JP2013205153A

JP2013205153A - 放射線測定システム

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Publication number: JP2013205153A
Application number: JP2012073124A
Authority: JP
Inventors: Akihito Yamaguchi; 明仁山口
Original assignee: Hitachi Aloka Medical Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2012-03-28
Filing date: 2012-03-28
Publication date: 2013-10-07
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: JP5925009B2

Abstract

【課題】土壌等の対象物の内部で放射線の測定を行う。その場合に外界から飛来する放射線による影響を受けないようにする。
【解決手段】
土壌サーベイメータは測定装置３０と制御装置３２からなる。測定装置３０は、土壌に挿入される挿入ユニット３４を有し、その内部には検出ユニット４２が昇降可能に配置されている。検出ユニット４２は、メイン検出器５６と、上側サブ検出器５８と、下側サブ検出器６０と、を有する。指向特性形成部７３は、メイン検出器５６の検出信号に対して前記上側サブ検出器５８の検出信号及び下側サブ検出器６０の検出信号に基づく非同時計数処理を実行する。これにより、検出ユニット４２において、主感度方向を水平方向とした水平指向特性６８が生じる。検出ユニット４２の深さ位置を可変すれば線量グラフを作成することができる。メイン検出器の水平方向周囲にサブ検出器を設けるようにしてもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は放射線測定システムに関し、特に土壌等の対象物の内部における放射性汚染を調査するための放射線測定システムに関する。

従来の一般的なサーベイメータは、可搬型の検出プローブ、及び、表示器や演算部を有する本体、からなる（特許文献１）。図１３には、検出プローブの一例が示されている。検出プローブ１０内には、円柱状のシンチレータ部材１２、光電子増倍管（ＰＭＴ）１４、電子回路１６等が収容されている。検出プローブ１０内に、放射線検出器としてＧＭ管、半導体検出器等が設けられることもある。図１４には、検出プローブの他の例が示されている。検出プローブ１８内には、平板状のシンチレータ部材２２、光電子増倍管２６、電子回路２８等が収容されている。シンチレータ部材２２から出た光が導光空間２４を経て光電子増倍管２６の受光面に到達すると、光電子増倍管２６においてその光が電気信号に変換される。

対象物の放射性汚染を調査する場合、上記のような検出プローブが対象物の表面に近付けられ、その状態で対象物の表面から出て来る放射線が検出される。サーベイメータで測定する放射線として、γ線（Ｘ線）、β線、α線等をあげることができるが、特に、環境中の放射性汚染度合いを調査する場合にはγ線が測定される。

周知のように、γ線（Ｘ線）の透過力は一般に非常に大きく、一般的な検出プローブでは全周囲から飛来するγ線を検出してしまう（図１３、図１４）。検出プローブを対象物の表面に近付けていても、対象物以外からのγ線も検出してしまうのである。例えば、原子力発電所事故等に起因して、土壌、河川、大気、自然物、人口構造物等が広く汚染した場合に、土壌汚染だけを調査するのは容易ではない。例えば、土壌に穴をあけてそこに検出プローブを差し込んでγ線の検出を行っても、土壌に含まれる放射性物質からのγ線の他、大気中に存在する放射性物質からのγ線も一緒に検知してしまうからである。海や河川等の放射性汚染を調査する場合にも同様の問題が生じる。

土壌等の一部を採取してそのサンプルを持ち帰り、遮蔽室を備えた大型の放射線測定装置を用いてサンプルに含有される放射性物質を調査することは可能である。しかし、その場合には測定結果が出るまでかなりの時間を要してしまう。汚染源の特定、汚染範囲の調査等のためには現場で測定結果が得られるようにする必要がある。

特許文献２には、コリメータ（遮蔽部材）を備えた検出プローブが開示されている。その検出プローブは対象物の外部に配置して用いられるものである。特許文献３には、複数の穴を有する遮蔽部材と、複数の穴の中に配置された複数の放射線検出器と、を有する放射線測定装置が開示されている。特許文献１−３には、検出器を固体、液体等の対象物の中に挿入して放射線を測定する技術については開示されていない。なお、特許文献４には、液体試料及び液体シンチレータの混合液を収容した容器と、容器から出る光を検出する光検出器と、それらを取り囲むように設けられたガード検出器と、を有する放射線検出装置（液体シンチレーションカウンタ）が開示されている。

特開２００７−１７０９３５号公報特開２００２−２１４３５３号公報特開２００２−６０５３号公報特開平１０−２２７８６６号公報

本発明の目的は、土壌等の対象物の内部において放射線を高精度に測定できる放射線測定装置を提供することにある。あるいは、本発明の目的は、土壌等の対象物の内部汚染の測定に当たって外界から飛来する放射線の影響を除外又は軽減できるようにすることにある。あるいは、本発明の目的は、土壌等の対象物における複数の深さ位置で内部汚染を測定できるようにすることある。

（１）望ましくは、放射線測定システムが、土壌等の対象物の表面から深さ方向へ挿入され、前記対象物の内部で放射線を検出する検出ユニットを備える挿入ユニットと、前記検出ユニットからの信号を処理する信号処理ユニットと、を含み、前記検出ユニットは、外界から前記対象物の表面を介して前記対象物の内部に進入した外来放射線と、前記対象物の内部において測定対象とする対象放射線と、を区別して測定するための空間的関係を有するメイン検出器及び第１サブ検出器を含み、前記信号処理ユニットは、前記メイン検出器から出力されたメイン検出信号と前記第１サブ検出器から出力された第１サブ検出信号とに基づいて、前記外来放射線の信号成分を除去又は低減しつつ前記対象放射線の信号成分を抽出する指向特性形成処理を実行する指向特性形成部を含む。

