油断するなここは戦場だ

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食品中の放射線の精密測定(やさしおクッキング篇&仕様書作成篇)

最近食品の放射線測定器について質問を受けることが多くなってきましたが、なかなか自分で触ったことがない測定器についていうのは難しいです。このブログではベクミルで触ったLB2045 についてかくことが多いですが、同等またはそれ以上の機種はいろいろなメーカーから出ています。以下に早野先生からいただいた同じ程度の測定能力を持った機種の表を挙げます。これ以外にもまだまだあるようですので、最後にリンクをまとめました。(同程度の機種-NaI 2インチ以上をご存知の方はおしらせください。特定の機種を推奨するものではありません。

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精密な検査ができる検査機関に出す前に自分のところの商品や食品を検査したいという方が増えているようですが、特にスペクトルメーターの場合には、ソフト面でいろいろな機能が付随してきます。このエントリーでは特に食品に含まれるカリウムからの寄与の差し引きについて説明します。

一つ前のエントリーで紹介したように、γ線が測定器に入ったときにエネルギーが実際よりも低くカウントされる場合がどうしてもでます。Cs 137, 134 の量を測る場合に問題になるのは、それよりエネルギーが高いγ線を出し食品の中に普遍的にあるK40 の寄与になります。

やさしおという 塩化ナトリウム(食塩)を塩化カリウムに置き換えた商品があります。このやさしおにはカリウムがたくさんはいっていて、これをLB2045 で測定するとK40 の元気なピークが出ます。下の図はLB2045 でK40(図では 1400-1510に設定 右) とセシウム領域(450-850keVに設定 左)を同時測定した図です(LB2045にはK40 がプリセットされていないので手入力しないといけません。)もちろん「やさしお」にセシウムは入っていないのですが、570cps の誤検出をしてしまっています。一方でK40 ピークが出る領域には 513 カウントでています。食品を測定した時にカリウムが入っていると、カリウムのピークの場所に出ているよりたくさんの量がセシウムのエネルギー領域にでてしまうわけです。

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LB2045 の場合はカリウム領域に出たカウント数をもとに、セシウム領域のカリウム分を差っ引く機能がついています。具体的にはカリウム領域の数に 1.1 をかけてセシウム領域のカウント数から引けばいいわけです。これを、スピルオーバコレクションといいます。下の写真はその設定をした後の測定ですが、見事にセシウム領域が0と矛盾ない値になっています。(誤差が253%であることに注意。)

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この設定をするために一週間前にベクミルに早野先生といったのですが、持っていった食品にカリウムの高いものがなく早野先生は大変不満そうで、カリウムが引けるようになったんだから、食品で試したいというので、(わがまま)牛乳にやさしおを足したり、バナナを買いに走ったりしました。特に牛乳はいくらやさしおを足しても線量が上がらず、きれいに引けていましたし、バナナもカリウムは4Bq/kg で、セシウムは0とでました。

K40 の差し引きは純粋にソフト的な問題です。一旦スペクトルが数値データ化できれば、原理さえわかれば自分でも処理できます。それでも、だいたい正しいことが、ボタン一つでできるのは便利です。食品からでるカリウムは普通は数Bq/Kg 程度と思いますので、小さい誤差は気にしないという方は、金額でえらんでもいいと思いますが、業者に機器付随のソフトや、日本語マニュアルの充実度(LB2045 の場合は現在英語マニュアルの spill over collection の部分を熟読する必要があります)などを聞いてみるのもいいかもしれません。

追記(同程度の製品をご存知の方はお知らせください。)

#業者サイト(順不同)

ベルトルード LB2045 http://www.berthold-jp.com/products/isotope/foodplant.html

EMF211型ガンマ線スペクトロメータ(リンク先の詳細な資料あり) http://www.emf-japan.com/emf/emf1/emf211.html

関谷理化 CAPTUS-3000 http://www.sekiyarika.com/labo-ware/chemical-apparatus/products/captus3000/captus3000.html

