2019年10月20日NPO法人市民科学研究室低線量被曝研究会市民科学講座Dコース第2回中学校や高校の理科の実験と広域総委全～クルックス管の利用で固かれること大阪府立大学放射線研究センター 秋吉優史クルックス管プロジェクト有志各位秋吉優史: akiyoshi@riast.osakafu-u.ac.jp http://bigbird.riast.osakafu-u.ac.jp/~akiyoshi/Works/index.htm
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William Crookes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(3) (1)管内の気体が電離されて出来た＋のイオンが一極に引きつけられて電子を叩き出す(二次電子放出) (2)印加電圧に従ったエネルギーに加速される陰極0.005 – 0.1 Pa程度の真空陽極(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-が低いため遮蔽される。誘導コイルによる20kV程度の高電圧印加
理科の授業で使っているクルツ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、 70 μ m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線が放出き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/
2017年3月に改正告示が公示された新･中学校学習指導要領H31 教科書検定H33全面寒施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○エについては、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月に告示された中学校学習指導要領解説理科編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文線にも触れるとともに,文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。クルックス管に関しては2008年版の学習指導要領解説にも記載されていた。放射線に関する記述は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。クルックス管を用いた実験を行う際の安全評価が必要平成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(2014)

指導書
•啓林館:放射線に関する注意あり。2012年版では、放電管から1mも離れれば漏洩X線の影響はほとんどないとしているが、2016年版では「X線の影響に配慮し、演示は行わず、教科書の写真や図のみでの説明にとどめる」と保守的。 •東京書籍:放射線に関する注意あり。誘導コイルの設定(電極間隔は4cm以下)、1m以上はなれた場所から観察をする、観察時間は10秒以下にするなど、具体的な運用方針が記載されている。 ・大日本図書:放射線に関する注意あり。生徒を1m以内に近づけない。 •学校図書:放射線に関する記述なし（誘導コイルの説明は非常に詳細） •教育出版:未確認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、70 μ m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！
Advanced Plan
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。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*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。 「換金性の高い物品」の貸与は出来かねますので、ご容赦下さい物品購入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。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。
ICRP放射線防護の基準を決める三つの原則からの検討
正当化 Justification:リスクを上回る利益がなければならない→クルックス管を用いた実演は極めて教育的効果が高く、将来的な放射線教育コンテンツとしても非常に価値が高い。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
低電圧駆動絶対安全の裝置の推奨経済的要因ふるさと納税制度等を用いた買換え促進徐々にリプレースしていく最終的には被ばくゼロを目指すX線を活用したコンテンツを安全に実施するために暫定的措置ALARAに従い最低限度の被ばくに留める+管理目標値自主的な管理低エネルギーX線測定手法の確立△線量低減手段の確立現場での線量確認手段の提供線量低減が難しい装置は使用停止を勧告自主的な規制誘導コイル設定などの運用条件、バイパス•分配抵抗の使用、クルックス管自体のリフレッシュ(アニーリング?)、遮蔽体の使用、距離・時間の制限

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。福島での事故後の線量限度は原子力災害対策特別措置法により定められる（現存被ばく状況）。
X線裝置の定義が明確ではない
厚労省全国規模での規制改革要望に対する見解の確認http://www8.cao.go.jp/kisei/siryo/030919/09-2.pdf RI法では1MeV以下のX線は対象外であり、定義されている放射線発生装置にも該当しない。電離則においては特定X線装置の定義からは外れるが、「X線装置」の免除レベルが規定されておらず、放射線安全を確保するための法令根拠が明確ではない。
不均等被ばくであり実効線量評価が困難
