カリウム40のソースを表示

{{Infobox 同位体
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|mass =             39.963998475(206) <ref>{{cite web | title = Nuclide Information 19-K-40 | url = http://wwwndc.jaea.go.jp/cgi-bin/nuclinfo2004?19,40 | publisher =  | accessdate = 2010-09-03}}</ref>
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'''カリウム40''' (Potassium-40,<sup>40</sup>K) は天然[[カリウム]]中に存在する[[カリウムの同位体]]である。[[陽子]]数(19)および[[中性子]]数(21)共に[[奇数]]である奇奇核で、[[核種]]として不安定な[[放射性同位体]]である。半減期は12.48億年。

地球上における絶対量が多いことにより地球上における主な自然放射線元の1つとなっており、またカリウムが動植物の[[必須元素]]であることから生体の内部被曝の最大の要因ともなっている。

== 存在 ==
カリウム40は天然カリウム中に0.0117 %の割合で存在する。自然界に存在するカリウム40はその殆どが[[恒星]]内の[[元素合成]]で生成されたものだが、ごく一部は上空大気中でアルゴン40が[[宇宙線]]と作用することにより生成される。約46億年前の地球創世時には現在の約12倍のカリウム40が存在していたとされる。

天然カリウムの1グラム当り放射能強度は30.4 [[ベクレル]](Bq)であり、その放射線エネルギーは[[トリウム]]や[[ウラン]]のそれと比較して低いが、地球上においてカリウムが普遍的に存在するため、結果としてカリウム40に起因する放射線はトリウムおよびウランと共に[[自然放射線]]量の約1/3にも達する。

カリウムは[[地殻]]の[[岩石]]中では主に[[長石]]の形で含まれ、特に[[花崗岩]]中に高濃度で存在する。岩石の放射発熱量はカリウム40・トリウム・ウランいずれもの含有率が高い花崗岩が高い値を示し、地熱の主因となっている。特にカリウム40および[[ウラン235]]は[[半減期]]の関係で[[地質時代]]の過去において発熱量の主因となっていた<ref>上田誠也、水谷仁 『岩波地球科学選書 地球』 岩波書店、1994年</ref>。

[[地球]]のような[[地球型惑星|岩石惑星]]にはカリウム40が多量に存在し、この放射性崩壊により生成された アルゴン40(<sup>40</sup>Ar) が大気中に多量に蓄積している。地球大気中の[[希ガス元素]]のうち[[アルゴン]]の存在量が圧倒的に多く、また[[太陽]]大気中の[[アルゴンの同位体]]比が <sup>36</sup>Ar : 84.2%, <sup>38</sup>Ar : 15.8%, <sup>40</sup>Ar : 0.026% であるのに対し<ref>E. Anders and N. Greverse, Abundances of the elements: Meteoritic and solar. ''Geochim. Cosmochim. Acta'' 53 (1989).</ref>、地球大気中では <sup>36</sup>Ar : 0.3365%, <sup>38</sup>Ar : 0.0632%, <sup>40</sup>Ar : 99.6003%と、<sup>40</sup>Ar が圧倒的に多くなっているのもこのためである<ref name=mason>松井義人、一国雅巳 訳 『メイスン 一般地球化学』 岩波書店、1970年</ref>。

== 放射性崩壊 ==
カリウム40の放射性崩壊は3種類が確認されている。

放射性崩壊全体の89 %が[[ベータ崩壊]]（β<sup>-</sup>崩壊）により[[カルシウムの同位体|カルシウム40]](<sup>40</sup>Ca)となるものである。その[[崩壊エネルギー]]は1.31107±0.00011 メガ [[電子ボルト]](MeV＝100万eV)である。
::<math>{}^{40}_{19}\mathrm{K}\to{}^{40}_{20}\mathrm{Ca}+\mathrm{e}^{-}+\bar{\nu_\mathrm{e}}</math>

