量子放射線の世界

放射線安全管理
大阪府立大学 量子放射線系専攻
秋吉 優史

講義内容
・放射線とは何か
・物質と放射線の相互作用
・放射線の検出・天然の放射性核種と半減期・放射線の人体への影響
・放射線の単位・放射線防護・放射線の種類
アルファ線（ 42 He原子核）（例）

アルファ（α）壊変（崩壊）

Ra

α222

Na

β 24

226
88

86

Rn

ベータ線（電子）e

ベータ（β）壊変（崩壊）

（例）

24
11

Mg

12

アルファ線

ガンマ（γ）線の放出

ガンマ線
（電磁波）

陽子
電磁波

中性子

エックス（X）線…原子核の外で発生する
ガンマ（γ）線…原子核から出る
ベータ（β）線…原子核から飛び出る電子

放射線

電荷をもった粒子

アルファ（α）線…原子核から飛び出るヘリウム 42 Heの原子核
その他

電荷をもたない粒子

6 -1- 5

中性子…原子炉、加速器、ラジオアイソトープ（放射性核種）などの利用で発生する

放射線の種類と透過力
α線は紙一枚で止まってしまいますが、逆に言うと紙一枚の厚さの範囲に持っているエネルギーを全部一気に放出してしまうため、体の中でα線を出されるととても影響が大きくなります。
α線を止める

β線を止めるγ線、Ｘ線を止める

中 性 子 線を止める

ア ル フ ァ（α）線

ベ ー タ（β）線
ガ ン マ（γ）線
エ ッ ク ス（Ｘ）線

中性子線

紙

ア ルミニウム等の薄い金属板

鉛や 厚い 鉄 の 板

水やコンクリートβ線は水の中(=体の中)を最大で2mm弱進むことが出来、細胞から見ると比較的広い範囲にエネルギーを落としていき、また体の外から来た場合はほとんど皮膚で止まります。
6 -1- 6γ線は透過能力は高く、遠くから飛んできて体の中までやってきますが、逆に体内で放出されてもほとんど素通りしていきます。

電磁波の仲間
光子のエネルギー E≒1240/λ[eV], λ:波長[nm]波長10-15m

10-14m

1.24MeV12.4keV10-12m10-10m（1Å）

10-13m10-11m

10-9m

10-8m

10-7m

10-6m
（1μm）

10-5m

10m

102m

103m
（1km）

短波
︵HF︶

中波
︵MF︶

短波放送

AMラジオ

超短波
︵VHF︶

極超短波
︵UHF︶

センチ波

ミリ波

1012Hz 1011Hz（1THz）

1010Hz

FMラジオ︑無線

1013Hzテレビ︵VHF︶

1014Hz

テレビ︵UHF︶

1015Hz

携帯電話︑電子レンジ

1016Hz電波レーダー

1017Hzサウナ

1018Hz

テレビのリモコン︑赤外線カメラ︑
こたつ
非接触温度計1019Hz

果物の酸度・糖度測定機

1020Hz

蛍光灯︑白熱灯︑可視レーザー光

周波数1021Hz

日焼け︑殺菌灯

X線撮影︵レントゲン︶
コンピュータ断層撮影︵CT︶放射光

医療用器具の照射滅菌
ジャガイモの発芽抑制

具体的な例
1022Hz1m

マイクロ波

X線のなかには、ガンマ線より波長の短いものもあります

1023Hz

10-3m
10-2m
10-1m
（1mm） （1cm） （10cm）
サブミリ波

0.4μm 0.8μm
紫外線 可視光線

X線（原子核の外で発生）

10-4m
遠赤外線

赤外線

ガンマ線
（原子核から出る）

1.24eV

109Hz
108Hz（1GHz）

107Hz

106Hz
（1MHz）

γ線、X線は光・電磁波の仲間ですが、とても波長が短く、エネルギーが高いため、物質を透過したり、原子の周りを回っている電子を弾き飛ばして様々な影響を与えます。
6 -1- 3

出典：（独）日本原子力研究開発機構「放射線ってなんだろう？」

講義内容
・放射線とは何か
・物質と放射線の相互作用
・放射線の検出・天然の放射性核種と半減期・放射線の人体への影響
・放射線の単位・放射線防護・放射線と物質の相互作用
イオンビーム（α線）

質量が電子に比べてはるかに重いため、電子との衝突によりほとんど曲げられず、少しずつエネルギーを失う。相互作用は電荷の二乗に比例、速度の二乗に反比例（エネルギーに反比例）し、ブラッグピークで急激にエネルギーを放出し、原子核の弾き出しを起こす。

電子線
（β線）

物質中の電子との衝突によって、簡単に方向やエネルギーが変化するため、まっすぐに進まず、広い範囲に広がる。このため、平均的な飛程という物は求めにくく、最大飛程で評価される。重元素に入射すると、原子核周辺の強い電場で急激に曲げられることにより、制動放射X線の発生割合が大きくなる。

γ線、X線

物質を進むにつれて指数関数的に強度が弱くなっていくが、その際の線減弱係数は光子のエネルギーによって関与する素過程の違いが変化するため大きく異なる。数MeVの領域では
高エネルギーの方が透過力は高い。光電効果、コンプトン効
果により物質中で電子線を生成するため、高エネルギーの光子はごく僅かではあるが原子核の弾き出しも起こす。

アルファ

α線

狭い範囲に一気にエネルギーを放出します+

放射線がエネルギーを物質に与えたところ（電離、励起など）+
水の中では数十μm程度、空気の中でも数cmしか飛べず、紙一枚で止まってしまいますが、その範囲に一気にエネルギーを放出します。

