JP2015184091A - Ｓｒ−９０濃度分析装置およびＳｒ−９０の濃度分析方法 - Google Patents

Abstract

【課題】Ｙ−９０の影響を回避できて液体試料のＳｒ−９０濃度を連続的に分析することができるＳｒ−９０濃度分析装置を提供する。【解決手段】Ｓｒ−９０濃度分析装置１０Ａは、Ｓｒを選択的に吸着する吸着剤を充填して試料供給管１の内面に接触して配置された吸着剤層４、およびβ線検出器３を有する。β線検出器３は試料供給管１の外面に接触して配置される。β線検出器３と吸着剤層４は試料供給管１の管壁の厚みだけ離れている。試料供給管１に供給された液体試料に含まれるＳｒ−９０は吸着剤層４の吸着剤に吸着されて濃縮され、吸着されたＳｒ−９０の崩壊により生成されたＹ−９０は流動する液体試料によって脱離される。β線検出器３は吸着されたＳｒ−９０のβ線を検出してβ線検出信号を出力し、計数器１２はその信号の計数値であるβ線検出値を出力する。演算装置１３はβ線検出値の時間差分を求める。【選択図】図２

Description

本発明は、Ｓｒ−９０濃度分析装置およびＳｒ−９０の濃度分析方法に係り、特に、液体試料に含まれているＳｒ−９０の濃度を分析するのに好適なＳｒ−９０濃度分析装置およびＳｒ−９０の濃度分析方法に関する。

原子力発電所においては、原子力プラントで発生する放射性廃液および原子力発電所周辺の環境放射能管理のために、放射性廃液に含まれる放射性ストロンチウムであるＳｒ−９０を測定している。試料自体による、Ｓｒ−９０から放出されるベータ線の自己吸収が大きいため、Ｓｒ−９０の測定では、測定対象試料からＳｒ−９０を純粋分難し、Ｓｒ−９０のベータ崩壊に伴う娘核種のＹ−９０が放射平衡になった時点でＹ−９０を沈殿分離して乾燥後にＳｒ−９０を測定することが行われている。このＳｒ−９０の分析作業は、化学分離操作を伴い、高度の熟練技術および煩雑で長時間の時間を必要とする。

このため、特開昭６０−１９４３８４号公報に記載されたストロンチウムの測定方法では、ストロンチウムを含む溶液をイオン交換樹脂に通してストロンチウムを濃縮し、イオン交換樹脂に濃縮されたストロンチウムを妨害となる他の核種から分離し、分離したストロンチウムをベータ線測定装置に流入させて測定している。

また、特開昭６３−３２３９０号公報には、Ｓｒ−９０を含む液体試料をイオン交換樹脂カラムに通してＳｒ−９０をイオン交換樹脂カラムに濃縮・捕集し、その後、捕集したＳｒ−９０をイオン交換樹脂カラムから溶離させ、溶離したＳｒ−９０を含む溶液を、平板シンチレータを所定間隔で積層したフローセルに流入させて、ベータ線の測定を行う方法が提案されている。

特開昭６０−１９４３８４号公報 特開昭６３−３２３９０号公報

従来の方法では、測定対象試料の所定量を用いてＳｒ−９０の分析操作を実施するため、分析操作一回ごとに、測定対象試料に対して、化学分析操作により測定対象試料からＳｒ−９０を分離する化学分離操作のプロセス、および分離したＳｒ−９０の娘核種であるＹ−９０の放射平衡後にＹ−９０を測定する放射能計測プロセスを行う必要がある。このため、例えば、地下水などをポンプで汲み上げて採取する場合のように、連続的に採取した測定対象試料を対象にＳｒ−９０を連続的に分析することは不可能であった。

また、Ｓｒ−９０はベータ崩壊に伴ってＹ−９０を生成し、このＹ−９０はＳｒ−９０よりもエネルギーの高いベータ線を放出することから、Ｓｒ−９０のみを分離した後であっても、時間とともにＹ−９０の生成によって放射能濃度が変化するためベータ線検出器ではＳｒ−９０濃度の測定が困難である。

本発明の目的は、Ｙ−９０の影響を回避できて液体試料のＳｒ−９０濃度を連続的に分析することができるＳｒ−９０濃度分析装置およびＳｒ−９０の濃度分析方法を提供することにある。

