学問・資格

Bolzman constant : ボルツマン定数

ボルツマンが導入した普遍定数の一。気体定数をアボガドロ数で割った値。1.380658×10-23J・K-1 分子の運動エネルギーと絶対温度との関係を示す尺度と考えられ、エントロピーの式の比例定数でもある。記号k

普遍定数
物理学の基本法則を表す式の中で、変数の値に関係なく常に一定の値をもつ定数。光速度・電気素量・プランク定数・万有引力定数など。基礎定数。
気体定数
ボイル‐シャルルの法則によれば、気体1モルの体積V、圧力P、絶対温度Tの間には、PV=RTの関係があり、このときの比例定数Rをいう。気体の種類にかかわりなく、R=8.3143J/K ・ molの値をとる。
分子
原子の結合体で、その物質の化学的性質を失わない最小の構成単位。一つの原子よりなる単原子分子(ヘリウムなど)、二原子分子(水素・酸素・窒素など)、三原子分子(水・二酸化炭素など)から、数千~数万の原子よりなる高分子まであり、主に共有結合で結び付いている。
運動エネルギー
運動している物体のもつエネルギー。速度vで運動している質量mの物体(質点)の運動エネルギーはmv2/2である。
絶対温度 ケルビン【kelvin】
国際単位系(SI)の基本単位で、温度の単位。物質を構成する原子・分子の熱による振動がすべて静止する温度を零度、水の三重点を273.16度と定義し、目盛間隔をセ氏温度と同じにとったもの。セ氏温度に273.15度を加えた値で表される。英国の物理学者ケルビンの名にちなむ。記号、K熱力学温度。絶対温度。
エントロピー【entropy】
熱力学において物質の状態を表す量の一。等温可逆的な変化で、ある物質系が熱量を吸収したとき、エントロピーの増加は吸収熱量を温度で割った値に等しい。熱的に外部から孤立した系では、内部変化はつねにエントロピーが増す方向に起こる。1865年クラウジウスが導入。系の秩序に関連する度合いで、エントロピーが高くなることは乱雑さが増すことを示す。

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Bode diagram : ボーデ線図

ボーデ 【Johann Elert Bode】
(1747-1826) ドイツの天文学者。ベルリン天文台長。太陽と諸惑星の距離に関する「ボーデの法則」を公表。
ボーデの法則
太陽から惑星までの平均距離に関する経験的法則。太陽から水星までの距離を4とすると、その外側にある惑星までの距離は、順に、3の1倍・2倍・4倍・8 倍・16倍などに4を加えた数字になるというもの。天王星までは近似的に成り立つ。ドイツの科学者ティティウスJ.D.Titiusが発見し、ボーデが世に広めた。ティティウス‐ボーデの法則。

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Bell metal : ベルメタル

(すず)20~25パーセントを含む銅合金。教会の鐘に鋳造するとよい音色を出すところから付いた名。鐘銅(しょうどう)

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Avogadro's constant : アボガドロ定数

アボガドロ定数
分子量だけのグラム数 の物質の量 をモル (mol) といいます.例えば 炭素の分子量は 12 [u] ですから, 炭素の 1 モル は 12 g の炭素のことです.
温度が 0 ℃, 圧力が 1 気圧 (= 760 mmHg) のもとで, 1 モルの気体の体積は, 気体の種類によらず一定で, 22.4 リットル です.
1モルの物質の中に 含まれる分子の数は一定です. この数を アボガドロ定数 と呼び, 記号 NA で表します. (以前はアボガドロ数と 呼んでいました.) つまり, アボガドロ定数に 等しい数の 分子の集まりが 1モルです. 現在では, アボガドロ定数を 調べる色々な方法が ありますが,それらの結果は
NA = 6.0221367 x 1023 mol -1
となっています.

