粒

元素　　　→

原子

　原子番号　Z　　　→

　電荷：Ze[C]

　直径約1−5[Å]（0.1−0.5[nm]）

　原子核（核子）
　　陽子　　　↓
　　中性子　　　↓
　電子　e^-
　　電荷：−e[C]　・・・　−なので電流と逆向き
　　質量　m_e ＝ 9.11×10^-28[g]

　電子殻
　　K、L、M、N、O、…

　原子模型

　　ボーア原子モデル（水素原子模型）
　　　ボーア^ﾉ量子条件　　　↓

分子

　高分子　　　→

コロイド　　　→

イオン

　＋イオン　・・・　原子から電子が欠けて電荷＋
　−イオン　・・・　原子へ電子が加わって電荷−

　イオン化（電離）

　　・　液体

　　　金属のイオン化列（イオン化傾向）　　　→
　　・　気体

　　　プラズマ　　　↓

　水素イオン　H⁺
　　陽子（プロトン）　　　↓

　　水素イオン濃度　[H⁺]　　　→
　水酸化物イオン　OH^-
　炭酸水素イオン　HCO₃^-
　炭酸イオン　CO₃^2-
　アンモニウムイオン　NH₄⁺
　硝酸イオン　NO₃^-

　錯イオン
　　[Zn(NH₃)₄]²⁺、

プラズマ　Plasma　・・・　電離した状態の気体
　極高温下

　太陽風　　　→

化学結合

素粒子　　　↓

標準状態（0[℃]、1[atm]）の1[mol]の気体の体積　V₀
　＝ 22.4[l]

物質量　n　[mol]　　　→
　＝ V ／ V₀

理想気体

　状態方程式　　　↓
実在気体

状態方程式
　理想気体の場合
　　PV ＝ nRT
　　　R：気体定数　　　↓
　　　T：絶対温度

　　　ボイル・シャルル^ﾉ法則
　　　　PV ／ T ＝ 一定

　　　　ボイル^ﾉ法則
　　　　　PV ＝ 一定　・・・　エネルギーの次元　[N/m²]・[m³] ＝ [N・m] ＝ [J]
　　　　シャルル^ﾉ法則
　　　　　V ／ T ＝ 一定

　　　　　熱膨張　　　↓
　実在気体の場合

　　ビリアル方程式

気体定数　R
　＝ 8.31[J/mol・K]　・・・　標準状態で、1.013×10⁵[N/m²]・22.4[l] ／ 1[mol]・273.15[K]
　＝ 0.082[atm・l/mol・K]　・・・　標準状態で、1[atm]・22.4[l] ／ 1[mol]・273.15[K]

ボルツマン定数　k_B　[J/K]
　＝ R ／ N_A
　　N_A：アボガドロ数　　　→
　＝ 1.38×10^-23
　　1.380649×10^-23[J/K]（＝ [N・m/K] ＝ [(kg・m²)/(s²・K)]）からケルビン　[K]の定義　　　→

　k_B ＝ PV／NT　・・・　PV ＝ (N／N_A)RT

熱膨張
　線膨張率　α
　　＝ (1／l)・(dl ／ dT)
　体膨張率　β
　　＝ (1／V)・(dV ／ dT)
　　＝ (1／ρ)・(dρ ／ dT)

エネルギー　　　→
　熱量と力学的エネルギーの等価性
　　W[J] ＝ J × Q[cal]
　　　熱の仕事当量　J
　　　　＝ 4.184

　仕事
　　外部にする仕事　W
　　外部からされる仕事　W' ＝ −W

　　dW ＝ P dV
　　W ＝ ∫P dV

　熱［量］（熱エネルギー［量］）　Q

　　ジュール　Joule　[J]　　　→
　　　1[J] ＝ 0.239[cal_th]
　　カロリー　Calorie　[cal]　・・・　純水1[g]の温度を1[K]上げる熱量

　　　熱力学カロリー　[cal_th]
　　　　1[cal_th] ＝ 4.184[J]
　　　15[℃]カロリー　　　↓

　　　キロカロリー（大カロリー）　[kcal]
　　英国熱量単位　British Thermal Unit　[BTU]
　　　1[BTU] ＝ 1055[J]　・・・　純水1[lb]の温度を1[K]上げる熱量

　　石油換算トン　[toe] 　　　→

　　固体・液体
　　　Q ＝ C × T
　　　　＝ mc × T

　　　熱容量　C　[cal/K]　・・・　物体m[g]の温度を1[K]上げる熱量
　　　　＝ mc
　　　　　c：比熱　　　↓
　　気体　・・・　体積が変化しやすい
　　　dQ ＝ dU ＋ P dV　・・・　エネルギー保存則　　　↓
　　　　 ＝ T dS
　　　　S：エントロピー　　　↓

　　　熱容量　　　↑
　　　　定積熱容量、定圧熱容量　　　↓

　　比熱／モル比熱
　　　比熱（比熱容量）　c　・・・　物質1[g]の温度を1[K]上げる熱量
　　　　比熱・大　−　熱しにくく冷めにくい

　　　　[J/g・K]、[J/kg・K]
　　　　[cal/g・K]

