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ゆうりゅうながだき
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1 ペルチェ冷却高性能霧箱付属資料放射線の基礎利用人体影響大阪府立大学放射線研究センター秋吉優史

2 内容放射線とは何か霧箱で放射線の性質を知ろう天然の放射性物質と半減期放射線と放射能の違い身の回りの放射線放射線の人体への影響放射線の利用

3 放射線とは何か霧箱で放射線の性質を知ろう天然の放射性物質と半減期放射線と放射能の違い身の回りの放射線放射線の人体への影響放射線の利用

6 電磁波の仲間光子のエネルギー E 1240/λ[eV], λ:波長[nm] 波長 10-15m 10-14m 1.24MeV 12.4keV 10-12m 10-10m 1Å 10-13m 10-11m 10-9m 10-8m 10-7m 10-6m 1μm 10-5m 10m 102m 103m 1km 短波 HF 中波 MF 短波放送 AMラジオ超短波 VHF 極超短波 UHF センチ波ミリ波 1012Hz 1011Hz 1THz 1010Hz FMラジオ無線 1013Hz テレビ VHF 1014Hz テレビ UHF 1015Hz 携帯電話電子レンジ 1016Hz 電波レーダー 1017Hz サウナ 1018Hz テレビのリモコン赤外線カメラこたつ非接触温度計 1019Hz 果物の酸度糖度測定機 1020Hz 蛍光灯白熱灯可視レーザー光周波数 1021Hz 日焼け殺菌灯 X線撮影レントゲンコンピュータ断層撮影 CT 放射光医療用器具の照射滅菌ジャガイモの発芽抑制具体的な例 1022Hz 1m マイクロ波 X線のなかにはガンマ線より波長の短いものもあります 1023Hz 10-3m 10-2m 10-1m 1mm 1cm 10cm サブミリ波 0.4μm 0.8μm 紫外線可視光線 X線原子核の外で発生 10-4m 遠赤外線赤外線ガンマ線原子核から出る 1.24eV 109Hz 108Hz 1GHz 107Hz 106Hz 1MHz γ線 X線は光電磁波の仲間ですがとても波長が短くエネルギーが高いため物質を透過したり原子の周りを回っている電子を弾き飛ばして様々な影響を与えます出典独日本原子力研究開発機構放射線ってなんだろう

7 放射線と物質の相互作用イオンビーム (α 線 ) 質量が電子に比べてはるかに重いため電子との衝突によりほとんど曲げられず少しずつエネルギーを失う相互作用は電荷の二乗に比例速度の二乗に反比例 ( エネルギーに反比例 ) しブラッグピークで急激にエネルギーを放出し原子核の弾き出しを起こす電子線 (β 線 ) 物質中の電子との衝突によって簡単に方向やエネルギーが変化するためまっすぐに進まず広い範囲に広がるこのため平均的な飛程という物は求めにくく最大飛程で評価される重元素に入射すると原子核周辺の強い電場で急激に曲げられることにより制動放射 X 線の発生割合が大きくなる γ 線 X 線物質を進むにつれて指数関数的に強度が弱くなっていくがその際の線減弱係数は光子のエネルギーによって関与する素過程の違いが変化するため大きく異なる数 MeV の領域では高エネルギーの方が透過力は高い光電効果コンプトン効果により物質中で電子線を生成するため高エネルギーの光子はごく僅かではあるが原子核の弾き出しも起こす

8 α 線水中での最大飛程 : 50μm 程狭い範囲に一気にエネルギーを放出する止まる直前は特に沢山エネルギーを落とす β 線水中での最大飛程 : 1cm 程度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 γ 線途中ほとんど素通り所々で電子を弾き出す

9 e- e- e- 電子励起 e- イオントラックイオンビーム (α 線 ) の場合物質に入射したイオンビームはそのほとんどのエネルギーを電子励起により徐々に失いそれに伴い阻止能が増加し ( 粒子の速度の二乗に反比例 ) 最終的に核的な衝突を起こす弾性散乱された物質の原子はさらに他の原子をはじき飛ばしカスケードを形成する入射粒子がエネルギーを失う過程では極めて多数の電子が励起電離されその一部は照射後も残る電子的欠陥として蓄積されるこの電子的欠陥を多く含む入射イオンの通り道をイオントラックと呼ぶ e- e- Primary Knock-on Atom (PKA) 核的衝突弾性散乱 ( 弾き出し ) ブラッグピーク阻止能