ヘリウムの
原子核
ベータ

β線

実際にはまっすぐ進めず、跳ね返されながらジグザグに進みます

電子
ヘリウムの原子核の7000分の1の重さしか有りません

ガンマ

γ線
波長の短い
光の仲間

所々にぽつぽつとエネルギーを落として行きます
水の中でも1cm程度、空気の中では数m飛んでいき、少しずつしかエネルギーを落としません。

途中ほとんど素通り

所々で電子を弾き出す

プラスやマイナスの電気を持っていないため、ほとんど素通りしていきます

弾き出された電子は、β線と同じように振る舞います

表面だけでなく、深いところにもエネルギーを与えます。

「霧箱」を使って放射線を見てみよう!
放射線は普通目に見えませんし、音も聞こえず人間には感じ取ることが出来ないため、どんなものだか良く分かりませんよね。
そこで、100年ほど前に発明された「霧箱」と言う装置を使って放射線が通った
後を目で見てみましょう!
普段、何もないと思っていた空気の中にも、放射線はたくさん飛び交っている
んですよ。

α線
β線（うっすらとしか見えません）

放射線にも色々種類があって、その種類によって飛び方が違うんですよ。

霧箱のしくみ液体のアルコール

温度が高いとたくさん蒸発します

アルコールの蒸気

液体のアルコールの小さな粒
温度が低いと蒸気では居られません
ドライアイスやペルチェ素子でとても冷たく冷やされています

過飽和の蒸気温度が低くなると、蒸発した気体のアルコールは液体に戻ろうとします。
霧のように見える白い点々は液体のアルコールの小さな粒です。
でも、温度が下がったのに液体の粒を作らずにためらっている蒸気も漂っています（過飽和状態と言います）。そこにちょっとした刺激を加えてやると、過飽和の蒸気は次々に液体の粒に変化していきます。

どうして白い筋の様に見えるの?
放射線が空気中を走ると、たくさんの電子を弾き飛ばして
プラスとマイナスのイオンのペアを作ります。
このイオンが過飽和の蒸気の中に出来ると、そこを中心核にして小さな液体の粒になります。
この液体の粒が放射線が通った後にたくさん出来るので、白い筋の様に見えるのです。（放射線の飛跡と言います）
e-

+
e-

e-

+

+

e-

+

e-

+

放射線

+
e-

過飽和の蒸気は冷やされている容器の底に薄く広がっているだけなので、底に平行に走った放射線しか見ることができません。
また液体の粒はすぐ蒸発してしまって、数秒で見えなくなってしまいます。

電離によるイオン対の生成放射線として飛んで行っている原子核や電子は小さすぎてとても目では見られませんし、とても素早いので超スピードのカメラでも追いつきません。
でも、飛んでいった跡が残って、目で見えるのです。
これは、空の上の飛行機雲と同じです。飛行機が飛んでいった後にもしばらく
飛行機雲が残っているのを見ることができます。飛行機雲は、空の上の寒いところで過飽和になった水蒸気が、飛行機のエンジンから出てきた排気ガスなどが刺激になって小さな液体の水の粒、つまり雲になった物です。

霧箱での飛跡の観察

α線の飛跡

β線の飛跡

40mm

40mm
真っ直ぐで、はっきりとしています。
空気中を数cm飛んだだけで止まってしまいます。

糸くずのようなうっすらとした、
曲がりくねった跡を残します。
よく見ないと、見ることができません。

電子線（β線）とα線の比較

電子線（β線）の飛程
β線は、そもそも放出される時点でエネルギーが一様ではない。
これはベータ崩壊の際に反電子ニュートリノが絡む三体崩壊であり電子のエネルギーが決まらないためである。
さらに物質に入射後は非常に複雑な散乱過程を示すのであるが、概ね物質の厚さの増加に伴い指数関数的に強度が減少する。
なお、入射する物質が変わっても質量衝突阻止能はほとんど変わらない。
数MeV程度のβ線では制動放射に伴う放射阻止能は衝突阻止能よりずっと小さいが、ターゲットの原子番号 Z に比例して大きくなるため、遮蔽の際には低Zの材料を使用する。

入射電子線のエネルギー E (MeV),
最大飛程 R (g/cm3) とすると、アルミ中での最大飛程は以下の様に与えられる

R = 0.542 E - 0.133( 0.8<E )R = 0.407E 1.38
( 0.15<E<0.8 )ガンマ線と電子・原子核・原子との反応
散乱光子
θ
ϕ

光子

電子対生成

e 光電子

光子

e 電子

核

電子

コンプトン散乱

光子

散乱光子
e

e

L殻

e

e

e K殻 e
e

e

L殻

核

e

核

光電効果

e+

光子
e

原子

陽電子

e
原子

e

e K殻 e ee

レイリー散乱KEK 放射線科学センター
波戸芳仁 2008年八戸高専での講義資料より

γ線・X線と物質の相互作用
レイリー散乱弾性散乱。入射光のエネルギーが変化しない散乱過程。

光電効果

軌道電子に入射光子のエネルギーを全て与えて、軌道エネル
ギーを差し引いたエネルギーを持つ高速電子（光電子）を生成する。断面積は入射光子のエネルギーの-3.2乗に比例する。

コンプトン散乱

軌道電子に入射光子のエネルギーの一部を与えて、高速電子（コンプトン電子）を生成する。散乱後のエネルギーは散乱角に依存し、連続スペクトルとなる。

電子対生成

入射光子のエネルギーが 1.022MeV 以上の場合、原子核近傍のクーロン場中で電子と陽電子の対を生成する。入射光子
は全エネルギーを失い消滅し、電子・陽電子の静止質量エネ
ルギーの残りは運動エネルギーとして分配される。

光核反応

高エネルギーの光子が原子核と直接反応し、様々な素粒子が放出される。Z=50程度の核種では中性子の結合エネルギーが10MeV程度であり、これ以上のエネルギーの光子の入射により(γ、n)反応を起こして中性子が放出される。

