2019年 12月 5日 @ 東北大学
日本放射線安全管理学会 - 日本保健物理学会 合同大会
企画セッション「教育現場での低エネルギーX線に対する安全管理」-(1)「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」活動報告〇秋吉 優史, DO Duy Khiem1), 藤淵 俊王 2), 橋本 周 3), 古田 琢哉 3), 松田 尚樹 4),
榎本 敦 5), 大谷 浩樹 6), 伊藤 照生 7), 飯本 武志 8), 加藤 昌弘 9), 山口 一郎 10)大阪府大・量子 1), 九大医 2), 原子力機構 3), 長崎大 4), 東大医 5), 帝京大医 6),東邦大医 7), 東大・環安本部 8), 産総研 9), 保健医療科学院 10)
クルックス管プロジェクトの有志の皆様

秋吉 優史: akiyoshi@riast.osakafu-u.ac.jp
http://bigbird.riast.osakafu-u.ac.jp/~akiyoshi/Works/index.htm

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 Crookes

①

－ －

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。

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。

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。

クルックス管プロジェクトについて
Task 1: 線量計測

Task 2: 運用方法の検討
Task1 で開発した評価手法

放射線計測の専門家

大学・国研

ユーザーとしての学校教員

中・高

教材メーカー

教材・測定手段の提供者

民間企業

大学研究者、ＯＢ

低エネルギーX線
測定技術の標準化

実際に現場で使えるシステムの開発

Task 3: 線量評価とガイドライン
保健物理・放射線防護の専門家

学校教育現場の教員

様々な製品の評価開発した教育コンテンツの評価

実態評価に伴う問題点の抽出

遮蔽体など
解決策の提示Task 4: 放射線教育プログラム普及
放射線教育の専門家

低エネルギーX線による（実効・等価）線量評価モデルの構築

Task1で測定
した線量・スペクトル情報

国内外の規制実態を踏まえた
上限線量の検討

Task2で検討した運用方法

全国の拠点
全国の拠点でのシンポジウム、オープンスクール、モデル校での授業、教育学部での講義など
での放射線教育プログラム普及

学会標準化

小中高大民国 オールジャパンの放射線教育ネットワークの形成

教育現場における放射線安全管理
ガイドラインの作成

新規放射線教育プログラムの開発

放射線知識の
国民的普及

進捗状況
Task 1: 線量計測

Task 2: 運用方法の検討

研究室では低エネルギーで校正された電離箱を用いて、また教育現場においてはガラスバッジを郵送しての測定により、正確な測定が可能。
印加電圧と電流、線量の相関を現在評価中。
箔検電器による教員自身による測定法の開発中。

2018年夏に実際の教育現場における漏洩線量の実
態調査を実施した。ほとんどの学校での安全が確認される一方でかなり高い線量を漏洩する装置が発見された。追加の検証により電源装置の設定で安全に使えるようになることが明らかとなった。

暫定ガイドラインの策定

暫定ガイドラインを遵守した場合の安全性の検証（第二期実態調査）
Now!

Task 3: 線量評価とガイドライン
日本保健物理学会において、専門研究会を設立（2019-2020年度）。法令上の問題点やエネルギーが低く透過力の小さい低エネルギーX線の実効線量評価を行う。研究会終了後2021年度に、学会標準として運用ガイドライン、測定法、Q&A等を取りまとめる。

本当に暫定ガイドラインの遵守のみで安全管理体制を確立できるのか?

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

専門研究会としての活動
第三回会合
2019年 10月 21日（月） 17:00～19:00
東大医学部セミナー室

第一回会合
2019年 5月 17日（金） 10:00～12:00
東京都千代田区内神田3-16-10 金剛ビル４F 貸し会議室

委員 秋吉 優史、榎本 敦、古田 琢哉
オブザーバー 山口 一郎、古田 雅一
スカイプ参加オブザーバー 加藤 昌弘、松本 亮(M1)

委員 秋吉 優史、伊藤 照生、榎本 敦、橋本 周
スカイプ参加委員 大谷 浩樹、藤淵 俊王、古田 琢哉
オブザーバー 加藤 昌弘、山口 一郎、増子 寛
スカイプ参加オブザーバー 松浦 寛人
・全員の自己紹介、専門分野の確認
・研究会趣旨、現状の説明と研究会で達成すべきタスクの確認（秋吉）・役割分担確認
氏名・第二期実態測定8月期結果説明 （秋吉）・シミュレーションの進捗状況報告（秋吉）・JRSM-JHPS 合同大会での企画セッションについて

秋吉 優史

第二回会合
2019年 6月 28日（金） 16:30～18:30
東大病院・管理研究棟2階第3会議室
委員 秋吉 優史、伊藤 照生、榎本 敦、古田 琢哉、
スカイプ参加委員 大谷 浩樹
オブザーバー 山口 一郎
スカイプ参加オブザーバー 加藤 昌弘、松浦 寛人、松本 亮(M1)・測定関連での現状の説明 （秋吉）・PHITSコードを用いた防護量計算に関する解説（古田）・電離則など法令適用に関する検討（山口）・実態調査プロトコルの決定など、今後の方針検討

