放射線のページ

放射線の種類

アルファ線ヘリウムの原子核(陽子x2+中性子x2)
ベータ線電子
ガンマ線電磁波(電波や可視光線やX線も電磁波)
中性子線中性子(核分裂時のみ)

種類が同じでも、持っているエネルギーに違いがあり、
例えば、高エネルギーベータ線もあれば、低エネルギーベータ線もある。

放射線の物理作用

放射性同位元素(アイソトープ)から出る、ベータ線とガンマ線は、
他の原子に対して核反応を起すようなエネルギーは持っていないらしい。
これに対して、アルファ線と中性子線は、核反応を起して別の物質に変えてしまう。
また、これらの衝突によって出来た物質は、放射性同位元素であることが多く
内部被爆の場合これが体内で新たな放射線を発生するのでこれも大きな問題なのだ。
チェルノブイリで内部被爆で問題になったのが、プルトニウムが出すアルファ線だと聞く。
ただ、アルファ線は、アルミニウムより重い物質とは、核反応を起しにくいらしい。
単純計算では、アルファ線がぶつかった原子は、陽子と中性子が2個ずつ増えて
原子番号が+2の元素に変わることになる。
中性子線は、ウランの核分裂などで出て来るもので、放射性同位元素の崩壊で
出て来る物ではない。原子炉などで臨界になると多量に出てくる。
余談だが、どこかの物理専門外の工学系大学教授が、(臨界=核爆発)と勘違いして、
大騒ぎしていたが、臨界は、中性子線の密度が核分裂連鎖反応を起す密度に達した
ということで、同じ臨界でもウランなどの純度が低ければ、核爆発には至らない。
原子炉の核燃料のウランと原子爆弾のウランの純度には、相当な差があるのだ。
中性子線が発生するケースは、その他に、アルファ線をベリリウムに当てたりすると
発生するようだ。
中性子線が、他の物質に当たると中性子が増えるのだが、大抵の場合ベータ崩壊を
起して中性子が陽子に変わり、結果として、原子番号が+1の元素に変わる。
物理学の歴史で、核分裂がまだ発見されていない頃、まだ発見されていない
原子番号94の物質を探すために、ウランに中性子線を当てる実験をしていたようだ。
その中で、水などが中性子線の速度を遅くすることが発見された。
中性子の速度が遅くなると、他の原子と衝突しやすくなる。
原子炉内で、中性子を遅くする働きをするものは減速材と言われるが、
チェルノブイリ原発では、黒鉛(炭素)が使われていたためこれが火災を起こし
放射性物質をより拡散する結果となった。
福島原発事故後に、TBSが黒鉛を冷却材と誤報したことがあったが、減速材である。
中性子線は、アルファ線より危険である事を覚えておこう。
しかし、通常は存在しないのでガイガーカウンタでの検出対象にはなっていない。

放射線の化学作用

放射性同位元素(アイソトープ)から出る、ベータ線とガンマ線が、
他の原子に対して核反応を起こさないなら、なぜそれが危険なのか。
それは、化学反応を起すからだ。
つまり、化学結合を切って化合物を元素単体や別の化合物に分離したり、
放射線から得たエネルギーで別の物質と反応したりすることだ。
ベータ線とガンマ線がDNAやRNAを構成するアミノ酸に対して
どう作用するかが分かれば、不要な心配をしなくて済むかもしれない。
放射線の発癌メカニズムは、遺伝子の直接的損傷も考えられるが、
細胞の他の組織に作用して、活性酸素のような発癌性物質を作ったり、
放射線が直接発癌性物質と同様の作用を起こし、癌を発生する可能性も考えられる。
むしろその方が多いのかもしれない。

放射線を測定するには

政府などが測定して公表しているのと同等な測定は、恐らく10万円以下の
ガイガーカウンタと呼ばれる機器では出来ない。
30万円以上する、サーベイメーターと称される機器が必要だろう。
μSv/hで表示されるものでも、安いガイガーカウンタだと
高エネルギーの放射線しか測定出来ないと思われる。
また、バックグラウンド値も、機器の測定限界値を元に設定されるため
感度が低い機器では、感度の高い機器の数倍の値を表示していたりする。
弱い放射線線を捉えるには、雲母(マイカ)窓のGM管や、
高感度のシンタレーター式を使う必要があるようだ。

