JP2005180936A - 放射性物質の含有量測定方法及び測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
検査対象の廃棄物が内容物の密度が不均一な大型の角型コンテナであっても、放射性核種の含有量を正確に計測する。
【解決手段】 ＮａＩ検出器とＧｅ検出器の２種類の検出器を用いる放射性物質の含有量測定方法であって、該ＮａＩ検出器の測定視野に対応した測定セル毎に測定対象を分割してガンマ線の計数率を測定（１）した後、該ＮａＩ検出器の該測定対象に対する相対的位置を変更（２）し、位置の変更と測定を繰り返す測定工程（３）と、得られた測定結果のうち対向する方向から測定した結果を用いて、線源の位置による影響を排除して線源強度を計算する対向対評価工程（５）〜（７）と、線源強度を積算して放射性核種の含有量を求める含有量推定工程（９）とを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、容器に納められた放射性物質の放射能量を測定する方法に関し、特に大型の角型コンテナの容器内に収納あるいは充填固化された放射性物質の放射能量を非接触式に測定する方法及び測定装置に関する。

原子燃料加工施設や研究所等の放射性物質を取り扱う施設から排出される放射性物質は、ドラム缶の他、１ｍ³程度の大型の角型コンテナに封入された形で保管されているものが多い。今後、老朽化施設の解体等にて排出される比較的大型の廃棄物は、これら大型の角型コンテナに入れられて廃棄・保管されることが多くなる。これらの放射性物質の保管施設では、廃棄物管理上等の理由からウラン等の放射性核種の量を把握しておく必要がある。また、内容物を取り出しての測定では作業員の手間がかかるだけでなく、被ばくや身体汚染の可能性を考えると、容器外部から容器を開放することなく内包するウラン等の放射線核種の量を計測する装置が要求される。

背景技術として、特許文献１に放射性物質の放射能を非接触式に測定する方法、及び装置が開示されている。特許文献１に開示された技術は、放射性廃棄物を収納する容器を定置し、中身の濃度が均一な場合は定置した状態で、ガンマ線をＮａＩ検出器により検出する。他方、放射性廃棄物の中身が不均一な場合、すなわち、内容物の密度及び放射能の偏在があるものに対しては、放射性廃棄物を収納する容器を回転させ、かつ外部線源を、測定対象に対して当て、それを検出器で測定する。しかし、この技術の課題として、内容物の密度及び放射能の偏在があるものに対しては、外部線源が必要となることがあげられる。

一方、外部線源を用いないで、測定対象内部に密度及び放射線源（以下、線源という）の偏在があるものに対しても測定できる方法が、特許文献２に開示されている。特許文献２には、測定対象のドラム缶詰放射性廃棄物固化体を回転昇降テーブル上に載せ、これを鉛直軸方向に沿って複数のスライスに仮想的に分割し、その仮想スライス毎に放出するガンマ線を検出器で検出する。この仮想スライス毎に放射性核種の代表的エネルギの異なる２つの直接線ピーク計数率を測定してそのピーク計数率比を求め、そのピーク計数率比から各放射性核種の計数率の減衰率を求める。そして、測定した各放射性核種についての計数率を、前記減衰率を用いて補正して、仮想スライス毎の各放射性核種量を測定する。その各放射性核種量を積算してドラム缶詰放射性廃棄物固化体の放射能量とする方法が開示されている。

しかし、この方法により、測定対象を回転させて角型コンテナの計測を行うと、測定時の回転により検出器から角型コンテナ表面までの距離が変化し、コンテナ内部での放射線の減衰量とコンテナ外部での距離による減衰率の２つのパラメータが変化するため、放射能の強さ、及び放射性核種の含有量を正確に計測することが困難であった。

更に、ヨウ化ナトリウム検出器（ＮａＩ検出器）は、一般的に感度が高く全エネルギ吸収としての計数率は高いが、エネルギ分解能が悪いため、含まれる放射性核種の種類が多い場合には測定対象の放射性核種の種別の手がかりとなるピーク領域を特定しにくい。一方、ゲルマニウム検出器（Ｇｅ検出器）は、一般的にＮａＩ検出器の利点と欠点が逆であり、感度は高くないが、ＮａＩ検出器ではピーク領域が重なるようなものでも、エネルギ分解能が高いためピーク位置を特定しやすい。すなわち、測定対象の放射性核種の種別を特定しやすいといった検出機器の選択に際して、検出機器特有の問題があった。