上記構成によれば、対象物の表面からその内部へ挿入ユニットが挿入され、対象物の内部で検出ユニットによって放射線（望ましくはγ線）が検出される。検出ユニットは、少なくとも、メイン検出器及び第１サブ検出器を含み、それらは所定の空間的関係をもって配置される。所定の空間的関係は、外界から対象物の表面を介して対象物の内部に進入した外来放射線（あるいは測定対象外の放射線）と、対象物の内部において測定対象とする対象放射線と、を区別して測定するためのものである。例えば、非測定対象である外来放射線がメイン検出器及び第１サブ検出器の両方で同時に検出され且つ対象放射線がメイン検出器及び第１サブ検出器においてそれぞれ個別的につまり非同時に検出されるようにするために、メイン検出器から見て外来放射線が進入してくる側にメイン検出器を覆うあるいは隠すように第１サブ検出器が配置される。この場合、指向特性形成処理として、メイン検出信号に対して第１サブ検出信号を参照信号として利用した非同時計数処理（パルス除外処理）を適用するのが望ましい。他の構成では、非測定対象である外来放射線がメイン検出器及び第１サブ検出器においてそれぞれ個別的につまり非同時に検出され且つ対象放射線がメイン検出器及び第１サブ検出器の両方で同時に検出されるようにするために、メイン検出器から見て対象放射線が進入してくる側にメイン検出器を取り囲むように第１サブ検出器が配置される。この場合、指向特性形成処理として、メイン検出信号に対して第１サブ検出信号を参照信号として利用した同時計数処理を適用するのが望ましい。上記の２つの方法が組み合わされてもよい。それ以外の方式が採用されてもよい。いずれにしても、複数の検出器の空間的配置と複数の検出信号間の関係を利用した処理とを組み合わせて、検出ユニット全体として所望の指向特性が生じるように、つまり目的放射線の検出信号成分を取り出せるように構成するのが望ましい。

上記の信号処理ユニットは、少なくともメイン検出信号及び第１サブ検出信号を用いて指向特性形成処理を実行する指向特性形成部を有する。指向特性形成処理は、外来放射線に対応する信号成分を除外又は軽減し、対象放射線に対応する信号成分を抽出する処理に相当する。事後的な信号処理によって、検出ユニットにおいて測定目的に合致した指向特性（対象物内指向特性）を生じさせることができる。これにより、対象物それ自体の内部線量、対象物内の放射能、対象物内部の汚染度合い、等を指標する測定結果を得ることが可能となる。その場合において、外界からの放射線の影響を受け難いので、測定精度を高められる。

（２）対象物は、土壌（大地）、水（海、湖、川、プール等）、人口構造物（コンクリートブロック、廃棄物等）、樹木、等である。対象物内部の放射性物質濃度、汚染、線量等が問題となる場合一般に上記構成を適用することが可能である。指向特性形成処理により、少なくとも外界からの放射線が除去又は低減される。その場合、下向き半球状の感度特性が形成されるようにしてもよい。望ましくは、深さ方向に直交する平面的な指向特性が形成されるのが望ましい。そのような指向特性を利用して、特定の深さについて他の深さからの影響をあまり受けないで線量測定を行える。平面的な指向特性が検出器周りの３６０度の方位範囲にわたって形成されてもよいし、特定の方位範囲だけに形成されてもよい。後者によれば深さと方位とを限定した測定を行える。各検出器の構成や複数の検出器の空間的関係を変更することにより、所望の指向特性を形成することができる。挿入ユニット自体に放射性汚染が生じないように挿入ユニットの外側にカバーを被せるようにしてもよい。挿入ユニットの挿入に先立って、対象物に穴が形成され、そこに挿入ユニットが指し込まれてもよい。対象物に生じている窪みに挿入ユニットを配置した上でその周囲を埋めることによって結果として挿入状態が形成されるようにしてもよい。土の中のかなり深い位置まで検出器を到達させて、地下水の放射性汚染を調査することも可能である。検出器は、シンチレータ検出器であるのが望ましい。検出器からの信号の取り出しは有線又は無線で行われる。挿入ユニットは、防水・防塵型として構成するのが望ましい。検出器としてシンチレータ検出器が利用される場合、複数の検出器の空間的関係は、有感部である複数のシンチレータ部材の空間的関係として捉えることができる。

（３）望ましくは、前記第１サブ検出器は前記メイン検出器の前記表面側に設けられ、前記指向特性形成処理は前記第１サブ検出信号に基づく前記メイン検出信号に対する第１の非同時計数処理を含む。この構成によれば、例えば、外来放射線が第１サブ検出器を通過してメイン検出器に到達する。一方、水平方向から飛来する放射線は、第１サブ検出器を経由せずに直接的にメイン検出器に到達する。メイン検出器の下方に第２サブ検出器を設けない場合、メイン検出器の下方からの放射線も直接的にメイン検出器に到達する。すなわち、メイン検出器の上方から飛来する外来放射線はメイン検出器及びサブ検出器において同時に検出され、一方、対象放射線についてはサブ検出器を通過することなくメイン検出器において検出される。そのような条件の違いを利用して、メイン検出信号中における外来放射線成分を除外することが可能である。

望ましくは、前記検出ユニットは前記メイン検出器の前記表面側とは反対側に設けられた第２サブ検出器を含み、前記指向特性形成処理は前記第２サブ検出信号に基づく前記メイン検出信号に対する第２の非同時計数処理を含む。この構成によれば、メイン検出器の上側及び下側の両方から到来する放射線を測定対象から除外することができる。これにより、前記検出ユニットは前記深さ方向に直交する水平指向特性を有する。それは平面的な指向特性を意味する。

望ましくは、前記検出ユニットを前記深さ方向に移動させる移動機構が設けられる。この移動機構を利用して、外来放射線の影響なしにあるいはその影響を低減しつつ、所望の深さにおいて放射線の測定を行える。望ましくは、前記移動機構を制御することにより前記深さ方向における前記検出ユニットの位置を制御する制御部と、前記検出ユニットの位置の可変によって取得された複数の放射線検出データに基いて深さと線量との関係を示すグラフを作成するグラフ作成部と、を含む。

望ましくは、前記挿入ユニットは、前記深さ方向に伸長した部材であって放射線を透過する材料で構成された中空部材を含み、前記中空部材の内部空間に前記対象物から隔てられつつ前記検出ユニットが設けられる。この中空部材によれば、検出ユニットの汚染を防止でき、またその保護を図れる。