TERRA-P

ウクライナのECOTEST製のTERRA-Pという黄色いガイガーカウンタを
少し使わせてもらった事がある。
β線も測定出来るということだが、GM管が金属管で窓がなく、管を透過して
内部のガスに放電を起こさせなければならないので、β線でもかなりエネルギーが
高くないと検出出来ないと思われる。(スベック上では、0.5MeV)
このガイガーカウンタのLEDの点灯は、10〜20秒に1回程度で
バックグラウンド数値は、0.09μSv/hだった。

放射線検出器のキット

アメリカの http://www.kitsusa.netで
C-6986 Micro Geiger Counter Kit を通販で購入した。
秋月のキットよりは、感度が高いと思うが、それでも反応するものは
今のところウランガラスだけだ。
ウランガラスの放射線も、高エネルギーのものしか検出出来ていないせいか
線香花火の後半のようにくすぶりながら時々シュパッと放出される放射線を
検出している感じ。毎分均等に検出されるわけではない。

バックグラウンド10分間


ウランガラス40秒間


蛍光灯のグロー管、ランタンのマントル、各種花崗岩など幾つか試したが、
検出出来る放射線を持ったものには巡り会えていない。
とはいえ、バックグラウンドでは、このキットでも検出出来るエネルギーが高い
放射線が1分間に平均3回の割合で検出されている。
このことから、少ないながらも人体は、放射線にさらされていると言える。
不思議なのは、毎分3回くらい放射線が検出されているのに、身の回りに
この回数を微妙に超える放射線源が見つからない事だ。
身の回りの何かに近づけると毎分6回くらいに増えるものが、もっとあっても
いいようなものなのに。
また、カリウム40由来のベター線も、このキットでは検出出来ていない。
→後に、長時間測定で検出出来る事が分かった。

このキットの回路について

高圧トランスの出力側のGNDが浮いていて気持ち悪い。
そのくせ、信号はトランス入力側の回路につないでいる。
まだ、FETだけなら分かるが、電流駆動のトランジスタの入力につないでいるのは
無理な気がする。
ハンダ付け後フラックスをアセトンで溶かして除去したが、こうしないと
雨の日はまず動かない。
アメリカでは、空気が常に乾燥しているので問題ないという事か。
それにしても、触っても感電しないので、動作電流はもの凄く小さい。
GM管にかかる電圧は、600Vと書いてあったが。
高圧電源平滑用のコンデンサがないと言う人がいるが、C3は、それを兼ねていると思う。
C3とR6の接続部がトランス入力側のGNDに近い電圧だと仮定すると
大体動作は理解出来る。
圧電ブザーは、待機時FETがONで一端が2V程度に落ちて約7Vかかっている。
GM管がショートするとFETがOFFになりカリッと音がする。
圧電素子は、ほとんど電流が流れないのでこれでもいいが、
GM管がショートした時にだけ電圧がかかるようにした方がいい。
LEDは、トランジスタが電流駆動なので、C3を充電するときだけ電流が流れる。
このため、電源を入れた時と、GM管がシーョート後、C3に
充電するタイミングでLEDが光る。
しかし、保護抵抗がないので壊れるかも。
あと、発振回路だがNE555の標準発振回路と比較すると、出力波形の
Low期間を決める抵抗の値が0Ωで、計算上発信しないかと思いきや、
一瞬だけLowのインパルス状の波形になっている。
発振周波数は、約256Hz。
ちなみに、デューティー比を50%くらいにしてみたら、回路は動作しなくなった。
立ち上がりと立ち下がりが離れると、C3が立ち下がりで逆充電され相殺されるのか。
恐らく整流用のダイオードもC3に対しては機能していない。
ということで、気持ち悪いと言うか、よくこんなので動作しているなあ・・・
という回路なのでした。
※回路図は公開出来ないので、キットを持っている人の参考まで。