11%は[[電子]](e<sup>-</sup>)捕獲により[[アルゴンの同位体|アルゴン40]](<sup>40</sup>Ar)になるものである。その崩壊エネルギーは1.50469±0.00019 MeVである。
::<math>{}^{40}_{19}\mathrm{K}+\mathrm{e}^{-}\to{}^{40}_{18}\mathrm{Ar}^{*}+\nu_\mathrm{e}\to{}^{40}_{18}\mathrm{Ar}+\gamma+\nu_\mathrm{e}</math>

さらに、極一部(0.001%)はβ<sup>+</sup>崩壊により[[陽電子]](e<sup>+</sup>)を放出して、<sup>40</sup>Arになるものも確認されている。
::<math>{}^{40}_{19}\mathrm{K}\to{}^{40}_{18}\mathrm{Ar}+\mathrm{e}^{+}+\nu_\mathrm{e}</math>

== 岩石の年代測定 ==
カリウム40の[[放射性同位体]]としての半減期が12.48億年であることを利用して、岩石の生成年代を推定することが可能である。この測定方法は「[[カリウム-アルゴン法]]」と呼ばれる。

マグマが凝固し岩石となった後、含まれていたカリウム40は放射性崩壊しカルシウム40およびアルゴン40を岩石中に生成する。このうちカルシウム40は[[安定同位体]]でかつ岩石中にもともと多量に存在するため、崩壊により生成されたものとの判別が不可能であるが、他方の常温で気体であるアルゴン40の岩石中の封入比率を測定することによって、当該岩石の年代を見積もることができる。この測定法に適した鉱物には、[[黒雲母]]、[[白雲母]]、[[普通角閃石]]、[[長石]]等がある。

==人体での内部被曝線量==
カリウムは動植物の必須元素として体液や組織中に量の調節されながら多量に存在することから、天然カリウム中のカリウム40に起因する放射線は[[内部被曝]]の最大要因となっている。食品中にもカリウムが多く含まれ、それに起因する白米1kg中の放射能は33[[ベクレル]](Bq)、同様に乾燥[[昆布]]では1600Bq/kg、[[納豆]]は200Bq/kg、[[豚肉|豚ひれ肉]]は120Bq/kg、[[牛乳]]は45Bq/kgほどになる。また外洋の海水中において1リットルあたり12.1Bqが含まれる。

[[アルカリ金属]]であるカリウムは[[ナトリウム]]と同様[[陽イオン]]の形で水中に存在しやすく、経口摂取により体内に取り込まれすみやかに全身に広がることとなる。飲食で人体中に取り込まれるカリウム40の放射能は1日あたり約50Bqであるが、通常の生活においては体内の蓄積量が平衡量まで達しているので、人体中へ余分のカリウムが吸収されるのに伴って速やかに同等の量が排泄される<ref>[http://search.kankyo-hoshano.go.jp/food2/Help/yotaku_guide_keisan.html 預託実効線量の計算方法]</ref><ref>https://atomica.jaea.go.jp/data/detail/dat_detail_09-01-01-07.html</ref>。つまり、摂食によるカリウム量の変動はほぼ無く、被曝量の変化も無い。その生物学的半減期は30日とされる。人体が持つ放射能は、体重60kgの成人男子で約4000Bqであり<ref>[[高田純 (物理学者)|高田純]] 『世界の放射線被曝地調査 自ら測定した渾身のレポート』 [[講談社]] 2002年 ISBN 4-06-257359-8 p.38.[[日本]][[成人]]の平均値であり、著者自身（体重60kg以上）も測定した結果は4000ベクレルであったと記す。</ref>、これによる年間の内部被曝線量は、0.17ミリ[[シーベルト]]（mSv）となる。

== 脚注 ==
{{reflist}}

== 関連項目 ==
* [[バナナ等価線量]]

{{デフォルトソート:かりうむ40}}
[[Category:カリウムの同位体|40]]