望ましくは、前記挿入ユニットは、前記深さ方向に配列された複数の検出ユニットを含み、前記複数の検出ユニットにより複数の深さ位置において放射線が測定される。この構成によれば複数の深さ位置において同時に線量測定等を行える。

望ましくは、前記第１サブ検出器は前記メイン検出器の水平方向周囲に設けられ、前記指向特性形成処理は前記メイン検出信号と前記第１サブ検出信号とに基づく同時計数処理である。この構成によれば、対象放射線がメイン検出器と第１サブ検出器の両方で同時に検出される。一方、外来放射線はメイン検出器と第１サブ検出器において個別的に非同時で検出される。そのような条件の違いを利用して、対象放射線の信号成分を抽出することが可能である。第１サブ検出器の形態を調整することにより検出ユニットの指向特性（指向角、指向方向、検出方位範囲等）を自由に設定できる。この同時計数方式を利用した構成は対象放射線をメイン検出器及び第１サブ検出器の内で一方を透過させてから他方で検出することになるので、透過時の減衰が問題となるような場合には、上記の非同時計数方式に基づく構成を採用するのが望ましい。なお、２つの方式を組み合わせることも可能であり、また遮蔽部材（コリメータ）を組み合わせることも可能である。

望ましくは、土壌等の対象物の表面から深さ方向へ挿入され、前記対象物の内部で放射線を検出する検出ユニットを備える挿入ユニットと、前記検出ユニットからの信号を処理する信号処理ユニットと、を含み、前記検出ユニットは、それぞれ放射線を検出する深さ方向に整列したｎ（但しｎは４以上）個の検出器からなる検出器列を有し、前記信号処理ユニットは、前記検出器列においてｉ（但し２≦ｉ≦ｎ−１）番目の検出器の検出結果に対して、ｉ−１番目の検出器の検出結果に基づく非同時計数処理及びｉ＋１番目の検出器の検出結果に基づく非同時計数処理を実行する。この構成によれば、隣接する３つのシンチレータを単位として、メイン検出器、上側サブ検出器（第１サブ検出器）及び下側サブ検出器（第２サブ検出器）が構成される。上端及び下端を除いて、各シンチレータが検出深さ次第で複数の機能を選択的に発揮することになる。

望ましくは、前記対象物は土壌であり、前記土壌に対して前記挿入ユニットを支持する支持機構が設けられる。望ましくは、前記対象物は水であり、前記水に対して前記挿入ユニットを支持する支持機構が設けられる。

望ましくは、放射線測定方法が、対象物に対してその表面から穴を形成する形成工程と、前記穴に対して複数の検出器を挿入する工程と、前記穴の内部において複数の深さ位置で前記複数の検出器を用いて放射線の検出を行う工程と、前記複数の深さ位置での前記複数の検出器を用いた放射線の検出により得られた複数の信号を処理することにより前記対象物内の放射性物質から出た放射線に対応する目的信号成分を抽出する信号処理工程と、前記複数の深さ位置に対応する複数の目的信号成分に基づいて、深さと線量との関係を示すグラフを生成する工程と、を含む。穴は手作業で形成でき、あるいは専用の機械を利用して形成される。望ましくは、上記グラフに基づいて前記土壌に対して行う除染作業の深さ範囲を決定する除染範囲決定方法が提供される。なお、上記構成の転用例としては、水平指向特性を使った対象物表面の測定、空中における高さごとの測定が考えられる。

本発明によれば、土壌等の対象物の内部において放射線を高精度に測定できる。あるいは、本発明によれば、土壌等の対象物の内部汚染の測定に当たって外界から飛来する放射線の影響を除外又は軽減できる。あるいは、本発明によれば、土壌等の対象物における複数の深さ位置で内部汚染を測定できる。

本発明に係る土壌サーベイシステムの構成例を示す図である。図１に示した検出ユニットの拡大図である。図１に示した指向特性形成部の構成例を示す図である。線量分布の一例を示す図である。検出ユニットの他の構成例を示す図である。同時計数方式を適用した場合の構成例を示す図である。本発明に係る土壌サーベイシステムの他の構成例を示す図である。線量分布の他の例を示す図である。本発明に係る土壌サーベイシステムの更に他の構成例を示す図である。無線通信を利用したシステム構成例を示す図である。地山に対する放射線測定の一例を示す図である。本発明に係る水中サーベイシステムの構成例を示す図である。一般的な検出プローブの一例を示す図である。一般的な検出プローブの他の例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には、本発明に係る放射線測定システムの一例が示されている。このシステムは、土壌又は大地の内部における放射性汚染を調査するための土壌サーベイシステムである。

土壌サーベイシステムは、測定装置３０と、制御装置３２と、からなる。測定装置３０は、例えば学校の校庭等の測定場所（通常、屋外）に設置される。制御装置３２はパーソナルコンピュータ又は専用装置として構成される。測定装置３０の近くに制御装置３２が配置されてもよいが、両者が隔てて配置されてもよい。測定装置３０がネットワークや通信回線を介して制御装置３２に接続されてもよい。

測定装置３０について説明する。測定装置３０は、挿入体としての挿入ユニット３４、測定台座としてのサポートユニット３６、等を有している。挿入ユニット３４は、図１に示す例において、深さ方向に伸長した円柱状の形態を有する。挿入ユニット３４は土壌の表面３９から掘削によって形成された穴３８内に挿入される。穴３８は手作業により形成され、あるいは、機械を利用して形成される。挿入ユニット３４自体がドリルのような機能を有していてもよい。挿入ユニット３４の外径は例えば１０−１５ｃｍであり、その全長は１−３ｍである。挿入ユニット３４における表面３９よりも上方の部分（上方端部分）は例えば数十ｃｍである。挿入ユニット３４の形態は目的等に応じて適宜定められる。細径形を採用することもできるし、小型化も可能である。例えば、地中深くまで挿入される挿入ユニットが構成されてもよい。