20keV X線は水での半価層が1cm程度であるため、体表からの深さによって線量が大きく変化する。またブロードなエネルギースペクトルを持ち運用条件によってピークエネルギーも変わるが、低エネルギーではわずかなエネルギー変動で大きく透過率が変化する。平面的にも一様ではない。このため、防護量である実効線量の評価は容易ではない。
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(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-Pub101a公衆の防護を目的とした代表的個人の線量評価教育に伴う放射線曝露での線量評価でも代表的個人の考え方を導入する。 ICRP-Pub64潜在被ばくの防護:概念的枠組み及びIAEA BSS ICRP 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10 μ Sv/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10 μ Sv/yを勧告。

IAEAのGSR part3
発生装置の免除レベルの要件(c) Radiation generators of a type approved by the regulatory body, or in the form of an electronic tube, such as a cathode ray tube for the display of visual images, provided that: (i) They do not in normal operating conditions cause an ambient dose equivalent rate or a directional dose equivalent rate, as appropriate, exceeding 1  μ Sv/h at a distance of 0.1 m from any accessible surface of the equipment; or (ii) The maximum energy of the radiation generated is no greater than 5 keV.となっており、クルックス管の実験を通した個人の追加の年間被曝線量（実効線量）は、ICRP Pub-64などでの免除レベルである10 μ Sv/yを下回る様暫定ガイドラインを設定し、ほとんどの場合で問題はない(より確実な管理のため暫定ガイドラインを修正する予定)と考えられるが、装置としてのクルックス管は、冷陰極線管などの免除レベルである表面から10cmでの線量当量（1cmおよび70 μ m）が1 μ Sv/hという免除レベルよりもはるかに高い線量を漏洩している。いずれも国内法には取り入れられておらず、法的な問題はないと考えられるが、我々の活動方針として個人線量についてICRPなどの勧告を取り入れてガイドラインを策定しているのに装置としての基準を取り入れないのは矛盾しているのではないか?
我々は、免除レベルを超える装置であるからこそ、ガイドラインなどにより自主的な管理、規制を行う必要がある、と考えている。 GSR Part 3 requirementsの発生装置の免除レベルは、ホリゾン製の低電圧クルックス管のような、我々がこれまで「絶対安全」と謳ってきた固有の安全性を持つ装置に対して適用されると考えられ、これらの装置に対しては管理について考えなくても良い。また、「in normal operating conditions」に対しての解釈で、暫定ガイドラインのような方針に従うことを前提とすれば、免除レベルを満たしうる。いずれにしても、免除レベル以上、法令での規制値以下と言う線量を、これまで考えられてこなかった領域として、どのように取り扱っていくか今後考えていく必要がある。厚労省は、2003年9月に行われた「全国規模での規制改革要望に対する見解の確認」では、法令上の「X線装置」に対して線量による明確な線引きを避けている。「現在、放射線審議会において、放射線を発生する装置における規制の免除の要件について検討されている状況にあることから、その検討を待ちたいと考えている。」とあるが、その後進展はない。
歯科レントゲン撮影1回: 10 μ Sv胸部レントゲン撮影1回: 50 μ Sv胃がん検診1回: 600 μ Sv 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 0.01mSv (10 μ Sv) 0.1mSv (100 μ Sv) 1mSv 1ヶ月のBG線量: 50 μ Sv (0.07 μ Sv/hの場合)国際線の飛行機での欧米への旅行1回: 100–200 μ Sv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: 400 μ Sv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国内線の飛行機1回:クルックス管プロジェクトの3 μ Sv程度到達目標: 10 μ Sv/年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: Hp(10) 1 μ Sv (1線) Hp(0.07) 10 μ Sv(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マントル年間の宇宙線量の世界平均と50 μ Sv(日本の方が小さい)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: 800 μ Sv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: 800 μ Sv (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