　　　　定圧比熱容量
　　　　　水の比熱（15[℃]）
　　　　　　15[℃]カロリー　[cal₁₅]
　　　　　　　1[cal₁₅] ＝ 4.1855[J/g・K]
　　　モル比熱（モル熱容量）　・・・　物質1[mol]の温度を1[K]上げる熱量

　　　　[J/mol・K]
　　　　[cal/mol・K]

　　　　定積モル比熱、定圧モル比熱　　　↓

　　エンタルピー　H　　　↓

内部エネルギー　U
　粒子の運動エネルギー　＋　粒子間のポテンシャル・エネルギー

　理想気体の場合
　　dU ＝ C_V dT

　　　ジュール^ﾉ法則
　　　　内部エネルギーは、温度のみの関数
　　　　　体積にはよらない
　　　　(∂U／∂V)_{T＝const.（一定）} ＝ 0

　　　定積熱容量　C_V　[J/K]
　　　　＝ (∂U／∂T)_V＝const.　・・・　dV ＝ 0　→　dQ ＝ dU　→　C_V dT ＝ dU

　　　　単原子分子気体
　　　　　3／2 nR
　　　　二原子分子気体（常温　T≦300[K]）
　　　　　5／2 nR
　　　　二原子分子気体（高温）
　　　　　7／2 nR
　　　　多原子分子気体（常温　T≦300[K]）
　　　　　3nR

　　　　定積モル比熱　C_V／n
　　　定圧熱容量　C_P　[J/K]
　　　　＝ (∂H／∂T)_P＝const.　・・・　dQ ＝ dU ＋ P dV　→　C_P dT ＝ dU ＋ P dV ＝ dH
　　　　　H：エンタルピー　　　↓

　　　　定圧モル比熱　C_P／n

　　　マイヤー^ﾉ法則
　　　　C_P ＝ C_V ＋ nR

　熱運動　・・・　気体分子運動
　　粒子の運動エネルギー
　　　1／2 _i=1Σ^N m_iv_i²

　　理想気体分子の平均運動エネルギー　＜1／2 mv²＞
　　　＝ 3／2 k_BT
　　　　k_B：ボルツマン定数
　　　　・・・1辺lの立方体の箱で気体分子が壁に弾性衝突する場合（モデル）
　　　　　　　1回の衝突で気体分子が壁に及ぼした力積（運動量の変化量）　Δp_x
　　　　　　　＝ m(−v_x) − mv_x ＝ −2mv_x
　　　　　　　壁がt[s]間に受ける力積は、Δp_x × 衝突回数
　　　　　　　　気体分子はt秒間にv_xt[m]移動
　　　　　　　　1往復（＝2l）で1回衝突
　　　　　　　→　2m|v_x| × (|v_x|t ／ 2l) ＝ m／l v_x² × t
　　　　　　　壁に及ぼす1分子の力　f_x ＝ m／l v_x²
　　　　　　　壁に及ぼす全分子（N個の分子）の力　F
　　　　　　　＝ m／l _i=1Σ^N v_ix² ＝ m／l × N＜v_x²＞
　　　　　　　　＜v_x²＞：v_x²の平均
　　　　　　　箱の中の全分子から壁が受ける圧力　P
　　　　　　　＝ F／l² ＝ (m／l × N＜v_x²＞) ／ l² ＝ m／V × N＜v_x²＞
　　　　　　　　V ＝ l³
　　　　　　　分子運動が等方的（x、y、z方向の区別なし）
　　　　　　　　→　＜v²＞ ＝ ＜v_x² ＋ v_y² ＋ v_z²＞ ＝ ＜v_x²＞ ＋ ＜v_y²＞ ＋ ＜v_z²＞
　　　　　　　　→　＜v_x²＞ ＝ ＜v_y²＞ ＝ ＜v_z²＞ ＝ 1／3 ＜v²＞
　　　　　　　PV ＝ 1／3 Nm＜v²＞ ＝ 2／3 N＜1／2 mv²＞
　　　　　　　PV ＝ 2／3 nN_A＜1／2 mv²＞ ＝ nRT、k_B ＝ R ／ N_A

　　内部エネルギー　U
　　　・　U ＝ _i=1Σ^N n_iε_i　（エネルギー　ε_iの粒子数　n_i）
　　　・　U ＝ N＜E＞
　　　　N：全粒子数
　　　　　＝ Σn_i
　　　　＜E＞：全粒子の平均エネルギー

　　　　PV ＝ 2／3 N＜1／2 mv²＞ ＝ 2／3 U

　　熱分布（ボルツマン分布）
　　　n_i ／ Σn_i ＝ exp(−ε_i／k_BT) ／ Σ exp(−ε_i／k_BT)

　　　　ボルツマン因子
　　　　　exp(−ε／k_BT) ＝ e^−ε／k_BT

　　　統計力学

熱力学法則
　�T　エネルギー保存則
　　dQ ＝ dU ＋ P dV
　　　・・・　Q＋U_A ＝ W＋U_B、ΔU ＝ U_B−U_A
　　　　　　　ΔU ＝ Q−W
　　　　　　　　　＝ Q＋W'
　　T dS ＝ dU ＋ P dV
　�U　エントロピー増大則　　　↓

