JP2015184188A - γ-RAY ENERGY SPECTRUM MEASURING METHOD - Google Patents
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- Measurement Of Radiation (AREA)
Abstract
Description
本発明は、例えば移動体に搭載されて、移動しながらγ線のエネルギースペクトルを測定する方法に関する。 The present invention relates to a method for measuring an energy spectrum of γ rays while moving, for example, mounted on a moving body.
福島第1原子力発電所で発生した大規模な放射性物質の漏洩事故のような原子力災害が発生した場合、漏れ出した放射性物質は半径数十km〜数百km(あるいはそれ以上)の広範囲の地域に拡散する。このような原子力災害が発生した場合、空間線量の分布を示すマップ(以下、放射線量率マップと呼ぶ)を作製することは、拡散した放射性物質がどこにどのくらい分布しているかを推定するため、及び、住民の被曝管理や放射性物質の拡散状況を推定するために重要であり、住民の避難区域や屋内退避区域を画定したり、住民が無用の被曝をしないように種々の規制区域を設けたりするために有用である。また、放射線量率マップの作製することは、除染計画や被害を受けた地域の環境修復の計画等を立てる上でも非常に重要である。 When a nuclear disaster such as a large-scale radioactive material leakage accident occurred at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, the leaked radioactive material has a wide area with a radius of tens to hundreds of kilometers (or more). To spread. When such a nuclear disaster occurs, creating a map showing the distribution of air dose (hereinafter referred to as radiation dose rate map) is to estimate where and how much diffused radioactive material is distributed, and It is important to manage the exposure of residents and estimate the diffusion status of radioactive materials. Define evacuation areas and indoor evacuation areas for residents, and establish various restricted areas to prevent residents from unnecessary exposure. Useful for. The creation of a radiation dose rate map is also very important in planning decontamination plans and environmental restoration plans for damaged areas.
なお、空間線量率(又は放射線量率)とは、対象とする空間の単位時間当たりの放射線量のことである。放射線の量を、物質が放射線から吸収したエネルギー量(吸収線量)で測定する場合、空間線量率は、吸収線量の単位であるGy(グレイ)を用いてGy/h(グレイ/時)で表される。あるいは、放射線の量を、生体の被曝の影響による生物学的影響の大きさ(線量当量)で測定する場合、空間線量率は、線量当量の単位であるSv(シーベルト)を用いてSv/h(シーベルト/時)で表される。なお、線量当量は、吸収線量に生体への影響に応じた係数をかけることにより求められる。空間線量率をモニターすることにより、放射性物質の漏洩をいち早く検知することができるとともに、必要に応じて、近隣住民に対して避難勧告などの適切な指示を出すことができる。 The air dose rate (or radiation dose rate) is the radiation dose per unit time of the target space. When the amount of radiation is measured by the amount of energy absorbed by the substance (absorbed dose), the air dose rate is expressed in Gy / h (gray / hour) using Gy (gray) which is the unit of absorbed dose. Is done. Alternatively, when the amount of radiation is measured by the magnitude of the biological effect (dose equivalent) due to the effects of exposure to the living body, the air dose rate is calculated using Sv (sievert), which is a unit of dose equivalent. It is expressed in h (sievert / hour). The dose equivalent is obtained by multiplying the absorbed dose by a coefficient corresponding to the influence on the living body. By monitoring the air dose rate, it is possible to quickly detect the leakage of radioactive materials, and to issue appropriate instructions such as evacuation recommendations to neighboring residents as necessary.
そこで、本発明者らは、福島第1原子力発電所で発生した放射性物質の漏洩事故後の環境の汚染状況を把握するために、放射線量率(γ線の空間線量率等)を容易に、且つ、長期的に計測するために好適な放射線量率マップデータ収集システムとして、KURAMAシステム(Kyoto University RAdiation MAppingシステム)の開発を行った(特許文献1参照)。さらに、特許文献2に示されるように、放射線計測に不慣れなユーザーであっても容易且つ正確に放射線量率マップデータを収集することができる放射線量率マップデータ収集システムとして、KURAMAシステムを改良したKURAMA−IIシステムの開発も行ってきた。
Therefore, the present inventors easily set the radiation dose rate (gamma ray air dose rate, etc.) in order to grasp the environmental pollution situation after the radioactive material leakage accident that occurred at the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station, In addition, as a radiation dose rate map data collection system suitable for long-term measurement, a KURAMA system (Kyoto University Radiation Mapping system) was developed (see Patent Document 1). Furthermore, as shown in
そして、後述のように、KURAMA−IIシステムは、すでに福島県などにおいて、実用化に向けた試験が行われている。例えば、福島市内、郡山市内において、定期的に所定のルートを巡回する一部の路線バスには、KURAMA−IIシステムが搭載されており、路線バスのルート上の空間線量率測定を行うために用いられている。 As will be described later, the KURAMA-II system has already been tested for practical use in Fukushima Prefecture and the like. For example, in Fukushima City and Koriyama City, some route buses that regularly circulate a predetermined route are equipped with the KURAMA-II system and measure the air dose rate on the route bus route. It is used for.
