先生、ご存じですか?
理科の授業で使っているクルックス管からは高い強度のX線が漏洩している場合があります!

現行の教科書にも記載されているクルックス管は、製品によっては 15cmの距離で、70μm線量当量率が 200mSv/h にも達する高い線量率の低エネルギーX線が放出されている場合があります。知らないで近付いたりすると非常に危険です。
・20keV程度とエネルギーが低いので普通のサーベイメーターは役に立ちません

でも、心配はいりません!
・ごく基本的な誘導コイルの設定と、距離を取って時間を短くするなどの簡単な運用法の改善で、劇的に線量を小さくすることが出来ます。

本当に大丈夫なのか心配・・
暫定ガイドラインで本当に問題無いのか、実証試験を行っています。
ガラスバッジを用いた簡単な測定を各学校で行うことが出来ます。詳し
くはホームページをご覧下さい ↓http://bigbird.riast.osakafu-u.ac.jp/~akiyoshi/Works/

クルックス管とは?
Wilhelm Konrad Rontgen
1895, 真空放電管の研究中にX線を発見
1901, 第一回ノーベル物理学賞を受賞

その後の放射線研究の先駆けとなった歴史的に極めて重要な装置

William Crookes①－ －②－－陰極＋③－① 管内の気体が電離されて出来た ＋のイオンが－極に引きつけられて電子を叩き出す（二次電子放出）－電子の加速
0.005 - 0.1 Pa程度の真空② 印加電圧に従ったエネルギーに加速される＋
陽極

誘導コイルによる 20kV 程度の高電圧印加③

ガラス管壁に電子がぶつかり制動放射X線を放出する。20ke
V程度の電子はガラス管を透過できず、特性X線もエネルギーが低いため遮蔽される。

本発表の背景2017年3月に改正告示が公示された新・中学校学習指導要領

H31 教科書検定
H33 全面実施

p65 (3) 電流とその利用 ア（ア）電流 ○エ 静電気と電流「異なる物質同士をこすり合わせると静電気が起こり，帯電した物体間では空間を隔てて力が働くこと及び静電気と電流には関係があることを見いだして理解すること。」↓ 「内容の取扱」
p71 アの（ア）の ○エ については，電流が電子の流れに関係していることを扱うこと。また，真空放電と関連付けながら放射線の性質と利用にも触れること。

2017年6月に告示された中学校学習指導要領解説 理科編
雷も静電気の放電現象の一種であることを取り上げ，高電圧発生装置 (誘導コイルなど)の放電やクルックス管などの真空放電の観察から電子の存在を理解させ，電子の流れが電流に関係していることを理解させる。
その際，真空放電と関連させてＸ線にも触れるとともに，Ｘ線と同じように透過性などの性質をもつ放射線が存在し，医療や製造業などで利用されていることにも触れる。

放射線に関する記述は2008年3月に公布された
旧・中学校学習指導要領には記載がなかった。

クルックス管に関しては2008年版の学習指導要
領解説にも記載されていた。

クルックス管を用いた実験を行う際の安全評価が必要

今後の学習指導要領改訂スケジュール（現時点の進捗を元にしたイメージ）

平成28年８月２６日
中 央 教 育 審 議 会
教 育 課 程 部 会

資料3

２６年度

２７年度

２８年度

２９年度

３０年度

３１年度

３２年度

３３年度

３４年度

（2014）(2015）(2016）(2017）(2018）(2019）(2020）(2021）(2022）

東京オリンピックパラリンピック

中教審における検討

幼稚園

改訂

820

３２年度～全面実施

先行実施

周知・
徹底

採択・供給

使用開始

答申

11・ ・27

３０年度～全面実施

教科書検定

審議まとめ

論点整理

３３年度～全面実施

先行実施

周知・
徹底
教科書検定

採択・供給

使用開始

27

改訂

高等
学校

26

・ ・

中
学
校

中教審諮問

小学
校

周知・
徹底

３４年度～
年次進行で実施

先行実施

周知・
徹底
教科書検定

採択・供給

使用開始

現行の教科書において既に取り上げられている。
（2016年啓林館中学2年理科）

現在の学習指導要領では、電流の正体は電子の流れであることの説明に使われている。

現在の学生に対する授業の実態調査
2019年11月に行った大阪府立大学の1回生向け授業でのアンケート。
工学だけでなく、看護や獣医などの学生がまんべんなく受講。回答数 90。
クルックス管から X線が出ると言うことは知っていましたか?

