2018年5月11日
2018年5月11日 日本アイソトープ協会
日本アイソトープ協会
放射線業務従事者のための教育訓練講習会（再教育）
放射線業務従事者のための教育訓練講習会（再教育）

特別講演
特別講演

「教育現場における放射線安全管理の新展開」
大阪府立大学 放射線研究センター
秋吉 優史
Mail: akiyoshi@riast.osakafu-u.ac.jp
http://bigbird.riast.osakafu-u.ac.jp/~akiyoshi/Works/index.htm

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

8

20

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

本発表の背景2017年3月に公布された新・中学校学習指導要領
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 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月に公布された新・中学校学習指導要領解説 理科編

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
内容

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。

クルックス管を用いた実験を行う際の安全評価が必要

2017年3月に公布された新・中学校学習指導要領

p69 (7) 科学技術と人間 (ア) エネルギーと物質○ア エネルギーとエネルギー資源様々なエネルギーとその変換に関する観察，実験などを通して，日常生活や社会では様々なエネルギーの変換を利用していることを見いだして理解すること。また，人間は，水力，火力，
原子力，太陽光などからエネルギーを得ていることを知るとともに，エネル
ギー資源の有効な利用が大切であることを認識すること。
↓ 「内容の取扱」
p72 アの（ア）の ○ア については，熱の伝わり方，放射線にも触れること。また，「エネルギーの変換」については，その総量が保存されること及びエネルギーを利用する際の効率も扱うこと。
2008年3月に公布された旧・中学校学習指導要領にも同様の内容

依然としてこの内容も効果的に学習できるコンテンツの開発を行う必要があるクルックス管からのX線の発生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

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の光電子はβ線と同じように振る舞う。

霧箱

－
－

－

電子の加速

－極
＋極
高電圧電源（20kV程度）

X線のエネルギーは、最大でもクルックス管にかけた電圧程度で、発生時のスペクトルのピーク
は印加電圧の半分程度。

極めて簡単な構造の冷陰極により電子ビームの発生が可能であるが、比較的高い電圧が必要。

実際にはクルックス管自体を構成するガラス管により発生したX線が減衰するため、漏洩するX
線はエネルギーの高い成分が中心。

クルックス管に印加する電圧
クルックス管の内部にはわずかに気体分子が封入されており、陰極に高電圧を印加すると、自然放射線などにより電離したわずかなイオ
ンが加速されて陰極に衝突する。その際に多数の二次電子を放出し、この二次電子が加速されて電子ビームとして観察される（蛍光体により観察しやすくしてある）。
このような動作原理であるため、電子線の観察には管内にわずかなガスが必要であるが、古い製品ではガラス管に吸着されるなどして残存するガスの量が少なくなり、より高電圧を印加しないと電子線を観察できなくなる。実際の教育現場にはこのような古い製品が多数残されており、高電圧を印加することにより発生する制動放射 X 線のエ
ネルギーが高くなり、ガラス管壁に対する透過率が高くなるため、放出される線量が高くなる。

誘導コイルを用いた高圧印加について
放電極距離

放電出力

20000

放電針距離15mm, 放電出力1目盛
15000
10000
5000

V (kV)

0-5000-10000

0

1000

2000

3000

4000

5000

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。放電電圧
以下では、放電出力を変えることで連続的に電圧をコントロール可能。
放電電圧以上に出力を上げると無駄に放電が激しくなるので、目的の電圧を出力するためには丁度放電が起こり出す出力程度にコントロー
ルする必要がある。
電圧測定時にはガラス抵抗体などの物理的もサイズの大きい、100MΩ以上の抵抗と、100kΩ程度の抵抗を組み合わせた分配器を用いて測定するが、アースを取っていないとカソード側も高電圧をパルス的に出しているため、2chのオシロスコープでア
ノード側との差分を取る必要がある（フローティング測定）。

誘導コイルを用いた高電圧生成について
誘導コイル（Induction Coil）は、極端に巻き線の数の異なるトランス（実際には同軸上に巻かれている）の一次側の電流を、ベルやブザーなどと同様の機械的な接点を含めた回路で連続的にON/OFFすることでパルス状に変化させて、二次側に大きな電圧のパルスを生成する。
プラス側だけでなくマイナス側にもパルスが出るが、接点切断時の一番最初のプラス側のパルスの方が大きい。