サポートユニット３６は表面（地面）３９上に設置され、挿入ユニット３４を支持するものである。サポートユニット３６は台座として機能する。それはサポート台（水平板）４４、脚部４６等を有する。サポート台４４は検出ユニット３４の蓋としても機能する。サポート台４４を通じてリール４８が回転可能に設けられている。それはモータ等の駆動部５２からの駆動力によって回転する。リール４８にはワイヤ５０が巻き付けられている。ワイヤ５０はサポート台４４を通じて検出ユニット３４の内部へ導かれており、その下端は測定ユニット４２に連結されている。測定ユニット４２はワイヤによって吊り下げられている。測定ユニット４２から伸びるケーブル（信号線、電源ケーブル等）はサポート台を通じて制御装置３２へ導かれている。図１に示す有線方式に代えて無線方式を採用することもできる。深度検出器５４は、検出ユニット４２の位置（深さ）を直接的に又は間接的に検出するものである。深度検出器５４として、ワイヤ５０の動作量を検出するものを利用してもよいし、サポート台４４から検出ユニット４２までの距離を測定する距離センサを利用してもよい。駆動部５２の動作は制御装置３２により制御されており、深度検出器５４の出力信号は制御装置３２へ送られる。駆動部５２に代えて手作業で検出ユニット４２の深さ位置が設定されてもよい。

本実施形態では、移動機構としてリール５２及びワイヤ５０が設けられている。それに代わる移動機構として、ラック及びピニオンを利用する機構、ベルト駆動方式による機構、油圧力を利用する機構、ロッドを利用する機構、等を利用することができる。挿入ユニット３４は、通常、表面３９に対して垂直な方向に挿入される。但し、斜め方向に挿入されてもよい。

挿入ユニット３４は、筒状のガイド部材４０と、その内部に昇降自在に設けられた検出ユニット４２と、を有する。ガイド部材４０は、放射線（本実形態ではγ線）を透過させる（あまり減弱させない）材料、例えば樹脂やアルミニウムで構成される。その肉厚は構造的に一定の強度が得られる限りにおいて薄くしてもよい。ガイド部材４０は、対象物としての土壌とその内部の検出ユニット４２とを隔てる機能を発揮する。すなわち、検出ユニット４２の汚染防止、検出ユニットの保護、等の機能を発揮する。ガイド部材４０が透明フィルム等からなるカバーによって覆われるようにしてもよい。これは挿入ユニット３４の汚染防止のためである。

検出ユニット４２は可動体を構成するものであり、ガイド部材４０の内部空間４０Ａにおいて昇降運動する。検出ユニット４２を任意の深さに設置してその深さで放射線の測定を行える。検出ユニット４２を一定速度で上方又は下方へ運動させながら放射線の測定を行うことも可能である。

本実施形態において、検出ユニット４２は、メイン検出器５６、上側サブ検出器（第１サブ検出器）５８、下側サブ検出器（第２サブ検出器）６０及び中空のケース７０を有する。メイン検出器５６、上側サブ検出器５８及び下側サブ検出器６０の出力信号に対する指向特性形成処理の結果として、検出ユニット４２において水平方向指向特性６８が電子的に生じる。それは水平方向に面状に広がる指向特性であり、主感度方向は水平方向の全方位となっている。但し、一定の方位範囲だけを測定するように構成することも可能である。その範囲の大きさや方位を可変設定するように構成することもできる。

図２には、検出ユニットの拡大図が示されている。検出ユニット４２は、上記のように、メイン検出器５６、上側サブ検出器５８及び下側サブ検出器６０を有している。上側サブ検出器５８及び下側サブ検出器６０はそれぞれガード検出器として機能する。メイン検出器５６は、検出ユニット４２の中心に配置された円形又は円盤形を有するシンチレータ部材２５０と、そこで生じた光を電気信号に変換する光電子増倍管（ＰＭＴ）２５２と、で構成される。シンチレータ部材２５０は、放射線に対する有感部分である。光電子増倍管２５２の受光面が下方に向けられており、その受光面がシンチレータ部材２５０の上面に密着している。両者の間に導光部材を配置してもよい。シンチレータ部材２５０に放射線が入射すると、そこで光が生じ、その光が受光面に到達して電気信号に変換される。光電子増倍管２５２は検出ユニット４２の中心軸上に配置されている。シンチレータ部材２５０は他のシンチレータ部材と同様、例えばＮａＩシンチレータとして構成される。他の材料で構成されてもよい。光電子増倍管２５２は一般に円柱形状を有する。

上側サブ検出器５８は、円盤状のシンチレータ部材２５４と、光電子増倍管２５６と、で構成される。シンチレータ部材２５４は、シンチレータ部材２５０の上側において、その全体を覆うように水平方向に広がった形態を有する。シンチレータ部材２５４の直径は、シンチレータ部材２５０の直径よりも大きい。両者の直径差によりリング状の溝（開口部）６６が形成されている。光電子増倍管２５２の受光面はシンチレータ部材２５４の上面に密着している。両者間に導光部材を配置してもよい。光電子増倍管２５６は、検出ユニットの中心軸から偏移した位置に設けられている。但しその設置位置は任意である。重量バランス、設置スペース等を考慮して適宜定めればよい。上下方向（深さ方向）において、シンチレータ部材２５４の厚みはシンチレータ部材２５０の厚みよりも小さい。しかし、検出感度その他の条件に基づいて各厚みを設定すればよい。シンチレータ部材２５４が水平方向に広がっているため、上方からシンチレータ部材２５０に到達する放射線の内で多くのものがシンチレータ２５４を通過することになる。そのように２つのシンチレータ部材２５４，２５０で検出される放射線は測定対象外であって、その検出成分は信号処理段階で後述する非同時計数処理により除去される。

