～知って安心、身近な科学～
| 目次 |
| 放射線とは？ |
放射線とは？
現在の中学校理科では全ての物質には分子と言う最小単位があると教わります。
分子をさらに細かくすると原子になります。
そして今の中学校理科では原子の特徴について、
・原子はそれ以上わけることができない。
・原子はなくなったり、新しくできたり他の種類の原子に変わったりしない。
・原子はその種類ごとに決まった質量がある。
と教えていますが、これは今から300年ほど前の考え方であり、現代科学では完全な間違いです。
原子は原子核と電子で構成され、原子核は陽子と中性子で構成されています。
さらに陽子・中性子の仲間はハドロンと呼ばれクオークと呼ばれる粒子で構成されており、電子の仲間はレプトンと呼ばれます。
レプトンとクオークは素粒子であり、その素粒子こそが物質を構成する最小単位です。
クオークの発見は1970年代だったので、ゆとり教育以前の中学校理科では陽子中性子まで教えられていましたが、現在では上記のように教えるのが主流となってしまっています。
原子核の種類（陽子と中性子の組み合わせ）は天然・人工を含めて数多く存在し、加速器などで作るだけなら任意の陽子数と中性子数の原子核が作れますが、陽子と中性子のバランスが悪いと不安定になって他の原子核（娘核種）に変わります。
特に陽子間には反発力（クーロン斥力）が働くので、陽子数が82（鉛）より多い原子核は全て不安定核であるため、より小さな原子核に変わろうとします。
不安定な原子核が他の原子核に変わる時に放出されるかけらが放射線の正体です。
放射性物質の後ろについている数字は？
放射線関連のニュースを耳にする時、ラドン222やセシウム137のように原子名＋番号と記されていることがあるかと思います。この番号は質量数と呼ばれるものです。
この宇宙には水素、酸素、炭素などの様々な原子が存在していますが、同じ種類の原子同士であっても重さが異なる原子が存在します。
この重さの違いを生み出すのは原子核内の中性子の数の違いです。例えば水素の場合、単に水素と呼ばれる水素１は陽子１個のみで構成されていて、これに中性子１個が加わると陽子１個中性子１個となって水素２（重水素・デューテリウム）、さらに中性子１個が加わると陽子１個中性子２個となって水素３（三重水素・トリチウム）と呼ばれます。陽子の数が同じであれば化学的な特性は同じですが、中性子の数が違うと物理的な特性が異なります。水素も重水素も三重水素も化学的な視点で見れば全て同じ「水素」で違いはありません。しかし物理的な視点ではそれぞれ質量が異なり、またこの３種の中で放射線を出すのは三重水素だけとなります。
これら中性子の数が異なる物質は同位体と呼ばれており、特に放射線を出すものは放射性同位体と呼ばれています。陽子と中性子の質量はほぼ等しく陽子数と中性子数の和は原子核の質量にほぼ比例することから、陽子数＋中性子数を質量数と呼んで区別しています。
同位体は全ての原子に存在しています。例えばウランの陽子数は92ですが、地球に存在する天然ウランは核分裂を起こさないウラン238（中性子数146）が99.3％と核分裂を起こすので原子炉や原爆に使えるウラン235（中性子数143）が0.7％存在します。他にも昨今で話題となっている陽子数38中性子52のストロンチウム90や陽子数55中性子数82のセシウム137、そして我が社が考える肺がん・大腸がん・胃がんの原因物質である陽子数86中性子数136のラドン222などが存在します。
がんの原因となり得る放射線の種類
放射線には多くの種類があります。その中でほとんどのがんの原因となり得る放射線は宇宙放射線（宇宙線）・α線・β線・γ線の４種類です。
