JP2008292166A - 放射性表面汚染検査装置および放射線表面汚染検査方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】被検査対象の放射性汚染を、小面積の検出器により局所的な汚染を測定した場合と同程度の検出限界性能を持ちつつ、大面積を一度に検査できるようにする。
【解決手段】放射性表面汚染検査装置に、平面状の検出領域に入射した放射線を検出する放射線検出器21と、検出領域をメッシュ状に分割した区画のうちのいずれの区画に放射線が入射したかを特定する入射位置演算器22と、放射線の量を入射した区画ごとに積算した区画放射線積算量を記憶するカウント保持器23と、連続する区画を組み合わせて設けられた設定領域のそれぞれに対してこの設定領域に属する区画に対応する区画放射線積算量を足し合わせて設定領域放射線積算量を求める設定領域積算器24とを備える。
【選択図】図1

Description

本発明は、表面に付着した放射性物質などによる被検査対象の放射性汚染を検査する放射線汚染検査装置および放射性表面汚染検査方法に関する。
放射線検出器は、放射線源による汚染の測定などを目的として表面汚染検査装置に用いられる。大型の被検査対象の汚染を効率的に測定するために、大面積の放射線検出器が用いられる場合がある。
たとえば特許文献1には、位置を検出することができる大面積の放射線検出器が開示されている。特許文献2には、大面積の汚染検査装置を複数の検出器を用いて実現した例が開示されている。
特開2001−228255号公報 特開2001−249179号公報
放射線検出器は、その面積が大きくなるにつれてバックグラウンドが大きくなるため、検出限界が悪化する。大きな被検査体を一度に測定するには大面積が必要である反面、検出限界は小さいことが要求される。この相反する性能を両立させる技術の確立が求められている。
そこで、本発明は、被検査対象の放射性汚染を、小面積の検出器により局所的な汚染を測定した場合と同程度の検出限界性能を持ちつつ、大面積を一度に検査できるようにすることを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明は、放射性表面汚染検査装置において、平面状の検出領域に入射した放射線を検出する放射線検出器と、前記検出領域をメッシュ状に分割した区画のうちのいずれの区画に前記放射線が入射したかを特定する入射位置演算器と、前記放射線の量を入射した前記区画ごとに積算した区画放射線積算量を記憶するカウント保持器と、連続する前記区画を組み合わせて設けられた設定領域のそれぞれに対してこの設定領域に属する前記区画に対応する前記区画放射線積算量を足し合わせて設定領域放射線積算量を求める設定領域積算器と、を有することを特徴とする。
また、本発明は、放射性表面汚染検査方法において、平面状の検出領域に入射した放射線を検出する工程と、前記検出領域をメッシュ状に分割した区画のうちのいずれの区画に前記放射線が入射したかを特定する工程と、前記放射線の量を入射した前記区画ごとに積算した区画放射線積算量を記憶する工程と、連続する前記区画を組み合わせて設けられた設定領域のそれぞれに対してこの設定領域に属する前記区画に対応する前記区画放射線積算量を足し合わせて設定領域放射線積算量を求める工程と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、被検査対象の放射性汚染を、小面積の検出器により局所的な汚染を測定した場合と同程度の検出限界性能を持ちつつ、大面積を一度に検査できる。
本発明に係る放射性表面汚染検査装置の実施の形態を、図面を参照して説明する。なお、同一または類似の構成には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
[第1の実施の形態]
図1は、本発明に係る放射性表面汚染検査装置の第1の実施の形態におけるブロック図である。
本実施の形態の放射性表面汚染検査装置は、放射線検出器21、入射位置演算器22、カウント保持器23および設定領域積算器24を備えている。入射位置演算器22は、放射線検出器21に接続されている。カウント保持器23は、入射位置演算器22に接続されている。設定領域積算器24は、カウント保持器23に接続されている。
