X線作業主任者の過去問の解説:管理(2021年10月) | エックス線作業主任者 講習会・通信講座

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X線作業主任者の過去問の解説:管理(2021年10月)

ここでは、2021年(令和3年)10月公表の過去問のうち「エックス線の管理に関する知識(問1~問10)」について解説いたします。

それぞれの科目の解説は、下記ページからどうぞ。

X線作業主任者の過去問の解説:管理(2021年10月)
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問1 エックス線管及びエックス線の発生に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。

(1)エックス線管の内部は、効率的にエックス線を発生させるため、高度の真空になっている。
(2)陰極で発生する熱電子の数は、フィラメント電流を変えることで制御される。
(3)陽極のターゲットはエックス線管の軸に対して斜めになっており、加速された熱電子が衝突しエックス線が発生する領域である実焦点は、これをエックス線束の利用方向から見た実効焦点よりも小さくなる。
(4)連続エックス線の発生効率は、ターゲット元素の原子番号と管電圧の積に比例する。
(5)管電圧がターゲット元素に固有の励起電圧を超える場合、発生するエックス線は、連続エックス線と特性エックス線が混在したものになる。


答え(3)
(1)(2)(4)(5)は正しい。
(3)は誤り。実焦点よりも、実効焦点の方が小さくなるようにしてあります。
透過写真撮影では、実効焦点の寸法が小さいほど、像質のよい(細部が鮮明に写っている)写真を撮影できます。
下記のイラストでは、下の方がエックス線束の利用方向です。
現在は、焦点が数μmの大きさのマイクロフォーカスX線源が搭載された装置も利用されています。

問1図



問2 エックス線の発生に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。

(1)物質に入射した高エネルギー電子が、原子核の近傍に達し、強いクーロン場によって減速され、軌道を曲げられた際に失ったエネルギーを電磁波の形で放出するものを制動エックス線という。
(2)制動エックス線は、連続スペクトルを有する連続エックス線である。
(3)物質に入射した電子の運動エネルギーのうち、エックス線として放射されるものはわずかで、大部分は熱に変わる。
(4)連続エックス線のうち最大エネルギーを示すものは、エックス線管において加速された電子の運動エネルギーに相当するエネルギーを持つ。
(5)連続エックス線の最短波長をλ(nm)、エックス線管の管電圧をV(kV)とすると、λ/V=1.24の関係が成立する。


答え(5)
(1)(2)(3)(4)は正しい。
(5)は誤り。λ=1.24/Vの関係が成立します。



問3 エックス線管の管電流又は管電圧の変化に対応したエックス線の発生に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。

(1)管電圧を一定にして管電流を上げると、エックス線の全強度は管電流に比例して増加する。
(2)管電流を一定にして管電圧を上げると、エックス線の全強度は管電圧に比例して増加する。
(3)管電圧を一定にして管電流を上げても、エックス線の最大エネルギーは変わらない。
(4)管電流を一定にして管電圧を上げると、エックス線の最大エネルギーは高くなる。
(5)管電流を一定にして管電圧を上げると、最高強度を示すエックス線の波長は短くなる。


答え(2)
(1)(3)(4)(5)は正しい。
(2)は誤り。エックス線の全強度は管電圧の2乗に比例して増加します。



問4 エックス線と物質の相互作用に関する次の記述のうち、正しいものはどれか。

(1)コンプトン効果により散乱するエックス線の波長は、入射エックス線の波長より短く、散乱角は、0~90°の間に分布する。
(2)レイリー散乱は、エックス線が原子と弾性的に衝突して運動の向きを変える現象であり、散乱エックス線の波長は入射エックス線の波長より長くなる。
(3)光電効果により原子から放出される電子を反跳電子という。
(4)光電効果により原子から放出される電子の運動エネルギーは、入射エックス線のエネルギーに等しい。
(5)電子対生成は、入射エックス線のエネルギーが、電子2個の静止質量に相当するエネルギー以上でなければ起こらない。


答え(5)
(1)は誤り。コンプトン効果では、散乱エックス線の波長は、入射エックス線の波長より長くなります。また、その散乱角は、0~180°の間に分布します。
(2)は誤り。レイリー散乱では、エックス線が原子と衝突したとき、その前後でエックス線のエネルギーは変わらず、方向だけが変わります。したがって、散乱エックス線の波長は、入射エックス線の波長と同じ長さになります。
(3)は誤り。反跳電子は、コンプトン効果により原子から放出される電子のことです。光電効果では、光電子が放出されます。
(4)は誤り。光電効果により原子から放出される電子の運動エネルギーは、入射エックス線のエネルギーよりも小さくなります。
(5)は正しい。電子対生成は、1.02 MeV以上のエネルギーの入射エックス線のときに起こります。