宇宙線はその名が示す通り宇宙の彼方から地球へ降り注いでくる荷電粒子、またはその荷電粒子と大気が反応して生じた別の荷電粒子（二次宇宙線）であり、地球上のどこにでも降り注いでいます。宇宙線は非常に透過性が強く、高山や飛行中の航空機内では強度が上がり、地下深くでは強度が下がりますが、厚さ1mの鉄でも10％しか遮蔽できません。宇宙線被曝によるがん死者数は人口１億人あたり毎年2,000人程度と試算されています。
α線の正体はヘリウム４の原子核です。軽い原子核の中で際立って安定な原子核は陽子２個と中性子２個のヘリウム４であり、このためヘリウム４は宇宙に極めて多く存在し、ウランやトリウムのような重くて不安定な原子核が軽くなる反応ではほとんどヘリウム４の原子核が放出されます。α線は透過性が非常に弱い反面、衝突したときに短い範囲（水の場合５０μｍほど）にすべてのエネルギーを落としてしまうため、α線が直接生物の細胞に当たると、同じエネルギーを持つ他の放射線と比べて２０倍の確率でがんを発生させてしまいます。
β線の正体は電子です。軽い原子核では陽子数と中性子数が等しいか少し中性子が多いものが安定しますが、原子核が大きくなると陽子間のクーロン斥力のため陽子の多い原子核が不安定になり、中性子が陽子よりかなり多い原子核が安定になります。ですが同時に中性子が多すぎてもまた、原子核の形を保てなくなり不安定になります。原子核の中の中性子が多すぎて不安定な場合、中性子から電子を放出して陽子に変わる反応を行い安定な原子核に変化していきます（このときにニュートリノという素粒子も放出されますが、ニュートリノは物質とほとんど反応しないので、本解説では省略します）。このとき放出されてくる電子をβ線と呼びます。β線はα線ほどではないものの透過性が弱く、生物に対する影響もα線ほど高くありません。空気中を数ｍ、アルミ板を数ｍｍ、プラスチック板１ｃｍ程度で遮蔽できます。
γ線の正体は可視光やX線よりもさらにエネルギーの高い光（電磁波）です。α線やβ線を放出した原子核はほとんどの場合中途半端なエネルギー状態になり、ある程度安定な状態になるために余分なエネルギーを光の形で放出します。原子核のまわりにいる電子が出す光をX線と言いますが、このように原子核の中から出てくる光をγ線と呼びます。γ線はα線やβ線と比べて透過性が強く、遮蔽には鉄や鉛、コンクリートなど厚い壁を使用します。
| 種類 | 正体 | 主な特徴 |
| 宇宙線 | 宇宙から降り注ぐ荷電粒子 | 透過性が非常に高く、地球上ではどこにでも降り注いでいる。特に高山や飛行中の航空機内では強度が上がる。 |
| α線 | ヘリウム４の原子核 | 透過性が非常に低い反面、狭い範囲にエネルギーをたくさん落とす。主な線源はラドン222やラジウム226など。 |
| β線 | 電子 | 透過性が低く、生物に及ぼす影響はα線ほど高くないが、内部被爆においては一部の線源に注意が必要。主な線源はカリウム４０、ストロンチウム９０、セシウム１３７など。 |
| γ線 | 電磁波 | 透過性が高く、遮蔽には鉄や鉛、コンクリートなどの厚い壁が必要。主な線源はコバルト６０、セシウム１３７など |
そもそも「がん」ってどういう病気？
がんは遺伝子が突然変異を起こして細胞分裂が止まらなくなった病気です。
ヒトを含めた生物の身体は細胞によって形作られており、細胞の１つ１つは外界と隔てる細胞膜に包まれた内部に遺伝子（DNA）の詰まった核とミトコンドリアやゴルジ体などを含む細胞質によって構成されています。そして細胞はDNAの情報に基づく条件下において分裂し、増殖していきます。細胞、遺伝子が正常であれば生命活動に必要な範囲で細胞分裂は制御され、勝手に増殖することはありません。
ではがんが発生するとき、細胞の中ではどのようなことが起きるのでしょうか？