γ線・X線の減衰

ターゲットとなる物質の原子番号 Z の増加と共に、
線源弱係数は
光電効果 Z4～5 に比例コンプトン効果 Zに比例
電子対生成 Z(Z+1) に比例となって Z が大きくなると急激に遮蔽能力が高くなる。

入射光子のエネルギー増加と共に、物質との相互作用を起こす効果が変わっていく。
比較的低エネルギーではレイリー散乱、光電効果が主であり、次第にコンプトン散乱が支配的となる。
高エネルギーでは電子対生成が主となる。
光核反応は12-24MeV 付近で最大断面積となるがμへの寄与は5%程度である。
また、低エネルギーではK殻電子やL殻電子の電離エネルギー以上になると光電効果を起こせるがそれ以下では起こせないため、光電効果の効率が不連続に変化する。これをK吸収端、L吸収端と呼ぶ。

コリメーター
入射光強度
I0

透過光強度
I

γ線源
厚さ x
単一エネルギーで狭い平行線束γ線・X線の減衰は、
I=I0 exp(-μx)
で表わされる。ここでI, I0 は光子のフラックスであり、散乱、吸収により試料の厚さ x に伴って指数関数的に減衰していく。
線減弱係数μの単位はm-1 などで、密度で除したμmが様々な物質、エネルギーに対して与えられている。

GMサーベイメーターによるX線エネルギー評価
100000

不感時間100μs として数え落としを補正した

GM管計数率 / cpm

真の計数値: y = 35937e-7.6529x

10000

計測値
真の計数値

1000

計測値: y = 34316e-7.5532x

100

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

遮蔽体（アルミ）の厚さ / cm

GMサーベイメーターの前にアルミ遮蔽板を置いていき、透過率を測定した。
測定結果から線減衰係数を求めると、7.65cm -1 となり、放電針距離の20mm から想定されるエネルギー20keV強でのアルミの線減衰係数と非常に良い一致を示した。
当初低エネルギー側に尾を引いたスペクトルを想定しており、遮蔽が薄い領
域で計数率が高くなる事が予想されたが、単一のエネルギーだけで説明できてしまった。
遮蔽体を用いた測定前後での遮蔽無しでの測定値はほぼ一致しており安定していた。また、ク
ルックス管から 30cm位置、50cm位置で測定し、評価結果はほぼ同じであった。

アルミ中の
X線エネルギー 線減衰係数μ(keV)(cm-1 )
10
69.5
15
20.8
20
8.9
30
2.8

クルックス管を利用したX線のエネルギー評価

飛跡の長さは4mm程度であり、空気中での20keV電子線の飛程4mm程度と良く一致している。

クルックス管からのX線によって弾き出された
光電子の霧箱観察結果（放電針距離20mm）。

エネルギー既知のX線を入射して飛跡の長さのヒストグラムを作成し、エネル
ギーに拡がりを持つX線のスペクトルが評価できないか?

霧箱を用いた低エネルギーX線のエネルギースペクトル評価の可能性

クルックス管からのX線による光電子放出①④③＋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）－ －②

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

霧箱

－

－

＋

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）、弾き飛ばされた高速電子はβ線と同じように振る舞う。

－

－

電子の加速

－極
＋極
高電圧電源（～20kV）
単色のX線でも飛跡の長さは有限の幅のスペクトルを持つ。

弾き出された光電子のエネルギーは、最大でもクルックス管にかけた電圧程度。実際には、放出されるX線スペクトルのピークは印加電圧の半分程度だがガラスの吸収により大きく変化する。
光電子のエネルギーはX線のエネルギーから軌
道電子の結合エネルギーの分だけ低くなる。
コンプトン電子では角度によってさらにエネルギ
ーは低くなる。

講義内容
・放射線とは何か
・物質と放射線の相互作用
・放射線の検出・天然の放射性核種と半減期・放射線の人体への影響
・放射線の単位・放射線防護・

様々な検出器による測定• 放射性同位元素を用いた実験を行うにあたり、自分が使用する核種に合わせた測定器を用いて、空間線量と汚染の測定を行う必要がある。
• 線種やエネルギーの違いによる検出器の応答の違いを理解していないと、正しく評
価できなかったり、全く測定することが出来ない場合がある。

♪
ピッ

高エネルギーの放射線
ズバッ!

高エネルギーの場合♪
ピッ
低エネルギーの場合

GM管や、シリコン半導体検出器（フォトダイオード）

一発は一発!
ひょろひょろ～低エネルギーの放射線

放射線のエネルギーって何?
α線やβ線など、粒子が飛んでくる放射線の場合はその粒子のスピードと思って頂ければ理解しやすいと思います。
もちろんスピードが速いほどエネルギーは高くなります。
γ線、X線は光の仲間で、エネルギーはその光の波長と言うことが出来ます。赤外線、可視光線、紫外線とだんだん波長が短くなるに従ってエネルギーが高くなります。
ここで光の強さ（明るさ）と、エネルギーの大きさは違います。
光の強さは放射線の本数に相当します。
低いエネルギーの光が何本集まっても、高いエネルギーの光になることはありません。
高いエネルギーの放射線ほど、物質を突き抜ける透過力が強くなります。

入射する放射線のエネルギーによらず、同じ大きさのパルスを出力します。
一定時間内に何発放射線が飛んできたか、と言う情報だけを知ることが出来ます。
一部の製品は、Cs-137 の 661keV のγ線が飛んできた、と言うことにして線量を評価しています。

ピ ッ♪
高エネルギーの場合♪
ピッ

低エネルギーの場合

シンチレーターや、Ge半導体検出器

きちんとエネルギーを区別
入射する放射線のエネルギーによって、出力するパルスの大きさが異なります。
どのぐらいのエネルギーの放射線が何発来たかという情報を合わせて、線量を評価します。