現在の専門
所属
放射線安全管理 、照射損傷評
大阪府立 大学 放射線研究センター
価（材料）

職名
准教授

藤淵 俊王

放射線防護

九州大学 医学研究院保健学部門

橋本 周

放射線安全管理

JAEA 大洗研究所放射線管理部 環境監視線量計測課
課長

松田 尚樹

放射線安全管理長崎大学 原爆後障害医療研究所

教授

榎本敦

放射線生物学

東京大学 医学系研究科 疾患生命工学セン
ター 放射線分子医学部門

講師

大谷浩樹

物理学 素粒子・原子核・宇宙
線・宇宙物理、内科系臨床医
学 放射線科学帝京大学 医療技術学部 診 療放射線学科

教授

古田琢哉
伊藤 照生

教授

JAEA 原子力科学研究部門
原子力基 礎工学研究センター
研究副主幹
放射線挙 動解析グループ
放射線治療技術 学、放射線管 東邦大学 医療センター佐倉病院 中央放射線医学物理士
理学、放射線教育学部
線量評価（PHITSコード）

オブザーバ
飯本 武志

放射線防護

東京大学 環境安全本部

教授

加藤 昌弘

放射線防護

産業技術 総合研究所 分析計測標準研究部門
主任研究員
放射線標 準研究グループ

山口 一郎

放射線防護、線量評価

国立保健 医療科学院 生活環境研究部

下 道國
占部 逸正

放射線防護
藤田医科 大学
放射線防護、環境放射線計測 福山大学 工学部 情報工学科

上席主任研究官
客員教授
教授

誘導コイルを用いた高電圧印加について
放電極距離

Distance ofDischarge
Electrodes

DDE

PW
Impressed Voltage / kV

30

放電出力

パルス幅 20μs
20

1ms

10
0

-10
10

11

12
Time / ms

13

放電極距離 20mm, 放電出力4, 平均電流 80μA

14放電出力ダイアルによりトランスの一次側に印加する電圧を変えることで連続的に出力電圧をコントロール可能。
空気中での絶縁破壊電圧が 1kV で 1mm 程度であることから、放電極の距離を変えることで印加する最大電圧を規定できる。
→ 20mm にしておくと 20kV 以上かけようとしても空中放電で電流が流れる
ためそれ以上電圧が上がらない、安全装置となる。
ブザーの回路で、一次側に断続的な電圧のパルスを発生させ、トランスで二次側に高圧を出力する。一次側の電圧を変化させると二次側の電圧も変化する。
半導体回路で一次側のパルスを発生している装置もある。

CZT半導体検出器によるスペクトル評価
200

Amptek XR-100T-CZTCZT(Cd0.9Zn0.1Te)検出器
Be窓、ペルチェ冷却

Intensity

2018/05/02 ケニス十字入りクルックス管
CZT検出器距離 80cm
放電極距離 15mm
放電極距離 20mm
放電極距離 25mm
放電極距離 30mm

放電極距離: ピークエネルギー15mm : 14.0keV
20mm : 16.4keV
25mm : 17.3keV
30mm : 18.3keV

100

d=15mmはφ3コリメーターのみ、それ以外はφ0.5鉛薄板コリメーター
も使用、r=80cm, 10min測定

0
0

10

20
30
40
X-ray Energy / keV

50

φ0.5mm鉛コリメーターにより数cps程度まで下げることで、ようやくパイルアップせずに測定できるようになった

φ3同軸鉛コリメーター
φ2同軸黄銅コリメーター
φ1.0鉛薄板コリメーター
φ0.5鉛薄板コリメーター

誘導コイル設定による出力パルスの変化

0

20

40
Time / ms60

DDE=20mm, PW0, 40μA, 120μSv/h

0

-10
0

20

40
Time / ms

60

DDE=30mm, PW4, 80μA, 1.56mSv/h

40
X-ray Energ yMaximum Voltage
Pea k Voltag e

0

20

40
Time / ms

60

30

35
30

25

25

20

20

15

15

10

10

DDE=20mm, PW4, 80μA, 1.25mSv/h

5

30

0

Impressed Voltage / kV

Impressed Voltage / kV

10

DDE=40mm

35

10

-10
0

30
20

20

45

空中放電
0

2

4

6

8

10

12

14

Voltage (kV)

1040

X-ray energy (keV)

20

-10
0

45

30
Impressed Voltage / kV

Impressed Voltage / kV

30

5
16

18

20

0
22

Output Power
20
10
0

-10
0

20

40
Time / ms

60

DDE=30mm, PW7, 96μA, 3.50mSv/h

・放電出力を上げていくと次第に出力電圧が上昇し、電圧のヒストグラムのピークと、X線エネルギースペクトルのピークは良い一致を示した。
・放電極距離によって規定される以上の電圧に上げようと放電出力を上げても、空中放電によって電流が流れて電圧がドロップし、それ以上クルックス管に印加される電圧が上がらなくなる。