その他、測定対象を細分化して測定する方法を示す特許文献３がある。
特開平５−３４０８６１号公報 特開平９−２５７９３７号公報 特許第２７０３４０９号公報

従来技術における課題としては、次の点が挙げられる。すなわち、測定対象の内容物の密度及び放射能の偏在があるものである場合、外部線源が必要となり装置構成が複雑となる。また、検査対象の廃棄物を円柱形のドラム缶としており、角型コンテナの計測を行う場合、測定時の回転により検出器から角型コンテナ表面までの距離が変化し、コンテナ内部での放射線の減衰量とコンテナ外部での距離による減衰率の２つのパラメータが変化するため、放射性核種の含有量を正確に計測することが困難である。さらに、一般的にＮａＩ検出器、Ｇｅ検出器はそれぞれ感度、分解能においてどちらか一方の特性のみが優れており、特定の検出器を選択すると感度又は分解能のどちらかが相対的に悪くなってしまう。本願発明は、これらの課題のうち少なくとも一を解決することを目的とする。

本発明によれば、ＮａＩ検出器とＧｅ検出器の２種類の検出器を用いる放射性物質の含有量測定方法であって、該ＮａＩ検出器の測定視野に対応した測定セル毎に測定対象を分割してガンマ線の計数率を測定した後、該ＮａＩ検出器の該測定対象に対する相対的位置を変更し、位置の変更と測定を繰り返す測定工程と、得られた測定結果のうち対向する方向から測定した結果を用いて、線源の位置による影響を排除して線源強度を計算する対向対評価工程と、線源強度を積算して放射性核種の含有量を求める含有量推定工程とを有する方法が提供される。

また、前記測定工程の後に、該測定工程で求めた代表的エネルギにおける最大ピーク計数率の線源分布を設定し、該線源の隣接する測定セルへの影響を比例配分により考慮して、新しい線量率分布を作成し、予め設定したレベル以下となるまで、次に大きいピーク計数率の線源分布の隣接セルへの影響を考慮して、新しい線量率分布を作成することを繰り返す線源分布補正工程と、前記測定セルの各々について前記対向対評価工程による評価が正確なものであるかを計数率の閾値により判定する判定工程とを更に有し、該判定工程において、前記対向対評価工程による評価が正確であると判定された場合は、前記対向対評価工程と、前記含有量推定工程とを行い、前記対向対評価工程による評価が正確なものでないと判定された場合は、該線源分布補正工程から得られた線源分布から線源位置を設定し、ピーク比、グロス・ピーク比、もしくはコンプトン散乱のバンド・ピーク比を計算して減衰距離を計算し、設定した線源から測定対象の外表面までの距離を用いて線源強度を計算する線源位置を基にした評価工程と、前記含有量推定工程とを行うことができる。

さらに、前記線源位置を基にした評価工程において、予め測定対象内部の密度がほぼ一定であることがわかっている場合、前記線源補正工程により設定された線源に対し、異なる方向から評価した測定対象の内部の密度差が予め設定した閾値以下となるように線源設定位置を該線源が設定されている測定セルの範囲内で動かし、該線源分布補正工程へフィードバックする線源位置補正工程を含めることができる。

前記側面測定工程において、該Ｇｅ検出器により検出したデータより放射性核種の種類を特定し、該ＮａＩ検出器では、該Ｇｅ検出器で特定した放射性核種のピークをとるエネルギ値におけるガンマ線のピーク計数率を測定するものである。

さらに本発明は、ＮａＩ検出器と、Ｇｅ検出器と、測定対象を置く設置台と、該設置台と該測定対象とを回転させるための回転テーブルと、所定の測定位置まで該測定対象か、または前記検出器かのいずれか一方を移動させる移動機構と、該ＮａＩ検出器と該Ｇｅ検出器からのデータを解析し、処理するデータ処理装置とを有する放射性物質の含有量測定装置を提供する。

そして、前記回転テーブルは、90度刻み単位で自動旋回する機構をさらに設けることができ、また、前記ＮａＩ検出器、及び前記Ｇｅ検出器に対して、放射能に関する視野角を制限するコリメータをさらに含めることができる。

また、前記ＮａＩ検出器と前記Ｇｅ検出器とは、測定対象を挟んで対向して配置されることが好ましい。

そして、前記検出器、特にＮａＩ検出器は、縦方向または横方向もしくは縦横両方向に複数個並べて配置することが好ましい。

本発明によれば、外部線源を不要とすることができ、装置構成を簡略化できる。また、内容物の密度、放射能が均一、偏在にかかわらず、大型の角型コンテナに適用できる。さらには、角型のコンテナのみならず円筒形状のドラム缶に対しても同様に放射性核種の特定、及び放射能量を計測することができる。
さらに、本発明によれば、ＮａＩ検出器とＧｅ検出器を両方用いることによって２種の検出器がそれぞれ有する長所を利用し、かつ欠点を補完しあい、放射性核種の特定、及び放射能量をより確実に計測することができる。そして、本発明による対向対評価により、検出閾値以上であれば線源位置の寄与を除外して放射能の線源強度の評価することができる。

図２は、本発明の方法を実施するための装置構成例を示すものである。なお、図２について、（Ａ）が平面図、（Ｂ）が立面図である。本発明の装置において、測定対象となる放射性廃棄物を設置台２の上におく。ここでは、放射性廃棄物容器として、例えば、幅１１７ｃｍ、奥行き１１７ｃｍ、高さ８８ｃｍの大型角型コンテナ１を測定する例を説明する。