放射線障害防止法1MeV以下のX線は対象外。放射線発生装置も施行令第二条に列記されている物に限る。特定X線装置:令第十三条第三項第二十二号に、定格管電圧が10kV以下の物もしくは「エツクス線又はエツクス線装置の研究又は教育のため、使用のつど組み立てるもの」は対象外。 X線装置:定義が存在せず、免除規定も存在しない。厚労省全国規模での規制改革要望に対する見解の確認http://www8.cao.go.jp/kisei/siryo/030919/09-2.pdf 「X線装置」とは、「X線を発生することを目的とした装置」であるらしい。クルックス管がX線装置であると解釈された場合、何が必要か?クルックス管を「X線の発生を目的に」使用した場合、X線装置ではないと言いきれるか?管理区域の明示(電離則第三条)放射線装置室の設定警報裝置立入禁止(電離則第十五条) (電離則第十七条) (電離則第十八条) X線作業主任者の選任（電離則第四十六条）計画の届出(労働安全衛生法第八十八条)
管理項目除外規定
クルックス管の近傍では一回の実験で1.3mSvを超える可能性が十分にある。ガラスの水槽などで囲えばその表面の線量は距離と遮蔽で大幅に低減される。 X線を活用した実験をする場合は遮蔽体で囲み、中に入れないようにすることが必要か?低エネルギーX線の線量測定

20keV程度とエネルギーが低い
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一タはおろか、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測定される。
パルス状に放出されている
Be窓を用いた低エネルギーX線用NaIシンチレーション式サーベイメータなども販売されているが、パルス場であるためパイルアップしてしまい非常に小さい値しか示さない。Be窓のGe検出器や、 CdTe(CZT)検出器での測定も、非常に小さなコリメーターを使いカウントレートを落とす必要がある。
電源装置(誘導コイル)が不安定である
同じ装置を同じ設定で動作させても測定結果が大きく異なる事がある。機械的な動作を含む誘導コイルはその日、その時の状況で出力電圧が変動するため、系統的な比較を行うには何らかの方法でモニタしながらの測定が必要。
一般向けに出回っている簡易サーベイメーターはもちろん、空間線量測定で信頼されているTCS-172などでもほぼ全く測定できない。
NaIシンチレーションサーベイメータのエネルギー特性(アロカTCS-171カタログより)電離箱サーベイメータのエネルギー特性(日立ICS-1323マニュアルより)様々なサーベイメータのエネルギー特性(放射線計測協会放計協ニュース1cm線量当量率No.48, 2011, p6)
富士電機NHC6 φ 12.7 × 12.7mm NaIシンチレーター測定範囲X線8～300keV(～60 μ Sv/h), r線 50～1500keV (～600μ Sv/h) Rigaku Get Smart XU NaIシンチレーター測定範囲5～300keV(～10 μ Sv/h)通常のNaIシンチレーションサーベイメーター TCS-172だけでなく、低エネルギー測定が可能な新製品でも正常な評価が出来ない。時間的に一様な放射線場ではなく、パルス場であることが原因
横軸は低エネルギー測定対応の電離箱日立ICS-1323で測定した70 μ m線量当量。時間変動があるため、簡易測定器での測定の前後で測定し、平均を取った。 Kind-miniプラスチックシンチレーターを用いた簡易測定機。放射線教育支援サイト「らでい」から借りることが出来る。 Ranger米国S.E.International社製のパンケーキ型広窓GMサーベイメーター。 Inspector USBの後継機。不感時間100 μ s程度であり、理論上の計数率の上限は、600kcpm。
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1 mm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。
X-ray Energy / keV φ 0.5mm鉛コリメ―タ―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Amptek XR-100T-CZT CZT(Cd0.9Zn0.1Te)検出器Be窓、ペルチェ冷却φ3回軸鉛コリメータの2回軸黄銅コリメータ- φ 1.0鉛薄板コリメー atensi
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。
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。
DDE=30mm, PW4, 80 μ A, 1.56mSv/h DDE=30mm, PW7, 96 μ A, 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。
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放電出力変化に伴う平均電流をアナログ電流計で測定･電圧を低く抑えると極端に線量は小さくなる放電極距離は20mm以下に留める·雅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1/100になる1mから50cmに近付いただけで4倍になる。 ･電流上昇に従い指数関数的に線量が上昇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る。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。
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。 100keV以上のエネルギーでは余り大きく変わらない透過率30keVと15keVで約100倍違う。 3mmのガラスに対するX線の透過率
スリット入りのクルックス管は、スリットより陰極側（ビームの上流側)が最も線量が高いため、この部分を適当な金属板などで遮蔽すると効果的(ここは観察しない)。 O計算上20keVではアクリル1cmで半分に減衰し、5mmのガラスで1/50程度に減衰するが、重くて安全な運用が困難である。〇実際はもう少しエネルギーが低いため、アクリル3mmで約半分、1cmで1/3に減衰した。厚さ1.9mm程度の軽量(1.5kg)のガラスの水槽でも、1/20 ～ 1/50程度に減衰した。軽くて取り回しが良く、持った感じがガラスとは思えないほどであったため、実際の教育現場でも十分実用的に運用可能であると考えられる。暫定ガイドラインの遵守で十分安全であるが、さらに少しでも線量を下げたい場合のオプションとして非常に有効。