また、この放射性表面汚染検査装置は、設定領域汚染量記憶器25、警報判定器26、警報位置記憶器27および表示伝送器28を備えていてもよい。設定領域汚染量記憶器25および警報判定器26は、設定領域積算器24に接続されている。警報位置記憶器27は、警報判定器26に接続されている。表示伝送器28は、設定領域汚染量記憶器25および警報位置記憶器27に接続されている。
図2は、本実施の形態における放射線検出器の図3におけるII−II矢視断面図である。図3は、図2におけるIII−III矢視断面図である。
放射線検出器21は、平面状の検出領域に入射した放射線を検出する。放射線検出器21は、たとえば正方形の検出領域を覆うシンチレータ19と、シンチレータ19の背面に設けられた複数の光電子増倍管15,16,17とを備えている。本実施の形態では、3台の光電子増倍管15,16,17を設けている。これらの光電子増倍管15,16,17は、一直線上に並ばないように配置されている。また、光電子増倍管15,16,17は、たとえば一つの面が開放された直方体形状のケース29にその半分程度が収められていて、このケース29の開放された面が検出領域であり、シンチレータ19はこの面に取り付けられている。シンチレータ19は、たとえばプラスティックシンチレータである。
ケース29の上面のシンチレータ19では、放射線との相互作用により発光が生じる。発生した光子は距離の近い光電子増倍管15,16,17により多く入射する。光電子増倍管15,16,17の出力波高は、入射した光子の数に応じて高くなるので、放射線の相互作用の起きた位置から近い光電子増倍管15,16,17の出力波高値は高くなり、遠い光電子増倍管15,16,17の出力波高値は小さくなる。また、一つ一つの放射線相互作用によるそれぞれの光電子増倍管15,16,17の出力は、ほぼ同時になされる。このため、同時性をもつそれぞれの光電子増倍管15,16,17の出力波高値を組み合わせて用いることで、位置の検出が可能となる。それぞれの光電子増倍管15,16,17の出力波高値は、ある一定量の光子数の入射に対して一定の応答を示すように調整されている。
図4は、本実施の形態における検出領域の分割方法を示す平面図である。
通常の汚染の検査においては、ある一定の面積における放射性物質の量を判定基準としている。たとえば、β線放出核種に対して定められる4Bq/cmの表面汚染密度の1/10に相当する0.4Bq/cmを超える汚染があるか否かを判断するために、10cm×10cm以内に40Bq以上の汚染がないことを判定基準とする。
本実施の形態では、検出領域40の大きさを縦25cm×横25cmとし、被検査対象を放射線検出器21に密着させて測定する場合について説明する。
検出領域40は、適切な幅、たとえば要求される位置分解能程度の幅でメッシュ状に分割されている。たとえばメッシュ幅が5cmのメッシュ状に分割されている。つまり、検出領域40は、縦5cm×横5cmの正方形の25個の区画41に分割されている。図4には、区画41の位置を示すために、列の位置を示す記号A,B,C,D,E、および、行の位置を示す記号1,2,3,4,5をあわせて示している。区画41の位置は、これらの符号を用いて、A1、A2、…、E5と表すこととする。
また、設定領域12は、連続する区画41を組み合わせて設ける。本実施の形態では、区画41を3行3列に並べた縦15cm×横15cmの正方形の領域を設定領域12とする。この設定領域12は区画41の全ての組み合わせに対して設けられている。つまり、本実施の形態では、9つの設定領域12が設けられていて、それぞれの設定領域12を構成する区画41は以下の通りである。
第1の設定領域: A1,A2,A3,B1,B2,B3,C1,C2,C3
第2の設定領域: A2,A3,A4,B2,B3,B4,C2,C3,C4
第3の設定領域: A3,A4,A5,B3,B4,B5,C3,C4,C5
第4の設定領域: B1,B2,B3,C1,C2,C3,D1,D2,D3
