JP2008122088A - 放射能測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】煩雑な演算処理を行わなくとも、測定対象物の表面の放射能汚染と内部の放射能汚染とを区別して評価することができるとともに、微量放射能を真値に限りなく近く正確に測定することである。
【解決手段】β線が入射すると蛍光を発するβ線検出器２と、β線検出部２を挟んで接続され、その蛍光を電気信号に変換する一対の光電子増倍管３、４と、一対の光電子増倍管３、４から同時に出力された電気信号を抽出して出力する同時計数回路８と、γ線が入射すると蛍光を発するγ線検出器５と、γ線検出部５を挟んで接続され、その蛍光を電気信号に変換する一対の光電子増倍管６、７と、一対の光電子増倍管６、７から同時に出力された電気信号を抽出して出力する同時計数回路９と、β線検出器２に接続された光電子増倍管４と、γ線検出器２に接続された光電子増倍管７と、から同時に出力された電気信号を抽出して出力する同時計数回路１０とを備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、測定対象物の表面の放射能汚染と内部の放射能汚染とを区別して評価することができるとともに、微量放射能を真値に限りなく近く正確に測定することができる放射能測定装置に関するものである。

原子力発電所等の放射線管理区域においては放射能汚染が厳重に管理されているが、このような放射線管理区域に物品を搬入して、これを再び放射性管理区域外に搬出する場合には、その物品の放射能汚染レベルを測定し、放射能汚染がないことや、その放射能量が所定基準値以下であることを確認しなくてはならない。

また、原子力発電所等で排出された低レベル放射性廃棄物はドラム缶に収容して埋設処分されるが、このようなドラム缶は、内部に放射性廃棄物を収納するだけでなく、ドラム缶の表面もまた放射能によって汚染されている可能性があるので、内部の放射能汚染と表面の放射能汚染との両方を測定することが必要である。

従来の放射能測定装置は一般的に、β線検出器とγ線検出器とを備え、β線検出器で検出したβ線に基づき測定対象物の表面の放射能汚染を評価し、γ線検出器で検出したγ線に基づき測定対象物の表面及び内部の放射能汚染を評価している。通常どちらの検出器においても電気ノイズの影響を低減するため、同時計測法が使用されている。

β線を放出する放射性物質は、β線放出後、数ｐｓ〜数μｓの間にγ線を放出するが、例えばコバルト６０（Ｃｏ−６０）の場合は、１回のβ崩壊において２本のγ線を放出する。これを従来のβ線検出器とγ線検出器とを備えている放射能測定装置で測定すると、正しい放射能の値は１Ｂｑであるにもかかわらず、β線とγ線が別個に計数され２Ｂｑと測定される場合もある。

このため、従来の放射能測定装置において正しい放射能の値を求めるためには、β線検出器とγ線検出器の検出効率、β線検出器において検出された放射線のγ線寄与率、β線検出器とγ線検出器におけるγ線検出比等を実際の測定前に算出し、パラメータとして使用し、これらのパラメータを用いて測定値の補正を行っている。

また、β線はγ線に比べて透過力が弱いため、測定対象物内部の放射能汚染に由来するβ線は測定対象物の外部には放出されにくいが、β線と合わせて放出されるγ線は透過力が強いので測定対象物の外部に放出される。このため、γ線放出器で検出されたγ線には、測定対象物内部の放射能汚染に由来するものと、測定対象物表面の放射能汚染に由来するものとの両方が含まれている。しかし測定対象物の放射能による汚染状況を正確に把握するためには両者を区別して評価することが必要である。
特開２００３−４８８６号公報

そこで本発明は、煩雑な演算処理を行わなくとも、測定対象物の表面の放射能汚染と内部の放射能汚染とを区別して評価することができるとともに、微量放射能を真値に限りなく近く正確に測定する放射能測定装置を提供すべく図ったものである。

