JP2016017920A - 放射性物質汚染区域における放射線源の土壌深さ及び面状線源強度を求める方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射線源（Ｒ）の土壌深さを充分適切に求める方法、及び除染すべき区域（２）が比較的小さい場合においても、環境放射線量を充分適切に求めることを可能にする、所定面積当たりの面状線源強度を求める方法を提供する。【解決手段】地表面投影位置が同一で、地上高さが第一の高さｈ１及び第二の高さｈ２である２個の評価点Ｐ１及びＰ２において環境放射線量Ｉ＊ｈ１及びＩ＊ｈ２を実測し、実測した環境放射線量Ｉ＊ｈ１及びＩ＊ｈ２の比γ＊＝Ｉ＊ｈ１／Ｉ＊ｈ２を求める。そして、放射線源の仮定土壌深さｔ０及び所定面積当たりの仮定面状線源強度Ｓ０を仮定し、ニュートン法によって、放射線源の土壌深さｔを算出する。また、複数個の所定面積領域の各々における所定地上高さｈにおける環境放射線量Ｉ＊を測定し、所定面積領域の仮定面状線源強度Ｓ０を仮定し、次いでニュートン法によって、所定面積当たりの面状線源強度Ｓを求める。【選択図】図１

Description

本発明は、放射性物質によって汚染された区域における放射線源の土壌深さ及び所定面積当たりの面状線源強度を求める方法、更に詳しくは、放射性物質による汚染が均一と見做せる平坦な区域における放射線源の土壌深さ及び所定面積当たりの面状線源強度を求める方法に関する。

放射性物質によって汚染された区域を適宜に除染するためには、当該区域の環境放射線量を認識し、かかる環境放射線量に基いて除染作業計画を立案することが重要である。下記特許文献１には、当該区域を格子状の多数の所定面積領域に分割し、かかる多数の所定面積領域の各々において測定した線量に変換係数を乗じて所定面積当たりの面状線源強度に変換し、次いで線源強度を反映した距離と線量の相関を指数関数で示す近似式によって環境放射線量を求め、更に各所定面積領域の線量を総和して当該区域の環境放射線量を求めることが開示されている。

特許第５２８９５４２号公報

而して、上記特許文献１に開示されている方法によれば、土壌自体における相当程度の高低変動及び建造物の存在等に起因して、汚染された区域における所定面積当たりの面状線源強度が不均一であり面状放射線源強度に相当程度の変動が存在する場合にも、個々の領域における面状放射線源強度を求め、これに基いて放射性物質によって汚染された区域の環境放射線量マップを作成することができる。しかしながら、上記特許文献１に開示されている方法も、未だ充分に満足し得るものではなく、次のとおりの問題が存在する。第一に、放射線源は地表面上ではなく地表面から幾分土壌中に浸透しており、従って地表から所定高さの点即ち所定地上高さの点における環境放射線量に対する関する放射線源の影響を算出する場合には、土壌中における減衰率と空気層における減衰率が異なる故に、放射線源の土壌深さを求めることが重要であるが、上記特許文献１に開示されている方法においては放射線源の土壌中への浸透について考慮されていない。第二に、特に除染すべき区域が比較的小さい場合に、得られる環境放射線源が実測することによって確認され得る実際の値から相当異なる傾向がある。

一方、本発明者の調査によれば、除染すべき区域には農地、運動場或いは公園等の平坦な区域が少なくなく、これらの平坦な区域においては放射性物質による汚染、特に原子力発電所の事故に起因する汚染、は均一と見做しても除染上全く問題がないことが判明した。

本発明は上記のとおりの事実に鑑みてなされたものであり、その第一の技術的課題は、放射性物質による汚染が均一と見做すことができる平坦な区域に限定されるものではあるが、放射線源の土壌深さを充分適切に求める方法を提供することである。

本発明の第二の技術的課題は、放射性物質による汚染が均一と見做すことができる平坦な区域に限定されるものではあるが、除染すべき区域が比較的小さい場合においても、環境放射線量を充分適切に求めることを可能にする、所定面積当たりの面状線源強度を求める方法を提供することである。

