JP2008111794A - 放射能評価方法および検出限界評価方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】測定物37の搬送方向に直交した向きに3個のシンチレータが延在配置され、測定物37の放射線を上下のシンチレータで計数する場合の、測定物37での放射線源39の偏在様態a、b、cと、搬送位置3例での計数率の計算結果を中段に、最大計数率と平均計数率法を用いた場合の計数率、並びにaとの相対比を下部に示している。放射能は放射能換算係数と計数率の積で評価される。放射能換算係数は、設定した放射能量と得られる計数率との比で算定される。設定した放射能量が同等であれば、放射能換算係数は得られる計数率に反比例するので、得られる計数率が最大の計数率を用いる最大計数率法は小さな放射能換算係数を設定することができる。
【選択図】図5
Description
一方、原子力発電所等から搬出される物質であっても、自然界の放射線レベルに比較して十分に小さいものであれば、放射性物質として扱う必要がないとするクリアランスレベルが設けられている。このクリアランスレベルを超えているか否かを判断するために、シンチレータ(放射線検出器)を備えた放射線検出装置が知られている(特許文献1参照)。
シンチレータは、γ線等の放射線の計数率(cps;count per
second)を測定するものであるため、放射能(Bq)を評価するためには、放射能換算係数(Bq/cps)を用いる必要がある。放射能換算係数は、シミュレーションや実験によって、既知の放射能を有する基準放射線源に対するシンチレータの応答として決定される。
また、放射線検出装置には、有意な放射能を検出できる最小限界となる放射能検出限界が設定される。この検出限界は、放射能換算係数に比例した式として表される(例えば、後述する日本原子力学会標準の基本式)。
しかし、現実の場合には、放射線源は測定領域に対して偏在しており、得られた複数の計数率には分布があるので、これらを単純に平均することが妥当といえない場合がある。例えば、平均することにより、実際の放射能を過小評価してしまうおそれがある。このため、裕度を持たせるために放射能換算係数を大きく設定せざるを得ないという問題がある。また、放射能換算係数を大きめに設定するために、検出限界も大きくなってしまうという問題がある。
すなわち、本発明にかかる放射能評価方法は、放射能物質から放射される放射線を測定する放射線検出器によって得られる複数の計数率と、これら計数率から導かれる所定の計数率に乗じることによって放射能に換算する放射能換算係数とを用いて放射能を評価する放射能評価方法において、得られた複数の前記計数率のうち、最大の計数率を用いて放射能を評価することを特徴とする。
本発明では、最大の計数率を用いて放射能を評価することとしたので、放射能換算係数によって得られる放射能が高めとなり、保守側の評価が可能となる。
また、放射線源が均一に分布している場合を仮定して得られた平均放射能換算係数を用いて、最大の計数率から放射能を算出しても、保守側に評価することができるので、放射線源が偏在している場合であっても、同一の平均放射能換算係数を用いることができる。つまり、放射線源が偏在している場合に対応して放射能換算係数に裕度をもたせるために大きめの放射能換算係数を別途設定する必要がない。したがって、放射能換算係数のライブラリを簡略化することができ、また放射能換算係数のライブラリの検証を行う手間が省けるので、効率的な計測が可能となる。
上述のように、最大の計数率を用いる場合には、平均の計数率を用いる場合に比べて、保守側に評価することができるので、比較的小さな放射能換算係数を採用することができる。したがって、この放射能換算係数を乗ずることによって得られる検出限界も小さくなる。これにより、クリアランスレベルに対して精度の良い計測が可能となる。
なお、一般に、検出限界の算出式は、日本原子力学会標準の基本式として与えられる。具体的には、下式の通りである。
ここで、
ALD:検出限界(Bq),κ:定数(=3),tT:放射能濃度確認対象物の測定時間(s),
nB:バックグラウンド(BG)計数率(s-1),tB:BG測定時間(s),
CF:放射能換算係数(Bq/s-1),r1:BG変動に起因する相対誤差(−),