すなわち本発明に係る放射能測定装置は、β線が入射すると蛍光を発するβ線検出器と、前記β線検出器を挟んで接続され前記β線検出器からの蛍光を電気信号に変換する一対の光検出器と、前記一対の光検出器から同時に出力された電気信号のみを抽出し、β線検知信号を出力する同時計数回路と、γ線が入射すると蛍光を発するγ線検出器と、前記γ線検出器を挟んで接続され前記γ線検出器からの蛍光を電気信号に変換する一対の光検出器と、前記一対の光検出器から同時に出力された電気信号のみを抽出し、γ線検知信号を出力する同時計数回路と、前記β線検出器に接続された光検出器と、前記γ線検出器に接続された光検出器と、から同時に出力された電気信号のみを抽出し、βγ線検知信号を出力する同時計数回路とを備えていることを特徴とする。

このようなものであれば、まず、各放射線検出器の両端に一対の光検出器を設け、一対の光検出器から同時に出力された電気信号のみを抽出することにより、電気的ノイズを排除して各放射線に由来する電気信号のみを拾い出すことができる。また、β線を検出することにより測定対象物の表面放射能汚染を測定することができ、γ線を検出することにより測定対象物の内部放射能汚染を測定することができ、更に、β線検出器に接続した１の光検出器とγ線検出器に接続した１の光検出器とに同時計数回路を接続し、双方の光検出器から同時に出力された電気信号のみを抽出することにより、同一の崩壊に由来する２以上の異なる放射線を同時に検出する場合を拾い出すことができる。

このような本発明に係る放射能測定装置に、演算回路を設けて、当該演算回路により、前記同時計数回路が出力したβ線検知信号の計数値と前記同時計数回路が出力したγ線検知信号の計数値の和から、前記同時計数回路が出力したβγ線検知信号の計数値を引いた差を算出することにより、重複して計数した同じ崩壊に由来する計数分を除去することができるので、極めて真値に近い放射能値を測定することができる。

前記β線検出器は、β線の検出が可能となる、薄く成形できるプラスチックシンチレータを備えていることが好ましく、前記γ線検出器は、γ線のエネルギーを効率良く受けることができるＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータを備えていることが好ましい。これらのシンチレータにおいて、入射した放射線が蛍光に変換される。

前記β線検出器及び／又は前記γ線検出器は、検出面と逆の面に複数本の波長変換ファイバを備えていることが好ましい。

このように構成すると、波長変換ファイバはシンチレータに比べて光の伝達効率が高い材料からなるので、シンチレータで発生した蛍光を、更に波長変換ファイバに伝達して蛍光の波長を変えて光検出器に到達させることにより、シンチレータで発生した蛍光を高い伝達効率で光検出器へ伝達することができる。このため、精度の高い測定を行うことができる。

このように本発明によれば、検出された全γ線から測定対象物の表面の放射能汚染に由来するものを除くことができるので、測定対象物内部の放射能汚染を正確に評価することができるとともに、単一の崩壊に基づく放射能を重複して計数するのを防ぐことができるので、微量放射能を真値に近く正確に測定することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。

本実施形態に係る放射能測定装置１は、図１に示すように、放射能検出部としてβ線検出器２とγ線検出器５とを備えており、更にそこから出力された電気信号を処理する各種回路を備えている。

以下に各部を説明する。β線検出器２は、図１〜２に示すように、放射能検出面に備えたプラスチックシンチレータ２１と、検出面の反対側に備えた複数本の波長変換ファイバ２２とからなる２層構造を有している。

プラスチックシンチレータ２１は、板状をしており、β線などの放射線が入射すると蛍光を発する。当該プラスチックシンチレータ２１は厚さが０．１〜０．３ｍｍ程度の薄型のものであり、β線の検出が可能である。

