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1 Geiger-Müller counter tube : Adjustment. page : /09/06 *ver1.04 KIT MANUAL (CreationDate 2011/07/22) Assembly Desk No. ( 3 [ キット調整方法 ] この冊子は放射線 ガイガーミュラー管についての簡易的な説明と キットの調整方法について書かれています キットの調整は完成後に行って下さい 1: 放射線とは 1 : 放射線の種類 放射線には次の様な種類があります 放射線種 本質 電荷 透過性 アルファ (α) 線 ヘリウム He 原子核の粒子線 +2 小さい ( 紙で遮断 ) ベータ (β) 線 -1 中程度 ( アルミ板で遮断 ) 電子線 原子核壊変などで原子核から放出される電磁波 0 高い ( 厚いコンクリートや鉛の板で遮断 ) 人工的に作られた紫外線より波長が短い電磁波 0 高い ( 厚いコンクリートや鉛の板で遮断 ) 中性子線 中性子の粒子線 0 中程度 ( 水で遮断 ) 重粒子線 炭素 ネオン アルゴンなどの重イオン +1 以上 ガンマ (γ) 線 エックス (x) 線 小さい 注意 ガンマ線も X 線も電磁波であり同じものであるが その発生起源によって区別されています 空気ガイガーカウンタキットではこの内 α線 β線 γ線 を計測する事が出来ます 原子 放射線の種類 放射線の透過力 アルファ線 ベータ線 ガンマ エックス線 紙 薄いアルミ 鉛板

2 放射線とは 放射線の種類 身近な所にも放射線を出すものがあります 以下は一例です グロー点灯管 暗いときの点灯速度を改善するために放射線 ( ベータ線 ) の電離作用が用いられた 線源はプロメチウム 147(Pm-147 半減期 年 ) ガラス管に封入されているため ベータ線が漏れてくることはない しかし現在は長残光性夜光塗料に切り替わった 2002 年以降の生産では使用されていない 消灯時にグロー点灯管が青紫に光るものが 長残光性夜光塗料を使ったものある 古いグロー点灯管のプロメチウム 147 は半減期が 年と短いため劣化している マントル キャンプに使うランタンのマントル 発色を良くするために 放射線 ( アルファ線 ) が用いられていた 線源はトリウム (Th-232) しかし現在は使用されていない 夜光塗料 古い夜光時計で用いられていたが 現在は長残光性夜光塗料に切り替わった 線源はプロメチウム 147(Pm-147) 1993 年以降は使用されていない 煙検知器 イオン化式の煙検知器はアメリシウム 241 が用いられている 放射線による電離作用を利用し 煙を検知します 真空管 熱電子を放出しやすくするため 真空管のフィラメントにトリウムが用いられていた 自然放射線自然界に存在する主にカリウムの放射線同位体 40K( ベータ崩壊 ) カリウムは干し昆布 (5300mg/100g) やカリ肥料 ( 含有量 10%) などに多く含む カリウムは三大肥料の一つであり 生命活動にも欠かせないものです 宇宙線 宇宙から降り注ぐ放射線 多くは地磁気や大気の壁によって地上にまで到達しないが透過性の高い放射線は地上にも降り注いでいる あるいは大気に衝突し 別な放射線として地上に到達する 太陽は核融合で燃え続けているので 太陽からも放射線 ( 太陽風 ) が放出されている 電離作用により 北極や南極でオーロラが観測される 溶接棒 アーク放電しやすくするため TIG 溶接棒にはトリウムが用いられている 原子力発電所 ウランの核分裂を利用し熱を取り出して発電する 分裂の過程でさまざまな放射線を放出する ブラウン管 TV 電子銃から発射された電子 ( ベータ線 ) がブラウン管表面の蛍光物質にぶつかる事で発光する 電子線がシャドウマスクに衝突したとき発生する X 線を遮るためにブラウン管用のガラスは鉛ガラスが用いられている JEITA ではブラウン管の漏えい X 線の測定方法を規定している わずかに漏れており 24 時間テレビを見るとレントゲンを一度受けたのと同じ線量といわれている レントゲン レントゲン等で使用する X 線は人工的な電磁波であり ガンマ線と同じ