r2:放射能換算係数の相対誤差(−),
である。
上式において、検出下限計数率は、上式右辺のCFを除く部分である。
上述のように、最大の計数率を用いることとすれば、放射能換算係数を小さくすることができるので、バックグラウンド計数率が大きい測定環境であっても、平均の計数率を用いる場合に比べて、検出限界を小さくすることができる。
また、放射線源が均一に分布している場合を仮定して得られた平均放射能換算係数を用いて、最大の計数率から放射能を算出しても、保守側に評価することができるので、放射線源が偏在している場合であっても、同一の平均放射能換算係数を用いることができる。つまり、放射線源が偏在している場合に対応して放射能換算係数に裕度をもたせるために大きめの放射能換算係数を別途設定する必要がない。したがって、放射能換算係数のライブラリを簡略化することができ、また放射能換算係数のライブラリの検証を行う手間が省けるので、効率的な計測が可能となる。
また、放射線源が均一に分布している場合を仮定して得られた平均放射能換算係数を用いて、最大の計数率から放射能を算出しても、保守側に評価することができるので、放射線源が偏在している場合であっても、同一の平均放射能換算係数を用いることができる。つまり、放射線源が偏在している場合に対応して放射能換算係数に裕度をもたせるために大きめの放射能換算係数を別途設定する必要がない。したがって、放射能換算係数のライブラリを簡略化することができ、また放射能換算係数のライブラリの検証を行う手間が省けるので、効率的な計測が可能となる。
また、最大の計数率を用いて検出限界を評価することとしたので、比較的小さな放射能換算係数を採用することができ、検出限界を小さくすることができる。これにより、クリアランスレベルに対して精度の良い計測が可能となる。
[第一実施形態]
図1には、クリアランス測定装置(放射線検出装置)1が示されている。
クリアランス測定装置1は、自然界の放射線レベルに比較して十分に小さいものであれば放射性物質として扱う必要がないとするクリアランスレベルを、測定対象物(放射能物質)が超えているか否かを判断する装置である。
クリアランス測定装置1は、Feトンネル型遮蔽体(以下、単に「遮蔽体」という。)3と、この遮蔽体3内に測定対象物を搬送する搬送装置5と、各種機器の動作を制御する制御盤7と、測定データの演算等を行うコンピュータ9とを備えている。
上部検出器ユニット10は、搬送装置5の搬送コンベア14の上方に設けられており、昇降装置16によって上下動可能とされている。昇降装置16は、ボールネジ式とされており、送りネジ16aを回転させることによって、この送りネジ16aに螺合された上部検出器ユニット10が上下動するようになっている。昇降装置16の動作は、コンピュータ9及び制御盤7によって制御される。
下部検出器ユニット12は、上部検出器ユニット10に対向する位置に、搬送コンベア14の下方に固定されている。
各検出器ユニット10,12の出力は、コンピュータ9へと伝送されるようになっている。
シンチレータ20は、測定対象物の移動方向に直交する方向に3つ並べた状態で設けられている。したがって、図2において、紙面垂直方向が測定対象物の移動方向となる。すなわち、図3に示すように、トレイ36上に載置された測定対象物37が矢印A方向に搬送され、上部検出器ユニット10及び下部検出器ユニット12のシンチレータ20によって放射線が検出される。
図2に示すように、シンチレータ20の周囲には、鉛遮蔽カバー22が設けられており、シンチレータ20の検出面を露出させた状態で覆っている。各シンチレータ20には、光電子増倍管24が設けられており、各シンチレータ20から得られる光を増幅するようになっている。
搬送コンベア14の上面には、測定対象物を載置するトレイ36が設置される。トレイ36は、例えば1m角の略正方形の板状体とされている。トレイ36は、4辺を構成する枠体を備えており、この枠体によって囲まれた中央の網の上に測定対象物が載置される。トレイ36の枠体は、上述した搬送路の両側に設けられたローラ30上を走行するようになっている。ローラ30が搬送路の両側に設けられており、トレイ36の中央部が網で構成されているので、後述する蛍光灯40からの光がトレイ36の中央部を透過できる構成となっている。
