ラドン検出器を用いた放射線教育
ー教材開発と実践報告ー

筑波大教育,筑波技術大A,筑波大数理B
中島朋, 稲葉基A, 江角晋一B, 田中直斗B
中條達也B, 新井田貴文B, 三明康郎B

2011年3月11日

東日本大震災の際に起きた福島原子力発電所事故

放射線に関する誤った情報が錯綜
国民の放射線に関する知識の欠如が浮き彫りに。
正しい情報を取捨選択するということもあまりなされなかった

放射線教育の必要性が再認識されている

学習指導要領と教科書における放射線の取り扱い
高等学校新学習指導要領解説 物理
原子核の構成、原子核の崩壊、半減期、核分裂…中略…触れる。例えば、放射線計測、霧箱を用いた放射線の観察などを行うことが考えられる。

放射線の飛跡を検出

放射線の計数を検出

日立アロカメディカル株式会社

教科書掲載数霧箱

GM計数管

はかるくんⒸ521

原子核の崩壊や半減期、放射線のエネルギーの理解
3ラドンとは222Rnは無色無臭の放射性希ガス元素

連鎖的に崩壊する崩壊系列に属する＜ウランの崩壊系列＞■ラドンは広く自然界に存在エネルギー単位(MeV)-./■呼吸により体内に入ることで、,,,,2*!"($)*%'

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内部被ばくを起こす

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自然放射線被ばく

2.4mSv/y

内訳 ラドン宇宙線

1.3mSv/y
0.38mSv/y■地下室などのラドンガス濃度が高まることがある,+$)A

B

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財団法人環境科学技術研究所!
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短時間でα崩壊をする身近にある代表的な放射性物質
4放射線教育に必要な要素

内容☆ 我々の生活と放射線との関わり☆ 基礎知識放射線の利用原子核の崩壊構造☆ 宇宙の歴史と物質の進化
元素の起源

被ばくのリスク層物質の階+

独立行政法人 国立がん研究センター

アプローチ

宇宙の成り立ち

出典：NASAアクティブ・ラーニング
5

目的

教材開発
放射線源ではなく自然界に存在する放射性物質ラドンを用いて、安全に教育現場で使用でき、安価で小型なラドン検出器を開発する。さらに、容易に扱える解析ソフトの開発を行う。

実践
ラドンの崩壊や半減期を調べることを通じて、放射性物質に関する初歩的な理解を促進し、情報を正しく読み取り理解し、判断する姿勢を身につけさせるための学習指導案を作成し、実践する。
6

ラドン検出器の全体図
ラドン検出部

波高分析部

データ解析部★α線を検出

★α線の信号を増幅・波形整形★信号を読み込むための制御★データを保存★データ解析

BNC
BNCUSB7

放射線教育教材としてのラドン検出器の特徴と効果① α線のエネルギーと半減期を計測② 半減期とエネルギーより放射性物質を同定③ 生徒自身が検出器を製作④ 幅広い分野を統合した教材◉ 原子核の崩壊や放射線に関する理解の促進◉ 情報を正しく読み取り理解し、判断する態度の育成
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開発状況
従来のラドン検出器＊チェンバー

開発したラドン検出器
タイプ１

タイプ２

＊MCA

＊プリアンプ ＊高電圧電源＊メインアンプ

値段

約170万円

約3.2万円

約2.5万円

重量約10kg

約660g

約420g

改良点

ラドン検出部：ステンレス ラドン検出部と波高分製からアルミの缶へ！
析部を一体に！
波高分析部：プリアンプ、 高電圧電源、ADC搭載
高電圧電源を搭載！
8bitマイコンを搭載！
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学習指導案
対象者

高等学校の科学部

指導計画

全11時間

指導形式

ティームティーチング形式

目標◉放射線は身近にあることを感じる。
◉ものづくりに対する興味関心を高める。
◉原子核・放射線に関する正しい知識を学び理解する。
◉科学的な思考力や表現力の育成を養う。
◉情報を正しく読み取り理解し、判断する姿勢を身につける。
導入１：放射線というテーマでディスカッション*
導入２：教員による講義
製作 ：ラドン検出器製作*