あなたは今までにクルックス管の実演を見たことがありますか?
中学
高校
中学+高校
その他
なし

レントゲンさん
授業でその他で知らなかった
無回答

中学
高校
中学+高校
その他
なし

レントゲンさん 3
授業で
19
その他で
9
知らなかった 7

16
17
32
52

クルックス管を見たことがある見たことがある38人の中でクルックス管から X線が出ると言うことは知っていましたか?

クルックス管を見たことがある見たことがない52人の中でクルックス管から X線が出ると言うことは知っていましたか?
レントゲンさん
授業でその他で知らなかった
無回答

レントゲンさん
授業でその他で知らなかった

レントゲンさん 3
授業で
19
その他で
9
知らなかった 7レントゲンさん 2
授業で8その他で10
知らなかった 30
無回答
2現在の学生に対する授業の実態調査
2020年12月に行った大阪府立大学の1回生向け授業でのアンケート。
工学だけでなく、看護や獣医などの学生がまんべんなく受講。回答数 82。
クルックス管から X線が出ると言うことは知っていましたか?

あなたは今までにクルックス管の実演を見たことがありますか?
中学
高校
その他
なし

レントゲンさん
授業でその他で知らなかった

中学
高校
その他
なし

レントゲンさん 3
授業で
31
その他で
5
知らなかった 43

24
17
1
40

クルックス管を見たことがある見たことがある42人の中でクルックス管から X線が出ると言うことは知っていましたか?

クルックス管を見たことがある見たことがない40人の中でクルックス管から X線が出ると言うことは知っていましたか?
レントゲンさん
授業でその他で知らなかった

レントゲンさん
授業でその他で知らなかった

レントゲンさん 3
授業で
20
その他で
1
知らなかった 18

レントゲンさん 0授業で22
その他で4知らなかった 25

クルックス管を安全に使用出来ないか?
クルックス管は現在既に理科教育現場で用いられているが、製品によっては 15cmの距離で、70μm線量当量率が 200mSv/h にも達する高い線量率の低エネルギーX線が放出されうる。しかし、放射線が出ていることを知らずに使用している教員も居る。
熱陰極を用いた数100V程度で駆動される装置や、冷陰極を用いても5kV程度の低電圧で動作し、外部には一切X線の漏洩のないクルックス管が本体 22,000円、電源も18,000円と手軽な金額で発売されている。

Basic Plan
5kV程度の低電圧駆動クルックス管を用いることで、X線の放出は全く考慮せずに済み、学習指導要領の要求を満たす安全な実験体系を極めて簡単に構築可能。
ここで話は完結する

Advanced Plan
5kV で動作中のクルックス管

9V電池駆動の5kV CW高圧電源

中高の教育現場には、買い換える資金がない!

1) 経済的理由により古い装置を用いざるを得ない2) 放出されるX線を活用した発展的な実習を実施
いずれの場合も最低限度のX線量に抑えて、安全に実験を行える実験体系を構築する必要がある。

クルックス管プロジェクトの目的

クルックス管からのX線管理に於ける問題点
一般公衆に対する線量限度が法体系に取込まれていない
ICRP 1990/2007年勧告での一般公衆に対する線量限度は我が国の法体系に取込まれておらず、実効線量 1mSv/年という値も事業所境界での線量限度から導かれた値。
原発事故など以外での一般公衆の被ばくは想定されておらず、規制もされていないため、子供達の安全を確保するための規準が無い状態。どの程度の線量であればよいと教員が判断できない。