上記した目的を達成する本発明の特徴は、Ｓｒ−９０を含む液体試料を流す管路と、管路内に設置されたストロンチウムを選択的に吸着する吸着剤と、管路の外面に配置され、吸着剤に吸着されるＳｒ−９０から放出されるベータ線を検出するベータ線検出器とを備えたことにある。

液体試料に含まれるＳｒ−９０は吸着剤に吸着されて濃縮され、Ｓｒ−９０から放出されるベータ線はベータ線検出器で検出される。吸着剤に吸着されたＳｒ−９０の崩壊により生成されるＹ−９０は管路内を流動する液体試料によって吸着剤から脱離される。したがって、Ｙ−９０はＳｒ−９０から放出されるベータ線の計測を妨害しないため、液体試料のＳｒ−９０濃度を連続的に精度良く分析することができる。

本発明によれば、Ｙ−９０の影響を回避できて液体試料のＳｒ−９０濃度を連続的に分析することができる。

本発明の好適な一実施例である実施例１のＳｒ−９０濃度分析装置の構成図である。 実施例１のＳｒ−９０濃度分析装置を用いて液体試料のＳｒ−９０濃度を分析した結果を示す説明図である。 本発明の他の好適な実施例である実施例２のＳｒ−９０濃度分析装置の構成図である。 本発明の他の好適な実施例である実施例３のＳｒ−９０濃度分析装置の構成図である。

本発明の実施例を以下に説明する。

本発明の好適な一実施例である実施例１のＳｒ−９０濃度分析装置を、図１を用いて説明する。

本実施例のＳｒ−９０濃度分析装置１０は、試料供給管１、吸着剤（例えば、チタン酸化合物）２、ベータ線検出器３、計数器（カウンター）１２、演算装置１３および表示装置１４を備えている。吸着剤２は、ストロンチウムを選択的に吸着する吸着剤であり、ストロンチウムを含む液体試料が流れる試料供給管１内に設置される。ベータ線検出器３は、試料供給管１の外面に接触してこの外面上に設置される。ストロンチウムを選択的に吸着する吸着剤２として、チタン酸化合物以外に、人工ゼオライト、チタン酸塩化合物、イオン交換樹脂およびキレート樹脂のいずれかを用いてもよい。計数器１２がベータ線検出器３に接続され、演算装置１３が計数器１２に接続される。表示装置１４が計数器１２および演算装置１３のそれぞれに接続される。ベータ線検出器３は、プラスチックシンチレーターおよびＧＭ管などが好ましい。

Ｓｒ−９０濃度分析装置１０を用いた液体試料に含まれるＳｒ−９０の濃度分析方法を、以下に説明する。

Ｓｒ−９０等の放射性核種を含む液体試料は、試料供給管１に供給される。試料供給管１により導かれた液体試料に含まれたＳｒ−９０は、試料供給管１内の吸着剤２に吸着されて液体試料から除去される。吸着剤２に吸着されたＳｒ−９０から放出されたベータ線は、ベータ線検出器３によって検出される。ベータ線検出器３は、ベータ線を検出したときにベータ線検出信号を計数器１２に出力する。計数器１２は、所定の周期（例えば、１分間ごと）でベータ線検出信号をカウントし、例えば、１分間ごとにベータ線検出信号のカウント数（１分間当たりの計数率）をベータ線検出値として出力する。

Ｓｒ−９０濃度分析装置１０を用いた、液体試料に含まれて吸着剤２に吸着されたＳｒ−９０から放出されるベータ線の測定結果の一例を、図２に示す。図２において、◇はベータ線検出値を示し、□はベータ線検出値の時間差分を示している。液体試料を試料供給管１に供給しないとき、すなわち、試料供給管１への通液時間がゼロであるとき、ベータ線検出器３は、バックグランドのベータ線を計測する。計測されたバックグラウンドのベータ線検出値は、約１０カウント／分である。ベータ線検出値は、試料供給管１内への液体試料の通液開始時点から通液時間が７分を経過した時に急激に上昇する。そして、通液開始時点からの通液時間が１３分を経過した以降では、ベータ線検出値は、上昇しなくなりほぼ一定になる（図２に示された◇参照）。すなわち、図２は、◇で表されるように、Ｓｒ−９０を含む液体試料がある時間帯に試料供給管１に流入し、Ｓｒ−９０が試料供給管１内の吸着剤２に濃縮・捕集されることによって生じたベータ線強度の時間変化を示している。