放射線の遮蔽について

アルファ線は、紙でも遮蔽出来るということは分かりやすく納得している。
問題は、ベータ線とガンマ線だ。
文献も「薄いアルミ板」などという曖昧な表現であったり、
通過するかしないか言っているけれど、何パーセント遮蔽するか
というのが現実問題として知りたいところ。
また、持っているエネルギーによっても同じ線種で違って来る筈だ。
目安として、
ベータ線は、2mmのアルミ板でほぼ遮蔽出来る。アルミ箔はやや減衰するが通過する。
ガンマ線は、10cmの鉛板でほぼ遮蔽出来る。
そんな感じか。

直ちに健康に被害があるものではない

長期的に被爆しなければ、問題となる線量ではないと言っているようにも
聞こえれば、すぐに髪の毛が抜けたりするような危険なものではない
と言っているだけにも聞こえる。
しかし、10年後ガンになったりするかは、誰にも分からない。
そこには、あえて触れないでおく。

バナナ等価線量

Wikipedia の記事が、訂正されまくっている。
Wikipedia当初に書かれていた、130.24ベクレル/kg という値は、そんなに
間違った値ではないように思う。
別の情報源で計算してみると、
バナナ100g当たり360mgのカリウムが含まれる。
天然カリウム1gが30.4ベクレルというのが規定値だとすれば、
結果109.44 ベクレル/Kg
天然カリウムに含まれるカリウム40の比率は、0.0117 %ということだが、
カリウム40は1gで、2598ベクレルということになる。

デジカメによる放射線検出

このYoutube映像は、身近にあるパイレックスガラスなどを
シンチレーターとして使用し、デジカメで放射線検出が出来るというもの。
ところが、実演で使用しているシンチレーターがどうやって
作られたものか示していないし、放射線源も明かされていない。
このサイトでは、当初ベータ線が検出出来ると言っていたのだが
いつの間にかガンマ線が検出出来るという話に変わっていた。
前提が示されていないので言っている事とやっていることが違う。
また、シンチレーターで放射線から変換された微弱な光を捉えるのに
デジカメであれば、ピント合わせしなければ、検出出来ない訳で
厚みのあるシンチレーターだとピント合わせそのものが出来ない。
また、デジカメに映るという事は、真っ暗な中で肉眼で見える筈。
同様に、iPhoneのカメラで放射線検出は出来ないと言える。
シンチレーターの光は、光電子倍増管で捉えるしかないだろう。

内部被爆に関して考慮する事

1)放射線の種類
2)特定の臓器に集まるかどうか。
　　甲状腺に集まるヨウ素や骨に集まるアルカリ土類金属の放射性同位体。
3)体外への排出されやすさ。
4)半減期。
半減期に関して注意しなければならないのは、
半減期でその物質が半分になったとしても、
その物質が崩壊して出来た物質が、また放射性同位体で、強い放射線を放ったり
半減期が長かったりするので、その点も注意しなければならない。
例えば、ウラン238が鉛206になるまでも様々な放射性物質を経由する。

母乳にも放射性物質は出ます

・牛乳に出て、母乳に出ない理屈を説明せよ。
　(同じほ乳類で、牛と人間の違いがあるのか)
・人体が放射性ヨウ素と、そうでないヨウ素を区別する機構を持つなら
　その原理を示せ。(化学的性質が同じなのにどう区別するの)

どれくらいだと危険か

アルファ線が検出できないガイガーカウンタで、シーベルトを
表示しても、それは厳密には違うわけで、
人体への影響も完全に解明されているわけでもなく
単位自体も曖昧、測定器自体も曖昧。
更に、ベクレルに至っては、内部被爆を意識して用いられる単位で
普通のガイガーカウンター、サーベイメーターでも検出出来ないくらいの
微量の放射線も検出出来る専用の機械で計っている。

個人的には、外部被爆に関しては、バックグラウンドの10倍の
放射線なら許容できると考えている。(1μSv/h)
100倍だとよく分からないが、まず敬遠する。(10μSv/h)
→これはあくまでも個人的な判断です。
ベクレルは、計測単位が小さ過ぎて判断出来ない。
もしも、花崗岩の放射線を計測出来る感度のガイガーカウンタがあるなら
それで野菜を測定して、花崗岩程度の放射線を検出したら絶対食べない
というくらいの指針を持つだろう。