20keV 程度とエネルギーが低く測定が困難
一般向けに普及している半導体素子を用いた簡易サーベイメータはおろか、放射線計測で信頼されている NaI シンチレーション式サーベイメータもエネルギーが低すぎて実態とかけ離れた値が表示される。 → 詳しい教員は手持ちの線量計で測定して、小さい線量を見て安心してしまう

装置によって大きく線量が異なる
戦後すぐの頃の装置が問題無く使える場合もある一方で、ごく最近購入した装置でも高い線量を漏洩している場合がある。メーカーでも状態を完全にコントロールできていない。
→ 測定を行わないと自分の使っている装置が危険な物かどうか判別できない

一般公衆に対する線量限度が法体系に取込まれていない
IAEA の GSR part3
計画被ばく状況として教育での放射線曝露を明示（3.1(e) ）。
労働者への規制の範疇に16-18歳の職業訓練に伴う線量限度を提示している(実効線量 6mSv/y, 眼の水晶体等価線量 20mSv/y, 末端部等価線量 150mSv/y)。 クルックス管が使われるのは一般的な理科の授業であり、これらとは切り離されるものとして考える必要がある。

ICRP Pub36 科学の授業に於ける電離放射線に対する防護
1983年の物であり実効線量当量での記載で 0.5mSv/y、目や皮膚のような単一の臓器・組織の線量当量5mSv/yとなっており、個々の授業ではその 1/10 とされている。

ICRP-Pub64 潜在被ばくの防護: 概念的枠組み 及び IAEA BSSICRP 1990年勧告(Pub60)では免除の要件として線量が trivial であること、防護が最適化されていることとされており、具体的には個人線量が 10μSv/y のオーダーとしている。

NCRP Report No.180 “Management of Exposure to Ionizing Radiation:
Radiation Protection Guidance for the United States”

無視可能個人線量として線源か行為あたり実効線量で 10μSv/y を勧告。

保健物理学会「教育現場における低エネルギーX線を対象とした放射線安全管理に関する専門研究会」において国内外の規制状況について議論を行っている。

ICRP 放射線防護の基準を決める三つの原則からの検討
正当化 Justification: リスクを上回る利益がなければならない→ クルックス管を用いた実演は極めて教育的効果が高く、将来的な放射線教育コンテンツとしても非常に価値が高い。

防護の最適化 Optimization:
できるだけ被ばくを抑える（経済、社会的な要因の考慮）
ALARA(as low as reasonably achievable)の原則→ 電子線の観察だけであれば低電圧駆動の絶対安全の装置を使うことで被ばくをゼロに出来るためこれを推奨する。が、経済的要因により直ちに全ての学校に要求するのは困難であるため、コンテンツ毎に必要なX線のエネルギーを把握し、出来る限り電圧を抑えて実験を行い被ばくを最小化する。必要に応じて遮蔽などの防護措置も行う。

線量限度 Dose Limit: 線量限度を超えてはならない→ 放射線取扱業務従事者ではない教員や、さらに労働者でもない生徒に対する被ばく管理目標値を、国内外の規制状況から議論する。低エネルギーX線による不均等被ばくと水晶体への等価線量についても考慮する。

免除レベルの 10μSv はどれぐらいの値なのか
歯科レントゲン撮影1回:
10μSv
胃がん検診1回:
600μSv

胸部レントゲン撮影1回:
50μSv

0.01mSv(10μSv)

0.1mSv(100μSv)ICRP 1990/2007年勧告
一般公衆への追加線量限度
年間 1mSv
CTスキャン1回:数mSv

1mSv

1ヶ月の BG 線量:
50μSv(0.07μSv/h の場合)
国内線の飛行機1回: クルックス管プロジェクトの3μSv程度
到達目標: 10μSv/年

年間の宇宙線量の世界平均とランタンのマントル* を日本平均の差:
1時間体に貼付ける:
50μSv（日本の方が小さい）
Hp(10) 1μSv （γ線）
Hp(0.07) 10μSv（β線 + γ線）*トリウム使用のサウスフィールド ハイパワーDXマントル