日立アロカ CAN-OSP-NAI http://www.techno-ap.com/
ガンマデータ・インスツルメント GDMシリーズ(リンク先に詳細資料あり) http://www.jemsci.co.jp/products/nai/

テクノエーピー TS100B, TS150B http://www.techno-ap.com/
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by mihoko_nojiri | 2011-10-09 23:54

食品中の放射線の精密測定(基本篇)

611 GCM のときに一般向の講演で放射線のエネルギースペクトルをみせて会場全体が引いてしまい、菊池さんに「無理だよ、無理だと思った」と軽くいなされましたが、今日はスペクトルを詳しくみたいのです。目的はK40の効果の差し引きですが、エントリーが長くなるので2つに分けます。

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上の図は食品測定器LB2045 でチェッキングソースでのセシウム 137 のエネルギー分布です。横軸は測定器で測られたエネルギー、縦軸はそのエネルギーに対応するカウント数です。山が高いほど対応するエネルギーをもつ事象数が多いということになります。一番右にあるのがセシウムのピークですが、ピークより下にもたくさん分布していることがわかります。このゴミはコンプトン端(こんぷとんたん)と後方散乱ピークといわれるものです。

セシウム137のスペクトルですから測定器に入ってくるγ線は決まったエネルギーをもっています。これが測定器に入るといろいろな反応がおこります。これを下の図にまとめました。

d0164049_19371262.jpg


1)光電効果(左): 光電効果ではガンマ線のエネルギーが総て電子のエネルギーになります。電子のエネルギーは測定器の中でより低いエネルギーの光にかわり、光電増倍管に集められて決まったエネルギーの信号になります。

2) コンプトン散乱(中): コンプトン散乱では一つのγ線の散乱で、エネルギーを持った電子と光が出ます。電子のエネルギーは測定器ではかることができますが、光は逃げていきます。この場合エネルギーは部分的にしかはかれません。光電効果のピークよりエネルギーが低いところに、エネルギーが分布します。上限が決まっていて、コンプトン端といいます。

3) コンプトン散乱+光電効果(右): 測定器の大きさが十分に大きい場合、コンプトン散乱で放出された光がまた光電効果を起こす事があります。この場合結果的に総てのエネルギーが信号になります。この反応がおこるためには結晶が十分大きい必要があります。小さい結晶ではこの反応はほとんどありません。

例としてTA100 にもつかわれている CdTe 結晶のエネルギー分布をLB2045 のスペクトルと比べてみましょう(下の図、元リンクはこちら http://www.acrorad.co.jp/detect_4.html 4x4x1mm 結晶)ここではピークの高さをあわせてありますが、 NaI の方が正しいエネルギーの位置にくる事象数が倍程度多いことがわかります。コンプトン散乱が多ければそれ以下のピークは大きなバックグラウンドと戦うことになりますが、結晶が大きいために半分に抑えられていることがわかります。相対的に4倍のゲインになります。 また、CdTe の場合原理的に大きい結晶が難しいのですが、NaI 結晶の場合は大きな結晶を作ることが可能です。航空機調査に使われる NaI 結晶は低線量率用で総重量が80kg結晶サイズ゙4"×4"×16"のものが4本と一つの結晶の大きさがLB2045 の30倍程度の大きさのものを使っています。原理的には結晶が大きいほどγ線エネルギーも正しく測定できることになります。

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もう一つ注意するべきことは、スペクトルに山があるからといってそれに対応する原子核があるわけではないということです。最初の図で低いところにあるピークは測定器の外でコンプトン散乱をし、反射して入るγ線の寄与です。これを後方散乱ピークといいます。エネルギー精度が高くないNa I 結晶の場合これを別の放射性物質と見間違えないようにすることが大事です。

(カリウム測定篇に続く)

[参考]
 
より詳しい解説 
http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_No=08-01-02-03

光電効果、コンプトン散乱などの散乱断面積(鉛の場合) http://www.rist.or.jp/atomica/data/pict/08/08010203/06.gif

