検出器のしくみ

01クイックスタート

検出器を受け取ってから、最初の測定に成功するまでの手順です。まずはこの順に進めて、宇宙線の検出を体験してみましょう。

1. 機種を確かめる箱の形で見分ける
2. 開封する本体とケーブル
3. PC につなぐUSB ケーブル（Windows はドライバ）
4. アプリで測るChrome か Edge で 5 分
5. 保存する.csv か .dat
6. 確かめるレートと ADC を見る

1. 機種を確かめる

   手元の検出器が OWAN（v1）か OHASHI（v2）かを見分けます。箱の上にステッカーがあれば、お椀の絵で若草色の地が OWAN、お箸の絵で生成り色の地が OHASHI です。ステッカーがないときは、箱の形で見分けます（上の写真、または 02 機種と各部のしくみ）。ページ上部の「両方 ／ v1 ／ v2」の切り替えで機種を選ぶと、その機種の説明だけが残ります。

2. 開封して中身を確かめる

   箱には次のものが入っています。

   • 宇宙線検出器の本体
   • USB ケーブル（v1 は Type-A から Mini-B のものが多いです）（v2 は検出器側が USB Type-C です）

   組み立てキットの場合は、シンチレータの光学接着と遮光が必要です。手順は 10 組み立て を見てください。

3. PC につなぐ

   • v1 Windows では先に CH341 ドライバを入れます（03 PC につなぐ）。macOS・Linux・Chromebook は、ふつう何も入れずに使えます。
   • v2 ドライバは要りません。つなぐだけで COM ポート（シリアルポート）として見えます。
   • 付属の USB ケーブルで検出器と PC をつなぎます。検出器の画面に情報が出れば、通電しています。画面のない機種は、そのまま次へ進んでください。
   • 充電専用のケーブルでは通信できません。つながらないときは別のケーブルを試してください。

4. Web アプリで 5 分測る

   PC のブラウザは Chrome か Edge を使います（Firefox と Safari は USB 接続の仕組みに対応していません）。

   • v2 https://accel-kitchen.com/app/cosmicray-monitor/ を開きます。最初に機種の選択画面が出るので v2 を選び、「USBでつなぐ」から検出器のポートを選んで「接続」を押します。
   • v1 https://accel-kitchen.com/app/cosmicray-monitor/v1 を開きます。「USBでつなぐ」を押して、検出器のポート（例：COM3、/dev/tty.usbserial-XXXX）を選びます。
   • しばらくすると測定が始まり、グラフが動き出します。そのまま 5 分間待ちます。
   • ポートが一覧に出ないときは、USB ケーブルを差し直すか、別の USB ポートを試します。それでも出なければドライバ（v1 の Windows）を確かめてください。

5. データを保存する

   • v2「保存フォルダを選ぶ」で自動保存を始めるか、「.dat で保存」「.csv で保存」で画面のデータを 1 つのファイルにします。
   • v1 「.csv で保存」（または「.dat で保存」）を押すと、ファイルが PC にダウンロードされます。保存フォルダを先に選んでおけば、自動で書き足すこともできます。
   • 保存したファイルをメモ帳や Excel で開いて、データが入っていることを確かめます。列の意味は 06 データと解析 にあります。

6. 正常に動いているか確かめる

   次の値が目安です。大きくはずれているときは 09 トラブルシューティング を見てください。

   プラスチックシンチレータ版（5 × 5 × 1 cm）の目安

   項目	正常な範囲
   測定レート	0.5〜2.0 cnt/s 程度
   5 分間のイベント数	150〜600 イベント程度
   v1 ADC 値の分布	0〜1023 のうち、大半が 20〜200 程度。まれに 300 以上の大きな値が出る
   v2 ADC 値の分布	0〜4095。しきい値のすぐ上から数百までに身のまわりのガンマ線が多く、1000 付近に宇宙線の山ができる

   この範囲に入っていれば、検出器は正常に動いています。宇宙線の検出に成功です。はずれたときは、次の表で見当をつけてください。

   レートから見た判定（プラスチック版、5 × 5 × 1 cm）

   レート	判定	することは
   0.5〜2.0 cnt/s	ふつう	そのまま測ります
   0.3〜0.5、2.0〜3.0 cnt/s	正常の範囲	そのまま測ります。気になるときは、遮光とコネクタを確かめます
   0.1〜0.3、3〜10 cnt/s	はっきりしない	検出器を再起動して、測り直します。変わらなければ、遮光（高いとき）かコネクタ（低いとき）を確かめます
   0.1 cnt/s 未満	低すぎる	しきい値が高すぎる、またはコネクタが外れています（09 トラブルシューティング）
   10 cnt/s 超	高すぎる	遮光不良の可能性が高いです（09 トラブルシューティング）