KURAMA−IIシステムは、γ線の空間線量率を測定しうるだけではなく、後述のように、エネルギースペクトルを測定することも可能である。ここで、従来、ある地点において、γ線のエネルギースペクトルを測定する際には、γ線検出器をその地点に設置して、カウント数が十分な統計量に達するまで、数分〜数時間にわたって測定を継続するのが一般的であった。この場合において、複数の測定区画を設定して、これらの複数の測定区画にわたって面的な測定を行うためには、検出器の設置→測定→移動→検出器の設置→測定→移動を繰り返す必要があった。KURAMA−IIシステムのように、車などの移動体に搭載して測定を行う場合においても、目的とする測定区画内で十分な統計量が得られるような遅い速度で移動することが必要であった。しかしながら、一般の交通との兼ね合いで、そのような測定を実施することは困難であった。 The KURAMA-II system can not only measure the air dose rate of γ rays, but also can measure the energy spectrum as described later. Here, conventionally, when measuring the energy spectrum of γ-rays at a certain point, a γ-ray detector is installed at that point, and it takes several minutes to several hours until the count reaches a sufficient statistic. It was common to continue the measurement. In this case, it is necessary to repeat the installation of the detector → measurement → movement → installation of the detector → measurement → movement in order to set a plurality of measurement sections and perform planar measurement across these plurality of measurement sections. was there. Even when mounted on a moving body such as a car, as in the KURAMA-II system, it is necessary to move at a slow speed so that sufficient statistics can be obtained in the target measurement section. It was. However, it was difficult to carry out such a measurement in consideration of general traffic.
本発明の目的は、車などの移動体に搭載して、所望の速度で移動しながら、複数の測定区画にわたって、面的にγ線のエネルギー測定を行うことができるγ線エネルギー測定方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a γ-ray energy measurement method that can be mounted on a moving body such as a car and can measure γ-ray energy across a plurality of measurement sections while moving at a desired speed. It is to be.
本発明の態様に従えば、γ線のエネルギースペクトルを測定する方法であって、
γ線検出器を設置することと、
前記γ線検出器からの出力から、γ線検出器に入射したγ線のエネルギー情報を抽出することと、
前記γ線が前記γ線検出器に入射した時点に対応する現在位置情報及び現在時刻情報を取得することと、
前記γ線のエネルギー情報と、前記現在位置情報と、前記時刻情報とを関連付けて記憶することと、
を備えるγ線エネルギースペクトル測定方法が提供される。
According to an aspect of the present invention, a method for measuring the energy spectrum of γ-rays, comprising:
installing a gamma ray detector;
Extracting energy information of γ rays incident on the γ ray detector from the output from the γ ray detector;
Obtaining current position information and current time information corresponding to the time when the γ-rays are incident on the γ-ray detector;
Storing the γ-ray energy information, the current position information, and the time information in association with each other;
A method for measuring γ-ray energy spectrum is provided.
本発明のγ線エネルギースペクトル測定方法によれば、例えば、γ線検出器を移動体に搭載することにより、移動しつつ、所望の測定区画におけるγ線のエネルギースペクトルを測定することができる。そして、測定後又は測定中に、所望の地点及び/又は所望の時間に関するγ線のエネルギースペクトルを再構成することができる。 According to the γ-ray energy spectrum measurement method of the present invention, for example, by mounting a γ-ray detector on a moving body, the energy spectrum of γ-rays in a desired measurement section can be measured while moving. And the energy spectrum of the gamma ray regarding a desired point and / or desired time can be reconfigure | reconstructed after a measurement or during a measurement.
本発明によれば、車などの移動体に搭載して、所望の速度で移動しながら、複数の測定区画にわたって、面的にγ線のエネルギー測定を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to measure γ-ray energy across a plurality of measurement sections while being mounted on a moving body such as a car and moving at a desired speed.
上述のように、本発明者は、本実施形態に係るγ線エネルギースペクトル測定システムの開発に先がけて、KURAMAシステム及びその改良版であるKURAMA−IIシステムと呼ばれる放射線量率マップデータ収集システムを開発した。ここで、KURAMAとは、「Kyoto University RAdiation MApping」の略であり、本発明者を中心にして京都大学において開発された空間線量率マップを作製するためのシステムである。 As described above, prior to the development of the γ-ray energy spectrum measurement system according to the present embodiment, the present inventor has developed a radiation dose rate map data collection system called the KURAMA system and an improved version thereof, the KURAMA-II system. did. Here, KURAMA is an abbreviation for “Kyoto University Radiation Mapping” and is a system for producing an air dose rate map developed at Kyoto University with the present inventor at the center.