測定距離15cm,放電極距離20mm厚さ1.9mmガラス製水槽で遮へい。わずか1356円だった。 https://www.amazon.co.jp/gp/product/B00W5DSU0C
1.遮へいによる防護(線量率)＝遮へい体が厚い程低下2.距離による防護(線量率)＝距離の二乗に反比例3.時間による防護(線量)＝(作業場所の線量率)×(作業時間)実際の教育現場での測定
・ガラスバッジFX型を用いて低エネルギーX線の線量とエネルギーを評価。 •クルックス管からの距離、中心軸合わせ、照射時間などを統一したプロトコルを作成し、現場の先生自身の手で測定。 •系統的に距離を変えて測定し、実際に生徒の居る位置での評価を行う。 •誘導コイルの設定は「普段授業を行っている設定」で依頼し、実態を評価。 •全国16校からの協力を得て37本のクルックス管について測定を行った。
•現場の多数の先生方自身が、低エネルギーのX線に対しても校正された測定器を使用して自分の手で測定を行っている(電離箱などでは現実問題として不可能) •実際に生徒が観察を行う1m位置での評価を行っている(過去に例がない) •線量の評価と同時に低エネルギーのX線のエネルギーの評価も行っている(CZT検出器などで評価可能であるが、現実問題として現場での測定は不可能） •それぞれの測定で評価されたエネルギーから、70 μ m線量当量から実効線量の換算が可能である(最終的に実効線量(Sv)での評価を必ず一度は行った上で、安全管理を検討する)
全国の37本のクルックス管について、ガラスバッジという線量計を配布することにより教員の手で線量測定を行ってもらった。 37本を測定した。10分間の測定での70 μ m線量当量*: 25本でく50 μ Sv @ 1m（外挿により評価）  *実効線量はさらに1/10以下。 18本でく50 μ Sv @ 15cm（検出限界以下）その一方で高い線量を示した装置も存在したペットボトルに貼付けたガラスバッジに15, 30, 50cmの距離で10分間X線照射して返送してもらい、線量評価を行った。X線計測専用タイプの物で、同時にエネルギー評価も出来る。放電出力最低で距離1mでも600 μ Sv以上が検出された装置を現地調査。管内のガスが枯れていて電流が流れにくい個体であった最低出力、30cmの距離で放電極距離30mm: 2mSv/h放電極距離50mm: 30mSv/h放電極距離を20mmに縮めると、 40 μ Sv/hにまで落ちた。距離1m、10分間では、0.6 μ Svに過ぎない
① ＋のイオンが一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。 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る。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う。
・低電圧駆動の製品に買い換える全国1万校× 4万円= 4億円の予算措置が必要。さらに高校でも使われている。絶対安全なので何も考えなくても良い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3）距離を取る4）遮蔽をする5）時間を短くする過去の研究から策定した暫定ガイドライン本当にこれで安全か全国規模の実証試験が必要発生するX線量自体を下げる放射線防護の印加電圧を下げることにより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。クルックス管は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。遮蔽に関しては、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、ガラスの水槽を用いるか（2mmで1/5以下に下がる）、距離を取る方が簡単である（距離の二乗に反比例する)。 ・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・放電極を絶対に使用し、放電極距離は20mm以下とする。 ・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
・低エネルギーX線の線量とエネルギーを評価可能なガラス線量計（千代田テクノルFX型）を使用。 •クルックス管から20cmの位置で、放電極距離20mm、放電出力は観察できる範囲で最小、十字板を倒して正面方向で、照射時間10分という暫定ガイドラインに準拠した統一したプロトコルを作成し、現場の先生自身の手で測定。 ・ガラスバッジは大阪府大と各学校で郵送でやりとりし、1月ごとに取りまとめて測定を行う。 ・BGの評価は、Snフィルターで遮蔽された素子により行う。 •測定限界が50 μ Svであるが、1m位置10分で実効線量が10 μ Svになる場合、20cm位置では実効線量で250 μ Sv、70 μ m線量当量はその10倍程度になるため、十分な検出力と言える。
暫定ガイドラインを遵守することでどこまで線量を下げることが出来たのかを検証するために、2019年8月～10月に第二期の実態調査を行った。 8月期は、27校の92本のクルックス管について暫定ガイドライン準拠での測定を行った。 69本に於いて20cm距離10分の測定で、Hp(0.07)が測定限界である50 μ Svを下回っており、有意な値が出た23本の装置の中での平均でも、1m位置10分間での実効線量は2 μ Svにしか過ぎず、暫定ガイドライン適用前に比べて極めて低い線量に抑えられている。 2018年の暫定ガイドライン適用前の実態調査では、37本中12本が距離1m、 10分間での実効線量が5 μ Svを超えており、93 μ Svに達した装置もあった。 1本だけ1m位置で10分間観察を行った場合、ICRP Pub-64やIAEA BSSなどで示されている国際的な免除レベルである実効線量10 μ Svをわずかに上回り、15 μ Svと評価された。誘導コイルの発振周期を最大としていたため?