10 ベータ線と物質の相互作用拡大 5mm KEK 放射線科学センター波戸芳仁 2008 年八戸高専での講義資料より

11 放射線とは何か霧箱で放射線の性質を知ろう天然の放射性物質と半減期放射線と放射能の違い身の回りの放射線放射線の人体への影響放射線の利用

12 霧箱を使って放射線を見てみよう! 放射線は普通目に見えませんし音も聞こえず人間には感じ取ることが出来ないためどんなものだか良く分かりませんよねそこで 100 年ほど前に発明された霧箱と言う装置を使って放射線が通った後を目で見てみましょう! 普段何もないと思っていた空気の中にも放射線はたくさん飛び交っているんですよ β 線 ( うっすらとしか見えません ) α 線放射線にも色々種類があってその種類によって飛び方が違うんですよ

13 霧箱のしくみ液体のアルコール温度が高いとたくさん蒸発します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蒸気では居られませんドライアイスやペルチェ素子でとても冷たく冷やされています過飽和の蒸気温度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点々は液体のアルコールの小さな粒ですでも温度が下がったのに液体の粒を作らずにためらっている蒸気も漂っています ( 過飽和状態と言います ) そこにちょっとした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

14 どうして白い筋の様に見えるの? 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このイオンが過飽和の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の様に見えるのです ( 放射線の飛跡と言います ) e- e e- + e- e- 電離によるイオン対の生成 + + e- 放射線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放射線として飛んで行っている原子核や電子は小さすぎてとても目では見られませんしとても素早いので超スピードのカメラでも追いつきませんでも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

15 電子線 (β 線 ) と α 線の比較

16 霧箱での飛跡の観察 α 線の飛跡 β 線の飛跡直線的ではっきりとした飛跡を示す気流の関係で生成した霧がたなびく事で曲がって見えることがあるが散乱や磁石による偏向ではない霧の液滴の密度が低くうっすらとした飛跡しか示さない電子線の入射方向と関係なく様々な方向に飛び空気中でも散乱されている様子を確認できる

17 放射線とは何か霧箱で放射線の性質を知ろう天然の放射性物質と半減期放射線と放射能の違い身の回りの放射線放射線の人体への影響放射線の利用

18 放射壊変系列 1: ウラン系列 (4n+2) 親核種 : U-238

20 線量率 / μsv/h Cs-137 と Cs-134 から放出される放射線の実効線量率の経過年数に伴う減少 Cs-137 Cs Cs 経過年数放出量 Cs PBq Cs PBq 半減期 Cs y Cs y 実効線量率係数 Γ (μsv m 2 MBq -1 h -1 ) Cs-137: Cs-134: 0.21 当初は Cs-134 の寄与が大きい事故当初の合計の線量率を 1μSv/h として規格化実際には 2011 年 6 月の福島市街地で 0.4μSv/h 程度

21 天然の放射性核種地球が誕生して約 50 億年未だに天然の放射性核種が残る放射性核種の半減期則より 10 半減期の後では元の 1024 分の 1 40 半減期では 1 兆分の 1 となるため半減期の短い核種は既に消滅している壊変系列をつくる放射性核種親となる核種の寿命が長く (U 億年, Th 億年 ) α 崩壊に伴って質量数が親核種から 4 ずつ小さくなる系列を作らない核種大気上層で宇宙線により 3 H (10 18 Bq/y) 14 C(1.3x10 15 Bq/y) が生成される 3 H は半減期 12.3 年 14 C は 5730 年と短い一方地球誕生時から存在したものとして以下の核種などが知られている 40 K ( 半減期 12.8 億年, 天然の K 中の存在比 %) 87 Rb (480 億年 27.8%) 147 Sm (1060 億年,15.1%) 148 Sm (8000 兆年,11.3%) 115 In (510 兆年,95.7%) 113 Cd (9000 兆年,12.2%) 187 Re (400 億年,62.6%) 144 Nd (2100 兆年 23.8%)

22 バックグラウンド放射線のスペクトル (5~10cm の鉛で遮蔽 ) 511keV 消滅 γ K-40

空気中のラドンの娘核種の捕集と崩壊曲線計数率 / cpm 10000 1000 T 1/2 = 44.