本実施形態に係るγ線エネルギースペクトル測定システムは、KURAMA−IIシステムを改良したものである。そこで、本実施形態に係るγ線エネルギースペクトル測定システムについて説明する前に、先ず、本発明者が中心となって開発されたKURAMAシステム1(放射線量率マップデータ収集システム)及びその改良版であるKURAMA−IIシステム100について説明する。
<KURAMAシステム1の概略>
The γ-ray energy spectrum measurement system according to this embodiment is an improvement of the KURAMA-II system. Therefore, before describing the γ-ray energy spectrum measurement system according to the present embodiment, first, the KURAMA system 1 (radiation dose rate map data collection system) developed mainly by the present inventor and its improved version. The KURAMA-II
<Outline of KURAMA
図1に示されるように、KURAMAシステム1は空間線量率を測定する放射線測定器としてのNaIシンチレーション検出器10と、全地球測位システム(GPSシステム)を利用して現在位置の情報を取得するGPSユニット20(位置情報取得機構)と、NaIシンチレーション検出器10及びGPSユニット20により取得されたデータ(線量率データ及び位置データ)を処理するデータ処理システム30と、NaIシンチレーション検出器10からのアナログ出力をA/D変換してデータ処理システム30に取り込むためのインターフェースユニット40と、データ処理システム30により処理されたデータを後述のサーバ90に送信するデータ送信ユニット50とを主に備える。
As shown in FIG. 1, the KURAMA
図2に示されるように、NaIシンチレーション検出器10は、発光中心としてのタリウム(Tl)がドープされたNaI結晶11及びNaI結晶11に光学的に接続された光電子増倍管(不図示)が内部に配置された円筒形状の測定部12と、光電子増倍管に所定の電圧を印加する高圧電源や光電子増倍管からの出力信号を成形し波高分別するための電子回路が配置された本体部13と、測定部12及び本体部13を電気的に接続するケーブル14とを主に備える。本体部13には、測定された、単位時間あたりの放射線(γ線又はX線)の線量(以下、空間線量率という)を表示するメータ13a、NaIシンチレーション検出器10の測定レンジを切り替えるレンジスイッチ13b、測定された空間線量率に対応したアナログ電圧信号を出力する出力部13c等が設けられている。
As shown in FIG. 2, the
ここで、NaI結晶11の内部にγ線、X線などの放射線が入射した場合、NaI結晶11を構成する原子と放射線との相互作用により、高エネルギーの電子が放出されることがある。放出された高エネルギーの電子は、周りの原子を励起させつつエネルギーを失うが、励起された周りの原子からはシンチレーション光が発せられる。言い換えると、放出された高エネルギーの電子の運動エネルギーがシンチレーション光に変換される。このシンチレーション光の光量は、放出された電子の運動エネルギーの大きさに依存し、放出された電子の運動エネルギーの大きさは、NaI結晶11を構成する原子と放射線との相互作用の大きさに依存する。このことから、NaI結晶11から発せられるシンチレーション光の光量を測定することにより、γ線、X線などの放射線がNaI結晶11を構成する原子との相互作用によって結晶内部で失ったエネルギーの大きさを求めることができる。具体的には、NaI結晶11から発せられたシンチレーション光の光量を、NaI結晶11に光学的に接続された不図示の光電子増倍管により測定する。光電子増倍管からの出力信号は、本体部13に配置された電子回路により信号処理され、空間線量率が求められる。測定された空間線量率がメータ13aに表示されるとともに出力部13cから空間線量率の大きさに応じたアナログ電圧信号(例えば、0〜10mV)が出力される。
Here, when radiation such as γ-rays or X-rays is incident on the inside of the
インターフェースユニット40は、出力部13cから出力されるアナログ電圧信号を増幅するオペアンプ41と、オペアンプ41により増幅されたアナログ電圧信号をデジタル信号に変換するAD変換器42とを主に備える。なおオペアンプ41は、例えば0〜10mVの低電圧のアナログ電圧信号を0−10Vのアナログ電圧信号に増幅する。
The
インターフェースユニット40のAD変換器42によりAD変換された、空間線量率に関する情報を含むデジタル信号(以下、空間線量率信号と呼ぶ)と、現在位置の情報を含むGPSユニット20からの出力信号(以下、GPS出力信号と呼ぶ)とがデータ処理システム30に入力される。データ処理システム30は、空間線量率信号とGPS出力信号から、現在位置に関する情報(測定位置データ)を抽出するとともに、その位置での空間線量率データを抽出する。そして、測定位置データ(例えば、緯度情報及び経度情報)と空間線量率データとを関連付けて空間線量率マップデータ(放射線量率マップデータ)を作成し、これをテキストファイルに記録する。このテキストファイルには、1〜10秒間隔で、空間線量率マップデータ(すなわち、測定位置データ及びその位置における空間線量率データ)が追加更新される。
A digital signal (hereinafter, referred to as an air dose rate signal) that is AD-converted by the
空間線量率マップデータが順次記載されたテキストファイルは、データ送信ユニット50によりサーバ90に送信される。サーバ90上に置かれたファイルは、他のユーザとの間で共有することも可能である。
The text file in which the air dose rate map data is sequentially described is transmitted to the
上述のように、テキストファイルには、測定位置データと、それに関連付けられた空間線量率データとが記載されているので、これを用いて空間線量率マップを作製することができる。具体的には、例えば白地図を用意して、白地図上の測定位置に対応する箇所に、空間線量率の大きさによって色分けされたマーカー(例えばドットなど)を表示してもよい。あるいは、等高線マップを作製してもよい。 As described above, since the measurement position data and the air dose rate data associated therewith are described in the text file, the air dose rate map can be created using this data. Specifically, for example, a white map may be prepared, and markers (for example, dots, etc.) color-coded according to the magnitude of the air dose rate may be displayed at locations corresponding to the measurement positions on the white map. Alternatively, a contour map may be created.
また、測定位置データ及び空間線量率データを、電子地図データ(例えば、Google社のGoogle Earth(登録商標)等)と組み合わせることも可能である。この場合には、上述のようなGoogle社のGoogle Earth(登録商標)を用いて、3次元マップ上に空間線量率の大きさによって色分けされたマーカが表示された空間線量率マップ(図3参照)や、2次元マップ上に空間線量率の大きさによって色分けされたマーカが表示された空間線量率マップ(図4参照)などの、視覚的に分かり易い空間線量率マップを形成することができる。
<KURAMA−IIシステム100の概略>
Further, the measurement position data and the air dose rate data can be combined with electronic map data (for example, Google Earth (registered trademark) of Google). In this case, using the Google Earth (registered trademark) as described above, the air dose rate map in which the markers color-coded according to the size of the air dose rate are displayed on the three-dimensional map (see FIG. 3). ) And an air dose rate map (see FIG. 4) in which markers colored by the size of the air dose rate are displayed on a two-dimensional map can be formed. .
