ガイガーカウンターの盲点：不感時間

ガイガーカウンターの盲点：不感時間

放射線を測る

私たちの身の回りには、目には見えない放射線が飛び交っています。その放射線を測る機器の一つに、ガイガーカウンターの愛称で知られるガイガー・ミュラー計数管（GM計数管）があります。これは、放射線が計数管の中に入ると電気信号に変換することで、放射線の量を測定する装置です。ガイガーカウンターは、持ち運びやすく、空間の放射線量を比較的簡単に測定できるという利点があります。学校の実験などでも使われるため、その特徴的な音と合わせて、目にしたことがある方もいるのではないでしょうか。

しかし、どんなに優れた測定器でも、完璧に放射線を捉えることはできません。測定には必ず誤差がつきものです。ガイガーカウンターの場合、その誤差の一因となるのが「不感時間」と呼ばれる現象です。ガイガーカウンターは、放射線を検知すると電気信号を発しますが、その直後には次の放射線を検知することができません。これが不感時間です。不感時間は非常に短い時間ですが、その間に別の放射線が入ってきてもカウントすることができないため、測定値は実際の放射線量よりも少なくなる傾向があります。

特に放射線量が強い場所では、この不感時間の影響が大きくなります。そのため、正確な放射線量を把握するためには、不感時間による計数率の低下を補正する必要があります。ガイガーカウンターを使用する際には、このような特性を理解しておくことが重要です。

不感時間とは

– 不感時間とはガイガーカウンターは、放射線を検出するために広く用いられている装置です。その仕組みは、放射線が検出器内部に入射すると、内部に満たされた気体が電離し、電流が流れるという現象を利用しています。この電流を検出することで、ガイガーカウンターは放射線を感知し、音や数値として出力します。しかし、ガイガーカウンターには、放射線を連続して検出できない時間があることが知られています。これを「不感時間」と呼びます。ガイガーカウンターの内部では、放射線が入射すると気体が電離し、電流が流れます。この時、内部には電離した気体が多く存在し、次の放射線が入射しても、しばらくの間は新たな電流を生成することができません。これは、電離した気体が再び中性に戻るまでにある程度の時間がかかるためです。この、電離した気体が中性に戻り、次の放射線を検出できる状態に戻るまでの時間を「不感時間」と定義します。不感時間は、ガイガーカウンターの種類や構造、内部の気体の種類や圧力などによって異なり、一般的には数百マイクロ秒程度です。不感時間は、ガイガーカウンターの測定精度に影響を与える重要な要素の一つです。特に、高い強度の放射線を測定する場合には、不感時間内に次の放射線が入射してしまう可能性が高くなり、測定値が実際よりも低く出てしまう可能性があります。そのため、ガイガーカウンターを用いて放射線を測定する際には、不感時間の存在を考慮する必要があります。

不感時間の仕組み

– 不感時間の仕組み

ガイガーカウンターで放射線を計測する際、正確な値を得るには「不感時間」という現象を理解することが重要です。では、なぜ不感時間が生じるのでしょうか？それは、ガイガーカウンターの心臓部である内部構造と深く関係しています。

ガイガーカウンターの中心部には、電圧がかけられた陽電極と呼ばれる電極があります。放射線がガイガーカウンターの中に入射すると、内部に充填された気体の分子が電離し、プラスの電気を帯びた陽イオンとマイナスの電気を帯びた電子が発生します。電子は非常に軽い粒子であるため、瞬時に陽電極に引き寄せられます。一方、陽イオンは電子に比べて動きが遅いため、陽電極の周りに陽イオンが偏って分布した状態、いわば陽イオンの雲のようなものができてしまいます。この陽イオンの雲が、次の放射線によって気体が電離するのを妨げる原因となり、ガイガーカウンターは次の放射線を感知することができなくなってしまいます。 この、次の放射線を感知できない時間こそが、不感時間と呼ばれるものなのです。

不感時間による影響

放射線を測定する機器として知られるガイガーカウンターには、「不感時間」と呼ばれる、測定上の特性が存在します。これは、ガイガーカウンターが一度放射線を検知してから、次の放射線を検知できるようになるまでに一定の時間が必要となる現象を指します。
この不感時間のために、実際の放射線の量よりも少なくカウントしてしまうことがあります。
特に、放射線の量が多い環境では、この影響は顕著になります。放射線量が多いということは、それだけ放射線がガイガーカウンターに入射する頻度が高くなることを意味します。すると、ガイガーカウンターが前の放射線を検知してから不感時間が経過しないうちに次の放射線が入射してくる可能性が高まり、結果として放射線を見逃してしまう確率が増加するためです。
このように、不感時間の影響は、放射線量の測定精度に関わる重要な要素となります。そのため、ガイガーカウンターを用いた測定では、この不感時間による影響を考慮することが重要となります。

不感時間の大きさ

ガイガーカウンターで放射線を測定する際、「不感時間」というものが存在します。これは、一度放射線を検知した後、次に放射線を検知できるようになるまでのわずかな時間のことです。この不感時間の間は、たとえ放射線がガイガーカウンターに飛び込んできても、カウントすることができません。

不感時間の大きさは、ガイガーカウンターの種類や状態によって異なりますが、一般的には10のマイナス4乗秒程度と言われています。これは、1秒間に1万回までは正確に放射線をカウントできることを意味します。つまり、1万分の1秒間に1回以上の放射線が飛び込んでくると、正確にカウントできない可能性が出てくるのです。

しかし実際には、放射線の強度や測定時間などによって、不感時間による計数誤差が変わってきます。例えば、放射線の強度が非常に強い場合や、長い時間測定を行う場合には、不感時間による計数誤差が大きくなる可能性があります。そのため、正確な放射線量を測定するためには、不感時間による計数誤差を補正する必要があります。

この補正は、専用の計算式を用いて行うことができます。計算式は少し複雑ですが、放射線の強度や測定時間、そして不感時間の大きさを考慮することで、より正確な放射線量を求めることができます。

まとめ

今回の記事では、放射線を計測する機器であるガイガーカウンターが持つ、計測できない時間について解説しました。

ガイガーカウンターで放射線を測定する際、放射線を受けると一時的に計測不能になる時間が生じます。これを不感時間と呼びます。不感時間は、ガイガーカウンターが放射線を検知してから、次の放射線を検知できるようになるまでの時間のことです。

放射線の量が多い場合、この不感時間が無視できない影響を及ぼします。なぜなら、不感時間の間は放射線が検知できないため、実際の放射線量よりも少なく計測してしまうからです。

正確な放射線量を知るためには、この不感時間による影響を考慮する必要があります。そのため、計測された放射線量に、不感時間を考慮した補正を行うことが重要になります。