23 空気中のラドンの娘核種の捕集と崩壊曲線計数率 / cpm T 1/2 = 44.7min 市販の掃除機吸入口先端にガーゼ ( ベンコット ) をかぶせて 5 分ほど吸引し広窓型 GM サーベイメータ TGS-136 のスケーラーモードで 1 分間計数した y = e x 経過時間 / min

24 放射線とは何か霧箱で放射線の性質を知ろう天然の放射性物質と半減期放射線と放射能の違い身の回りの放射線放射線の人体への影響放射線の利用

26 原子力エネルギー図面集 2015

27 原子力エネルギー図面集 2015

28 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? 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 50 年間にわたる影響を積算して摂取した時点でいっぺんに被ばくした物として管理する ( 預託線量 ) 実際には少しずつ長い期間に被ばくするのと同じ量をいっぺんに被ばくするのとでは損傷修復のメカニズムがあるためゆっくり被ばくした方が影響は小さい様々な放射性核種 (Sr-90, Cs-137, Pu-239 など ) に対して 1Bq 摂取すると何 msv 内部被ばくするかという実効線量係数が求められている (Cs-137 では ^-5 msv/bq) 精米された状態で 1kg あたり Cs-137 を 100Bq 含む米を一食あたり 1 合 ( 精米で 150g 炊きあがりでは 330g) 食べるものとし一日三食 365 日毎日食べたとして 1 年間でどの程度内部被ばくするでしょうか? 答えは 0.21mSv

29 被ばく管理に用いられる量 ( 内部被ばく ) 預託線量 committed dose, Sv 体内に取込んだ放射性物質により内部被曝する場合取込んでから 50 年間 ( 子供に対しては 70 年間 ) 先まで被ばくする線量を時間積分して取込んだ時点にいっぺんに被ばくしたとして被ばく管理を行う線量として等価線量を用いると預託等価線量実効線量を用いると預託実効線量であるここで被ばくする線量は物理的な壊変や生物学的な排泄などにより時間と共に減少していき簡単に求めることが出来ない放射する線質壊変速度や化学的性質から核種ごとに実効線量係数 (Sv/Bq) が求められており取込んだ放射能から預託実効線量を求めることが出来る経口及び吸入摂取についてそれぞれ定められている

31 被ばく管理に用いられる量 ( 内部被ばく ) ベクレルからシーベルトへの変換実効線量率定数 effective dose rate constant 放出される放射線の種類とエネルギー放出確率実効線量係数 effective dose coefficient 上記二つに加えて物理的半減期生物的半減期特異臓器集積と組織加重係数外部被ばく内部被ばく

32 被ばく管理に用いられる量 ( 外部被ばく ) 実効線量率定数 Γ effective dose rate constant, μsv m 2 MBq -1 h -1 γ 線源 241 Am 137 Cs 192 Ir 226 Ra 60 Co 実効線量率定数 Γ (μsv m 2 MBq -1 h -1 ) 娘核種を含む実効線量率定数がΓ である核種の放射能をQ (MBq) としたとき距離 r (m) における実効線量率 E (μsv/h) を以下の様に求められる E = Γ Q / r 2 Γ は線源が放出する γ 線のエネルギー本数放出確率を加味している γ 線のエネルギーと線束が求まれば実効線量率は一義的に求められる Bq とは一秒間の壊変数であり放射線の放出回数ではないことに注意

34 例題 ( 内部被曝量の評価 ) 精米された状態で 1kg あたり Cs-137 を 100Bq 含む米を毎日食べた場合 1 年間でどれだけ内部被ばくすることになるか計算せよただし一食あたり 1 合 ( 精米で 150g 炊きあがりでは 330g) 食べるものとし一日三食 365 日毎日食べたとして計算せよ A: 0.15kg Bq/kg msv/bq = 0.21mSv

35 ICRP の放射線防護体系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 ( 緊急時と医療を除く )

36 原子力ールールール原子原子力エネルギー図面集 2015

37 放射線とは何か霧箱で放射線の性質を知ろう天然の放射性物質と半減期放射線と放射能の違い身の回りの放射線放射線の人体への影響放射線の利用

フェアバンクスで観察されたオーロラ超新星爆発などで発生した非常にエネルギーの高い (~10^20eV ) 宇宙線も飛んできており

10^18Bq/y) おうし座のかに星雲超新星爆発の残骸国際宇宙ステーション ISS の完成予想図上空では

38 宇宙からの放射線太陽から放出された帯電した粒子は地球の磁場に捉えられてその一部は北極や南極の近くで大気にぶつかってオーロラとして観測される大気で地球上の生物は守られているアラスカフェアバンクスで観察されたオーロラ超新星爆発などで発生した非常にエネルギーの高い (~10^20eV ) 宇宙線も飛んできており大気とぶつかって二次的な放射線のシャワーを降らせるまた核反応により放射性核種の生成が起こる (C-14:10^15Bq/y, H-3: 10^18Bq/y) おうし座のかに星雲超新星爆発の残骸国際宇宙ステーション ISS の完成予想図上空ではまだ十分に宇宙線が弱くなっていないので飛行機に乗ると放射線量が増加する ( ヨーロッパへの往復で 100~200μSv 程度 ) 宇宙ステーション (ISS: 高度 400km) 滞在中の宇宙飛行士の被ばく線量は 1 日当たり 0.5~1mSv 程度にもなる