波長変換ファイバ２２は、プラスチックシンチレータ２１の検出面とは反対側の面に密着させて配置し、プラスチックシンチレータ２１の幅方向の距離に対応した所定本数分だけ平面状に並べてある。波長変換ファイバ２２は、プラスチックシンチレータ２１で生じた蛍光が入射すると異なる波長の蛍光を発生し、その蛍光をファイバ軸方向に伝達する。波長変換ファイバ２２は、プラスチックシンチレータ２１に比べて光の伝達効率が高い材料からなるものである。

波長変換ファイバ２２の両端部は光電子増倍管３、４に接続してあり、光電子増倍管３、４において、波長変換ファイバ２２から伝達された蛍光を電気信号に変換する。

β線検出器２は、外部からの光が侵入しないように、図示しない遮光膜で覆われている。

測定対象物１２から放出したβ線がβ線検出器２の検出面から入射してプラスチックシンチレータ２１で補足されることにより、プラスチックシンチレータ２１に含有されているシンチレータがβ線からエネルギーを受けて蛍光を発する。次いで、プラスチックシンチレータ２１の発光箇所近傍に配置されている波長変換ファイバ２２がプラスチックシンチレータ２１からの蛍光を受けて異なる波長の蛍光を発する。蛍光が生じた波長変換ファイバ２２内では光が等方的に放出されるので、発生した蛍光は波長変換ファイバ２２内を伝達して光電子増倍管３、４に到達する。β線に由来する蛍光が入射した光電子増倍管３、４は蛍光を電気信号に変換して出力する。

β線はγ線に比べて透過力が弱いので、測定対象物内部の放射能汚染１２ｂに由来するβ線は測定対象物１２の外には放出されにくい。このため、β線検出器２で検出されるβ線は、ほぼ測定対象物表面の放射能汚染１２ａに由来するものである。

測定対象物表面の放射能汚染１２ａにおける代表的な核種としては、例えばβ線及びγ線を放出する放射性核種であるコバルト６０（Ｃｏ−６０）が挙げられる。一方、測定対象物内部の放射能汚染１２ｂにおける代表的な核種としては、上述したコバルト６０の他に、マンガン５４（Ｍｎ−５４）、鉄５９（Ｆｅ−５９）等が挙げられる。マンガン５４、鉄５９ともにγ線を放出する核種である。

γ線検出器５は、図１〜２に示すように、β線検出器２とほぼ同サイズの検出面を有し、β線検出器２と重ね合わせるようにして配置されている。γ線検出器５は、シンチレータとしてＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ５１を用いること以外は、β線検出器２とほぼ同様の構成を有している。

ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ５１は厚型のものであり、１ｃｍ程度の厚さを有する。γ線はその大部分が、プラスチックシンチレータ２１を透過してＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ５１に到達する。

そして、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ５１に入射したγ線は、β線検出器２にβ線が入射した際と同様に、波長変換ファイバ５２及び光電子増倍管６、７を経て、蛍光から電気信号に変換される。γ線検出器５で検出されたγ線には、測定対象物内部の放射能汚染１２ｂに由来するものと表面の放射能汚染１２ａに由来するものとの両方が含まれている。

光電子増倍管３、４で変換された電子信号は、同時計数回路８に出力される。光電子増倍管３、４から出力された電気信号にはβ線に由来する蛍光が変換された電気信号のみならず電気ノイズも含まれるが、一対の光電子増倍管３、４から出力されるβ線に由来する電気信号のタイミングは一致するが、光電子増倍管３、４から出力される電気ノイズのタイミングは一致しない。同時計数回路８は、このことを利用して、電気ノイズと電気信号とを分別し、電気ノイズを除去してβ線検出器２で検出したβ線に由来する電気信号のみを抽出して、β線検知信号を出力する。