下側サブ検出器６０は、シンチレータ部材２５０の下側に設けられており、それは、シンチレータ部材２５８と、光電子増倍管２６０とを有する。シンチレータ部材２５８は、上記のシンチレータ部材２５４と同じ形態を有する。但し、両者の形態を異ならせてもよい。光電子増倍管２６０の受光面は上方を向いており、それはシンチレータ部材２５８の下面に密着している。シンチレータ部材２５８がシンチレータ部材２５０の下側でそれを下方から隠すように水平方向に広がっており、シンチレータ部材２５０へその下方から到達する放射線の内で多くのものがシンチレータ部材２５８を透過する。その放射線は測定対象外であり、それをシンチレータ２５８，２６０での同時検出により特定することが可能である。

シンチレータ部材２５０に対してその水平方向から進入してくる放射線は、シンチレータ部材２５４，２５８を通過せず、それらによっては検出されない。つまり、そのような測定対象放射線を他の放射線から区別して測定することが可能である。なお、シンチレータ部材２５４，２５８に対しても、水平方向から放射線が入射するが、それは後述する非同時計数処理において計数対象とはならない。よって、シンチレータ部材２５０とシンチレータ部材２５４の空間的関係を適宜設定することにより、上方から飛来する放射線の除去範囲を調整でき、同様に、シンチレータ部材２５０とシンチレータ部材２５８の空間的関係を適宜設定することにより、下方から飛来する放射線の除去範囲を調整できる。換言すれば、三者の空間的関係によって、検出ユニットの水平指向特性が定められる。

メイン検出器５６、上側サブ検出器５８及び下側サブ検出器６０はケース７０内に収容されている。ケース７０は放射線透過性をもった部材で構成され、例えば樹脂により構成される。ケース７０の外面とガイド部材４０の内面とが接触する構成となっているため両者間の摩擦を低減するように構成するのが望ましい。内部４０Ａ内に絶縁油等を注入することも可能である。各シンチレータ部材２５０、２５４、２５８においては、光電子増倍管の受光面が密着する部分を除いて、遮光が必要な部分に遮光膜２６２，２６４が設けられている。ケース７０も遮光構造を有する。

本実施形態では図示のような水平指向特性が形成されているため、検出ユニット４２（より正確にはシンチレータ部材）の設置深さにおける土壌の放射線汚染等の測定を高精度に行える。つまり、深さ方向において位置分解能がよい。なお、光電子増倍管に代わる電子回路を利用することも可能である。

図１に戻って、制御装置３２について説明する。信号処理回路７２は、３つの検出器５６，５８，６０が有する３つの光電子増倍管からの出力パルスを処理する回路であり、アンプ、波高弁別器、指向特性形成部７３、等を有している。指向特性形成部７３の構成例が図３に示されている。指向特性形成部７３は、２つの非同時計数回路７３Ａ，７３Ｂを有している。非同時計数回路７３Ａは、メイン検出器から出力されたパルスの内で、上側サブ検出器から出力されたパルスと同時に入力されるパルスを除外し、それ以外のパルスを出力するゲート処理回路である。非同時計数回路７３Ｂは、メイン検出器から出力されたパルスの内で、下側サブ検出器から出力されたパルスと同時に入力されるパルスを除外し、それ以外のパルスを出力するゲート処理回路である。すなわち、検出ユニットの上方から飛来する放射線が上側サブ検出器及びメイン検出器で検出された場合、両方の検出器から同時にパルスが出力され、そのパルスは計数対象から除外される。また、検出ユニットの下方から飛来する放射線が下側サブ検出器及びメイン検出器で検出された場合、両方の検出器から同時にパルスが出力され、そのパルスは計数対象から除外される。よって、メイン検出器からのパルス列の内で、除外対象となっていないパルスだけが信号処理回路から出力される。計数対象となる当該パルスは、メイン検出器が有するシンチレータ部材に対して、他のシンチレータ部材を経由せずに水平方向から直接的に到達した放射線に対応したものとなる。この結果、検出ユニットにおいて水平方向に主感度方向を向けた水平指向特性が生じる。そのような指向特性は深度毎の線量測定において有用なものである。

図１において、演算部７４はカウンタを有し、信号処理回路７２から出力されたパルスをカウントし、具体的には一定時間当たりのカウント数（cpm）を計測する。そのカウント値が線量に換算され、あるいは、放射性物質濃度に換算される。演算部７４がマルチチャンネルアナライザとして構成されてもよい。表示部は液晶表示器等により構成され、その表示画面上には後述するグラフが表示される。測定結果の表示単位としては、線量率（μSv/h）、計数率（cpmもしくはmin^-1）、放射能面密度（Bq/cm²）等があげられる。制御部７８は、制御装置３２が有する各構成の動作制御を行っている。また駆動部５２を制御しており、その際には深度検出器５４からの信号が参照されている。バッテリ７９はシステム全体に電力を供給するものである。一般電源からの電力を使って動作する構成を採用することも可能である。高電圧源８０は３つの検出器が有する３つの光電子増倍管に対してその動作で必要な高電圧を生成するものである。符号８２は、３つの電力信号と３つの検出信号を示している。

制御部７８には入力部８４が接続されている。入力部８４を用いて測定深度がユーザー指定されると、制御部７８はその指定された深度に検出ユニット４２を位置決める制御を実行する。また、スキャンモードが選択された場合、検出ユニット４２を一定速度で上方又は下方に移動させながら、連続的に測定を行わせる制御を実行する。その場合において、信号の移動平均処理に当たっての時定数はスキャン速度つまり昇降速度に応じて適応的に設定される。検出ユニット４２を移動させながら測定を連続的に行うと、制御部７８において図４に示すグラフが生成される。図４において、横軸は線量であり、縦軸は深さを示している。このグラフ８５に示されるように、深さに応じて線量が変動しており、そのようなグラフからどの深さ範囲まで除染を行えばよいのかを的確に決定できる。