大地からの放射線ウランは地殻中でありふれた元素花崗岩地中の岩石の中には U-238

4g 含まれている花崗岩には 11g も含まれていて 140kBq に相当する U-238

実際の放射能はずっと大きな値となるトンネルの中は周囲を岩石に囲まれてるため地表よりも放射線量が高い (

13μSv/h など地表の倍程度 ) 壊変系列の中には気体元素のラドンが含まれており肺の中で内部被曝を起こす

39 大地からの放射線ウランは地殻中でありふれた元素花崗岩地中の岩石の中には U-238 とその娘核種などから沢山の放射線が出ている地殻全体の平均で 1t あたりウランは 2.4g 含まれている花崗岩には 11g も含まれていて 140kBq に相当する U-238 の娘核種もまた放射能を出して別の核種となる壊変系列を形成している岩石中にはこれらの系列核種も一緒に含まれているので実際の放射能はずっと大きな値となるトンネルの中は周囲を岩石に囲まれてるため地表よりも放射線量が高い ( 東名高速の日本坂トンネルで 0.13μSv/h など地表の倍程度 ) 壊変系列の中には気体元素のラドンが含まれており肺の中で内部被曝を起こすまたラドンの娘核種は気体ではないが埃などに付着して漂っており地下室などでは高い濃度になっているピパリシャンゼリゼ通りの石畳 (0.389μSv/h) ヨーロッパは岩盤で覆われており日本よりはるかに (10 倍以上 ) 自然放射能が高い地域が多い国内でも岩盤が多く露出している岐阜県などでは比較的放射線量が高く富士山の火山灰で覆われている関東は比較的低いサの斜塔イタリアピサの大聖堂

が存在しており一年間で 170μSv 被曝するカリ肥料 Po-210 は U-238 系列に属する放射性物質で魚介類に多く含まれ日本人は特に多く摂取しており 60kg の人間の体の中にはおよそ 20Bq 存在するカリウム -40 が β 線 /γ 線を放出するのに対してこの Po-210 は α

41 食品からの放射線福島事故以前から含まれる放射能 K-40 は半減期 12.5 億年同位体比 0.012% の放射性核種であり天然のカリウム 1g に 30Bq の K-40 が入っている畑にまく肥料の一つにカリ肥料がありカリウムは作物にそして人間にも必須の元素の一つである昆布や椎茸キュウリなどに沢山含まれておりこれらの食物を通して人間の体の中にはおよそ 4000Bq の K-40 が存在しており一年間で 170μSv 被曝するカリ肥料 Po-210 は U-238 系列に属する放射性物質で魚介類に多く含まれ日本人は特に多く摂取しており 60kg の人間の体の中にはおよそ 20Bq 存在するカリウム -40 が β 線 /γ 線を放出するのに対してこの Po-210 は α 線を放出するため内部被曝量は年間で 800μSv にもなるタバコ 1 本には 24mBq のポロニウム -210 が含まれており一日一箱の喫煙で年に 100μSv 被曝する内部被曝の実効線量を求める際は対象となる放射能を摂取した瞬間に成人の場合今後 50 年間子供は 70 歳までにに体内に放射能が存在することによって被曝するであろう線量を積算していっぺんに被曝した物として線量評価を行う預託線量という考え方が取り入れられている実際に被曝する線量は放射能の物理的半減期に加え代謝による排泄で体内の量が減る生物学的半減期も加味して実効線量係数が算出される

42 放射線加重係数の説明実効線量 (Sv) = 吸収線量 (Gy) 放射線加重係数組織加重係数 α 線 : 20, β γ 線 : 1 相互作用の違いを反映体内の放射能 * 体重 60kg の日本人年間に被ばくする実効線量 K-40: 4,000Bq 170μSv/ 年 β γ 線のみ Po-210: 20Bq 800μSv/ 年 α 線を放出空気中のラドントロンも α 線を放出世界平均で 1.26mSv/ 年日本は木造建築が多く比較的被ばく量は少ない 0.48mSv/ 年 * そもそもの吸収線量組織加重係数なども異なる