2018年第一期実態調査これまでの授業での設定暫定ガイドラインの適用により、これまで授業で行っていた誘導コイルの設定2019年第二期実態調査暫定ガイドライン準拠これまでの授業での設定
生徒位置(z=1m)での全身への線量を評価するために、平面内での線量分布を測定した。中心からy方向60cm離れた位置でも70%程度の線量とかなりブロードな分布となっており、1.5倍以内の範囲に収まっていた。以下の式で空間分布を表わすことが出来るH n = a/(100² + x² + y²)平面方向の変位を含めた直線距離の二乗に反比例100cm
*体表面での線量= 70 μ m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。 (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) 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50 μ Svにも満たないと考えられます。 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)スクリーニングのための簡易測定
→ 箔検電器について箔検電器の箔の閉じる時間は，放射線が空気を電離することによって生成されるイオンの量に依存する.
箔検電器はクルックス管と同様に多くの中学校に置かれている.画中学校の環境においても簡単に取り扱える. > 箔の閉じる時間は,放射線が空気を電離することで生成されるイオンの量に依存する.印加電圧と箔の開き角度の関係, 静電容量から微小なイオン電流が求められるため，一種の開放型の電離箱として利用できる. ※箔検電器を用いた定量的な線量測定は既に,同じクルックス管プロジェクト内で先行研究が行われている[1]が，平行して，我々の研究グループも測定手法の開発を行った.箔検電器を用いたX線の線量測定手法を開発すれば,中学校の先生自身でもX線の測定が可能となり,スクリーニングを実現できる. [1]森千鶴夫,精方良至,箔検電器の特性と放射線の測定,愛知工業大学研究報告第53号(2018)
・印加電圧が増加すると徐々に角度が増加する. （1000V⇒31.1°） • 1000Vで印加を中止し，そのまま放置すると角度がゆっくりと減少した.荷電特性と放電特性には,グラフの対称性が見られた.本研究では,両者の間で直線性が見られた箔の角度30°⇒15°になるまでの時間をハーフタイムとする.
①金網による電場の遮蔽②導線の繋ぎ方の変更金網の有無における測定結果
金網で遮蔽すると明らかにハーフタイムの差が小さくなった(電子が引き寄せられにくくなっ金網使用時の測定結果
70cm離すとかなり小さくできるこれらの対策を実施してハーフタイムと線量率の相関性を見直した. -
電場の影響を低減すると両者に相関性が見られた. •ハーフタイムは正と負の幾何平均値を使用した. •先行研究では線量率が60 μ Sv/hのとき，ハーフタイムが約100秒であるが，本研究では同線量率のとき，約50秒となった.先行研究では60°⇒30°をハーフタイムとしているため,ちょうど2倍ほど差が生じたと考えられる.異なる箔検電器においても同じ結果が得られる可能性本研究で使用した箔検電器は，線量率13～277( μ Sv/h)の範囲において, ±30%の誤差でハーフタイムからX線の線量率が推定できる.
