放射線源の位置と強さのザックリ推定方法

質問

先日ガイガー校正会で基準線源とやらを眺める機会がありました。

　中央におかれた基準線源には例の放射能マークが描かれ、いかにも「厳重管理」を思わせる代物で、基準線源から15cm地点で0.6μSV/hだそうですが、1mも離れるとガイガーカウンターに全く反応しないほどで、放射能マークがついた線源だからもっと強烈なものかと思ってたところ、少々肩すかし。。。
（わずかな重さで、それだけの放射線を出すのだから、bq/kgの濃度としては極めて高いのは分かりますが）

　距離の2乗に反比例するそうなので当たり前と言えば当たり前なのですが、空間中で 1.0μSV/h もの線量値を叩き出すには、半端なく強い線源がどっちかにあるのか、弱い線源ながらも相当な至近距離に線源が存在しない限り、これほどの線量値は計測され得ないことに気がつきました。

　放射能の強さもそうですが、線源の位置(どれほど至近距離にあるのか)も重要だと思います。

　空間線量が比較的高い値を示す場合の線量の所在地としてありえるのが

A) 地下深く（数メートル もしくは 数十メートル はたまた 数百メートル の地下）
B) 地表付近（数センチ前後）
C) 空気中
D) 空から（宇宙から）
E) ガイガーカウンター本体が発するノイズ

と大きく4つに大分されるかなと思いまして、特に C) の部分は呼吸で吸い込んでしまうため、C) の割合を求めることは非常に重大な気がしてきました。

　線源の位置をガイガーカウンター等の個人むけ線量計だけでザックリ推定する方法について考えてます。
　まず、鉛ブロックで厳重に囲った中に線量計を置いて E) を求め、次に、放射線は空気中で曲がらないということを利用して

十分な厚みの鉛ブロックを底部に敷き詰めた場所で測定した値 ＝ C + D + E

が求まるかなと思います。
　D) の値は緯度によって大きな違いはないと思うので、陸上・海上を問わず同緯度付近でサンプルをいくつか取れば、先ほど求まった E) も利用しつつ方程式を解いて D) が求まり、それぞれの地点における C) も求まるかなと思ってます。

　次に B) に関しては地上高を変化させれば、その変化量から逆算して概ねの位置(地表の割合)を推定でき、具体的には、「距離の2乗に反比例」ですから、地上高1cmと10cmと50cm・・・と比べて同値（変化なし）であれば、「B) 地表に線源は存在しない」とザックリ判断。
　仮に値の違いが出れば

地上高1cmの放射線量 ＝ A + B + C + D + E
地上高10cm　＝ A + B/100 + C + D + E
地上高50cm　＝ A + B/2500 + C + D + E

　先に C) D) E) が求まっていますので、サンプルをいくつか集めれば同様に A) と B) も求まるかと思っています。

　こんな風な考え方で概ね合ってますでしょうか？

回答No.4

HAL2（@HALTWO）

A No.1 HALTWO です。

回答ではないのですが(汗)、御質問者さんが「戦艦大和の例、大変興味深いですね」と仰ったので、ちょっと補足(汗)・・・。

友人からの又聞きできちんと確認を取っていなかったのですが、面白い Page を見つけました。

長崎大学原爆後障害医療研究施設の放射能 Q&A という Page なのですが (下記参照 URL)

現代の製鉄業では鋼材の亀裂 (Page には磨耗度とありますが、固化する際の亀裂だと思います) を放射線測定で Check することから微量の Co60 を含有させているそうで、友人が言った「戦後の原爆実験による大気中の放射能」よりもこちらの方が重大な問題ですね。・・・道路脇の草が C14 測定で 10 万年前の草になるというのは他から聞いたこともあるので納得してしまいましたが(笑)・・・。

上記 Page では実際に「引き上げられた戦艦陸奥の鋼材」で「体内の放射能を測定する Human Counter」を制作したと記されています。

1960 年代に製作された装置ですが、遮蔽壁の構造には現代も同様のものが求められそうですから、やはり御質問の測定には相当な誤差が生まれそうな気がします(汗)。

参考URL：

http://abomb.med.nagasaki-u.ac.jp/abdi/qa/index_j_qa08.html

回答No.3

rkobayashi

考え方自体は問題ないと思います。

ただ、実機を扱うことを前提に話を少しさせていただきます。

夏休みなど、子供相手に放射線の話を数年前からやっていて、NaIシンチレーションサーベイメータを持たせていろんなところを測らせています。
その際に準備のために事前に自分でいろんなところを測るのですが、機械の測定範囲からすると、μSvで有意な差を見るのは非常に難しいです。

No2さんが書かれているような年間値ですので、μSv/hで考えると、それを8760で割る必要があります。
数値的には測定器の検出限界ギリギリの範囲ですので、求められるには長時間の測定が必要となりますね。
もし、短時間でということになれば、検出器を大きくする必要がありますが、その分値段は跳ね上がりますので、実際には難しいところです。