第5の設定領域: B2,B3,B4,C2,C3,C4,D2,D3,D4
第6の設定領域: B3,B4,B5,C3,C4,C5,D3,D4,D5
第7の設定領域: C1,C2,C3,D1,D2,D3,E1,E2,E3
第8の設定領域: C2,C3,C4,D2,D3,D4,E2,E3,E4
第9の設定領域: C3,C4,C5,D3,D4,D5,E3,E4,E5
また、図4には、放射線の入射位置の例を模式的に示している。被検査対象から放出された放射線が入射した位置、すなわち、その放射線がシンチレータ19と相互作用を起こした位置を白抜きの丸13で示した。バックグラウンドの放射線が入射した位置、すなわち、その放射線がシンチレータ19と相互作用を起こした位置を白抜きの三角14で示した。バンクグラウンドの放射線は、検出領域40の全体に亘って均一に入射するが、被検査対象から放出される放射線は、被検査対象の汚染範囲に対向する領域11に多く入射する。
次に、この放射性表面汚染検査装置の動作を説明する。以下の説明において、図3および図4における横方向をX方向と呼び、縦方向をY方向と呼ぶこととする。
光電子増倍管15,16,17のうち、Y方向に並んだ2つの光電子増倍管15,16を第1の光電子増倍管15および第2の光電子増倍管16と呼ぶこととする。また、第1および第2の光電子増倍管15,16とX方向の位置が異なる光電子増倍管を第3の光電子増倍管17と呼ぶこととする。
第1の光電子増倍管15の出力波高値をP、第2の光電子増倍管16からの出力波高値をP、第3の光電子増倍管17からの出力波高値をPとすると、放射線の入射位置座標(X,Y)は、以下の式により求めることができる。
X=P/(P+P+P)×L …(1)
Y=P/(P+P)×L …(2)
ここで、Lは検出領域40のX方向の長さ、Lは検出領域40のY方向の長さである。
入射位置演算器22は、たとえば式(1)および式(2)により放射線の入射位置を求めて、いずれの区画41に放射線が入射したかを特定する。
なお、理想的には式(1)および式(2)により位置を求める事ができるが、誤差が生じる場合がある。この誤差の原因としては、たとえば集光のばらつきや電気信号への変換の際のゲインのばらつきがある。また、光電子増倍管15,16,17は検出領域40の末端に位置することが理想的であるが、実際には多少内部側に位置しているため、誤差の原因となる場合がある。そこで、検出領域40上の何点かに放射線源を置いた場合の入射位置を演算してみて、各演算出力値に対する位置補正量の関係を求めて補正を行ってもよい。
また、入射位置演算器22は、ニューラルネットワークを用いたものであってもよい。この場合、放射線源を検出領域40上の異なる位置においたときの光電子増倍管15,16,17の出力の組み合わせを何点か用意し、その組み合わせを学習パターンとしてニューラルネットワークに学習させる。これにより、光電子増倍管15,16,17の出力を学習済みのニューラルネットワークに入力することにより、放射線の入射位置をニューラルネットワークから出力させることができる。出力が連続的に出力されるニューラルネットワークでは、学習パターンに含まれた以外の位置での結果に対しても適切な補間が行われた出力がなされる。他のパターン識別アルゴリズムを用いて、入射位置を求めてもよい。
カウント保持器23は、放射線の量を入射した区画41ごとに積算した区画放射線積算量を記憶する。たとえば、カウント保持器23は、25個のそれぞれの区画41に対応する区画カウンタ31を備えていて、区画カウンタ31のそれぞれが、対応する区画41に入射した放射線の量を積算して区画放射線積算量を求め、この値を記憶する。
設定領域積算器24は、9個の設定領域12のそれぞれに対して、設定領域12に属する区画41に対応する区画放射線積算量を足し合わせて設定領域放射線積算量を求める。この設定領域放射線積算量は、設定領域汚染量記憶器25に記憶される。
警報判定器26は、設定領域放射線積算量が所定の警報設定値よりも大きい場合に警報を発生させる。警報位置記憶器27は、設定領域放射線積算量が警報設定値よりも大きい設定領域12を記憶する。