問5 図のように、エックス線装置を用い、厚さ20mmの鋼板に管電圧100kVでエックス線を垂直に照射したとき、照射野の中心から2mの距離にある図のA点からD点における散乱線の空気カーマ率の大きさに関する次の記述のうち、正しいものはどれか。
ただし、鋼板からの散乱線以外の影響は考えないものとし、また、照射条件は一定とする。

(1)A点における空気カーマ率は、鋼板の厚さを30mmに替えると減少する。
(2)D点における空気カーマ率は、鋼板の厚さを30mmに替えても、ほとんど変化しない。
(3)A点における空気カーマ率は、B点における空気カーマ率より小さい。
(4)B点における空気カーマ率は、鋼板を同じ厚さのアルミニウム板に替えると減少する。
(5)C点における空気カーマ率は、D点における空気カーマ率より小さい。

問5図


答え(5)
(1)は誤り。A点の空気カーマ率は、鋼板の厚さを20mmから30mmに替えると増加します。鋼板を厚くすれば、後方散乱線の空気カーマ率(A点・B点)は増加し、前方散乱線(C点・D点)は減少します。
(2)は誤り。D点の空気カーマ率は、鋼板の厚さを20mmから30mmに替えると減少します。
(3)は誤り。A点の空気カーマ率は、B点の空気カーマ率より大きくなります。
(4)は誤り。B点の空気カーマ率は、鋼板を同じ厚さのアルミニウム板に替えると増加します。鋼板や鉛板よりもアルミニウム板の方が、後方散乱線の空気カーマ率は大きくなります。
(5)は正しい。散乱角90°のときに、空気カーマ率はもっとも小さくなります。



問6 あるエネルギーのエックス線に対する鉛の質量減弱係数が0.2cm2/gであるとき、このエックス線に対する鉛の1/10価層に最も近い厚さは次のうちどれか。
ただし、鉛の密度は11.4g/cm3とし、loge2=0.69、loge5=1.61とする。

(1)0.5mm
(2)1mm
(3)2mm
(4)5mm
(5)10mm


答え(5)
問題文にはlog(対数)がありますが、今回はlog(対数)を使わない計算を行います。
この問題で必要な公式は、次のとおりです。

①減弱係数[cm-1]=質量減弱係数[cm2/g]×密度[g/cm3]
②半価層[cm]=0.69/減弱係数[cm-1]
③1/10価層[cm]=半価層[cm]×3.3

まず①の公式を使って鉛の減弱係数を求めます。

減弱係数[cm-1]=0.2[cm2/g]×11.4[g/cm3]
減弱係数[cm-1]=2.28[cm-1]

続いて、②の公式を使って鉛の半価層を求めます。

半価層[cm]=0.69/2.28[cm-1]
半価層[cm]≒0.3[cm]

最後に、③の公式を使って鉛の1/10価層を求めます。

1/10価層[cm]=0.3[cm]×3.3
1/10価層[cm]=0.99[cm]

これを選択肢と同じmm単位に直します。

0.99[cm]×10[mm/cm]=9.9[mm]

したがって、1/10価層に最も近い厚さは(5)10mmが正解です。



問7 連続エックス線が物体を透過する場合の減弱に関する次の記述のうち、誤っているものはどれか。

(1)連続エックス線が物体を透過すると、実効エネルギーは物体の厚さの増加に伴い低くなる。
(2)連続エックス線が物体を透過すると、全強度は低下し、特に低エネルギー成分の減弱が大きい。
(3)連続エックス線が物体を透過すると、最高強度を示すエックス線エネルギーは、高い方へ移動する。
(4)連続エックス線の実効エネルギーが高くなると、平均減弱係数は小さくなる。
(5)連続エックス線が物体を透過するとき、透過エックス線の全強度が物体に入射する直前の全強度の1/2になる物体の厚さをHaとし、直前の全強度の1/4になる物体の厚さをHbとすれば、HbはHaの2倍よりも大きい。