<Outline of KURAMA-
さらに、本発明者が中心となって、上記KURAMAシステム1を、単に空間線量率のデータを収集するだけでなく、γ線のエネルギー測定も同時に行えるように改良し、以下のようなKURAMA−IIシステム100を開発した。
Furthermore, led by the present inventor, the above-described
以下、図5を参照しつつ、KURAMA−IIシステム100について説明する。なお、上述のKURAMAシステム1と相違する点について説明することとし、共通する構成要素については同一の参照符号を付してその説明を省略する。
Hereinafter, the KURAMA-
図5に示すように、KURAMA−IIシステム100は、CsIシンチレーション検出器110と、GPSユニット20と、データ処理システム30と、インターフェースユニット140と、データ送信ユニット50と、コントローラ160とを有する。後述のように、インターフェースユニット140は、National Instrument社のCompact RIOシステムにより実現されている。また、前述のKURAMAシステム1においては、データ処理システム30はネットブックと呼ばれる軽量、小型のノート型パソコンにおいて起動するプログラムにより実現されていた。KURAMA−IIシステム100においては、インターフェースユニット140を構成するCompact RIOシステムに搭載される小型のPCモジュールにおいて起動するプログラムにより実現されている。また、GPSユニット20及びデータ送信ユニット50も、PCモジュールに対して、USBなどを介して取り付けられる小型モジュールである。また、コントローラ160も、同じPCモジュールにより実現されている。つまり、KURAMA−IIシステム100は、実質的には、インターフェースユニット140、データ処理システム30、コントローラ160等を構成するCompact RIOシステムと、CsIシンチレーション検出器110と、GPSユニット20及びデータ送信ユニット50等の小型モジュールとによって構成されている。そして、これらの各装置(ユニット)は同一の筐体の中に配置することも可能である。そのため、KURAMAシステム1に比べて、格段に携帯性に優れているとともに、ユーザーが各ユニットの接続作業を行う必要がほとんどないため、誤接続などのトラブルの発生を抑えることができる。
As shown in FIG. 5, the KURAMA-
また、KURAMA−IIシステム100においては、NaIシンチレーション検出器10に代えて、CsIシンチレーション検出器110を採用している。その理由は以下の通りである。一般に、物質とγ線との相互作用は、物質を構成する元素の原子番号が大きくなるほど大きくなることが知られている。ここで、Naの原子番号は11であるのに対して、Csの原子番号は55であることから、NaIシンチレーション検出器とCsIシンチレーション検出器とを比べると、CsIシンチレーション検出器の方がγ線に対する感度が高いと言える。そのため、KURAMA−IIシステム100においては、NaIシンチレーション検出器10に代えてCsIシンチレーション検出器110を採用することにより、γ線に対する感度を維持しつつ、システム全体をKURAMAシステム1と比べてさらに小型軽量化することができた。
In the KURAMA-
また、図6に示すように、CsIシンチレーション検出器110は、CsI結晶111と、CsI結晶111に光学的に接続された光電子増倍管、MPPC(Multi−Pixel Photon Counter)等の受光素子112と、受光素子112からの出力されるパルス信号を出力するパルス信号出力部113とを有する。なお、KURAMA−IIシステム100においては、受光素子112としてMMPCを採用している。MMPCは複数のガイガーモードAPD(アバランシェ フォトダイオード)のピクセルを含む、常温で使用できる小型の光半導体素子であり、光電子増倍管と比較して低電圧で動作可能であるとともに、磁場の影響を受けにくいという優れた特性を有している。
As shown in FIG. 6, the
インターフェースユニット140は、パルス信号出力部113から出力されるパルス信号を増幅するアンプ(パルスシェーピングアンプ)141と、アンプ141の出力信号(アナログ信号)をデジタル信号(デジタル値)に変換するAD変換器142と、FPGA143と、CPU144とを有する。なお、FPGA143とはField Programmable Gate Arrayの略であり、製造後に購入者や設計者が構成を設定できる集積回路である。KURAMA−IIシステム100においては、インターフェースユニット140として、National Instrument社製のCompact RIOシステムを採用している。上述のアンプ141、AD変換器142、FPGA143、CPU144は、Compact RIOシステムに搭載されるモジュールとして実装されている。なお、前述のように、CPU144は、Compact RIOシステムに搭載されるPCモジュールにより実現されており、このPCモジュールはデータ処理システム30及びコントローラ160を兼ねている。ここで、Compact RIOシステムは、再構成可能な組込制御、集録システムであり、上述のLabVIEW(登録商標)を用いて各モジュールを直接制御するプログラムを容易に作製することができる。また、KURAMA−IIシステム100においては、FPGA143を用いることにより、AD変換器142から出力されるデジタル信号に基づいて、パルスのピーク高さの波高弁別、及びノイズレベルのディスクリミネーションをソフトウェア的に実現している。FPGA143により得られたパルスのピーク高さに関する情報はCPU144へ送られ、CPU144は、図7に示されるようなパルス波高スペクトルを作製する。
The
図7に示されるパルス波高スペクトルの横軸のチャンネル(CH)はパルス波高を表し、縦軸は各CHのカウント数を表す。ここで、パルス信号出力部113から出力されるパルス信号の波高はCsI結晶111内で失われたγ線のエネルギーに比例する。つまり、図7に示されるパルス波高スペクトルは、γ線のエネルギースペクトルに対応する。図7に示されるパルス波高スペクトルは、137Csの標準線源を用いて測定されたものであり、約80CHの位置に見られるピークが、661.7keVのγ線(図12参照)の光電ピークに対応する。なお、光電ピークとは、光電効果によって発生した高エネルギーの電子がCsI結晶111中で全エネルギーを失うことによって発生したパルスに対応するピークである。ここで、光電効果とは、CsI結晶111を構成する原子とγ線との相互作用を通じてγ線の全エネルギーが原子に与えられてγ線が消滅する代わりに、当該原子から、消滅したγ線のエネルギーとほぼ同じ運動エネルギーを持った高エネルギーの電子が放出される現象をいう。つまり、図7の約80CHの位置に見られるピークは、137Csの標準線源から放出された661.7keVのγ線の全エネルギーがCsI結晶111内で失われた場合に発生するパルスに起因するピークである。
