2022年度の試験問題から⑤ - 放射線取扱主任者試験に合格しよう！

ブログをご覧の皆さん、こんにちは。

今日も2022年度の第二種試験の問題を見てみましょう。

第二種試験の化学問11の文章問題です。

2022年度第二種試験化学問11

¹⁴Cを利用した年代測定に関する問題です。

¹⁴Cを利用した年代測定に関する文章問題は、第一種試験では計算問題も含めて何度か出題されています。（2007年度物化生問3Ⅲ、2009年度物化生問3Ⅱ、2014年度物化生問3Ⅲ、2017年度物化生問3Ⅲ）

¹⁴Cは放射線取扱主任者試験では非常に出題頻度の高い重要核種ですので、基本的なことはしっかりと覚えておきましょう。

・β^-壊変
・半減期5730年　
・低エネルギーβ線放出核種　β線エネルギー156keV
・大気中で窒素と中性子の反応によって生じる
　　
・年代測定法に利用される
　¹⁴Cの比率が時の経過とともに減少することを利用

　5730年という半減期から数万年前くらいまでの年代測定に利用

　（数百万年、数千万年はNG）

植物や樹木、生物などの有機物は、生きている間は大気中の二酸化炭素を生命活動に使用しています。そんため、¹⁴Cの量（割合）は大気の中の¹⁴Cの割合と同じです。しかし、有機物が死んでしまうと、有機物の中の¹⁴Cの割合はその半減期の5730年で減少していくことになります。有機物中の¹⁴Cが現在の¹⁴Cの割合の1/2であればその有機物はおおよそ5730年前に、1/4であれば11460年前に、1/8であれば17190年前に、さらに1/16であれば22920年前に死んだことになります。

第一種試験では¹⁴Cを利用して年代を計算する問題がよく出題されます。

過去に物化生で出題された問題を解いて考え方を理解しておくことが大切です。

放射線取扱主任者試験では¹⁴C以外の核種も年代測定法として出題されています。

⁴⁰Kを使用するカリウム-アルゴン法に関する問題はよく出題されています。

⁴⁰K-⁴⁰Ar年代推定法
天然のカリウムは、主に³⁹K（93.22％）と⁴¹K（6.77％）の安定同位体から構成されているが、放射性同位体である⁴⁰K（半減期12.8億年）を0.012％含んでいる。⁴⁰Kは10.7％がEC壊変により⁴⁰Arになり、火山の噴火によって形成された岩石が閉鎖系であれば、その中に含まれる⁴⁰Arは⁴⁰Kの壊変によって生じたものであると考えられる。岩石中の⁴⁰Arの封入比率を測定することによって岩石の年代を推定することができる。

⁴⁰K-⁴⁰Arを利用した年代測定に関する過去問題の抜粋

2017年度第一種試験物化生問3Ⅱ

岩石が固化した時点では⁴⁰Arを含まず、固化してからの⁴⁰Kの壊変で生成した⁴⁰Arがすべて岩石中に留まり、しかも岩石が閉じた系を保持できれば⁴⁰Kと⁴⁰Arの原子数比から岩石の固化年代が決定できる。固化時と現在の⁴⁰Kの原子数をそれぞれN₁₀とN₁、その間の経過時間をt、⁴⁰Kの壊変定数をλとすると、N₁=N₁₀･e^-λtの関係から固化時の原子数N₁₀はN₁･e^-λtとなる。したがって、⁴⁰Kから生成した⁴⁰Arの原子数、すなわち現在の⁴⁰Arの原子数N₂は（I）0.108･N1(e^-λt-1)と表され、N₁とN₂が分かれば固化年代が求まる。

2014年度第二種試験管理技術Ⅰ問5Ⅲ

恒星内元素合成とは異なるアルゴンの主要な生成過程に、⁴⁰Kの壊変がある。次の壊変図のように、⁴⁰Kの壊変には（G）β-壊変により⁴⁰Caを生じる場合と、（H）EC壊変により⁴⁰Arを生じる場合がある。⁴⁰Kは地球のような岩石型惑星には普遍的に存在し、半減期は約12.5億年である。地球が形成されたのは約46億年前と考えられるので、地球形成当初に存在した⁴⁰Kのうち（エ）92 %は既に壊変し、壊変した⁴⁰Kの（オ）11 %の原子数の⁴⁰Arが生じていると考えられる。つまり、現在の地球上には地球形成時に存在した⁴⁰Kの（カ）10 %の原子数の⁴⁰Arが存在すると考えられる。なお、地球大気におけるアルゴン同位体の99.6%は⁴⁰Arである。このことから、アルゴンが地球大気中で3番目に多い成分である理由は、⁴⁰Kの壊変で生成した⁴⁰Arが大気圏内に蓄積された結果と考えられている。