実効線量 [Sv]

GM管の計数値 [count]

人体に与えられたダメージ→ 各臓器へのダメージを合計

検出器が捕捉した放射線の数（種類やエネルギーは分からない）
ほとんど検出器を透過してしまう

高い透過力で全身にダメージを与える（検出効率1%以下）

γ線
β線

γ線
ほぼ100%で検出するGM管の計数値は
ほとんどがβ線によるもの

ほとんどが皮膚近傍で止まってしまう

β線

外部被ばく線量はγ線によるもの

実効線量率を表示する検出器 →Cs-137のγ線の検出効率から逆算して計数値から実効線量を計算している

皮膚自体へのダメージは、別途、等価線量[Sv]（組織ごとのダメージ）として管理されている（窓材での吸収を除く）

β線は遮蔽されていることが前提

Ge半導体検出器• 放射性物質はそれぞれの核種に固有のエネルギーを持った γ線を放出するため、そのγ線のエネルギーを測定することにより未知試料中に含まれる核種を同定することが可能である• Ge半導体検出器はp層/空乏層/n層から構成されており、 p-n 接合部の空乏層に電荷のキャリアがほとんど存在しないため、逆電圧を印加してもほとんど電流が流れないが、空乏層結晶中に高速の荷電粒子が入射すると、価電子帯にある電子は伝導帯におしあげられ、多数の電子-正孔対が生成される。
• ただし、β線は（もちろんα線も）検出器を覆うステンレス製のハウジ
ングを透過できないため、検出することは出来ない → γ線が結晶中に入射した後に発生する光電子などを検出する。
• 一組の電子-正孔対を作るのに要するエネルギーはGe の場合
2.96eV であり、これがエネルギー分解能となる。

非常に高価だが詳細なスペクトルを得ることが出来る

γ線スペクトル測定の一例

直接測定法とスミヤ法• 汚染検査を行いたい場所の空間線量率が高かったり、通常のサーベイメーターでは測定できな
いトリチウムなどを測定したい場合、その場で対象物を測定する直接測定ではなく、スミヤろ紙で表面をぬぐって、バックグラウンドの低い場所で測定を行う、スミヤ法が用いられる。
• 対象物の表面汚染密度を求める場合には、拭き
取る面積と、どの程度の効率で表面の汚染を拭き取ることが出来るかという拭き取り効率を知る必要がある。

放射線計測の際の注意

Radiation? 空間線量率が問題か、表面汚染が問題か?
orContamination?
非密封の RI を使用する実験で、GM サーベイメーターや、NaI シンチレーションカウンターなどで空間線量率を測定して大した値でなければ問題無い、というのは大間違い!
表面が少しぐらい汚染されていても空間線量率は大して変わらないが、汚染によって内部被ばくの危険があり、RIを「管理」して使用する施設で有ってはいけないところに汚染が広がると、大問題!

講義内容
・放射線とは何か
・物質と放射線の相互作用
・放射線の検出・天然の放射性核種と半減期・放射線の人体への影響
・放射線の単位・放射線防護・

宇宙からの放射線
太陽から帯電した粒子が大量に放出されています。
地球の磁場に捉えられた一部がオーロラとして観測されます。

アラスカ、フェアバンクスで観察されたオーロラ

国際宇宙ステーション ISS の完成予想図

大気で地球上の生物は守られている

超新星爆発などで発生した非常にエネル
ギーの高い（～1020 eV ）銀河宇宙線も飛んできています。
上空で大気とぶつかって核反応により放射性核種の生成が起きています 。
(一年間に C-14: 1015 Bq, H-3（トリチウム）: 1018 Bq 程度が生成されています)

おうし座のかに星雲。
超新星爆発の残骸。

大気で遮蔽されていない上空では放射線量が増加します。
欧米への飛行機での往復で100～200μSv程度被ばくします。
宇宙ステーション（ISS: 高度400km）では、1日当たり0.5～
1mSv程度にもなります。

大地からの放射線

花崗岩

ウランは地殻中でありふれた元素

地中の岩石の中には少しずつウランが含まれていて、平均で1トンあたり2.4g、花崗岩には11gも含まれていて、140kBq に相当します。ウランの娘核種もまた放射線を出して別の放射性核種となる、壊変系列を形成しています。
地球の内部が暖かく、温泉が出るのも、地球の内部の放射性物質の崩壊によるエネルギーだと言われています。

トンネルの中は周囲を岩石に囲まれてるため地表よりも放射線量が高くなります。
（東名高速の日本坂トンネルで0.13μSv/h など地表の倍程度）

ラドン温泉

壊変系列の中に気体の放射性核種、ラドンが含まれていて、石の中から出てきて空気中を飛んでいます。これが肺の中でα線を放出して内部被曝を起こします。

ピ サ の斜塔

世界には日本よりはるかに自然放射線量が高い（年間10mSv以上）地域があります。
国内でも岩盤が多く露出している地域では比較的放射線量が高く、火山灰で覆われている地域などは低く、県単位の比較でも年間で300μSv程度異なります。

イタリア・ピサの大聖堂

食品からの放射線

福島事故以前から含まれる放射能天然のカリウム1gには30BqのK-40が入っています。カリウムは作物に、そして人間にとっても必須の元素の一つです。昆布や椎茸、キュウリなどに沢山含まれており、人間の体の中にも体重60kgで4000BqのK-40 が含まれていて一年間で170μSv 被曝しています。
カリ肥料

60kgの日本人の体の中にはおよそ 20BqのPo（ポロニウム）-210と言う放射性核種が含まれています。K-40 がβ線/γ線を放出するのに対して、このPo-210 はα線を放出するため、内部被曝量は年間で800μSvにもなります。

