同位体クイズ！【問題 全10問・答え付き】 | 2026年03月版

テクネチウム-99mの「m」は「metastable（準安定状態）」を意味します。これは核異性体と呼ばれる状態で、同じ質量数と原子番号を持ちながら、原子核が異なるエネルギー状態にあることを示しています。Tc-99mは医療診断で最も広く使用される放射性同位体で、半減期が約6時間と短く、純粋なガンマ線を放出するため、体内への放射線被曝を最小限に抑えながら鮮明な画像診断が可能です。心臓、脳、骨などの様々な臓器のシンチグラフィーに使用され、現代医学において不可欠な診断ツールとなっています。

ヨウ素-131は甲状腺機能の検査と治療に広く使用される放射性同位体です。ヨウ素は甲状腺ホルモンの合成に必要な元素であり、甲状腺に選択的に取り込まれる性質があります。この性質を利用して、甲状腺機能亢進症（バセドウ病）の治療や甲状腺癌の治療、甲状腺機能の診断に使用されます。半減期は約8日で、ベータ線とガンマ線を放出します。治療では、放射線により甲状腺組織を破壊し、機能を正常化させます。診断では、甲状腺へのヨウ素の取り込み率を測定することで、甲状腺の機能状態を評価することができます。

自然界に存在する最も軽い放射性元素は水素です。具体的には水素の同位体であるトリチウム（三重水素、H-3）が該当します。トリチウムは原子核に陽子1個と中性子2個を持ち、半減期約12.3年でベータ崩壊を起こします。大気上層部で宇宙線と窒素の反応により生成され、また原子炉や核実験でも生成されます。自然界での濃度は極めて低く、水素原子約10兆個に1個程度の割合でしか存在しません。核融合反応の燃料としても重要で、将来のエネルギー源として期待されています。ヘリウム以降の元素にも放射性同位体は存在しますが、トリチウムが最軽量です。

プルトニウム-239の半減期は約24,100年（約24,000年）と非常に長い期間です。この長い半減期により、一度環境に放出されると長期間にわたって放射能が残存することになります。プルトニウム-239は核分裂性物質であり、原子力発電所の使用済み核燃料中でウラン-238が中性子を吸収することによって生成されます。また、核兵器の原料としても使用される重要な同位体です。アルファ線を放出して崩壊し、最終的には安定な鉛に変化するまで長い崩壊系列を経ます。この長い半減期特性により、核廃棄物の管理において最も重要な考慮事項の一つとなっています。

ストロンチウム-90が特に危険とされるのは、化学的性質がカルシウムに似ているため、体内に取り込まれると骨に蓄積しやすいことです。骨に蓄積されたSr-90は半減期が約29年と長く、長期間にわたってベータ線を放出し続けます。これにより骨髄に継続的に放射線を照射し、白血病や骨肉腫などの深刻な健康被害を引き起こす可能性があります。特に成長期の子供では骨への蓄積が顕著で、より深刻な影響が懸念されます。チェルノブイリ原発事故や核実験により環境中に放出され、食物連鎖を通じて人体に取り込まれる経路が問題となっています。このため内部被曝の観点から最も警戒すべき放射性同位体の一つです。

ウラン-235とウラン-238は同じ元素ウランの同位体であり、原子番号92で陽子数は同じですが、中性子数が異なります。ウラン-235は中性子143個、ウラン-238は中性子146個を持ち、質量数の差は3となります。電子数も中性原子では陽子数と同じなので変わりません。ウラン-235は核分裂を起こしやすく原子力発電や核兵器に使用される一方、ウラン-238は核分裂を起こしにくいという重要な性質の違いがあります。天然ウランではU-238が99.3％、U-235が0.7％の割合で存在しています。

重水素（deuterium、D）を含む水には、重水素1個と普通の水素1個からなるHDOと、重水素2個からなるD2Oがあります。HDOは半重水と呼ばれ、自然界にも微量存在しています。D2Oは重水と呼ばれ、原子炉の減速材や核融合研究で使用される重要な物質です。普通の水H2Oと比べて、重水は密度が約11％高く、沸点や融点もわずかに高くなります。HTOは三重水素（トリチウム）を含む水で、放射性物質となります。重水素は安定同位体であるため、HDOやD2Oは放射線を出しません。

コバルト-60は医療分野で広く使用される放射性同位体で、特に癌治療における放射線治療装置に利用されています。半減期が約5.3年と適度に長く、強力なガンマ線を放出するため、深部にある腫瘍の治療に効果的です。コバルト-59は安定同位体で放射線を出さず、ニッケル-60や鉄-60は医療用としては一般的ではありません。コバルト-60による治療装置は「ガンマナイフ」や「リニアック」として知られ、精密な放射線照射により正常組織への影響を最小限に抑えながら癌細胞を破壊することができます。

炭素-14（C-14）は放射性同位体で、半減期が約5,730年という性質を利用して放射性炭素年代測定に使用されます。生物が生きている間は大気中のC-14を取り込み続けますが、死後は取り込みが止まり、体内のC-14が一定の速度で減少していきます。この減少率を測定することで、古代の遺物や化石の年代を推定することができます。

水素の最も軽い同位体は軽水素（protium）と呼ばれ、原子核に陽子1個のみを持ち、中性子を持たない同位体です。これは通常の水素原子のことで、水素の約99.98％を占めています。重水素（deuterium）は中性子1個を持つ同位体、三重水素（tritium）は中性子2個を持つ放射性同位体です。軽水素は最も単純な原子構造を持つ元素として、物理学や化学の基礎研究において重要な役割を果たしています。