エックス線作業主任者 ⑥ 測定2(統計・計算)

計数値のばらつきと標準偏差、計数率の求め方、バックグラウンドを差し引いた正味の値の算出、機器の校正といった測定に関わる計算を扱う分野です。計数の統計的な変動は測定回数や時間を増やすと相対的に小さくなるという関係を理解していれば、多くの設問はその応用として解けます。計算問題は苦手意識を持たれやすいものの出題パターンは限られるため、手順を固めて反復すれば安定した得点源になります。

この分野の問題33問を、選択肢・正解・解説つきで掲載しています。まず自分で解答を考えてから「正解と解説を見る」を開いて答え合わせをしてください。

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199放射線測定における計数値のばらつきを表す分布はどれか。

  1. Aポアソン分布
  2. B正規分布
  3. C二項分布
  4. D指数分布
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正解:Aポアソン分布

放射線測定器によって一定時間測定した計数値のばらつきは、ポアソン分布となる。

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200計数値Nの標準偏差σを表す式はどれか。

  1. Aσ = N²
  2. Bσ = √(N)/t
  3. Cσ = √(N)
  4. Dσ = N/t
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正解:Cσ = √(N)

計数値Nの標準偏差は、その平方根である√(N)で表される。

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201測定時間t秒間で計数値Nを得たとき、計数率n(cps)の標準偏差σnを表す式はどれか。

  1. Aσn = √(N)/t
  2. Bσn = √(N)
  3. Cσn = √(n)/t
  4. Dσn = n/√(t)
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正解:Aσn = √(N)/t

計数率の標準偏差は、計数値の標準偏差√(N)を測定時間tで割った√(N)/tとなる。

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202計数率計の計数率をn(cps)、積分回路の時定数をτ(秒)としたとき、計数率の標準偏差σnを表す式はどれか。

  1. Aσn = √(n/(2τ))
  2. Bσn = √(n · τ)
  3. Cσn = n/τ
  4. Dσn = √(n)/τ
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正解:Aσn = √(n/(2τ))

計数率計の統計誤差において、計数率の標準偏差は√(n/(2τ))で表される(τは時定数)。

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203相対標準偏差(CV値)の説明として正しいものはどれか。

  1. A標準偏差を平均値で割ったものに100を掛けたもの
  2. B標準偏差を平均値の2乗で割ったもの
  3. C平均値を標準偏差で割ったもの
  4. D標準偏差の平方根を平均値で割ったもの
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正解:A標準偏差を平均値で割ったものに100を掛けたもの

相対標準偏差(CV値)は、標準偏差を平均値で割り、百分率(%)で表したものである。

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204計数率計の時定数を大きくした場合の説明として、正しいものはどれか。

  1. A指針の揺れは小さくなり、相対標準偏差は小さくなる
  2. B指針の揺れは大きくなり、相対標準偏差は大きくなる
  3. C指針の揺れは大きくなり、応答速度は速くなる
  4. D指針の揺れは小さくなり、応答速度は速くなる
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正解:A指針の揺れは小さくなり、相対標準偏差は小さくなる

時定数を大きくすると、指針の揺れは小さくなり、相対標準偏差は小さくなるが、応答速度は遅くなる。

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205時定数とは、放射線が入射した後、測定器の指示値が最終の値の何%に達するまでの時間をいうか。

  1. A50%
  2. B95%
  3. C100%
  4. D63%
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正解:D63%

時定数は、最終値の63%を示すまでの時間である。

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206GM計数管の数え落とし(計数損失)が発生する原因はどれか。

  1. A印加電圧がプラトー領域を超えたため
  2. B分解時間内に入射した放射線が計数されないため
  3. C気体増幅率が低下したため
  4. D入射放射線のエネルギーが低すぎたため
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正解:B分解時間内に入射した放射線が計数されないため

GM計数管の分解時間内に入射した放射線は計数されないため、計測値が減少する現象を数え落としという。

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207実測の計数率m(cps)、分解時間τ(秒)のとき、真の計数率M(cps)を求める式はどれか。

  1. AM = m(1 - mτ)
  2. BM = m / (1 - mτ)
  3. CM = m / (1 + mτ)
  4. DM = m(1 + mτ)
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正解:BM = m / (1 - mτ)

真の計数率Mは、M = m / (1 - mτ)の式で求められる。

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208分解時間が100μsのGM計数管で1500cpsを測定したとき、真の計数率(cps)として最も近い値はどれか。

  1. A1450
  2. B1550
  3. C1650
  4. D1765
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正解:D1765

分解時間100μs=0.0001s。M = 1500 / (1 - 1500 × 0.0001) = 1500 / 0.85 ≒ 1765。

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209あるエックス線の半価層が0.45cmであった。この物質の線減弱係数(cm⁻¹)として、最も近い値はどれか。(ただし、ln 2 = 0.693とする)