あと、土壌などはその成分によってかなり放射線量に差がありますし、表土の状態でも結構な差が生まれます。(森林の中とかでは落ち葉による遮へいも意外とバカにできませんし、数値としても差が出ることも多いです)
見た目で判断できないので、そのあたりは結局のところ測定値の揺らぎ、として測定者が判断していく必要がある部分かと思います。

条件としては、同じ場所で、同じ条件で、ということであれば、ある程度は可能かと思いますが、そのために宇宙線の量から天気、測定器の状態まで同じ条件にして測定の必要があるでしょうね。

ただ、面白い内容だとは思います。
参考にしていただけましたら幸いです。

回答No.2

KappNets

http://ja.wikipedia.org/wiki/自然放射線
に自然に存在する放射線源の説明があります。世界平均の値（年間）のようですが、宇宙線（390µSv）地殻・建材（480µSv）体内（290µSv）空気中のラドン（1260µSv）といったところが主な線源のようです。

宇宙線は1500mで２倍になるそうですので、飛行機で計測すると良いようです。
地中からの線量はトンネルの中などでもわずかな増加しかはかれないようです。花崗岩のあるところで増えるようです。

福島関連で土の表面の放射能が高くなっている場合には短時間ではかれるでしょうが、一般には微弱なので測定器は１年間ずっと置いておくのでしょうか。ガイガーカウンターで計測する向きを決めるのに鉛が使えるなら、上下横など分離出来そうな気がしますね。長期間測定に何台か買って。下向きは高さを幾つか選んで。

専門家ではありませんので、ほんのご参考まで。

お礼

1年はつらいですねー
せめて1時間くらいで測定したいところ・・・

以前に学校の校庭や公園で3μ(もしくはそれ以上)が出た、とか報道されてますが、改めて基準線源を前にしてみると「ピンポイントで3μSV/h(2～3m移動したらBGに埋もれる)」という次元でなくて、「そこらあたり一帯で3μ」という数字を見つめ直すと、空恐ろしい以外の何物でもないです。。。

回答No.1

HAL2（@HALTWO）

ザックリは求まるかと思いますが、有効数字は 1 桁(笑) 以下、つまり 0.5mSv±0.3mSv とかになってしまうのではないかと(汗)・・・「0.5mSv ならば 5mSV や 50mSv よりは確実に少ないし、0.05mSv や 0.005mSv よりは確実に多いが、0.8mSv よりも少ないか 0.2mSV よりも多いかどうかは不明」ぐらいの精度しか得られないのではないかと危惧します。

＞鉛ブロックで厳重に囲った中に線量計を置いて E) を求め

鉛でなくても良いのですが、隔壁自体も微量な放射線を発してます。

原子力関連の放射線測定資料を専門に取り扱う友人が冗談交じりに言っていたことを思い出します。

「もしも戦艦大和が引き上げられたら放射線の専門家達はその鉄板が欲しいと言うかもね(汗)。現代は戦後の核実験などでありとあらゆるものが汚染されているので一定以上の精度で測定するのは不可能なのだけれど、汚染されていない大和の分厚い装甲板を削りだして測定器環境の隔壁にしたいところだよね。ちなみに溶かして固めると道路脇の草を C14 測定したら 10 万年前の草になってしまう(笑) ほど大気中の放射能を取り込んでしまうので削りだすのが一番(笑)」

＞D) の値は緯度によって大きな違いはないと思うので、

時間変化が大きいだろうと思います・・・Aurora を生み出す太陽風の放射線は時々刻々と変化しますので・・・。

＞B) に関しては・・・「距離の2乗に反比例」ですから

理論上は「距離の 2 乗に反比例」ですが、その理論は「等質の媒体」に於いてのみ成立するものですので、測定器と測定対象との間に存在すいる大気の流れに異質な物が漂いこんで来れば値が変化するでしょうし、放射線は電磁線のようなものでもあるので、Radio の Antenna を調度良く調整しても人自身が Antenna の受信や反射を助長していることから Radio から離れた途端に雑音だらけになってしまうように、測定者の姿勢や周囲の物体との位置関係も測定値を乱す原因になるだろうと思います。

つまり測定対象から距離が離れれば離れるほど測定誤差も等比級数的に大きくなって換算推測値を出せるものではなくなってくるだろうと思いますよ(汗)。

お礼

どうもありがとうございます。
戦艦大和の例、大変興味深いですね

遮蔽物が発する放射線は、ガイガー本体の発するノイズのグループに含めるべきか。。

低線量下だとノイズやらが多すぎて収集つかなくなりそうですが、1.0μSV/h 超えくらいだと、割に分離できるんじゃないのかな？(どこにある線源が主体か？)　くらい分かるような気がするんですが、甘いですかねー