パラメータ設定
遮蔽材料
理論・主要公式
$$I = I_0\,e^{-\mu x}$$
Lambert–Beer則：\(\mu\) 線減弱係数 [cm⁻¹]、\(x\) 遮蔽厚さ [cm]
$$\mathrm{HVL} = \frac{\ln 2}{\mu} = \frac{0.693}{\mu}$$
半価層（HVL）：線量率が半分になる厚さ [cm]
$$\mu_m = \frac{\mu}{\rho}, \quad \mu = \sum_i w_i \mu_{m,i} \rho$$
質量減弱係数 \(\mu_m\) [cm²/g]：組成混合物では重量分率 \(w_i\) の加重平均
ガンマ線の透過強度（一次線近似）：
$$I = I_0 \cdot B(\mu x) \cdot \exp(-\mu \rho x)$$
ここで $\mu/\rho$：質量減弱係数 [cm²/g]、$\rho$：密度 [g/cm³]、$x$：厚さ [cm]。$B$：ビルドアップ係数（散乱線補正、通常 $B\geq1$）。
半価層：$\text{HVL}= \dfrac{\ln 2}{\mu}= \dfrac{0.693}{\mu}$，十価層：$\text{TVL}= \dfrac{\ln 10}{\mu}= \dfrac{2.303}{\mu}$
距離による減衰（逆二乗則）：$\dot{D}(r) \propto \dfrac{1}{r^2}$
放射線遮蔽計算とは
🙋
「半価層」って何ですか？厚さを半分にすれば遮蔽も半分になるということ？
🎓
違うんだよ。大まかに言うと、放射線の強さを「ちょうど半分」に減らすのに必要な遮蔽材の厚さのことなんだ。例えば、このシミュレーターで「エネルギー」を0.662MeV（セシウム137）、「遮蔽材料」をコンクリートにしてみて。そうすると、半価層が約6.2cmって出るでしょ。これは、コンクリートを6.2cm通ると、放射線の強さが元の半分になるって意味なんだ。
🙋
え、そうなんですか！じゃあ、その2倍の12.4cmにすれば4分の1になるということ？計算は単純な指数関数？
🎓
実はそこがポイントで、厳密には単純な指数関数じゃないんだ。遮蔽が厚くなると、散乱した放射線（散乱線）がまた飛んできて、実際の線量が予想より高くなる現象がある。これが「ビルドアップ」だよ。シミュレーターの「ビルドアップ係数を考慮」のチェックを外すと、単純な指数減衰の結果（一次線近似）が見られる。チェックを入れると、より現実に近い、散乱線も考慮した計算結果に変わるんだ。
🙋
なるほど！で、実務ではどう使うんですか？「十価層」ってのもありますよね。
🎓
実務では、安全基準を満たす壁の厚さを決めるのに使うんだ。例えば、放射線治療室の設計では、室外の線量を法令値以下に抑える必要がある。その時、「十価層」（強度を1/10にする厚さ）の考え方が便利だ。シミュレーターで材料を「鉛」に変えてみると、半価層や十価層がコンクリートよりずっと小さく出るだろ？つまり、鉛ははるかに効率よく遮蔽できるということ。現場では、コストやスペースと相談しながら、鉛、コンクリート、水などを組み合わせて設計するんだ。
よくある質問
HVLは入射線量を半分に減らすのに必要な厚さ、TVLは1/10に減らす厚さです。例えば、HVLが2cmの鉛なら4cmで1/4、6cmで1/8になります。遮蔽設計の目安として、必要な減衰率から厚さを逆算する際に活用できます。
現バージョンでは鉛・コンクリート・水・鉄・ポリエチレンの5種類のみ対応しています。カスタム材料の追加機能はありませんが、密度と質量減弱係数が既知の場合は、内蔵材料の値を近似値として代用することで参考計算が可能です。
本ツールはビルドアップ係数を考慮しない単純なBeer-Lambert則に基づきます。そのため、厚い遮蔽や低エネルギー領域では実際より透過線量を過小評価する可能性があります。簡易評価向けであり、精密設計には別途モンテカルロ計算などを推奨します。
内蔵の質量減弱係数データは、主に0.1～10MeVのガンマ線を対象としています。この範囲外のエネルギーでは計算精度が低下する可能性があります。特に低エネルギー（<0.1MeV）では光電効果の影響が大きく、高エネルギー（>10MeV）では対生成が無視できなくなるため注意が必要です。
実世界での応用
原子力発電所・核施設の遮蔽設計：原子炉や使用済み核燃料の周囲には、作業員と公衆の被ばくを防ぐための巨大な遮蔽体（主にコンクリート）が必要です。計算機を用いて、ガンマ線と中性子線の両方に対する十分な厚さを決定し、法令で定められた線量率限度を下回ることを確認します。
放射線治療室の設計：がん治療に用いる高エネルギーX線やガンマ線（コバルト60など）は、治療室外への漏れ線を厳格に管理する必要があります。壁、天井、ドアの遮蔽厚さを計算し、鉛や高密度コンクリートを用いて設計します。シミュレーターでエネルギーと線源強度を設定し、必要な十価層の数を求めることができます。
非破壊検査・放射線利用施設：工業用X線装置による鋼材の内部検査や、研究用の放射性同位体（RI）を扱う実験室では、装置周辺の遮蔽設計が不可欠です。線源の種類（エネルギー）と使用時間に応じ、局所的に鉛ブロックや鉛ガラスを配置する厚さを計算します。
CAEシミュレーションの検証：MCNPやPHITSなどのモンテカルロ法による詳細な放射線輸送シミュレーション結果を、簡易な手計算（この計算機のような手法）で大まかに検証する際に利用されます。複雑な幾何学形状の計算に入る前に、基本原理に基づいたオーダー評価を行うことで、大きな間違いを防ぎます。
よくある誤解と注意点
まず、「質量減弱係数は材料ごとに固定値ではない」という点を押さえよう。このツールでは材料を選ぶと自動で値が入るけど、実はこの係数は放射線の「エネルギー」に強く依存するんだ。例えば、鉄の遮蔽を考える時、1MeVのガンマ線と0.1MeVのガンマ線では、使うべき質量減弱係数が全く違う。ツールでエネルギーを変えながら半価層を見ると、その変化がよくわかるよ。あるエネルギー域では遮蔽効率が急に悪くなる「最小遮蔽効率」のポイントもあるから要注意だ。
次に、「計算結果は『点線源』が前提」という根本的な制約を理解しておいて。このツールの式は、広がりのない一点から放射線が出ている理想的なケースを計算している。でも実務では、大きな放射線源や、壁面全体に汚染がある「面源」を扱うことも多い。そんな時は、この計算結果をそのまま使うと実際より過小評価になって危険だ。あくまで一次評価用と心得よう。
最後に、「中性子遮蔽は別物」という大原則。ガンマ線やベータ線は電磁相互作用や衝突で止まるけど、中性子は原子核との核反応（散乱、吸収）で減衰する。だから、水やコンクリート中の水素原子で減速させ、カドミウムやホウ素で吸収させる、という多段階の設計が必要なんだ。このツールの中性子計算は、非常に簡略化されたモデル。実設計では専用のモンテカルロコード（後述）が必須だと覚えておいて。