次に図１に示したシステムの動作例を説明する。まず学校の校庭等に所定の深さをもった穴３８が形成される。その穴３８の内径は挿入ユニット３４を挿入可能なものとして設定される。穴３８に対してガイド部材４０が挿入され、また表面（地面）３９上にサポートユニット３６が設置される。それと共に、ガイド部材４０の中に検出ユニット４２が吊り下げられた状態で配置される。準備が整ったところで、入力部８４を用いて測定する深さを指定すると、制御部７８が駆動部５２の動作を制御し、検出ユニット４２が指定深さに位置決められる。その場合においては必要に応じて深度検出器５４の出力に基づくフィードバック制御が実行される。検出ユニット４２が位置決めされた後、そこで所定時間にわたって放射線の測定が実行される。これにより指定深度での線量データを得られる。ユーザーがスキャンモードを選択すると、制御部７８は一定の深さ範囲にわたって検出ユニット４２を低速で運動させる。これにより深度ごとに線量データが得られる。それらをプロットすれば図４に示した線量グラフを作成できる。このような測定作業が必要に応じて複数の地点で実施される。

上記構成によれば、対象物としての土壌の内部において、そこに含まれる放射性物質からの放射線を精度良く検出することができ、その場合において、空気中から表面３９を介して進入してくる放射線や地中のより深い地点から到来する放射線を測定対象から除外することができる。よって、対象とする放射線の測定精度を高められる。もっとも、下側サブ検出器６０を取り外せば、下向き半球型の検出感度特性を生じさせることができ、土壌内部の全般にわたって放射線を検出できる。この場合も対象物内指向特性の形成と言いうる。なお、検出ユニット４２の設置状況をモニタするための小型カメラを設けるようにしてもよい。

図５には、検出ユニットの他の構成例が示されている。検出器ユニット２６６は、メイン検出器２６８とサブ検出器２７０とを有する。メイン検出器２６８は、立方体形状を有するシンチレータ部材２７２と、そこで生じた光を検出する光電子増倍管２７４と、を有する。サブ検出器２７０は、上側シンチレータ部材２７４と、下側シンチレータ部材２７６と、光電子増倍管２７８と、を有する。上側シンチレータ部材２７４と下側シンチレータ部材２７６との間であってシンチレータ部材２７２の水平方向周囲には放射線の減衰があまり生じない導光部材２８０が設けられている。２つの検出器２６８，２７０の相互間で光のクロストークが生じないように遮光膜２８２が設けられている。図５に示す構成において、シンチレータ部材２７２に放射線が入射して光が生じると、それが光電子増倍管２７４で検出される。上側シンチレータ部材２７４に放射線が入射して光が生じると、その光は導光部材２８０及び下側シンチレータ部材２７６を介して光電子増倍管２７８に到達して検出される。下側シンチレータ部材２７６に放射線が入射して生じた光も光電子増倍管２７８で検出される。図５に示す構成によれば、上側シンチレータ部材２７４と下側シンチレータ部材２７６で生じた光を単一の光電子増倍管２７８で検出できるので構成を簡略化できる。単一の光電子増倍管を下側ではなく上側に配置するようにしてもよい。光電子増倍管２７８は下側シンチレータ部材２７６に埋設されているが、それを下側シンチレータ部材２７６の外側に配置するようにしてもよい。この図３に示す検出ユニット２６６を利用する場合、指向特性形成部において単一の非同時計数回路を利用して上方及び下方から到来する放射線の計数を除外できる。

図６には検出ユニットについて更に他の構成例が示されている。検出ユニットは、メイン検出器２９０と、サブ検出器２９２と、を有する。メイン検出器２９０は、中心軸上に配置された円柱状のシンチレータ部材２９３と、そこで生じた光を検出する光電子増倍管２９４と、で構成されている。サブ検出器２９２は、リング状のシンチレータ部材２９５と、そこで生じた光を検出する光電子増倍管２９６と、で構成されている。シンチレータ部材２９５は、シンチレータ部材２９３の水平方向の外側においてそれを取り囲むように構成されている。上方からの放射線及び下方からの放射線は直接的にシンチレータ部材２９３に到達し、一方、シンチレータ部材２９３から見て水平方向から到来する放射線はシンチレータ部材２９５を透過した上で、シンチレータ部材２９３に到達する。すなわち、水平方向から飛来する放射線だけが二重に検出される。よって、そのような条件の違いを利用して、特定方向からの放射線の検出パルスを他の検出パルスと識別することが可能となる。すなわち、メイン検出器２９０から出力されるパルス列の内、サブ検出器から出力されたパルスを同時に生じたパルスだけ計数される。他の方向から到来する放射線は２つの検出器に同時に入射することはないので、計数対象から除外される。信号処理回路における指向特性形成部には図示される同時計数回路２９８が設けられる。光電子増倍管２９６は横倒しの姿勢で配置されているが、それを起立状態で配置することも可能である。

図８には、土壌サーベイシステムの他の構成例が示されている。土壌サーベイシステムは、測定装置１００と制御装置１０２とを有する。測定装置１００は、挿入ユニット１０６及びサポートユニット１０４を有する。挿入ユニット１０６は、土壌内に挿入されるものであり、それはシースとしてのガイド部材１０８を有する。ガイド部材１０８は放射線を透過させる部材で構成された中空の円筒部材である。その内部には、上下方向に整列した複数の検出ユニット１１０ａ―１１０ｅからなる検出器ユニット列１１０が設けられている。各検出ユニット１１０ａ―１１０ｅは図２に示した構成を有する。制御装置１０２は、複数の検出ユニット１１０ａ―１１０ｅに対応して設けられた複数の信号処理回路１１２Ａを有する。各信号処理回路１１２Ａは、図３に示した構成を有する。すなわち、２つの非同時計数回路を備える。これにより各検出ユニット１１０ａ―１１０ｅにおいて水平指向特性が生じる。演算部１１６は、各検出ユニット１１０ａ―１１０ｅごとに計数を行い、これにより複数の深さに対応する複数の線量を演算する。それをグラフとして表したものが図７に示す線量グラフ１２８である。それは棒グラフである。複数の検出ユニット１１０ａ―１１０ｅに対応して複数の高電圧源１２０Ａが設けられている。但し、単一の高電圧源を利用して個々の検出ユニット１１０ａ―１１０ｅが有する３つの光電子増倍管へ高電圧を印加するようにしてもよい。制御装置１０２は、上記の他、制御部１２４、入力部１２６、表示部１１８、バッテリ１２２等を備える。この図８に示したシステムによれば、複数の検出ユニット１１０ａ―１１０ｅにおいて異なる複数の深さで同時に放射線を検出できる。よって検出ユニットの昇降機構を設ける必要がなくなる。

