この記事で分かること

レアアースの代替技術：厚さ計・センサーでのプロメシウム

　2026年上半期（1〜6月）における日本のレアアース（希土類）輸入量は、中国による対日輸出規制導入前（2024年同期）の約2割にまで大きく落ち込んでいることが判明しました。

　EV（電気自動車）の駆動用モーターや半導体製造装置・材料に不可欠なレアアースの調達急減に対し、ベトナムや米国など中国以外からの代替調達や内製化が進んでおらず、サプライチェーンへの強い懸念が広まっています。

　第三国ルートの本格化など調達先の多角化を進めてるとともに、代替技術の実用化が強く望まれています。

　前回はプロメシウムの夜間塗料としての利用に関する記事でしたが、今回は産業用の厚さ計・センサーでのプロメシウスの役割に関する記事となります。

産業用の厚さ計・センサーでのプロメシウスの役割は何か

　産業用の厚さ計やセンサー（β線厚さ計など）において、プロメシウム（主にプロメシウム-147）は、「一定のエネルギーを持つベータ線を放出し続ける放射線源（線源）」としての役割を担っています。

役割と仕組み

1. ベータ線の安定供給:プロメシウム-147が常に一定量のベータ線（電子のビーム）を放射します。
2. 非破壊での厚さ測定:製造ラインを流れる薄い物質（紙、プラスチックフィルム、ゴムシート、金属箔など）を、プロメシウムの線源と放射線検出器ではさみ込みます。物質を通過する際に吸収・減衰するベータ線の量は「物質の厚さや密度」によって決まるため、透過した放射線の強度を測ることで、物質に触れることなく（非接触で）リアルタイムに厚さを精密測定できます。

プロメシウムが使われた理由

• 薄い素材の測定に適した透過力: プロメシウムが放つベータ線はエネルギーが比較的低いため、紙や極薄のフィルム、アルミ箔といった薄い・軽い素材の微小な厚さの変化を高精度で検知するのに最適でした。
• 非接触での品質管理: 製品を傷つけたり止めたりすることなく、連続して高速な測定・管理ができるため、工場などの製造現場で重宝されました。

なぜ吸収・減衰するベータ線の量は物質の厚さや密度で一定になるのか

　ベータ線の吸収・減衰量が「物質の厚さや密度」に応じて規則正しく決まる（一定の法則に従う）のは、ベータ線（電子）が物質中の原子と衝突する確率が、通過する間にある原子の総数（質量）によって一意に決まるからです。

　「減衰量が常に一定」なのではなく、「厚さと密度を掛け合わせた量に対して、決まった割合で予測通りに減衰する」という物理法則（指数関数的な減衰）に基づいています。

1. 物質の「厚さ」と衝突回数の関係

　ベータ線はマイナスに帯電した小さな粒（電子）です。これが物質の中を進むとき、物質を構成する原子の電子や原子核と電気的な力を及ぼし合い、衝突を繰り返しながらエネルギーを失っていきます。

• 厚さ（距離）が厚い場合： 粒子が物質内を進む距離が長いため、原子と衝突するチャンスが増え、より多くのベータ線が吸収・散乱されて減衰します。

2. 物質の「密度」と原子の詰まり具合の関係

　物質の密度が高いということは、同じ体積の中にぎっしりと原子が詰まっている状態を意味します。

• 密度が高い場合： たとえ厚さが同じ薄いフィルムであっても、中に存在する原子の数が多いため、ベータ線が原子にぶつかる確率（衝突頻度）が高くなり、より多く減衰します。

「質量厚（密度 × 厚さ）」という法則

　産業用の厚さ計では、この性質を利用するために「質量厚（密度 × 厚さ）」という概念を使います。

　ベータ線が受ける影響は、突き抜ける物質の「単位面積あたりに含まれる総質量」にほぼ比例します。

• 「密度が2倍の素材」であれば、厚さが半分でも同じ量のベータ線を遮蔽する。
• 「厚さが2倍の素材」であれば、同じ密度なら遮蔽効果も倍になる。

　物質の厚さや密度が変わると、ベータ線が原子に衝突する確率がその変化に応じて正確かつ機械的に増減するため、透過する放射線の量を測ることで「物質の厚さや密度」を正確に逆算できるのです。

測定物以外のものが吸収することは影響しないのか

　大気（空気）、空気の温度・気圧変化、チリ・ホコリ、装置の窓や枠組み、バックグラウンド放射線など、測定物以外による吸収や散乱も原理的には影響を与えます。

　特にプロメシウム-147が放つベータ線（電子）は物質と反応しやすいため、測定対象以外の要素への対策は工業用センサーにおいて非常に重要です。具体的な影響と対策は以下の通りです。

1. 測定物以外で影響を与える主な要因

• 空気（大気密度）の影響:ベータ線は空気中でもわずかに吸収・散乱されます。そのため、工場内の気温や気圧が変化して空気の密度が変わると、測定物がない状態でも検出器に届く放射線の量が変動し、誤差の原因になります。
• 空気中の水分やチリ・ホコリ:湿度の急激な変化や、製造ラインの粉塵が線源・検出器の間に入り込むと、予期せぬ吸収や散乱が起きます。
• 窓材や保護カバー:線源や検出器の表面を保護する薄い窓（マイラーフィルムやベリリウム窓など）も放射線を一部吸収するため、経年劣化や汚れがあると測定値に影響します。

2. 影響を防ぐための対策（工業用厚さ計の工夫）

　実際の工場や製造ラインでは、こうした「測定物以外による誤差」を打ち消すために、次のような仕組みが組み込まれています。

• ゼロ点調整（定期的なキャリブレーション）:測定物を流していない状態（空気のみの状態）の数値を基準（ゼロ点）として常に再設定し、気圧や温度変化による空気の密度変動を自動で補正します。
• 差動測定（比較方式）:測定用のビームとは別に、常に一定の基準となる物質（または空気のみ）を通過させる「基準ビーム」を同時に測定し、その差分をとることで環境の変化（空気の変動など）を相殺します。
• ヘッド間の距離の固定:線源と検出器の間の距離（エアギャップ）が少しでも変わると空気による吸収量が狂うため、機械的に頑丈なフレームで距離が一定に保たれています。