JP2014202497A - 放射線量測定装置及び放射線量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線量を正確に測定することができる放射線量測定装置及び放射線量測定方法を提供する。
【解決手段】対象物Ｔから放出される放射線Ｇの線量を測定する放射線量測定装置１０であって、所定の面積の入射面１２Ａに入射した放射線Ｇにより電流Ｉを発生させる放射線検知部１２と、放射線検知部１２で発生した電流Ｉから変換した信号を伝送する伝送部１４と、伝送部１４によって伝送された信号を入射面１２Ａに入射した放射線Ｇの線量を示す線量カウント値として用い、入射面１２Ａと対象物Ｔとの距離Ｄと入射面１２Ａの面積Ａｓとの関係を考慮して、入射面１２Ａに入射した放射線Ｇの線量から、対象物全体から放出される放射線量を特定処理する制御部１６と、を含むように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放射線量測定装置及び放射線量測定方法に関する。

先日の東北・東日本大震災によって原子力発電所が爆発した。これは同時に、放射線を周囲にまき散らす結果になり、長期間にわたり、原子力発電所から近距離に居住していた人々に対して、大きな影響を与える結果になった。

また、被災地で収穫された農作物等においても大きな被害を受けた。実際には、高線量で被曝しているものもあるが、ほとんど被曝していない農作物についても被災地産というだけで消費者に購入されず、全国にわたって風評被害が深刻になっている。

そこで、１つ１つの農作物の放射線量を正確に検出することができれば、かかる風評被害を少しでも抑制することができ、被災地で収穫された農作物が市場に出回り、全国で消費されることになり得る。その結果、被災地の農家の方の生活の援助になり、間接的に被災地の復興を支援することにつながる。

なお、上記課題は、「農作物」に限られるものではなく、被災地の原材料、肉、乳製品等を含む食物一般、その他被災地で製造・販売された物品など、何らかの形で被災地を経由した有体物全てにあてはまる。

特開２００５−２４１４４７号公報 特開２００８−１４５４２７号公報

ところで、現在において有体物の放射線量を測定する機器は存在するものの、検査対象となる物品から放射される放射線量は、物品表面から放射線状に放出されるため、物品の全表面から放出される放射線を正確に測定することは困難であった。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、放射線量を正確に測定することができる放射線量測定装置及び放射線量測定方法を提供することを目的とする。

本発明は、対象物から放出される放射線の線量を測定する放射線量測定装置であって、所定の面積を備えた入射面を有し、当該入射面に入射した放射線により電流を発生させる放射線検知部と、前記放射線検知部で発生した電流から変換した信号を伝送する伝送部と、前記伝送部によって伝送された前記信号を前記入射面に入射した放射線の線量を示す線量カウント値として用い、前記入射面と前記対象物との距離と前記入射面の面積との関係を考慮して、前記入射面に入射した放射線の線量から、前記対象物全体から放出される放射線量を特定処理する制御部と、を含むことを特徴とする。

この場合、前記制御部は、前記対象物がない場合において前記伝送部によって伝送される前記信号を環境依存カウント値として用い、前記線量カウント値から前記環境依存カウント値を控除して補正処理することが好ましい。

本発明は、対象物から放出される放射線の線量を測定する放射線量測定方法であって、放射線検知部の入射面に入射した放射線により電流を発生させる工程と、前記電流を所定の信号に変換して伝送する工程と、伝送されてきた前記信号を前記入射面に入射した放射線の線量を示す線量カウント値として用い、前記入射面と前記対象物との距離と前記入射面の面積との関係を考慮して、前記入射面に入射した放射線の線量から、前記対象物全体から放出される放射線量を特定処理する工程と、を含むことを特徴とする。

この場合、前記対象物がない場合において前記伝送部によって伝送される前記信号を環境依存カウント値として用い、前記線量カウント値から前記環境依存カウント値を控除して補正処理する工程を有することが好ましい。