　　エントロピー　S　・・・　乱雑さ、戻りにくさ
　　　dS ＝ dQ_rev. ／ T
　　　　dQ_rev.：可逆過程での熱量変化
　　　S ＝ ∫dQ_rev. ／ T

　　　分子論
　　　　S ＝ k_B ln P
　　　　　k_B：ボルツマン定数
　　　　　P：分子の分布状態　・・・　確率
　�V　ネルンスト^ﾉ定理
　　lim_T→0 S(T) ＝ 0　・・・　絶対零度でエントロピー0

準静的変化　・・・　平衡状態を保ちつつゆっくりと変化

　定積過程（V＝一定）
　　dV ＝ 0　→　dW ＝ 0

　　dQ ＝ dU

　　加圧（P大）　⇔　温度　高
　　減圧（P小）　⇔　温度　低

　定圧過程（P＝一定）

　　dQ ＝ dU ＋ P dV ＝ d（U＋PV）
　　　 ＝ dH

　　膨張（V大）　⇔　温度　高
　　　軽い空気、
　　圧縮（V小）　⇔　温度　低
　　　重い空気、

　　エンタルピー（熱関数）　H
　　　＝ U ＋ PV

　等温過程（T＝一定）
　　dU ＝ 0　・・・　dU ＝ C_V dT

　　dQ ＝ dW ＝ P dV

　　W ＝ nRT log (V_B／V_A)　・・・　PV ＝ nRT　→　W ＝ ∫^B_A P dV ＝ nR∫^B_A T／V dV ＝ nRT log (V_B−V_A)

　断熱過程（等エントロピー過程）　・・・　熱の出入りがない
　　等温過程より圧力変化が急
　　ポンプ、スプレー、

　　dQ ＝ 0　→　dS ＝ 0

　　ポアソン^ﾉ法則
　　　PV^γ ＝ 一定
　　　TV^γ−1 ＝ 一定　・・・　PV ＝ nRT　→　PV^γ ＝ nR・TV^γ−1

　　　比熱比　γ
　　　　＝ C_P ／ C_V

　　dU ＋ P dV ＝ 0
　　dU ＝ C_V dT

　　W ＝ {nR(T_B−T_A)} ／ (1−γ)
　　　・・・　PV^γ ＝ C（定数）
　　　　　　　W ＝ ∫P dV ＝ C∫V^−γ dV ＝ C／(1−γ)・V^1−γ
　　　　　　　　＝ PV^γ ／ (1−γ)・V^1−γ ＝ PV／(1−γ) ＝ nRT ／ (1−γ)

　　気象　　　→

サイクル過程

　PV線図

　熱機関
　　熱　⇒　力学的エネルギー

　　カルノー・サイクル
　　　可逆サイクル

　　　順サイクル
　　　　理想気体が高温熱源　T_Hから熱を得て（仕事をする）、低温熱源　T_Lへ熱を出す（仕事を得る）

　　　　等温膨張　−　断熱膨張　−　等温圧縮　−　断熱圧縮　−　等温膨張　…

　　　　等温膨張
　　　　　Q ＝ W ＝ nRT_H log (V_B／V_A)
　　　　　dS ＞ 0
　　　　断熱膨張
　　　　　Q ＝ 0、W ＝ {nR(T_L−T_H)} ／ (1−γ)
　　　　　dS ＝ 0
　　　　等温圧縮
　　　　　Q ＝ W ＝ nRT_L log (V_D／V_C)
　　　　　dS ＜ 0

　　　　　　低温熱源へ放出する熱量　Q'
　　　　　　　＝ −W ＝ nRT_L log (V_C／V_D)
　　　　　　dS' ＞ 0
　　　　断熱圧縮
　　　　　Q ＝ 0、W ＝ {nR(T_H−T_L)} ／ (1−γ)
　　　　　dS ＝ 0

　　　　ΣU ＝ 0
　　　　熱機関がする仕事　ΣW
　　　　　＝ nR(T_H−T_L) log (V_B／V_A)
　　　　　　・・・　T_HV_B^γ−1 ＝ T_LV_C^γ−1、T_LV_D^γ−1 ＝ T_HV_A^γ−1
　　　　　　　　　　T_H／T_L ＝ V_C^γ−1／V_B^γ−1 ＝ V_D^γ−1／V_A^γ−1　→　V_B／V_A ＝ V_C／V_D
　　　　　　　　　　ΣW ＝ nRT_H log (V_B／V_A) ＋ nRT_L log (V_D／V_C) ＝ nRT_H log (V_B／V_A) − nRT_L log (V_B／V_A) ＝ nR(T_H−T_L) log (V_B／V_A)
　　　　　＝ ΣQ
　　　逆サイクル
　　　　低温熱源　T_Lから熱を得て（仕事をする）、高温熱源　T_Hへ熱を出す（仕事を得る）

　　オットー・サイクル

　　ジュール・サイクル

　　ディーゼル・サイクル

　　ブレイトン・サイクル

　　蒸気機関　　　→
　　　エンジン　　　→

　熱効率　e
　　＝ ΣW ／ Q_H ＝ (Q_H−Q'_L) ／ Q_H ＜ 1　(Q_H ＞ Q'_L ＞ 0)
　　　Q_H：高温熱源から吸収した熱量
　　　Q'_L：低温熱源へ放出した熱量

