This is the html version of the file http://openforce.project2108.com/file/cloudcande/geigermaking.pdf.
Google automatically generates html versions of documents as we crawl the web.
Page 1
ガイガーカウンターを作ろう
オープンフォース総統　河野悦昌
Yoshimasa Kawano (OPENFORCE)
2011/6/18 福島ガイガーカウンター勉強会
もくじ
● こんなのを作るよ
● 今日の目的
● このプロジェクトのなりたち
● 予備知識
● ハンズオンの流れ
● ハンズオンの注意事項
こんなのを作るよ
コースはいろいろ！　選んでね！
● 1.ガイガー検出器キット 15:30～
●
市販品のキット
●
使い捨てカメラを使ったもの
●
インバータを使ったもの
● 2.カウンター 16:00～
●
歩数計をつなぐ
●
歩数計を改良
●
PCなどに接続
● 3.ガイガー管自作 17:30～
こんな感じ
● キット、カウンタ、ガイガー管の組み合わせ
● キット
●
今回はオリジナルキット
●
試作ボード上で組むので
●
創意工夫とトラブルシュート
● カウンタ
●
会場の皆様へ課題！！！
●
今回は歩数計、PC、Android、Bluetooth接続の紹介
● ガイガー管
●
今回は市販管と自作管
今回の目的
● ガイガーカウンターってどんなもの？
● 原理や理論にあたると…
● 性質の本質がわかる
● できること、できないことがわかる
● 数字に意味があるかないかわかる
● 設計のポイントをつかむ
● いろいろ作れる
● ガイガー管
● ガイガー応用製品
● ガイガー利用サービス
このプロジェクトのなりたち
● VGMT型ガイガー管
● いざというときに身の回りのものだけで作ることができる
● ホームセンター、１００円ショップなどで手に入るもの
● CLOUDCANDE
● ガイガーカウンタで放射線を測ってどうするの？
● 意味のあるデータに変換する構想
● マップに反映する
● クラウド上で公正する
今回のハンズオンは
● VGMT型ガイガー管
● ガイガー管以外のものも身の回りにあるものでできるように
– 使い捨てカメラの部品を利用
● 既存ガイガー管
● 先にこちらから
● 海外から手に入るものを提供
● CLOUDCANDE
● まだたちあがってはいないが
● 将来連携できるように
● 今回のハンズオン以外のものもつなげられるように
今回のハンズオンは
● 手法はまだ発展途上
● アフターサポート
● ぜひとも連絡KEEP
予備知識
● 放射線基礎知識
● 測定器基礎知識
● ガイガーカウンター理論
● 測定理論
放射線基礎知識編
● どれだけ知っているかな
放射線の種類
● 粒子　または　波
● 高エネルギー粒子
● 　または
● γ線
高エネルギー粒子とは
● α線
● β線
● 中性子線
● ミューオン線
● ニュートリノ
● ・
● ・
放射線の効果
● 強力な電離作用
● 気体
● マントル
● 固体
● コンピュータのメモリ
放射線はどこから？
● 普通は
● 環境放射線
● と
● 人工核反応でできた放射線
環境放射線
● 宇宙線
● 一次宇宙線
● 二次宇宙線
● 地球起源の自然放射性物質
● C14
● K40
● ウラン系列
人工核反応でできた放射線
● 核実験由来のもの
●
プルトニウム239
●
コバルト60
●
…
● 原子炉事故由来のもの
●
セシウム137
●
ストロンチウム90
●
…
● 産業利用の物質
●
人工放射線源
●
劣化ウラン
人工核反応
● ほとんどは、
● ウラン元素や超ウラン元素
● およびそれの核分裂
原子の構造
● 電子
● 原子核
● 陽子
● 中性子
陽子と中性子
● 数の組み合わせは決まっている
● バランスの取れた組み合わせ
●
水素
– 1p
– 1p+1n
– 1p+2n
●
ヘリウム
– 2p+2n
– 2p+3n
●
リチウム
– 3p+3n
– 3p+4n
崩壊
● バランスが崩れたもの
● 放射線を出して安定しようとする
● 陽子過多、重い元素
– α線とγ線
● 中性子過多、軽い元素
– β線
原子核のスケール
● サイズ　300分の1
● 原子　25pm(水素)
● 原子核　7.8fm(ウラン)
● エネルギー
● 化学反応　5kCal/mol
● 核反応
– 5MeV(セシウム137　β崩壊)
– ２00MeV(核分裂)
原子核反応は確率だけが支配
● 不確定性原理
● 影響しない
● 数が集まると確定的
必要な武器
● 数学
● 確率
● 対数
● 物理学
● 質量
測定器基礎知識
● 運動エネルギー
● 電気エネルギー
● １つ１つは小さいけれど
● 工夫すれば
● 霧箱
● 写真乾板
● ガイガー管
● 半導体