   この目安は、v1 で確かめた値です。v2 は、しきい値の決め方が少しちがうので、ずれることがあります（v2 の値は、実測してから見直します）。

   CsI シンチレータ版（1 cm 立方）は、受ける面積が小さいので、レートはもっと低くなります。宇宙線だけなら毎分 1 個ほどです。この表は当てはまりません。

7. 次のステップ

   最初の測定に成功したら、探究活動の全体像をつかみましょう。

   • 探究活動マニュアルオンラインツール、1 年間のロードマップ、週報とメンタリング
   • 講習資料宇宙線や放射線の基礎、統計など、探究に必要な基礎知識
   • 業績リスト過去の参加者の発表テーマ

   わからないことは Discord でいつでも質問できます。週 1 回のオフィスアワーも使ってください。

02機種と各部のしくみ

この検出器は、ガンマ線・ベータ線・宇宙線のミューオンなどを数えられる放射線検出器です。

検出のしくみ

粒子がシンチレータを通ると、シンチレータが弱く光ります。その光を SiPM（シリコン光電子増倍素子）が電気の信号に変え、基板の回路で増幅します。マイコンがその信号の高さ（ADC 値）を読み取り、画面に出して PC に送ります。ADC 値が大きいほど、シンチレータで落としたエネルギーが大きかったことを表します。

1. 粒子ミューオン・ガンマ線など
2. シンチレータ通ると光る
3. SiPM光を電気に
4. アンプ信号を大きく
5. ピークホールド頂点の高さを保つ
6. マイコン数値（ADC）にする
7. 表示・記録画面、USB、Bluetooth、microSD

宇宙線や検出器の仕組みを基礎から学びたいときは、先に、この講座の前半（1 章「この検出器は何を測っている？」から 7 章まで）を読んでください。

信号は、こう変わっていく

粒子が通ってから数字になるまでに、信号の形は 2 回変わります。SiPM の小さな信号をアンプで大きな短いパルスにして、そのあとピークホールドで頂点の高さをしばらく保ちます。保っているあいだに、マイコンがその高さを読みます。これが ADC 値です。

ピークホールドの出力がしきい値を超えたときが「トリガー」です。そのあと ADC を読み、最後にリセットして次のパルスに備えます。リセットのしかたは機種で違います。v1 は、信号が自然に下がって Res を下回るまで待ちます。v2 は、マイコンの D8 から出す短いパルス（約 20 µs）で、強制的にリセットします。

名前とステッカー

v1 は OWAN（お椀）、v2 は OHASHI（お箸）という名前です。箱の上に貼るステッカーには、丸い紋の中に、降ってくる粒子とその道具が描いてあります。ステッカーがあれば、絵と地の色で機種を見分けられます。

v1 縦長の箱

OWANお椀

Online Watcher of Ambient Natural radiation

お椀の絵で、地は若草色。湯気の立つお椀が、降ってくる粒子を受けとめています。

v2 ほぼ立方体の箱

OHASHIお箸

Online Hands-on Analyzer of Scintillation Hits, Individually

お箸の絵で、地は生成り（クラフト）色。お箸が、降ってきた粒子を 1 個だけつまみ上げています。

絵と文字は墨、略称の頭文字と右下の判は朱です。いちばん下に、加速キッチンのロゴがあります。ステッカーは、箱の上（上蓋）に貼ります。

v1 と v2 のちがい

v2 の各部

1 2 3 4 5 6 7

1. OLED の画面：計数（Cnt）とレート（Rate）などが出ます。
2. LED：粒子を検出するたびに光ります。
3. RESET ボタン：検出器を再起動します。
4. ジャック：OUT と IN1〜IN3 の 4 つ。外部の検出器をつなぎます。
5. シンチレータと SiPM：黒いテープで包んだ塊です。光が入らないように包んであります。
6. テストポイント：GND1 と TP1〜TP4。オシロスコープを当てる場所です。TP2 が増幅した信号、TP3 がピークホールドの信号です。TP4 は、トリマの近くにあります。
7. 支柱（スペーサー）：基板を持ち上げて、下に Nano ESP32 を差す場所をつくります。

前から見たところ（試作機の写真）。

1 2 3 4 5

1. Arduino Nano ESP32：USB Type-C の端子があるマイコン。基板の裏のソケットに差します。
2. microSD スロット：FAT32 の microSD を差すと、検出器だけで記録できます。
3. ゲイン調整のトリマ（青）：アンプの増幅率を変えます。
4. 支柱（スペーサー）：基板を床から持ち上げます。
5. ジャック：基板の縁にそろっています。

基板の裏側（シンチレータは外してあります）。

振動モーターは、後から付ける部品です。マイコンの端子（A7）に直接つなぐと、電流が大きすぎてマイコンを傷めます。A7 → 1 kΩ → NPN トランジスタ（2N3904 や S8050 など）か N ch MOSFET（2N7002）の順につなぎ、モーターと並列にダイオード（1N4148）を入れてください。D13 には付けないでください（microSD の信号と共用で、記録が壊れます）。モーターのノイズで、誤って数えてしまうこともあります。

