高校生・佐々木柚榎さんが、放射線の光を市販カメラで撮影

佐々木さんが加速キッチンに参加したのは中学1年生のときでした。貸し出された検出器を自宅に置いて宇宙線を測りながら、アメリカ海洋大気庁（NOAA）の GOES 衛星や気象庁の地磁気観測所が公開しているデータと突き合わせ、宇宙天気と地上に届く宇宙線の量に関係があるかを調べています。その成果は超異分野学会 大阪大会2022 で発表しました。

今回の研究のもとになった問いが生まれたのは中学2年生のときです。「放射線が結晶の中で放つ光を、市販のカメラでそのまま撮れないか」という探究に取りかかりました。この段階の成果はハイスクールラジエーションクラス2023 で発表し、優秀賞を受賞しています。今回の論文は、このときの問いを形にしたものです。

高校1年生では、加速キッチンで結成された高校生チーム「Sakura Particles」の一員として、CERN（欧州原子核研究機構）が主催する高校生の国際実験コンテスト Beamline for Schools に挑みました。世界から集まった過去最多461件の提案の中から日本人として初めて最優秀賞に選ばれ、スイス・ジュネーブの CERN で2週間のビーム実験を行っています。

そして高校2年生だった2025年には、20歳未満を対象に原子力科学・放射線技術を競う国際原子力科学オリンピック（INSO）の日本代表4名の1人に選ばれ、マレーシアで開かれた第2回大会に参加しました。日本からの代表派遣はこの回が初めてです。

自宅で宇宙線を測るところから始まった探究は、こうして国際的な舞台へとつながっていきました。その出発点にあった「見えない放射線を自分の目で確かめたい」という問いが、今回の論文になっています。

放射線を直接「見る」ための教材は、長いあいだ霧箱だけでした。近年は、放射線が当たると光るシンチレータと、その光を電気信号に変える SiPM を組み合わせた小さな検出器が学校にも広がり、加速キッチンもこれまで300台超を中高生に貸し出してきました。ところが、生徒の手元に届くのは画面に出る数字とクリック音だけで、検出器の心臓部であるシンチレーション光そのものは見えないままです。放射線を測っているという実感が、いちばん肝心なところで途切れてしまいます。

この光がとても弱いために専用の高感度センサーが要る、というのがこれまでの常識でした。しかし、身のまわりのデジタルカメラに使われるセンサーの感度は近年大きく向上しています。学校にすでにあるようなカメラで、その光をそのまま撮れないか ── 本研究はこの問いから出発しました。

黒い遮蔽箱の中に、長さ約5 cm の細長いヨウ化セシウム（CsI）の結晶を横向きに置き、その左端に放射線源を、真横にカメラを構えます。あとは箱を閉じて、10分間シャッターを開けたままにするだけ。表示ランプは黒テープでふさぎ、外の光がまったく入らない状態にします。

カメラは性質の違う2台を比べました。1台は市販のコンパクトデジタルカメラ、もう1台は天文部やアマチュア天文で広く使われている冷却カメラで10万円台で手に入る量産品です。線源には、樹脂に封じ込めて外に漏れない形に加工された密封線源を3種類（アメリシウム・バリウム・セシウム）使いました。

結果、2台のどちらでもシンチレーション光を写すことができました。線源を置いた端がもっとも明るく、そこから離れるにつれて暗くなっていきます。そして明るい部分の幅は、線源の種類によってはっきり違いました。エネルギーの高いセシウムでいちばん広く、バリウム、アメリシウムの順に狭くなります。これは、エネルギーの高い放射線ほど結晶の奥まで入り込むという物理を、そのまま目に見える形にしたものです。

この手法のねらいは、特別な設備のない学校でそのまま再現できることです。必要なのは遮光できる容器（段ボール箱の内側に黒い布を貼れば十分です）、長時間露光ができるカメラ、小さな三脚やスタンド、そして密封された点検用線源だけ。専用の高感度光検出器は要りません。学校にすでにある市販のデジタルカメラで足りますし、よりきれいな結果がほしければ冷却カメラという選択肢もありますが、市販カメラだけでも線源による違いは見えるため、必須ではなく上位オプションという位置づけです。

時間の目安は、箱の製作とカメラの設置に15〜20分、線源1つにつき10分ほどの露光を1回、画像の読み取りにさらに20〜30分。中心となる活動は授業1コマに収まり、解析は宿題として続けることもできます。生徒の手順は4ステップです。（1）遮光箱を組み立て、試し撮りで外光が入っていないことを確かめる。（2）スタンドに結晶を置き、その端に密封線源を置く。（3）箱を開けずに10分間露光する。（4）写った明るさを結晶に沿った距離に対してグラフにする。

生徒は、線源のそばが明るく、その明るい部分の広さが線源によって違うことを自分の目で確かめます。そこから「なぜエネルギーが高いほど奥まで届くのか」「結晶はどうやって見えない放射線を光に変えているのか」といった問いが自然に立ち上がります。検出器の心臓部にあるシンチレーション光を実際に見るという体験が、長時間露光の撮影や簡単な画像解析とあわせて手に入ります。

安全性について。本研究で用いた線源はいずれも放射性同位元素等規制法の下限数量を下回り、規制の対象外です。線源は施錠し、表示を付けた容器で保管し、指導者の監督のもとでのみ取り扱いました。ただし、密封線源の入手可否や規制は国によって異なります。授業で実施される際は、その国・地域で認められた線源のみを用い、各国の法令と所属機関の指針に従ってください。

本研究は、加速キッチン、大阪大学SEEDSプログラムおよび三菱みらい育成財団の支援を受けて実施されました。