　　カルノー・サイクル　e_C　・・・　熱源の温度のみで決まる
　　　＝ (T_H−T_L) ／ T_H　・・・　{nR(T_H−T_L) log (V_B／V_A)} ／ nRT_H log (V_B／V_A)

　　カルノーの定理
　　　e ≦ e_C　・・・　e_Cが熱効率の上限

　クラウジウス^ﾉ不等式
　　�電Q ／ T ≦ 0
　　　�刀F1周期（1サイクル）積分
　　　・・・　e ≦ e_C　→　(Q_H−Q'_L) ／ Q_H ≦ (T_H−T_L) ／ T_H
　　　　　　　Q_H ／ T_H − Q'_L ／ T_L ≦ 0
　　　　　　　Q'_L ＝ −Q_L
　　　　　　　Q_H ／ T_H ＋ Q_L ／ T_L ≦ 0

　　　可逆サイクル
　　　　�電Q ／ T ＝ 0
　　　不可逆サイクル
　　　　�電Q ／ T ＜ 0

　エントロピー増大則　・・・　孤立系の不可逆過程でエントロピー増大
　　S_B−S_A ≧ ∫^B_A dQ ／ T
　　　・・・　サイクル過程　A − B − A　…　（A → B：不可逆過程、B → A：可逆過程）
　　　　　　　�電Q ／ T ≦ 0　→　∫^A_B dQ_rev. ／ T ＋ ∫^B_A dQ_irrev. ／ T ≦ 0
　　　　　　　　dQ_irrev.：不可逆過程での熱量変化
　　　　　　　∫^B_A dQ_irrev. ／ T ≦ ΔS ＝ S_B−S_A

　　　孤立系（断熱系）　ΔS ＝ S_B−S_A ≧ 0　・・・　dQ ＝ 0
　　　　可逆過程　ΔS ＝ 0
　　　　不可逆過程　ΔS ＞ 0

　　　T dS ≧ dU ＋ P dV　・・・　ΔS ≧ ∫ dQ ／ T　→　dS ≧ dQ ／ T　→　T dS ≧ dQ ＝ dU ＋ P dV

熱平衡
　平衡条件　＝　自由エネルギー最小
　　温度一定、体積一定
　　　F ＝ F_min、dF ＝ 0
　　温度一定、圧力一定
　　　G ＝ G_min、dG ＝ 0

　自由エネルギー
　　温度一定、体積一定
　　　ヘルムホルツ^ﾉ自由エネルギー　F
　　　　F ＝ Q − U
　　温度一定、圧力一定
　　　ギブス^ﾉ自由エネルギー　G
　　　　G ＝ H − U　・・・　定圧過程のときdQ ＝ dH

　相平衡、化学平衡　　　→

熱源

　太陽熱　　　→

　地熱

熱機関　　　↑

潜熱　　　→

摩擦熱　　　→

ジュール熱　Q
　電気エネルギー　→　熱エネルギー
　　電力量　　　→
　Q ＝ VI × t ＝ RI²t ＝ V²t ／ R

熱流
　熱伝達、伝熱、熱移動

　熱伝達率　α
　　＝ 1 ／ θS
　　　θ：熱抵抗　　　↓

　　[W/m²K]
　熱伝達抵抗
　　＝ 1 ／ α

　　[m²K/W]

　　熱伝導比抵抗　　　↓

　　熱抵抗　θ

　　　[K/W]

　熱貫流（熱通過）　・・・　物体を通して熱が移動

　　熱貫流量
　　　＝ K × S(T_H−T_L)
　　　　S：断面積

　　　[W/s]

　　熱貫流率　K　・・・　熱の通しやすさ

　　　[W/m²K]
　　熱貫流抵抗
　　　＝ 1 ／ K
　　　＝ (1 ／ α_H) ＋ (1 ／ α_L) ＋ (l₁ ／ λ₁) ＋ (l₂ ／ λ₂) ＋ …

　　　[m²K/W]

　熱伝導

　　熱伝導量

　　　[W/s]

　　　単位時間あたり熱伝導量　Q
　　　　＝ λ × S {(T_H−T_L) ／ l}
　　　　　l：厚さ

　　熱伝導率　λ　・・・　熱の伝わりやすさ

　　　[W/mK]
　　熱伝導比抵抗
　　　＝ 1 ／ λ

　　　[mK/W]

　　熱伝導方程式

　熱対流
　　流体の移動で伝わる

　熱放射
　　輻射
　　真空でも伝わる

　　放射体（光源）

　　　黒体
　　　　理想的な放射体

　　光源側
　　　光度　L　・・・　点光源の明るさ

　　　　カンデラ　[cd]

　　　　　540[THz]の単色光
　　　　　　1[cd] ＝ 1／683[W/sr]　・・・　おおよそロウソク１本

　　　　　　　発光効率　K：683[lm/W]

　　　　　[mcd]、
　　　　ワット毎ステラジアン　[W/sr]

　　　輝度　b
　　　　＝ 光度 ／ 光源の面積
　　　　＝ L／4πr²
　　　　　r：距離
　　　　・・・　点光源から全方向へ等しく放射する場合、
　　　　　　　　点光源を中心とする球面上の単位面積あたりの光度

