JEMEA Bulletin Vol.5 No.1 (2020.2)

マイクロ波化学研究における安全対策大内将吉
九州工業大学・情報工学部・生命情報工学科

1

１．ご自身の電磁波エネルギー利用の研究開発に関して，装置・機器を操作する際にこれまで発生したヒヤリハット（危険）な状況，事故状況を記してください。
・有機化合物（固体・粉末）3ｇをガラス容器に入れ，家庭用電子レンジ
500 Wで加熱していたところ，10分くらいでガラスターンテーブルの一部（直径3くらい）が，溶け出した。危険と判断し，加熱を止めた。有機化合物は，燃えること無く茶褐色に変色した（これが目的）。
・改造電子レンジからのマイクロ波の漏れ。
（１）天板に穴（4 cm）を開けた電子レンジ（２）植物の光合成反応の実験をするため，蛍光灯の光を外部から導入しようとして，電子レンジ正面のガラス板を除いて実験したところ，電源を繋いでいない蛍光灯が点灯した。蛍光灯を正面から10 cmほど離すことで点灯しなくなった。（リークセンサーで計測しても許容範囲であった。）
２．１での危険な状況・事故を受けて，どのような取り組みをなさいましたか。
・マイクロ波を吸収しないような固体粉末を加熱する場合は，現場を離れない。
・リークセンサーで常時周辺のマイクロ波の漏れを監視する。
・1 cm〜1 mmくらいのメッシュの金網やアルミホイルで，装置を囲う。

215

JEMEA Bulletin Vol.5 No.1 (2020.2)

３．安全に研究開発を進めるために，取り組むべき事柄，考えをご記載ください。
・研究室セミナーでの情報交換。
・研究室での事故の記録と閲覧
・新しく研究室へ入った学生の指導として，家庭用電子レンジを使って，様々な液体化合物の昇温測定実験を実施している。また，リークセンサによる電磁波の漏れを測定し，電磁波エネルギーを具体的数値で理解するようにしている。
・スマートホンのカメラに接続するタイプのサーモグラフィーが安く手に入るようになったことから，サーモグラフィーによる監視は必須となった。
４．安全対策WGの活動として，学会HPにデータベースを作り公開する予定です。
どのような情報をお望みでしょうか。
・ヒヤリハットの情報の共有

3INDEX
大学での安全対策
１．教育と研究の中での取り組み
毎年，新人が現れる
２．化学分野の安全対策
生物分野の安全対策
３．安全第一で研究を考えるなら，ルーチン化
研究テーマによっては，リスクを取る
電子レンジの改造（改造は専門知識をもった技術者に従ってください）

416

JEMEA Bulletin Vol.5 No.1 (2020.2)

研究目的
あえて自作装置にこだわる
一般的に市販されている電子レンジを改造し，実験に盛り込むことができれば大きなコストダウンにつながる
電子レンジを改造するにあたっての課題
・温度制御・出力制御・安全性
サーモグラフィーや温度制御装置、リークセンサー等の周辺機器を駆使し，安全かつ実験に応用可能な装置を製作する

5

改造手順
化学プロセスで重要な抽出に注目し，ソックスレー抽出実験の過程で，ソックスレー抽出器にマイクロ波を照射するために，電子レンジを改造した。
①ソックスレー抽出管を通すため，家庭用電子レンジの上下に直径5cmの穴をあけた②熱電対をデータロガーに繋ぎ，反応容器内の温度をPCでモニタリングできるようにした③変圧器を電子レンジに繋ぐことで，出力調整をできるようにした④漏電に対処するためアースを取り付けた⑤穴をあけたことによる電磁波の漏れが気になったため，電子レンジをメタルラックに載せ，周囲をアルミでシールドをした

617

JEMEA Bulletin Vol.5 No.1 (2020.2)

電子レンジ改造

・変圧器でマイクロ波出力制御・熱電対，温度調節器で温度制御・電子レンジに穴を空けることで熱電対が挿入可能
・リークセンサーで電磁波漏れのチェック
7

家庭用電子レンジEMF-810：0～1.999mW/cm2まで測定可能

リークセンサーで電磁波漏れを測定
818

JEMEA Bulletin Vol.5 No.1 (2020.2)①マイクロ波装置の設計

Ver.
1.0

スターラーでマイクロ波を撹拌まわりが温まらなかった9

Ver. 2.0
加熱ムラが生じたVer.
2.5

熱電対と空冷用の穴を開けた

マイクロ波リークセンサー

1019

JEMEA Bulletin Vol.5 No.1 (2020.2)

改造装置の温度コントロール

測温ポイント 37.1℃温度範囲 +1.1℃ ～-0.5℃
色調Max 38.1℃
色調Min 36.5℃

38.6℃+0.8℃～-0.4℃
39.8℃
38.6℃

44.3℃
+0.3度 ～-1.0℃
45.3℃
44℃

11

電磁界測定の実験条件
安全基準
電気用品安全法では，電子レンジから5cmの距離で作動中の電力密度が1 mW/cm2以下と決められている。
500mlビーカーに水道水200mlを入れ，電子レンジで加熱。その際の電磁波漏れを改造前後で測定した。改造前の測定は，家庭用電子レンジはもちろん，企業が製作しているマイクロ波装置でも行った。
・出力は750W
・測定開始時のレンジ内温度は27～30℃
・開始時水温：27±0.5℃

1220

JEMEA Bulletin Vol.5 No.1 (2020.2)

電磁波漏れの測定方法• 電子レンジの前,後,上,下,左,右の6面において,①リークセンサーの上端がレンジの中央付近を向く②レンジの面に垂直③リークセンサーのモニターが天井または正面を向くになるようにリークセンサーを設置して，10～15秒電子レンジを稼働し,電力密度のピークを測定した。
• レンジに触れた状態(0cm)から，10cm刻みで距離を離していった。
レンジから30cmの距離まで測定した。
• シールドがある状態では，電子レンジの面からシールドまでの距離を測り,シールドに触れた状態で測定した。

測定例：通常レンジ，正面0cm

top

電力密度(mW/cm2)

電磁界比較（改造前後）

電力密度(mW/cm2)

132
10010203040

back
0.05
00

電力密度(mW/cm2)

00102030

距離(cm)

front2
1001020距離(cm)

30

電力密度(mW/cm2)

電力密度(mW/cm2)
電力密度(mW/cm2)

left20right0.05
001020距離(cm)

bottom

改造前21

シールドなし001020距離(cm)14213030距離(cm)

距離(cm)

0.05

10

シールドあり30JEMEA Bulletin Vol.5 No.1 (2020.2)

改造レンジでの水の昇温測定
200mlビーカーに100mlの蒸留水を入れ，水温が10℃から95℃に上がるまでの時間を確認した。
上部の穴から熱電対を右図のように通し，熱電対の先端が水量の約半分の高さに置き，水の昇温測定をした。

開始温度（℃） 終了温度（℃） 照射時間（s）
95108315

水の昇温測定
温度（℃）

改造
前

120
100806040200020406080

10080

100時間（S）

温度（℃）

改造
後

120
1008060402000204060時間（S）

1622JEMEA Bulletin Vol.5 No.1 (2020.2)

まとめ• 金属のシールドにより，改造前と同じ程度まで電磁波漏れを抑えることができた。
• 通 常 の レ ン ジ と 改 造 レ ン ジ で ， 200ml ビ ー カ ー で100mlの水の温度を上げる能力はほぼ変わらず，約1分半で沸点に達した。

1723