コンピュータ9は、ディスプレイ9aを備えており、測定情報等を表示するようになっている。コンピュータ9の本体部9bには、記憶部と演算部が設けられている。
記憶部は、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリや、CD-ROM等の読出しのみ可能な記憶媒体、RAM(Random Access Memory)等の揮発性のメモリ、あるいはこれらの組合せにより実現することができる。
演算部は、後述するように、各検出器ユニット10,12等から得られたデータ(複数の計数率)に基づいて放射能濃度(Bq/g)や検出限界を演算する。演算部は、メモリ及びCPU(中央演算装置)によって構成され、放射能濃度や検出限界を演算するプログラム(放射能評価プログラム,検出限界評価プログラム)をメモリにロードして実行するようになっている。
放射能濃度(Bq/g)
=[放射能換算係数(Bq/cps)×正味計数率(cps)]/重量(g) ・・・(1)
ここで、正味計数率とは、各検出器ユニット10,12で計測された全計数率からバックグラウンド計数率を減じたものである。また、重量は、測定対象物の重量を意味する。
また、放射能換算係数は、下式のように、有意な放射能を検出できる最小限界となる放射能検出限界(以下「検出限界」という。)を得る際にも用いられる。下式は、日本原子力学会標準の基本式である。
・・・・(2)
ここで、
ALD:検出限界(Bq),κ:定数(=3),tT:放射能濃度確認対象物の測定時間(s),
nB:バックグラウンド(BG)計数率(s-1),tB:BG測定時間(s),
CF:放射能換算係数(Bq/s-1),r1:BG変動に起因する相対誤差(−),
r2:放射能換算係数の相対誤差(−),
である。
上式より、検出限界ALDは、放射能換算係数CFに比例することが分かる。なお、右辺第二項すなわち右辺のCFを除いた部分は、検出下限計数率と称される。
先ず、図1に示すように、トレイ36上に、放射能汚染されたおそれのある測定対象物を載置する。そして、ロードセル付き昇降装置38によって、測定対象物の設置前後の重量を計測する。これらの計測出力がコンピュータ9へと送られ、各計測出力から測定対象物の重量を得る。
トレイ36が蛍光灯40上に位置したときに、蛍光灯40によって照射された測定対象物の投影像を画像カメラ42で取得し、この投影像をコンピュータ9に送る。コンピュータ9では、画像処理により、測定対象物の投影面積を演算する。また、コンピュータ9では、画像処理により、測定対象物の幅寸法を演算する。測定対象物の幅寸法としては、最大値を採用する。
このように、図2に示したように3つに並べた上下のシンチレータ20に対して、3つの位置で計測するので、計測される計数率のデータとしては、3(個)×2(上下)×3(箇所)=18のデータが得られることになる。
次に、複数の計数率から放射能(放射能濃度)を得る方法について説明する。以下に説明する方法は、コンピュータ9の演算部にて実行される放射能評価プログラムによって行われる。
式(1)の正味計数率に、複数の計数率のうち最大の計数率を採用する。すなわち、下式のようになる。
放射能濃度
=[放射能換算係数×CountMaxを用いた正味計数率]/重量 ・・・(3)
ここで、CountMaxとは、複数の計数率のうち最大の計数率を意味する。
一方、従来のように複数の計数率の算術平均を用いた場合は、下式のようになる。
放射能濃度
=[放射能換算係数×CountAveを用いた正味計数率]/重量 ・・・(4)
ここで、CountAveとは、複数の計数率の算術平均値を意味する。
上式(3)及び(4)を比べれば分かるように、本実施形態のように最大計数率を用いることとすれば(以下、この方法を「最大計数率法」という。)、従来の平均計数率を用いる場合(以下、この方法を「平均計数率法」という。)に比べて大きい正味計数率を用いることになる。したがって、放射能換算係数が同一とすれば、本実施形態の最大計数率法によって平均計数率法よりも大きな放射能濃度が演算されることになり、保守側の評価が可能となる。
換算係数CF=設定した放射能量(Bq)/得られる計数率(cps) ・・・(5)
