放射線測定器の仕様を理解する

放射線測定器のカタログには仕様表がありますが、知らない値と単位ばかりでさっぱり理解できないかと思います。

ここでは放射線測定器の仕様表にある数値を解説いたします。仕様書の数字を理解することで、どこまで測定能力があるのかよく理解できるようになります。 シーベルト単位での測定範囲は、みなさんすでに理解されていると思いますので、ここでは見慣れない仕様の値をご紹介したいと思います。

例として、個人線量計 PM1610 と空間線量計 PM1704Mの２つの仕様を例にして解説いたします。

製品名		PM1610	PM1704M
製品カテゴリー		個人線量計	空間線量計
写真
線量率	測定範囲	0.01 µSv/h ～ 12.0 Sv/h	0.01 µSv/h ～ 13.0 Sv/h
	固有相対誤差 精度 誤差	±15％	±30％
積算線量	測定範囲	10 µSv～10 Sv	測定できない
	固有相対誤差 精度 誤差	±20％	測定できない
エネルギー	測定エネルギー範囲	20.0 keV～10.0 MeV	33.0 keV～3.0 MeV
	エネルギー応答 エネルギー依存性 137Csを基準0とした場合の応答比	-60% : 20 keV～33 keV -40% : 33 keV～48 keV ±30% : 48 keV～3 MeV ±50% : 3 MeV～10 MeV	±30% : 60 keV～1.33 keV
感度		0.75 cps/(μSv/h)	100 cps/(μSv/h)
防水・防塵		IP 65	IP 65
製品リンク		PM1610	PM1704M

感度

最初にご紹介したいのは放射線測定器の感度です。

感度は、放射線を捕まえる能力の大きさ示す数値です。 短時間でたくさんの放射線を捕まえることができれば、何度も平均を繰り返して、測定結果を早く、精度高く行えます。 感度が高いほど使いやすい測定器といえます。ですが感度が高いということは検出器の体積も大きくなり、価格も比例して高くなります。

こちらの２機種を比較すると100倍以上の差があります。個人線量計は検出器が小さいため感度は低くなっています。

製品名	PM1610	PM1704M
感度	0.75 cps/(μSv/h)	100 cps/(μSv/h)

感度は、単位 cps/(µSv/h)で表されます。 意味は 1.0 µSv/hの強さの放射線のある場所に放射線測定器を置いた時、1秒間にcps個の放射線を捕まえることができる、という意味になっています。

例でご紹介すると、0.75 cps/(µSv/h)と 100cps/(µSv/h)の2つの放射線測定器を、1.0 µSv/hの場所に置きます。 まったく同じ放射線のところにおいてあるのに、1台は 0.75 cps, もう一台は 100 cps を示します。 cps という単位は1秒間に捕まえた放射線の個数ですので 100 cps の方がたくさんの放射線を捕まえることができていることになります。 放射線測定器を同じ場所に置いたのに１秒間の捕まることができる放射線量には大きな差があるわけです。

放射線測定器の感度は、デジカメの感度と同じです。

感度の高いデジカメは、暗い場所＝光の少ない場所でも短時間で写真を写せます。 感度の低いデジカメは、暗い場所だと長時間の露光が必要になります。

放射線測定器の感度もまったく同じです。 放射線の少ない場所（暗い場所）で短時間で測定できるのはより感度の高い測定器というわけです。

放射線測定器の感度は、検出器の体積に比例しています。 サイコロ程度の検出器と、ドラム缶サイズの検出器であれば放射線を捕まえる能力が高いのは大きい方に決まっています。 体積が大きい方が自然と入ってくる放射線が大きくなるためです。

価格も大きい方が高くなります。 放射線測定器の価格差は、検出器の体積の差、性能の差と考えてよいかと思います。

感度が高い放射線測定器

利点＝短い測定時間

感度が高い測定器は、放射線をたくさん捕まえることができる測定器です。高感度な測定器ほど短時間で測定ができます。

特にドローンや車で移動しながら測定する場合や、様々な場所の放射線を測定したいという目的の場合には、できるだけ感度の高い測定器を選んでください。感度が高い測定器は短時間で測定できるため、移動しながら変化する放射線をリアルタイムに測定できます。

弱点＝超高線量に弱い

感度が高い放射線測定器にはいいことばかりのように書いてきましたが、不得意な分野もあります。実は放射線がとても強い場所では使えません。放射線を捕まえる能力が高いため、放射線がいっぱいある場所（＝放射線の強い場所）では、 測定器内の検出部に放射線がいっぱい入ってくることになります。

検出器に入ってくる放射線の数があまりに多くなると、検出器が放射線の数をひとつ、ふたつと数えられなくなってしまい 正しい放射線測定を出せなくなる、という問題があります。 検出器内が放射線でいっぱいになるという意味で、この状態を検出器の「飽和」と呼ぶことがあります。 高感度で高性能な放射線測定器は、1 Sv/h より上では使えないと考えた方がよいです。