GMサーベイメーター計数率 / cpm

GMサーベイメーターによるX線エネルギー評価
104

放電極距離15mmでの測定では、15keVの成分だけでは説明できず、20keVの成分との足し合わせで説明された。

ln y=a + b x
a=9.37e+00
b=-1.19e+01|r|=9.83e-01

103
102

放電極距離15mm 距離50cm
y=a*exp(-20.8*x)+b*exp(-8.85*x)a=1.76e+04
b=3.19e+03|r|=9.998e-01

101
100

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

GMサーベイメーター計数率 / cpm

アルミ遮蔽体厚さ / cm

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

105

放電極距離は30mmで一定で、放電出力を変化
させると線減衰係数が変化していき、放電極で放電が起こる出力3目盛以上で一定となった。

104

103
放電出力4
放電出力3
放電出力2 （放電極放電無し）
放電出力1 （放電極放電無し）

102

0

0.1

0.2

0.3

0.4

アルミ遮蔽体厚さ / cm

0.5

0.6

放電出力 線減衰係数（目盛） （cm-1）
1
7.50
2
6.05
3
3.92
4
3.89

漏洩線量の印加電圧、電流、距離依存性
放電出力変化に伴う平均電流を
アナログ電流計で測定

4.50

放電極距離30mm 放電出力44.00

放電極距離20mm 放電出力270μm線量当量率 /mSv/h

3.50

放電極距離15mm 放電出力0

3.00
2.50
2.00
1.50
1.00
0.50
0.00
0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

測定距離 / cm

70μm線量当量＠30cm / mSv・h-1

放電極距離 30, 20, 15mm でギリギリ放電が起こる出力に合わせて測定

43

放電極距離20mm
放電極距離25mm
放電極距離30mm

2
1
0
0

これ以上電
流・線量が
上がらない

20

40

60

80

100

平均電流 / μA

・電圧を低く抑えると極端に線量は小さくなる

・電流上昇に従い指数関数的に線量が上昇

放電極距離は20mm以下に留めて下さい。

放電出力上昇で電圧も電流も同時に上昇するため、電子線が観察できる必要最小限の出力に留めて下さい。
その上で、放電極は一定以上に電圧を上げないための安全弁の役割を果たしています。

・距離の二乗に反比例して線量は小さくなる
1mの距離では10cmの距離での線量の1/100になります。
逆に、1mから50cmに近付いただけで線量は4倍になります。

わずかな印加電圧低下での大きな線量の変化
20keV 前後のX線は僅かなエネルギー変動により、クルックス管自体を構成するガラス管の透過率が何桁も変わる。
30keV と 15keV で約100倍違う。

100keV 以上のエネルギーでは余り大きく変わらない

1.E-02
1.E-081.0

1.E-14
透過率

0.9

透過率

0.8
0.7

1.E-201.E-26
1.E-320.6

1.E-380.5

1.E-44
1.E-50

0.4
0

100

200

300

400

500

X線エネルギー / keV

600

700

800

0

5

10

15

20

25

X線エネルギー / keV

3mmのガラスに対するX線の透過率

30

35

40

45

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。

①

③

－ －

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。

クルックス管に関する問題点と現状・中学の教育現場で、電流の単元で用いられているクルックス管は、X線が放出されていることがレン
トゲンの時代から知られているが、その危険性はほとんど教員の間で認識されていない。
・製品と使用法によっては、クルックス管表面から15cmの距離でHp(0.07)が10分で33mSvを超えるほど高い線量のX線が放出されている。しかし20keV程度の低エネルギーかつパルス状の放出のため、一般的なサーベイメーターではまともな測定を行うことが出来ない。
・ほぼ全くX線を放出しない低電圧駆動の製品も存在するが、教育現場には余りにも予算がない。
・まずは不注意に使用すると高い線量を被ばくする恐れがあることの周知が最重要。
・次に、ごく簡単な使い方の基本を守れば安全に取り扱うことが出来ることを周知する。現在はこの安全取扱いのガイドラインを暫定的に策定しており、その実証試験が必要。
・さらに、継続的な測定のため教員自身による測定手段の提供が必要。
・一般公衆に対する線量限度や線量拘束値の概念が法令に取り入れられておらず、自主的な管理
目標値の設定が必要。
・現在日本保健物理学会の専門研究会において、防護量の評価と管理目標値の検討を行っており、測定法や運用マニュアルと合わせた学会標準化を目指している。出来上がった学会標準をどのように全国の教員に周知するかの検討が必要。

より詳しくは、クルックス管プロジェクトのウェブサイト
http://bigbird.riast.osakafu-u.ac.jp/~akiyoshi/Works/index.htm を参照。