本発明によれば、放射線量を正確に測定することができる。

また、環境に依存する放射線の影響を排除することにより、対象物が放出する放射線の線量を正確に特定することができる。

さらに、装置自体の測定誤差及び表示誤差を解消することにより、対象物が放出する放射線の線量を正確に特定することができる。

本発明の一実施形態に係る放射線量測定装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係る放射線量測定装置の平面図である。 本発明の一実施形態に係る放射線量測定装置の側面図である。 本発明の一実施形態に係る放射線量測定装置を構成する放射線検知部の一例を示した構成図である。 （Ａ）はシーベルトを説明した概念図であり、（Ｂ）はベクレルを説明した概念図である。 本発明の一実施形態に係る放射線量測定装置を用いた放射線量測定方法の主な処理を示した図である。 図６の放射線量測定方法を構成する放射線量測定処理の各工程を示した図である。

次に、本発明の一実施形態に係る放射線量測定装置及び放射線量測定方法について、図面を参照して説明する。

放射線量測定装置及び放射線量測定方法によって測定対象となる対象物は、例えば、食品、衣料等の有体物である。

放射線量測定装置及び放射線量測定方法で測定できる放射線の種類は、ベータ線及びガンマ線である。

シーベルトとベクレルとの概念の相違について説明する。図５に示すように、放射線量を表すのに、シーベルトとベクレルの２つの捉え方がある。すなわち、図５（Ａ）に示すように、シーベルトとは周囲から受ける放射線量の総和を表すものである。図５（Ｂ）に示すように、ベクレルとは周囲にどれだけ放射線を放出しているのかを表すものである。このため、シーベルトは一点で計測することができるが、ベクレルの計測は困難になる。なお、ベクレルとは、「１秒間に１カウントの放射線を放出すれば、１ベクレルである」と定義する。

（放射線量測定装置）
図１乃至図３に示すように、放射線量測定装置１０は、主として、放射線検知部１２と、伝送部１４と、制御部１６と、表示部１８と、検知センサ２０と、報知部２２と、搬送部２４と、を有している。

放射線検知部１２は、所定の面積を備えた入射面１２Ａを有し当該入射面１２Ａに入射した放射線により電流を発生させる放射線センサである。放射線検知部１２として、例えば、ガイガー・ミューラー管（以下、「ＧＭ管」という。）のセンシング方式が採用される。

ここで、放射線検知部１２の入射面１２Ａの面積は、所定の面積となるように設定されている。入射面１２Ａの面積の一例として、Ａ_Ｓである。放射線検知部１２の入射面１２Ａを後述のＧＭ管の円筒部３２の窓３２Ａで構成する場合、単数又は複数の円筒部３２の窓３２Ａで形成されている。

ＧＭ管の原理について説明する。図４に示すように、ＧＭ管３０は、ヘリウム、ネオン、またはアルゴンといった不活性ガス、もしくはペニング混合ガスを充填した中空の円筒部３２と、その芯に取り付けられた電極部３４と、から構成される。円筒部３２と電極部３４との間には数百ボルトの電圧がかけられているが、通常はその間には電流は流れていない。円筒部３２の内壁は陰極とするため、金属またはグラファイトで構成されるか、あるいは金属またはグラファイトで表面をコーティングされて構成されている。一方、円筒部３２の中心を通る芯が陽極になっている。また、円筒部３２の一方側端面である窓３２Ａは、平面状に形成され、雲母、マイカ膜、ガラス等で構成されている。すなわち、円筒部３２の窓３２Ａは、放射線が入射する窓である。円筒部３２の他方側端面には、絶縁体としての電気系コネクタ３６が取り付けられている。