The horizontal channel (CH) of the pulse height spectrum shown in FIG. 7 represents the pulse height, and the vertical axis represents the count number of each CH. Here, the pulse height of the pulse signal output from the pulse
このように、KURAMA−IIシステム100は、単に空間線量率の測定を行うだけでなく、CsIシンチレーション検出器110からの出力パルス信号のパルス波高スペクトルを測定できるように構成されているため、γ線のエネルギー測定も同時に行うことができる。
<KURAMA−IIシステム100の改良について>
As described above, the KURAMA-
<Improvement of KURAMA-
上述のように、KURAMA−IIシステム100においては、γ線のエネルギー測定を行うことができたが、得られるエネルギースペクトルは、測定時間全体にわたって測定されたエネルギースペクトルであり、複数の所望の測定区画(以下、メッシュともいう)について、各メッシュ毎のエネルギースペクトルを得ることはできなかった。そこで、本発明者は、KURAMA−IIシステム100を、所望の速度で移動しながら複数の測定区画にわたって面的にγ線のエネルギー測定を行うことができるようにするために、以下に述べるような改良を行い、KURAMA−IIシステム100Aを開発した。
As described above, in the KURAMA-
ここで、改良前のKURAMA−IIシステム100においては、CsIシンチレーション検出器110のパルス信号出力部113から出力されるパルス信号は、アンプ141で増幅及び成形され、AD変換器142でデジタル信号に変換される。これにより、AD変換器142から、パルスのピーク高さの波高データ(以下、パルス波高データという)が出力される。ここで、パルス信号出力部113から出力されるパルス信号の波高はCsI結晶111内で失われたγ線のエネルギーに比例する。つまり、パルス波高データは、CsIシンチレーション検出器110に入射したγ線のエネルギー情報を含んでおり、パルス信号出力部113から出力されるパルス信号の波高と、CsI結晶111内で失われたγ線のエネルギーとの校正曲線を用意することにより、パルス波高データからγ線のエネルギー情報を得ることが可能である。そのことを利用して、KURAMA−IIシステム100においては、AD変換器142から出力されるデジタル信号に基づいて、FPGA143によりパルスのピーク高さの波高弁別、及びノイズレベルのディスクリミネーションをソフトウェア的に行い、得られたパルスのピーク高さに関する情報をCPU144へ送り、図7に示されるようなパルス波高スペクトルを作製していた。
Here, in the KURAMA-
これに対して、本実施形態に係る、改良されたKURAMA−IIシステム(以下、KURAMA−IIシステム100Aと記載する)においては、上述のようなパルス波高スペクトルを作製するだけではなく、AD変換器142からパルス波高データが出力されるたびに、当該パルス波高データと、その時点におけるGPS出力信号から抽出された測定位置データと、時刻データとを関連付けて、エネルギースペクトルマッピングデータを作製している。ここで、KURAMA−IIシステム100Aは、KURAMA−IIシステム100のデータ処理システム30を修正し、おおむね3〜5秒の測定間隔でまとめたパルス波高データに、測定位置データと時刻データを付加できるようにしている。そして、このように改良されたKURAMA−IIシステム100Aにおいては、得られたエネルギースペクトルマッピングデータを、所定の時間間隔で、ネットワークを介して所定のサーバに送信するように構成されている。そして、測定後(又は測定中)に、サーバに蓄積されたエネルギースペクトルマッピングデータを測定位置データ及び/又は時刻データでソートすることにより、所望の位置及び/又は時刻におけるエネルギースペクトルを構築することが可能となった。
On the other hand, in the improved KURAMA-II system (hereinafter referred to as KURAMA-
このように改良されたKURAMA−IIシステム100Aを、福島市内中心部を走行する路線バスに搭載し、2013年4月20日〜4月30日の11日間にわたって、エネルギースペクトルマッピングデータの取得を行う実証実験を行った。そして、取得したエネルギースペクトルマッピングデータから、福島市内中心部を1kmメッシュで区切った各メッシュごと(図8参照)にエネルギースペクトルを再構成した。なお本実証実験においては、KURAMA−IIシステム100Aにより取得されたエネルギースペクトルマッピングデータは、ネットワークを介して、SQLデータベースであるsqliteに地理情報処理の機能拡張を施すspatialiteを追加したものに蓄積した。蓄積されたデータについて総務省第3次地域区画(約1kmの区画に相当)ごとに抽出し、エネルギースペクトルを構築した。
The improved KURAMA-
ここで、KURAMA−IIシステム100Aの、路線バス内での設置位置は車内後部座席後方センターライン側と決められている。複数の路線バスに搭載された複数のKURAMA−IIシステム100Aを用いて実証実験が行われたが、いずれのKURAMA−IIシステム100Aも路線バス内のほぼ同じ位置に設置されているため、上記測定期間内にわたって、ほぼ同一の測定条件が維持されていると言える。これにより、複数のKURAMA−IIシステム100Aから得られたエネルギースペクトルマッピングデータを積算することが可能となる。
Here, the installation position of the KURAMA-
福島市中心部のあるメッシュ(図8参照)において、2013年4月20日〜4月30日の間に、約11時間の積算データが得られ、図9のようなエネルギースペクトルを再構成することができた。図9に示されるエネルギースペクトルでは、137Cs、134Cs、40Kのγ線に由来するピークが弁別できており、この地域における天然核種と事故由来核種の存在比等の推定が可能になることがわかった。なお、図10に示されるように、40Kからは100崩壊あたり10.7回の確率で1460.8keVのエネルギーのγ線が放出される。また、図11に示されるように、134Csからは795.8keVのエネルギーのγ線が100崩壊あたり85.4回の確率で放出され、604.7keVのエネルギーのγ線が100崩壊あたり97.6回の確率で放出され、1365.2keVのエネルギーのγ線が100崩壊あたり3.04回の確率で放出される。また、図12に示されるように、137Csからは661.7keVのエネルギーのγ線が100崩壊あたり85.1回の確率で放出される。 