アボガドロ定数(-ていすう、Avogadro constant)とは、物質量 1 mol とそれを構成する粒子(分子、原子、イオンなど)の個数との対応を示す比例定数で、単位は mol−1である。イタリア出身の化学者、アメデオ・アヴォガドロにちなんで名付けられており、記号 NA で表す。以前はアボガドロ数(-すう、Avogadro's number)と呼ばれたが、1969年のIUPAC総会でアボガドロ定数に名称が変更された。
なお、これと関連する概念に、0℃、1気圧の気体 1cm3 に含まれる分子の数、ロシュミット数 がある。
定義と数値
アボガドロ定数は、ある物質 1 mol の中に含まれている構成要素の総数を意味し、12C 12 g の中に含まれている原子の総数で定義される。
1986年以降、IUPACが定めた NA = 6.0221367(36) × 1023 mol−1 が用いられてきたが、2003年、科学技術データ委員会(CODATA:Committee on Data for Science and Technology)により改訂がなされた。現在のCODATAによる推奨値はNA = 6.0221415(10) × 1023 mol−1である。
アボガドロ定数の測定の仕方としては初期のものとして、ロシュミット (J. J. Loschmidt) による気体の分子数の測定(最初の測定、1865年)や、ブラウン運動から求められているが、現在では以下の方法が用いられている。
   1. ファラデー定数と素電荷との比から求める。
   2. プロトン(陽子)の核磁気回転などから求める。
   3. X線回折と結晶の密度から求める。
   4. X線と光干渉計を組み合わせた実験による測定(単結晶の格子定数を精密に求める)。
以上のうち、最後の方法が他のものより若干精度的に優れている。問題は現実の結晶には不純物や欠陥があることで、これが格子定数の精度を落としている。いかに完全結晶に近い結晶を作成し、観測するかが求めるアボガドロ定数の精度の鍵となっている。
現在、もっとも不純物が少なく、且つ欠陥も少ない結晶は単結晶シリコンである。真球度 50 nm の単結晶シリコン製の密度標準原器をX線干渉計で計測することで 200 ppm のオーダーで格子定数が決定でき、この方法を用いると 10−8 の精度でアボガドロ定数が決定できる。

質量の基準
アボガドロ定数は質量の単位にとってかわる可能性がある。従来は質量原器(国際キログラム原器)が質量の基準とされてきたが、アボガドロ定数の精度を向上させることで、質量原器にかわって新たなキログラムの基準として用いることも可能となるので、その研究が進められている。現状ではフランスの国際度量衡局に保管されている白金・イリジウム合金製の質量原器が 1 kg と定義されているが、埃の堆積や風化、災害による破損などによる質量変化の懸念があるので、普遍定数を基準とすることができれば、そのような心配は払拭される。この候補に挙がっているのがアボガドロ定数とプランク定数である。

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API degree : API度【比重の単位】

国際的には、原油の比重はAPI度(API gravity)で示すことが多い。API度は次式により求められる。
 API度=(141.5/G)-131.5
ここでGは60゚F(15.6゚C)における原油の質量と、それと同体積の60゚Fにおける水の質量との比を示す。

産出される国によってガソリンがたくさん取れる性質のものや、重油が多く取れるもの、蝋分が多くてすぐ固まってしまうものや、寒い地方でも油が固まりにくい性質をもつものまでさまざまです。
これらは、一般にAPIボーメ度(API度)が使われます。比重との関係式は, API度 =(141.5 / 華氏60度の比重)-131.5としてあらわされます。
 API度と比重との覚えやすい関係は,35°APIのとき比重はちょうど0.850で, APIが2°ずれるごとに比重がおおよそ0.01ずつ変化します。
 たとえば33°APIのとき0.860です。温度が2℃下がりますので、比重の変化は0.01です。
31°→ 0.871,29°→ 0.882であり,反対に37°→ 0.840,39°→ 0.830, 41°→ 0.820,43°→ 0.811,45°→ 0.802となり,29~45°APIにわたってほぼこの関係が成り立っています。原油の比重は一般に0.80~0.95の範囲にあります。
 このAPI度により原油の蒸留曲線も決まるので,原油の種類を次のように分類します。
 26°未満を超重質原油, 26~29.99°を重質,30~33.9°を中質,34~38.99°を軽質そして39°以上を超軽質原油と呼みます。
WTI原油=米国産原油
    ガソリン、灯油、軽油を精製することが簡単な原油です。
ドバイ原油=中東産原油
    重油分が多く、ガソリン、灯油等を精製することが困難な原油です。
つまり、原油は産出される国によってガソリンがたくさん抽出できる性質のものや、重油が多く取れるもの、蝋分が多くてすぐ固まってしまうものや、寒い地方でも油が固まりにくい性質をもつものまでさまざまです。
  この他、UOP特性係数(K )と呼ぶものがあり,K = (Tb )<<>SUP>1/3/Sで表されます。
 ここで,Tb :ランキン温度( °F + 460:華氏目盛りでの絶対温度 )で表した平均沸点, S:華氏60度の比重とします。
 この式より,原油の種類が決まるとどの留分でも一定の数値を示すので原油の性状評価に使われます。この値が12~12.5:パラフィン基油,11.5~12.0:中間基油,11.0~11.5:ナフテン基油と呼んでいます。

