γ線が出ずにβ線が出る核種は何がありますか？

質問

家庭菜園用の肥料をガイガーカウンター（β・γ計測可）で測定したらβ線のみ検出しました。
一体なにが含まれている可能性があるのでしょうか。

計測は各7回（1回あたり240秒）、うち最高値と最低値を切り捨てて5回を残し平均値を出しました。

バックグラウンド　574
A肥料（β線遮蔽せず）　1106
A肥料（β線遮蔽）　580

単位はBq／kgです。

回答No.6

indoken2 · ベストアンサー

No.5です。
補足をしていただきまして、ありがとうございます。
付属の試料ケースを使った場合の計数効率などを勘案して、メーターを表示すしているのでしょうね。
またこれも推定ですが、240秒というのは単に計測にかけた時間で、表示値は240秒あたり崩壊数ではなく、Bq（1秒当たり崩壊数）なのでしょう。

補足の内容を含めて考えてみても、
その肥料のβ線源として可能性が大きいのは、やはりカリウムです。
家庭菜園用の肥料という事ですが、窒素、リン酸、カリの含有量が 例えば、8－10－6などと多分袋に記載されているはずです。
3番目の数字がカリの含有率です（この場合KではなくK2Oで表します）。

仮にカリ６％（＝カリウムで表すと５％）なら、その肥料１ｋｇに含まれるカリウムの崩壊数は1500（Bq/kg）ほどになります。
同じ肥料について、もしβ線をきれいに遮蔽できたとすると165Bq/kgが検出されるはずです。

これらの値は質問文の値は一致しませんが、お使いの様な簡易なカウンターが、かなり大きい誤差を含むことを考えると、むしろ大変近い値だと言えるかもしれません。

（ここで、気が付いたのですが、質問文中のバックグランド値は、β線遮蔽の有無は影響しないのでしょうか・気になります。）

補足

β線を遮蔽したときとバックグラウンドのときの数値がほとんど変わらないということはセシウムの可能性が低いということでよろしいでしょうか。

カリウム８％の肥料ですので2000～2500Bq／kgほどのカリウム40が含まれているということで、
約5000Bqの差異についてはありえる範囲内なのですかね。

γ線については弱くて拾わなかったか強くて通り抜けたかわかりませんが、カウントしなかったわけです。
総合的に判断して、これは多めのカリウムが含まれている肥料ということで納得しました。

回答No.5

indoken2

すでに回答がありますが、測定の方法と、測定値の表示単位に疑問があります。

ガイガーカウンターでＢｑ／ｋｇを測定しておられるようですが、一般的には相当困難な測定であるように思います。よろしければ測定方法を補足して下さい。

測定値の表示方法ですが、574、1106、580という数値が、本当にＢｑ／ｋｇなのか、それとも別回答にあるように240秒あたりのカウントなのか、これについても確認をお願いいたします。

ちなみに、私も、肥料でβ線主体の放射線源ということであればカリウム40ではないかと考えるのが第一だと思います。

お礼

単位訂正5740、11060、5800でした。バックグラウンドとの差は約5000Bq／kgということになります。
カリウム８％の肥料ですので2000～2500Bq／kg程度検出なら数値としては正しいわけですね。

補足

PKC-107という機器で付属の試料ケースに試料を入れて測定しました。

単位は説明書通りです。240秒あたりのカウント数を変換しているのではないでしょうか。

回答No.4

KURUMITO

回答No3です。
説明が抜けておりましたので追加させていただきます。カリウム40はβ線のみを放出する核種ではありませんが約90％はβ線として放出されます。γ線が出ない核種ということではありません。ガイガーカウンターのみでβ線のみを表出する核種かどうかを判断することはできません。

回答No.3

KURUMITO

福島原発の影響であるならまずセシウム137の存在が考えられるところですが、この核種はベータ線の他にγ線を出しています。β線の遮蔽をしてもそれほどに線量は下がらないはずです。
肥料を測っておられるとのことですので最も考えられるβ線(最大エネルギー1.33MeV)を放出する核種としてはカリウム40ですね。この核種は天然のカリウムの中に0.0117％存在し、天然のカリウム1グラム当たり約30Bqのカリウム40が含まれることになります。1キログラムのカリウムでは実に30000Bqとなります。仮に肥料にカリウムが2％含まれるとしたら600Bqのカリウム40が含まれることになります。
このほかに天然にある元素でβ線を放出する主な核種としては炭素14がありますがそのβ線の最大エネルギーは0.156MeVで低く単なる測定法ではほとんど計測することができません。
最も考えられる核種は天然に存在するカリウム40といってよいでしょう。体重60キログラムの成人男子で約4000Bqのカリウム40が、また、2500Bqの炭素14が含まれているといわれています。
ところでお示しの計測値ですが240秒での値ですね。Bqは1秒間あたりの放射性核種の崩壊数ですので少なくともお示しの値の240分の1がBqということになりますね。その場合には肥料の放射能は2Bq程度ということになりますね。単位はBq/kgということでしたら肥料1キログラム当たり2Bqということになります。天然のカリウムが肥料1キログラム当たり0.07グラム含まれることになりますね。実際には肥料の中のカリウム組成はもっともっと多い量でしょう。β線の線量を求めるための測定は簡単なものではありません。測定をしている肥料そのものでβ線が遮蔽されることになるからです。