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。同じような見え方のβ線、γ線からの光電子に比べて非常に飛程が短く、「エネルギー」が低いという事が分かります。中学校の理科教育における学習指導要領で「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」と定められています。電子を弾き飛ばす「電離」と言う現象放射線と物質の相互作用の本質
(1) ＋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) (4) 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。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2/3程度。電子を弾き出すという放射線の本質を直感的に理解できる。また、エネルギーの違いを弾き出された電子の飛跡の長さという形で理解できる。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
エネルギーIkeVI CZT検出器スペクトル測定結果～6 ～3 ~ 4 → 5 → ) ー ー1 2〜1:飛跡の長さ[mmペルチエ冷却式高性能霧箱での測定結果1 ~ 22
α線の観察:ポリパックに入れた状態と、取りだしてチャンバーに入れた状態との比較β線の観察:チャンバーの天板の「上」にマントル線源を配置 →天板のプラスチック板でα線は遮蔽される7線の観察:チャンバーの上に5mm程度のアルミ板を設置してその上にマントル線源を配置→光電子の観察2017/05出荷分より、高電圧印加方法を改良し、大幅な高性能化を達成。僅かな光電子観察も可能とした。 α線の飛跡ß線の飛跡狭い範囲に一気にエネルギーを放出します水の中では数十μ m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。波長の短い光の仲間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
•ダイソーのコレクションケースを使用した霧箱工作教室を実施･ポリスチレン製でアルコールに侵されない•台座が黒く紙などを敷く必要がなく、薄いため短時間で冷却される・工作は実質スポンジテープを貼るだけ。短く切ってあるので貼付けも容易で、説明を除くと15分かからない･確実に全員飛跡を観察できたダイソーのコレクションケースを使ったきりばこ簡単･確実･霧箱工作教室１　まず①のケースをつつんでいるビニールを外して中身を取り出しましょう。次に透明なふたを開けて、ふたの内側に、②のスポンジをくっつけましょう。こんな感じでケースをセットしたときに上に来るように、両面テープの紙を上手くはがしてくっつけましょう。はがしたビニールと両面テープの紙は、ゴミ袋に捨てて下さいね。 2　③のボトルに入っているアルコールを、1.でくっつけたスポンジテープにしみこませてあげましょう。たっぷり注いで下さいね。その間に、空気中のほこりを集めたガーゼを小さく切った物を、スタッフが配ります。①のケースの黒い底板の真ん中に置いて下さい。アルコールとガーゼの準備が出来たら、黒い底板の上に透明なふたをかぶせましょう。 ③のボトルを強くにぎって、アルコールを飛ばしたりしないように注意しましょう! ３　④の紙皿の上に、ドライアイスのかき氷を配ります。①のケースがちょうど乗るぐらいの大きさになるように、スプーンで真ん中に集めましょう。ドライアイスは-70℃以下のとっても冷たい物なので、絶対に手でさわったり、スプーンで飛ばしたりしないように注意しましょう! 4ドライアイスを集めた④の紙皿の上に、①のケースを上下一緒にのせて、上からぎゅっと押してしっかり冷えるようにしてあげましょう。しばらくすると、細かい霧(きり)のような物が見えてきますので、⑤のライトで横から照らしてじっと見てみると・・・?!こんな感じでななめ上から見ると見やすいよ!ライトは透明なカバーの部分がスイッチになっています。カチッと言うまで押してみましょう。放射線が作る小さな飛行機雲、見えたかな?!