図９には、土壌サーベイシステムの更に他の構成例が示されている。土壌サーベイシステムは、測定装置３００と演算装置３０２とを有する。測定装置３０４は、挿入ユニット３０４を備え、それは、複数の検出器３０５ａ―３０５ｆを有する。個々の検出器３０５ａ―３０５ｆはシンチレータ部材３０６ａ―３０６ｆと、光電子増倍管３０８ａ―３０８ｆと、を有する。複数のシンチレータ部材３０６ａ―３０６ｆは、互いに同一の形態を有し、具体的には円柱状又は円板状の形態を有する。それらは深さ方向に整列しており、換言すれば、深さ方向に積層されている。一方、制御装置３０２においては、信号処理回路が設けられ、それは複数の非同時計数回路３１０−１〜３１０−５からなる。複数の非同時計数回路３１０−１〜３１０−５は、上下に隣接する３つの検出器（検出器セット）を単位として、非同時計数処理を実行するものである。

具体的には、深さ方向に整列した検出器の個数をｎ（但しｎは４以上の整数）とした場合、ｎ−１個の非同時計数回路が設けられる。ｉ（但し２≦ｉ≦ｎ−１）番目の検出器の検出パルスに対して、ｉ−１番目の検出器の検出パルスを利用して非同時計数処理が実行され、且つ、ｉ＋１番目の検出器の検出パルスを利用して非同時計数処理が実行される。これにより、ｉ番目の検出器において水平指向特性が生じる。すなわち、２番目の検出器からｎ−１番目の検出器までの個々の検出器において水平指向特性を独立して生じさせることができる。なお、図９において、非同時計数回路以外の信号処理回路については図示省略されている。この構成においても、昇降機構を設けることなく、複数の深さにおいて個別的に線量を測定できる。しかも、３番目からｎ−２番目までの検出器がメイン検出器、上側サブ検出器及び下側サブ検出器の三者の機能を同時に果たし、２番目とｎ−１番目の検出器がメイン検出器とサブ検出器の二者の機能を同時に果たすから、測定装置の構成を簡略化できる。なお、１番目とｎ番目の検出ユニットはサブ検出器として機能する。

図１０には、図１に示したシステムの変形例が示されている。但し測定装置１３０は図５に示した検出ユニットを備えている。このシステムでは測定装置１３０と制御装置１３２との間で無線通信が行われている。測定装置１３０は、対象物に挿入される挿入ユニットを有し、それは深さ方向に移動可能な検出ユニットを有する。検出ユニットは、メイン検出器１３４とサブ検出器１３６とを有する。メイン検出器１３４は、シンチレータ部材１３８と光電子増倍管１４０とを有し、サブ検出器１３６は、シンチレータ部材１４２と光電子増倍管１４４とを有する。シンチレータ部材１４２は、シンチレータ部材１３８の水平方向を除いて、シンチレータ部材１３８の周囲を取り囲んでいる。測定装置１３０は、信号処理回路１５２を有し、それは指向特性形成部１５３を有する。指向特性形成部１５３はメイン検出器の出力パルスに対してサブ検出器の出力パルスを利用した非同時計数処理を実行する。信号処理回路１５２において計数率又は線量が計算され、そのデータが通信部１５４、１５６を介して制御部１３２へ伝送されている。高電圧源１４６は、光電子増倍管１４０、１４４に高電圧を印加する。測定装置１３０はバッテリ１５０を備えている。この構成によれば、測定装置１３０と制御装置１３２との間で無線通信によって信号の授受を行えるから、取扱性が良好となる。

図１１には、地山１５８に対する測定が示されている。地山１５８の斜面の掘削により穴が形成され、そこにガイド部材１６２が差し込まれる。その内部１６０に検出ユニット１６４が挿入される。検出ユニット１６４はロッド（竿）１６８の先端に取付けられており、ロッド１６８の深さ方向の進入量を可変することにより、検出ユニット１６４の深さ位置を可変設定することができる。ロッド１６８は駆動機構により操作され、あるいは、ユーザーによって操作される。この構成では、重力方向とは別の方向に検出ユニットが挿入されている。そのような場合でも挿入方向の各深さ位置において放射線の測定を行える。検出ユニット１６４は深さ方向に直交する水平方向に指向性を有するものである。よって、外界からの放射線の遮断を良好に行うためには、地山１５８の斜面に対しておよそ垂直な方向に挿入ユニットを挿入するのが望ましい。但し、測定場所及び測定方位に応じて、指向特性を可変できる機構を備えるようにしてもよい。

図１２には、水中サーベイシステムの構成例が示されている。このシステムは、海等において、水中において放射線の測定を行うものであり、特に外界（空気中）からの放射線を遮蔽して水中に存在する放射性物質からの放射線を効果的に検出するものである。図１２に示す水中サーベイシステムは、測定装置１７０と演算装置で構成される。演算装置は図１に示した演算装置７４と同様の機能を備える。

測定装置１７０は、浮遊体１７４を有する。それは海１７６の表面（海面）１７８上において浮かぶものである。それが固定設置されてもよい。浮遊体１７４はバルーン又は浮き袋を備えている。浮遊体１７４のベース１８０にはサポートプレート１８２が設置されており、そのサポートプレート１８２によって挿入ユニットが保持されている。挿入ユニットは、円筒形状をもった中空のガイド部材１９２を有する。その内部の底面上には重心を下げて挿入ユニットの姿勢を安定化させるためのウエイト１９４が設けられている。ガイド部材１９２は放射線透過材料で構成され、気密構造を有し、その内部に海水が入り込むことはない。もっとも、その内部に海水を取り込むように構成することは可能である。