お礼

カリウムのγ線を拾わなかったと仮定した場合は、あの数値はカリウムが含まれているためと考えるのが妥当ということですね。

単位は説明書通りです。

回答No.2

kagakusuki

β線のみを放出する放射性核種には、次の様なものがあります。

◎ 三重水素（半減期12.33年、β線のエネルギー0.0186MeV）
× 炭素14（半減期5730年、β線のエネルギー0.156MeV）
× 燐32（半減期14.26日、β線のエネルギー1.711MeV）
× 燐33（半減期25.34日、β線のエネルギー0.249MeV）
× 硫黄35（半減期87.51日、β線のエネルギー0.167MeV）
× 塩素36（半減期30.1万年、β線のエネルギー0.709MeV）
△ カルシウム45（半減期162.6日、β線のエネルギー0.257MeV）
○ ニッケル63（半減期100.1年、β線のエネルギー0.0669MeV）
◎ セレン79（半減期110万年、β線のエネルギー0.151MeV）
○（天然存在比27.83%） ルビジウム84（半減期475億年、β線のエネルギー0.283MeV）
◎ ストロンチウム89（半減期50.53日、β線のエネルギー1.495MeV）
◎ ストロンチウム90（半減期28.74年、β線のエネルギー0.546MeV）
◎ イットリウム90（半減期64.10時間、β線のエネルギー2.280MeV）
× テクネチウム99（半減期21110年、β線のエネルギー0.294MeV）
× インジウム115（半減期441兆年、β線のエネルギー0.496MeV、半減期があまりにも長いため、放射能は無いと見做した方が良い）
× 錫121（半減期27.06時間、β線のエネルギー0.388MeV）
◎ セシウム135（半減期230万年、β線のエネルギー0.269MeV）
× プラセオジム143（半減期13.56日、β線のエネルギー0.934MeV）

　○や×等の記号に関してですが、福島原発の原子炉の内部に存在しそうな物質から、その放射性物質が生成する可能性が大きいのか小さいのかを、個人的に独断し、
福島原発の周囲に存在する可能性が非常に大きいと、私が思ったものに ◎、
可能性があると、私が思ったものに ○、
可能性は少ないものの、無いとも断言出来ないと、私が思ったものに △、
福島原発から放出されたと心配する必要が少ないと、私が思ったものに ×
を付けてみました。（○や×等の記号に関しては、あくまで個人的な憶測に過ぎず、充分な根拠のあるデータでは御座いません）
　尚、放射性物質は、放射線を放出する事によって、別の物質に変化して行きます。
　そのため、β線を出した後に出来る物質が、別の放射性物質であるという場合もありますから、そうして出来た物質が、γ線を出すものに関しては、上記のリストからは除外しております。
　又、その放射性物質が、γ線を放出する別の放射性物質が放射線を出した事によって生じている場合も、リストから除外しています。

　それから、上記のリストに挙げた放射性物質は、あくまでも、放射性物質自体からはγ線を放射しないというだけです。
　β線の様に電気を帯びた粒子が、物質中を高速で通過する際には、チェレンコフ放射と言って、粒子のエネルギーが、光等の電磁波のエネルギーに変換されて、放出されるという現象が存在します。
　β線が持っているエネルギーは、大抵の場合大きいため、放出される電磁波のエネルギーも、γ線の領域の高いものとなりますから、β線が物質に衝突する限りは、ある程度のγ線の放射は避けられないのではないかと思います。（粒子が通過する物質の屈折率が高い程、チェレンコフ放射は起こり易く、空気等のガスは光の屈折率が非常に小さいため、チェレンコフ放射は、まず発生しません。）

【参考URL】
　チェレンコフ放射 - Wikipedia
　　http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%81%E3%82%A7%E3%83%AC%E3%83%B3%E3%82%B3%E3%83%95%E6%94%BE%E5%B0%84

お礼

非常に詳しくまたわかりやすくありがとうございます。

回答No.1

Saturn5

β線だけを放出する核種はないと思います。
自然界の物質で放射線を出しやすいものは一般的にはＫ４０（カリウム）です。

ところで、このデータでどうしてβ線のみという判断なのでしょうか？
バックグラウンドのデータとして５００Ｂｑ／ｋｇはかなり大きな数字です。
計測器を向ける方向で判断されているのではないでしょうか？

ガイガーカウンターは基本的にガラス管に封入された不活性ガスが
放射線によって電離するのを計測する装置です。
もし、ガラス管がα線を通すのならばα線の計測できるのですが、α線はガラスで
遮断されます。
β線は遮断されやすいので計測器の窓を向ける方向によって計測される線量が
変化しますが、γ線は遮蔽されにくいので計測器を向ける方向によってほとんど
変化しません。それゆえに、バックグラウンドの数字が怪しいと感じたのです。

補足

回答ありがとうございます。

> β線だけを放出する核種はないと思います。

二番目に回答を下さった方が多数の核種を挙げられています。