•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一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。
本プロジェクトの目的は学校現場での放射線安全管理ガイドラインの策定である。教育的価値の高い実験を放射線安全も確保したうえで安心して実施できるように環境を整備することを目指している。関係する様々な立場の方の理解を得るためには、必要な情報を提供するのみならず、立場を超えた議論が必要であり、技術的問題点の解決だけではなく、放射線防護の根本から進むべき方向を検討する必要がある。本プロジェクトは、線量などの計測の専門家と、線量評価、放射線防護の専門家のみならず、実際の学校教育現場の教員、放射線教育関係者、教材メーカー、教科書会社等が関わっているが、今後より多くの立場の方の意見や諸外国の管理体制を取込んでいくことにより実際の生徒や保護者に対しても納得して貰えるガイドラインを策定する。
Task 1:線量計測ユーザーとしての学校教員教材・測定手段の提供者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国内外の規制実態を踏まえた上限線量の検討教育現場における放射線安全管理ガイドラインの作成Task 2:運用方法の検討教材メーカー大学研究者、OB遮蔽体など実態評価に伴う問題点の抽出解決策の提示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放射線知識の国民的普及
(2019年3月3日、慈恵医大) ・日本放射線安全管理学会第17回学術大会(2018年12月5日-7日、名古屋大学)セッションタイトル「クルックス管」口頭5件+ポスター1件●静岡大学放射線業務従事者教育訓練(2018年04月20日、静岡大学) ●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(2018年05月11日,名古屋商工会議所） ・日本保健物理学会第51回研究発表会（2018年6月29-30日、ホテルライフォート札幌） •日本アイソトープ協会第55回アイソトープ・放射線研究発表会(2018年07月04-06日、東京大学弥生講堂） •平成30年度「中学理科で使える高校理科の技術」講座（2018年7月30日、名古屋経済大学市邨中学校） •日本エネルギー環境教育学会第13回全国大会(2018年08月08-10日、山形大学)日本原子力学会秋の大会(2018年09月05-7日、岡山大学) ●放射線プロセスシンポジウム(2018年11月21-22日、東京大学弥生講堂) •大阪府立大学放射線研究センター共同利用報告会(2018年11月27日、大阪府立大学) ・放射線教育フォーラム愛知・岐阜・三重地区新年勉強会（2019年1月5日、名古屋大学） •「放射線に関する教職員セミナー及び出前授業実施事業」第2ワーキンググループ会議(2019年3月12-13日、科学技術館)
アイソトープ・放射線研究会公開パネル討論(2019年7月5日、東京大学)全国中学校理科教育研究会(2019年8月8-9日、秋田アトリオン)大阪府立大学友好祭オープンラボ(2019年5月25日、大阪府立大学) ●中学理科で使える高校理科の技術講座講師(2019年8月29日、名古屋経済大学市邸中学校·高等学校) ●放射線安全フォーラム第60回放射線防護研究会「X線源を考える」（2019年4月21日、東京大学） ●日本放射線安全管理学会6月シンポジウム(2019年6月27-28、東京大学) ☆中学理科の教科書を出版する全5社への要領書への暫定ガイドライン掲載依頼(2019年19th International Conference 7月2日、大阪、7月5日東京） ☆大阪府知事秘書長及び教育総務企画課長へ、教育現場における放射線安全管理につon Solid State Dosimetryいて説明（2019年7月26日、大阪府庁本館知事室） (SSD-19)(Hiroshima, ●中部原子力懇談会エネルギー・環境研究会セミナー（2019年7月27日、名古屋商工会Sep. 15–20, 2019)議所） ●近畿大学原子炉実験・研修会放射線教育の実践例照会・意見交換(2019年7月30日、近畿大学) 3rd International Conference on Dosimetry and its Applications(ICDA-3)(Lisbon, Portugal, 27-31 May 2019) ・日本エネルギー環境教育学会第14回全国大会(2019年8月5-7日、高知工科大学) ・日本原子力学会2019年秋の大会(2019年9月11-13日、富山大学) ・大阪府立大学放射線研究センター共同利用報告会(2019年11月5日、大阪府立大学) ●大阪府高等学校理化教育研究会物理研究集会(2019年11月20日、大阪府立茨木高等学校） ●放射線教育フォーラム第2回勉強会(2019年11月24日、東京慈恵会医科大学) ☆日本放射線安全管理学会・日本保健物理学会合同大会（2019年12月5-7日、東北大学）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●高校物理基本実験講習会(兵庫会場) (2019年12月15日、兵庫県立神戸高等学校) ●教員研修(2019年12月26日、島根県出雲科学館)
・低電圧駆動の製品に買い換える絶対安全なので何も考えなくても良い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・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・放電極を絶対に使用し、放電極距離は20mm以下とする。 ・出来る限り距離を取る。生徒への距離は１ｍ以上とする。教員が磁石で電子線を曲げるときは指し棒などを使用する。 •演示時間は10分程度に抑える