● CCD
霧箱
● 粒子が気体中で高速で動くと衝撃波で雲ができる
● 過冷却の気体
● 飛行機雲の原理
写真乾板
● 銀塩粒子を感光させる
● 銀塩粒子が光に反応
● 放射線にも同じように反応
電離箱
● コンデンサーに高電圧をかける
● 放射線が飛び込むと
● 空気がイオン化する
● イオンが移動してコンデンサーに電気が流れる
● それを測る
比例計数管
● 電離箱にもっと高電圧をかけると…
● 放射線で起こったイオンが加速されて
● その他の気体分子にぶつかって
● イオン化されて
● その他の気体分子にぶつかって
● イオン化されて
● …
● 増幅されて大きな値が出る
● 実際には平板ではなくチューブにしている
● 放電の強さを測ると放射線の１粒子のエネルギーがわかる
ガイガー管
● 比例計数管より、もっともっと高電圧をかけると
● 起こった放電がγ線を出し、管の他の場所でイオン
化が起こる
● どんどん伝搬して管全体で放電する
● 大きな出力が得られる
● 最初のエネルギーがどんなでも管全体で放電する
ので
● 最初のエネルギーはわからない
シンチレーター
● 蛍光物質
● ちょうど放射線に反応する蛍光物質を特定の結晶
に配合
● 放射線があたると光が出る
● 光を測定する
● スペクトルがわかる
半導体
● ダイオード
● 通常はpn接合にバンドがあって電気が流れないが
● 放射線が当たると
● バンドを乗り越える
● 電気が流れる
CCD
● 光に反応するデバイス
● 光が当たると電荷が失われる
● 放射線があたると
● 光と同じように電荷が失われる
ガイガーカウンターのしくみ
● ガイガー管
● カウンター
ガイガー管
● チューブ
● 高電圧をかける
出力信号
● パルス
● これを音声に
● ランプに
● デジタルシグナルに
● パルスを積分して
● メータに
ベータ線を測ることができる
● 金属のチューブで囲まれている
● 管壁を通り越すだけのエネルギーが必要
● 内部に入ればほぼ１００％検出できる
● 検出窓をつけると低いエネルギーでも検出可能に
α線を測るには？
● 通常の金属のチューブではα線は遮られてしまう
● α線を通す検出窓を設けておく
● マイカが最もよい
γ線を測るには？
● γ線はほとんど通り抜けてしまう
● 電荷を持っていないのでそのままでは検出できない
● 希薄な気体と反応もほとんどしない
● 管の金属と反応して、電子が金属から管内部に叩
き出されたとき（光電効果）に反応する
● だけどその効率は低い
● γ線の検出は1/100程度
放電させるために
● 高電圧
● 電気力線が集中する
● 細い芯線にした方が有利
● 光電効果で外壁から叩き出された電子はマイナスな
ので、
● 外壁を負極にする
● 物質の帯電強度による
● 気圧を下げると絶縁が下がる
電圧特性
● 1気圧の空気なら
● 5000V
● 気圧を下げると電圧が下がる
● 1000V
● 小型にすると
● 400V
● ハロゲンを入れると
● 400V
クエンチ
● 放射線を検出するには放電をするが
● ちょっとのはずみで管全体が放電するようになる
● そのままでは放電が止まらない
● わからないどころか
● 管の破壊に進む
放電を止める仕組みがいる
● ガスに放電に反応する気体を配合
● 有機化合物が良く使われる
● 寿命アリ
● ハロゲンを使うと寿命が伸びる
● 電圧も下がるので好都合
プラトー電圧
● それを越すと連続放電してしまう
● 連続放電すると管の寿命が下がる
● 管の設計によって異なる
管の寿命
● リークが起こる
● 内部ガスの変質
● 電極汚染
● 寿命を伸ばすためには
● リークが起こらないように
測定理論
● 確率なので
● いっぺんに高い値が出ることもある
● その他にもいろいろ
● 一桁ぐらいの変動はよくあること
● 一般に何回か測定いて平均値を取る
他の要因
● 湿度、温度
● 汚れ
● 管の精度
ごちゃまぜ
● β線はほぼ100%検出できる
● 公正する時はごちゃまぜにしないようにしなければ
ならない
● γ線のみで計測する
● β遮蔽をする
● 感度にもよるが
何を測るか
● 空間か
● 地面からも出ている
● 地面か
● 表面汚染？
● 物体表面か
● 物体表面を測るときは距離が必要
● 汚染がやってきたかどうかを調べるには空中でなけ
ればならない
誤差要因
● 芯線の振動
● 光
● 湿気
● 電源電圧
● 温度
安定化
● 今回のハンズオンでは安定化はしません
● ぜひ考えてください
ハンズオンの流れ
● 自分の技量にあわせて、自由に選択してください
ハンズオンの注意事項
● 高電圧には注意！
● はんだごてにも注意！
● 汚れに注意
● ガイガー管の乱れは心の乱れ！
チェックポイント
● 確実に進める！
● 助けあい
● トラブルシュート！
ハンズオン
● すべて100%のものではない
● 主催者も発展途上
● 創意工夫
● 今後も協力？