壊変が少しだけ早い場合です。

この時には、「比」が一定になると覚えてください。

具体的には、両者の「原子数の比」と「放射能の比」が一定になります。

永続平衡

親核種の半減期が、娘核種の半減期よりもだい～ぶ長い場合に起こります。

例えば、「親の半減期＝数年、娘の半減期＝数時間」とか、そのくらい離れている場合です。

そういう場合、すぐに娘核種の壊変が親核種に追い付いちゃいますから、親待ちの状態になって、放射能が親核種とまったく一緒になります。

永続平衡は「子がもはや親になる」と覚えればよいでしょう。

問題の解答

はい、ではさっそく問題にもどりましょう！

放射性核種のなかに⁹⁰Sr（ストロンチウム９０）という核種があって、それが問題のテーマになっています。

この⁹⁰Srはβ^ｰ壊変を起こして、β^－線を出しながら⁹⁰Yに変わります。この半減期が28.8年です。

さらに、⁹⁰Yもβ^ｰ壊変を起こして、最終的に⁹⁰Zrという安定核種に落ち着きますよー、ということですね。この半減期が64.1時間です。

娘核種の半減期がしっかりと親核種よりも短くなっていますね！よって、放射平衡が起こります＾＾

では、「過渡」と「永続」どちらでしょうか？

これは直接知らなくても問題ありません。～時間と～年という比較なので、差ははるかに大きいと判断して「永続平衡」になると考えられますよね！

上で説明したように、永続平衡は「子がもはや親になる」んでしたね。

つまり、⁹⁰Yの放射能は⁹⁰Srの放射能である50000Bqと一緒になるはずです。

この時点で、選択肢は２か３になります。

あと、⁹⁰Yはもちろん⁹⁰Srが変化して生成するので、最初は「０個」からスタートです。

つまり、原点からスタートする「3番」が答えということになります！

P.S.

これまでは、「勉強の姿勢」とか「考え方」など、わりと抽象的で応用できることを主に紹介していました。

でも、送られてくる質問内容をみるともっと具体的なところで困っている人も多いようです。

なので、これからは実際の国試問題を通して、すぐに使える知識もセットでご紹介していければと思います。

できるだけ学びが楽しくなるようにフォローしていきたいと思います！