物質に入ったγ線の挙動

http://www.rist.or.jp/atomica/data/pict/08/08010203/07.gif

追記 TA100 のスペクトル応答はここに出ているものと違うというご指摘をいただきました。ここに実際の製品でCs 137 線源での応答がありますので、参考になれば幸いです。(他の線源についての測定図多数) http://www.mikage.to/radiation/technoap_ta100.html

追記 TA100 って食品はかれるんですかという質問をいただいたので、牧野先生の「TA100 で食品をはかろう篇」(がんばれー)をご紹介(結論からいうととっても大変。)  リンク1 リンク2
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by mihoko_nojiri | 2011-10-09 19:52

とくダネの給食番組について

先日フジのとくダネである学校給食センターで、食品の納品段階で放射性物質をはかる取り組みを紹介していたとききました。空間放射線量が 28cpm のときに食品にALOCA の線量計をあてて3倍程度であれば使わないということだったと聞いています。これはあまり意味のある取り組みと思えないので、そのことについて説明したいと思います。

食品の測定の場合一番大事なことは、遮蔽、つまり外からくる放射線を遮断して、食品からの線量だけを測定することです。

これは以前に早野先生がだしておられた食品中にセシウムが入っている時の放射線量ですが、現在の暫定基準いっぱい500Bq/Kg だとして表面線量で最大0.03μSv程度しかないとわかります(http://twitpic.com/5oamfb) 実際には LB2045 のように食品検査装置にいれて測る時は、量が少ないため線量はさらに小さくなります。


空間線量が食品の出す放射線より十分多い場合、遮蔽が必要になります。

しばらく前のエントリーでウラン系の放射性物質がたくさん入っている肥料の話をしましたが、この肥料に宇都宮さんのガイガーを密着して30.2cpm、一方で 空間からの放射線量は 19.3cpm. でした。これは400 カウント程度の背景放射線で測っているので誤差は 5% 程度と明らかに有意な差があります。

食品の場合は基準値程度の食品では放射性物質が少なく、さらに食品が空間からの放射線を遮蔽する効果があるために、空間線量が多い場所では測定そのものができなくなってしまいます。

例として同じガイガーでワカメのK40をはかろうとした時は( http://twilog.org/Mihoko_Nojiri/date-110824)ワカメで測定器を覆ったのでは、線量は増えるどころか、かえって下がってしまいました。

こういう時は遮蔽の出番です。線量計を鍋にいれると空間線量から30% ほどカウント数が下がります。20分ほど空で測って288 カウント、ワカメと一緒に測ると312 カウントになります。これで誤差が 17 くらいですから、やや多いと言えるかもという程度です。いわゆる検出限界は誤差の3倍ですから、検出するにはさらに4倍程度の時間をかけてはからなければなりません。

簡単にいえば食品の線量を測るには、その食品の遮蔽効果を上回る量の放射性物質が入っていることが必要だ、ということになります。LB200, LB2045 のような食品の測定装置に1.5cm から5cmの鉛の遮蔽がついているのは、空間線量を十分に下げることで食品から出る放射線を際立たせることが目的です。

なぜ線量計を当てるだけの検査が給食センターに導入されのかわかりませんが、効果はほとんどないでしょう。ヨウ素が多かったころの対策かもしれませんが、マニュアルを過信するのではなく、状況の変化に応じた対策をして欲しいと思います。給食センターに独自のベクレルモニターを導入するのは良い対策のように思います。またこのような取り組みが何か効果があるかのようにテレビで取り上げられたことについても、テレビ局の勉強不足なのではないかと思います。
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by mihoko_nojiri | 2011-10-02 17:50

ニコ生でニュートリノ(ニコ生風科学番組のすすめ)

9月30日にニュートリノの件で素粒子物理のことで初めてニコニコ生放送に出ました。以前一度GCM 611 にでたこともあるのですが、あの時は予定を極端に越える観客がいて、放送の方は意識していませんでした。