◇で表されるベータ線検出値に基づいて算出したベータ線検出値の時間差分を、図２に示す（□参照）。ベータ線検出値の時間差分は、通液時間ｔ_i（ｉ＝１，２，３，…，ｎ）でのベータ線検出値をｄ_i（ｉ＝１，２，３，…，ｎ）とし、通液時間ｔ_i+1でのベータ線検出値をｄ_i+1としたとき、ベータ線検出値の時間差分Ｔｄは、（ｄ_i+1−ｄ_i）で表される。このように、時間差分を求めることによって、通液時間約１０分の時点では、Ｓｒ−９０が約９カウント／分含まれていることが分かる。

試料供給管１によって導かれる液体試料に含まれるＳｒ−９０は、常に、吸着剤２に吸着されて濃縮されるが、ベータ線検出値の時間差分を求めることによって、現時点での液体試料のＳｒ−９０濃度を連続的にモニタリングすることができる。また、吸着材２に吸着されたＳｒ−９０の崩壊によって生成されたＹ−９０は、試料供給管１内での液体試料の流動によって速やかに吸着剤２から脱離される。このため、ベータ線検出器３は、Ｙ−９０から放出されるベータ線をほとんど検出しない。

演算装置１３は、計数器１２から出力された１分間当たりの計数率であるベータ線検出値を入力し、通液時間ｔ_iおよびｔ_i+1のそれぞれのベータ線検出値ｄ_iおよびｄ_i+1のそれぞれを用いてベータ線検出値の時間差分Ｔｄ_i+1（＝ｄ_i+1−ｄ_i）を求める。計数器１２から出力されたベータ線検出値ｄ_i+1および演算装置１３から出力されたベータ線検出値の時間差分Ｔｄ_i+1のそれぞれは、表示装置１４に表示される。オペレータは、表示装置１４に表示されたベータ線検出値およびベータ線検出値の時間差分を見ることによって、現時点におけるベータ線検出値およびベータ線検出値の時間差分を知ることができる。

本実施例によれば、Ｓｒ−９０を含む液体試料を、ストロンチウムを選択的に吸着する吸着剤（例えば、チタン酸化合物）２が内部に配置された試料供給管１内に供給し、液体試料に含まれたＳｒ−９０を吸着剤２に吸着させて濃縮するため、試料供給管１の外面に接触して配置されたベータ線検出器３により、吸着剤２に吸着されたＳｒ−９０から放出されるベータ線を精度良く検出することができる。特に、吸着剤２が試料供給管１内を流れる液体試料に常に接触しているため、吸着剤２に吸着されたＳｒ−９０の崩壊によって生成されたＹ−９０は、流動している液体試料によって速やかに吸着剤２から脱離され、液体試料と共に試料供給管１から排出される。このため、ベータ線検出器３は、Ｙ−９０から放出されるベータ線の影響をあまり受けないので、Ｓｒ−９０から放出されたベータ線を精度良く検出することができる。したがって、液体試料のＳｒ−９０濃度を連続的に精度良く定量することができる。

液体試料がＹ−９０以外のベータ線を放出する他の放射性核種を含んでいる場合においても、吸着剤２にはＳｒ−９０が吸着されて濃縮され、ベータ線を放出する他の放射性核種は液体試料と共に試料供給管１から流出する。この結果、吸着剤２に吸着されたＳｒ−９０から放出されるベータ線の計測が、他の放射性核種からのベータ線によって妨害されることを抑制することができる。

液体試料に含まれるＳｒ−９０は吸着剤２に高倍率で濃縮されるため、Ｓｒ−９０の検出感度を向上させることができる。

本実施例では、ベータ線検出値の時間差分を求めるため、現時点での液体試料に含まれるＳｒ−９０の濃度を連続的に監視することができる。

ベータ線検出器３の試料供給管１の外面に面する部分の形状は、試料供給管１の外面の形状、特に、試料供給管１の、吸着剤２が配置された部分での外面の形状に合わせることが、吸着剤２に吸着されたＳｒ−９０から放出されるベータ線の検出に有効である。好ましくは、試料供給管１の形状が薄い平板形状となっている方が、そのベータ線の検出感度が向上するために望ましい。