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AC bridge : 交流ブリッジ

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この回路はインピーダンスを測定するための回路で、交流ブリッジといわれるものです。
今ここで、この回路にキルヒホッフの法則を用いて電流検出器Gに流れる電流Iを求めてみます。

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γ-ray density meter : γ線密度計

γ線密度計
γ線密度計の測定原理は、γ線が液体を透過する際の減衰が、その密度により変わることを利用したもので、線源から放出されたγ線のタンク内の液体による減衰量を検出し、密度を測定する装置です。
γ線密度計の測定方式は、NaI(Tl)シンチレータを用いた透過形密度計(a)と電離箱を用いた差動形密度計(b)の2種類があり、差動形は透過形よりも高い分解能が得られます。線源は60Coや137Csのγ線源を使用します。
 差動形密度計(電離箱)は被測定物のパイプ径が3~14B(76.2~355.6mm)に、透過形密度計(NaIシンチレータ)は被測定物のパイプ径が10~20B(254~508mm)に主に用いられます。一方、差動形密度計(電離箱)は透過形密度計(NaIシンチレータ)より、再現性の精度が優れているのが特徴です。
 γ線を検出する電離箱、電離電流(10-9~10-12A)を増幅し伝送するプリアンプ、検出器からの出力信号を密度計として取扱い信号に変換する増幅回路、放射線吸収の曲がりを直線化するリニアライズ回路、電圧を電流に変換するV-I変換回路、検出器からの入力に相当する電圧を発生する模擬入力回路、電離箱に高電庄を供給する高電圧回路、各モジュールに電圧を供給する電源回路より構成されています。
 使用例には次のようなものがあります。
1)液体の密度、溶液密度、液体のかさ密度 : 化学工業
2)スラリー液の密度測定 : 製紙業、繊維工業、鉱業
3)排出土砂の濃度測定 : 土木建築業

密度計
測定対象の厚さが一定のとき、厚さ計と同じ原理すなわち放射線の透過又は散乱を利用して見かけ密度の測定ができる。厚さが大きくなるほど、透過力の大きい高エネルギーのγ線が用いられる。工業分野では、パイプ中を流れる流体(スラリー等を含む)の密度をパイプを通して透過型で測定するものが多い。たばこ量目制御装置は、Sr-90のβ線の透過を利用して、紙巻たばこの詰まり具合を計測制御するもので、一種の密度計と考えられる。資源探査、地質検査および土木分野での地盤調査などでしばしば用いられる地下検層においては、γ線のコンプトン散乱が多く利用されている。密封線源は、Cs-137,Co-60が用いられる。Am-241装備の密度計は、航空機のオイルゲ-ジに利用されている。