窓３２Ａから円筒部３２の内部に放射線Ｇが入射した場合、電離放射線が円筒部３２を通過すると、充填された不活性ガスの分子が電離され、正に帯電したイオンと電子を作り出す。円筒部内にかけられた高電場のためにこのイオンは円筒部３２の内壁側の陰極へ向かって加速され、電子は円筒部３２の中心側の陽極へ向かって加速される。これらのイオン対は加速によって運動エネルギーを得るので、移動中に衝突した気体分子もまた電離させる。こうして、ガスの中に荷電粒子のなだれが作られる。この現象の結果、陰極から陽極へ向かって短く強いパルス電流Ｉが雪崩状に流れる。なお、このパルスは、適宜設けたカウンタ４０によって測定あるいは計数することも可能である。

上記電流が連続的に流れるとパルスの回数を計数できなくなるので、これを防ぐ（クエンチする）仕組みが存在している。外部クエンチングは電極間の高電圧を取り除くために外部の電子機器を用いる方式である。自己クエンチングまたは内部クエンチングは、外部の補助なしに電流を止める設計の管で、内部に微量の多原子有機物ガス（ブタン、エタノール、または臭素、塩素のようなハロゲン）が添加されている。イオンは、クエンチガスに衝突すると、それらを解離するためにエネルギーを失うのである。

図４に示すように、円筒部３２には、所定のアース接続が施されており、また抵抗部Ｒと、電源部Ｖと、が直列的に接続されている。抵抗部Ｒには、例えば、抵抗部Ｒで発生する電圧を所定の信号に変換するための信号変換部３８が接続されている。

抵抗部Ｒで発生する電圧を光信号に変換する場合には、信号変換部３８として電気−光変換部が用いられる。この場合、電気−光変換部として、例えば、フォトカプラ等が採用される。

なお、抵抗部Ｒの両端にパルス電流Ｉをカウントするためのカウンタ４０を適宜取り付けてもよいし、カウンタ４０の上流側にコンデンサＣを適宜設けてもよい。また、コンデンサ４０を設けた場合には、信号変換部３８の電源は、抵抗部Ｒで発生する電圧でコンデンサ４０を充電する構成にしておき、このコンデンサＣから必要となる安定化直流電源を得るようにしてもよい。

伝送部１４は、所定の信号を送信するための手段である。電流Ｉを光信号として送信する場合には、伝送部１４として光ファイバが用いられる。また、電流Ｉを電気信号として送信する場合には、伝送部１４としてメタルケーブル線などが用いられる。

また、放射線検知部１２にカウンタ４０を接続した構成を採用した場合には、カウンタ４０のカウント値を電気信号又は光信号に変換して伝送するように構成してもよい。

制御部１６は、例えば、ＣＰＵ１６Ａと、ＲＯＭ１６Ｂと、ＲＡＭ１６Ｃと、タイマ１６Ｄと、カウンタ１６Ｅと、信号変換部１６Ｆと、を有している。

ＣＰＵ１６Ａは、いわゆる疑似ベクレル法を利用して、対象物Ｔの全表面から放出する放射線量を算出する。すなわち、疑似ベクレル法とは、対象物Ｔがどのような形状であれ、これを包む球体を想定し、当該球体の全表面を突き抜ける放射線の線量を算出するための数学的手段であり、入射面１２Ａの面積に入射した放射線の線量から、入射面１２Ａに入射した放射線のカウント数、入射面１２Ａと対象物Ｔとの離間距離Ｄ（図２及び図３参照）及び入射面１２Ａの面積等の各要素を含む所定の関係式を用いて、対象物Ｔの全表面から放出される放射線の線量を特定する方法である。

具体的には、疑似ベクレルは、以下の式により算出することができる。当該式についても、後述の疑似ベクレル算出プログラムに組み込まれている。
疑似ベクレル＝［（Ｃ−Ｃ０）／Ａｓ］×［（４πＤ^２）／Ｔｍ］×Ｃｆ…式（１）
Ｃ：対象物があるときのカウント数
Ｃ０：対象物がないときのバックグラウンドのカウント数（自然界でのカウント数）
Ａｓ：放射線検知部の入射面の面積
Ｄ：放射線検知部の入射面と対象物の中心との最短距離
Ｔｍ：計測時間（秒）
Ｃｆ：校正係数