放電出力などと書かれている調整用のダイアルは、可変抵抗などで一次側に印加する電圧を変化させている。

GMサーベイメーター

電離箱サーベイメーター
原理的には最も単純な、気体電離箱式のサーベイメーターは、放射線により気体が電離した量を電流としてそのまま取り出すため、良好なエ
ネルギー特性と、均一な方向特性、各種サーベイメーターのうちで最も強い放射線場でも用いることが出来るという特徴を持つ。
しかし、一般的に感度が比較的低く、1μSv/h 程度が測定限界であるため、バックグラウンドレベル (0.05μSv/h 程度) の測定は困難。
また、回路が安定するまでやや時間を要し、使用する10分程度前には電源を入れる必要がある。

NaI シンチレーションサーベイメーター
NaI(Tl) シンチレーターに光電子増倍管（フォトマル）を組み込んで、その出力パルスを計数するサーベイメーターで、感度が高く、エネルギー特性がよいことが特徴としてあげられる。比較的重元素のヨウ素を含んでおり感度が高く、バックグラウンドレベル (0.05μSv/h 程度)でも測定可能である。
出力波高から検出したγ線のエネルギーを求められるため、電子回路を用いてエネルギー補償をした線量等量率を求めることが出来る。しかし、 NaI 結晶は吸湿性があるため密閉する必要があり、ステンレスハウジングをβ線は通過できず、また 50keV 以下の γ線も補償回路によりカットされてしまうた
め測定することは出来ない。このため、強度が強くてもエネルギーの低い X
線や、遮蔽体による散乱線は測定することが出来ないため、注意を要する（そのような場合は電離箱を用いる）。

一般人向けのサーベイメーター
・シリコン半導体センサー（フォトダイオード）を用いた計測器
フォトダイオードは、本来逆電圧をかけると電流が流れないダイオードに、光が当たると電流が流れるという、太陽電池と同様の効果を利用してフォトンを検出するセンサーである。これを光を通さない膜で包み、放射線を検出するようにしたもので、安価なサーベイメーターはほとんどこれを使用している。
エステーが発売しているエアカウンターSはその代表格で、3000円程度と非常に安価であるが、複数の核種を用いた実験で、理論値及びNaIシンチレー
ションサーベイメーターと比較してほぼ同じ値を示しており、かなり優秀である。
ただし、正確な測定には数分を要する。

低エネルギーX線に対するサーベイメーター挙動の比較
電離箱

NaIシンチレーター

日立 ICS-1323

GM管

プラスチック
シンチレーター

CsI
シンチレーター

富士電機 NHC6

アロカ TCS-172

RangerKind-mini

エアーカウンターEX

距離 d

70μm線量当量

1cm線量当量

Be窓

汎用

1min scaler

カバー無し

カバー無し

(cm)

mSv/h

mSv/h

μSv/h

μSv/h

kcpm

μSv/h

μSv/h

15

8.15

5.3

1.34

33.89

118

12.6

30

1.91

1.28

10

31.68

64

12.5

50

0.64

0.465

13.1

27.32

24.5

8.3

0.15

Intensity

150

100

50

0
0

10

20
30
40
X-ray Energy / keV

50

CZT(CdZnTe)検出器によるクルックス管からのエネルギースペクトル様々な放射線検出器による測定
放射性同位元素を利用する上で、施設の安全管理上、また利用者自身の安全を確保するために、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。
また、空間線量測定の際に測定機で測定されるのは様々な物
理量に基づいて評価される実用量（線量当量）であり、防護量である実効線量ではない。エネルギーによって換算係数は変化するが一般に表示値は換算後の値である。また、線量当量
として70μm線量当量か、1cm線量当量かを区別する必要がある（ほとんどは1cm線量当量）。

ガラスバッジホルダのフィルタ構造

アルミ(Al)

銅(Cu)

錫(Sn)

ガラスバッジを用いた線量測定
20keV 程度の低エネルギーX線は、透過力が低く一般的なNaIシンチレーターや、半導体検出器を用いた普及型のサーベイメーターでは測定する事が出来ない。
70μm線量当量率 / mSv/h

4

低エネルギーのX線でも測定可能な信頼できる測定手段として、蛍光ガラス線量計を用いた、
千代田テクノルのガラスバッジによる環境線量
測定サービスを利用した。また、日立の最新の
電離箱 ICS-1323もテストした。

3

放電針距離20mm
ガラスバッジ FX型での測定
遮蔽無し
アクリル板 3mm
アクリル板10mm
遮蔽無し（ICS-1323電離箱での測定）

2
1
0
0

50
100
クルックス管からの距離 / cm

ケニスの誘導コイルの放電針距離20mm（20kV強に相当）、放電出力2目盛、十字板付きクルックス
管の十字板を下げた状態で測定。
照射時間は10分間で1時間あたりに換算（0.1mSv
単位の測定のため結果は離散的）。