3 ガイガー ミュラー計数管のしくみ ガイガー ミュラー計数管とは 1925 年ドイツの物理学者 Johannes Wilhelm Geiger と学生であった Walter Muller によって発明された放射線検出器 略して GM 計数管ともいう 円筒状金属 ( 陰極 ) の中心に芯線 ( 陽極 ) を配置したもので 高電圧を必要とするが 放射線をひとつひとつ計測することができる 放射線の強度 ( 速度 エネルギー ) は測定できない ( この用途には同じ構造の比例計数管を使う ) 放射線の量 ( 数 ) を測定するもので 比較的感度を高くできる アルファ線とベータ線の検出に向いている ガンマ線も検出できるが その検出確率は数 % 程度といわれている ガイガー ミュラー計数管の動作 放射線 (α β γ) が入射する ガス分子 ( 不活性ガス ) に衝突し ガスを電離する ( イオン化 ) 発生した電子が高電界で加速される 加速電子がさらにガスに衝突し 励起 ( れいき ) される 励起されたガスが基底状態に戻る際 紫外線を発生する 紫外線がガスを電離し 電子なだれを引き起こす 電子なだれが陽極に達し パルスとして検出される 放電阻害ガス ( ブタンガス ) プラス電荷をキャッチ 電子なだれを終息させる 電離した電子は 電子なだれを引き起こしながら 陽極へ 一方でプラスイオンガスは電界を低下させる これにより電子なだれは終息していく プラスイオンガスは陰極へと移動する ( 分子であるため移動には時間がかかる ) 陰極に到達して電流が流れ 電子なだれを助長する このままでは電子なだれがとまらない そこで放電阻害ガスを入れておく 陽極 +3000V~4000V 放電阻害ガスがプラス電荷を受け取る 放電阻害ガスが陰極に到達するが このとき電子なだれを助長しない 放電阻害ガスは分子に戻る 陰極 0V 放射線 不活性ガス ( 窒素 ) 放射線が不活性ガスに衝突し ガスを電離する 空気ガイガー ミュラー計数管 マイコンでカウントして表示 (cps / cpm / µsv/h) 空気ガイガー ミュラー計数管は 身近なものでガイガー ミュラー計数管の動作を実現します 以下は一般的なガイガー ミュラー計数管と空気ガイガー ミュラー計数管の比較です 仕様一般的なガイガー ミュラー計数管空気ガイガー ミュラー計数管 不活性ガス Ar ( アルゴン ), He ( ヘリウム ) N ( 窒素 ) 連続放電阻害ガスハロゲンガスブタンガス 内圧 0.1 気圧 1 気圧 印加電圧 V V 入射窓雲母 ( マイカ ) 食品用ラップ

4 空気ガイガー ミュラーキットの使用方法 操作方法 空気ガイガーカウンタキットを作成し 電源を入れるとガイガー ミュラー計数管への印加電圧が上がっていきます 最初の 1 分ほどは電圧や管が安定しないので 安定するまでしばらく待ちます 設定電圧は 本体横の USB コネクタの隣にある電圧調整スイッチで調整出来ます 誤操作防止の為 少し奥まった所に配置してあります ボールペンの先等で押してください USB ケーブルで本体と PC を接続し ロガーソフトを立ち上げると計測ログを取る事が出来ます なお cpm μsv 表記の切替も可能です カウンタの状態をリアルタイム表示 cpm μsv/h 表示の切替え ログ取得開始 ログ取得終了 プラトー計測終了 DATA クリア CSV 形式で保存 プラトー計測開始 ログ表示 空気ガイガー ミュラー計数管の調整方法 [1] プラトー電圧ガイガー ミュラー計数管に印加する電圧を上げていくと カウント数は電圧の上昇に従い増えていきます しかし ある電圧範囲では印加電圧を変えてもカウント数の変化がほとんど見られなくなります この領域をプラトー電圧 (Plateau) と言い 放射線の計測はこの範囲で行います 一般のガイガー ミュラー計数管は このプラトー電圧の範囲が 500V ~ 700V 程であり 管によって決まった値となっています しかし 空気ガイガー ミュラー計数管の場合には プラトー電圧は管の作り方やブタンガスの量によって大きく変わってきます 本キットで制作した管の場合 プラトー電圧は 3000V ~ 4000V の間くらいになります [2] 調整用放射性物質 空気ガイガー ミュラー計数管を調整する際 調整用の放射性物質があると便利です 一般に入手しやすいものでは以下のものがあります 減塩 NaCl のかわりに KCl を配合している減塩から微量の放射線が検出出来ます ( 成分表を見て カリウム が多く入っているものを選ぶと良いです ) バックグラウンドの約 2 倍程を計測出来ます ウランガラスビーズ アクセサリ等に使用される ウランガラスビーズからも放射線が出ており 計測出来ます 次項から 3000V ~ 4000V の高電圧を発生させる部分の調整に入ります 調整の際には 感電に細心の注意を払ってください また お子様が工作される場合には大人の監視を必ずつけてください