図２に示すように、大型角型コンテナ１を挟み対向してＮａＩ検出器４とＧｅ検出器５を配置する場合、一度に測定対象となる側面を全て測定することは難しいので設置台２に回転テーブル３と大型角型コンテナ１を矢印６の方向にスライドさせるためのレール７からなる移動機構８を備えている。ＮａＩ検出器４、Ｇｅ検出器５によって得られたデータは、データを解析、処理するデータ処理装置１１により集積、処理される。

なお、ここでは測定器を固定し、測定対象である大型角型コンテナ１の方を矢印６の方向に移動させているが、測定対象と検出器とが相対的に移動すれば良いので測定対象を固定し検出器を移動させても良い。

また、角型コンテナの場合、鉛直に立っている４側面の全てに向き合うように検出器を置いて測定を行うことが理論的には好ましいと考えられるが、コストなどや装置の大きさなどの条件を考慮して図２に示す検出器の配置をとった場合には、検出器は４側面に配置されているわけではないため、一度に測定対象の４側面全てから測定することはできない。そこで、設置台には測定対象の側面を全て測定するため回転テーブル３を設けている。回転テーブルはコンテナの４側面を測定するために９０°刻みで旋回を行うことができるようにしておけば、測定上便利である。

測定対象である大型角型コンテナ１に対し、その各側面を、図２、図３に示すように、ＮａＩ検出器４は縦方向（鉛直方向）に３分割、横方向に４分割し、Ｇｅ検出器５は縦方向には分割せず、横方向に４分割して測定を行う。また、検出器４、５にはコリメータ９が設けられており、コリメータの材質に鉛などを用いることで、放射能に対する測定視野を制限している。つまり、本実施形態では、ＮａＩ検出器４において、図３に示すように測定対象であるコンテナ１は一側面当たり３×４の測定領域に分割される。また六面体のうち、立体矢印１２〜１５に示す４側面から測定されるため、測定対象のコンテナ1を、計３（高さ）×４（幅）×４（奥行き）＝４８セルに分割して測定することができる。同様に、Ｇｅ検出器は縦方向に１台としているため、分割したセルについての図示はしていないが１（高さ）×４（幅）×４（奥行き）＝１６セルに分割して測定することができる。すなわち、ＮａＩ検出器４は、縦に３台重ねて配置されるが、Ｇｅ検出器５は、３台のＮａＩ検出器４に対向して1台設置されている。したがって、ＮａＩ検出器４の視野は、あるコンテナを４８セルに分割して測定したときに、各測定位置からの視野が幾分オーバーラップしつつも、あまり大きく重ならないように制限される。

測定セルの分割数や測定セルのサイズは、測定時間、測定対象の大きさ、必要精度、利用可能な検出器の数から任意に決めればよいものであって、ここに提示した分割数に限定するものではない。例えば、ＮａＩ検出器４は、１台のみ、また、２台、４台、５台、６台、あるいはそれ以上重ねて使用することもできる。また同様に、この検出器の配置についても、測定時間や、測定対象の大きさ、測定時の測定対象の分割サイズ、装置としての費用面から考えて任意に決めるとよい。

なお、図２の点線部に示すように、測定用に仮想的に分割スライスされたセルの数だけ、検出器を縦方向に配置すれば、測定時に縦方向の移動が不要となる。

具体的な測定手順を以下に説明する。なお、以下に説明の便宜上、数式以外での（１）、（２）、・・・等の括弧書きの付番を付して本発明の方法の工程を説明していくが、本明細書では、この括弧書きの付番号と工程の内容については全て統一して説明するものとする。

＜側面測定工程＞
（１）測定工程：
測定対象であるコンテナ１を移動機構８によって、検出器４，５で測定できる所定の測定位置へ移動させ、ＮａＩ検出器４、Ｇｅ検出器５にてコンテナ１の測定セルに対するガンマ線の計数率を測定する。測定するデータとして以下のものを得る。Ｇｅ検出器５では、スペクトルデータを採取し、そのガンマ線のピークをとるエネルギの値から放射性核種を特定することができる。放射性核種毎にガンマ線のピーク・エネルギ値は異なり、どのエネルギ値でピークとなるかはよく知られている。代表的な例として、ウラン２３８（以下、Ｕ−２３８と記す）の場合、ピークは放射平衡となっている娘核種のプロトアクチニウム・メタステーブル（Ｐａ−２３４m）の１００１ＫｅＶ、７６６ＫｅＶであり、コバルト６０（Ｃｏ-６０）の場合、１３３３ＫｅＶ、１１７３ＫｅＶである。
本実施態様においては、Ｇｅ検出器５の鉛直方向の視野は広く取られており、測定対象の高さ方向の全部をカバーできるようになっている一方、横方向の視野角はＮａＩ検出器４の横方向の視野角に対応して、狭いものとすることができる。
しかし、Ｇｅ検出器５の横方向の視野角をコンテナの横幅をカバーするほどに広いものとすることも可能である。ＮａＩ検出器４では、Ｇｅ検出器５で特定した放射性核種のピークをとるエネルギ値におけるガンマ線のピーク計数率、及びコンプトン散乱のバンド計数率、又はグロス計数率を測定する。なお、ＮａＩ検出器４においてもエネルギに対する計数率のスペクトルデータを採取し、Ｇｅ検出器５で特定した放射性核種のエネルギ値に対応する計数値のデータを抽出してもよい。