70μm線量当量率 / mSv/h

70μm線量当量率 / mSv/h

ガラスバッジを用いた線量測定
6・アクリルでの遮蔽は、20keVでの半価層は約10mmの計算だがそれよりもやや遮蔽能が高かった。低エネルギー成分の影響が考えられる。

放電針距離 30mm
放電針距離 20mm
放電針距離 15mm

4
2
0
0

6

20
40
60
クルックス管からの距離 / cm

80

クルックス管からの距離
15cm
30cm
50cm

・放電極距離を変えて印加電圧を上昇させると、ガラスバッジで測定される線量が明らかに増加した。
・放電極距離15mmでは30cmの距離で測定下限（0.1mSv）を下回り、かなり安全性が高まることが確認された。

4
2
0
0

10
20
30
放電極距離 / mm

40

・現在依頼しているガラスバッジの測定精度が 0.1mSv 単位であるため、より高精度での測定オプションを利用する予定。

クルックス管を安全に使用出来ないか?
クルックス管は従来から放射線教育に用いられているが、低エネルギーX線の被曝線量が想像以上に多い（数10mSv/hに達する）場合があることが明らかになりつつある。
株式会社ホリゾンからは、冷陰極を用いて低電圧で被ばく線量を抑えての陰極線観察を可能としたクルックス管が 22,000円、電源も18,000円と手軽な金額で発売されている。低電圧動作が可能であり、専用の電源での 5kV 程度での動作では全くX線の放出が観測されなかった。さらに、20kV程度の同じ電圧で駆動させても他社製品より X線放出量は少ない。

5kV で動作中のクルックス管

9V電池駆動の5kV 高圧電源(CW回路)

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実験体系を極めて安全に構築可能。
ここで話は完結する

Advanced Plan
古い装置を用いざるを得ない場合や、放出されるX線を活用した発展的な実習実施する場
合、印加する電圧を一定以下に抑えることで最低限度のX線量に抑えて、特定方向だけにX線を取り出せる遮蔽体を組み合わせた実験体系を構築する。

本研究の目的測定結果の不安定性
クルックス管からのX線量は様々な測定結果が報告されているが、報告により値がバラバラである。

使用する装置による差異は、クルックス管の内部に封入したガスがガラス管に吸着されて枯れてしまい、高電圧を印加せざるを得なくなった事などが原因と考えられる。
しかしながら、同一の装置で同一の設定を用いても測定する度に測定結果が大幅に変化する。

10-20keV 程度のX線は僅かなエネルギー変動により何桁も透過率が変わるためであると考えられる。
様々な装置が全国に存在するため、使用する都度教員が測定を行い線量を確認する必要があるが、10-20keV程度の低エネルギーX線の評価は非常に困難である。

GM管での計数率測定と、霧箱による飛程の観察などの簡易な方法でスペクトル評価を行い、線量当量を求められないか?

低エネルギーX線の透過率

5
6
8
10
15
20
30

146
87.29
42.13
22.16
6.809
2.973
0.983

5
6
8
10
15
20
30

192.4
114.4
49.7
25.75
7.697
3.279
1.045

2.59

厚さ(cm) 透過率

1.0

0.2

9.48E-19
4.39E-11
4.82E-05
6.40E-03
2.13E-01
4.72E-01
7.08E-01
1.43E-33
2.31E-20
3.33E-10
1.03E-05
2.94E-02
2.14E-01
6.01E-01

遮蔽体

水

1.00E-05
1.00E-11
1.00E-17
1.00E-23
1.00E-29

ガラス(コンクリート
等価として計算)

透過率

エネルギー 質量減衰係数 密度
2
3
(keV)
(cm /g)(g/cm )
5
41.5
6
23.85
8
9.94
1.00
10
5.051
15
1.546
20
0.750530
0.3455

1.00E-35

ガラス 5mm

1.00E-41

アルミ 5mm

1.00E-47
1.00E-53
1.00E-59
1.00E-65

2.70

0.5

1.57E-113
8.46E-68
7.26E-30
8.00E-16
3.07E-05
1.20E-02
2.44E-01

1.00E-71
1.00E-77

アルミ

1.00E-83
0

5

10

15

20

25

X線エネルギー / keV

アイソトープ手帳 第11版, p154-155

・水1cmで遮蔽できるのであれば、1cm線量当量については気にする必要がないが、10keV以上ではそれなりに透過する。
・クルックス管を構成するガラス壁によって 10keV 以下のX線はほとんど遮蔽される
・15keV 程度から急激に遮蔽率が変化し、わずかな印加電圧の違いにより大きく透過率が異なるため、放出されるX線のフラックスが安定しない。