タバコ1本には 0.024Bq のPo-210が含まれており、一日一箱の喫煙で年に100μSv 被曝します。

天然の放射性核種
地球が誕生して約50億年、未だに天然の放射性核種が残る。
放射性核種の半減期則より10半減期の後では元の1024分の1、40半減期では1兆分の1 となるため、半減期の短い核種は既に消滅している。

壊変系列をつくる放射性核種
親となる核種の寿命が長く(U-238 45億年, Th-232 140億年)、
α崩壊に伴って質量数が親核種から4ずつ小さくなる。

系列を作らない核種
大気上層で宇宙線により 3H (1018Bq/y)、14C(1.3x1015Bq/y)が生成される。
3H は半減期12.3年、14Cは5730年と短い。
一方、地球誕生時から存在したものとして以下の核種などが知られている。
40K（半減期12.8億年，天然のK中の存在比 0.0117％）、
87Rb（480億年、27.8％）
147Sm（1060億年，15.1％）
148Sm（8000兆年，11.3％）
115In（510兆年，95.7％）
113Cd（9000兆年，12.2％）
187Re（400億年，62.6％）
144Nd（2100兆年、23.8％）
http://www.shse.u-hyogo.ac.jp/kumagai/eac/chem/radiochem.htm

放射壊変系列 1: ウラン系列 (4n+2)

親核種: U-238

空気中のラドンの娘核種の捕集と崩壊曲線
10000

市販の掃除機吸入口先端にガーゼ（ベンコット）をかぶせて5分ほど吸引し、広窓型
GMサーベイメータ TGS-136のスケーラーモードで1分間計数した

計数率 / cpm

T1/2 = 44.7min
1000

y = 1789.5e -0.0155x

100
0

10

20

30

40

50

経過時間 / min

60

70

80

90

ラドンの影響は小さい

ポロニウムの影響が大きい

講義内容
・放射線とは何か
・物質と放射線の相互作用
・放射線の検出・天然の放射性核種と半減期・放射線の人体への影響
・放射線の単位・放射線防護・

放射線を身体に受けると何が起こるの
放射線は原子の周りの電子を弾き飛ばしてしまい、結合している手を切ってしまったりする「電離作用」
を示します。

直接DNAを構成する原子を電離して切断するほかに、水を電離して、活性酸素のような化学的に活性なラジカルを作り出します。このラジカルが、間接的にDNAを切断します。

水分子

電離される

間接作用

直接作用
細胞の中のDNA

放 射 線

OHラジカル細胞のDNAは放射線以外にも呼吸により発生する活性酸素などで常に攻撃されています。
このため、細胞は切断されたDNAを元通りに修復しています。修復できないほどDNA切断が多い場合には、アポトーシス（自分のDNAを細かく切り刻む現象）によって細胞は自ら死んでしまい影響を後に残しません。
余りにもたくさんの攻撃を受けると、ごくまれに起こるDNA修復誤りによって遺伝子突然変異が起こり、発がんの原因になると考えられています。

核種による違い
同じ 1Bq でも核種によって人体に与える影響（Sv）
は全く異なる!

1Bq とは、ある核種が1秒間に1回別の核種に壊変する、という量で、核種によって放出する放射線の種類（α、β、γ）、エネルギー、本数が異なり、さらにそれぞれの放射線を放出する確率も異なっている。

電球の能力を表わす単位[ワット(W)]

白熱灯、蛍光灯、LED で同じワット数でも明るさが違う

核種によって同じベクレル数でも人体に対する影響が違うα線

水中での最大飛程: 50μm程
狭い範囲に一気にエネルギーを放出する
止まる直前は特に沢山エネルギーを落とす

β線

水中での最大飛程: 1cm 程度

所々にぽつぽつとエネルギーを落とす
実際にはまっすぐ進まず跳ね返されながらジグザグに進む

γ線

途中ほとんど素通り

所々で電子を弾き出す

放射線の種類によって影響が違います
同じエネルギーの放射線を吸収した場合でも、アルファ線と, ベータ線、ガンマ線とでは、20倍も影響の大きさが違います。
α線

相互作用の違いを反映
β線*体重60kgの日本人

体内の放射能1年間に被ばくする実効線量

カリウム

0.17 ミリシーベルト

β・γ線のみポロニウム

0.80 ミリシーベルト

α線を放出

K-40: 4,000Bq
Po-210: 20Bq

100ベクレル を肺に吸入したときの被ばく線量
プルトニウム-239

12 ミリシーベルト

セシウム-137

1000分の3.9 ミリシーベルト

トリチウム（H-3）

1億分の2.6 ミリシーベルト

同じベクレルの放射能でも体に与える影響は全く異なります!
プルトニウム-239: 5.1MeV のα線、半減期 2.4万年、肺や肝臓などに沈着
セシウム-137: 0.51MeV のβ線と 662keVのγ線、半減期 30年、カリウムなどともに体外に排出
トリチウム(H-3): 18.6keV のβ線、半減期 12.3年、水と共に体外に排出