区画放射線積算量、設定領域放射線積算量および警報設定値としては、たとえば単位面積当たりの放射線の計数率を用いることができる。また、本実施の形態では、全ての区画41は同じ面積であり、全ての設定領域12は同じ面積であるため、それぞれ、放射線の計数率そのものの値を面積で除することなく用いることもできる。さらに、計数率ではなく、所定の期間における放射線の係数そのものを用いてもよい。区画放射線積算量および設定領域放射線積算量の積算、並びに、設定領域放射線積算量と警報設定値との比較は、たとえば周期的に行う。
表示伝送器28は、設定領域放射線積算量を表示するとともに、その放射線設定領域積算量を示す信号を外部の機器に出力する。また、表示伝送器28は、警報判定器26から警報が発生した信号を受け取ってその旨を表示し、警報位置記憶器27から設定領域放射線積算量が警報設定値よりも大きい設定領域12を示す信号を受け取って、その位置を表示してもよい。
たとえば図4において、破線で示す領域11と対向する位置に被検査対象の汚染範囲が存在した場合、第1の設定領域12(A1,A2,A3,B1、B2,B3,C1,C2,C3)における設定領域放射線積算量を求めることにより、15cm×15cmの範囲内の十分な汚染検査を行うことができる。
また、メッシュ状に分割した場合、複数の区画41に亘る汚染は、放射線の計数が複数の区画41に分かれることで検出効率が下がることになる。しかし、本実施の形態では、上述のように区画41を組み合わせた9通りの設定領域12に対して汚染を監視している。このため、被検査対象の10cm×10cm以下のいかなる領域の汚染についても、最低限1つの設定領域12が、その汚染領域の全域を覆うことになり、その汚染領域からの計数をひとつの設定領域12で計数することとなる。よって、十分な検出効率を確保する事ができる。
バックグラウンドの放射線は検出領域40の全体に満遍なく分布するのに対して、汚染による計数は汚染している場所周辺に集中する。このため、汚染範囲周辺のみの計数に限定して評価することで、汚染の計数はそのままでバックグラウンドの放射線による影響を低減することができる。たとえば、25cm×25cmの領域に対して、15s−1のバックグラウンドによるカウントがあるとした場合、15cm×15cmの領域に限定すれば、そのときのバックグラウンドによるカウント(CBG)は、
BG=15(s−1)/(25cm×25cm)×(15cm×15cm)
=5.4(s−1
となり、検出領域40の全体におけるバックグラウンドの放射線の影響の36%となる。
検出限界A(Bq/cm)は、たとえば(3)式で評価することができる。
Figure 2008292166
ここで、Kは検出効率の逆数にほぼ比例する校正定数(Bq/cm/s−1)、Tsは測定時間(s)、Tbはバックグラウンドの放射線の計数率(s−1)、Tbはバックグラウンド測定時間(s)である。
(3)式からわかるとおり、検出限界は検出効率に逆比例し、バックグラウンドの放射線の計数率の1/2乗に影響される。検出効率は、汚染領域を測定する場合には減少することはなく、バックグラウンドの放射線の計数率は上述の例の場合には36%にまで減少するので、検出限界が改善されることがわかる。
このように、本実施の形態では、被検査対象の放射性汚染を、小面積の検出器により局所的な汚染を測定した場合と同程度の検出限界性能を持ちつつ、大面積を一度に検査できる。なお、ここでは被検査対象を放射線検出器21に密着させて測定する場合について説明しているが、両者が離れている場合であっても、立体角に応じて放射線の入射位置の分布は広がるものの、汚染領域を中心に分布するため、同様の方法で領域ごとの放射性汚染を検査できる。
また、本実施の形態では、放射線検出器21として複数の光電子増倍管15,16,17とシンチレータ19を用いたが、たとえばピクセル型の半導体検出器、微細な電極を有するガス検出器などを用いてもよい。
[第2の実施の形態]
図5は、本発明に係る放射性表面汚染検査装置の第2の実施の形態における放射線検出器の図6におけるV−V矢視断面図である。図6は、図5におけるVI−VI矢視断面図である。