30

35

GMサーベイメーターによるX線エネルギー評価
100000

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

クルックス管のガラスによるスペクトル変化
質量減衰
密度
係数
3
(g/cm )
2
(cm /g)
6
87.29
8
42.13
10
22.16
2.59
15
6.809
20
2.973

0.8

厚さ(cm) 透過率

0.22.31E-20
3.33E-10
1.03E-05
2.94E-02
2.14E-01

ガラス管を透過する前のX線のエネルギース
ペクトル（最大エネルギー20keVでその半分の位置にピークを持つ）を適当に決め、2mmのガラスで遮蔽された後の強度を透過率から求めた後、全体の強度が1となるように規格
化した。

0.7

入射スペクトル
透過スペクトル

0.6

相対強度

エネル
ギー
(keV)

0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
0

5

10

15

20

25

X線エネルギー / keV
2mmのガラス透過に伴うスペクトルの変化

入射スペ 透過スペ
規格化
クトル
クトル
0.1 2.31E-21
0.3 9.99E-11
0.5 5.17E-06
0.3 8.82E-03
0.1 2.14E-02

7.62E-20
3.30E-09
1.71E-04
2.91E-01
7.08E-01

元のスペクトルよりも透過率が支配的となり、最大エネルギーである 20keV がほとんどを占めるスペクトルとなった。

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

35170
25760
16440
10960
7753
5741
4560
3626
3018
2049
1746
1389
1100
971
667

100000

10000

系列1
系列2
系列3

1000

100
0.00

104

10

180427-放電極距離20mm
y=a*exp(-8.85*x)+b*exp (-2.8*x)
a=2.846e+04
b=3.909e+03|r|=0.99922

3

0

0.2

0.4

アルミ遮蔽体厚さ / cm

0.6

0.10

0.20

0.30

0.40

0.50

0.60

0.70

104

180427-放電極距離25mm
y=a*exp(-8.85*x)+b*exp (-2.8*x)
a=3.494e+04
b=4.107e+03|r|=0.9980

103
0

0.2

0.4

アルミ遮蔽体厚さ / cm

0.6

0.80

GMサーベイメーター計数率 / cpm

30850
21500
13760
9446
6628
5019
4036
3141
2562
1988
1631
1211
1002
830
630

真の件数率 I' (cpm)
20 mm
25 mm
30 mm
32462
37300
38125
35900
22239
26856
28574
27330
14023
16843
18837
18320
9537
11104
12258
12070
6642
7794
8316
8261
5001
5736
6197
6192
4003
4535
5051
5068
3098
3588
4081
4113
2513
2973
3220
3262
1935
1996
2538
2587
1575
1691
1958
2011
1153
1332
1600
1655
944
1042
1212
1269
771
913
935
993
571
608
631
690

GMサーベイメーター計数率 / cpm

0.00
0.05
0.10
0.15
0.20
0.25
0.30
0.35
0.40
0.45
0.50
0.55
0.60
0.65
0.70

I (cpm)
25 mm
30 mm

20 mm

GMサーベイメーター計数率 / cpm

t (cm)

104

180427-放電極距離30mm
y=a*exp(-8.85*x)+b*exp (-2.8*x)
a=3.683e+04
b=4.996e+03|r|=0.9984

103
0

0.2

0.4

アルミ遮蔽体厚さ / cm

0.6

ペルチェ冷却式霧箱を利用したX線のエネルギー評価

4mm

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
光電子のペルチェ冷却式高性能霧箱による観察結果（放電針距離20mm）。

エネルギー既知のX線・γ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

ガウス関数フィッティング結果
15mm（アパーチャーが異なる）

200

Int.= 125.217
Pos = 13.9736
Width=5.08875

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

Int.= 54.4024
Pos = 16.1774
Width=7.63343
Int.= 60.1591
Pos = 16.7105
Width=8.27531
25mm

Intensity

20mm（2回測定）

100

Int.= 97.3052
Pos = 17.3418
Width=9.05416
30mmInt.= 170.976
Pos = 18.2505
Width=10.2908