国際線の飛行機での欧米への旅行1回:
100-200μSv

年間の平均外部線量が最も高い岐阜県と最も低い神奈
川県の差: 400μSv

イランのラムサール地方やインドのケララ地方などでの大地からの年間被ばく線量:～10mSv
日本人が特有に持っている20Bqのポロニウム
210 による年間被ばく線量: 800μSv

世界平均と日本平均
でのラドンによる年間被ばく量の差:
800μSv（日本の方が小さい）

自然放射線による年間の被ばく線量
日本平均 2.1mSv
世界平均 2.4mSv

2018年度 第一段実態調査
全国の 37 本のクルックス管について、ガラスバッジを郵送することにより、教員自身の手で普段の授業の設定で線量測定を行ってもらった。

37本を測定した。10分間の測定での70μm線量当量*:31本で < 100μSv @ 1m (外挿により評価) *実効線量はさらに1/10以下。
うち、18本で15cmの距離でも検出限界(50μSv)以下

その一方で高い線量を示した装置も存在した

ペットボトルに貼付けたガラスバッジに15, 30, 50cm の距離で10分間X線照射して返送してもらい、線量評価を行った。X線計測専用のタイプFXでは同時にエネルギー評価も出来る。

放電出力最低で距離1mでも600μSv以上が検出された装置を現地調査。
管内のガスが枯れていて電流が流れにくい個体であった

最低出力、30cmの距離で放電極距離30mm: 2mSv/h
放電極距離50mm: 30mSv/h

放電極距離を20mmに縮めると、40μSv/h にまで落ちた。
距離1m、10分間では、0.6μSvに過ぎないクルックス管からのX線の漏洩① ガラス管内の空気が電離して出来た＋のイオンが－極に引きつけられて電子を叩き出す（二次電子放出）③ 電子がガラス管の壁に衝突するときに、制動放射X線を放出する
電子自体は完全に遮蔽され外に出てきません。

①③－ －

②－

＋－極

X線は最終的に原子の周りを回る電子を光電効果などで弾き飛ばして（電離作用）、弾き飛ばされた光電子は低エネルギーのβ線と同じように振る舞う。
光電子の空気中での飛程は4mm程度－－

霧箱で観察することが出来ます

－

電子の加速
0.005～0.1Pa程度の真空度

高電圧電源（誘導コイル）
20kV程度④＋極④ クルックス管自体を構成するガラスにより、エネルギーの低いX線のほとんどが吸収され、比較的エネルギーの高いX線の一部が外部に漏洩する

クルックス管に封入されているガスの量が少ない（ガラスに吸着するなどして少なくなる）と、①で陰極を叩くイオンが少なくなるため、電子が飛び出しにくくなり、電流が流れにくくなります。その結果誘導コイルに電磁エネルギーが蓄積され高い電圧が印加されてしまい、電流は小さいが ④で漏洩する線量が大きくなってしまいます。
（低エネルギーではわずかなエネルギーの違いで透過率が大きく異なる（15keV→30keVで100倍違う）ため）
放電出力最小でも高い線量が測定されたクルックス管はこの状態でした。放電極距
離を20mmに縮めると空中放電が非常に激しい一方、クルックス管に流れる電流は少なく観察が困難でした。こうなってしまった製品は、買い換えが推奨されます。