ガイド部材１９２の内部には検出ユニット１９０が昇降可能に設けられている。その検出ユニット１９０は、図１に示した検出ユニットと基本的に同じ構造を有している。すなわち、それはメイン検出器、上側サブ検出器及び下側サブ検出器を備えている。検出ユニット１９０の設置深さはリール１８４によるワイヤ１８６の巻き取り量によって可変される。３つの光電子増倍管からの信号はケーブル１８８を介して通信回路に送られ、無線信号に変換される。それがアンテナ２１０から電波として制御装置へ伝送される。符号２１２は支柱である。

この構成によれば、海中における指定深さ位置において線量を測定できる。また深さ方向に検出ユニット１９０を移動させながら線量を測定すれば線量グラフを形成できる。個々の測定に当たって、空気中から飛来する放射線は遮蔽されており、特定深さに存在する放射性物質からの放射線を精度良く計測できる。図１２に示しされた測定ユニットに代えて他の構成を採用することも可能である。

３０測定装置、３２制御装置、３４測定ユニット、３６サポートユニット、４２測定ユニット、５６メイン検出器、５８上側サブ検出器、６０下側サブ検出器、７３指向特性形成部。

Claims

土壌等の対象物の表面から深さ方向へ挿入され、前記対象物の内部で放射線を検出する検出ユニットを備える挿入ユニットと、
前記検出ユニットからの信号を処理する信号処理ユニットと、
を含み、
前記検出ユニットは、外界から前記対象物の表面を介して前記対象物の内部に進入した外来放射線と、前記対象物の内部において測定対象とする対象放射線と、を区別して測定するための空間的関係を有するメイン検出器及び第１サブ検出器を含み、
前記信号処理ユニットは、前記メイン検出器から出力されたメイン検出信号と前記第１サブ検出器から出力された第１サブ検出信号とに基づいて、前記外来放射線の信号成分を除去又は低減しつつ前記対象放射線の信号成分を抽出する指向特性形成処理を実行する指向特性形成部を含む、
ことを特徴とする放射線測定システム。
請求項１記載のシステムにおいて、
前記第１サブ検出器は前記メイン検出器の前記表面側に設けられ、
前記指向特性形成処理は前記第１サブ検出信号に基づく前記メイン検出信号に対する第１の非同時計数処理を含む、
ことを特徴とする放射線測定システム。
請求項２記載のシステムにおいて、
前記検出ユニットは前記メイン検出器の前記表面側とは反対側に設けられた第２サブ検出器を含み、
前記指向特性形成処理は前記第２サブ検出信号に基づく前記メイン検出信号に対する第２の非同時計数処理を含む、
ことを特徴とする放射線測定システム。
請求項３記載のシステムにおいて、
前記検出ユニットは前記深さ方向に直交する水平指向特性を有する、
ことを特徴とする放射線測定システム。
請求項４記載のシステムにおいて、
前記検出ユニットを前記深さ方向に移動させる移動機構が設けられた、
ことを特徴とする放射線測定システム。
請求項５記載のシステムにおいて、
前記移動機構を制御することにより前記深さ方向における前記検出ユニットの位置を制御する制御部と、
前記検出ユニットの位置の可変によって取得された複数の放射線検出データに基いて深さと線量との関係を示すグラフを作成するグラフ作成部と、
を含むことを特徴とする放射線測定システム。
請求項５記載のシステムにおいて、
前記挿入ユニットは、前記深さ方向に伸長した部材であって放射線を透過する材料で構成された中空部材を含み、
前記中空部材の内部空間に前記対象物から隔てられつつ前記検出ユニットが設けられた、
ことを特徴とする放射線測定システム。
請求項１記載のシステムにおいて、
前記挿入ユニットは、前記深さ方向に配列された複数の検出ユニットを含み、
前記複数の検出ユニットにより複数の深さ位置において放射線が測定される、
ことを特徴とする放射線測定システム。
請求項１記載のシステムにおいて、
前記第１サブ検出器は前記メイン検出器の水平方向周囲に設けられ、
前記指向特性形成処理は前記メイン検出信号と前記第１サブ検出信号とに基づく同時計数処理である、
ことを特徴とする放射線測定システム。
土壌等の対象物の表面から深さ方向へ挿入され、前記対象物の内部で放射線を検出する検出ユニットを備える挿入ユニットと、
前記検出ユニットからの信号を処理する信号処理ユニットと、
を含み、
前記検出ユニットは、それぞれ放射線を検出する深さ方向に整列したｎ（但しｎは４以上）個の検出器からなる検出器列を有し、
前記信号処理ユニットは、前記検出器列においてｉ（但し２≦ｉ≦ｎ−１）番目の検出器の検出結果に対して、ｉ−１番目の検出器の検出結果に基づく非同時計数処理及びｉ＋１番目の検出器の検出結果に基づく非同時計数処理を実行する、
ことを特徴とする放射線測定システム。
請求項１又は１０記載のシステムにおいて、
前記対象物は土壌であり、
前記土壌に対して前記挿入ユニットを支持する支持機構が設けられた、
ことを特徴とする放射線測定システム。
請求項１又は１０記載のシステムにおいて、
前記対象物は水であり、
前記水に対して前記挿入ユニットを支持する支持機構が設けられた、
ことを特徴とする放射線測定システム。
対象物に対してその表面から穴を形成する形成工程と、
前記穴に対して複数の検出器を挿入する工程と、
前記穴の内部において複数の深さ位置で前記複数の検出器を用いて放射線の検出を行う工程と、
前記複数の深さ位置での前記複数の検出器を用いた放射線の検出により得られた複数の信号を処理することにより前記対象物内の放射性物質から出た放射線に対応する目的信号成分を抽出する信号処理工程と、
前記複数の深さ位置に対応する複数の目的信号成分に基づいて、深さと線量との関係を示すグラフを生成する工程と、
を含むことを特徴とする放射線測定方法。
請求項１３記載の放射線測定方法で得られた前記グラフに基づいて前記土壌に対して行う除染作業の深さ範囲を決定する、ことを特徴とする除染範囲決定方法。