基本的に細胞の内外やり取りは細胞膜で行われて細胞にとって危険となるものが細胞内に入らないようになっていますが、がんの原因となるものが細胞膜と核膜を通過してしまった時、DNAを切ってしまうことがあります。DNAは２重螺旋を描くひもや鎖のような構造をしていて、螺旋同士が互いを補填するようになっています。その２重螺旋の片方だけが切られてしまった場合（１本鎖切断）であれば、細胞に備わったDNA修復機能によってDNAがほぼ正確に修復され事無きを得ます。しかしこれがもし２重螺旋の両方を切ってしまった場合（２本鎖切断）だと、互いに補填し合う螺旋の両方を失ったことから、正確な修復が行われずにDNAの配列に異常が残ってしまいます。これが突然変異です。異常が残った個所が細胞の生命活動にかかわる部分であればその細胞はそのまま死んでしまって周りの細胞に影響を与えることはありませんが、異常箇所が細胞分裂を制御する部分だった場合、制御を失ったその細胞は際限なく増え続け、やがて正常な細胞の活動を阻害してしまいます。この制御を失って増殖し続ける細胞こそが「がん細胞」とよばれるものの正体なのです。
例えば時折ニュースで報じられるアスベストと呼ばれる物質がありますが、アスベストは非常に細かい針状の構造をしていて、細胞サイズで見ると刀や槍のような物となります。そしてアスベストが細胞に刺さると核まで届きDNAの２重螺旋の両方を切ることもあります。その後細胞の動きでアスベストが抜けると、細胞膜や核膜は修復され、DNAの切れた細胞が残ります。切れた場所が細胞分裂を止める働きに関係する場所であるならば、この細胞はがん細胞になってしまいます。
またピロリ菌が胃がんの原因と言われることもありますが、ピロリ菌がDNAを切断することは今のところ実証されていません。ピロリ菌が増殖したから胃がんになったのか、胃がんが進行して胃酸の分泌が少なくなったのでピロリ菌が増殖しやすくなったのか、どちらが先は分かっていません。ピロリ菌は１本のベン毛を高速回転させて移動するという生態であるため、ベン毛が細胞にあたった場合その細胞を傷つける可能性はあります。
現在、我々の身の回りに存在するものの中で、最も確実にがん細胞を発生させる要素と言えるのは放射線です。日本政府は広島長崎の被爆者一人ひとりの被曝量を推定し、1985年まで健康調査を行ないました。その結果、放射線被曝ががんの原因になること、被曝量とがん発生率の増加が比例することを証明しました。
放射線によるがんの発生
放射線が生物の細胞に衝突または通過したとき、その内部にあるDNAを傷つけることがあります。放射線によるDNAの傷付き方は、放射線がDNAを構成する原子に直接電離させて結合を切ってしまう直接作用と、DNAの周辺に存在する水分子を電離させ、その電離した水分子（フリーラジカル）によってDNAが間接的に傷付く間接作用の2種類が存在します。
α線や重粒子線、中性子線などの放射線は生物作用のおよそ６～８が直接作用であり、また間接作用であっても短い距離にたくさんのエネルギーを落とすため、DNAの2重らせんの両方を切ったり（２本鎖切断）、修復しにくい複雑な損傷を起こしやすく、放射線以外の要因の影響を受けにくいという特徴があります。
逆にX線やγ線、β線、陽子線などの放射線は間接作用が６～８割を占め、α線などと比較すると短い距離にあまりエネルギーを落とさないため、影響のほとんどが修復しやすい１本鎖切断であり、２本鎖切断や複雑な損傷を引き起こす確率が低く、その確率も放射線以外の要因の影響を受けて上下しやすいという特徴があります。
放射線による被曝は、放射線の本数・エネルギー・種類・被曝する臓器などによって大きく変わります。特にα線は他のβ線やγ線と比較して、エネルギーの大きさや本数が同じであっても２０倍の発がん能力があります。
| 放射線の種類 | DNAへの影響 | がんになりやすさ |
| α線・重粒子線・中性子線など | 2本鎖切断を起こしやすい。 （DNA修復しにくい） |