0
0

10

20
30
40
X-ray Energy / keV

50ガンマ線スペクトルの見方(3)200Intensity

2018 /04/19
ケニス十字入りクルックス管
検出器距離30cm
放電極距離 20mm (MT180419-A1)
放電極距離 25mm (MT180419-A2)

100

0
0

20

40
60
Energy / keV

80

パイルアップによる本来存在しないエネルギーのピーク

2本同時に入射した場合にはパイルアップによるサムピークが、電子対生成を伴う場合には511keVの消滅γと、光電ピークから511keV低いシングルエスケープピーク、1022keV低いダブル
エスケープピークが見られる場合がある。

ペルチェ冷却式高性能霧箱
従来型の霧箱の問題点
・ドライアイスの準備、補給が必要で、長時間の連続展示が困難
・アルコールの補給などでチャンバーを開けると復帰まで数分かかる
・高温型の霧箱は起動に時間がかかり、子供向けにはヤケドの危険・市販のペルチェ冷却型は非常に高価
・天候などにより飛跡が観察できないことも2017年5月出荷分より
高圧電極配置の変更とチャ・α線の飛跡が見えた、だけに留まっていた

本製品の特徴ンバー密閉度の向上で大幅に観察効率が上がり、悪天候時でもより確実に使用頂けるようになりました。

・ドライアイス不要で長時間安定してクリアな飛跡の観察が可能
・α線の飛跡の観察に加えて、β線の飛跡の観察も可能で、さらにはγ線により弾き出された光電子なども観察可能→ 放射線の種類による物質との相互作用の違いを直感的に学習出来る・市販品を使用して安価に押さえており、複数ユニット購入が容易

最新の本体ユニット

コッククロフト型高電圧ユニット
本製品は、大阪ニュークリアサイエンス協会を通じて販売を行っております。
大学・官公庁の公費売掛にも対応しておりますので、onsa-ofc@nifty.com
までお問い合わせ願います。
より詳しく本製品のことを知りたい方は、以下のウェブサイトをご覧下さい。
http://bigbird.riast.osakafu-u.ac.jp/~akiyoshi/Works/index.htm
ホームページQRコード

霧箱のしくみ液体のアルコール

温度が高いと蒸発圧が高い
アルコールの蒸気

液体のアルコールの小さな粒
温度が低いと飽和蒸気圧が下がり過飽和となる
ドライアイスやペルチェ素子で-20℃以下に冷やされています

過飽和の蒸気温度が低くなり飽和蒸気圧が低くなると、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粒子は液体のアルコールの小さな粒です。
しかし、温度が下がったのに液体の粒にならずに過飽和状態の気体も漂っています。
そこに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か?
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（電離作用）。
このイオンが過飽和のアルコール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。
（アルコールは極性を持つ分子です）
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、白い筋として放射線の飛跡が観察されます。
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α粒子や電子は小さすぎてとても目では見られませんし、
MeVエネルギーの粒子の速度は超高速度カメラでも追いつきません。
しかし、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。

「(7)（ア）エネルギーと物質」単元に即した放射線教育
2

7

0

6
5

-4
4
-6
3

到達温度
電流値

-8

電流 / A

到達温度 / ℃

-2

2

-10

1

-12
-14

0
0

2

4

6

8
10
入力電圧 / V

12

14

16

ペルチェ素子への入力電圧と到達温度の関係

アルミテープによる熱電対の素子表面への貼付け

素子上面が冷やされる半面、裏面に放熱しているのを体感

ペルチェ素子は従来からエネルギー教育に於いては多用されており、熱輸送により投入したエネルギー以上の熱を発生する（エネルギー変換効率 COP が1を超える）などの説明が可能。
また熱電対と絡めて熱電変換素子としての利用も可能。
もちろん、レベルに応じた放射線教育に使用可能である。
α線の飛跡

β線の飛跡

α線

ペルチェ効果は電流に比例し、ジュール発熱は電流の二乗に比例する。

ヘリウムの原子核が正体

狭い範囲に一気にエネルギーを放出する

集中的に細胞のDNAを傷つける

β線

高速で飛ぶ電子

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

40mm

40mm

γ線

波長の短い光の仲間

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。

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
12 ミリシーベルト
プルトニウム-239
古い間違えているデータ
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

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（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

吸収線量をよく考えてみる
吸収線量（Gy）= 吸収された放射線のエネルギー量 (J) / 物質の質量(kg)分子

荷電粒子の場合はそのまま、光子の場合はエネルギーが光電子（荷電粒子）となりその運動エネルギーが吸収される。
高エネルギーでは再び輻射により系から出て行く寄与がある。
吸収する物質が空気なのか、水なのか、鉛なのかで異なり、また入射する光子のエネルギーによって異なる。