付属品と取り扱い

• 検出器本体
• USB ケーブル

仕様の目安

安全のために

03PC につなぐ

USB ケーブルでつなぎ、PC が検出器を見つけられるようにします。

つなぎ方の全体像

USB シリアルドライバ

v1 は、PC との通信に USB-シリアル変換（CH341 系）を使っていて、OS によってはドライバが要ります。v2 は Arduino Nano ESP32 が USB で直接つながるので、ドライバは要りません。

ls /dev/tty.*

dmesg | grep tty

sudo usermod -a -G dialout $USER

USB ケーブルでつなぐ

付属の USB ケーブルで、検出器と PC をつなぎます。検出器の画面に、次のような情報が出ます。画面のない機種では出ません。

電源を入れてから、数え始めるまで

1. 電源を入れるUSB をつなぐ
2. ノイズを測る約 0.1 秒（10 回）約 1 秒（100 回）
3. しきい値が決まる最小値 + 20（Sig）最大値 + 50（Thr）
4. ロゴと設定を表示約 2 秒
5. 数え始めるCnt が増える

04測定する

測定用の Web アプリで、検出器からのデータをグラフにして、PC に保存します。

v2 の検出器で測る

1. アプリを開いて機種を選ぶ

   https://accel-kitchen.com/app/cosmicray-monitor/ を開きます。最初に機種の選択画面が出ます。手元の検出器の箱の形と見くらべて v2 を選びます。選んだ機種はブラウザが覚えているので、次からは接続画面から始まります。

2. USB でつなぐ

   「USBでつなぐ」を押し、ブラウザの一覧から検出器のポートを選んで「接続」を押します。上の帯が「接続中 · USB」に変われば完了です。宇宙線が届くたびにグラフが伸びていきます。

3. 測定して保存する

   最初は 5 分ほど測ってみます。保存は、「保存フォルダを選ぶ」で自動保存にするのがおすすめです。届いたデータが <検出器の名前>_<日付>.dat に書き足されていきます。画面のデータをまとめて 1 つのファイルにしたいときは、「ダウンロード」の下の「.dat で保存」か「.csv で保存」を押します。

機種を選ぶ画面

画面を横にスクロールできます →

1 2 3

1. v1：縦長の箱。上の面に、画面の小窓と小さな丸い穴。v1 用のページが開きます。
2. v2：ほぼ立方体の箱。横の面に、画面の窓と丸い穴が 2 つ。このアプリの本体です。
3. v2.1：四隅に柱のある平たい箱。画面は準備中で、まだ選べません。

選んだ機種はブラウザが覚えています。選び直すときは、接続の画面の見出しの横の「機種を選び直す」を押します。

アプリの最初の画面（つなぐ）

画面を横にスクロールできます →

1 2 3 4

1. USB でつなぐ：ケーブル 1 本でつなぎます。いちばん確実です。
2. Bluetooth でつなぐ：無線でつなぎます。「検出器の名前」には、検出器の Bluetooth 名（最初は CosmicRay）を入れます。
3. デモで試す：検出器がなくても、合成データで全部の機能を試せます。
4. 保存先を先に選ぶ：つなぐ前に、保存するフォルダを決めておけます。

測っているときの画面

画面を横にスクロールできます →

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1. 接続の状態：「接続中」と検出器の名前。イベントが届くたびに点が光ります。
2. 記録を一時停止：届いたイベントを記録しません（検出器は数え続けます）。
3. 切断：データは画面に残ります。
4. オシロスコープ：信号の波形を見ます（見ているあいだは数えません）。
5. 詳細設定：しきい値や、検出器の機能のオン・オフなど。
6. 総イベント数・平均カウントレート・経過時間：レートは、デッドタイムを引いた時間で割った値です。
7. エネルギー分布（ADC ヒストグラム）：信号の大きさごとの数。左の低い山は身のまわりのガンマ線、右の山（ADC 1000 あたり）が宇宙線です。
8. カウントレートの変化：レートの移り変わり。
9. 温度・湿度・気圧、外部検出器、平均 ADC、デッドタイム、トリガー
10. 保存：保存フォルダを選ぶと、自動で保存が始まります。形式とメモもここで決めます。

デモ（合成データ）の画面です。数値は実際の測定ではありません。

v1 の検出器で測る

1. アプリを開いて接続する

   https://accel-kitchen.com/app/cosmicray-monitor/v1 を開き、「USBでつなぐ」を押します。シリアルポート（COMx など）を選ぶと、しばらくして自動で計測が始まります。

2. グラフが動くことを確かめる

   画面にグラフが出て、検出器の画面の Cnt: が増えていくことを確かめます。

3. 保存する

   測定が終わったら「.csv で保存」か「.dat で保存」を押して、データを PC にダウンロードします（保存フォルダを先に選んでおけば、自動で書き足されます）。.dat はタブ区切りで、# で始まる行は見出しとメモです。.csv はカンマ区切りで、1 行目が見出しです。メモ帳などで開いて、データが入っていることを確かめます。