ガンマ線密度計の一般的な特徴
1. 完全な非接触計測であるので、どんな配管でも取付可能。
2. 完全な非接触計測であるので、メンテナンスが実質不要。
3. 流量の影響を全く受けない。流速が遅くても計測可能。
4. 液中気泡の影響は軽微。
PM-1000の特徴
1. 表示付認証機器なので、主任者の選任・管理区域の設定が不要。
2. 高い計測精度(2σ値±0.35%、積算時間120秒、配管径100A)。
3. 軽量・コンパクトで、既設配管に簡単に設置可能。
4. 使いやすい大きなディスプレイ。(操作端末)
5. 5年間無償保証。
6. 高い防水性・防塵性。
7. USB経由でPCへ直接データ出力可能。(操作端末)
用途
* 製紙(回収工程):黒液・緑液・白液・炭カル(炭酸カルシウム)の濃度計測・管理
* 製紙(塗工工程など):炭カル(炭酸カルシウム)・ホワイトカーボン(シリカ)・コーンスターチ・カラーの濃度計測・管理
* 化学:スラリーの濃度計測・管理
* 化学:酸・アルカリなど毒劇物の濃度計測・管理
* 製錬:鉱石パルプの濃度計測・管理
* 製錬:飛灰スラリーの濃度計測・管理
* 一般:汚泥の濃度計測・管理* 一般:高粘度液体の濃度(密度)計測・管理
* 閉塞状態管理

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βgage : β線厚さ計

β線厚さ計原理
放射性同位元素の崩壊で発生したβ線(荷電粒子)が物質を通過する際、物質を構成する原子の状態を励起したり電離させたりして、みずからは運動エネルギを失ったり、原子核の電場の影響を受けて軌道を曲げられて電磁波を放出し工ネルギ損失を受けます。
このエネルギ損失(吸収係数)は、測定対象の物質及び厚さ(単位面積当りの童量)により変わり次式で表されますので、これらの関係から厚さを測定することができます。
       I=I。exp(-μρχ)
ここで、 I :透過後の放射線強度
      I。;透過前の放射線強度
     μ;放射線のエネルギと透過物質によって決まる質量吸収係数(㎡/g)
     ρ;透過物質の密度(g/㎡)
     χ;透過物質の厚さ(m)
β線厚さ計
β線厚さ計は、β線源から照射されたβ線が、被測定物の厚さに応じて滅衰する性質を利用して被測定物の厚さを測定する装置で、紙や、数ミリ以下の比較的薄いフィルム・シートなどの厚さ測定に多く使用されます。被測定物の厚さ範囲に応じて、147Pm、85Kr、90Srのβ線源が多く使用されています。
β線厚さ計は、滅哀したβ 線の強さを検出する電離箱、電離電流を増幅するプリアンプ、厚さ信号を工業単位(厚さ、または坪量値)に変換する演算部で構成されています。紙のように薄い材料の厚さを正確に測定するためには、測定ギャップ中における温度変化により密度が変化する空気の影響を無視することはできませんので、厚さ測定中は常に温度補償を行ったり、恒温化したエアで測定ギャッブを満たすなどの工夫をしています。

厚さ計
厚さ計は、放射線が物質を透過する際、吸収・散乱で減衰する性質を利用し、被測定体の厚さを非接触で測定する装置です。使用される線源核種は、その目的や用途によって異なりますが、一般的に金属製品を測定する厚さ計には137Cs、または241Amのような透過力の強いγ線源が用いられ、検出器には電離箱、もしくはプラスチックシンチレータが用いられます。紙・プラスチック等の測定には、85Krまたは147Pmのような弱いエネルギーのβ線源が用いられ、検出器には電離箱が用いられます。また、ゴムや比較的厚いプラスチックシートの測定には、90Srのような高いエネルギーのβ線源が利用されています。
 主な応用例としては次のようなものがあり、きわめて多岐にわたっています。
1)冷間圧延金属板の厚ざ測定:鉄鋼業、非鉄金属業等
2)熱間圧延の板厚測定:鉄鋼業
3)製紙工程における紙の坪量(1m2当りの質量)測定:紙・パルブ工業
4)ブラスチックフィルムおよぴセロファン等のシートの厚さ測定:化学工業
5)ゴムシートの厚さ測定:ゴム、タイヤ工業
6)金属板のメッキ層の厚さ測定:鉄鋼業
7)建築材料用合板の厚さ測定:建材業
これらの産業分野において厚さ計を使用することの重要性は非常に高くなっています。紙パルプ業界での代表的なB/M計(坪量計と水分率の測定装置)は、製紙装置の一部になっており、品質面はもちろんのこと、操業面でも不可欠なものとなっています。また、鉄鋼業等においても製品の厚さむらによって受ける経済的損失は、製紙業界の場合よりもはるかに大きいものとされており、厚さ計が担う役割はより重要といえます。