分母

高エネルギーの光子では物質に均等にエネルギーを与えるが、荷電粒子や低エネルギーの光子では不均一なエネルギー付与をする。
このとき、「対象物」をどの範囲で取るかによって吸収線量は異なる。等価線量を考える場合は、「臓器全体」で考える。

今後の課題・GMサーベイメーターの計数値から線量当量の算出
・個体差のある GMサーベイメーターの計数値をどのように取り扱うか?
ガラスバッジで校正は可能であるが、個体毎に実施する事は困難である。
・透過率の小さい低エネルギーX線被ばくの考え方
皮膚近傍の局所的な被ばくとなり、従来のX線の取扱とは大きく異なりβ線とX線の中間の性質。
特に、目の水晶体への等価線量が近年注目されており、非常に重要である。
→ 保健物理学会などの専門家に確認する必要がある

・どの程度の線量まで落とす必要があるのか?
→ 2002/05 学校におけるエックス線装置を使用した実験等について：文部科学省
においても明確なガイドラインを示していない。

・どの程度の電圧まで下げれば、許容できる範囲内に線量を落とせるか→ 装置により大きく放出量が異なる事を加味して十分な安全度を取る。
必要に応じて遮蔽体の使用も検討する。
5keVで駆動する装置であれば絶対的に安全であり、ビデオなどの教材を併用した授業を実施するのも一つの手段（Basic Plan）である。

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→ 電子線の観察だけであれば5kVの絶対安全な装置の使用を推奨。
X線を活用した効果的な教育コンテンツには利益があり許容される。

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→ 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う。必要に応じて遮蔽も行う。

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）→ 放射線取扱業務従事者でも、労働者でもない生徒に対する被ばく
線量限度を、国内外の規制状況から議論する。低エネルギーX線
による不均一被ばくと水晶体への等価線量についても考慮する。

「教育現場など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体制の確立」
これらの諸問題を解決するための研究プロジェクトとして、タイトルのプロジェ
クトを全国の放射線研究者有志で立ち上げている。
現在、基礎的な内容について科研費（基盤C）「新学習指導要領に準拠した
総合的放射線教育コンテンツの開発」を基にして研究を開始している。
この内容は放射線安全管理学会からの H31年度 原子力規制庁の放射線安
全規制研究戦略的推進事業費公募での重点テーマとして選出されており、本年度末の公募を目指して体制を固めている。
いずれにしてもH33年度の新学習指導要領全面実施を前に、本プロジェクト
は「教育現場における放射線安全管理ガイドライン」策定を目標として動き出している。

Task 1: 線量計測
1-a: クルックス管からの低エネルギーX線線量評価
カラスバッジ、低エネルギー用電離箱、CdTe 検出器などの信頼できる計測器による線量やスペクトル評価をまず実施する。大阪府大で既に測定を行っている。

1-b: 低エネルギーX線の簡易な線量評価方法の開発
学校教育現場においては高価な線用の検出器を用いた測定は現実的に不可能である。汎用の広窓GMや霧箱の活用などによりエネルギー評価が可能であることが明らかになっており、これによる線量評価を検討する。大阪府大で既に一部の測定が完了しているが、測定値から実効線量への換算について検討する必要がある。先行研究[3,4]の関係者などに協力を要請する。

1-c: より簡易な安全評価法開発
実際の教育現場においては、一定以上の線量率になっていないことが分かれば良いため、より簡便な判定法を用いることで安全確保を行う事が望ましい。 既に箔検電器を用いた研究が実施しているためこれらの知見を取り入れる。

1-d: 散乱線を含む照射場での低エネルギー成分評価
廃炉現場や医療用のX線照射の現場など、高エネルギーの成分が存在する照射場に於いて低エネルギーの散乱線を評価するための簡易な測定手法の開発を行い、実際の現場での実態調査を実施する。
[4] エックス線発生装置管理のための低線量評価法, 大久保 徹ら, 日本放射線安全管理学会誌, 15 (2016) 66-73.