放電極で最大電圧を抑えることが重要クルックス管からの被ばく線量を下げるには最も確実なのは固有安全性を持ち何も対策する必要がない

・低電圧駆動の製品に買い換える

経済的理由などで困難な場合は ↓ 以下の点に注意を払う必要がある

1) 印加する電圧を下げる
2) 流れる電流を下げる

発生するX線量自体を下げる

3) 距離を取る
4) 遮蔽をする
5) 時間を短くする

放射線防護の三原則

過去の研究から策定した暫定ガイドライン

印加電圧を下げる: X 線のエネルギーが下がり、劇的に漏洩する X 線量を下げることが出来る。クルックス管自体がガラスで出来ており、このガラスに対する透過率が 15keV と 30keV
では 100 倍程度異なるためである。
遮蔽: アクリルでは 1cm の厚さでも半分程度にしかならないた
め、軽量型のガラスの水槽を用いるとよい（2mm で 1/20～1/50 にまで下がる）。
距離を取る: 最も簡単で確実である（距離の二乗に反比例して下がる）。

・誘導コイルの放電出力は電子線の観察が出来る範囲で最低に設定する
・放電極を必ず使用し、放電極距離は20mm以下とする。

本当にこれで安全か
全国規模の実証試験が必要

・出来る限り距離を取る。生徒への距離は 1m以上とする。
・演示時間は10分程度に抑える暫定ガイドラインの検証
十字板は蛍光体倒しておく塗布面

蛍光体の塗ってあるガラ
前面のガラス表面からガラス外面からガラスバッジスバッジの前面まで20cmの前面まで、15, 30, 50cm
距離1点で測定する。
でそれぞれ測定する

陰極側

放電極距離20mm
陽極側

陰極

観察できる範囲で最低に陽極
放電出力

暫定ガイドラインで本当に安全が確保できるのかを、全国の教育現場の実際に使われる様々な装置で検証。
・放電極距離 20mm、放電出力は観察できる範囲で最小という暫定ガイドライン準拠の条件で線量測定を行ってもらう。
・クルックス管から 20cm の位置で、測定は10分間など統一したプロトコルで測定。
・ガラスバッジは大阪府大と各学校とを郵送でやりとりし、現場の先生の手により測定。BGの影響を抑えるために1月ごとに取りまとめて評価を行う。
大阪府立大学倫理委員会の承認を得て実験を行っています。

第二期実態調査結果（最終版）
12010080604020191本中 136本に於いては、距離 20cm 10分の測定でHp(0.07) が検出限界である 50μSvを下回っていた。
有意な値が出た 55本の装置についても、暫定ガイドライン適用前に比べて低い線量に抑えられているが、最大で 10.4mSv を示した装置も存在した。

2.42.221.8

1.6

1.4

1.2

10.8

0.6

0.4

0.2

0ND

8月期は、27校からの95本、9月期は8校からの18本、10月期は18校からの67本、11月期は4校からの11本、合計191本のクルックス管について「暫定ガイドライン準拠」での測定を行った。

Number of Crookes tubes

暫定ガイドラインを遵守することでどこまで線量を下げることが出来たのかを検証するために、2019年8月～11月に第二期の実態調査を行った。

測定限界(50μSv)以下

140

Dose ( Hp(0.07), 10min, @ 20cm) / mSv

10分間、20cm の距離でのガラスバッジによる Hp(0.07) での評価結果
で有り、ここから実際の生徒の被ばく量を見積る必要がある。

第二期実態調査結果（速報）2018年第一期実態調査

2019年第二期実態調査
14020

Number of Crookes tubes

Number of Crookes tubes

18161412108642120

1008060402000

ND～5～10～50～100～500@1m, 10min Hp(0.07) / μSv

これまでの授業での設定～1000ND～5～10～50～100 ～500 ～1000@1m, 10min Hp(0.07) / μSv

暫定ガイドライン準拠

暫定ガイドラインの適用により、これまで授業で行っていた誘導コイルの設定での線量よりも低線量側に分布がシフトしている。
また、従来は装置と生徒の距離が1mよりも近かったという学校も多かったため、実際の被ばく線量の差はさらに大きい。