危険度を判断する尺度の１つに確率論的な考え方がある。
放射線量に比例して、ガンになる確率が上がるというもの。
今のところ、この考え方が基本だ。
後は、過去の経験を統計的に分析したデータに基づき、発がん性リスクの
ない条件を排除する事になるだろう。
それから、ガイガー管を使った放射線検出器のキットを作って
思った事は、このキットは、放射線の検出能力が低いが、
単にGM管が小さ過ぎて放射線が検出出来ないというだけではなく、
雲母(マイカ)窓のGM管との比較で、明らかに感度が低くて検出出来ていない。
感度によって検出出来ないものがあるということは、放射線が
確率的に取れないのではなく、強さが弱くて取れなていないのだ。
放射線にも、電気で言えば電圧のようなエネルギーの尺度があり、
高電圧では感電しても、低電圧では感電しないように
放射線のエネルギーによって、ほぼ無視して良い値があるはず。

内部被爆に関しては、長期間放射線を受け続けることから、
外部被爆が1時間の線量を気にするのであれば、内部被爆は、
1年の線量で考えるとすれば、1年=24x365=8760時間で
およそ9000倍して考える事になる。
1万分の1が計れる感度の放射線量計で測定した微弱値を
時間的に9000倍して危険な数値です、というのもおかしな話。
放射線の持つエネルギーを考慮して判定すべきだろう。

放射線検出器キットにカウンターをつけてみて

2011年6月25日
身の回りの物から、バックグラウンドの2倍程度の放射線が
検出出来ない理由は、
1) エネルギー説(エネルギーが低いものが検出出来ない)
2) 線量説(放射線の粒子の密度が疎低過ぎて検出出来ない)
があると考えていたが、カウンター計測の結果、線量説が優勢になった。
放射線発生の時間的バラツキが大きいから分かりにくかったのだ。
カウンターをつける前は、何となく多いかな？と思っても、
なかなかそれを立証する事が出来なかった。
放射線は、例えば1分間に幾つ検出されるか調べても、バックグラウンド
1分の測定では、0だったり、3だったり、時に10くらいだったり
短期的には、2〜3倍の変動がある。
従って、長時間計測して平均を取るしかない。
これは、市販のハンディータイプのガイガーカウンターでも
言える事で、感度が低いガイガーカウンターでは、仮にμSv/hの
値が表示される機種でも、放射線の発生ばらつきで、
一時的に高い値や低い値を表示するものである。
30秒くらい置いて安定した値は、その間の積算値で求めたもので、
1時間の計測値として正しく出ているとは限らないのだ。
この誤差は、ガイガー管の感度が高い程少ないと思われる。
感度が高いと短い測定時間で、正確な値が出るのだ。
一方、エネルギー説に関しては、未だよく分からない。
放射線のエネルギーに関しては、放出する放射性物質によって強さが
決まっているようなのだが、計測時には、空気を含めた遮蔽効果と、
エネルギー減衰を考慮する必要があることは間違いない。
感度が違う2つのガイガーカウンターで、異なる2つの物質の放射線を測定すると
物質Aの2つの測定結果の比と、物質Bの2つの測定結果の比は、
同じにならなければならないのに、必ずしもそうならず、
放射線が弱い物質では、比率がより大きく出る傾向があるのも確かなのだ。
放射線エネルギーの検出しきい値があるようだ。
さて、カウンターをつけてみると、白い皿やコーヒーカップの多くが
バックグラウンドの2倍くらいの放射線を出しているのが分かった。
これは、釉薬として使われる長石の成分のカリウム由来ではないかと思う。
また、カリウムに関しては、あるカリウム塩粉末で確認した所
2時間の計測でバックグラウンドの2.5倍の放射線を確認出来た。
感度が低くても、時間をかければ計測出来ている様なのだ。
バナナの放射線に関してだが、カリウム塩でやっとバックグラウンドの
2.5倍で、更にこの 1/1000の濃度だからガイガーカウンタでは、
到底検出出来るものではないのだ。
ベクレルという単位がいかに小さいかが分かる。
バックグラウンドの放射線が0なら、人間の体は放射線に
対して無防備であってもおかしくないが、微量の放射線が
飛んでいる中で生活しているのだから、体の仕組みとして
ある程度放射線に対応出来るようになっていると思われる。
ただ、安全性に関してはデータがないので、慎重にならざるを得ない。
ホルミシス効果に関しては、主作用の害でなく、副作用の利点に
着目しているだけであり、この考え方は危険だ。