それほど高い放射線を扱うことはめったにないと思いますので、たいていの場合には、高感度な測定器が使いやすいです。

感度が低い放射線測定器

利点＝高線量の測定・価格が安い

感度が低いということは放射線を捕まえる能力が低いわけですが、 高線量での測定では感度が低い方が安定した測定ができます。 1 Sv/h を超えるような高線量では、空間中に高い密度で放射線が飛んでいることになります。 この状態では、検出器が小さいか、あるいは放射線が入ってきても捕まえずに反対型に逃がしてしまうような低感度の測定器の方が正しい測定ができます。

低感度な放射線測定器は価格が安いです。個人線量計など短い測定時間が要求されない場合には、価格が安いということが利点になります。

弱点＝低線量に弱い

感度が低い放射線測定器は、通常我々が生活する 0.1μSv/h といった低線量の測定には2～5分の時間がかかります。測定時間が長いために公園など広い場所の放射線量を測定する場合に１カ所に５分も時間がかかると、広い場所は簡単には測定できなくなります。

いくつかの放射線測定器は、高感度と低感度の２つの検出器を持つことで、低線量から高線量までを短時間で測定することができるようになっています。

空間線量計 PM1703MO-II BT ガイガーミュラー管とCsI シンチレーション、2つの検出器を搭載。高線量から低線量までこれ一台で測定できます。

エネルギー特性

放射線測定器を1つ持っていれば、どんな放射線でも測定できるのが理想ですね。セシウム137、カリウム40、ウラニウム、プロトニウム、アメリシウム、コバルト、、、どんな放射線でも正しく測定できるのが理想の放射線測定器といえます。

ですが実際には放射線を出している物質が変わると、放射線測定器は正しい測定値から少しずれた値を表示してしまいます。すべてのエネルギーの放射線を正しく測定できるような理想的な測定器はありません。

そもそも放射線のエネルギーって何？

と思うかもしれません。あまり詳しく解説してもなおさら理解できなくなりますので、電磁波、可視光などとエネルギーを比べた図をご紹介します。テレビ放送の電波も当然エネルギーを持っていますが、 放射線のエネルギーは、図の右側になりますがずっと大きなエネルギーをもっていることが分かります。エネルギーの一目盛りで10倍エネルギーが大きくなります。

このエネルギーの大きさが生物の遺伝子情報を破壊できる原因になっています。電磁波は体に当たっても遺伝子は破壊しませんが、放射線は遺伝子を破壊することができるわけです。

参照

• Beta Particle
• Alpha Radiation
• 電磁波と電波
• Elementary Differential Equations and Boundary Value Problems

放射線を出す物質ごとにエネルギーが異なる

放射線はエネルギーを持っていることを、なんとなく理解できたと思います。次は放射線を出す物質によって少しづつエネルギーが違うことを見ていきましょう。

放射線を出す放射性核種は、3000種類以上が知られていますが、すべては書き切れませんので４つだけガンマ線のエネルギーを図にしてみました。 物質が変わると放出されるガンマ線が違っているという意味は、この図のようになっています。

右図では、右側にいくほど高いエネルギーを持っている放射線である、という意味になっています。

放射線測定器の工場では¹³⁷Csで機器を調整する

放射線測定器を製造する工場では、たいていの場合、セシウム137（エネルギー 662keV) の放射線を照射して測定値が正しくなるように調整します。身近な体温計でいえば、36度を正しく測れるように目盛りを調整することに似ています。この目盛りの調整を「校正」と呼びます。

校正時に使われた¹³⁷Cs(セシウム137/エネルギー 662keV)の放射線を測定する時にはとても正確な値を示します。調整したものと同じ放射線ですので、当たり前ですね。もちろんセシウム137を使って比較すれば、他社の放射線測定器であっても測定値はぴったり一致します。（校正さえしていない機器もありますのでそれは論外ですが）

これで一見すると問題ないように思いますが、実際の放射線測定の現場、特に原子力事故の現場では目の前に100%の純粋なセシウム137の放射線しか存在していない、、ということはありえません。 原子力発電所や除染の現場では、様々な物質からの放射線が混じっていることはよくあることです。つまり実際測る放射線は、様々なエネルギーが混ざっているのです。

ここで課題となるのは、¹³⁷Csで測定値を調整した放射線測定器が、²⁴¹Amの放射線を正しく測れるのか？という点です。実は完全に正しくは測れません。測定値が少しずれてしまうのです。

放射線測定器のエネルギー依存性

ここで放射線測定器のカタログにある「エネルギー依存性」や「エネルギー応答」という項目を見ることで、様々な物質の放射線を測った場合、どれぐらい誤差がでるか？を知ることができます。 たいていの場合、エネルギー依存性は、±10～±30％といったパーセントの数値になっています。これは正しい値から10％ぐらいずれる可能性がある、という意味になっています。 ±30％でも十分に優秀な放射線測定器といえます。

製品名	PM1610	PM1704M
エネルギー応答 エネルギー依存性 137Csを基準0とした場合の応答比	-60% : 20 keV～33 keV -40% : 33 keV～48 keV ±30% : 48 keV～3 MeV ±50% : 3 MeV～10 MeV	±30% : 60 keV～1.33 keV