　　　　明るさ（光度）の減衰　　　→

　　　　[cd/m²]

　　受光側
　　　光束
　　　　ルーメン　[lm]
　　　　　1[lm] ＝ 1[cd] × 1[sr]

　　　照度　・・・　面が受ける光の強さ
　　　　ルクス　lux　[lx]
　　　　　1[lx] ＝ 1[lm] ／ 1[m²]

　　黒体放射　　　↓

　　スペクトル

核反応

　核力（強い力）　・・・　核子間の結合力
　　陽子数（原子番号）　大　−　陽子間の反発力　大
　　　放射性物質　　　→

　核エネルギー　・・・　核子間の結合エネルギー

　　静止エネルギー　・・・　内部エネルギー
　　　mc²
　　　　c：光速

　　核分裂［反応］

　　　エネルギー　Δm・c²放出
　　　　Δm：質量欠損　・・・　質量保存則は成立しない

　　　放射性壊変（放射線崩壊）　　　→

　　　¹⁰₅B ＋ ¹₀n　−→　⁷₃Li ＋ ⁴₂He（α粒子）

　　　原子力発電所　　　→
　　核融合［反応］
　　　太陽内部、

　　　水素核融合
　　　　陽子　p ＋ p　−→　D ＋ 陽電子　e⁺ ＋ 電子ニュートリノ　ν_e
　　　　　重水素　D ＝ ²₁H
　　　　D ＋ p　−→　³₂He（ヘリウム３） ＋ γ線
　　　　³₂He ＋ ³₂He　−→　⁴₂He（α粒子） ＋ p ＋ p

　　　D−D反応
　　　　D ＋ D　−→　T ＋ p
　　　　　トリチウム　T ＝ ³₁H
　　　　D ＋ D　−→　³₂He ＋ ¹₀n（中性子）
　　　D−T反応
　　　　D ＋ T　−→　⁴₂He ＋ ¹₀n
　　　D−³He反応
　　　　D ＋ ³₂He　−→　⁴₂He ＋ p

　　　軽水素−硼素（ホウ素）反応
　　　　¹¹₅B ＋ p　−→　 3・⁴₂He（α粒子）

　　　核融合発電　　　→

　放射線
　　放射性物質が崩壊して発生

　　Ｘ線（エックス線）　　　→
　　γ線（ガンマ線）　　　→

　　　ガンマ線バースト　　　→

　　粒子線
　　　β線（ベータ線）
　　　　電子のビーム

　　　　陽電子線
　　　　　陽電子のビーム
　　　中性子線
　　　　中性子のビーム
　　　陽子線
　　　　陽子のビーム
　　　α線（アルファ線）
　　　　α粒子（ヘリウム原子核）　⁴₂Heのビーム
　　　重粒子線
　　　　α粒子より重い粒子（炭素イオンなど）のビーム

　　宇宙線　　　→

　　放射線数　・・・　塵の数
　　　Counts per minute　[cpm]
　　　Counts per second　[cps]

　　放射線量
　　　レム　[rem]　・・・　1[rad]のＸ線の放射線量

　　　　ミリレム　[mrem]
　　　レントゲン　[R]
　　　　1[R] ＝ 2.58×10^-4[C/kg]　・・・　空気1[cm³]あたり1[esu]イオン化　→　3.336×10^-10[C] ／ 1.293×10^-6[kg]

　　　　Ｘ線
　　　　　1[R] ≒ 1[rem]
　　　シーベルト　[Sv]
　　　　1[Sv] ＝ 100[rem]

　　　　[mSv]、[μSv]

　　　放射線量率

　　　　[Sv/h]、[mSv/h]、[μSv/h]、[μSv/年]、

　　　被曝量
　　　　全員死亡　7〜10[Sv]
　　　　半数死亡　3〜5[Sv]
　　　　吐き気、脱毛　1[Sv]
　　　　白血球（一時的）減少　500[mSv]
　　　　発癌　100[mSv]
　　　　胸部Ｘ線CTスキャン　6.9[mSv]
　　　　自然放射線の高い地域　約10[mSv/年]
　　　　日常生活で受ける自然放射線（世界平均）　約2.4[mSv/年]
　　　　　空気中（ラドン、トロン）から　1.26[mSv/年]
　　　　　大地から　0.48[mSv/年]
　　　　　宇宙から　0.39[mSv/年]
　　　　　食物から（カリウム40など）　0.29[mSv/年]
　　　　日常生活で受ける自然放射線（日本平均）　約2.1[mSv/年]
　　　　　空気中（ラドン、トロン）から　0.48[mSv/年]
　　　　　大地から　0.33[mSv/年]
　　　　　宇宙から　0.30[mSv/年]
　　　　　食物から（カリウム40など）　0.99[mSv/年]
　　　　航空機（宇宙線増加）（東京−N.Y.往復）　200[μSv]
　　　　胸部Ｘ線検査　50[μSv]

