第22章原子The Atom原書 p.743–794

• Rutherford’s gold foil experiment provided evidence that the atom is composed of a small, dense nucleus with electrons occupying the mostly empty space around it.• Analysis of emission spectra shows that energy is emitted from energized gas in discrete quantities.• The Bohr model of the atom describes electrons existing in discrete orbits, with discrete energies emitted and absorbed as the electrons decrease and increase in orbital energy.• The energy emitted or absorbed by an electron as it changes energy state can be determined with the equation $\text{Δ}E=E_i-E_f$, where

・ラザフォードの金箔の実験は、原子が小さく密な原子核と、そのまわりのほとんど空っぽの空間を占める電子からできている証拠を与えた。・輝線スペクトルの分析から、エネルギーを与えられた気体からは離散的な分量でエネルギーが放たれることがわかる。・原子のボーアモデルは、電子が離散的な軌道に存在し、軌道のエネルギーが下がったり上がったりするときに離散的なエネルギーが放たれたり吸収されたりすると述べる。・電子がエネルギーの状態を変えるときに放ったり吸収したりするエネルギーは、式$\text{Δ}E=E_i-E_f$で求められる。ここで

• The wavelength of energy absorbed or emitted by an electron as it changes energy state can be determined by the equation

・電子がエネルギーの状態を変えるときに吸収したり放ったりするエネルギーの波長は、次の式で求められる。

. • Described as an electron cloud, the quantum model of the atom is the result of de Broglie waves and Heisenberg’s uncertainty principle.

・電子の雲として述べられる原子の量子モデルは、ド・ブロイの波とハイゼンベルクの不確定性原理から生まれたものである。

• The structure of the nucleus is defined by its two nucleons, the neutron and proton.• Atomic numbers and mass numbers are used to differentiate between various atoms and isotopes. Those numbers can be combined into an easily recognizable form called a nuclide.• The size and stability of the nucleus is based upon two forces: the electromagnetic force and strong nuclear force.• Radioactive decay is the alteration of the nucleus through the emission of particles or energy.• Alpha decay occurs when too many protons exist in the nucleus. It results in the ejection of an alpha particle, as described in the equation

・原子核の構造は、二つの核子、すなわち中性子と陽子で定まる。・原子番号と質量数は、さまざまな原子と同位体を見分けるのに使われる。これらの数は、核種という見分けやすい形にまとめられる。・原子核の大きさと安定性は二つの力、電磁気の力と強い核力にもとづく。・放射性崩壊とは、粒子やエネルギーを放って原子核が変わることである。・アルファ崩壊は、原子核の中に陽子が多すぎるときに起こる。次の式に述べるように、アルファ粒子が放り出される。

• Beta decay occurs when too many neutrons (or protons) exist in the nucleus. It results in the transmutation of a neutron into a proton, electron, and neutrino. The decay is expressed through the equation

・ベータ崩壊は、原子核の中に中性子(または陽子)が多すぎるときに起こる。中性子が陽子・電子・ニュートリノへ変わる。この崩壊は次の式で表される。

also transform a proton into a neutron.) • Gamma decay occurs when a nucleus in an

(陽子を中性子へ変えることもある。) ・ガンマ崩壊は、励起状態にある原子核が

excited state move to a more stable state, resulting in the release of a photon. Gamma decay is represented with the equation

より安定な状態へ移るときに起こり、光子が放たれる。ガンマ崩壊は次の式で表される。

• The penetration distance of radiation depends on its energy, charge, and type of material it encounters.

・放射線が突き抜ける距離は、そのエネルギー・電荷・出会う材料の型による。

• Radioactive half-life is the time it takes a sample of nuclei to decay to half of its original amount.• The rate of radioactive decay is defined as the sample’s activity, represented by the equation

・放射性の半減期は、原子核の試料がもとの量の半分まで崩壊するのにかかる時間である。・放射性崩壊の速さは試料の放射能の強さとして定められ、次の式で表される。

• Knowing the half-life of a radioactive isotope allows for the process of radioactive dating to determine the age of a material.• If the half-life of a material is known, the age of the material $N=N_O{e}^{-\lambda t}$can be found using the equation

・放射性の同位体の半減期がわかれば、放射年代測定によって材料の年代を定められる。・材料の半減期がわかっていれば、その材料の年代$N=N_O{e}^{-\lambda t}$は次の式で求められる。

. • The age of organic material can be determined using the decay of the carbon-14 isotope, while the age of rocks can be determined using the decay of uranium-238.

・有機物の年代は炭素14の同位体の崩壊で定められ、岩石の年代はウラン238の崩壊で定められる。

• Nuclear fission is the splitting of an atomic bond, releasing a large amount of potential energy previously holding the atom together. The amount of energy released can be determined through the equation $E=m{c}^2$ .• Nuclear fusion is the combining, or fusing together, of two nuclei. Energy is also released in nuclear fusion as the combined nuclei are closer together, resulting in a decreased strong nuclear force.• Fission was used in two nuclear weapons at the conclusion of World War II: the gun-type uranium bomb and the implosion-type plutonium bomb.• While fission has been used in both nuclear weapons and nuclear reactors, fusion is capable of releasing more energy per reaction. As a result, fusion is a well-researched, if not yet well-controlled, energy source.

・核分裂は原子の結合を割ることであり、それまで原子をまとめていた大きな位置エネルギーを放つ。放たれるエネルギーの量は式$E=m{c}^2$で求められる。・核融合は二つの原子核が合わさること、すなわち融合することである。合わさった原子核は互いに近づき、強い核力が減るので、核融合でもエネルギーが放たれる。・第二次世界大戦の終わりに、分裂は二つの核兵器に使われた。砲身型のウラン爆弾と爆縮型のプルトニウム爆弾である。・分裂は核兵器にも原子炉にも使われてきたが、融合は一回の反応でより多くのエネルギーを放てる。そのため融合は、まだうまく制御されてはいないにせよ、よく研究されているエネルギー源である。

• Medical imaging occurs when a radiopharmaceutical placed in the body provides information to an array of radiation detectors outside the body.

・医療の画像は、体に入れた放射性医薬品が、体の外に並べた放射線の検出器へ情報を与えることで得られる。

• Devices utilizing medical imaging include the Anger camera, SPECT detector, and PET scan.• Ionizing radiation can both cure and cause cancer through the manipulation of DNA molecules.

・医療の画像を使う装置には、アンガーカメラ、SPECTの検出器、PETがある。・電離放射線は、DNAの分子を操ることでがんを治しもすれば起こしもする。