がんになりやすい α線の場合、β線やγ線の20倍 |
| X線・β線・γ線など | 2本鎖切断を起こしにくい （DNA修復しやすい） |
がんになりにくい |
ここではα線の代表としてラドン222が出すα線、β線とγ線の代表として福島第一原発事故でよく知られるようになったセシウム137、そして宇宙線を比較してみます。（セシウム137はβ線を出してバリウム137の励起状態となり、直後にγ線を出してバリウム137の安定状態になります。）α線は生体内で50μm程度しか飛びません。β線も数mmです。γ線と宇宙線は生体を貫通します。このため放射性物質が体外にある場合と放射性物質が体内にある場合では被曝の状況が全く異なります。γ線による被曝量を1とした時の値と比べた相対被曝量は、放射性物質を体外に置いた状態ではα線は０、β線は0.01、宇宙線は20程度ですが、放射性物質を肺に取り込んだ状況ではα線は2,000、β線は10程度となり、胃や腸の中に入った場合は、放射性核種が単独で存在しているか食品表面に付着していると肺と同様な被曝量であり、食品や水滴の内部に入っている場合はα線で0.1、β線で１程度となります。すなわちα線放出核種が裸で単独に体内に入る場合が最も危険です。
・放射線によってDNAが直接傷付く直接作用と水分子を介して傷付く間接作用の２種類の傷付き方をする。
・α線や重粒子線、中性子線などの放射線はDNAに修復しにくい損傷（２本鎖切断）を引き起こしやすい。
・細胞にはDNAの修復機能があるが、２本鎖切断などによってこの修復が不完全に行われると勝手に増殖するがん細胞が生まれる。
・日常における体内被曝では、α線を出す放射性物質が単独で体内に存在している状態が最も危険！
知っておくと便利な単位、Sv（シーベルト）！
放射線関係のニュースを耳にする時、時折「Bq（ベクレル）」や「Sv（シーベルト）」や「eV（電子ボルト）や「Gy（グレイ）」といった単位を聞くことがあるかと思います。放射線に馴染みのない方たちから見ると、どれもが「よくわからいない単位」に映るかもしれません。ですがこれらの単位の中で「Sv（シーベルト）」の意味だけでも知っておくと、放射線のリスクを考えるうえで非常に便利です。
Sv（シーベルト）とは「放射線が人体に当たったときに、どれくらいの健康的影響があるかを評価する単位」です。がんに限って言えば、シーベルトの値が大きければ大きいほどがんの発生確率が上がります。大抵の場合は１０００分の１を示す「ｍＳｖ（ミリシーベルト）」や１００万分の１を示す「μＳｖ（マイクロシーベルト）」の形で目にすることが多いと思います。
日本政府は広島長崎の原爆を生き抜いた被曝者の被曝量調査と死亡年月日と死因の調査結果をまとめて、「被曝量とがん死亡率の増加量は比例する。１シーベルト被曝した人は一般人に比べてがんによる死亡率が５％増加する」と発表しました。つまり１００ミリシーベルトであればがんによる死亡率が0.5％、１０ミリシーベルトであれば0.05％増加することを意味しています。0.5％や0.05％と聞くと非常に値が小さく感じるかもしれませんが、人口1億人に対して当てはめると、がんで死亡する人がそれぞれ50万人や5万人増加する計算になります。
この調査結果は国連の中にある放射線の影響に関する国連科学委員会（UNSCEAR：United Nation Science Committee Effects of the Atomic Radiations）という組織に妥当である認められ、そこで５０年間暮らすと1シーベルト浴びてがん死亡率が５％以上増加する場所、すなわち１年間で２０ミリシーベルト被曝し、人口１億人当たりの年間がん死亡者が一般地域より１０万人以上多くなる地域を立ち入り禁止区域に指定することを提案しました。