Task 2: 運用方法の検討
2-a: 教育現場での実態調査
実際の教育現場で用いられている放射線教育機材について、製造時期や構造の違いなどによる線量の違いを、Task1 での測定方法の確立を受けて実態調査する。この実態調査結果を受けて線量の上限値内に収まるように余裕を持った運用条件設定を行う必要がある。これには全国各地の中学校などの教育現場の協力と、教材メーカーの協力が不可欠である。

2-b: 教育コンテンツ実施に必要な印加電圧の検証
ホリゾン社のクルックス管による電子線の放出挙動を観察するだけであれば5Kvで十分であり、絶対安全と言える。しかし他社製の一般的なクルックス管や、透過実験や霧箱による観察、さらに透過像観察を行うために必要な印加電圧を検証する必要がある。これにより不必要な電圧印加を押さえ、漏洩線量を低下させる。
また、ある程度高エネルギーのX線が必要である場合、遮蔽体の利用を義務づける必要がある。これは既に様々な教育コンテンツを開発している現場の協力が必要である。

2-c: 遮蔽体の検討
コンテンツによって遮蔽が必要となった場合、20kV印加で1cmのアクリルでは線量が半分にしか落ちないた
め、取扱が簡便で実効性のある遮蔽体の開発を行う必要がある。古い装置で電子線を観察するためには鉛
含有アクリルなどを検討する。必要な印加電圧や目標とする線量によっても要求される仕様が異なってくるた
め、他の検討の進捗と合わせて必要に応じて遮蔽体の使用を検討する。

Task 1: 線量計測
大阪府大
放射線研究センター

大学・国研

放射線計測の専門家
ユーザーとしての学校教員

中・高

教材・測定手段の提供者

民間企業

実際に現場で使えるシステムの開発

大阪府大高専、名大、愛知工大、九大、
福岡教大、首都大、市邨中、放射線教育F、
JSF、千代田テクノル、JAEA、QST
サポート依頼: 線量計メーカー、教材メーカー

低エネルギーX線
測定技術の標準化

低エネルギー散乱線の実測情報→ 放射線審議会 眼の水晶体の放射線防護検討部会

Task2,3 に成果提供↓

Task 2: 運用方法の検討
学校教育現場の教員

Task1 で開発した評価手法

様々な製品の評価

教材メーカー
大学研究者、ＯＢ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

放射線教育フォーラム
福島県教育庁、名古屋市教育センター、各地の小中高教育現場
大阪府大、JSF、千代田テクノル
サポート依頼: 日本理科教育振興協会

遮蔽体など
解決策の提示Task 3: 線量評価とガイドライン策定
3-a: 低エネルギーX線被ばくによる実効線量評価、水晶体等価線量評価
10-20keV 程度の領域の中途半端な透過率を持つX線を全身へ被曝した際の実効線量評価と、発生源を注視するというクルックス管の特性上目の水晶体等価線量の評価を行う。
まず不均等被ばくのモデルを構築し、ある程度実際のスペクトルが把握できた後に検討を開始する。

3-b: 線量上限の検討
ICRP での様々なガイドラインや国内法令などを検討し、規制を行うべき線量上限の設定を行う。放射線防護の専門家の先生方に検討して頂く。

3-c: ガイドラインの策定、学会標準化
線量上限の検討結果と、Task1, 2 での検討結果を受けて、最終的に安全な実験を実施するための運用条件（印加電圧、遮蔽条件、距離、時間など）の提示と、各教育現場に於いて安全確認を行うための測定手法なども織り込んだ、「教育現場における放射線安全管理ガイドライン」の策定を行う。主な参加者全ての関与が必要である。放射線防護の専門家だけでなく、放射線教育関係者に広く議論を行って頂く。

Task 3: 線量評価とガイドライン
日本保健物理学会・
日本放射線安全管理学会
合同標準化委員会

保健物理・放射線防護の専門家
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

教育現場における放射線安全管理
ガイドラインの作成

東大、藤田保健衛生大、長崎大、弘前大、九大、首都大、大阪府大、
福岡教育大、静岡大、東北大、放射線教育F、JAEA、千代田Tc
サポート依頼: （一社）教科書協会

学会標準化
新教科書指導書への反映

水晶体に関する評価情報→ 放射線審議会 眼の水晶体の放射線防護検討部会

ガイドラインを反映↓

Task 4: 放射線教育プログラムの普及
44-a: 低エネルギーX線を活用した放射線教育プログラムの開発
クルックス管からのX線を活用して、遮蔽実験や、霧箱による可視化、さらには透過像観察などにより直感的に放射線の本質を理解できる、新規の放射線教育プログラムを開発する。Task3で策定したガイドラインに準拠する必要がある。

