JP2013541001A - 解体のためにトリチウム又は他の放射線を測定する方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、固体表面(S)でのβ^-線を、その固体表面(S)を破壊せずに検出する器具に関する。当該器具は、β^-線を含む少なくとも2種類の異なる放射線に対して敏感な少なくとも2つの膜を有する。

Description

本発明は放射線の検出に関する。より詳細には本発明は、固体表面上でのβ^-線の検出に関する。純粋なβ^-放射体は、X線又はγ線の放出を伴わずにβ^-線を放出する放射性核種である。

特に核施設を解体する前に、その核施設に存在する個人が負う危険性を知り、その個人が適切な防護をするため、その核施設での放射線の検出を可能にすることは重要である。

ある放射線は、他の放射線よりも検出が容易である。これらの放射線−たとえばγ線又はX線のような−については、これらの放射線強度を局所的に知るための適切な装置が現在利用可能である。

しかし他の放射線は検出が難しい。その理由は、これらの放射線−たとえばβ^-線−が、弱すぎるからである。β^-線は、中性子と陽子を含んで、余剰の中性子を与える原子核によって放射される。一定圧力では、核子の中性子は陽子に変換されうる。これには、粒子である電子と反ニュートリノの放出が伴う。β^-線は中程度の侵入深さを有する。大きな侵入深さを有するγ線又はX線とは異なり、β^-線を止めるのには、厚さ数mmのアルミニウムシートで十分である。

核施設内では、β^-線は主として、水素¹Hの放射性同位元素であるトリチウム³Hに起因する。その核施設の解体処理を行う前に、除染の必要なトリチウム³Hの存在を明らかにするβ^-線を放出する領域を特定することが求められる。

現在、固体表面上のトリチウム³Hに起因するβ^-線を検出するため、サンプリングが行われる。そのサンプリングは、調査対象である固体表面を破壊する。

たとえば非特許文献1では、フランスのサクレー(Saclay)で1979〜1997年の間に運転されたシンクロトロンのサターンII(SaturnII)の解体について記載されている。測定の前に、シンクロトロン構造物のコンクリート内でコアサンプリングが行われた。続いて取り出されたコアがダイアモンドによってサンプリングされた。その後トリチウム³Hが、液体シンチレータによって計数することによってこれらのコア上で測定された。試料調製法は非特許文献1からはわからない。

非特許文献1で用いられた方法の一の課題は、トリチウム³Hの測定を実行したい固体表面をはかいする必要があることである。他の課題は、トリチウム³Hの測定が非常に局所的となることである。そのため別の場所での測定が必要な場合には、別のコアサンプリングが必要となる。

非破壊的にトリチウム³Hを測定する装置及び方法が特許文献1に記載されている。その装置は、吸入管の一端で構成される接続ヘッド、加熱素子、及び、固体表面を固定するための固定吸着装置を有する。吸入管は、コールドトラップと接続される。コールドトラップ自体も流量計を備える吸入ポンプと接続される。

使用された方法は以下の通りである。接続ヘッドが固体表面−この場合コンクリート−上に設けられる。固定吸着装置は接続ヘッドを固定する。加熱素子は、接続ヘッドによって覆われた部分上のコンクリートを200℃に加熱する。それによってそのコンクリート中に存在する水が蒸発する。ポンプは、コンクリートから飛び出した水蒸気を吸入する。その水蒸気がコールドトラップに到達するとき、その水蒸気は、液体の水になるまで凝縮する。続いてそのコールドトラップは、その水の中に含まれるトリチウム³Hの測定に用いられる。

特許文献1の装置及び方法に係る一の課題は、固体表面の離散化は、接続ヘッドのサイズの何分の1でしかできないことである。しかし特にコンクリートは十分な量のトリチウム³Hを含んでいないので、接続ヘッドのサイズは、十分な量の水蒸気を吸入できるように十分大きくなければならない。この方法はまた、トリチウム³Hが変化しやすい一方で、コンクリートに強く結合されうることを推定している。

他の課題は、放射性となりうる液体試料を輸送する必要があることである。

さらに他の課題は、特別な形状を有する接続ヘッドの設置の自動化が困難なことである。

特開平03-041386号明細書

"Calculations and measurements of induced activation in concrete protection of an accelerator of high energy ions,"、Radiation Protection誌、2000年、第35巻、No.3、pp.311-334