  1. A1.25
  2. B1.88
  3. C2.10
  4. D1.54
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正解:D1.54

線減弱係数=ln 2 / 半価層=0.693 / 0.45 = 1.54。

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210線減弱係数μ(cm⁻¹)、物質の密度ρ(g/cm³)のとき、質量減弱係数(cm²/g)を求める式はどれか。

  1. Aμ × ρ
  2. Bρ / μ
  3. Cμ / ρ
  4. Dμ + ρ
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正解:Cμ / ρ

質量減弱係数は、線減弱係数を密度で割った値である。

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211電離箱式サーベイメータの積算モードに関する説明として、正しいものはどれか。

  1. A時間当たりの線量率を表示する
  2. B蓄積された線量を表示する
  3. C照射を停止すると指針がゼロに戻る
  4. Dレンジ切り替えはできない
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正解:B蓄積された線量を表示する

積算モードは、蓄積された線量を表示するモードである。

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212電離箱式サーベイメータで1mの距離において、3.6mSv/hの線量当量率の放射線を30秒間測定したとき、蓄積される線量当量(μSv)はいくらか。

  1. A30
  2. B10
  3. C15
  4. D45
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正解:A30

3.6mSv/h = 3600μSv/h。30秒=30/3600時間。蓄積線量=3600μSv/h × (30/3600)h = 30μSv。

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213電離箱式サーベイメータで90秒間測定してフルスケール(3μSv)の指示を得た。この場所の線量当量率(μSv/h)はいくらか。

  1. A120
  2. B60
  3. C180
  4. D240
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正解:A120

90秒=90/3600時間=0.025時間。線量当量率=3μSv / 0.025h = 120μSv/h。

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214電離箱式サーベイメータの校正におけるトレーサビリティの説明として正しいものはどれか。

  1. A測定器の感度を常に最大に調整すること
  2. B複数の測定器を同時に使用すること
  3. C国家標準の値と実用する測定器の値を関連付ける経路が確立されていること
  4. D校正に用いる線源の放射能を定期的に交換すること
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正解:C国家標準の値と実用する測定器の値を関連付ける経路が確立されていること

トレーサビリティとは、測定器が国家標準につながる経路で校正されていることである。

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215電離箱式サーベイメータの特性として、誤っているものはどれか。

  1. Aエネルギー依存性が小さい
  2. B方向依存性が小さい
  3. C高線量率の測定に適している
  4. D感度が非常に高い
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正解:D感度が非常に高い

電離箱式サーベイメータは感度が良くない(微弱な線量の計測には不向き)。

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216180keVのエックス線測定において、校正定数が0.95の場合、測定値120μSv/hから求められる真の線量当量率(μSv/h)はいくらか。

  1. A110
  2. B114
  3. C126
  4. D130
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正解:B114

真の線量当量率=測定値 × 校正定数=120 × 0.95 = 114μSv/h。

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217電離箱式サーベイメータの校正に最も適した標準線源として用いられるのはどれか。

  1. A¹³⁷Cs
  2. B²⁴¹Am
  3. C⁶⁰Co
  4. D⁹⁰Sr
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正解:C⁶⁰Co

校正に使用する標準線源として⁶⁰Coがある。

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218管電圧250kVのエックス線装置から発生するエックス線の最短波長(nm)として、最も近い値はどれか。(デュエン・ハントの法則λmin = 1.24/Vを用いる)

  1. A0.0124
  2. B0.0050
  3. C0.0250
  4. D0.0500
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正解:B0.0050

λmin = 1.24 / 250 = 0.00496 ≒ 0.0050nm。

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219ある放射線測定器を用いて60秒間放射線を測定し、計数率1600cpsを得た。この計数率の標準偏差(cps)に最も近い値はどれか。

  1. A4
  2. B52
  3. C1600
  4. D5
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正解:D5

計数率の標準偏差 σ=√(n/t)=√(1600/60)=√26.7≒5.2 cps となる。

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220時定数3秒、指示値150cpsのサーベイメータの相対標準偏差(%)として最も近い値はどれか。

  1. A1%
  2. B5%
  3. C7%
  4. D3%
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正解:D3%

相対標準偏差CV(%) = √(1/(2nτ)) × 100 = √(1/(2 × 150 × 3)) × 100 = √(1/900) × 100 = (1/30) × 100 ≒ 3.3%。

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221プラトーの説明として、正しいものはどれか。

  1. A印加電圧を上げても計数率が急激に上昇する範囲
  2. B放射線のエネルギーによって計数率が比例する範囲
  3. C印加電圧の変動が計数率にほとんど影響を与えない範囲
  4. D電子なだれが発生せず、出力信号が得られない範囲
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正解:C印加電圧の変動が計数率にほとんど影響を与えない範囲