本実施の形態では、4台の光電子増倍管15,16,17,18を用いている。これらの光電子増倍管15,16,17,18は、ケース29の四隅にそれぞれ配置されている。図6における横方向をX方向と呼び、縦方向をY方向と呼ぶこととする。また、4台の光電子増倍管15,16,17,18のそれぞれを、図6において、左上に位置するものを第1の光電子増倍管15、左下に位置するものを第2の光電子増倍管16、右上に位置するものを第3の光電子増倍管17、右下に位置するものを第4の光電子増倍管18と呼ぶこととする。
第1の光電子増倍管15の出力波高値をP、第2の光電子増倍管16からの出力波高値をP、第3の光電子増倍管17からの出力波高値をP、第4の光電子増倍管18からの出力波高値をPとすると、放射線の入射位置座標(X,Y)は、以下の式により求めることができる。
X=(P+P)/(P+P+P+P)×L …(4)
Y=(P+P)/(P+P+P+P)×L …(5)
ここで、Lは検出領域40のX方向の長さ、Lは検出領域40のY方向の長さである。
このようにして求めた放射線の入射位置を用いて、第1の実施の形態と同様に、放射性汚染を検査できる。このため、被検査対象の放射性汚染を、小面積の検出器により局所的な汚染を測定した場合と同程度の検出限界性能を持ちつつ、大面積を一度に検査できる。さらに、第1の実施の形態に比べて光電子増倍管の数を多くしているため、放射線の入射位置の特定精度および検出限界が改善される。
[第3の実施の形態]
図7は、本発明に係る放射性表面汚染検査装置の第3の実施の形態における放射線検出器の図8におけるVII−VII矢視断面図である。図8は、図7におけるVIII−VIII矢視断面図である。
本実施の形態では、検出領域40が一方向に長い長方形であり、検出領域40は、X方向に分割されていて、Y方向には分割されていない。この放射性表面汚染検査装置は、特に一方向に長い被検査対象の放射性汚染を検査に好適である。
放射線検出器21は、2台の光電子増倍管15,16を用いている。これらの光電子増倍管15,16は、ケース29の両端部にそれぞれ配置されている。図8における横方向をX方向と呼ぶこととする。また、2台の光電子増倍管15,16のそれぞれを、図8において、左に位置するものを第1の光電子増倍管15、右に位置するものを第2の光電子増倍管16と呼ぶこととする。
検出領域40はX方向にのみ分割されているため、入射位置演算器22は、放射線のX方向の入射位置を求める。第1の光電子増倍管15の出力波高値をP、第2の光電子増倍管16からの出力波高値をPとすると、放射線の入射位置座標(X)は、以下の式により求めることができる。
X=P/(P+P)×L …(6)
ここで、Lは検出領域40のX方向の長さ、Lは検出領域40のY方向の長さである。
このようにして求めた放射線の入射位置を用いて、第1の実施の形態と同様に、放射性汚染を検査できる。このため、被検査対象の放射性汚染を、小面積の検出器により局所的な汚染を測定した場合と同程度の検出限界性能を持ちつつ、大面積を一度に検査できる。また、被検査対象が一方向に長い場合には、2台の光電子増倍管を用いればよいため、放射性表面汚染検査装置を単純化することが可能で、製造コストを削減することができる。
[その他の実施の形態]
なお、以上の説明は単なる例示であり、本発明は上述の各実施の形態に限定されず、様々な形態で実施することができる。また、各実施の形態の特徴を組み合わせて実施することもできる。
本発明に係る放射性表面汚染検査装置の第1の実施の形態におけるブロック図である。 本発明に係る放射性表面汚染検査装置の第1の実施の形態における放射線検出器の図3におけるII−II矢視断面図である。 図2におけるIII−III矢視断面図である。 本発明に係る放射性表面汚染検査装置の第1の実施の形態における検出領域の分割方法を示す平面図である。 本発明に係る放射性表面汚染検査装置の第2の実施の形態における放射線検出器の図6におけるV−V矢視断面図である。 図5におけるVI−VI矢視断面図である。 本発明に係る放射性表面汚染検査装置の第3の実施の形態における放射線検出器の図8におけるVII−VII矢視断面図である。 図7におけるVIII−VIII矢視断面図である。