   

v1 のページの最初の画面（つなぐ）

画面を横にスクロールできます →

1 2 3 4

1. USBでつなぐ：ケーブル 1 本でつなぎます。いちばん確実です。
2. 接続オプション：ボーレート（ふつうは 9600）と、基板の種類（ふつうは「自動で判別」）。
3. Bluetoothでつなぐ：無線でつなぎます。ESP32-S3 版の検出器だけが使えます。
4. デモで試す：検出器がなくても、合成データで全部の機能を試せます。

v1 のページの、測っているときの画面

画面を横にスクロールできます →

1 2 3 4 5 6 7

1. 総イベント数・平均カウントレート・経過時間：レートは、数えられなかった時間を引いた時間で割った値です。
2. エネルギー分布（ADC ヒストグラム）：信号の大きさごとの数です。ビン幅と対数の切り替えができます。
3. カウントレートの変化：レートの移り変わりです。
4. 基板の種類：つながっている検出器（Arduino Nano など）。左は平均の温度とデッドタイムです。
5. モード：「単独（Master）」のとき、1 台で測っています。同時測定では Slave を選びます（05 同時測定）。
6. 保存フォルダを選ぶ：ここから自動保存が始まります。
7. .csv で保存：画面のデータを、まとめて 1 つのファイルにします（左は .dat で保存）。

デモ（合成データ）の画面です。数値は実際の測定ではありません。

保存のしかた

測定アプリの右の欄（狭い画面では、右下の「保存」ボタン）にまとまっています。保存フォルダを選ぶと、そこから自動保存が始まります。長い測定には、自動保存を使ってください（画面には、最大で 100 万件までしか残りません）。

1 2 3 4 5

1. 保存フォルダを選ぶ：ここから自動保存が始まります。
2. 形式：.dat、.csv、または両方。
3. メモ：場所、向き、条件など。ファイルの先頭に # をつけて書き込まれます。
4. ダウンロード：画面にあるデータを、まとめて 1 つのファイルにします。
5. データを消去して最初から：検出器にも RESET を送り、番号と時間を 0 に戻します。保存済みのファイルは消えません。

v2 の画面です。v1 のページには、「ファイル名の頭につける文字」の欄もあります。v1 のページの「データを消去して最初から」は、画面のデータだけを消します（検出器には RESET を送りません）。メモは、v1 のページでは .dat にだけ書き込まれます。

• ブラウザが書き込みの許可を聞いてきたら、「ファイルの編集を許可」を選びます。
• 届いたデータは、<検出器の名前>_<日付>.dat に書き足されます。日付が変わると新しいファイルになり、ファイルがとても大きくなると _02、_03… に分けます。名前の前半は、検出器の Bluetooth の名前なので、台ごとに名前を変えておくと、ファイルも台ごとに分かれます（よくある質問）。
• v1 のページでは、「ファイル名の頭につける文字」で、ファイル名の頭を決めます。
• 「ダウンロード」で保存するファイルの名前は、<名前>_<年-月-日_時-分-秒>.dat（測り始めた時刻）です。
• まだ書き込んでいないデータがあるときにタブを閉じようとすると、ブラウザが確認します。

オシロスコープで波形を見る

上の帯の「オシロスコープ」を押すと、検出器から届く信号の波形が見られます。信号が来ているか、しきい値が合っているかを確かめるときに使います。v2 は、12 µs ごとに 1 点を表示します。v1 のページにもあります。検出器は、60 秒間コマンドが来ないと自分で計数に戻りますが、v1 のページは、開いているあいだ 15 秒ごとに合図を送るので、戻りません。v1 の検出器は、Arduino Nano が 6.5 µs ごと、ESP32-S3 版が 12 µs ごとに 1 点です。Arduino Nano は、9600 bps では 1 秒に 2 本ほどしか波形を出せません。開いているあいだは、同時測定を含めて、計数がすべて止まります。

オシロスコープの画面

画面を横にスクロールできます →

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1. 計数停止中：オシロスコープを開いている時間です。
2. トリガー／連続：しきい値を超えたときに撮る（初期値）か、撮り続けるかの切り替えです。
3. レート上限：1 秒に送る波形の数（1〜20、初期値は 3）。Bluetooth では、少なめにします。
4. 再アーム（しきい値 −）：次の波形を撮れる状態に戻す水準が、しきい値からいくつ下か（初期値は 5）。
5. 残光：前の波形を、薄く重ねて残す本数です。
6. 縦軸を自動で合わせる：初期値はオフです（この写真は、オンで撮っています）。
7. 一時停止：いまの波形を止めて、ゆっくり見ます。
8. クリア：重なった波形を消します。
9. .wfm で保存：見えている波形を、ファイルにします。
10. 波形：いちばん新しいものが、濃い線です。赤い点線がしきい値で、右端のつまみを上下にドラッグすると、離したところが検出器に設定されます（電源を入れ直すと、自動校正の値に戻ります）。これは、実際に数えるときのしきい値です。↑↓ キーでも動かせます（Shift で 10、PageUp／PageDown で 100）。青緑の点線は再アームの水準で、しきい値と一緒に動きます。
11. ピーク ADC・波形の数など：いま見えている波形の数値です。
12. 閉じて計数に戻る