クルックス管からのX線の不均一性*体表面での線量 =70μm線量当量

正面中心、15cm位置で体表面での線量* が150mSv/hあったとしても線量計① 1m 位置では 1/44 以下の線量になります③ 平面的にも周辺の線量は小さくなり中心位置で測定した線量計の値よりも小さくなります。
（50cmずれると2/3程度に低下）④ 演示時間を短くすることで、トータルの被ばく線量は時間に比例して減らせます。

⑤ 20keV では 2mmのガラスで1/5 程度にまで遮へいできます。
（アクリルでは1cmで半分）眼の水晶体への等価線量は体表面での線量に近い値となります。

② 20keVのX線は体内で1cmで半分に減衰していき、体表面での線量と全身への線量とは一致しません。
（実効線量と10倍程度の差が出ます。
正確には現在評価中）10分の演示で遮蔽無しでも、全身への実効線量は50μSvにも満たないと考えられます。

放射線量について・放射線を被ばくしたときの全身への影響を、ICRP等が定めたしきたりに従って評価したのが、「実効線量」。普通、線量と言えばこの実効線量のことを指す。
・ベータ線など、透過力の弱い放射線を被ばくした場合、皮膚表面だけが被ばくしていることになる。この時皮膚だけに対する影響を評価するのが、「皮膚等価線量」。最近は、眼の水晶体に対する「水晶体等価線量」も問題となっている。
・実効線量の評価は非常に複雑である。このため、体の表面から1cmの深さの一点での吸収線量が全身の線量を代表するという、簡易的な「1cm線量当量」をサーベイメーターは測定している。同様に、皮膚の等価線量は深さ70μmの深さの一点での吸収線量である、「70μm線量当量」で測定する。
・クルックス管からのX線は透過力が中途半端で、皮膚だけ、と言うわけではない一方で、1cm進むと半分程度に減衰するため、「1cm線量当量」では 5倍以上の過大評価となり、慎重な評価が必要。現在は表面での線量としての 70μm線量当量での測定を行っている（あとで実効線量への換算が容易）。20keV での実効線量はおおよそ 70μm線量当量の 1/10。

エネルギー吸収の違い
強透過性放射線

弱透過性放射線

Hp(0.07) ≦ 10 Hp(10)Hp(0.07) > 10 Hp(10)

整列拡張場

整列拡張場
高エネルギーガンマ線などの場合透過力が高く、ほぼ均等にエネルギーを与える。
人体の場合、荷電粒子平衡を考慮して深さ1cmでの点での吸収線量（1cm線量当量）が全体を代表する。対象の厚さが大きいと、指数関数的に徐々に線量は下がっていく。

α線、β線などの場合透過力が低く、表面近傍にのみ局所的にエネルギーを与える。
人体の場合、深さ70μmでの点での吸収線量（70μm線量当量）が皮膚の等価線量を代表する。

クルックス管からの20keVの低エネルギーエックス線の場合、Hp(0.07) = 2 Hp(10) 程度であり、弱透過性と言うほどでは無いが、1cm の深さでの吸収線量は体全体を代表せず、減衰を考慮する必要がある。
整列拡張場でもない簡易なサーベイメーターによるスクリーニングの可能性
30000

25000

Kind-mini
プラスチックシンチレーターを用いた簡易測定機。放射線教育支援サイト「らでぃ」から借りることが出来る。

cpm

20000
Kind-mini
Ranger GM
線形 (Kind-mini)
15000

10000
y = 12.856x
5000

00100

200300400
500
Hp(0.07) / μSv/h

600700800

横軸は低エネルギー測定対応の電離箱 日立 ICS-1323 で測定した70μm線量当量。時間変動があるため、簡易測定器での測定の前後で測定し、平均を取った。

Ranger米国 S.E.International 社製のパンケーキ型広窓GMサーベイメーター。
Inspector USB の後継機。
不感時間100μs程度であり、理論上の計数率の上限は、600kcpm。