ＣＰＵ１６Ａは、その他、表示部１８、検知センサ２０、報知部２２、搬送部２４の駆動を制御する。

ＲＯＭ１６Ｂには、ＣＰＵ１６Ａの全動作を司る動作プログラムが格納されている。動作プログラムの一つに、疑似ベクレル算出プログラムが格納されている。疑似ベクレル算出プログラムとは、具体的には、上記式１の各要素の値から疑似ベクレルを算出するためのプログラムである。

ＲＡＭ１６Ｃは、上記式（１）の各要素の値を一時的に記憶することの他に、上記式（１）で算出された疑似ベクレルの値を一時的に記憶する。ＲＡＭ１６Ｃは、その他にも、ＣＰＵ１６Ａで使用されるデータを一時的に記憶する。

タイマ１６Ｄは、計測時間を測定するものである。計測時間とは、例えば、放射線検知部１２により対象物Ｔの放射線の線量を検知している時間を意味する。

カウンタ１６Ｅは、伝送部１４を伝送されてきた信号をカウントするものである。例えば、伝送部１４に光ファイバを用い、光ファイバにより光信号を伝送する構成では、光電子増倍管等の信号変換部１６Ｆ（例えば、光−電気変換部）を用いて光信号を電気信号に変換した上で、電気信号をカウントする。なお、光検出器等を用いて光信号をそのままの形でカウンタ１６Ｅによりカウントする構成も可能である。さらに、伝送部１４から電気信号が伝送されてくる構成では、信号変換部１６Ｆ（例えば、光−電気変換部）を設けることなく、カウンタ１６Ｅでカウントすることができる。

なお、式（１）の各要素について詳細に説明する。

Ｃの値は、対象物Ｔの放射線の線量を測定するときのカウント数を用いる。

Ｃ０の値は、対象物Ｔがないときの放射線の線量（バックグラウンド）を測定するときのカウント数を用いる。

Ａｓの値は、放射線検知部１２の入射面１２Ａの面積を予め求めておき、面積のデータとしてＲＯＭ１６Ｂに格納してもよいし、図示しない入力部によってその都度入力するようにしてもよい。

Ｄの値は、放射線検知部１２の入射面１２Ａと対象物Ｔの中心Ｏとの最短の離間距離Ｄ（図２及び図３参照）を予め測定しておき、離間距離のデータとしてＲＯＭ１６Ｂに格納してもよいし、図示しない入力部によってその都度入力するようにしてもよい。

Ｔｍの値は、対象物Ｔの放射線の線量の計測時間（秒）を予め決めておき、計測時間のデータとしてＲＯＭ１６Ｂに格納してもよいし、図示しない入力部によってその都度入力するようにしてもよい。

Ｃｆの値は、放射線の線量が既知の線量（校正値ベクレル）である対象物に対して実際に放射線の線量の測定を実施し、校正値ベクレルの疑似ベクレルに対する割合を示した値である。すなわち、Ｃｆの値は、疑似ベクレルで算出した数値（疑似ベクレルの値）と実際のベクレル値（校正値ベクレル）とのズレを解消するために用いる係数である。

表示部１８は、疑似ベクレル法によって算出した対象物Ｔのベクレル値（疑似ベクレル）を表示するためのものである。表示部１８として、例えば、液晶表示部が採用される。表示部１８は、制御部側又は放射線検知部側に設けられる。

検知センサ２０は、所定の位置に到達した対象物Ｔを検知するセンサである。検知センサ２０として、例えば、光センサが用いられる。なお、光センサの構造及び検知の原理については、公知なものであるため、説明を省略する。

検知センサ２０として、光センサに限定されるものではない。例えば、検知センサ２０として、物品を検知するものであれば、レーザーセンサ、赤外線センサ、超音波センサなど既存の全てのセンサを適用することができる。