デモ（合成データ）の画面です。

見えているのは、増幅した生のパルスではなく、ピークホールド回路の出力です。立ち上がって頂点で止まり、ゆっくり下がってからリセットされる形になります。生のパルスを見たいときは、オシロスコープを、基板のテストポイント（TP2）に当てます（10 組み立て）。

撮り方（トリガー／連続）と再アーム

• トリガー（初期値）：A0 がしきい値を超えたときだけ、波形を撮ります。1 本撮ると、A0 が再アームの水準以下に戻るまで、次を撮りません。
• 再アーム：水準は「しきい値 − 入力欄の値」です（初期値は 5。しきい値が 120 なら 115）。波形の画面に青緑の点線で出て、しきい値の線をドラッグすると一緒に動きます。入力欄を空にして外へ出ると、初期値の 5 に戻ります。
• 連続：トリガーを待たずに、いちばん新しい 161 点の窓を、レート上限の間隔で撮り続けます。ベースラインやノイズを見るときや、しきい値に届かない小さな信号を探すときに使います。トリガーの縦の点線はなくなり、横軸は「窓の中の時間」になります。

v1 のページのオシロスコープにも、同じ「トリガー／連続」と「再アーム（しきい値 −）」があります。v1 の検出器では、更新したスケッチに書き込み直したときに使えます。

詳細設定

上の帯の「詳細設定」を押すと、右からパネルが開きます。上の目次で、節に飛べます。基板の設定は、検出器をつないでいるときだけ変えられます。「基板: …」の行は、検出器が今使っている値です（v1 のページの「詳細設定」には、「しきい値とモード」「ESP32-S3 の設定」「接続」「ヘルプ」があります）。

トリガーとしきい値

1 2 3 4 5

1. トリガーモード：Analog、Digital、Dual。電源を入れたときは、いつも Analog です。
2. 信号しきい値（0〜4095）：Analog と Dual で使います。手で決めても、電源を入れ直すと、自動校正の値に戻ります。
3. 自動校正：ノイズを約 1 秒（100 回）測り、その最大値にマージン（初期値 50）を足して、しきい値にします。光の入らない状態で押します。マージンを変えると、その値は保存されます。
4. コンパレータのしきい値（PWM の duty、0〜255）：Digital と Dual で使います。
5. Auto PWM：しきい値を動かして、ノイズの反応が目標の回数以下になるところに合わせます（約 8 秒）。Digital か Dual に切り替えたら、一度実行します。

しきい値が低すぎるとノイズまで数え、高すぎると小さな信号を取りこぼします。迷ったら、Analog のまま、自動校正を使ってください。

このほか、「表示」（グラフを描き直す間隔：1 秒、3 秒、10 秒、手動）と、「サーバー送信」、「ヘルプ」があります。

アプリのそのほかの機能

この章にない細かい説明（全コマンド、ファイルの形式、ピン配置）は、測定アプリのマニュアルにあります。

測定中の注意

• 測定中は基板に直接触れないでください。
• USB ケーブルが抜けかけていないか、PC がスリープしていないかを確かめてください。データが途切れる原因になります。
• 測定時間の目安と、一晩測るときの設定は 07 よくある質問 にあります。

v2PC を使わない測り方

05同時測定

2 台の検出器を重ねて置き、両方がほぼ同時に反応したイベントだけを選び出す測り方です。

同時測定（コインシデンス）とは

2 台の検出器を上下に重ねて置き、両方がほぼ同時に反応したときだけを記録します。シンチレータの中で起きるノイズや、自然放射線（ガンマ線など）は、片方にしか入りません。両方の検出器を貫いて通る宇宙線のミューオンだけを、効率よく選べます。

概要と接続の例は、解説動画も見てください。

1 台で測ったレートが約 1 cnt/s のとき、2 台の同時測定ではレートが大きく下がります（検出器どうしの距離や面積で変わります）。十分な数のイベントを集めるには、1 台のときよりずっと長く測る必要があります。0.01〜0.1 cnt/s 程度になることが多く、数時間かかることもあります。

v1Master と Slave をつなぐ

v2OUT と IN をつなぐ

06データと解析

保存したファイルの中身と、解析のはじめかたです。

データの中身

検出器は、イベントが 1 つ起きるたびに 1 行を出力します。空白で区切られた数字の並びです。

### Event Time[ms] ADC[0-1023] SiPM[mV] Deadtime[ms] Temp[C]

### Event Time[us] ADC[0-4095] Deadtime[us] Temp[C] Hum[%] Press[hPa] Dig1 Dig2 Dig3 Ana1 Ana2 Ana3
42 18732450 1940 1203000 24.3 48.2 1013.2 1 0 1 2448 112 2804