放射線の人体への影響
急性障害（紅斑、脱毛）

身体的影響

胎児発生の障害（精神遅滞）

確定的影響（組織反応）（しきい値※がある）

（白内障）
晩発障害
（がん・白血病）

確率的影響
遺伝性影響

（しきい値※はないと仮定）

遺伝性障害（先天異常）※しきい値：ある作用が反応を起こすか起こさないかの境の値のこと

6 - 3 -2
原子力・エネルギー図面集 2015

放射線を一度に受けたときの症状
凡例

ミリシーベルト

局部被ばく
皮膚

急性潰瘍

部位

症

状

全身被ばく

10,000以上

10,0009,000

全身100％の人が死亡

全身50％の人が死亡

1,000

全身

悪心、嘔吐（10％の人）

500

全身

末梢血中のリンパ球の減少

100

全身

臨床症状が確認されず

8,000
7,000
6,000

皮膚

紅斑

水晶体

白内障

5,000

生殖腺

永久不妊

4,000

皮膚

脱毛

3,000
2,000

水晶体

水晶体混濁

（注1）がんや遺伝性影響を除く確定的影響（組織反応）について記載（注2）一般の人の線量限度1.0 mSv/年、原子力発電所周辺の線量目標0.05 mSv/年

6-3-3

出典：（公財）放射線影響協会「放射線の影響がわかる本」より作成

原子力・エネルギー図面集 2015

放射線防護の考え方
確定的影響（組織反応）は、しきい線量 ※以下に抑えることで影響をなくす。
確率的影響は、しきい線量は無いと仮定し、影響の現れる確率が容認できるレベル以下の線量に抑える。
〔確定的影響（組織反応）：脱毛・白内障等〕
影 響の現 れる確 率

しきい線量

0
影響なし

線量

〔確率的影響：がん・白血病等〕
影 響の現 れる確 率

自然発生率
仮定
容認できる
レベル

0

線量

※しきい線量：ある作用が反応を起こすか起こさないかの境の値のこと

6-3-5

出典：（公財）放射線影響協会「放射線の影響がわかる本」より作成

原子力・エネルギー図面集 2015

日常生活と放射線放射線を受けた量（ミリシーベルト）
私たちは毎日の暮らしの中で10000

2500〜6000ｍＧｙ 不妊（生殖腺）※1 、3000〜5000ｍＧｙ 一時脱毛（皮ふ）※1

いろいろな放射線を受けている

宇宙から 0.39

100ミリシーベルト以下1000

被ばくによる発がんリスクに統計的な差はない

大地から 0.48

500〜2000ｍＧｙ 水晶白濁（眼）※1

ラムサール（イラン）、ケララ、チェンナイ（インド）
大地からの自然放射線 0.5〜613.2

500ｍＧｙ 造血機能の低下（骨髄）※1

100

100

（住民の方の健康への影響は確認されていません。）
50

10食物から 0.29

1人当たりの自然放射線（年間） 2.4

緊急作業に対する制限

発電所などで働く作業者に対する制限（年間）※4

2.4〜12.9 ＣＴ（1回）（世界平均）

2.0〜10 ＰＥＴ検査（1回）

1

1人当たりの自然放射線（年間） 2.1（日本平均）

空気中のラドン※2から 1.26

100〜6200ｍＧｙ
心臓カテーテル（皮ふ）

3.0 胃のＸ線検診（1回）

1.0

東京〜ニューヨーク
航空機旅行（往復） 0.11〜0.16

一般公衆に対する制限（医療は除く）
（年間）

0.1
※1 放射線障害については、各部位が均等に吸収線量1ミリグレイのガンマ線を全身に受けた場合、実効線量1ミリシーベルトに相当するものとして表記※2 空気中に存在する天然の放射性物質※3 自然界の放射線レベルと比較して十分小さく、

クリアランスレベル
0.01（年間）

0.06
※3

0.05

0.01

0.022

安全上放射性物質として扱う必要のない放射線の量※4 発電所などで働く作業員に対する線量は5年間につき100ミリシーベルト
かつ1年間につき50ミリシーベルトを超えない

6 -2-1

0.001

0.01

歯科撮影

胸のエックス線集団検診（1回）

原子力発電所周辺の線量目標値（年間）

再処理工場（六ヶ所村）の線量評価値（年間）0.001未満原子力発電所からの放出実績（年間）

出典：国連科学委員会（UNSCEAR）2008年報告書、（公財）原子力安全研究協会「新版生活環境放射線（平成23年）」、
ICRP「Publication103」、他

原子力・エネルギー図面集 2015

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

ICRPの放射線防護体系
国際放射線防護委員会 ICRP の勧告
放射線防護の基準を決める三つの原則

正当化

Justification
リスクを上回る利益がなければならない

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

線量限度

Dose Limit
線量限度を超えてはならない（緊急時と医療を除く）

線量限度について
区分

実効線量限度（全身）

等価線量限度（組織・臓器）放射線業務従事者
一般 公 衆

平常時

100mSv/5年※1
50mSv/年※2
女子 5mSv/3月間※3
妊娠中の女子 1mSv
（出産までの間の内部被ばく）

眼の水晶体 150mSv/年※2
皮膚 500mSv/年※2
妊娠中の女子 2mSv
（出産までの間の腹部表面）

緊急時

100mSv※4眼の水晶体 300mSv
皮膚 1Sv※5

平常時

1mSv/年※2眼の水晶体 15mSv/年※2
皮膚 50mSv/年※2（注）上記表の数値は、外部被ばくと内部被ばくの合計線量
自然放射線による被ばくと医療行為による被ばくは含まない※1 平成13年4月1日以後5年ごとに区分※2 4月1日を始期とする1年間※3 4月1日、7月1日、10月1日、1月1日を始期とする各3月間※4 平成23年3月14日に福島第一原子力発電所の緊急作業に従事する者は、250mSvに引き上げられた（平成23年12月16日廃止）※5 1Sv（ シーベルト）＝1,000 mSv（ ミリシーベルト）＝1,000,000 μSv（マイクロシーベルト）

6-4-4

出典：実用発電用原子炉の設置、運転等に関する規則の規程に基づく線量限度等を定める告示

原子力・エネルギー図面集 2015

発がんへの影響はどのぐらいなの?
固形ガン発症の過剰相対リスク

30歳の時に被ばくした人が、70歳になったときの過剰相対リスク
同年代の人よりもどの程度上乗せでガンになりやすいか。
（1.0で、被ばくしていない人の2倍の発症となる）