主な厚さ計用線源と測定範囲
線源
測定坪量値(厚さ)の範囲

主な測定用途
147Pm(β線)
5~100g/m2(5~100μm)
新聞紙、上質紙、コート紙、 プラスチックフィルム、磁気テープ、ラップ
85Kr(β線)
10~1200g/m2(10~1200μm)
上質紙、コート紙、クラフト紙、板紙、プラスチックシート
204Tl(β線)
15~1500g/m2
プラスチックシート
90Sr(β線)
100~5000g/m2(0.1~5mm)
板紙、プラスチックシート、ゴム板、金属箔、建築材、ガラエポ樹脂、不織布
241Am(γ線)
0~60kg/m2(0~5mm)
銅板、板版、アルミ版
137Cs(γ線)
20~500kg/m2(4~100mm)
銅板、H型鋼、シームレスパイプ

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α-ray spectrometer : α線スペクトロメータ

アルファ線スペクトロメータ
アルファ線スペクトロメータは、アルファ(α)線のエネルギースペクトルを測定する装置で、シリコン半導体検出器が主に用いられている。環境試料中のほとんどのアルファ線放出核種は、アルファ線のエネルギースペクトルを測定する方法によって測定されている。
アルファ線(α線)アルファ線は、放射線の一種で、陽子2個と中性子2個からなるヘリウムの原子核と同じ構造の粒子である。物質を通り抜ける力は弱く、衝突した相手を電離する能力が高いため、自分の持つエネルギーを急速に失ない空気中では数センチメートルしか進めず、紙一枚程度で止めることができる。アルファ線を人体外部で受けた場合、アルファ線は皮膚の表面で止まってしまうため、人体への影響はほとんどない。しかし体内にアルファ線を放出する放射性物質を摂取した場合、その物質の沈着した組織の細胞が集中してアルファ線の全エネルギーを受けるため人体が受ける影響が大きい。
半導体検出器
半導体検出器は、固体の電離作用を利用して、シリコン、ゲルマニウム、化合物半導体の電離作用を利用した放射線検出器である。半導体検出器は、放射線のエネルギー分解能が非常に良いため放射性核種分析に用いられる。また、電子式ポケット線量計はこの検出器を用いたもので、簡便に被ばく線量を測定することができる。
エネルギー分解能
「エネルギー分解能」は、放射線のエネルギー測定の精度を表す指標である。アルファ線やガンマ線のエネルギーを測定する際、その全エネルギーを検出器中で失った場合、その放射線のエネルギースペクトルは原理的には線スペクトルとなるが、実際の検出器では、ある広がりを持った分布スペクトルとして検出される。そのスペクトル分布の広がりを%またはkeVで表す。ガンマ線に対するエネルギー分解能は、 NaIシンチレーション検出器では5%から15%程度であまり良くないが、半導体検出器では1%以下の分解能をもっている。
スペクトロメータ
放射線(アルファ線、ベータ線、ガンマ線、中性子)のエネルギースペクトルを測定して核種を同定し、さらに定量することを目的とするスペクトロメトリに用いる測定装置を言います。一般に、放射線検出器、プリアンプ、アンプ、波高分析器などで構成されています。
放射線は種類によって性質が大きく異なります。さらに、放射線と物質との相互作用も加味する必要があるため、測定の目的に適った検出器を選択し、適切なデータ処理を行うことが重要です。
SOLOIST【アルファスペクトロメータ】
特長
* 多機能凝縮型の低放射能サンプル測定用スペクトロメータ
* サンプルチェンバ、バイアス電源、プリアンプ、アンプおよびキャリブレーションパルサをNIM2幅モジュールに内蔵
* 水平型サンプル最大51mmΦまで測定可能
* ニッケルプレートした真鍮製真空チェンバは取り外せて浄化が簡単
* 外部ベースライン入力端子付
仕様
* 最大サンプルサイズ: 51mm
* 最大サンプル?検出器間距離: 44mm
* 最大検出器サイズ: 有感面積1200mm2
* エネルギーレンジ: 
[バイアスアンプ出力] 3~8MeV、4~7MeV、3~5MeV、4~6MeV、5~7MeV、6~8MeV 
[リニアアンプ出力] 0~10MeV、
* エネルギー分解能: <20keV
* 検出器効率: >25%
      (サンプル?検出器間<10mm、Am-241ポイント線源)
* バックグラウンド: (3MeV以上、24時間で)<24カウント
*測定値は、ORTEC製ULTRA-ASシリーズ検出器450mm2と高品質なAm-241ポイント線源を使用し、サンプル?検出器間は検出器径に等しい距離を設定して測定した値です。
概要
SOLOIST はα 壊変でα 粒子を放出する、低エネルギーの試料を測定するためのスペクトロメータです。必要な機能をすべてNIM2幅のモジュールに統合しています。
SOLOIST は3つの方法を使ってアルファ放出放射能を記録します。最も簡単なのは外部カウンタ&タイマを使って2.5MeVのしきい値を超えるグロスのカウントレートを記録する方法です。さらに低い検出限界を達成するには、リニアアンプ出力をMCAに送り、3~10MeVの範囲のエネルギースペクトルで特定同位元素のピークを量的に分析します。SOLOISTのバイアスアンプ出力は、MCAで分析するエネルギー幅を選択可能です。これにより、1台当たりのMCAのメモリサイズを制限して何台ものアルファスペクトロメータを多重化することができます。