本発明の一の目的は、上で例示した従来技術に係る課題のうちの少なくとも1つを解決することである。

上記目的のため、本発明は、固体表面(S)でのβ^-線を、その固体表面(S)を破壊せずに検出する器具に関する。当該器具は、β^-線を含む少なくとも2種類の異なる放射線に対して敏感な少なくとも2つの膜を有する。

当該器具の一の利点は、その使用が単純なことである。それに加えて、単純な膜を使用することで、設置の自動化が可能となる。その結果、人が、解体されるべき建物に入ってサンプリング操作を実行する必要がなくなる。

他の任意で非限定的な特徴は以下の通りである。
− 当該器具はまた、前記固体表面の周辺の放射線から前記膜を保護する保護体をも有する。
− 前記保護体はポリマー膜のシートである。
− 前記保護体は黒の織物である。
− 前記保護体は、前記膜が感受性を有する放射線が侵入しない材料で作られる被覆体である。
− 前記被覆体は鉛で作られる。
− β^-線を定量するのに校正されたスケールをも有する。

本発明はまた、上述の器具を使用する方法をも供する。当該方法は、
− 固体表面上に第1膜を設置する手順、
− 前記第1膜上に第2膜を設置する手順、
を有する。

他の任意で非限定的な特徴は以下の通りである。
− 当該方法はまた、前記第1膜と前記第2膜を保護体で被覆する手順をさらに有する。
− 当該方法はまた、適切な装置によるレーザーによって前記第1膜と前記第2膜を現像する手順をも有する。

他の目的、特徴、及び利点は、添付図面を参照しながら以降の詳細な説明を読むことによって、明らかとなる。

固体表面上に設置されたβ^-線検出用の器具を概略的に表している。 サンプリングスケールが用いられるときの図1の器具を用いる当該方法の手順を表している。 セパレータが用いられるときの図1の器具を用いる当該方法の手順を表している。 固体表面からの放射線に曝露した後にレーザーによって現像された、固体表面に近い方である第1膜の再現である。 固体表面からの放射線に曝露した後にレーザーによって現像された、固体表面から遠い方である第2膜の再現である。 図1の第1膜と同一の材料の膜で得られたβ^-線、つまりはトリチウム³Hの放射線を定量するサンプリングスケールに起因する印を表している。 図4aのサンプリングスケールの印付けを実行する膜の上部に設置されて膜が現像されたものの再現である。

[β^-線検出器具]
図1を参照すると、β^-線検出器具が以降で説明されている。器具Kは、固体表面Sを破壊せずにβ^-線を検出さらには測定することを可能にする。

器具Kは、β^-線を含む少なくとも2種類の放射線に対して感受性を有する少なくとも2つの膜1,2を有する。

たとえば2つの膜1,2は同一であって、β^-線、γ線、X線、又はα線に対して感受性を有して良い。

他の例では、2つの膜1,2はそれぞれ異なる。2つの膜1,2のうちの一は、β^-線に対して感受性を有する。2つの膜1,2のうちの他は、β^-線には感受性を有しないが、γ線又はX線に対して感受性を有する。

器具K中での膜の数は、検出及び/又は測定したい放射線の種類に従って変化する。

2つの膜1,2は有利となるように、リン光体層で被覆されたポリマーで作られる。これらの膜の厚さは典型的には1mmである。これらの膜1,2は、一旦β^-線、γ線、X線、又はα線に曝露されても、強度が均一の白色光（ただしUV光成分を含まない）に曝露することによって容易に再利用可能となる。

器具Kはまた、膜を使用不能にする恐れのある固体表面Sの周囲の放射線−特に日光−から膜1,2を保護する保護体3をも有して良い。保護体3は、約450μg/cm²の薄いポリマーシート、膜1,2が感受性を有する放射線が侵入しない材料から作られる黒い織物又は被覆体であって良い。保護体3が被覆体である場合、これは鉛から作られて良い。