4-b: ガイドラインに沿った測定手段の教育現場への提供
ガイドライン策定後に、実際の教育現場での安全確認のための測定手段を提供する。希望者を取りまとめた上で、サーベイメーターの貸出しや、ガラスバッジの送付、回収、測定依頼などの業務を行い、現場からのフィードバックを得る。外部委託により実施を行う。

4-c: 新規教育プログラムの普及開発した低エネルギーX線を活用した放射線教育プログラムを勉強会、シンポジウム、教員研修、教育大学などの教員教育課程を通じて広く普及させる。全中理、各地の教育委員会、教育大学関係者などに協力を依頼する。また、HATOプロジェクトなど既存の教育プログラムも積極的に取り入れ、幅広いニーズに対応する。
現場での実施報告を受けてガイドラインにフィードバックを行う。

Task 4: 放射線教育プログラム普及
放射線教育の専門家
新規放射線教育プログラムの開発
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

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

大阪府大
放射線研究センター
京大、名大、JSF、学芸大、京都教育大、
市邨中、JSF、放射線教育F、福島県教育庁、
全中理SC、各地方毎の全国の拠点大学
サポート依頼: 全国中学校理科教育研究会、大阪ニュークリアサイエンス協会、
かんさいアトムサイエンス倶楽部、みんなのくらしと放射線展実行委員会、
大阪府立大学つばさ基金「放射線教育振興プロジェクト」

放射線防護分野の人材育成

「教育現場など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体制の確立」事業タイムライン
Topics
時期

新学習指導要領先行実施
2018(H30)
1Q
2Q
3Q
4Q

1Q

新教科書検定2019(H31)
2Q
3Q

4Q

新教科書採択、指導書作成
2020(H32)
1Q
2Q
3Q
4Q

Task 1: 線量計測
1-a: クルックス管からの低エネルギーX線線量評価
1-b: 低エネルギーX線の簡易な線量評価方法の開発
1-c: より簡易な安全評価法開発
1-d: 散乱線を含む照射場での低エネルギー成分評価
Task 2: 運用方法の検討
2-a: 教育現場での実態調査
2-b: 教育コンテンツ実施に必要な印加電圧の検証
2-c: 遮蔽体の検討
Task 3: 線量評価とガイドライン策定
3-a: 低エネルギーX線被ばくによる実効線量評価、水晶体等価線量評価
3-b: 線量上限の検討
3-c: ガイドライン策定、学会標準化
Task4: 放射線教育プログラムの普及
4-a: 低エネルギーX線を活用した放射線教育プログラムの開発
4-b: ガイドラインに沿った測定手段の教育現場への提供
4-c 新規教育プログラムの普及☆

☆

新学習指導要領全面実施
2021(H33)
1Q
2Q
3Q
4Q

実際に使える教材とは?

コスト

手間

確実性

教育効果

実施に要する時間

安全性

誰でも容易に使える汎用性

直感的に体感できるか?
他のテーマへの発展性

ほとんどの場合で、お金もないし時間もない・・・

大学の研究者
相互のコミュニケーションが不可欠
実際の教育現場の状況が分からない
現在どういう内容について教えているのか知らない

実際の教育現場
教材開発まで行っている余裕がない
一部の熱心な先生しか実施できない大阪府立大学のつばさ基金制度を活用した放射線教育振興プロジェクト
全国の教育現場での放射線教育の実施（委託）

寄附金額の半額分程度を上限に貸与10万円の寄付で、5万円分の物品

放射線教育用の物品

寄付頂いてすぐに物品発注を行う必要はありません。
必要に応じて、年度繰り越
しも可能です。

教育者
ふるさと納税（寄付）

放射線教育振興プロジェクト：
1627200700 に寄付する旨連絡

大阪府

プロジェクトへの分配

大阪府立大学
放射線研究センター

13%は大学へ

自己負担2000円以外は翌年の税金控除で全額(*)帰ってきます

寄付者の地元
自治体
府大からも2000円分相当の
府大グッツが進呈されます

物品購入*所得により上限金額があり、独身で年収600万円の場合\77,000の寄付が可能です。

ペルチェ霧箱を貸与する場合は、客観的で透明な経理を実現するために、大阪ニュークリアサイエンス協会（ONSA）を通して、直接公費での会計処理を行います。
それ以外の物品は、公費対応でない通販業者などでも、立替払いで対応可能です。

「換金性の高い物品」の貸与は出来かねますので、ご容赦下さい

ペルチェ冷却霧箱の売上利益から、製作のための学生アルバイトを雇用して社会還元しています。