（２）移動工程：
次に、コンテナ１の一側面における別の測定セルを測定するために、移動機構８によりコンテナ１を、図４の矢印２６に示す方向に分割セルの１個分ずつステップ移動させて測定する。

（３）測定繰り返し工程：
一側面についてのγ線の計数率の測定が終了するまで測定工程（１）と移動工程（２）を繰り返す。一側面の測定が全て終了したら、未測定のコンテナ１の側面を検出器が測定できるように、コンテナ１を検出器４、５の間から引き出して、９０°回転させる。その後、コンテナ１を検出器４、５の間に再び挿入して、図３に示す立体矢印１２〜１５の四側面全ての測定が終了するまで測定工程（１）と移動工程（２）を、コンテナの回転を繰り返し行う。

＜線源分布補正工程＞
（３ａ）線源設定工程：
図４に示すように、測定セルのうち、指定した放射性核種についての代表的エネルギのピーク計数率が最大であった測定セル１６を探す。これを第1測定セルと定義する。図４の矢印２５、２６で示すように、その第1測定セル１６と同じ高さで直交する測定セルのうち、指定した放射性核種についての代表的エネルギのピーク計数率が最大であった第２測定セル１７とが、交差して形成される六面体の中心に線源１８があると仮定する（図６）。なお、代表的エネルギとはある放射性核種の放射能スペクトラムの代表的なピーク位置をいう。例えば、Ｕ−２３８の場合は１００１ＫｅＶ、Ｃｏ-６０の場合は１３３３ＫｅＶとすればよい。

（３ｂ）補正工程：
ここでは、線源設定工程（３ａ）で設定された線源が、他の測定セルへ及ぼす影響を考慮して計数率の測定結果を補正する。具体的には、まず、線源設定工程（３ａ）で設定された線源１８を第1の線源とする。
図７に示す１９の位置（ｉ＝Ｉ）への第1の線源１８が寄与する計数率Ｎ^' _Iは、コリメータ効率ｇ（θ）とすると、
（数１）
Ｎ^' _I＝Ｎ₀×ｌ₀ ²／ｌ²×ｇ（θ）
となる。
ここで、ｌ、ｌ₀、θはそれぞれ、図７に示す第1の線源１８からｉ＝Ｉの測定位置１９までの距離、第1の線源１８からのｉ＝０の測定位置２０までの距離、第１の線源１８とｉ＝Ｉの測定位置１９とを結ぶ線と、線源１８とｉ＝０の測定位置２０とを結ぶ線とがなす角である。Ｎは一般に計数率を表し、Ｎ₀は測定位置２０におけるＮａＩ検出器による計数率であり、Ｎ_IはＩの位置１９におけるＮａＩ検出器により測定される計数率である。
したがって、線源１８以外からの線量率は、Ｎ_I−Ｎ^' _Iとなる。次に示すβを係数として、他のエネルギにおける計数率も同じ比例で減少させる。
（数２）
（Ｎ_I−Ｎ^' _I）／Ｎ_I＝β

（３ｃ）補正繰り返し工程：
上述の補正工程（３ｂ）により、新しい線量率分布、即ち、第１線源１８の寄与を除いた新しい計数率分布が求まる。過去に線源設定工程（３ａ）の工程で推定した線源位置以外で、代表的エネルギが最大計数率となる場所を探す。過去に線源設定工程（３ａ）の工程で推定した線源位置以外で、指定した放射性核種についての代表的エネルギのピーク計数率が、予め設定したレベル以下となるまで線源設定工程（３ａ）と補正工程（３ｂ）とを繰り返す。

（４）判定工程
ところで、測定した計数率に必然的に含まれるガンマ線の時間的な揺らぎによるランダムな計数誤差を考えると、測定値が大きい方が測定値としての信頼性は高い。そこで、測定値に対して、ある閾値を設定する。後述する対向対評価工程（５）〜（７）において、図９に示すように、線源の近くの測定点ａでは閾値以上の計数率が得られるが、線源から離れた点ｃでは閾値以上の計数率が得られない場合がある。その場合、（８ａ）〜（８ｄ）に説明する「線源位置を基にした方法」と、（５）〜（７）に説明する「対向対評価方法」とを併用した方がより測定精度が向上する。
また、本判定工程は、対向対評価ができるか否かを判定するものであるから、対向対評価工程（５）〜（７）の後に行ってもよいが、図１に示すように対向対評価工程の前に行ってもよい。
なお、対向対評価工程において、対向面での測定セルの計数率のうち、少なくとも１つが予め設定した閾値以下であった場合は（８ａ）〜（８ｄ）に説明する「線源位置を基にした方法」のようにする。