本実施例では、試料供給管１内を流れる液体試料の流速を速くすることにより吸着剤２でのＳｒ−９０の濃縮速度を増大させることができ、任意の必要な検出感度まで向上させることができる。また、吸着剤２のＳｒ−９０の吸着能力が低下した場合には、試料供給管１内の吸着剤２を新しい吸着剤２と交換すれば良い。

本発明の他の好適な実施例である実施例２のＳｒ−９０濃度分析装置を、図３を用いて説明する。

本実施例のＳｒ−９０濃度分析装置１０Ａは、実施例１のＳｒ−９０濃度分析装置１０においてストロンチウムを選択的に吸着する吸着剤２を充填した吸着剤層４を試料供給管１内に設置した構成を有する。吸着剤層４は、試料供給管１の中心軸よりも試料供給管１の内面側に偏って配置される。吸着剤層４の一面が試料供給管１の内面に接触している。ベータ線検出器３は、吸着剤層４が接触している試料供給管１の内面の位置で、この試料供給管１の外面に接触して設置される。このため、ベータ線検出器３は吸着剤層４に極めて近い位置に配置され、ベータ線検出器３と吸着剤層４は、試料供給管１の管壁の厚みだけ離れているにすぎない。Ｓｒ−９０濃度分析装置１０Ａの他の構成はＳｒ−９０濃度分析装置１０の構成と同じである。

Ｓｒ−９０濃度分析装置１０Ａを用いた液体試料に含まれるＳｒ−９０の濃度分析方法を、以下に説明する。実施例１と同様に、Ｓｒ−９０等の放射性核種を含む液体試料は試料供給管１に供給され、このＳｒ−９０は吸着剤層４内の吸着剤２、例えば、チタン酸化合物に吸着されて濃縮される。吸着剤２に吸着されたＳｒ−９０の崩壊によって生成されたＹ−９０は、流動している液体試料によって速やかに吸着剤２から脱離され、試料供給管１から排出される。吸着されたＳｒ−９０から放出されるベータ線は、ベータ線検出器３によって効率良く検出される。本実施例においても、計数器１２から出力されるベータ線検出値、および演算装置１３で求められたベータ線検出値の時間差分が、表示装置１４に表示される。

本実施例は実施例１で生じる各効果を得ることができる。さらに、本実施例では、ベータ線検出器３と吸着剤層４は、試料供給管１の管壁の厚みだけ離れており、それらの間の距離が極めて短いため、ベータ線検出器３における、Ｓｒ−９０から放出されるベータ線の検出感度を向上させることができる。

本発明の他の好適な実施例である実施例３のＳｒ−９０濃度分析装置を、図４を用いて説明する。本実施例のＳｒ−９０濃度分析装置１０Ｂは、実施例２のＳｒ−９０濃度分析装置１０Ａに、サンプリング配管６、採水装置（例えば、ポンプ）７、不純物除去装置８および排水管９を追加した構成を有する。Ｓｒ−９０濃度分析装置１０Ｂの他の構成はＳｒ−９０濃度分析装置１０Ａと同じである。

サンプリング配管６の一端部が土壌１１中に採掘されたボーリング孔５内に挿入され、サンプリング配管６の他端部が試料供給管１の入口に接続されている。採水装置７および不純物除去装置８がサンプリング配管６に設けられる。不純物除去装置８は内部に微粒子フィルタを設置している。排水管９の一端部が試料供給管１の出口に接続され、排水管９の他端部がボーリング孔５内に挿入されている。本実施例のＳｒ−９０濃度分析装置１０Ｂは土壌１１中の地下水に含まれるＳｒ−９０の濃度をモニタリングする装置である。