報知部２２は、対象物Ｔの放射線量の測定中か否かを示すものである。報知部２２として、例えば、パトランプが用いられる。報知部２２の報知方法の一例として、パトランプを採用した場合に、対象物Ｔの放射線量を測定中である状況では赤色に点灯（あるいは点滅）するように発光制御され、一方、対象物Ｔの放射線量を現在測定しておらず、対象物Ｔの受け入れが可能な状況では緑色に点灯（あるいは点滅）するように発光制御される。なお、報知部２２の報知制御は、制御部１６により実行される。

搬送部２４は、対象物Ｔを載せて放射線検知部１２の近傍に移動させるものである。搬送部２４として、例えば、ベルトコンベアが採用される。搬送部２４には、対象物Ｔを載せるための台部２６が設けられている。台部２６は、その中心又は重心を貫く軸の軸回りに回転可能となるように構成されている。なお、搬送部２４の駆動制御及び台部２６の回転制御は、制御部１６により実行される。

ここで、図２及び図３に示すように、放射線検知部１２の周囲を、囲い状の遮蔽物２８を設けてもよい。遮蔽物２８は、例えば、鉛で構成されている。遮蔽物２８を設けることにより、遮蔽物２８の内部で対象物Ｔの放射線量を測定することができるため、対象物Ｔの放射線量とは関係のない環境に依存した放射線量（バックグラウンドという。）の影響を小さくすることができる。

（放射線量測定方法）
次に、放射線量測定装置を用いた放射線量測定方法について説明する。

［各要素の設定処理］
図６のＳ１００に示すように、Ａｓ：放射線検知部の入射面の面積、Ｄ：放射線検知部の入射面と対象物の中心との最短距離、Ｔｍ：計測時間（秒）等の情報を入力部により入力する。なお、これらのデータが予めプログラムに格納されている場合には、当該入力処理は不要である。

［校正係数（Ｃｆ）の設定処理］
図６のＳ１２０に示すように、放射線量（ベクレル）が既知の対象物の放射線を測定して校正を実行する。校正値（既知のベクレル）と表示部１８で表示された表示値（疑似ベクレル）とから校正係数Ｃｆを以下の式から算出する。
校正係数Ｃｆ＝校正値（既知のベクレル）／表示値（疑似ベクレル）…式（２）
このように校正係数を考慮することにより、装置のセンシング誤差を解消することができる。

［バックグラウンド（Ｃ０）の測定処理］
図６のＳ１４０に示すように、対象物が存在しない状態で、バックグラウンドを計測する。バックグラウンドとは自然界から放出されている放射線の線量である。バックグラウンドを計測して、対象物Ｔの測定処理において補正値として考慮することにより、環境による放射線の影響を排除して、対象物Ｔから実際に放出されている放射線の測定精度を高めることができる。

［対象物の放射線量（Ｃ）の測定処理］
図６のＳ１６０において、対象物の放射線量（Ｃ）の測定処理を実行する。以下、図７を参考にして、対象物の放射線量（Ｃ）の測定処理の各工程について説明する。

（対象物の搬送工程）
図７のＳ２００に示すように、対象物Ｔを台部２６に載せ、搬送部２４を駆動する。搬送部２４が駆動すると、台部２６に載置された対象物Ｔ（一例として、野菜）が搬送されてくる。

（放射線量の測定準備工程）
図７のＳ２２０において、検知センサ２０により対象物Ｔを検知したときに、搬送部２４の駆動が停止するとともに、報知部２２が赤色に点灯（あるいは点滅）し、タイマ１６Ｄのカウント処理が開始する。

（放射線量の測定処理工程）
図７のＳ２４０において、搬送部２４上の台部２６が軸回りに回転し、放射線検知部１２の入射面１２Ａに入射した放射線の線量をカウントする。なお、放射線をカウントする時間は、計測時間として予め設定されている。放射線量の測定処理工程では、式（１）を用いて疑似ベクレルの算出が実行される。