＜対向対評価工程（対向対評価方法）＞
線源分布補正工程（３ａ）〜（３ｃ）で補正された計数率データを用いて、以下に示す（５）〜（７）の工程を行う。この工程を「対向対評価工程」、またはこの評価方法として、「対向対評価方法」と呼ぶ。
（５）計数率比計算工程
図８は、対向対評価の説明図である。対向対評価とは、ある高さでの測定対象であるコンテナ１の内部に線源２１があり、それを測定点ｃと測定点ａの対向する二面に対して測定したデータを用いて評価するものと定義する。
また、図５は対向面での測定データを説明するための図であるが、対向面データとは、同じ種類の検出器２７、３１（例えばＮａＩ検出器）によって、矢印２８、３０の測定対象２９、１６に対して対向する方向から測定したデータと定義する。
なお、対向対評価では、２種類のガンマ線データを含む対向面でのデータにより、線源位置の影響を取り除いて線源量を算出する。よって、最終評価として測定セル内での線源位置が明確にわからなくとも、求めることが可能であるという利点がある。線源からのガンマ線の減衰効果を表す方法としては、よく知られたピーク比法を用いる。ピーク比とは、代表的エネルギでのピーク計数率と、その他のピークとなるエネルギでのピーク計数率との比のことである。
また、バンド計数率とピーク計数率の比（バンド・ピーク比）やグロス計数率とピーク計数率との比（グロス・ピーク比）を用いることも可能である。線源からのガンマ線の減衰効果が等価なバンド・ピーク比とピーク比との対応やグロス・ピーク比とピーク比との対応を事前に求め、データとして整備しておけば、測定した計数率より求めたバンド・ピーク比やグロス・ピーク比より対応した等価な仮想的なピーク比を求めることができ、以下に述べるピーク比を用いた対向対評価に適用できる。

側面測定工程から得られた対向面の測定セルデータを用いて、代表的エネルギのピーク計数率とピーク計数率の比であるピーク計数率比を計算する。
ここで、ウラン（Ｕ）を測定する場合を例にとり、図８及び図９の記号を以下に説明する。
Ｌ：測定対象であるコンテナの寸法
Δ：検出器からコンテナまでの距離
ａ，ｂ，ｃ，ｄ：測定点
ｘ：線源から測定点ａまでのコンテナ内部での距離
ｙ：線源から測定点ｂまでのコンテナ内部での距離
以下に、図８をもとに測定データの処理方法について説明する。
測定点ａで検出される計数率Ｎ_a（１）、Ｎ_a（２）について、
（数３）
Ｎ_a（１）＝Ａ×ｋ₁（１）×ｋ₂（１）×ｅｘｐ（−μ₁×ρ_a×ｔ_a−μ_f1×δ）／｛４π×（ｘ＋Δ）²｝
（数４）
Ｎ_a（２）＝Ａ×ｋ₁（２）×ｋ₂（２）×ｅｘｐ（−μ₂×ρ_a×ｔ_a−μ_f2×δ）／｛４π×（ｘ＋Δ）²｝
ここで、
Ｎ_a（１）：点ａでの第１のピーク計数率
Ｎ_a（２）：点ａでの第２のピーク計数率（代表的エネルギのピーク計数率）
ｋ₁（ｉ）：ｇＵ当りのガンマ線の発生数
ｋ₂（ｉ）：ガンマ線のｆｌｕｘ当りの計数率
μ：コンテナ内部でのガンマ線エネルギに対する単位密度当りの質量吸収係数
μ_f：容器でのガンマ線エネルギに対する単位密度当りの質量吸収係数
Ａ：該当するガンマ線を放出する線源強度（例えば、Ｕ−２３８）
ρ：コンテナ内部の密度
ｔ：線源から検出器に入るまでの廃棄物中を通過する距離
δ：測定対象の容器の厚さ（ここではコンテナ容器の厚さ）と容器密度の積
ただし、（ｉ）におけるｉ：エネルギ・ピークに連番号を付したもの。例えば、Ｕ−２３８については、ｉ＝１、２について、それぞれ７６６ｋｅＶ、１００１ｋｅＶとする。
下付添え字：各測定点に関する。もしくは、γ線のエネルギ・ピークに連番号を付したものに相当する。
よってピーク計数率比Ｎ_a（１）／Ｎ_a（２）は次のように表せる。
（数５）
Ｎ_a（１）／Ｎ_a（２）＝ｋ₁（１）×ｋ₂（１）／（ｋ₁（２）×ｋ₂（２））×ｅｘｐ｛−（μ₁−μ₂）×ρ_a×ｔ_a−（μ_f1−μ_f2）×δ｝

