自然科学概論A（原科）
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環境と物理
テーマ 生きるために環境はなぜ必要か
生命活動と環境
環境って何？・・・あるシステム（系）を 取り巻くもの
システム（系）：いくつかの要素から構成された，あるまとまりや仕組み 細胞， 生物（生命）， 都市， 企業， 人類， 地球， 宇宙， …
あるシステムに環境はなぜ必要？
人体（生命活動）
環境から受け取るもの
物質（飲食物，酸素），エネルギー，情報，…
環境に与えるもの
排泄物，二酸化炭素，熱，仕事，情報， …
生物も企業も都市も能動的に活動している。
しかし，ほぼ一定の状態を保っている（定常状態）
一定の状態を保てばよいのなら，
なぜ環境から孤立しては生きていけないのか？
孤立したシステムでは，
◇ エネルギーの総量は 一定 である。≪エネルギー保存の法則≫
◇ 物質の総量は 一定 である。≪質量保存の法則≫
◆エントロピーは必ず 増大 する。
≪エントロピー増大の法則≫
エントロピー：システムの変化の不可逆性の度合い
エントロピーの増大（汚染，老廃物，廃棄物，余剰熱の発生など）を，
孤立したシステムの中だけで解決することはできない。
定常状態を保つためには
⇒ システム内で発生したエントロピーを 環境に捨てる しかない。
人体
環境
都市
人 人
環境
エントロピーの小さい物質 を環境から取りこむ
（食物，水など）
エントロピーの大きい物質・
廃熱を環境に排泄する
自然科学概論A（原科）
54 環境の多重構造
あるシステムが定常的であるためには，その環境も定常的であることが必要。
定常的でないと，環境にエントロピーを捨てられなくなる。
システム＋環境は，それを取り巻くさらに大きな環境にエントロピーを捨てる。
⇒環境の多重構造
地球温暖化と温室効果
温室効果ガス： 水蒸気（H2O），二酸化炭素（CO2），メタン（CH4） など 可視光は 吸収しない（透明）。 赤外線を 吸収・放射する。
温室効果とは
太陽温度の光＝可視光が最大 地球表面温度の光＝赤外線が最大
温室効果ガスが増えると，
宇宙空間に（大きなエントロピーをもつ）熱を捨てられない → 地球に増大したエントロピーがたまっていく？
２１世紀末で，２０世紀末に比べて約３℃の上昇（気象庁）
予測があまり確実なものでない場合は，どう考えればよい？
予防原則 細
胞 人体 血管 宇宙空間
地表 地球
狭い意味 での環境
エントロピー
地表
温室効果ガス 宇宙
Q Q
地球の温度は ほぼ一定 300 K 太陽 5800 K
「環境理解のための熱物理学」より引用 地球
に入ってくるエントロピーは小
K 5800
Q
から出て行くエントロピーは大
K 300
Q
入る熱 出る熱
自然科学概論A（原科）
55 放射線と放射能
原子番号･･･原子核中の 陽子 の数（＝原子中の 電子 の数）⇒化学的性質 質量数 ･･･原子核中の陽子の数と中性子の数の和
同位体･･･原子番号が同じで，質量数が異なる原子核（中性子数が異なる）
安定な同位体（主に天然に存在するもの） 例：セシウム133（原子番号55） 放射性（不安定な）同位体 例：セシウム137（原子番号55）
･･･放射線を出して他の種類･状態の原子核に変化する 放射線の種類
放射線の代表的なものは次の４種類
種類 遮蔽 被ばく 核種 正体
アルファ線 透過力は小さい。
紙1枚で止まる。
内部被ばく を注意
ウラン235,238 プルトニウム238 など
ヘリウム 4 の原子核
ベータ 線 透過力は比較的小 さい。
数 cm の空気層，
１cmのプラスチッ ク板で止まる。
主に内部被 ばくを注意
ストロンチウム90 ヨウ素131
セシウム137 など
電子
ガンマ 線 透過力が大きい。
鉛のブロックなど を用いる。
外部・内部 被ばく両方 を注意
ヨウ素131 セシウム137 など
光（電磁波）
ガンマ線の エネルギーで 核種が分かる
中性子線 透過力が大きい。 核分裂など
放射能の強さ→ ベクレル（Bq）単位で表す 放射能が100ベクレル
1秒間あたり100個の原子核が変化（崩壊）する
中性子
陽子 原子核
電子 原子 原子核
アルファ線，
ベータ線
は皮膚・皮下脂肪程度で止まる 主にガンマ線
アルファ線，ベータ線 が臓器の細胞を直接傷つける
ガンマ線 内部被ばく
外部被ばく
放射性物質
放射性物質 食品
放射線を放出
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食品の基準：１キログラムあたり
100
ベクレルセシウム137が
100
ベクレル ≒0.03
マイクログラム（超微量）↑放射線が出るから検出できる
放射線の被ばくによって，人が受ける健康への影響の大きさ
→ シーベルト（Sv）単位で表す 数Svの全身被ばくで死亡
日本での自然放射線による年間被ばく 平均２.１ミリシーベルト（mSv）
（内部被ばくと外部被ばくを合わせて） ↑これは避けようがない 宇宙線，岩石からの放射線，大気中のラドン，食品中のカリウム40など
ガンのリスク 広島・長崎の原爆被爆者の健康調査から推定
⇒ １mSv被ばくするごとに致死性のガンのリスクが ０.００５％ 増加
（10万人の被ばくで5人）
◎一般公衆の被ばく限度 年間 １mSv （自然放射線と医療被ばくを除く）
○放射線業従事者の被ばく限度 年間50 mSv，５年間で 100 mSvを超えない
○放射線管理区域（立入り制限） 外部被ばくが３か月で1.3 mSvを超える
福島第一原発事故以後の問題 （参考図書：影浦峡 著「信頼の条件」など）
除染目標は1mSv → 20mSv以下になれば帰還できる（避難指示解除準備区域）
ある専門家たちの発言（長瀧，山下，中川など）
例：中川恵一著「放射線医が語る被ばくと発がんの真実」より
科学的には 100mSv より低い被ばくで発がんの増加は確認されていません
（p.29）→科学的には 100mSv以下でがんが増えるとはいえません。（p.149）
環境と物理のまとめ
① 環境問題を物理的に考える。定常状態を保つためには，エントロピーを環境に 捨てるのは必須。システムと環境を定常的に保つように，バランスを守ること が大事。
次回「まとめ」
☆本日のミニレポート課題 （３００字以上，〆切までに提出）
① 環境問題を物理的に，または科学的に考えてみよう。本日の講義，身近なで きごと，メディアなどで知った情報などを基にして，環境の意味，自然現象 として見たときの環境問題，その原因や対策，予防原則などについて，意見・
疑問・感想などを述べよ。
（ミリ＝千分の１）
（マイクロ＝100万分の１）