同様に光電子増倍管６、７に接続してある同時計数回路９は、γ線検出器５で検出したγ線に由来する電気信号のみを抽出して、γ線検知信号を出力する。

一方、同時計数回路１０は、光電子増倍管４、７に接続されており、光電子増倍管４と光電子増倍管７とから同時に出力される電気信号のみを抽出して、βγ線検知信号を出力する。光電子増倍管４から出力される電気信号はβ線に由来するものであり、光電子増倍管７から出力される電気信号はγ線に由来するものであり、同時に検出されたβ線とγ線は同じ崩壊に由来するものである。従って、同時計数回路１０で計数された電気信号の計数値は同じ崩壊に由来するβ線とγ線とが重複して計数された計数値を意味する。

なお、本実施形態では同時計数回路１０は、光電子増倍管４と光電子増倍管７に接続されているが、同時計数回路１０は、β線検出器２に接続されている一対の光電子増倍管３、４のいずれか一方と、γ線検出器５に接続されている一対の光電子増倍管６、７のいずれか一方と接続してあればよく、本実施形態の組み合わせに限定されない。

演算回路１１は、同時計数回路８が出力したβ線検知信号の計数値と同時計数回路９が出力したγ線検知信号の計数値の和から、同時計数回路１０が出力したβγ線検知信号の計数値を引いた差を算出する。これにより、同一の崩壊に由来するβ線とγ線とが重複して計数された分を除くことができる。

このような構成を有する本実施形態によれば、β線の計数値から測定対象物の表面の放射線汚染１２ａを評価することができるとともに、同時計数回路１０を備えていることにより、β線とγ線とが重複して計数された計数値、即ち測定対象物表面の放射能汚染１２ａに由来するγ線の計数値を算出することができるので、γ線全体の計数値から、測定対象物表面の放射能汚染１２ａに由来するγ線の計数値を差し引くことにより、測定対象物内部の放射線汚染１２ｂに由来するγ線を計数でき、これにより測定対象物内部の放射線汚染１２ｂを正確に評価することができる。そして、β線の計数値とγ線全体の計数値との和から、β線とγ線とが重複して計数された計数値を差し引くことにより、真値に近い放射能を算出することができる。

また、本実施形態では、板状の各シンチレータ２１、５１と、これらのシンチレータ２１、５１に波長変換ファイバ２２、５２を密着させて、各放射線検出器２、５を２層構造にして、各シンチレータ２１、５１に放射線が入射することにより発生した光を波長変換ファイバ２２、５２に最大限伝達して蛍光を発生させ、発生した蛍光を波長変換ファイバ２２、５２内を伝達して各光電子増倍管に到達させるようにしたので、放射線の各放射線検出器２、５への入射により発生した蛍光の伝達ロスが少なく効率良く伝達することができ、このため、精度の高い測定を行うことができる。

この実施形態では、β線検出器２がβ線のみを検出する場合を述べたが、β線検出器２として用いられるプラスチックシンチレータには、β線だけでなく、γ線も検出しうるものがある。この場合であっても、本発明に係る放射能測定装置１を用いることで、同じく、汚染状況の正確な把握が可能となる。

以下、コバルト６０を検出する場合について説明する。

コバルト６０では、１原子が崩壊すると１つのβ線と２つのγ線が放出する。ここで、プラスチックシンチレータ２１でβ線を検知し、ＮａＩシンチレータ５１でγ線を検知すると、従来のシステムでは、２Ｂｑと計数されてしまうが、本発明に係る放射能測定装置１によれば、前述したように、１Ｂｑと正しく計数することが可能となる。

このようにβ線検出器２がβ線のみを選択的に検出できる場合だけでなく、プラスチックシンチレータ２１のようにβ線以外の放射線、例えばγ線の検出も可能な場合にも本発明に係る放射能測定装置１を採用することで、より正確な把握が可能となる。