（６）減衰距離計算工程：
減衰距離計算工程（６）では、測定対象内部でのガンマ線の実効的な減衰距離をそれぞれ求める。
ここで、
（数６）
Ｃ＝ｋ₁（１）×ｋ₂（１）／（ｋ₁（２）×ｋ₂（２））
とする。Ｃ、μ₁、μ₂、μ_f1、μ_f2、δは定数であり、Ｎ_a（１）／Ｎ_a（２）は測定値から求まるものであるから、同じ点でのピーク比により実効的なガンマ線の減衰距離ρ_a×ｔ_aを求めることができる。

（７）セル線源強度計算工程：
セル線源強度計算工程では、以下のようにして線源強度を求める。
Ｎ_a（２）を次のように変形してｆ_aとおくと、
（数７）
ｆ_a＝Ｎ_a（２）×４π×ｅｘｐ（μ₂×ρ_a×ｔ_a＋μ_f2×δ）／｛ｋ₁（２）×ｋ₂（２）｝＝Ａ／｛（ｘ＋Δ）²｝
測定点ｃについても、同様にｆ_cとおくと、
（数８）
ｆ_c＝Ｎ_c（２）×４π×ｅｘｐ（μ₂×ρ_c×ｔ_c＋μ_f2×δ）／｛ｋ₁（２）×ｋ₂（２）｝＝Ａ／｛（Ｌ−ｘ+Δ）²｝
以上の数７の式と数８の式より、距離ｘを消去してγ線の線源強度Ａは、次のように求めることができる。
（数９）
Ａ＝（Ｌ＋２Δ）²×（ｆ_a×ｆ_c）／｛ｆ_a＋ｆ_c＋２×（ｆ_a×ｆ_c）^1/2）｝
すなわち、距離ｘ、つまり測定セル内の線源の位置が明確にわからなくとも、線源強度Ａを求めることが可能である。
なお、例えば図３の立体矢印１２、１４の対向面から線源強度Ａが求まり、かつ、立体矢印１３、１５の対向面からも線源強度Ａが求まる場合、測定値の信頼性を向上させるために平均することが好ましい。

対向対評価工程において、対向面での測定セルの計数率のうち、少なくとも１つが予め設定した閾値以下であった場合は（８ａ）〜（８ｄ）に説明する「線源位置を基にした方法」のようにする。

＜線源位置を基にした評価工程（線源位置を基にした方法）＞
（８ａ）第２の線源設定工程：
まず、線源分布補正工程（３ａ）〜（３ｃ）で最終的に求まった線源分布を用いて、図６に示すように、その対向面での測定セルに含まれる線源１８を、線源分布補正工程で線源を設定したときと同様に、対向面での測定セル１６と、それと直交する測定セル１７とが交差して成る六面体の中心にあると仮定する。

（８ｂ）第2の計数率比計算工程：
ここで、図９のように測定対象のコンテナ１を平面的に表現し、線源１８は測定点ｃより測定点ａでのピーク計数率の方が大きく、測定点ｂでのピーク計数率は測定点ｄにおけるピーク計数率よりも大きいものとする。

（８ｃ）第２の減衰距離計算工程：
測定点ａについて、対向対評価と同様に数３〜数７の式を導くことができる。また、測定点ｂについて、測定点ａでの数３〜数７の式と同様に考えることができる。
以上、測定点ａ、ｂについて、対向対評価工程における減衰距離計算工程（６）と同様に考えて、実効的なガンマ線の減衰距離ρ_a×ｔ_a、及びρ_b×ｔ_bを求めることができる。

（８ｃａ）線源位置補正工程：
ここで、距離ｘ、ｙは、仮定した測定セルの中心として算出する方法も可能であるが、誤差を考えると、次のような方法をとることが好ましい。
予めコンテナ内部の密度がほぼ一定であることがわかっている場合、測定点ａからみたコンテナ内部の密度ρ_aと測定点ｂからみたコンテナ内部の密度ρ_bとの差が小さくなるように、図９の矢印２３、２４の範囲で、すなわち測定点ａおよび測定点ｂの位置に対応した測定セルの範囲内で、線源１８の設定位置を動かし、ρ_aとρ_bの差が小さくなる位置を線源位置とし、他の測定セルへの線源の影響、すなわち線源位置を変更した状態で、線源分布補正工程（３ａ）〜（３ｃ）へフィードバックさせて再計算する方法である。
なお、ここでいうρ_aとρ_bの差が小さくなる位置とは、ρ_aとρ_bの差について適切な閾値を設け、この差が閾値以下となる位置と定義することができ、この位置を線源位置とすればよい。

