NaIシンチレーターを使った 放射線検出システムの開発 宇宙粒子研究室 １０７６１０６６ 長澤 匠
目的 地面・大気・宇宙など我々を取り巻く環境から発生する放射線、環境放射線を測定し、モニターする装置を開発し、この装置により身近にある物質の放射能を測定すること。
NaIシンチレーターについて NaIシンチレーション検出器はタリウム活性化ヨウ化ナトリウムと光電子増倍管およびプレアンプからなる。NaIはガンマ線を高い効率で検出できる。
使用したMulti-Channel Analyzer 型名 MCA8000A メーカー Amptek社製 A/D変換速度 5µsec チャンネル数 最大16kch 寸法、165x71x20mm、 出力 RS232C出力 重量 780g MCAとはパルスの数を測定する計測器で、 パルスの発生頻度をパルスの高さの関数で測 定する装置である。今回の装置ではPMTから のパルスを測定する。PMTの出力はネガティブ パルスであるが、今回使用したMCAはポジティ ブパルスしか測定できない。
実験回路図
PMTの出力を位相反転増幅器によりパルス整形した。 パルス整形回路は下のオペアンプを使い作製した。 原理をもとに自分で描いた回路図 使用したオペアンプ（LN351N）
回路図を元に作製した回路 作製した位相反転増幅回路を使って、この回路を実際に動かしてみた。するとオシロスコープの１ｃｈからのパルスが、位相反転増幅回路によって位相が反転され、その波形がオシロスコープの２ｃｈに表示された（右下図）。これは抵抗の比率を１：１にしたものなので、増幅はされていない。これにより、作製した位相反転増幅回路がしっかり機能することがわかり、回路が完成した。また、ソケットを用いることで抵抗やオペアンプを変えられるようにした。
Csを線源とした時のカウント 縦軸：カウント（対数表示） Cs１３７（０．６６２MeV） ２９４６５７カウント K（１．３７５MeV） ２６２カウント 横軸：チャンネル 図はCsから放出される0.662MeVのガンマ線を１０分間測定した結果で、矢印で示すピークがこのガンマ線のエネルギーに相当する。またもう一つの矢印で示すピークは環境放射能であるカリウム40が放出するガンマ線である。
鉛で遮蔽した状態で測定を行った結果をプロットしたもの 木は地下水を汲み上げているので、１５号館の木は六甲山からの地下水を含んでいると考え、その中に地下水中の放射線がどれほど検出されるのかを測定した。 右図上は、赤が資料を何も入れずにバックグラウンドを３日間観測したもので、青が１５号館の木から採取した葉を入れて３日間と２１時間観測したものである。 右図下は①を②で割ったものである。Ｃｓの４０チャンネルのあたりで、比が０．１ほどになっているのがわかる。このことより、葉っぱからＣｓ１３７が検出されたと考えられる。 鉛で遮蔽した状態で測定を行った結果をプロットしたもの
結論と考察 NaIシンチレーターとMCAを用いた放射線検出システムを開発した。 その為に必要な位相反転増幅回路を作製した。 実際に身近なところにある資料からの放射線量を測定した。その結果、木の葉から７．８×１０－３[Bq/cm2] ＝ ２．１×１０－１３[Ci/cm2] のCsのガンマ線を検出した。
結論と考察 この葉からの放射線はどれほどの強さなのかを比べてみたいと思う。 日本の表面積は約３．８×１０５[km2] ＝３．８×１０１５[cm2] 広島の原爆は１．５×１０１３[Bq] 広島の原爆の強さに相当するには １．５×１０１３[Bq]÷７．８×１０－３[Bq/cm2] ＝１．９×１０１５[cm2] つまり１５号館の葉を日本の面積の約半分集めると広島原爆と同じ威力になることがわかった。
結論と考察 放射性同位元素の線源の放射能はそれが崩壊する割合で定義され、その式は⊿Ｎ/⊿ｔで表わされる。 １５号館の葉っぱからＣｓが検出されたと仮定する。 観測時間⊿ｔ＝３３６０００秒、計数⊿Ｎ＝７９２００ ＮａＩシンチレーターの検出部の表面積Ｓ＝３０．１７４[cm2] 単位面積あたりの放射能は ⊿Ｎ/⊿ｔ・S＝７．８×１０－３[Bq/cm2]＝２．１×１０－１３[Ci/cm2]という強さになることがわかった。