次に、コバルト６０が１０Ｂｑの放射線を出している場合を想定して、本実施形態の放射線測定装置１を用いた測定について、図３を参照して説明する。

このとき、コバルト６０の一原子の崩壊により放出するβ線及びγ線の検出パターンとしては、図３に示すように１０通りが考えられる。

それぞれの崩壊において放出されるβ線及びγ線が図３に示すそれぞれのパターンにより検出されたとすると、同時計数回路８により計数される計数値は８となる。また、同時計数回路９により計数される計数値は３となり、同時計数回路１０により計数される計数値は２となる。そして、β線の計数値とγ線全体の計数値との和から、β線とγ線とが重複して計数された計数値を差し引くことにより、８＋３−２＝９Ｂｑのβ線を検出することができる。従来の測定装置（同時計数回路１０が無い装置）では、８＋３＝１１Ｂｑのβ線を検出することになる。

ここで、検出パターン第１０番目では、β線検出器２及びγ線検出器５が何も検出できないパターンであるが、β線検出器２及びγ線検出器５それぞれの検出効率を考慮すれば対応可能である。

このように、コバルト６０が１０Ｂｑの放射線を出している場合には、本実施形態の放射能測定装置１では、β線は９Ｂｑ計数され、従来の測定装置では、１１Ｂｑ計数され、共に真値から１Ｂｑ異なるが、実際のレベルである数千〜数万Ｂｑのレベルでは、本実施形態の放射能測定装置１は、従来の測定装置よりもより真値に近い値を測定することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、演算回路１１に表示装置や記録装置が接続されており、得られた放射能の測定値を表示したり、記録したりすることが可能なように構成してあってもよい。

また、各放射線検出器の検出面の面積が大きいものである場合は、前記実施形態における各光電子増倍管は複数の光電子増倍管の集合体であってもよい。

また、本発明に係る放射能測定装置１が備えるβ線検出器２とγ線検出器５とは１組に限られず、複数組を平面状に並べて大面積のものとしたり、測定対象物の形状に合わせて立体的に配置してもよい。

その他、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であることは言うまでもない。

本発明の一実施形態に係る放射能測定装置の模式的概要図。 同実施形態に係る放射能測定装置のＡ−Ａ’線における断面図。 コバルト６０を測定した場合の計数値を示す表。

符号の説明

１・・・・・・・・・放射能測定装置
２・・・・・・・・・β線検出器
３、４、６、７・・・光電子増倍管
５・・・・・・・・・γ線検出器
８、９、１０・・・・同時計数回路

Claims (4)

1. β線が入射すると蛍光を発するβ線検出器と、
   前記β線検出器を挟んで接続され前記β線検出器からの蛍光を電気信号に変換する一対の光検出器と、
   前記一対の光検出器から同時に出力された電気信号のみを抽出し、β線検知信号を出力する同時計数回路と、
   γ線が入射すると蛍光を発するγ線検出器と、
   前記γ線検出器を挟んで接続され前記γ線検出器からの蛍光を電気信号に変換する一対の光検出器と、
   前記一対の光検出器から同時に出力された電気信号のみを抽出し、γ線検知信号を出力する同時計数回路と、
   前記β線検出器に接続された光検出器と、前記γ線検出器に接続された光検出器と、から同時に出力された電気信号のみを抽出し、βγ線検知信号を出力する同時計数回路とを備えていることを特徴とする放射能測定装置。
2. 前記β線検知信号を出力する同時計数回路が出力したβ線検知信号の計数値と、前記γ線検知信号を出力する同時計数回路が出力したγ線検知信号の計数値との和から、前記βγ線検知信号を出力する同時計数回路が出力したβγ線検知信号の計数値を引いた差を算出する演算回路を備えている請求項１記載の放射能測定装置。
3. 前記β線検出器は、プラスチックシンチレータを備えており、
   前記γ線検出器は、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータを備えている請求項１又は２記載の放射能測定装置。
4. 前記β線検出器及び／又は前記γ線検出器は、検出面と逆の面に複数本の波長変換ファイバを備えている請求項１、２又は３記載の放射能測定装置。