放射線検出キットによる計測結果

対象 カウント数 シーベルト換算
バックグラウンド 3カウント/分 0.1μSv/h
コーヒーカップ 5カウント/分 0.16μSv/h
カリウム塩 7.5カウント/分 0.25μSv/h
ウランガラス 50カウント/分 1.6μSv/h
自宅雨樋下(横浜市鶴見区 2011.7.12) 16カウント/分 0.53μSv/h
※どれも、近接測定です。

免疫力と放射線による癌

放射線によって、特定の遺伝子が損傷したら癌になる。
このプロセスは、放射線被ばく量と確率だけで決まると言っていい。
免疫力を高めておくと、万一発生した初期癌を早期に
消滅させられるのではないかという期待があるが、果たしてそうか？
免疫細胞が癌細胞を異常な細胞だと認識出来ればいいのだが、
そう認識出来ないのが、癌なのだからその期待は薄い。
もしも、癌の免疫療法が有効であり、普段からその治療と同じことを
して免疫力を高めているなら効果があるだろう。

静岡茶の放射線

静岡茶の放射線は、福島原発事故以前からあったものかもしれない。
黄砂に混じって放射性物質が飛来しているという説もある。
福島から静岡は、少し遠過ぎる気がする。
→放射性プルーム（雲）という形で浮遊し遠くまで運ばれるようです。
お茶は、乾燥により放射性物質が濃縮されるから、それをベクレル値で
計ったら引っかかるかもしれないが。
今まで、全く気にしていなかったのだけど、計ってみたら
実は・・・
ということがあるのかもしれない。

雲母(マイカ)窓でしか計れないベータ線

2011年6月26日
Webでのガイガーカウンタ自作有志のページを見ると、どうやら
雲母(マイカ)窓でしか計れないベータ線があるらしい。
それは、蛍光灯の点灯管(グロー管)に使われていると言われる
プロメチウム147なのだ。
自分の、キットでも幾つか試してみたが、全く反応がない。
これに関しては、最近の点灯管には、プロメチウム147が
使われていないのだろうとも言われているのだが、雲母窓の
GM管や自作GM管を使っている人は、計測出来ているのだ。
ベータ線の持つエネルギーは、崩壊する元素の種類によって
異なるらしい。Wikipediaで調べてみると以下のようになった。

物質 エネルギー(MeV) 備考
プロメチウム147 0.224 蛍光灯の点灯管や夜光塗料に使用
カリウム40 1.311 自然にある放射性物質
トリウム234 0.27 ウラン238の崩壊生成物
プロトアクチニウム234m 2.197 ウラン238系列、トリウム234の崩壊生成物。
恐らくウランガラスのベータ線源
ラジウム228 0.046 トリウム232の崩壊生成物
アクチニウム228 2.127 トリウム232系列、ラジウム228の崩壊生成物。
恐らくランタンのマントルやTIG溶接棒のベータ線源
三重水素 0.018590 トリチウム
コバルト60 2.824 ウラン235の核分裂生成物
ストロンチウム90 0.546 ウラン235の核分裂生成物
ヨウ素131 0.971 福島原発から放出された代表的放射性物質
セシウム134 2.059 福島原発から放出された代表的放射性物質
セシウム137 1.174 福島原発から放出された代表的放射性物質
※ここに書いたエネルギーは、ベータ崩壊によるエネルギー全体で、
　個々の放射線が持つエネルギーは、この半分以下くらいのこともある様です。
　赤字は、自分のキット(金属製GM管)で検出出来そうな値で、0.5MeVより高いもの。

考察すると、カリウム40が意外に強いエネルギーを持つ事が分かる。
プロメチウム147は、しきい値0.5MeVとすると、自分のキットでは反応しないわけで、
安いガイガーカウンターでは、検出出来ないと思われる。
雲母窓のGM管の感度は、0.05MeVくらいで、およそ10倍のようだ。
・・・ということで、雲母窓のGM管を購入して調べようかと思ったけれど
納得出来る調べがついたので、ここまでとする。
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