ここで、「設定した放射能量(Bq)」とは、数値シミュレーションまたは実験にて設定した放射能物質から放射される放射能量を意味する。「得られる計数率(cps)」とは、数値シミュレーションによって得られた放射線検出器の計数率、又は、実験によって得られた放射線検出器の計数率を意味する。
これに対して、平均計数率法によって式(4)により放射能濃度を得る場合には、計数率の分布が大きい場合をも考慮していくつかの放射能換算係数を備えたライブラリを用意する必要がある。これでは、ライブラリの検証を行う手間が多くなり、効率的な計測が困難となる。
図4(a)に示すように、トレイ36の上下に、プラスチックシンチレータ20を3つずつ並べて配置する。シンチレータ20の延在方向は、図3に示したように、トレイ36の進行方向に対して直交した向きとなっている。トレイ36に載置された測定対象物37は、50cm角で高さが0.5cmの鉄板とされている。この鉄板の重量は約10kgとされる。放射線源は、0.18Bq/gで分布しているものとして計算した。なお、1つのシンチレータ20は、35cm角で高さが5cmとされている。
図4(b)には、計測領域が示されており、横方向が3つのシンチレータ20のそれぞれの計測領域20aであり、縦方向が隣接する3つの位置にトレイ36が位置したときにおける計測領域を示している。したがって、例えば、図において1行目が最初の位置(ステップ)における計測領域、2行目が次の位置(ステップ)における計測領域、そして3行目が最後の位置(ステップ)における計測領域を示す。図4(b)の中央に示される四角形の領域が測定対象物37である。
図5(a)は、測定対象物37の全体に平均的に放射線源39が分布した場合を示し、(b)は、測定対象物37の中央に10cm角の放射線源39が偏在して分布した場合を示し、(c)は、測定対象物37の10cm角の放射線源39が角部(図において左下)に偏在して分布した場合を示している。
それぞれの(a),(b),(c)の下方の表には、図4(b)の測定領域に対応したシンチレータ20の計数率が示されている。また、表の下には、最大計数率法を用いた場合の計数率と、平均計数率法を用いた場合の計数率が示されている。各計数率の右側には、(a)の場合の計数率で除した比が示されている(従って、(a)の場合では全て1.00となっている。)。
図5に示したデータから分かるように、本実施形態の最大計数率法は、平均計数率法に比べて計数率を大きく評価することになる。
図6の縦軸は、放射線源が全体に分布している(a)の場合(設定値)を基準とした、各計数率法による評価値との比を示している。すなわち、図5の表の下の数値の右列にある比をプロットしたものである。
図6から分かるように、最大計数率法によれば、設定値に対して評価値が大きくなっていることから、保守側に評価されていることがわかる。一方、平均計数率法によれば、複数の計数率を平均化することにより、放射線源が偏在している場合には過小評価することとなることがわかる。例えば、図6の(c)の角部に放射線源が偏在している場合には、評価値が設定値を下回っている。この場合には、式(4)にて放射能濃度を算出する場合には、放射能換算係数に裕度をもたせて大きく設定する必要がある。
次に、複数の計数率から検出限界を得る方法について説明する。以下に説明する方法は、コンピュータ9の演算部にて実行される検出限界評価プログラムによって行われる。
検出限界を算出する場合には、上式(2)を用いる。この際に、放射能換算係数CFには、最大計数率法によって得られる放射能換算係数を用いることとする。最大計数率法によれば、式(5)を用いて説明したように、平均計数率法によって得られる放射能換算係数よりも小さい放射能換算係数を得ることができる。したがって、式(2)より、小さな検出限界を得ることができる。これにより、クリアランスレベルに対して精度の良い計測が可能となる。
図7の横軸は、バックグラウンド計数率nB(cps)が示されており、縦軸は検出限界濃度(Bq/g)が示されている。同図から分かるように、バックグランド計数率が大きくなるほど、最大計数率法と平均計数率法との差が大きくなる。
計測時間tTは高処理速度達成のため30〜90秒が一般的に用いられる。この場合、A項およびB項は、k=3を代入すると、“0.15”以下となり検出限界ALDへの寄与は極めて小さい。