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2πcounter : 2π計数管

荷電粒子測定装置
荷電粒子測定装置は、Am-241等粒子放出核種やハンドフットクロスモニタ、β線サーベイメータの校正用面線源(Cl-36等)の測定に適用される。マルチワイヤー2πガスフロー比例計数管とSi表面障壁型検出器が用いられる。
 マルチワイヤー2πガスフロー比例計数管は、中に面線源を封入し、複数本のワイヤーで数十cm四方の広い範囲から放出される荷電粒子を測定するものである。測定原理は以下のようである。面線源から放出された荷電粒子が、比例計数管内のガスを電離させ、電離して発生した電子を高電圧を印加したワイヤーで収集し電圧信号を得る。プリアンプ、アンプで増幅し、シングルチャンネルアナライザー、スケーラーでパルスカウンティングを行う。
 Si表面障壁型検出器は、半導体ダイオード検出器の一種であり、Siのn型結晶表面に金を蒸着させた構造か、Siのp型結晶にAlを蒸着させた構造をしている。この検出器からの出力は、プリアンプ、アンプで増幅され、マルチチャンネルアナライザーにより、スペクトルが得れる。室温で動作し、エネルギー分解能が高いので(5.49 MeVで2x10-3程度)、α粒子や軽イオン粒子に適した検出器である。また、エネルギー校正を異なる荷電粒子で行っても、1%程度の差しかあらわれない。しかし、金の蒸着面の場合、光が透過するので、遮光する必要がある。
β線
β線測定器は、放射性汚染密度および皮膚線量が測定の対象である。β線汚染密度測定器の校正に用いる一次基準線源には、国家標準に基づきβ・γ同時計数装置、または4π(2π)ガスフロー型比例計数管を用いた絶対測定法により放射能または単位面積当りの放射能で校正された均一な面積源(校正用面線源における放射能とは表面放出率を2倍した値を用いている)、この一次基準線源に基づき間接的に誘導される二次基準線源、実用基準線源がある。これらの線源を用いて校正する場合は、校正時の幾何学的配置を明記する必要がある。校正結果を、校正記録票に必要事項とともに記録する。校正結果は、換算係数(基準線源の単位面積当りの放射能/被校正測定器指示値)で示される。β線皮膚線量測定器の校正には、国家標準に基づき外挿電離箱を用いて規定距離における空気吸収線量率(Gy/h)か軟組織吸収線量率(Gy/h)を用いるかまたは基準線源を用いる。校正結果は、校正記録票に必要事項とともに記録する。校正結果は、校正定数(空気または軟組織吸収線量率/被校正測定器指示値)で示される。

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