（８ｄ）第２のセル線源強度計算工程：
また、測定点ｂについて、測定点ａでの数３〜数７の式と同様にすると、次式を得る。
（数１０）
ｆ_b＝Ｎ_b（２）×４π×ｅｘｐ（μ₂×ρ_b×ｔ_b＋μ_f2×δ）／｛ｋ₁（２）×ｋ₂（２）｝＝Ａ／｛（ｙ＋Δ）²｝
（数１１）
よって、測定点ｂからみた線源強度Ａは、
Ａ＝（ｙ＋Δ）²×ｆ_b
また、測定点ａからみた線源強度Ａは数７の式を変形して、
（数１２）
Ａ＝（ｘ＋Δ）²×ｆ_a
線源位置を基にした方法によれば、線源強度が数１１の式、数１２の式に示されるように距離ｘ、ｙの項の影響を受けるため、対向対評価と違い、距離ｘ、ｙを正確に表現する必要があるが、計数率の大きい値を用いることができ、ガンマ線の時間的な揺らぎによるランダムな計数誤差を軽減させることができるという利点がある。一方、対向対評価方法では、線源の位置を考慮する必要がないという利点があり、計数率の大きな値が得られれば精度が高く有効な方法である。
したがって、本発明で示す方法は、対向対評価方法を原則的に用い、測定セルの計数率が閾値以下である場合は、線源位置を仮定した評価法を用いる方法をとっており、全体として精度の良い測定が可能となる。
なお、線源位置を基にしたピーク比法では、ピーク比法を用いて説明したが、対向対評価法と同様にグロス・ピーク比法、及びコンプトン散乱のバンド・ピーク比法を用いてもよい。ピーク計数率が小さく、計数率誤差が大きいとピーク比の精度が悪くなるので、この場合グロス・ピーク比またはバンド・ピーク比を用いると測定精度は上昇する。

（９）全線源強度計算工程（含有量計算工程）：
各測定セルについて求めた線源強度から、測定対象全体の線源強度を求める。なお、線源強度と放射性核種の含有量とは同じである。
また、ウランの含有量が局所的に多い場合、自己吸収効果による補正を考慮するとより精度が向上するため、これを考慮する方が好ましい。自己吸収効果による補正は、ウランの化学組成（例えば、二酸化ウラン）を設定し、想定した廃棄物の材質との質量吸収係数の差を補正する。局所的なウラン量とウランの化学組成を考慮した場合と考慮しない場合について、ガンマ線の減衰の違いを補正係数として予めデータとして整備しておき、対向対評価や線源位置を基にした評価法で求めたウラン量に補正係数を乗ずる方法で行うとよい。

以上、測定対象を大型角型コンテナに絞って説明したが、本実施形態の発明によれば、従来のように、円柱形のドラム缶を測定対象とすることもできる。その場合、図１０の点線に示すようにドラム缶３４をＮａＩ検出器３２、Ｇｅ検出器３３により分割して測定するとよい。もちろん、本発明の実施には対向面でのデータが採取できれば良いので、この分割数は図１０のように４分割とせずとも８分割、１６分割等細分化して測定してもよく、測定精度と測定時間との関係から任意に分割数を定めればよい。

なお、本発明の方法を実施するための装置構成の応用例として、測定対象である角型コンテナに対し、同種類の検出器を図１１（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）の斜線部に対応して配置し、測定回数を減らす方法があげられる。図１１の各図は角型コンテナの一側面を１２に区分した様子を示している。図１１（Ａ）の場合はコンテナに対して鉛直方向に検出器を２回移動し、計３回の測定で一側面の測定が可能であり、図１１（Ｂ）の場合は、コンテナに対して検出器を横方向に１回移動し、計２回の測定で一側面の測定が可能であり、また、図１１（Ｃ）の場合は、検出器をコンテナに対して移動することなく一回の測定で一側面の測定が可能である。当然のことながら、測定対象であるコンテナと検出器との相対関係が変われば検出器による測定ができるので、検出器の代わりにコンテナを動かしてもよい。

また、廃棄体中に含まれる放射性核種の種類が多い場合、ＮａＩ検出器ではエネルギ分解能がよくないためにピーク計数率が正確に測定できない場合がある。その場合は、Ｇｅ検出器のピーク計数率及びピーク比を用いて、図１のフローに従って評価すればよい。図２に示した装置構成例では、ＮａＩ検出器の測定データは高さ方向には３分割しているが、Ｇｅ検出器の高さ方向には１分割である。このような場合、ＮａＩ検出器の測定データを用いて、高さ方向について線源がどの測定セルに存在するか設定する。さらに、Ｇｅ検出器の測定データについて、高さ方向にはＮａＩ検出器の測定データに基づく測定セルに線源が存在するとしてデータを補正して線源強度を評価すればよい。

実施形態に係る放射性物質の含有量測定方法のフローチャートを示す。 実施形態に係る放射性物質の含有量測定装置の一例を示す模式的な平面図（Ａ）と側面図（Ｂ）である。 測定対象の分割測定例を示す説明のための測定対象の斜視図である。 線源分布補正を説明するための測定対処の斜視図である。 対向面での測定データを説明するための図である。 対向面の測定セルにおける線源位置の設定方法を示す説明図である。 線源分布補正を説明するための測定対象についてのダイアグラムである。 対向対評価方法を説明するための測定対象についてのダイアグラムである。 線源位置を基にした方法を説明するための測定対象についてのダイアグラムである。 本方法でドラム缶を測定する方法を示す説明図である。 本発明の方法を実施するための装置構成の変形例を示すための説明図である。