　　　　食品から受ける内部被曝量　[mSv]
　　　　　＝ 放射性物質の濃度　[Bq/kg] × 放射性物質を含む食品の量　[kg] × 線量換算係数

　　　　　実効線量係数　[mSv/Bq]、[μSv/Bq]　・・・　線量換算係数
　　　　　　経口摂取（食道から）
　　　　　　　¹³¹I　−−−　2.2×10^-5[mSv/Bq] ＝ 0.022[μSv/Bq]
　　　　　　　¹³⁷Cs　−−−　1.3×10^-5[mSv/Bq] ＝ 0.013[μSv/Bq]
　　　　　　　¹³⁴Cs　−−−　1.9×10^-5[mSv/Bq] ＝ 0.019[μSv/Bq]

　　吸収線量
　　　ラド　[rad]
　　　　1[rad] ＝ 0.01[J/kg] ＝ 100[erg/g]
　　　グレイ　[Gy]
　　　　1[Gy] ＝ 1[J/kg]
　　　　　　　＝ 100[rad]

　　放射能　　　→

　　線量計

　　　計数管（カウンター）　Counter

　　　　ガイガー・ミュラー計数管（ＧＭ計数管）

　　放射線治療　　　→

量子　Quantum
　分子・原子のスペクトルは、特定の波長のみ出現（とびとびの値）
　　→　何らかの条件を満たす必要があるらしい
　　→　ボーア^ﾉ量子条件
　　　　　陽子の周りを円運動している電子の角運動量　mvr
　　　　　　＝ n(h／2π)　(n ＝ 1、2、3、…)
　　　　　　　n：量子数

　　エネルギー準位

　プランク定数　h
　　＝ 6.626×10^-34[J・s]　・・・　極極…小、エネルギー×時間の次元
　　　精確な値：6.62607015×10^-34[J・s]（＝ [N・m・s] ＝ [kg・m²/s]）からキログラム　[kg]の定義　　　→

　　ħ ＝ h ／ 2π
　　　1.0546×10^-34[J・s]

　電気素量　e　　　→

　スピン［角運動量］　S

　光子（フォトン）　Photon　γ
　　電荷：0
　　質量：0

　　光電効果
　　　金属へ光照射
　　　　光子　⇒　電子

　　　太陽電池　　　→

　　エネルギー　E　・・・　不連続（とびとびの値）
　　　＝ hν ＝ hc／λ
　　　　h：プランク定数
　　運動量　p　[kg・m/s]
　　　＝ hν／c ＝ h／λ
　　　＝ E／c

　　黒体放射

　　　放射エネルギー　U　・・・　内部エネルギー
　　　　∝　温度　T

　　　　ステファン・ボルツマン^ﾉ法則
　　　　　U ＝ ρ×T⁴×S
　　　　　　S：黒体の表面積

　　　　　ステファン・ボルツマン定数　ρ
　　　　　　＝ 5.67×10^-8　[J/m²K⁴]

　　　　　太陽エネルギー（太陽熱）　　　→

　　　　「光子気体」運動論
　　　　　U ＝ 3PV
　　　　　　P：圧力、V：体積
　　　　　・・・1辺lの立方体の箱で「光子気体」が壁に完全反射する場合（モデル）
　　　　　　　　　気体分子運動に準じる　　　↑
　　　　　　　　1回の反射で「光子気体」が壁に及ぼした力積（運動量の変化量）　Δp_x
　　　　　　　　＝ ＜E＞(−c_x)／c² − ＜E＞c_x／c² ＝ −2＜E＞c_x／c²
　　　　　　　　　＜E＞：光子のエネルギー
　　　　　　　　　運動量の大きさ　E／c、x成分　Ec_x／c²
　　　　　　　　壁がt[s]間に受ける力積は、Δp_x × 衝突回数
　　　　　　　　→　2＜E＞|c_x|／c² × (|c_x|t ／ 2l) ＝ ＜E＞／l (c_x²／c²) × t
　　　　　　　　壁に及ぼす1「光子気体」の力　f_x ＝ ＜E＞／l (c_x²／c²)
　　　　　　　　壁に及ぼす全「光子気体」（N個の「光子気体」）の力　F
　　　　　　　　＝ ＜E＞／l _i=1Σ^N c_ix²／c² ＝ ＜E＞／l × N＜c_x²＞／c²
　　　　　　　　　＜c_x²＞：c_x²の平均
　　　　　　　　箱の中の全「光子気体」から壁が受ける圧力　P
　　　　　　　　＝ F／l² ＝ ＜E＞／V × (N＜c_x²＞ ／ c²)
　　　　　　　　　V ＝ l³
　　　　　　　　「光子気体」が等方的運動（x、y、z方向の区別なし）
　　　　　　　　　→　＜c_x²＞ ＝ ＜c_y²＞ ＝ ＜c_z²＞ ＝ 1／3 ＜c²＞
　　　　　　　　PV ＝ 1／3 ＜E＞N × (＜c²＞ ／ c²) ＝ 1／3 ＜E＞N
　　　　　　　　N＜E＞ ＝ U　・・・　内部エネルギー

　　　散乱
　　　　コンプトン効果
　　　　　光子と電子が弾性衝突

　　　　　コンプトン散乱
　　　　　　電子に衝突した光子が低エネルギー（波長・長）で散乱
　　　　　逆コンプトン散乱
　　　　　　電子に衝突された光子が高エネルギー（波長・短）で散乱