原爆被爆者の寿命調査から得られた統計データ

1000ミリシーベルトの被ばくで発がん率が1.42倍になります

非常に高い線量を被ばくすると、間違いなく発がん率は増加します
原爆のデータは、ごく短期間にいっぺんに被ばくした場合に相当します。長期間にわたり少しずつゆっくり被ばくする場合
は影響は小さくなり、半分程度になると考えられています。

1000

2000

被ばく線量 (ミリシーベルト)
100mSv3000

固形ガン発症の過剰相対リスク

低線量放射線の影響はどのぐらいなの?
生涯にわたってどこかでガンによって死亡するリスクは、被ばく時の年齢、性別などを全世界で平均化した場合、慢性被ばく100mSv で 0.5ポイント
だけ「上乗せ」されます。

高い線量での関係から、直線的だと考えて管理・規制しています

高い線量での発がん率から計算すると、100mSvを短時間に被ばくすることにより、被ばくしていない人より、ガンの発症リスクが 1.05倍に増加となります。*（被ばくしていない人の発症率を20%とすると、21%になります）* 30歳で被ばくした人が70歳になったときの値で、被ばくしたときの年齢、その時の年齢で上乗せのリスクは変わってきます。

0.05

これ以下の線量でも影響はあるかも知れませんが、影響が小さすぎて、他の生活習慣などに隠れてしまって有るのか無いのか良く分からない、というのが100ミリシーベルトという線量です。

100mSv

被ばく線量 （短時間での被ばくの場合）

長期間の被ばくの方が危険じゃないの?
合計で同じ線量を被ばくするなら、時間あたりの線量が小さい方が影響は少ない!

●高線量率（ 900mGy/分 X線）○低線量率（～8mGy/分 γ線）

ん
ぺ
っ
い

く
ば
被
に

同じ線量を
被ばくしても、影響が小さい1950年代に行われた、700万匹にも及ぶマウスを用いた、「メガマウスプロジェクト」からのデータです。
これほど大規模な実験は現在では国家レベルでも不可能です。

ばく
被
り
ゆっく

1000

3000

5000

細胞にはDNAを修復する力があります

7000

マウスに対する吸収線量（ミリグレイ）
放射線必須データ32、創元社、p.20. （メガマウスプロジェクトの論文より引用、原典では横軸単位はレントゲン）

9000

グレイは物質に吸収される放射線のエネルギーです。
100ミリグレイのX線やガンマ線を人間が吸収した場合、100ミリシーベルトと同じ数値になります。

世界の自然放射線

Yangjiang
KeralaGuarapariRamsar（「世界の大地放射線」 放射線照射利用促進協議会）

高自然放射線地域でのがん罹患率
インドケララ州高自然放射線地域

地域住民の発がんリスクは高くない(Nair, R. R. K. et al., Health Phys., 96, 55-66, 2009)

子供は被ばくの影響が大きいんじゃないの?
原爆被爆者の被ばく時年齢による
全固形ガンによる死亡リスクの比較 *白血病は除外
リスク3倍

リスク2倍

被ばくがない場合1000mGy 被ばくした場合のガンによる過剰相対死亡リスクを、被ばく時の年齢、およびその後生存していった場
合の各年齢で整理したグラフ。

被ばく時に若いほどその後の影響は大きく、また若い
時点ほど相対的なリスクは大きい。
ただし、被ばくがない場合のそもそものリスクは年齢が上がるほど大きくなるため、絶対的なリスクは高齢者ほど上昇している。

子供は被ばくの影響が大きいんじゃないの?
原爆被爆者の被ばく時年齢による
全固形ガンによる過剰死亡絶対リスクの比較

絶対的な死亡者数は、高齢になってからの方が多い。
ただし、被ばく年齢が低いほどその後も継続的に高い。

白血病の死亡過剰相対リスク

子供が被ばくした場合の白血病による死亡相対リスクは非常に高い。
ただし、そもそも白血病による死亡者は固形ガンの1/40以下で、20歳程度までの若年時の死亡率は非常に低い（10万人中1人程度）。

講義内容
・放射線とは何か
・物質と放射線の相互作用
・放射線の検出・天然の放射性核種と半減期・放射線の人体への影響
・放射線の単位・放射線防護・この場合は実効線量を表わす

シーベルトにも色々あることに注意!

被ばく管理に用いられる量（防護量）
等価線量 equivalent dose, Sv
放射線加重係数×吸収線量(Gy) (組織、臓器で平均）
放射線加重係数: （≠生物学的効果比 RBE、線質係数→空間のある一点）
X線、γ線、電子線→1
中性子 → 5～20（エネルギーにより異なる）
α線、重イオン → 20

実効線量

effective dose, Sv

組織加重係数×等価線量(Sv)
組織加重係数: 全身被ばくの場合を1とし、各組織単体での被ばくの影響を相対評価

被ばく管理に用いられる量（実用量）
等価線量や実効線量は実際には直接測定することが出来ない
周辺線量当量ambient dose equivalent, Sv

ある放射線場の中に置いたICRU球の深さ 1cm, 70μm での線量当量 → 1cm線量当量、70μm線量当量
線量当量(Sv) = 線質係数×吸収線量(Gy) (空間の一点）
線質係数: 放射線の水中における衝突阻止能= 線エネルギー付与 LTE の関数

被ばく管理に用いられる量（外部被ばく）
実効線量率定数 Γ
γ線源
実効線量率定数 Γ（μSv・m2・MBq-1・h-1)