In the mesh (see Fig. 8) in the center of Fukushima City, accumulated data of about 11 hours is obtained between April 20th and April 30th 2013, and the energy spectrum shown in Fig. 9 is reconstructed. I was able to. In the energy spectrum shown in FIG. 9, peaks derived from 137 Cs, 134 Cs, and 40 K gamma rays can be discriminated, and the abundance ratio of natural nuclides and accident-derived nuclides in this region can be estimated. I understood. As shown in FIG. 10, γ-rays having an energy of 1460.8 keV are emitted from 40 K with a probability of 10.7 per 100 decays. Further, as shown in FIG. 11, γ-rays with an energy of 795.8 keV are emitted from 134 Cs with a probability of 85.4 per 100 decays, and γ-rays with an energy of 604.7 keV are 97.97 per 100 decays. It is emitted with a probability of 6 times, and gamma rays with an energy of 1365.2 keV are emitted with a probability of 3.04 times per 100 decays. Further, as shown in FIG. 12, 137 Cs emits γ-rays having an energy of 661.7 keV with a probability of 85.1 times per 100 decays.
このように、上記実証実験においては、得られたエネルギースペクトルマッピングデータから、特定のメッシュに対応するデータを抽出することにより、当該メッシュにおけるエネルギースペクトルの再構成を行えることがわかった。さらに、エネルギースペクトルマッピングデータには、測定位置データだけではなく、時刻データも含まれている。そのため、時刻データを用いてソートすることにより、特定の時間において測定されたエネルギースペクトルを再構成することも可能である。あるいは、時刻データと測定位置データの両方を用いてソートすることによって、特定の時間において特定のメッシュで測定されたエネルギースペクトルを再構成することも可能となる。例えば、特定のメッシュにおけるエネルギースペクトルを、1日ごとに作製することもできる。この場合には、当該メッシュにおけるエネルギースペクトルの1日ごとの変動を調べることができる。 As described above, in the demonstration experiment, it was found that the energy spectrum in the mesh can be reconstructed by extracting the data corresponding to the specific mesh from the obtained energy spectrum mapping data. Furthermore, the energy spectrum mapping data includes not only measurement position data but also time data. Therefore, it is possible to reconstruct the energy spectrum measured at a specific time by sorting using time data. Alternatively, it is possible to reconstruct an energy spectrum measured with a specific mesh at a specific time by sorting using both time data and measurement position data. For example, an energy spectrum in a specific mesh can be created every day. In this case, the fluctuation of the energy spectrum in the mesh every day can be examined.
このように、エネルギースペクトルマッピングデータとして、パルス波高データに測定位置データと時刻データを付加することにより、所望の時間及び/又は場所におけるエネルギースペクトルを再構成することができるようになった。これにより、例えば路線バスにKURAMA−IIシステム100Aを搭載する場合のように、定期的に所定のルートを巡回する移動体にKURAMA−IIシステム100Aを搭載した場合において、目的に応じて種々の時間、測定区画におけるエネルギースペクトルを自由に再構築できるようになった。
As described above, by adding the measurement position data and time data to the pulse height data as energy spectrum mapping data, the energy spectrum at a desired time and / or location can be reconstructed. Thus, for example, when the KURAMA-
なお、従来の方法のように、メッシュごとの測定地点でエネルギースペクトルの測定を行い、エネルギースペクトルを取得した後に次の測定地点へ移動して測定することを繰り返す場合には、専門の測定員や機材を占有して実施する必要があった。そして、この場合には、メッシュ内の代表点での測定に限定されてしまうため、その代表点の選定を間違えた場合、メッシュの範囲の代表値としてふさわしくないデータとなる恐れがあった。これに対して、本実施形態に係るKURAMA−IIシステム100Aを用いる場合においては、メッシュ内を移動しながら測定を行うことができる。そのため、そのメッシュ内の複数の地点における測定データを用いることが可能となり、そのメッシュ内の平均的な特性に近いデータを得ることができると考えられる。