5 空気ガイガー ミュラーキットの使用方法 空気ガイガー ミュラー計数管の調整方法 [3] 空気ガイガー ミュラー計数管の調整方法 (3) 空気ガイガー ミュラー計数管の調整方法管の調整は ブタンガス濃度 印加電圧 の二つを用いて行います ブタンガス濃度 ブタンガス濃度 を上げるとプラトー電圧が低くなります ブタンガス濃度 を上げ過ぎると 一回の放射線検出で複数回検出する様になってしまいます ブタンガス濃度 が低いと 上手く検出出来ません まず ブタンガス ( ライターのガス ) を適当にいれ 電圧を 3000V から徐々に上げていきます なお ブタンガスは空気よりも重いので 注ぎ込むように入れます この際 引火しないように十分ご注意下さい この操作は 電源を切り 電池を抜いて行ってください ガスの注入が済んだら 入射膜を取り付けます 取付方法は KIT MANUAL no1 (7p 1-5 [ 入射膜の取り付け ] ) に記載されています ガスは入れても管の内部で直ぐには拡散しません しばらく待ちます 印加電圧 この数値 グラフは 実験用の線源を測定しています V ( 高電圧 ) cpm 電圧 CPM 測定結果 ( ) と そのグラフ ( ) プラトー電圧 電源を入れ 電圧を一分間毎に上げていき プラトー電圧を測定します (3000V から 4000V の間で 横軸に電圧 縦軸に CPM のグラフを書くと良いです ) プラトー電圧は管の作りによって変わります 上手く作ると 3200V 以下位にプラトー電圧が現れます プラトー電圧で 10 ~ 40CPM 程となっていれば調整完了です 調整用の放射性物質等をそばに近づけ 動作を確認しましょう プラトー電圧が上手く現れない場合は 1 回の放射線検出で複数回計測しているような動作が見られた場合にはガスが多すぎます 4000V 付近まで電圧を上げても CPM があまり上がっていかない時はガスが少なすぎます 上手く調整出来るまで何度が繰り返してください 根気勝負です

6 上手く計測出来ないときは 再点検箇所 [1] 電圧が上がらない 設定した電圧まであがらない (1000V 以下 ) 設定した電圧まであがらない (1000V 以上 ) 006P 電池は入っていますか? USB 電源のみでは電圧を上げられません 006P 電池の残量が少なくなってきています 新しい電池に取り替えてください 電池は約 4 時間程で交換が必要となります [2] 電圧は上がるが計測されない 以下の項目に注意して管の作りをチェックしてみてください 管がきちんと作れているか もう一度確認して下さい 陽極線の長さはマニュアル通りですか? 陽極線の先の折り返しを極力細くなっていますか? 管はきちんと密閉されていますか? ブタンガスの調整は出来ていますか? 故障かな? と思ったら 電源を入れても LCD が点かないドライバーで [VR1] を回して下さい この時 高電圧に注意して下さい キットから キーン と言う高周波音がする正常です トランス昇圧は他励式 ( たれいしき ) で 発振しています その発振がトランスをわずかに振動させ 音が発生します 太陽に向けるとカウントする 電池の消費が激し過ぎる 正常です 太陽からの紫外線が観測に影響します 計測時は入射膜を黒く塗り潰す 夜間に計測を行う 太陽には向けない等 紫外線対策を行って下さい LCD のバックライトを消す事で消費を抑えられます (LCD 背面の J1 を半田を用いて外して下さい )

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8 Geiger-Müller counter tube : Adjustment. page : 08 1 : 表示 操作説明 ミニ B タイプ USB ジャック LCD ディスプレイ USB 接続する事でパソコンで データをロギング可能 単体でも動作します CPS 1秒当たりのカウント数 CPM 1分当たりのカウント数 目標電圧 検出に最適な電圧をセット 現在電圧 目標電圧へ電圧制御 表示を簡易シーベルト換算し µsv/h に切り替える事が出来ます 電圧調整スイッチ 製作した管の個体差に 合わせて細かい 電圧調整が可能 5V ずつ目標電圧を 上げ下げ出来ます 電源スイッチ ガイガーミュラー管 使わないときは電源 OFF 放射線量をパルス数として計測します 2 : 奥付 [ 開発製造元 ] 株式会社ビット トレード ワン 神奈川県相模原市中央区相模原8丁目10 18フレンドビル 3F e 電子工房 Einstein's electronic lab [ 監修 技術協力 ] 小野寺 康幸 [ 販売協力 ] アブソリュート株式会社 AssemblyDesk内 ガイガーカウンターキット専用ページ 万一製品に不備等御座いましたら こちらまでお問い合わせ下さい info@bit-trade-one.co.jp

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