図8において、横軸はバックグラウンド計数率nB、縦軸はC項の値を示している。図中の三角印はD項の値を示し、白丸は最大計数率法を用いた場合のC項の値を示し、黒丸は平均計数率法を用いた場合のC項の値を示している。
バックグラウンド計数率が小さい場合(例えば200cps以下)は、最大計数率法のC項の値とD項の値とはほぼ同等となり、D項の影響は殆どうけない。したがって、計測時間が短い最大係数率法ではC項の寄与が無視できなくなり、(2)式の右辺のCF以外の項に相当する検出下限計数率が平均計数率法よりも大きくなる。この場合には、最大計数率法と平均計数率法との検出限界濃度の差が小さくなる。このことが、図7においてバックグラウンド計数率が小さい領域では、最大計数率法と平均計数率法との差が小さいことに現れている。
3 遮蔽体
5 搬送装置
7 制御盤
9 コンピュータ
10 上部検出器ユニット
12 下部検出器ユニット
14 搬送コンベア
16 昇降装置
118 放射線検出部
20 シンチレータ
22 鉛遮蔽カバー
24 光電子増倍管
30 ローラ
34 搬送モータユニット
36 トレイ
37 測定対象物(放射能物質)
38 ロードセル付き昇降装置
40 蛍光灯
42 画像カメラ
44 高さセンサ
Claims (7)
- 放射能物質から放射される放射線を測定する放射線検出器によって得られる複数の計数率と、これら計数率から導かれる所定の計数率に乗じることによって放射能に換算する放射能換算係数とを用いて放射能を評価する放射能評価方法において、
得られた複数の前記計数率のうち、最大の計数率を用いて放射能を評価することを特徴とする放射能評価方法。 - 放射能物質から放射される放射線を測定する放射線検出器によって得られる複数の計数率から導かれる所定の計数率に乗じることによって放射能に換算する放射能換算係数を、所定の検出下限計数率に乗じた値を用いて、放射能の検出限界を評価する検出限界評価方法において、
得られた複数の前記計数率のうち最大の計数率を用いて放射能を評価する際に用いた放射能換算係数によって放射能の検出限界を評価することを特徴とする検出限界評価方法。 - 前記検出下限計数率は、バックグラウンド計数率に比例することを特徴とする請求項2記載の検出限界評価方法。
- 放射能物質から放射される放射線を測定する放射線検出器によって得られる複数の計数率と、これら計数率から導かれる所定の計数率に乗じることによって放射能に換算する放射能換算係数とを用いて放射能を評価する、コンピュータにて実行可能とされた放射能評価プログラムにおいて、
得られた複数の前記計数率のうち、最大の計数率を用いて放射能を評価することを特徴とする放射能評価プログラム。 - 放射能物質から放射される放射線を測定する放射線検出器によって得られる複数の計数率から導かれる所定の計数率に乗じることによって放射能に換算する放射能換算係数を、所定の検出下限計数率に乗じた値を用いて、放射能の検出限界を評価する、検出限界評価プログラムにおいて、
得られた複数の前記計数率のうち最大の計数率を用いて放射能を評価する際に用いた放射能換算係数によって放射能の検出限界を評価することを特徴とする検出限界評価プログラム。 - 放射能物質から放射される放射線を測定する放射線検出器と、
該放射線検出器によって得られる複数の計数率と、これら計数率から導かれる所定の計数率に乗じることによって放射能に換算する放射能換算係数とを用いて放射能を評価する演算部と、
を備えた放射線測定装置において、
前記演算部は、得られた複数の前記計数率のうち、最大の計数率を用いて放射能を評価することを特徴とする放射線測定装置。 - 放射能物質から放射される放射線を測定する放射線検出器と、
該放射線検出器によって得られる複数の計数率から導かれる所定の計数率に乗じることによって放射能に換算する放射能換算係数を、所定の検出下限計数率に乗じた値を用いて、放射能の検出限界を評価する演算部と、
を備えた放射線検出装置において、
前記演算部は、得られた複数の前記計数率のうち最大の計数率を用いて放射能を評価する際に用いた放射能換算係数によって放射能の検出限界を評価することを特徴とする放射線検出装置。
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