符号の説明

１ 角型コンテナ
２ 設置台
３ 回転テーブル
４ ＮａＩ検出器
５ Ｇｅ検出器
６ 矢印
７ レール
８ 移動機構
９ コリメータ
１１ データ処理装置
１２ 立体矢印
１３ 立体矢印
１４ 立体矢印
１５ 立体矢印
１５ 矢印
１６ 測定セル
１７ 測定セル
１８ 線源
２１ 線源
２３ 矢印（測定セルの範囲）
２４ 矢印（測定セルの範囲）
２６ 矢印
２７ 検出器
２８ 矢印
２９ 測定対象
３０ 矢印
３１ ２７と同じ種類の検出器

Claims (9)

1. ＮａＩ検出器とＧｅ検出器の２種類の検出器を用いる放射性物質の含有量測定方法であって、
   該ＮａＩ検出器の測定視野に対応した測定セル毎に測定対象を分割してガンマ線の計数率を測定した後、該ＮａＩ検出器の該測定対象に対する相対的位置を変更し、位置の変更と測定を繰り返す測定工程と、
   得られた測定結果のうち対向する方向から測定した結果を用いて、線源の位置による影響を排除して線源強度を計算する対向対評価工程と、
   線源強度を積算して放射性核種の含有量を求める含有量推定工程と
   を有する放射性物質の含有量測定方法。
2. 前記測定工程の後に、該測定工程で求めた代表的エネルギにおける最大ピーク計数率の線源分布を設定し、該線源の隣接する測定セルへの影響を比例配分により考慮して、新しい線量率分布を作成し、予め設定したレベル以下となるまで、次に大きいピーク計数率の線源分布の隣接セルへの影響を考慮して、新しい線量率分布を作成することを繰り返す線源分布補正工程と、
   前記測定セルの各々について前記対向対評価工程による評価が正確なものであるかを計数率の閾値により判定する判定工程とを更に有し、
   該判定工程において、前記対向対評価工程による評価が正確であると判定された場合は、前記対向対評価工程と、前記含有量推定工程とを行い、前記対向対評価工程による評価が正確なものでないと判定された場合は、該線源分布補正工程から得られた線源分布から線源位置を設定し、ピーク比、グロス・ピーク比、もしくはコンプトン散乱のバンド・ピーク比を計算して減衰距離を計算し、設定した線源から測定対象の外表面までの距離を用いて線源強度を計算する線源位置を基にした評価工程と、前記含有量推定工程とを行うことを特徴とする請求項１に記載の放射性物質の含有量測定方法。
3. 前記線源位置を基にした評価工程において、予め測定対象内部の密度がほぼ一定であることがわかっている場合、前記線源補正工程により設定された線源に対し、異なる方向から評価した測定対象の内部の密度差が予め設定した閾値以下となるように線源設定位置を該線源が設定されている測定セルの範囲内で動かし、該線源分布補正工程へフィードバックする線源位置補正工程を更に有する請求項２に記載の放射性物質の含有量測定方法。
4. 前記測定工程において、該Ｇｅ検出器により検出したデータより放射性核種の種類を特定し、該ＮａＩ検出器では、該Ｇｅ検出器で特定した放射性核種のピークをとるエネルギ値におけるガンマ線のピーク計数率を測定するものである請求項１〜３のいずれか１項に記載の放射性物質の含有量測定方法。
5. ＮａＩ検出器と、
   Ｇｅ検出器と、
   測定対象を置く設置台と、
   該設置台と該測定対象とを回転させるための回転テーブルと、
   所定の測定位置まで該測定対象か、または前記検出器かのいずれか一方を移動させる移動機構と、
   該ＮａＩ検出器と該Ｇｅ検出器からのデータを解析し、処理するデータ処理装置と
   を有する放射性物質の含有量測定装置。
6. 前記回転テーブルが、９０度刻み単位で自動旋回する機構をさらに有する請求項５に記載の放射性物質の含有量測定装置。
7. 前記ＮａＩ検出器及び前記Ｇｅ検出器に対して、放射能に関する視野角を制限するコリメータをさらに有する請求項５または請求項６に記載の放射性物質の含有量測定装置。
8. 前記ＮａＩ検出器と前記Ｇｅ検出器とが、測定対象を挟んで対向して配置される請求項５〜７のいずれか１項に記載の放射性物質の含有量測定装置。
9. 前記検出器を縦方向、または横方向、もしくは縦横両方向に複数個並べて配置させた請求項５〜８のいずれか１項に記載の放射性物質の含有量測定装置。

Images