カウントレートの出しかた

レートは、数えられなかった時間（デッドタイム）を引いた時間で割ります。受け取った行の数を、経過時間で割ってはいけません。

デッドタイムには、イベントを 1 つ処理しているあいだ、画面を書き換えているあいだ、オシロスコープを開いているあいだなどが入ります。v1 は、1 ミリ秒より短い処理の時間が切り捨てられるので、主に画面の書き換えとオシロスコープの時間です。レートは、イベントの数をライブタイムで割って出します。

レート [個/秒] = (終わりの Event − 始めの Event) ÷ ((終わりの Time − 始めの Time) − (終わりの Deadtime − 始めの Deadtime))

Time と Deadtime は、v1 ではミリ秒、v2 ではマイクロ秒です。単位をそろえてから計算してください。v2 は、RESET や再起動で Event・Time・Deadtime が減ったら、そこで区間を切り替えて足し合わせます。

ヒストグラムの見方

測ったデータを、信号の大きさ（ADC 値）ごとに数えてグラフにしたものが、ヒストグラム（エネルギー分布）です。プラスチックシンチレータでは、光の弱い側にガンマ線、強い側に宇宙線の山が分かれて見えます。

解析ページには、あと 2 つのタブがあります。天頂角分布は、検出器を 15° ずつ傾けて測ったカウントレートを入れると、cosnθ でフィットします。エネルギー校正は、線源の既知のガンマ線のピークから、ADC の値を keV に直す式をつくります。1 つのファイルに複数の測定（RESET や再起動で区切られたもの）が入っていても、解析ページは、区切って足し合わせます。

import pandas as pd

cols = ["event", "pc_time", "time_us", "adc", "deadtime_us",
        "temp", "hum", "press", "dig1", "dig2", "dig3", "ana1", "ana2", "ana3"]
df = pd.read_csv("CosmicRay_2026-10-22.dat", sep="\t", comment="#", names=cols)

live_s = (df.time_us.iloc[-1] - df.time_us.iloc[0] - (df.deadtime_us.iloc[-1] - df.deadtime_us.iloc[0])) / 1e6
rate = (df.event.iloc[-1] - df.event.iloc[0]) / live_s
print(f"{rate:.2f} cnt/s")

import pandas as pd

cols = ["event", "time_us", "adc", "deadtime_us", "temp", "hum", "press",
        "dig1", "dig2", "dig3", "ana1", "ana2", "ana3"]
rows = [l.split() for l in open("LOG0001.TXT") if not l.startswith("#")]
rows = [r for r in rows if len(r) == 13 and r[0].isdigit()]
df = pd.DataFrame(rows, columns=cols).apply(pd.to_numeric, errors="coerce")

import pandas as pd

# .csv（見出し行のあるカンマ区切り）で保存したとき
df = pd.read_csv("data.csv", comment="#")

# .dat（# の見出しとタブ区切り）で保存したとき
cols = ["event", "pc_time", "time_ms", "adc", "sipm_mV", "deadtime_ms", "temp", "mode"]
df = pd.read_csv("data.dat", sep="\t", comment="#", names=cols)

Google Colaboratory で解析する

Google Colaboratory は、ブラウザの上で Python を動かせる無料のサービスです。PC に Python を入れる必要はなく、Google アカウントがあればすぐ使えます。演習では、サンプルファイルを解析しながら、いろいろな宇宙線の解析を試せます。自分で測りながら進めると、自分の探究にどう使えるかがわかります。

• 演習 1宇宙線はどのぐらい頻繁に降ってきている？
• 演習 2さまざまな要素と放射線検出頻度の相関
• 演習 3条件を変えて測定し、その傾向を調べる
• 演習 0（オプション）Python 入門 — はじめてのプログラミング
• 演習 4（オプション）発展的な解析 — 複数データの比較と統計的検証

ノートブックを自分の Google ドライブにコピーする

1. 演習のリンクをブラウザで開きます。作業には Google アカウントでのログインが必要です。右上に Sign in と出ていたら、自分のアカウントでログインします。

   

2. 左上のファイルメニューから Save a copy in Drive（ドライブにコピーを保存）を選びます。これで自分のドライブにコピーされ、自由に編集できます。
3. データファイルの構造と解析の方法は、ノートブックの中に書いてあります。いろいろ試してみましょう。

Colab の基本操作

• セルの実行：セルの左の ▶ ボタンを押すか、Shift + Enter を押します。
• 上から順に：セルは上から順に実行します。途中のセルだけを実行すると、エラーになることがあります。
• エラーが出たら：まず「ランタイム」→「ランタイムを再起動」を試し、上のセルから順に実行し直します。
• データの読み込み：Google ドライブのデータを使うには、最初にドライブをマウント（接続）します。ノートブックの指示に従ってください。