In addition, when the energy spectrum is measured at each measurement point for each mesh as in the conventional method and the measurement is repeated after moving to the next measurement point after acquiring the energy spectrum, It was necessary to occupy the equipment. In this case, since the measurement is limited to the measurement at the representative point in the mesh, if the selection of the representative point is wrong, there is a possibility that the data may not be suitable as the representative value of the mesh range. On the other hand, when the KURAMA-
また、例えば、KURAMA−IIシステム100Aを路線バスに搭載して、路線バスの走行ルートに沿った測定を行う場合において、ある地点において急激にγ線量が変動することがありうる。例えば、実際にあった例として、陽電子放射断層撮影(PET診断)を行うために放射性薬剤を投与された患者が、路線バスを利用して帰宅することが挙げられる。この場合には、放射性薬剤を投与された患者が、KURAMA−IIシステム100Aを搭載した路線バスに乗ったときから、路線バスを降りるまでの間、路線バス内部におけるγ線量が急激に増えることになる。
In addition, for example, when the KURAMA-
このような場合においても、本実施形態に係るKURAMA−IIシステム100Aを用いた場合には、所望の時間ごとのエネルギースペクトルの変化を追うことができる。これにより、γ線量が急激に増加している区間のデータを取り除くことができ、放射性薬剤を投与された患者から発せられたγ線の影響を取り除くことが可能となる。このように、本実施形態に係るKURAMA−IIシステム100Aを用いた場合には、エネルギースペクトルに何か異変が生じた場合には、所望の時間ごと、あるいは、所望の測定区画ごとのエネルギースペクトルを構成して、エネルギースペクトルの変化を追うことが可能である。それによって、異変の原因を突き止めることが容易になるとともに、必要であれば、異変が発生している期間(あるいは測定区画)のデータを取り除くことができ、測定データを無駄にすることなく有効に利用することができる。あるいは、除染作業を行った場合に、除染作業を行った区画における、除染作業の前後でのエネルギースペクトルを比較することが容易となり、除染の効果を容易に検証することができる。また、新たにホットスポット(空間線量率が高くなっている地点)が発生してしまった場合、そのホットスポットがいつどこに発生したのかを突き止めることも容易となる。
Even in such a case, when the KURAMA-
以上の説明において、空間線量率を計測する放射線計測器として、NaIシンチレーション検出器10又はCsIシンチレーション検出器110を例に挙げて説明してきた。しかしながら本発明はこのような構成には限られず、γ線のエネルギースペクトルを測定しうる限りにおいて、任意の放射線計測器を用いることができる。例えば、NaIシンチレーション検出器、CsIシンチレーション検出器のような固体シンチレーション検出器に限らず、Ge検出器のような半導体検出器を用いることができる。ここで、Ge検出器などの半導体検出器は、γ線に対する感度がある程度高く、エネルギー分解能も高いという利点を有している。しかしながら、測定中は液体窒素などで冷却し続ける必要があることや、検出器からの信号を取り出して処理するために非常に複雑な電子回路が必要となるなど、その取り扱いが困難である。これに対して、固体シンチレーション検出器は取り扱いが容易であり、本発明に用いられる放射線計測器として好ましい。
In the above description, the
上述の説明においては、インターフェースユニット140が、パルス信号出力部113から出力されるパルス信号を増幅するアンプ(パルスシェーピングアンプ)141と、アンプ141の出力信号(アナログ信号)をデジタル信号(デジタル値)に変換するAD変換器142と、FPGA143と、CPU144とを有しており、これらのアンプ141、AD変換器142、FPGA143、CPU144は、Compact RIOシステムに搭載されるモジュールとして実装されていたが、本発明はこれには限られず、必要に応じて任意の構成にすることができる。例えば、CsIシンチレーション検出器に、アンプ及びADCが組み込まれている場合には、CsIシンチレーション検出器からADCにより変換されたデジタル信号が出力される。このような構成においては、インターフェースユニット140はCsIシンチレーション検出器から出力されるデジタル信号に基づいてエネルギースペクトルマッピングデータを作製するように構成されていてもよい。例えば、浜松ホトエレクトロニクス社製のC12137は、CsIシンチレーション検出器にアンプ、ADCが組み込まれており、ADCの出力信号がUSB出力されるように構成されている。このような検出器を採用することも可能である。
In the above description, the
また、上述の説明においては、データ処理システム30としてCompact RIOシステムに搭載される組み込み型のPCモジュールを用い、データ処理システム30とその他の機器(例えばデータ送信ユニット50やGPSユニット20等)はデータ処理システム30とは独立の機器として設けられていた。しかしながら本発明はこれには限られず、KURAMA−IIシステム100Aのさらなる小型軽量化を実現するために、KURAMA−IIシステム100Aを構成する各構成部分の一部又は全部を、一体に形成してもよい。例えば、GPSユニット20とデータ送信ユニット50とを組み込んだモジュールを作製し、インターフェースユニット140等を構成するCompact RIOシステムに組み込んでもよい。また、上述の説明において、データ処理システム30、CPU144及びコントローラ160は、Compact RIOシステムに実装される1個のPCモジュールにより実現されていたが、本発明は必ずしもこのような構成には限られない。例えば、コントローラ160、CPU144、データ処理システム30がそれぞれ独立のPCモジュールによって実現されていてもよい。また、Compact RIOシステムの、モジュールが挿抜されるシャーシにもCPUを含む小型コンピュータが搭載されており、必ずしもPCモジュールを使用しなくても、シャーシに含まれる小型コンピュータにより各モジュールの制御を行うことが可能である。そして、上述のコントローラ160、CPU144、データ処理システム30の一部又は全部をシャーシに含まれる小型コンピュータにより実現することも可能である。また、上述の説明においては、測定されたエネルギースペクトルマッピングデータは、ネットワークを介してSQLデータベース等の所定のサーバに送信されていた。しかしながら、本発明はこのような構成には限られない。例えば、測定されたエネルギースペクトルマッピングデータは、コントローラ160を構成するコンピュータに含まれるメモリ手段(半導体メモリやHDD等)に保存されてもよく、コントローラ160を構成するコンピュータとは別のコンピュータに含まれるメモリ手段に保存されてもよい。