241Am

0.00576

effective dose rate constant,mSv・m2・MBq-1・h-1
137Cs

0.0779

192Ir

0.117

226Ra

0.217

娘核種を含む

60Co

0.305

実効線量率定数がΓ である核種の放射能をQ (MBq)としたとき、・距離 r (m) における実効線量率 E （μSv/h） を以下の様に求められる。
・E = Γ × Q / r2
Γ は、線源が放出するγ線のエネルギー、本数、放出確率を加味している。
γ線のエネルギーと線束が求まれば実効線量率は一義的に求められる。
Bq とは、一秒間の壊変数であり放射線の放出回数ではないことに注意。

講義内容
・放射線とは何か
・物質と放射線の相互作用
・放射線の検出・天然の放射性核種と半減期・放射線の人体への影響
・放射線の単位・放射線防護・

放射線防護の基本
1.遮へいによる防護

2.距離による防護

3.時間による防護（線量率）＝遮へい体が厚い程低下（線量率）＝距離の二乗に反比例（線量）＝（作業場所の線量率）
×（作業時間）

コンクリート距離

放射性物質（mSv/h）（mSv/h）

（mSv）

1

2

3

4

5

コ ン ク リ ート の 厚 さ

6（cm）

線 量

線 量 率

線 量 率
0

0

1

2

3

4

5

6（m）

放 射 性 物 質 からの 距 離

6 - 3 -1
原子力・エネルギー図面集 2015

0

0.5

1.0

作 業 時 間2.0（h）

RI取扱時の遮蔽
コンクリート

鉛ブロック
RIと作業者の間に適切な遮蔽を行い、被曝線量を可能な限り低減する。
→ 作業時間が多少長くかかっても、遮蔽による低減を行った方が有効な場合が多い→ 事前に作業内容を良く確認して適切な遮蔽体の配置を検討する

鉛ガラス

8しゃへい計算○ γ線・X線 → それぞれの核種に対して実効線量率定数が与えられている。これで求めた実効線量率に、実効線量透過率(effective dosetransmisssion) をかけて求めるが、実効線量透過率は放射線のエネルギー、
しゃへい体の原子番号、しゃへい体の厚さによって異なるため、主要な核種ごとに鉛、鉄、コンクリート、水の厚さに対する実効線量透過率のグラフが与えられている。

光電効果などの光子と物質の相互作用はエネルギー、Zで大きく変化する!
○α線 → 考慮する必要なし○ β線 → アクリル容器で囲んだ場合に発生する制動放射X線に対する実
効線量率定数が与えられており、さらに代表的なβ核種に対してしゃへい体
ごとの透過率が数表で与えられている（遮蔽計算実務マニュアルなど）。

被ばくと汚染の違い

被ばく

汚染

放射線を受けること

放射性物質が皮膚や衣服に付着した状態

放射線

放射性物質
外部被ばく

内部被ばく

6-3-6
原子力・エネルギー図面集 2015

汚染

内部被ばくはずっと体内で放射線を出すから危ないんじゃないの?
クイズ: 1kg あたりセシウム-137 を 100 Bq 含む米を、一食あたり1合（精米で150g、炊きあがりでは330g）、一日三食、365日食べつづけたとして、そのあと50年間で被ばくす
る線量はどの程度になるでしょう?
現在⼀般⾷品中の放射能濃度の基準値は、放射性セシウムで 100ベクレル/kg となっており、この設定は基準値の上限値の場合となっていま

答え: 0.21ミリシーベルト

す。現在も福島県産の⽶については全量検査が続けられていますがほぼ全てのサンプルで検出できないぐらい放射能は少なくなっています。
ですので、今回のクイズは有り得ないぐらい⾼い濃度の⾷品だけをずっと摂取し続けた場合、と⾔う極端な例だとお考え下さい。

「内部被ばく」による影響

・どんな放射線の種類か（α、β、γ）
・どのぐらいのエネルギーか・物理的な半減期・排出されやすさ（生物学的半減期）
・どんな臓器に蓄積されやすいか・蓄積される臓器の感受性

その後 50年間にわたる影響を、取込んだ時点
でいっぺんに被ばくしたとして被ばく線量（シーベルト）の計算をします。

欧米に飛行機で旅行すると、宇宙線の増加により0.2ミリシーベルト程度被ばくします。

全部考慮して評価していますこのようにして求められた内部被ばくの線量と、外部被ばくの線量とは、同じリスクになります。
実際には、同じ量を少しずつ⻑い期間にゆっくり被ばくするのと、いっぺんに被ばくするのとでは、DNA修復のメカニズムがあるため、
ゆっくりの方が影響は小さくなります。

被ばく管理に用いられる量（内部被ばく）
預託線量 committed dose, Sv
体内に取込んだ放射性物質により内部被曝する場合、取込んでから50年間（子供に対しては70年間）先まで被ばくする線量を時間積分して、取込んだ時点にいっぺんに被ばくしたとして被ばく管理を行う。線量として等価線量を用いると預託等価線量、実効線量を用いると預託実効線量である。
ここで被ばくする線量は、物理的な壊変や生物学的な排泄などにより時間と共に減少していき、簡単に求めることが出来ない。放射する線質、壊変速度や化学的性質から、核種ごとに実効線量係数（Sv/Bq）が求められており、取込んだ放射能から預託実効線量を求めることが出来る。経口及び吸入摂取についてそれぞれ定められている。

被ばく管理に用いられる量（内部被ばく）
ベクレルからシーベルトへの変換
実効線量率定数 effective dose rate constant
・放出される放射線の種類と、エネルギー

外部
被ばく

・放出確率

実効線量係数 effective dose coefficient
上記二つに加えて、・物理的半減期・生物的半減期・特異臓器集積と組織加重係数

内部被ばく秋吉 ホームページ
http://bigbird.riast.osakafu-u.ac.jp/~akiyoshi/
講義資料の配布
http://bigbird.riast.osakafu-u.ac.jp/~akiyoshi/Lecture/