（放射線量の測定終了処理工程）
図７のＳ２６０において、計測時間が終了したときに、台部２６の軸回りの回転が停止するとともに、タイマ１６Ｄによるカウントを停止し、放射線量のカウントも停止する。

（疑似ベクレルの表示処理工程）
図７のＳ２８０において、表示部１８に疑似ベクレル値を表示する。なお、疑似ベクレル値は、上述した各式を用いてＣＰＵ１６Ａにより算出される。

（良否判定及びマーキング処理工程）
図７のＳ３００において、疑似ベクレル値の良否判定を実行し、対象物Ｔに所定のマーキングを行い、疑似ベクレルのデータをＲＯＭ１６Ｂに保存する。なお、疑似ベクレル値の良否判定は、作業員による判定でもよいし、ＲＯＭに記憶された所定のしきい値に基づいてＣＰＵ１６Ａにより判定するようにしてもよい。対象物Ｔに対するマーキングは、例えば、疑似ベクレル値の結果から良否を示す内容のシール等である。

（次の対象物の受け入れ処理工程）
図７のＳ３２０において、報知部２２が緑色に点灯（あるいは点滅）し、次の対象物Ｔの受け入れを開始する。

本実施形態の放射線量測定装置及び放射線量測定方法によれば、疑似ベクレル法に基づいて、対象物Ｔの放射線量を容易かつ正確に測定することができる。また、大型化せず、低コストで放射線量測定装置を製造することができる。

また、環境に依存する放射線の線量を取り除くことにより、対象物Ｔから放出される放射線量を高精度で特定することができる。

さらに、放射線量測定装置側に起因した誤差（例えば、表示誤差及び測定誤差）を訂正することにより、対象物Ｔから放出される放射線量を高精度で特定することができる。

１０ 放射線量測定装置
１２ 放射線検知部
１２Ａ 入射面
１４ 伝送部
１６ 制御部
１８ 表示部
２０ 検知センサ
２２ 報知部
２４ 搬送部
Ｔ 対象物

Claims (4)

1. 対象物から放出される放射線の線量を測定する放射線量測定装置であって、
   所定の面積を備えた入射面を有し、当該入射面に入射した放射線により電流を発生させる放射線検知部と、
   前記放射線検知部で発生した電流から変換した信号を伝送する伝送部と、
   前記伝送部によって伝送された前記信号を前記入射面に入射した放射線の線量を示す線量カウント値として用い、前記入射面と前記対象物との距離と前記入射面の面積との関係を考慮して、前記入射面に入射した放射線の線量から、前記対象物全体から放出される放射線量を特定処理する制御部と、
   を含むことを特徴とする放射線量測定装置。
2. 前記制御部は、前記対象物がない場合において前記伝送部によって伝送される前記信号を環境依存カウント値として用い、前記線量カウント値から前記環境依存カウント値を控除して補正処理することを特徴とする請求項１に記載の放射線量測定装置。
3. 対象物から放出される放射線の線量を測定する放射線量測定方法であって、
   放射線検知部の入射面に入射した放射線により電流を発生させる工程と、
   前記電流を所定の信号に変換して伝送する工程と、
   伝送されてきた前記信号を前記入射面に入射した放射線の線量を示す線量カウント値として用い、前記入射面と前記対象物との距離と前記入射面の面積との関係を考慮して、前記入射面に入射した放射線の線量から、前記対象物全体から放出される放射線量を特定処理する工程と、
   を含むことを特徴とする放射線量測定方法。
4. 前記対象物がない場合において前記伝送部によって伝送される前記信号を環境依存カウント値として用い、前記線量カウント値から前記環境依存カウント値を控除して補正処理する工程を有することを特徴とする請求項３に記載の放射線量測定方法。

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