　　　　　　ガンマ線源　　　→

　　　　レイリー散乱
　　　　　散乱強度　∝　λ^-4

　　　　　青空　・・・　散乱強度　紫、青　＞　橙、赤

　二重性
　　粒子性　・・・　E　大（ν　大）、λ　小
　　波動性　・・・　E　小（ν　小）、λ　大

　不確定性原理
　　ΔxΔp ≧ ħ
　　　Δx：位置の不確定性
　　　Δp：運動量の不確定性

　素粒子

　　標準理論（標準模型）
　　　6種のクォークと6種のレプトンの相互作用で、様々な物質生成

　　ハドロン　Hadron
　　　グルーオン、クォークから成る複合粒子

　　　中間子（メソン）

　　　　π中間子
　　　　K中間子
　　　重粒子（バリオン）

　　　　核子
　　　　　陽子（プロトン）　Proton　p
　　　　　　水素の原子核 ＝ 水素イオン　H⁺　　　↑
　　　　　　電荷：e[C]
　　　　　　質量　m_p ＝ 1.673×10^-24[g]
　　　　　中性子（ニュートロン）　Neutron　n、¹₀n
　　　　　　電荷：0
　　　　　　質量　m_n ＝ 1.675×10^-24[g]

　　　　　　熱中性子　・・・　常温環境下で熱平衡状態

　　ヒッグス粒子　H

　　　ヒッグス場　・・・　スカラー場

　　　　質量　　　→

　　ボース粒子（ボソン）
　　　光子など
　　フェルミ粒子（フェルミオン）
　　　電子など

　　ゲージ理論
　　　ゲージ粒子（ゲージボソン）
　　　　光子（フォトン）　γ　　　↑
　　　　弱中間子（ウィークボソン）
　　　　　Z粒子（Zボソン）　Z
　　　　　W粒子（Wボソン）　W

　　　　　弱い場　　　↓
　　　　膠着子（グルーオン）　g

　　　　　ハドロン　　　↑

　　　　　強い場　　　↓

　　　ゲージ場
　　　　強い場

　　　　　強い力（核力）　　　↑
　　　　電弱場
　　　　　電磁場　　　→
　　　　　弱い場

　　　　　電弱力
　　　　　　電磁力　　　→
　　　　　　弱い力
　　　　　　　β崩壊　　　→
　　　　重力場　　　↓

　　レプトン（軽粒子）
　　　ニュートリノ（中性微子）　Neutrino　ν
　　　　電荷：0
　　　　質量≠0

　　　　　ニュートリノ振動
　　　　宇宙線　　　→

　　　　電子ニュートリノ　ν_e
　　　　ミューニュートリノ　ν_μ
　　　　タウニュートリノ　ν_τ

　　　電子　e^-　　　↑
　　　μ粒子（ミューオン）　μ^-
　　　　電荷：−e[C]
　　　　宇宙線　　　→
　　　τ粒子（タウオン）　τ^-
　　　　電荷：−e[C]

　　クォーク（クオーク）
　　　ダウンクォーク　d
　　　アップクォーク　u
　　　ストレンジクォーク　s
　　　チャームクォーク　c
　　　ボトムクォーク　b
　　　トップクォーク　t　・・・　重い

　　反粒子

　　　反陽子
　　　反中性子
　　　陽電子（反電子、ポジトロン）　e⁺
　　　　電荷：e[C]
　　　反μ粒子　μ⁺
　　　　電荷：−e[C]
　　　反τ粒子　τ⁺

　　　反ニュートリノ（反中性微子）　\( \bar{ν} \)
　　　　反電子ニュートリノ
　　　　反ミューニュートリノ
　　　　反タウニュートリノ

　　ニュートリノ観測施設
　　　岐阜県飛騨市　東京大学宇宙線研究所　神岡宇宙素粒子研究施設　スーパーカミオカンデ　　　→
　　　岐阜県飛騨市　東北大学　ニュートリノ科学研究センター／カムランド　KamLAND　・・・　反ニュートリノの検出　　　→

　加速器　Accelerator

　　円形加速器
　　　サイクロトロン
　　　シンクロトロン
　　　　LHC、
　　　ベータトロン
　　線形加速器（リニアック）

　　　国際リニアコライダー　ILC　International Linear Collider
　　　　建設予定
　　　　候補地
　　　　　Switzerland　ジュネーブ、岩手県　北上山地、福岡県／佐賀県　脊振山地、

　　茨城県つくば市　高エネルギー加速器研究機構　KEK　　　→
　　茨城県東海村　大強度陽子加速器施設　J-PARC　Japan Proton Accelerator Research Complex　　　→
　　兵庫県　高輝度光科学研究センター　JASRI／理化学研究所　放射光科学総合研究センター　　　→
　　　大型放射光施設　SPring-8
　　欧州原子核研究機構　CERN　European Centre for Nuclear Research　　　→　home.web.cern.ch/
　　　Switzerland、France

　　　大型ハドロン衝突型加速器　LHC　Large Hadron Collider
　　　　一周27[km]
　　ラウエ・ランジュバン研究所　ヨーロッパ放射光施設　ESRF　European Synchrotron Radiation Facility　　　→　www.esrf.fr/
　　　France
　　フェルミ国立加速器研究所　Fermilab　Fermi National Accelerator Laboratory　　　→　www.fnal.gov/
　　　U.S.A.