符号の説明
12…設定領域、15,16,17,18…光電子増倍管、19…シンチレータ、21…放射線検出器、22…入射位置演算器、23…カウント保持器、24…設定領域積算器、25…設定領域汚染量記憶器、26…警報判定器、27…警報位置記憶器、28…表示伝送器、29…ケース、31…区画カウンタ、40…検出領域、41…区画

Claims (13)

  1. 平面状の検出領域に入射した放射線を検出する放射線検出器と、
    前記検出領域をメッシュ状に分割した区画のうちのいずれの区画に前記放射線が入射したかを特定する入射位置演算器と、
    前記放射線の量を入射した前記区画ごとに積算した区画放射線積算量を記憶するカウント保持器と、
    連続する前記区画を組み合わせて設けられた設定領域のそれぞれに対してこの設定領域に属する前記区画に対応する前記区画放射線積算量を足し合わせて設定領域放射線積算量を求める設定領域積算器と、
    を有することを特徴とする放射性表面汚染検査装置。
  2. 前記区画は互いに同じ面積であって、前記設定領域は互いに同じ数の前記区画を組み合わせたものである、ことを特徴とする請求項1に記載の放射性表面汚染検査装置。
  3. 前記設定領域は前記区画の全ての組み合わせに対して設けられていることを特徴とする請求項2に記載の放射性表面汚染検査装置。
  4. 前記区画は一辺の長さが5cmの正方形であり、前記設定領域は一辺の長さが15cmの正方形であることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の放射性表面汚染検査装置。
  5. 前記設定領域放射線積算量が所定の警報設定値よりも大きい場合に警報を発生させる警報判定器、を有することを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の放射性表面汚染検査装置。
  6. 前記警報設定値は、40Bq相当の放射能を検知したときの値であることを特徴とする請求項5に記載の放射性表面汚染検査装置。
  7. 前記警報設定値は、4Bq相当の放射能を検知したときの値であることを特徴とする請求項5に記載の放射性表面汚染検査装置。
  8. 前記設定領域放射線積算量が前記警報設定値よりも大きい前記設定領域を記憶する警報位置記憶器、を有することを特徴とする請求項5ないし請求項7のいずれか1項に記載の放射性表面汚染検査装置。
  9. 前記設定領域放射線積算量を表示する表示手段、を有することを特徴とする請求項1ないし請求項8のいずれか1項に記載の放射性表面汚染検査装置。
  10. 前記設定領域放射線積算量を示す信号を出力する伝送手段、を有することを特徴とする請求項1ないし請求項9のいずれか1項に記載の放射性表面汚染検査装置。
  11. 前記検出器は、前記検出領域を覆うシンチレータとこのシンチレータの背面に設けられた複数の光電子増倍管とを備え、前記入射位置演算器は、前記光電子増倍管のそれぞれの出力波高値に基づいて前記放射線が入射した位置を演算することを特徴とする請求項1ないし請求項10のいずれか1項に記載の放射性表面汚染検査装置。
  12. 前記入射位置演算器は、前記出力波高値を入力として前記放射線が入射した位置を出力するニューラルネットワークを備えることを特徴とする請求項11に記載の放射性表面汚染検査装置。
  13. 平面状の検出領域に入射した放射線を検出する工程と、
    前記検出領域をメッシュ状に分割した区画のうちのいずれの区画に前記放射線が入射したかを特定する工程と、
    前記放射線の量を入射した前記区画ごとに積算した区画放射線積算量を記憶する工程と、
    連続する前記区画を組み合わせて設けられた設定領域のそれぞれに対してこの設定領域に属する前記区画に対応する前記区画放射線積算量を足し合わせて設定領域放射線積算量を求める工程と、
    を有することを特徴とする放射性表面汚染検査方法。
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