プラトーとは、印加電圧の変動が計数率にほとんど影響を与えない範囲をいう。

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222電離箱における一次電離の説明として正しいものはどれか。

  1. A加速された電子が衝突して起こる電離
  2. B陰極から放出された電子による電離
  3. Cエックス線によって直接起こる電離
  4. D再結合によって発生するイオン対の生成
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正解:Cエックス線によって直接起こる電離

一次電離とは、エックス線によって直接起こる電離をいう。

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223比例計数管において、一次電離で生じた電子がさらに気体電離を引き起こす現象を何というか。

  1. A二次電離
  2. B再結合
  3. C熱電子放出
  4. Dプラトー
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正解:A二次電離

一次電離した電子がさらに周囲に衝突して起こす電離を二次電離という。

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224比例計数管がエネルギー分析に適している理由はどれか。

  1. Aパルス波高が計数率に比例するから
  2. Bパルス波高が放射線のエネルギーに比例するから
  3. C不感時間が非常に長いから
  4. D高電圧で安定しているから
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正解:Bパルス波高が放射線のエネルギーに比例するから

比例計数管は、発生した電子イオン対数に比例した大きさのパルス信号を発生するため、エネルギー分析が可能である。

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225GM計数管の消滅ガス(クエンチングガス)の役割として正しいものはどれか。

  1. A気体増幅率を一定に保つ
  2. B入射放射線のエネルギーを変換する
  3. C電子なだれを促進させる
  4. D放射線によって生じる放電を短時間で消滅させる
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正解:D放射線によって生じる放電を短時間で消滅させる

消滅ガスは、放射線によって生じる放電を短時間で消滅させる効果がある。

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226GM計数管の不感時間の説明として正しいものはどれか。

  1. A入射放射線により一度作動し、パルス波高が弁別レベルまで回復する時間
  2. B一度放電し、通常の波高値にほぼ等しくなるまでに要する時間
  3. Cプラトーが終了してから連続放電に至るまでの時間
  4. D放射線の入射により一度作動した後、一時的に検出能力を失い、出力パルスが生じない時間
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正解:D放射線の入射により一度作動した後、一時的に検出能力を失い、出力パルスが生じない時間

GM計数管が放射線入射後に一時的に検出能力を失い、パルスが生じない時間を不感時間という。

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227GM計数管の分解時間の説明として正しいものはどれか。

  1. A放電が連続して発生するまでの時間
  2. Bプラトー電圧に達するまでの時間
  3. C機器がパルス信号を検出できる弁別レベルまで回復する時間
  4. D入射放射線から最初のパルスが出るまでの時間
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正解:C機器がパルス信号を検出できる弁別レベルまで回復する時間

分解時間は、パルス信号が弁別レベルまで回復し、計数できるようになるまでの時間をいう。

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228印加電圧を高くしたとき、発生する電子・イオン対数と印加電圧の関係グラフで、電離箱領域(飽和領域)の次に来る領域はどれか。

  1. A比例計数管領域
  2. B再結合領域
  3. CGM計数管領域
  4. D連続放電領域
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正解:A比例計数管領域

印加電圧の低い順から、再結合領域、電離箱領域、比例計数管領域、境界領域、GM計数管領域、連続放電領域となる。

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229GM計数管(ガイガー放電領域)の説明として正しいものはどれか。

  1. A一次電離量に比例した出力パルスが得られる
  2. B一定の大きさの出力パルスが得られる
  3. C放電を消滅させるために消滅ガスは不要である
  4. Dエネルギー分析に適している
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正解:B一定の大きさの出力パルスが得られる

GM計数管は、入射放射線のエネルギーに関係なく、ほぼ一定の大きさの出力パルスが得られる。

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230シンチレーション検出器の光電子増倍管の役割として正しいものはどれか。

  1. A放射線を直接可視光に変換する
  2. B光を電子に変換し、増倍して電流パルスとして出力する
  3. Cシンチレータの温度を一定に保つ
  4. D入射放射線のエネルギーを直接計数する
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正解:B光を電子に変換し、増倍して電流パルスとして出力する

光電子増倍管は、シンチレータからの光を光電面で電子に変換し、ダイノードで増倍して出力する。

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231半導体検出器の空乏層の説明として正しいものはどれか。

  1. A放射線が通過した後に残る結晶のひずみ
  2. B電極間に加える電圧を制限するための保護膜
  3. CP型半導体とN型半導体の接合部にできる自由に電流が流れない層
  4. D低エネルギーのエックス線を遮断する金属フィルタ
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正解:CP型半導体とN型半導体の接合部にできる自由に電流が流れない層

空乏層とは、P型とN型半導体の接合部に形成される自由に電流が流れない領域である。

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