この２機種を見てみると PM1610 の方は放射線のエネルギーに応じて様々に値が変わってしまうことが分かります。ですが、48 keV～ 3 MeV の一番広い測定範囲の部分では、±30％ということで比較的落ち着いた測定ができるようになっています。

PM1704Mの方は、±30%です。この意味は¹³⁷Csは校正で使った放射線源なので一番誤差が小さく測定できるが、それ以外の60 keV～1.33 keVの範囲のエネルギーの放射線を測る場合には、測定値が±30%と前後することを意味しています。

このように仕様の数値を見ると、放射線測定器の性能がよく分かるようになります。-60%といった大きな値になるとちょっと使えないな、、と思いますが、 ある意味でここまで仕様を公開しているメーカーの方が誠実だと思います。測定器によってはエネルギー応答の仕様がまったくないものもあります。その場合には¹³⁷Csのみを測れるがそれ以外はまったく測れない、、と考えた方がよいです。

福島の原子力発電所事故の場合

福島で発生した原子力災害では、セシウム137が最も多く残った放射性物質として知られています。この事故関連の測定を行う場合には、測定対象がセシウム137になります。 この物質は製造工場で行った校正と同じ物質なので、一番正確に測定できる物質になります。そのため福島で発生した原子力災害関連で放射線測定器を使う場合には、エネルギー依存性は特に気にする必要はないといえます。

ですが、研究室等でアメリシウム241を大量に保有しておりセシウム137で校正した放射線測定器を使いたい、といった場合にはエネルギー依存性がどれぐらいあるのか知っておくべき仕様となります。

固有相対誤差

固有相対誤差、、、、正直、言葉だけ聞いても何のことがまったく分からない仕様項目です。これは簡単にいえば、製品の個体間での測定値ばらつき範囲を示しています。 放射線測定器の仕様の中では、線量率の測定、積算線量の測定の部分に記載があります。

製品名		PM1610	PM1704M
線量率	測定範囲	0.01 µSv/h ～ 12.0 Sv/h	0.01 µSv/h ～ 13.0 Sv/h
	固有相対誤差 精度 誤差	±15％	±30％
積算線量	測定範囲	10 µSv～10 Sv	測定できない
	固有相対誤差 精度 誤差	±20％	測定できない

これも身近な体温計で考えてみると、最初に買ってきた体温計は 36.5 度を示したのに、次の製品では 36.7 度だった、ということは容易にある状況です。 このように測定器には個体間で多少のばらつきがあるわけです。

シーベルト単位で放射線測定を行うときに、製品間で少し差があることを示しています。ですが通常の日本の放射線量である 0.1μSv/h のところだけみても差は見えません。測定器を100台ならべても、ほぼすべて同じ数値になります。 ここでいうばらつきは、もっと高線量まで見た場合に見えてきます。

校正証明書の検査成績データを見る

放射線測定器には、実際に¹³⁷Csの放射線を低線量から高線量まで照射したときに、どういった結果になったのかのデータが付属しています。 こちらは PM1610A の校正証明書の例です。

校正証明書の例 : 背景放射線量 0.12μSv/h での測定

実験1	基準となる照射放射線量 実際に校正を行う設備で照射した放射線量。ここでは 8μSv/h～8000mSv/h まで４段階の照射を行う。	8μSv/h	80μSv/h	800mSv/h	8,000mSv/h
計算1	５回照射の平均測定値 照射したときの放射線測定器の読み値の平均。これはあなたの個人線量計で測定した値になります。照射線量と少しずれていますね。	8.39	82.46	799.79	7876.75
計算2	相対誤差 平均値と照射線量の間の誤差を％で計算します。	3.38	2.92	-0.03	-1.54
計算3	信頼確率％ ここから計算が急に難しくなります。放射線測定器自体が持っている誤差と校正設備自体がもつ誤差を合わせて 考えた上で統計的に95%のばらつきの範囲に拡張して考えた範囲％で計算しています。	5.76	5.45	4.4	4.71
仕様の要求値	偏差％ この線量計の場合の誤差の最大範囲です。信頼確率がこの値以下であれば、校正検査「合格」となります。	±10.19	±10.02	±11.2	±22.0

難しいかも...

ここでは分かった気になるために以下ことだけを理解しておきましょう。

1. 実験１(表の１行目)で放射線量を照射した
2. 計算３(表の４行目)で測定値のばらつきの数値(%)が得られた
3. 表の５行目の要求値よりもばらつきが小さかったので校正検査合格とした！

このように高線量まで照射してみると、放射線測定器のばらつきは線量に応じて様々ということがわかるかと思います。校正検査では、ばらつきの上限値が決められていて、それ以下であることを確認しているわけです。

校正証明書の詳しい計算方法は、こちらをご覧ください。

図で表すと、点線が基準となる正確な放射線量で、青線は実際の製品でばらつきがあることを示しています。黄色の範囲に入っていれば校正検査合格というわけです。

点線は理想的な放射線測定器です。常に正しい値を示す線といえます。それに対して実際の製品は青線のようにばらついているということです。