答え(1)
(1)は誤り。連続エックス線には、低エネルギーから高エネルギーのエックス線が混じり合っています。
低エネルギーのエックス線は、物体透過時にたくさん吸収されます。
当然、物体の厚さが増せば、吸収される低エネルギーのエックス線量が多くなります。
そうすると、比較的高エネルギーのエックス線が残ることになり、物体の厚さの増加に伴い実効エネルギーが高くなります。
(2)(3)(4)(5)は正しい。



問8 透過試験に用いる工業用の分離形エックス線装置に関する次の文中の[  ]内に入れるAからCの語句の組合せとして、適切なものは(1)~(5)のうちどれか。

「工業用の分離形エックス線装置は、エックス線管、エックス線管冷却器、[ A ]、[ B ]、[ C ]及び低電圧ケーブルで構成される装置である。」

(1)A:エックス線制御器 B:管電流調整器 C:高電圧ケーブル
(2)A:エックス線制御器 B:管電圧調整器 C:管電流調整器
(3)A:管電圧調整器 B:管電流調整器 C:高電圧ケーブル
(4)A:高電圧発生器 B:管電圧調整器 C:管電流調整器
(5)A:高電圧発生器 B:エックス線制御器 C:高電圧ケーブル


答え(5)
分離形エックス線装置では、高電圧発生器とエックス線管を高電圧ケーブルで接続します。



問9 単一エネルギーで太い線束のエックス線が物体を透過するときの減弱式における再生係数(ビルドアップ係数)Bを表す式として、正しいものは(1)~(5)のうちどれか。
ただし、IP、ISは、次のエックス線の強度を表すものとする。

IP:物体を直進して透過し、測定点に到達した透過線の強度
IS:物体により散乱されて、測定点に到達した散乱線の強度

(1)B=IP/IS
(2)B=IP/IS-1
(3)B=1+IS/IP
(4)B=1+IP/IS
(5)B=1-IS/IP

答え(3)
再生係数Bは、測定点に到達した散乱線の強度の割合を表すものです。
したがって、次のように計算することができます。

再生係数B=(透過線強度IP+散乱線強度IS)/透過線強度IP
 =1+散乱線強度IS/透過線強度IP



問10 下図のように、エックス線装置を用いて鋼板の透過写真撮影を行うとき、エックス線管の焦点から4mの距離のP点における写真撮影中の1cm線量当量率は0.4mSv/hである。
露出時間が1枚につき120秒の写真を週300枚撮影するとき、エックス線管の焦点とP点を通る直線上で焦点からP点の方向にあるQ点が管理区域の境界線の外側にあるようにしたい。
焦点からQ点までの距離として、最も短いものは(1)~(5)のうちどれか。
ただし、3か月は13週とし、√2=1.41、√5=2.24とする。

問10図

(1)12m
(2)17m
(3)22m
(4)26m
(5)32m


答え(4)
この問題は、図のQ点が管理区域の境界線の外側にあるとき、エックス線管の焦点からQ点までの最短距離を求めるものです。
なお、管理区域とは、3か月あたり1.3mSvを超えるおそれのある区域です。

まず、3か月当たりの全撮影時間を計算します。

全撮影時間=1枚当たりの露出時間×週の撮影枚数×3か月の週数
 =120/3,600[h/枚]×300[枚/週]×13[週/3か月]
 =130[h/3か月]

次に、P点における3か月当たりの線量当量を計算します。

線量当量=線量当量率×全撮影時間
 =0.4[mSv/h]×130[h/3か月]
 =52[mSv/3か月]

それでは、逆2乗則を使って、エックス線管焦点から管理区域の境界までの距離aを求めましょう。
逆2乗則は、強度が距離の2乗に反比例して減少する法則なので、次のような計算式で表されます。

強度A/強度B=距離b2/距離a2

1.3[mSv/3か月]/52[mSv/3か月]=42[m]/a2[m]
a2[m]=52[mSv/3か月]×42[m]/1.3[mSv/3か月]
a2[m]=52[mSv/3か月]×16[m]/1.3[mSv/3か月]
a2[m]=640[m]
a2[m]=64×10[m]
a2[m]=82×2×5[m]
a[m]=8×√2×√5[m]
a[m]=8×1.41×2.24[m]
a[m]=25.2672[m]

したがって、Q点が管理区域の境界線の外側にあり、焦点からQ点までの距離として、最も短いものは(4)26mです。


講師のご紹介

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はじめまして。講師の奥田真史です。エックス線作業主任者の講習会・通信講座なら私にお任せ下さい!
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