ガンマ線
ガンマ線（ガンマせん、γ線、英: Gamma ray）は、放射線の一種。その実体は、波長がおよそ 10 pm よりも短い電磁波である。
概要
X線とは波長領域（エネルギー領域）の一部が重なっており、ガンマ線とX線との区別は波長ではなく発生機構によっている。そのため、波長からガンマ線かX線かを区別することはできない。正式には、原子核内のエネルギー準位の遷移を起源とするものをガンマ線と呼び、軌道電子の遷移を起源とするものをX線と呼ぶ。ただし、発生機構の違いを明確に別ける必要がない場合には、波長領域による区分として一意的に扱い、100～10pm以下の波長をもつX線より高いエネルギー領域の電磁波をまとめてガンマ線と呼ぶこともある。1.022MeV以上のエネルギーを持つガンマ線が消滅するとき、電子と陽電子が対生成されることがある。逆に、電子と陽電子が対消滅する際、ガンマ線が発生し、反対方向に0.511MeVのガンマ線が2本放出される。 ガンマ線は光の中で最もエネルギーが大きい。現在、人工的に作ることのできるガンマ線は加速器により数TeVまでに及ぶが、宇宙には数十PeV以上のガンマ線が存在すると考えられている。
発見
1900年にフランスのポール・ヴィラールは、透過性が高く電荷を持たない放射線を発見し、この放射線は1903年にイギリスのアーネスト・ラザフォードによって gamma ray（ガンマ線）と名付けられた。
ガンマ線の放出
放射性核種が崩壊して質量や陽子・中性子の比率が変わっても、その原子核には過剰なエネルギーが残存している場合がある。このとき、残存しているエネルギーをガンマ線として放出することで原子核は安定に向かう。この現象をガンマ崩壊と呼ぶ。放出するガンマ線のエネルギー領域は核種によって様々である。核種によっては単一領域のガンマ線しか出さないものもあるが、一般的には複数領域のガンマ線を出す。同じ元素でも、同位体によって現象は下の例のように異なる。
- 81Kr この核種は 275.988 keV の1領域のみ放出。
- 88Kr この核種は最低 27.513keV、最高 2,771.02 keV の88領域を放出。
- 割合で多い順から3種挙げると、2,392.11 ke V(34.6%)、196.301 keV (25.98%)、2,195.842 keV (13.18%) である。
理化学研究所によれば、冬期の日本本州・日本海沿岸地域において雷雲の活動に伴い自然放射線が増える現象を調査していたところ、雷雲から10 MeV（1×10−9 mSv）のガンマ線を40秒間観測し、雷雲が粒子加速器の働きをしていることが分かった。なお、雷雲からのガンマ線量は1回の胸部X線で浴びる放射線量の2億分の1程度と計算されている。
他の放射線との比較
- アルファ粒子・ベータ粒子と比べると透過能力は高いが、電離作用は弱く、放射線荷重係数が小さい。
- ガンマ線の遮蔽には、比重の重い物質（鉛、鉄、コンクリートなど）が使われる。一般によく利用される鉛(11.3g/cm3)では、10 cmの厚さで約1/100 - 1/1000に減衰される。ガンマ線は飛程が長い上、電荷を持たないので電磁気力を使って方向を変えられないため、ガンマ線からの防護は他の放射線と比較して難しい。
- また、ガンマ線の持つ電離作用により、DNAを傷つけることによる発がん作用などがある。致死線量は6グレイ前後である。
利用
一般的なガンマ線源としては、コバルトの放射性同位体であるコバルト60（60Co）が用いられる。これは安定同位体のコバルト59(59Co)を原子炉内で中性子線に晒す事で放射化により生成され、医薬品や医療廃棄物、食品などのガンマ線滅菌、工業的なX線写真（溶接部X線写真）などに使われている。
放射線医学における最低線量
2003年に米国アメリカ合衆国エネルギー省の低線量放射線研究プログラムによる支援等を受けて[2]米国科学アカデミー紀要(PNAS)に発表された論文によれば、人の癌リスクの増加の十分な証拠が存在するエックス線やガンマ線の最低線量は、瞬間的な被曝では、10–50mSv、長期被曝では50–100mSvであることが示唆されている。
775年の宇宙線飛来
発見
2012年に名古屋大学太陽地球環境研究所の研究チームが屋久杉の年輪を検査した結果、西暦775年にあたる年輪から炭素14やベリリウム10などの放射性物質の割合が過去3000年間の間に最も高くなることを発見した。これらの放射性物質は宇宙から降り注ぐ宇宙線が大気中の窒素と衝突して生じる。これにより、775年頃に地球に宇宙線が大量に飛来していたことが明らかになった。この研究結果は2012年6月にNatureに掲載された。
また、ドイツの年老いた木の年輪や南極の氷からも同じ頃、放射性物質が急増していることが判明している。
記録
宇宙線は肉眼では観測できないので、宇宙線を直接観測したという記録は当然、存在しない。しかし、世界中の文献に宇宙線をもたらすきっかけとなった現象が記されている。その中で、イギリスのアングロサクソン年代記には「西暦774年に、空に赤い十字架と見事な大蛇が現れた」という記述がある。
また、ドイツにある修道書を調べた結果、「西暦776年に、教会の上を燃え盛る2枚の楯が動いていくのを目撃した」という記述があり、さらに、当時の中国（唐）の天体観測を記録した新唐書には「西暦767年の7月頃に、太陽の脇に青色と赤色をした気が現れた」と記されている。
考えられる原因
宇宙線の割合や先述の文献の記述から以下の3つの説が考えられている。
超新星爆発説
地球のすぐ近傍で、超新星爆発が発生し、それによって誕生した宇宙線が原因であるという説である。この場合、アングロサクソン年代記に記された「赤い十字架」は超新星爆発が肉眼で観測されたものではという指摘がなされている。実際、十字架が出現した日、天気は曇り空で超新星爆発の光が十字架のように見えた可能性がある。しかし、仮にこの説が正しい場合、超新星残骸が見つからないという疑問点が残る。
太陽フレア説
775年頃に巨大な太陽フレアが発生し、そのときに放出された宇宙線が原因であるという説。先述のドイツの修道書に記述されていた「燃え盛る2枚の楯」とアングロサクソン年代記に記されていた「見事な大蛇」、新唐書に記されていた「気」は太陽フレアによって発生したオーロラである可能性がある。しかし、そのためにはこれまで観測された最大の太陽フレアキャリントンフレアの10倍という規模の太陽フレアが発生しなければいけない。
ガンマ線バースト説
宇宙で最も大きな爆発現象のひとつ、ガンマ線バーストが銀河系で発生し、それによって発生した宇宙線が原因であるという説[4]。ガンマ線バーストなら、短期間に大量に発生した宇宙線を説明できる。しかし、そのためには地球から3000から12000光年離れた位置でガンマ線バーストが発生しなければいけない。ガンマ線バーストは1つの銀河では数万年から数千万年に1度しか発生しない非常に珍しい現象であり、それが775年頃に我々の銀河系内で起きたとは考えにくい。
がんばれぃ!!!! ヾ(╹д╹o)ﾉ