今回は観客のいないスタジオで尾関さん、阪大の菊池さん、SF 作家の野尻抱介さんと一緒に出ました。台本がきたのが前日で、それから昨日公開したスライドをつくりました。当日の打ち合わせではタイムマシンについての解説の要望が多いのではないか、尾関さんがこうだったらこうなるのではないかと案をだされるのが、全く頭にはいらず、まあ適当だね、ということで時間切れになりました。放送中そこはグダグダだったと思います。ただ今回のように、新聞テレビですと紙面や放送に乗るときに全くニュアンスが変わってしまうような「危険な話題」の時には、あえてグダグダを選択するのがいいと思いました。光速より早い粒子があって、他の粒子は光速以下であるという模型を理論的に構築するのは難しいのです。例えば放送中に一つニュートリノが光速より早くなる模型をご紹介しましたが、実はその模型では理論はnull energy condition という大事な条件を破っていることが示されています。もと論文はこちらになります→( http://arxiv.org/abs/1109.5687)

ニコ生の放送スタジオでは目の前に大きなテレビがあって、コメントが画面の上に表示されます。コメント機能の良さを纏めると

1) 視聴者の反応が分かる
2) 視聴者同士で今の話の値付けができる(みんなはわかっているか、重要な話か)
3) 解説になっている
4) グダグダになってもコメントがおもしろい

ではなかろうかと思います。

4人でやっていたので、他の人がしゃべっている時は気持ちの余裕もあり、コメントでリアルタイムで視聴者の反応をみることができるのはありがたいことでした。普通の講演会より双方向で良かったと思います。朝カルなどの講演会の時はみなさんまじめに聞いていて、講演の内容量が多い(これは私の問題かもしれません)どうしても時間がおします。ニコ生のコメントは何かいうと一瞬で反応が流れるというのはテレパシーみたいで悪くない感じです。ニュートリノの説明は長すぎたのではないかと思いましたが、みなさんついてきて頂いているようで安心しました。あと尾関さんや菊池先生が素晴らしくて、わかりにくそうな言葉に間髪いれず突っこんでいただけます。長く一般向けのサイエンスコミュニケーションをされている蓄積だと思いました。ニコ生のコメント自体も、一種の解説のような働きをしていて、通りが悪い言葉を言ってしまうとすかさず解説をいれてくださる方がいたようでした。野尻SF先生がバナナに爪楊枝刺すのはどうかと思いましたが、視聴者の盛り上がりは良かったです。

今回ニコ生の視聴者数が3万強ということでした。こういう固い内容にしては異例だということでした。

3万というのはテレビで成り立つにはおそらくかなり少なく、科学雑誌の売り上げに部数と比べると良い数です。ニュース報道からすぐ放送に持っていったことが高視聴数にむすびついたのでしょう。チャンネル数が決まっていないUST の、雑誌やテレビにない強みが発揮されたのだと思いました。客層が若いこととをディレクターの方が心配されていましたが、科学技術に詳しいインターネットユーザーも相当数いるようです。

打ち上げの時スタッフの方と話したのですが、今後もニコ生で同様な試みをしていただける余地はあるのではないかと思いました。時間に余裕がとれるので、内容や研究の雰囲気も伝わるのではないかと思いますので、研究者の方、また研究機関等でも、ネットワーク放送からの依頼を真剣に検討していただく価値はあるのではないかと思います。

有料会員にならないといけないようですが、タイムシフト視聴があるようです。  http://bit.ly/o9sWeG 

# あれこれつっこみが入っているところ。
 
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by mihoko_nojiri | 2011-10-02 08:29

ニコ生のスライドあります。

昨日はご視聴どうもありがとうございました。

ニコ生 ニュートリノ http://live.nicovideo.jp/watch/lv65516003
で使った「ニュートリノミニマム」のスライドをおきました。

感想は後ほど。

# スライド誤植修正しました。
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by mihoko_nojiri | 2011-10-01 12:04 | 物理

physics at LHC
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