β^-線は様々な原子核−たとえばトリチウム³H及び炭素14¹⁴C−から放出される。関心がトリチウム³Hにしかない場合、トリチウム³Hのβ^-線のみを検出する必要がある。炭素14(¹⁴C)から放出されるβ^-線は、トリチウム³Hから放出されるβ^-線よりも侵入する。しかし炭素14¹⁴Cから放出されるβ^-線は、固体表面Sと第1膜1との間のたとえば1枚の紙のシートからなるセパレータ4を用いることによって、トリチウム³Hから分離されうる。この場合、炭素14¹⁴Cのみが現像された膜上で見える。よってトリチウム³Hは、2つの記録物（一はセパレータを用いた場合の記録で、他はセパレータを用いなかった場合の記録）の差異によって観測される。

器具Kはまた、トリチウム³Hを定量するサンプリングスケール5をも有して良い。サンプリングスケール5は、β^-線の定量、ひいてはトリチウム³Hの定量を可能にする。

サンプリングスケール5は、様々な濃度（たとえば1kBq/g〜10kBq/g）のトリチウム³Hを含むことでよって1組の基準を生成する様々なマトリックス（たとえばポリマー、コンクリート、金属等）の組である。サンプリングスケール5は、固体表面S上でかつ膜1,2の下に設置される。マトリックスは、膜1上で良好なコントラストが得られるように選ばれる（図4aの例のマトリックスのサイズは、直径が約1cmで厚さが約1mmの円筒に相当する）。

サンプリングスケールは、曝露時間に従って膜1,2に対してそれぞれ異なる影響を及ぼす。定量分析の場合では、膜1,2はスケール上で同一期間曝露されることで、材料が分析される必要がある。
[当該器具の使用方法]
図2aと図2bを参照すると、上述の器具Kの使用方法が以降で説明される。

最初に第1膜1が、固体表面S上のE2,E2’に直接設置される。前記第1膜1は、β^-線、γ線、X線、又はα線によって刻印され、β^-線、γ線、X線、又はα線の一部を止める。

次に第2膜2が、固体表面S上のE3,E3’に直接設置される。一部の放射線は、第1膜1によって止められる。よって第2膜2は、第1膜1を通過して侵入する放射線によってのみ刻印される。

他の膜もまた、これまで設置された膜上に直接積層することによって、その実施形態に応じて設置されて良い。使用される膜の数は、検出及び/又は測定したいβ^-線に依存する。この理由は、すべてのβ^-線がある材料中を同じように同一距離侵入する訳ではないからである。

β^-線はそれほど侵入しない。ほとんどの場合において、β^-線は、第1膜1によって止められるので、その第1膜1にしか刻印しない。しかし場合によって、β^-線はより侵入することもあり得る。従って少なくとも1つの追加膜を用いることが必要である。最も侵入する放射線−たとえばγ線又はX線−はすべての膜を刻印する。

第2膜2−又は複数の膜が用いられる場合には、その積層体の最上部の膜−上で検出される放射線がβ^-線以外の放射線であるか否かを、適切な電子検出器を用いることによって確認することが可能である。検出器が、第2膜2−又は複数の膜が用いられる場合には、その積層体の最上部の膜−を刻印する放射線が、たとえばγ線又はX線であることを示唆する場合、他の膜を追加する必要はない。あるいはその代わりに検出器が、γ線又はX線によって刻印されない第2膜2−又は複数の膜が用いられる場合には、その積層体の最上部の膜上の点が存在することを示唆する場合、さらなる膜を追加することが必要である。その理由は、残された印は、より侵入したβ^-線に起因する蓋然性が高いからである。

固体表面周辺の環境に由来する迷光による膜の影響及び/又は汚点の生成を可能な限り回避するため、2つの膜1,2又は複数の膜からなる積層体は、保護体3−たとえば被覆体−によって覆われて良い（E4,E4’参照）。

膜1,2は、所与の期間−たとえばトリチウム³Hによる汚染が少ない場合には2週間−固体表面Sからの放射線に曝露される。その期間は、信号対バックグラウンド比を最適化して、膜上で最高のコントラスを得るため、実験的に決定される。

曝露時間の終了時に、膜1,2は回収されて、適切な装置によるレーザーに曝露される。

膜1,2が回収されて任意で移送されるとき、膜1,2によって記録されたデータの劣化を防止するため、膜1,2を周囲の迷光にしないように注意することが必要である。

図2bでセパレータ4が用いられる場合、セパレータ4は、第1膜1が固体表面Sと接する前に設けられる（E1’参照）。この場合、第1膜1はセパレータ4と接する。

様々な濃度のトリチウム³Hを含む複数のマトリックスの組であるサンプリングスケール5が用いられる場合（図2a参照）、サンプリングスケール5は、第1膜1の下又はセパレータ4（用いられる場合）の下に設けられなければならない。