Ｓｒ−９０濃度分析装置１０Ｂを用いた、液体試料である地下水に含まれるＳｒ−９０の濃度分析方法を、以下に説明する。採水装置７の駆動によってサンプリング配管６に採取された、ボーリング孔５内の地下水（以下、液体試料という）が不純物除去装置８に導かれ、採取された液体試料に含まれる不純物（例えば、砂）が不純物除去装置８内の微粒子フィルタによって除去される。不純物が除去された液体試料が試料供給管１に供給され、液体試料に含まれるＳｒ−９０が、実施例２と同様に、吸着剤層４内の吸着剤２に吸着されて濃縮される。吸着されたＳｒ−９０から放出されるベータ線は、ベータ線検出器３によって効率良く検出される。吸着剤２に吸着されたＳｒ−９０の崩壊によって生成されたＹ−９０が流動している液体試料によって吸着剤２から脱離されるため、Ｙ−９０から放出されるベータ線は、ベータ線検出器３によってあまり検出されない。

吸着剤層４内の吸着剤２による吸着によってＳｒ−９０の濃度が低下した液体試料は、試料供給管１から排水管９に排出され、ボーリング孔５内に戻される。排水管９の出口は、排水管９からボーリング孔５内に排出された液体試料がサンプリング配管６に採取されないように、ボーリング孔５内においてサンプリング配管６の入口よりも上方に配置されている。

本実施例は実施例２で生じる各効果を得ることができる。本実施例は、土壌１１に掘削したボーリング孔５内の地下水を液体試料として吸着剤層４を内部に配置した試料供給管１に供給するため、地下水に含まれるＳｒ−９０の濃度を連続的に精度良く計測することができる。また、試料供給管１から排出された液体試料を、排水管９を通してボーリング孔５内に戻すため、新たな二次廃棄物の発生を抑えることができる。

１…試料供給管、２…ストロンチウムを選択的に吸着する吸着剤、３…ベータ線検出器、４…吸着剤層、５…ボーリング孔、６…サンプリング配管、７…採水装置、８…不純物除去装置、９…排水管、１０，１０Ａ，１０Ｂ…Ｓｒ−９０濃度分析装置、１２…計数器、１３…演算装置。

Claims (8)

1. Ｓｒ−９０を含む液体試料を流す第１管路と、前記第１管路内に設置されたストロンチウムを選択的に吸着する吸着剤と、前記第１管路の外面に配置され、前記吸着剤に吸着されるＳｒ−９０から放出されるベータ線を検出するベータ線検出器とを備えたことを特徴とするＳｒ−９０濃度分析装置。
2. 前記吸着材が充填された吸着剤層が、前記第１管路内で前記管路の中心軸よりも前記第１管路の内面側に配置されて前記第１管路の内面に接触させて配置された請求項１に記載のＳｒ−９０濃度分析装置。
3. 前記吸着剤層及び前記ベータ線検出器が、前記第１管路の管壁の厚みだけ離れている請求項２に記載のＳｒ−９０濃度分析装置。
4. 前記第１管路の入口に接続され、前記液体試料を採取する第２管路と、前記第１管路の出口に接続され、前記第１管路から排出される前記液体試料を導く第３管路と、前記第２管路に設けられたポンプおよび不純物除去装置とを備えた請求項１または２に記載のＳｒ−９０濃度分析装置。
5. 前記ベータ線検出器に接続された計数器と、前記計数器に接続され、前記計数器から出力されるベータ線検出値に基づいてベータ線検出値の時間差分を求める演算装置とを備えた請求項１または２に記載のＳｒ−９０濃度分析装置。
6. 前記吸着剤が人工ゼオライト、チタン酸化合物、チタン酸塩化合物、イオン交換樹脂およびキレート樹脂のうちの一種である請求項１または２に記載のＳｒ−９０濃度分析装置。
7. ストロンチウムを選択的に吸着する吸着剤が内部に配置された管路に液体試料を供給し、前記液体試料に含まれるＳｒ−９０が前記吸着剤に吸着され、前記吸着されたＳｒ−９０から放出されるベータ線を、前記液体試料が前記管路内を流れている状態で、ベータ線検出器で検出することを特徴とするＳｒ−９０の濃度分析方法。
8. 土壌内に形成されたボーリング孔から液体試料を採取し、採取された前記液体試料に含まれた不純物を除去し、前記不純物が除去された前記液体試料を、前記吸着材が配置された前記管路に供給し、この管路から排出された液体試料を前記ボーリング孔に戻す請求項７に記載のＳｒ−９０の濃度分析方法。

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