07よくある質問

探究を進めていて「よくわからない」「困った」というときは、まずここを見てください。

セットアップ編

測定編

検出器の設定編

用語集

OWAN／OHASHI

検出器の名前。v1 が OWAN（お椀）、v2 が OHASHI（お箸）です。箱の上のステッカーに、名前と絵があります。

シンチレータ

粒子が通ると、弱く光る物質。このマニュアルでは、プラスチックか CsI のブロックです。

SiPM

シリコン光電子増倍素子。とても弱い光を、電気の信号に変える部品です。

ミューオン

宇宙線が大気にぶつかってできる粒子。地上に降ってくる宇宙線の、主な成分です。

ADC

信号の高さを数字にしたもの。v1 は 0〜1023、v2 は 0〜4095。大きいほど、落としたエネルギーが大きかったことを表します。

ピークホールド

パルスの頂点の高さを、しばらく保つ回路。そのあいだに、マイコンが高さを読みます。

しきい値（トリガー）

「この大きさの信号から先を、粒子として数える」という線。超えたときが、トリガーです。

デッドタイム／ライブタイム

数えられなかった時間と、数えていた時間。レートは、ライブタイムで割って出します。

カウントレート（cnt/s）

1 秒あたりに数えたイベントの数。

コインシデンス（同時測定）

2 台以上の検出器が、ほぼ同時に反応したイベントだけを選ぶ測り方。

ヒストグラム

信号の大きさごとに、数を数えて棒グラフにしたもの。エネルギー分布とも呼びます。

Web Serial API

ブラウザが USB のシリアルポートを開く仕組み。Chrome と Edge が対応しています。

BLE（Bluetooth LE）

省電力の Bluetooth。v2 は、これで測定アプリとつながります。

ファームウェア／スケッチ

検出器のマイコンの中で動くプログラム。Arduino では、プログラムを「スケッチ」と呼びます。

08ファームウェア

「ファームウェア」は、検出器のマイコンの中で動いているプログラムです。信号の読み取り方、しきい値の決め方、データの出力形式は、すべてこれで決まります。

どのスケッチを書き込むか

測定アプリは、この表の v2 のスケッチに対応しています（測定アプリのマニュアルの末尾にも、「対応ファーム」として書いてあります）。

オシロスコープの「トリガー／連続」と「再アーム」は、2026-10-23 以降のスケッチが必要です。古いスケッチでも数えられますが、この 2 つの切り替えは効きません（v1 のページは、古いスケッチだと「このファームはオシロスコープに対応していません」と出します）。書き込むスケッチが新しい版かどうかを、確かめてください。

書き込みの手順

共通の準備

1. Arduino IDE を入れる：Arduino のダウンロードページから入れます（Arduino IDE 2.x）。
2. ライブラリを入れる：メニューの「スケッチ」→「ライブラリをインクルード」→「ライブラリを管理」を開き、次を検索して入れます。

しきい値

しきい値は、「この大きさの信号から先を、粒子として数える」という線です。低すぎるとノイズまで数え、高すぎると小さな信号を取りこぼします。どちらも、電源を入れるたびに自動で決まります。

③ のように高くすると、小さなガンマ線は数えなくなります。何を数えたいかで決めます。迷ったときは、自動で決まる値のまま使ってください。

コマンド

検出器にコマンドを送ると、設定を読み書きできます。測定アプリのボタンは、中でこのコマンドを送っています。手で送るときは、Arduino IDE のシリアルモニタ（9600 baud、改行は LF か CR）か、アプリの「詳細設定」を使います。1 行が 1 コマンドで、v1 は 31 文字まで、v2 は 47 文字までです。

v1 v1 の設定は保存されません。電源を入れ直すと、しきい値は自動設定に戻ります。オシロスコープの設定（レート上限、撮り方、再アーム）も保存されず、電源を入れ直すと初期値に戻ります。オシロスコープは、60 秒コマンドが来ないと自分で OFF に戻って、計数を再開します（ただし v1 のページは、開いているあいだ 15 秒ごとに合図を送るので、この動作は働きません）。

v2 残る設定：PWM の値、自動校正のマージン、機能のオン・オフ、ブザーと振動の設定、Bluetooth の名前。起動のたびに決め直される設定：信号しきい値（自動校正）と、トリガーモード（いつも ANALOG）。オシロスコープの設定（レート上限 3、撮り方 トリガー、再アーム 5）も、起動のたびに初期値に戻ります。コマンドを実行しているあいだは数えず、その時間はデッドタイムに入ります（自動校正は約 1 秒、AUTO_PWM は約 7〜8 秒）。コマンドは大文字と小文字を区別し、長すぎる行（47 文字を超えるもの）は捨てられます。全コマンドの一覧と、ピン配置は、測定アプリのマニュアルの付録にあります。