流れ

展開１：測定、データ解析*
展開２：発表*まとめ ：ディスカッション*※各回の最後に簡単なディスカッションを行う*…アクティブ・ラーニングを重視した活動10高校生による放射性物質の同定方法① ラドンガスの結果を用いたα線のエネルギー較正あらかじめα線のエネルギーがわかっているラドンガスを測定し、測定物の結果と比較することでα線のエネルギー較正を行う② 半減期
半減期の観点から、どの放射性核種が測定時間中に計測可能かを考え候補をしぼる③ α線のエネルギーピークの時間変化
ピークの時間変化のグラフから、α線のエネルギーピークが観測される順番を読み取り、親核か娘核かを判断する

試料：花崗岩6時間ごとのピークの時間変化

測定時間：158時間

214Po

❶

❸ 218

Po6h

12h

18h

24h

30h

36h

Red:Stone
Blue:Radon gas❹❷

11データ解析ソフトの開発
データ解析部

測定中●オープンソースのソフトウェア使用●オンラインモニタリング●2つのグラフを作成可能
Processing
横軸：Pulse Height(ch)縦軸：カウント数

中析解

全測定時間のα線の波高分布

150min300min波高分布の時間変化

ファイル名や見たい時間間隔を変更するだけ！

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教育現場での実践実施校 県内N中等教育学校 科学研究部（中学２年〜高校1年の13名）
時間

計10時間（8日間）

タイプ１使用測定物 ラドンガス、空気、温泉石、チェコの石、ドールストーン

アンケート：良かったことは？
✦グループで自由に活動できたこと✦出来るだけ自分たちでやれて、考える作業が多かったこと✦検出器の製作から測定、データ解析までやれたこと✦放射性物質に対するイメージがかわったこと放射線に関する知識を問うアンケートを実施✦“ただ危険”というだけでなく、原子の崩壊のプロセス等も学べたこと✦ディスカッションで考えを共有できたこと

実施後では正答率が上昇！！

アンケート：新しい発見は？

✦半減期が短い方が壊変した時のエネルギーが大きい✦電圧にマイナスがあったことが驚き

ディスカッション✦放射線が身近にあることを実感出来た✦α線のエネルギーから放射性元素の特定が出来るということがすごい✦放射性元素は周期表の記号でしかなかったが、実体を持ったものとして感じれるようになった

当初の指導案の目標が達成出来た

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γ線の検出（CsIシンチレータ＋PD）
γ線も扱える教材がほしい！！
→様々な放射線を測定できることで学習の幅が広がる→同じ波高分析部を使用できるγ線検出部→安価で小型CsIシンチレータ(2500円)とPhoto Diode(500円)に注目！

0.5MeV＊実験条件＊

7cm

＊結果＊

カウント数

試料：22Na線源
その他：市販のプリアンプ＋メインアンプ＋MCA使用
1.2MeV

γ線を検出し、MCAを用いて測定できた
製作した波高分析部を改良予定
波高(ch)

14まとめ✓小型かつ低コストの放射線教育用ラドン検出器とデータ解析ソフトの開発を行った。

✓高等学校科学部用の学習指導案を作成し、高等学校2校で実践を行った。その結果、放射線に関する理解を深めることや放射線を身近に感じることの効果を確認でき、当初の目標を達成できた。

✓CsIシンチレータとPDを用いてγ線を検出した。

今後の予定✓検出器タイプ２に関して、ゲイン調整のトラブルやノイズ発生等があった。今後、原因の解明と改善が必要である。

✓さらなる低コスト化を目指し、高電圧発生部分の自作を行ったり、PDを他の低価格の素子にすることで、1万円程度にコストをおさえる。

✓γ線検出にも使用できる波高分析部の開発を行う。
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More Detail are ...
Check!!
大学の物理教育2012 Vol.18 No.2!
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kcehC

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今後の予定