相対性理論
　空間も時間も絶対ではない　・・・　伸び縮みする

　特殊相対性理論　・・・　慣性系の下
　　光速度一定の原理
　　　速度には上限があり、その速度は光速度　・・・　こちらが絶対
　　　光速　c　　　→

　　相対運動　　　→

　　　物体
　　　　＞　S'系から見た物体の位置　x' ／ 速度　v' ／ 時間　t'
　　　S'系
　　　　＞　（時間　t'で）S系から見たS'系の位置　Vt' ／ 速度（＝相対速度）　V
　　　S系

　　　S系から見た物体の位置　x ／ 速度　v ／ 時間　t

　　　ローレンツ変換
　　　　x ＝ (x' ＋ Vt')／{√(1−V²／c²)}
　　　　y ＝ y'
　　　　z ＝ z'
　　　　t ＝ {t' ＋ (V／c²)x'}／{√(1−V²／c²)}

　　　　v＜＜cのとき
　　　　　x ＝ x' ＋ Vt'
　　　　　y ＝ y'
　　　　　z ＝ z'
　　　　　t ＝ t' ＋ (V／c²)x'

　　　　Vを−Vとして
　　　　　x' ＝ (x − Vt)／{√(1−V²／c²)}
　　　　　y' ＝ y
　　　　　z' ＝ z
　　　　　t' ＝ {t − (V／c²)x}／{√(1−V²／c²)}
　　　　　・・・　{√(1−V²／c²)} x ＝ x' ＋ Vt'、{√(1−V²／c²)} t ＝ t' ＋ (V／c²)x'の２式を解いても同じ
　　　　　　　　　(V／c²){√(1−V²／c²)} x ＝ (V／c²)x' ＋ (V／c²)Vt'として(V／c²)x'を消去すると
　　　　　　　　　{√(1−V²／c²)}{t−(V／c²)x} ＝ t'−(V^2／c²)t'でt'が求まる
　　　　　　　　　{√(1−V²／c²)} x ＝ x' ＋ {Vt − (V²／c²)x}／{√(1−V²／c²)} 　　　　　　　　　x' ＝ {x − V²／c²x − Vt ＋ (V²／c²)x}／{√(1−V²／c²)}

　　光速　cに近い速度　Vで動く物体
　　　・　長さが短縮　・・・　ローレンツ短縮
　　　　　x = {√(1−V²／c²)} x'
　　　　　・・・　S系から見てx1、時間t1のときS'系から見てx1'
　　　　　　　　　→　ローレンツ変換　x1' ＝ (x1−V t1)／{√(1−V²／c²)}
　　　　　　　　　S系から見てx2、時間t2のときS'系から見てx2'
　　　　　　　　　→　ローレンツ変換　x2' ＝ (x2−V t2)／{√(1−V²／c²)}
　　　　　　　　　上の２つが同時（t1＝t2）に起こるとき
　　　　　　　　　x2'−x1' ＝ (x2−x1)／{√(1−V²／c²)}
　　　・　刻む時間が長い（時間の進みが遅くなる）
　　　　　t = t'／{√(1−V²／c²)}
　　　　　・・・　S系から見て時間t1のときS'系から見てt1'、x1'
　　　　　　　　　→　ローレンツ変換　t1 ＝ (t1' ＋ (V／c²)x1')／{√(1−V²／c²)}
　　　　　　　　　S系から見て時間t2のときS'系から見てt2'、x2'
　　　　　　　　　→　ローレンツ変換　t2 ＝ (t2' ＋ (V／c²)x2')／{√(1−V²／c²)}
　　　　　　　　　上の２つが同一地点（x1'＝x2'）で起こるとき
　　　　　　　　　t2−t1 ＝ (t2'−t1')／{√(1−V²／c²)}

　　固有長さ　・・・　不変量
　　　x' = x／{√(1−V²／c²)}
　　固有時［間］　・・・　不変量
　　　t' = {√(1−V²／c²)} t

　　速度変換　・・・　相対論的速度合成
　　　v ＝ (v' ＋ V) ／ (1 ＋ v'V／c²)

　　相対論的質量　m
　　　＝ m₀／{√(1−V²／c²)}
　　　　m₀：静止質量

　　相対論的運動量　p
　　　＝ m₀V／{√(1−V²／c²)}

　　エネルギー　E
　　　＝ mc²

　一般相対性理論　・・・　非慣性系の下
　　万有引力^ﾉ法則の精確な記述　　　→
　　　・　強い重力場では時間の進みが遅くなる

　　重力場
　　　重力　　　→

　　　重力波
　　　　検出　［2016］

　　　　岐阜県飛騨市　大型低温重力波望遠鏡　KAGRA　　　→
　　　　U.S.A.　ワシントン＜州＞ハンフォード地区、ルイジアナ＜州＞リビングストン　LIGO　　　→　www.advancedligo.mit.edu/
　　　　Italy　カシーナ　VIRGO

※
記号の上付、下付ずれ有り