In the above description, an embedded PC module mounted on the Compact RIO system is used as the
また、上述の説明においては、インターフェースユニット140とCsIシンチレーション検出器110とは、1つの筐体の内部に配置されていたが、本発明は必ずしもこのような構成には限られず、これらが独立に設けられていてもよい。また、本発明のインターフェースユニット140、データ処理システム30、コントローラ160は、必ずしもNational Instrument社製のCompact RIOシステムを採用する必要はなく、必要に応じて任意のシステムを採用しうる。
Further, in the above description, the
本実施形態に係るKURAMA−IIシステム100Aの別の用途として、農業への応用が考えられる。福島第1原子力発電所で発生した放射性物質の漏洩事故に伴い、しばしば放射性物質による汚染の基準値超えにより農作物の出荷停止処分が取られている。これは、土壌中の放射性セシウムが作物の可食部に移行するためであり、この移行を抑制することが安全な食品の提供のためにきわめて重要な課題である。作物の可食部に移行する放射性セシウムの量は、土壌中のセシウムの量だけに依存するとは限らないことがわかっている。例えば、米などにおいては、可食部に移行する放射性セシウムの量は、土壌中のセシウム濃度だけではなく、カリウム濃度にも依存することが知られており、土壌中の放射性セシウム濃度、及び、カリウム濃度の両方を精度よく測定することが求められている。しかしながら、従来は土壌のサンプルを取得して、土壌中に含まれる放射性セシウムの濃度や土壌中のカリウムの濃度を調べる必要があったため、検査に手間と時間がかかり、広い農地を網羅的に測定することは困難であった。
As another use of the KURAMA-
これに対して、本実施形態に係るKURAMA−IIシステム100Aは、徒歩用の構成として、バッテリーで駆動するように構成でき、且つ、GPSとして高精度のDGPS(ディファレンシャルGPS)を利用することもできる。徒歩用に構成されたKURAMA−IIシステム100Aは軽量で可搬性に優れており、人が背負って農地内を徒歩で移動しつつ測定することができる。あるいは、耕耘機などの農業機械に搭載することも可能である。この際、DGPSを用いることにより、徒歩のような低速での移動に伴う位置の変化も、十分な分解能で測定することが可能である。このような、徒歩用に構成されたKURAMA−IIシステム100Aを用いることにより、容易に農地内の放射性セシウムの分布状況を把握することが可能となる。ここで、カリウムは1gあたり約30Bqの天然放射性同位体カリウム40Kを含んでいる。40Kは、100崩壊あたり10.7回の確率で、軌道電子を捕獲して40Arに崩壊することが知られている(図10参照)。40Kが40Arへ崩壊する際に、1460.9keVのγ線が放出されるため、このγ線の量から土壌中の40Kの濃度(ひいては、土壌中のカリウム濃度)を測定することができる。そのため、カリウムを散布した農地において、上述のような徒歩用に構成されたKURAMA−IIシステム100Aを用いたγ線のエネルギースペクトル測定を行うことにより、農地内の放射性セシウムの分布状況だけでなく、カリウムの分布状況も同時に把握することができる。つまり、農地内のカリウムとセシウムの比の状況をつぶさに把握する事が出来る。これらをもとに除染やカリウムの追加施肥を行えば、農作物への放射性セシウムの移行を低減させるために大きく貢献することができる。
On the other hand, the KURAMA-
1 KURAMAシステム
10 NaIシンチレーション検出器
20 GPSユニット
30 データ処理システム
40 インターフェースユニット
100 KURAMA−IIシステム
100A 改良したKURAMA−IIシステム
110 CsIシンチレーション検出器
140 インターフェースユニット
1
Claims (4)
γ線検出器を設置することと、
前記γ線検出器からの出力から、γ線検出器に入射したγ線のエネルギー情報を抽出することと、
前記γ線が前記γ線検出器に入射した時点に対応する現在位置情報及び現在時刻情報を取得することと、
前記γ線のエネルギー情報と、前記現在位置情報と、前記時刻情報とを関連付けて記憶することと、
を備えるγ線エネルギースペクトル測定方法。 A method for measuring the energy spectrum of gamma rays,
installing a gamma ray detector;
Extracting energy information of γ rays incident on the γ ray detector from the output from the γ ray detector;
Obtaining current position information and current time information corresponding to the time when the γ-rays are incident on the γ-ray detector;
Storing the γ-ray energy information, the current position information, and the time information in association with each other;
A gamma ray energy spectrum measurement method comprising:
前記移動体が移動している状態で、前記γ線のエネルギー情報を抽出することと、前記現在位置情報及び前記現在位置情報を取得することとが実行されることを特徴とする請求項1に記載のγ線エネルギースペクトル測定方法。 The γ-ray detector is mounted on a moving body,
The extraction of the energy information of the γ-ray and the acquisition of the current position information and the current position information are performed while the moving body is moving. The gamma ray energy spectrum measuring method as described.
The energy spectrum measurement method according to claim 1, wherein the current position information is acquired using a differential GPS.
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