43 ラドンの影響は小さいポロニウムの影響が大きい

医療での放射線胸の X 線検診で 50μSv 胃の X 線検診で 600μS CT

ゼロではない検査をせずに命を失うリスクよりもずっと小さいトータルでメリットがある

44 医療での放射線胸の X 線検診で 50μSv 胃の X 線検診で 600μS CT スキャンでは数 msv 先進医療により被曝線量は増えるこれらの被曝による健康への影響はゼロではない検査をせずに命を失うリスクよりもずっと小さいトータルでメリットがある 100mSv でガンによる死亡率 0.5% 上昇より積極的に放射線による治療も行われているいかに患部に集中的に放射線を当てるかがポイント基本は正常細胞と癌細胞の放射線感受性の違いを利用高精度放射線治療 : 多方向からの照射や画像誘導でのピンポイントの照射甲状腺ガン : 3.7~7.4GBq の大量のヨウ素 -131 を投与体の奥の手術が難しいガン : 加速器からの粒子線のブラッグピークを利用広範囲に分散したガン : ホウ素を取込ませた癌細胞に中性子をあてる熊取町ウェブサイトより

45 年間線量 (msv) 一人あたりの年間被曝線量の比較世界平均世界平均日本平均日本平均その他フォールアウト医療被曝自然放射線合計 3.13 msv 4.37 msv * 福島の事故の影響は加味されていません中学生以下を対象に平成 24 年 11 月から平成 25 年 1 月までの 3 ヶ月間個人線量計 ( ガラスバッジ ) により外部被ばく線量の測定を行った結果 98% が 0.5mSv 以下 (81% が 0.1~0.5mSv)

46 ールールーーールルル 0 0 エ集ール 1 50 ール 0 01 原子力エネルギー図面集原子力 2 10

47 放射線とは何か霧箱で放射線の性質を知ろう天然の放射性物質と半減期放射線と放射能の違い身の回りの放射線放射線の人体への影響放射線の利用

48 原子力エネルギー図面集原子力 0 05

49 原爆被爆者の疫学調査発がん頻度と線量死亡率とは異なるので注意! 過剰相対リスク直線しきい値無しモデルに合致 100 msv 以下では直線しきい値無しモデルが正しいのか誤りなのかは不明 100 msv 直腸線量 (Sv) (Preston, D. L. et al., Radiat. Res., 160, , 2003) 1Sv 被ばくすると発がん率が 1.47 倍になる

50 世界の自然放射線 Yangjiang Ramsar Kerala Guarapari ( 世界の大地放射線放射線照射利用促進協議会 )

51 高自然放射線地域でのがん罹患率インドケララ州高自然放射線地域地域住民の発がんリスクは高くない (Nair, R. R. K. et al., Health Phys., 96, 55-66, 2009)

52 原子力エネルギー図面集 2015

53 放射線とは何か霧箱で放射線の性質を知ろう天然の放射性物質と半減期放射線と放射能の違い身の回りの放射線放射線の人体への影響放射線の利用

54 発電以外の原子力利用 1997 年に行われた調査では原子力の発電としての利用の経済規模は 5.7 兆円なのに対して工業農業医療での放射線利用の経済規模は 6.3 兆円となり発電の経済規模を上回っていたその後 2005 年頃に再度調査が行われたがやはり発電以外の利用は発電と同等かそれ以上であった 1997 年

56 PIXE (Particle Induced X-ray Emission) 粒子線励起 X 線分析法微量元素分析 Solution Containing 200 ng of Various Elements 細胞中のリンの分布

57 放射線を用いた診断 1896 年に撮影されたレントゲン氏の奥さんの手の透過写真コンピュータ断層撮影 (Computed Tomography) 光子と物質の相互作用の強さによって濃淡が得られる多方向から撮影した X 線透過像から立体的配置を再構成するのが X 線 CT 核磁気共鳴を用いた MRI とは全く原理が異なる

58 Bragg peak 各種放射線の生体内における線量分布 ( 放医研 HP より )

59 放射線を用いた滅菌ガンマ線電子線エチレンオキシド高圧蒸気設備大型大型大型中型透過大 ( 梱包 ( 梱包可 ) 可 ) 密閉不可密閉不可材料選択耐放射線性耐放射線性耐圧性耐熱耐水性滅菌温度常温常温処理法連続式連続式バッチ式バッチ式処理時間数時間数十分数時間数時間後処理不要不要ガス抜き乾燥残留物なしなし残留ガスなし滅菌確認線量確認線量確認 BI 無菌試験 BI 無菌試験

PowerPoint プレゼンテーション

PowerPoint プレゼンテーション食品中の放射性物質による健康影響について資料 1 平成 25 年 9 月食品安全委員会 1 放射線放射性物質について 2 α 線 β 線 γ 線 X 線放射線とは物質を通過する高速の粒子高いエネルギーの電磁波アルファ (α) 線ヘリウムと同じ原子核の流れ薄い紙 1 枚程度で遮ることができるがエネルギーは高いベータ (β) 線電子の流れ薄いアルミニウム板で遮ることができるガンマ