当該方法の一の利点は、一連の操作を正しく行うことが簡単なことである。前記一連の操作は、膜1,2と、任意のセパレータ4と、保護体3と、サンプリングスケール5が重ね合わせられることでまとめて実行される。これらの操作の自動化が単純化される。その自動化を行うロボットの開発はそれほど困難なことではない。
[当該器具によって得られた結果]
図3aと図3bは、トリチウム³Hと接した固体表面によって放出されるβ^-線及びγ線による第1膜1の印（図3a）と第2膜2の印（図3b）をそれぞれ再現している。

図3aでは、8つの刻印された領域が見える。前記8つの刻印された領域は、第1膜1上でB1〜B3及びG1〜G5の参照記号でラベル付けされている。

図3bでは、5つの刻印された領域が見える。前記5つの刻印された領域は、第2膜2上でΓ1〜Γ5の参照記号でラベル付けされている。

膜1と膜2とを比較することによって、第1膜1の領域G1〜G5が、第2膜2のΓ1〜Γ5に対応することが分かる。従ってこれら5つの領域は、β^-線よりも侵入するγ線によって刻印された。β^-線は、第1膜1の領域B1〜B3のみを刻印した。第2膜2に対応する領域が存在しないことが、これらの放射線がβ^-線であることを示唆している。

従って領域B1〜B3に対応する固体表面の領域は、トリチウム³Hによって汚染された。

このことは、β^-線（及び間接的にはβ^-線に関与する原子核）の検出が単純化されることを示している。それに加えて、この検出によって、トリチウム³Hの汚染情報が2次元で与えられる。

β^-線（ひいてはトリチウム³H）の定量的な測定を可能にするため、サンプリングスケール5が、図4aに図示されているように用いられる。サンプリングスケール5に残された印は、ある程度の強度で刻印された円の組（暗部）である。円が膜の残りの部分の色に近づくにつれて、トリチウム³Hの汚染は低くなる。第1膜1について得られた結果と、このスケール5とを比較することによって、トリチウム³Hの定量が可能となる。

図4bは、図4aの膜と接した状態で設置された膜を表している。この膜は刻印されていない。このことは、β^-線が2つの膜の積層体によって評価可能であり、かつ、β^-線は、第1膜1が刻印されて第2膜2が刻印されない地点に存在することを明らかに示している。

Claims (10)

1. 固体表面からのβ^-線を、前記固体表面を破壊せずに検出する器具であって、
   β^-線を含む少なくとも2種類の異なる放射線に対して敏感な少なくとも2つの膜を有する、器具。
2. 前記固体表面の周辺の放射線から前記膜を保護する保護体をさらに有する、請求項1に記載の器具。
3. 前記保護体がポリマー膜のシートである、請求項2に記載の器具。
4. 前記保護体が黒の織物である、請求項2に記載の器具。
5. 前記保護体は、前記膜が感受性を有する放射線が侵入しない材料で作られる被覆体である、請求項2に記載の器具。
6. 前記被覆体が鉛で作られる、請求項5に記載の器具。
7. β^-線を定量するために校正されたスケールをさらに有する、請求項1乃至6のうちのいずれか一項に記載の器具。
8. 請求項1乃至7のうちのいずれか一項に記載の器具を使用する方法であって：
   前記固体表面上に第1膜又は3層以上の膜からなる積層体を設置する手順；
   前記第1膜上に第2膜又は前記積層体を設置する手順；
   前記第1膜と前記第2膜を現像する手順；及び、
   前記現像手順後、前記第1膜又は前記固体表面に対して最も近くに位置する前記積層体の膜と、前記第2膜とを比較する手順；
   を有し、
   前記積層体の膜の数は、β^-線が前記第2膜へ到達しないように決定される、
   方法。
9. 前記第1膜と前記第2膜を保護体で被覆する手順をさらに有する、請求項8に記載の方法。
10. 前記第1膜と前記第2膜を現像する手順が、適切な装置を用いて、レーザーによって実行される、請求項8又は9に記載の方法。
    

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