09トラブルシューティング

症状から原因と対処を探せます。解決しないときは、Discord でメンターに相談してください。

まず、症状から探す

• レートが高すぎる（10 cnt/s 超）原因外の光が入っている対処遮光を強める。テープの隙間を探す。
• レートが低すぎる（プラスチック版で 0.1 cnt/s 未満）原因しきい値が高すぎる対処光が入らない状態で、再起動する（USB の抜き差し）。
• ADC がずっと 0原因上の基板（SiPM 基板）とのコネクタが外れている対処ケースを開けて、つなぎ直す。
• ADC がずっと最大値原因遮光が足りない対処アルミテープや黒いテープで補強する。
• データが途切れる・イベント番号が飛ぶ原因USB ケーブル、または PC のスリープ対処ケーブルを差し直す。スリープを無効にする。
• ポートが見つからない対処下のチェックリストを、上から順に試す。

ポートが見つからないとき

1. USB ケーブル充電専用ではなく、データ通信ができるケーブルですか。別のケーブルを試してください。
2. USB ポート別の USB ポートに差し替えてみてください。
3. ドライバ（v1 の Windows）CH341 ドライバは入っていますか。入れたあとは、PC を再起動してください（手順）。
4. ブラウザChrome か Edge で開いていますか。Firefox と Safari では、ポートの一覧が出ません。
5. ほかのアプリArduino IDE のシリアルモニタや、アプリを開いた別のタブが、ポートを使っていませんか。閉じてからやり直してください。
6. メンターに相談するDiscord で、症状と、ここまで試したことを伝えてください。

ハードウェアのトラブル

ソフトウェアのトラブル

相談するときに伝えること

10組み立て

組み立てキットを組み立てる手順です。完成品を受け取った場合は、読まなくて構いません。

組み立ての流れ

1. シンチレータ包む → グリス → 遮光
2. ディスプレイ垂直にはんだ付け
3. メイン基板低い部品から。Arduino は角から
4. 基板をつなぐねじ止め
5. オシロで確認TP1〜TP3
6. 書き込んで完成スケッチ → ケース

1. シンチレータ包む → グリス → 遮光
2. ソケットなど手ではんだ付け
3. 基板を組むスペーサーで重ねる
4. Nano と OLEDソケットに差す
5. 動作確認OLED とアプリ
6. ファームArduino IDE
7. ケース印刷して組む

シンチレータと SiPM 基板（v1・v2 共通）

1. シンチレータをアルミホイルで包む

   光沢のある方の面を内側にして、全体を包みます。片方の面の中央は、SiPM を当てるために空けておきます（写真よりも広めにあけるのがおすすめです）。

   

2. SiPM 基板にコネクタとスペーサーを付ける

   基板に 6 ピンのコネクタをはんだ付けしたあと、スペーサーをねじ止めします。

   

3. SiPM に光学グリスを塗る

   SiPM の受光面にグリスを塗り、シンチレータの空けた窓に合わせて当てます。

   

4. 遮光テープで巻く

   遮光テープで、ぐるぐる巻きにして完成です。どの部分も 2 層以上になるように巻きます。スペーサーと 6 ピンの端子は露出させます。テープを巻いたあと、ドライバーなどで穴を開けてください。

   

v1 のメイン基板

ディスプレイ

横から見て垂直になるように、はんだ付けします。

メイン基板

完成図（下の写真）を参考に、はんだ付けします。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1. Arduino Nano：基板に刺して、はんだ付けします。
2. USB 端子（Mini-B）：Arduino Nano の端子です。
3. LED（LED1）：向きに気をつけます。基板の外に出して付けます。
4. 3.5 mm ジャック：2 台をつなぐコインシデンスケーブルを差します。
5. リセットスイッチ（RESET1）
6. 温度センサ（TMP36）：半月型で足が 3 本。向きに気をつけます。
7. BNC コネクタ
8. 2 列 3 ピンのソケット（J2）：SiPM 基板の 6 ピンのコネクタを差します。
9. OLED 用の 4 ピンのソケット
10. テストポイント：TP1〜TP3 と GND1（右下に並んでいます）。

メイン基板の完成図です。

• 表と裏、部品の向きに注意します。
• 事前にセロハンテープなどで部品を固定してからはんだ付けすると、ずれません。
• LED の＋と－の向きに気をつけてください（＋は電極が丸い形、－は電極が四角い形）。

Arduino

まず、Arduino が浮かないように付けます。ピンが傾くと基板に刺さらないことがあるので、基板に刺した状態で、表の 4 つの角、裏の 4 つの角の順に、1 ピンずつ傾いていないかを確かめながらはんだ付けします。そのあと、残りをまとめてはんだ付けします。

そのほかの部品

• 背の低い部品から付けます。
• LED と温度センサ（半月型で足が 3 本の部品）の向きに注意します。

動作チェック

1. SiPM 基板とメイン基板をつないで、ねじ止めします。

   

2. オシロスコープで信号を確かめます。TP2 にプローブの先（心線）を、GND にグラウンドをつなぎ、パルス信号を見ます。TP1 は SiPM の生の信号、TP2 は増幅した信号、TP3 はピークホールドの信号です。

   

   

3. 「08 ファームウェア」の手順でスケッチを書き込み、ケースに入れて完成です。

   

v2 の読み出し基板