これらの結果は現代の放射線防護の基礎となっており、単純にシーベルトの大きさを比較すれば、がんに対するリスクの大きさを評価できるようになっています。
例えば特に放射線業務に携わることない一般の人たちが浴びる自然放射線による年間被曝量はおよそ2.4ｍSvに対し、胸部レントゲン撮影による被曝量は1回あたり0.02～0.1ｍSvと言われています。数回～数十回程度のレントゲン撮影であれば、その被爆量は自然放射線の誤差に収まるため、がんの発生リスクはほとんど上がらず「安全である」と言えます。
・Sv（シーベルト）だけ覚えておけばとっても便利！
・シーベルトとは「放射線が人体に当たったときに、どれくらいの健康的影響があるかを評価する単位」であり、値が大きければ大きいほどがんの発生確率が上がります。
・被曝量とがん死亡率の増加量は比例し、１シーベルト被曝した人は一般人に比べてがんによる死亡率が５％増加します。
最も身近な放射性物質、その名はラドン
本ホームページでは弊社が一番がんの発生を引き起こしていると考えているα線放出核種、とりわけ最も身近な放射性物質と言えるラドン222とその娘核種についてたびたび取り上げていきます。ラドンには質量数の異なるラドン220（トロン）も放射線を出すことで有名ですが、ここでは割愛させていただきます。
ラドン222は目に見えない不活性ガスの一種で、他の物質とはほとんど化学反応を起こしません。そのためフィルター等による除去は不可能です。また空気の7.5倍の密度を持つ、非常に重たい気体であるのも特徴的です。ラドンの発生源は地中深くのマントルに含まれているウラン238であり、いくつかの崩壊を経てラジウム226がα崩壊を起こして発生します。地中深くで生じたラドン222は半減期（放射性物資が放射線を出して半分の量になるまでの時間）が3.8日と比較的長めであることから、地殻のちょっとした隙間から地上へ常に湧き出ています。そのためラドン222は屋外空気１Lあたりに１万原子（＝0.000 000 000 000 000 000 039 mol）程度含まれている、酸素や窒素と比べればわずかと言えますが、存在自体はどこにでも存在しているありふれた物質であると言えます。
ですがラドン222はありふれた物質であると同時に、自然由来の放射性物質の中で最も危険な放射性物質であるとも言えます。現に人間が地球上で生活する上で浴びる自然放射線のうち、ラジウム226からラドン222が生じるまでの反応は地球内部で起きているため、地表で生活している我々の被曝には関係ありません。ラドン222が地表に湧き出た以降は、下の模式図のような道筋を辿って崩壊反応を起こし、α線やβ線などの放射線を出していきます。
上の模式図では縦軸が質量数を、横軸が陽子数を表しています。
ラドン222は比較的半減期の長い鉛210へ至るまでに、ポロニウム218とポロニウム214の時を含めて合計３本のα線を出します。ここれがもしラドン222が肺の中でα線崩壊を起こした場合、娘核種のα線を含む3本のα線が肺の内壁の細胞分裂が盛んな部位に当たってしまいます。その発がん能力は福島第一原発事故で有名になったセシウム137が出すγ線7,000本が体に当たった場合と同等となる計算になります。
人がこの地球上で生活するときに浴びる自然放射線は世界平均でおよそ2.4ｍSv/年ですが、ラドンやその娘核種による被曝は屋外レベルでもその半分であると言われています。
・ラドン222は地球内部のマントルに含まれているウラン238が崩壊によって、地殻の隙間から地上へ常に湧き出ている。
・ラドン222は半減期が比較的に長い鉛210に至るまでに合計3本のα線を出す。その３本が合わさるとセシウム137のγ線の約7,000倍の発がん能力がある。
・自然放射線による年間被曝量2.4ｍSvのうち、ラドンやその娘核種による被曝はその半分。