本発明の第一の局面によれば、上記第一の技術的課題を解決する方法として、放射性物質による汚染が均一と見做すことができる平坦な区域における、放射線源の土壌深さｔを求める方法にして、
地表面投影位置が同一で、地上高さが第一の高さｈ１及び第二の高さｈ２である２個の評価点Ｐ１及びＰ２において環境放射線量Ｉ^＊ｈ１及びＩ^＊ｈ２を実測すること、
実測した環境放射線量Ｉ^＊ｈ１及びＩ^＊ｈ２の比γ^＊＝Ｉ^＊ｈ１／Ｉ^＊ｈ２を求めること、
放射線源の仮定土壌深さｔ^０及び所定面積当たりの仮定面状線源強度Ｓ^０を仮定すること、
仮定土壌深さｔ^０及び仮定面状線源強度Ｓ^０に基いて、距離と線量との相関を指数関数で近似して評価点Ｐ１及びＰ２の環境放射線量Ｉ^１ｈ１及びＩ^１ｈ２を算出し、かかる環境放射線量Ｉ^１ｈ１及びＩ^１ｈ２の比γ^１＝Ｉ^１ｈ１／Ｉ^１ｈ２を算出すること、仮定土壌深さｔ^ｎを繰り返し変化せしめて環境放射線量Ｉ^ｎｈ１及びＩ^ｎｈ２を算出し、かかる環境放射線量Ｉ^ｎｈ１及びＩ^ｎｈ２の比γ^ｎ＝Ｉ^ｎｈ１／Ｉ^ｎｈ２を算出することを含むニュートン法によって、放射線源の土壌深さｔを算出すること、
からなることを特徴とする方法が提供される。

また、本発明の第二の局面によれば、上記第二の技術的課題を達成する方法として、放射性物質による汚染が均一と見做すことができる平坦な区域における、所定面積当たりの面状線源強度Ｓを求める方法にして、
複数個の所定面積領域の各々における所定地上高さｈにおける環境放射線量Ｉ^＊を測定すること、
該所定面積領域の仮定面状線源強度Ｓ^０を仮定すること、
該仮定面状線源強度Ｓ^０に基いて、距離と線量との相関を指数関数で近似して該所定面積領域の各々における該所定地上高さｈにおける環境放射線量Ｉ^１ｈを算出し、該所定面積領域の環境放射線量Ｉ^１ｈの総和を算出すること、仮定面状線源強度Ｓ^ｎを繰り返し変化せしめて該所定面積領域の各々における該所定地上高さｈにおける環境放射線量Ｉ^ｎｈを算出し、該所定面積領域の環境放射線量Ｉ^ｎｈの総和を算出することを含むニュートン法によって、所定面積当たりの面状線源強度Ｓを求めること、
からなることを特徴とする方法が提供される。

本発明の第一の局面における発明によれば、放射線源の土壌深さを充分適切に求めることができる。また、本発明の第二の局面における発明によれば、除染すべき区域が比較的小さい場合でも、所定面積当たりの面状線源強度を充分適切に求めることができ、従って求めた面状線源強度に基いて充分適切に環境放射線量を求めることができる。

本発明の方法の好適実施形態を説明するための、放射性物質による汚染が均一と見做せる区域を示す模式図。 土壌内に存在する放射線源からの放射線が土壌面から所定高さに位置する特定評価点に至る状態を示す模式図。

図１には、セシウムの如き放射性物質による汚染が均一と見做せる比較的小さい平坦な区域２が図示されている。そして、かかる区域２が格子状に区画された複数個（図示の場合は９個）の所定面積、例えば１ｍ^２、の領域に分割されている。

放射線源の土壌深さの算出
放射線源の土壌深さを求めるために、本発明の方法においては、地表面投影位置が同一の地点、例えば区域２の中央の領域（ｉ，ｊ）の中心地点、において第一の高さｈ１（例えば地表面から１ｃｍの高さ）及び第二の高さｈ２（例えば地表面から１ｍの高さ）である第一の特定評価点Ｐ１及び第二の特定評価点Ｐ２における環境放射線量Ｉ^＊ｈ１及びＩ^＊ｈ２を実測する。次いで、実測した環境放射線量Ｉ^＊ｈ１及びＩ^＊ｈ２の比γ^＊＝Ｉ^＊ｈ１／Ｉ^＊ｈ２を求める。

次に、放射線源Ｒの仮定土壌深さｔ^０及び所定面積当たりの仮定面状線源強度Ｓ_０を適宜に仮定する。そして、かかる仮定土壌深さｔ^０及び仮定面状線源強度Ｓ_０に基いて、距離と線量との相関を指数関数で近似して、９個の領域の各々から上記第一の特定評価点Ｐ１及び上記第二の特定評価点Ｐ２に及ぼされる放射線量を算出し、これらの放射線量を総和して第一の特定評価点Ｐ１及び第二の特定評価点Ｐ２において環境放射線量Ｉ^１ｈ１及びＩ^１ｈ２を算出する。例えば、各領域から第一の特定評価点Ｐ１に及ぼされる放射線量は、下記式１によって算出することができる。

∂In／∂x∂y＝S_０／４πL^２・{B₁・exp（−μ_１L_１）｝・｛B_２・exp（−μ_２Ｌ_２）｝
．．．式１

図１と共に図２を参照して説明を続けると、上記式１において、
Ｌ_１は線源から特定評価点までの距離Ｌ中の土壌内長さ、
Ｌ_２は線源から特定評価点までの距離Ｌ中の空気層内長さ、
Ｌ＝Ｌ_１＋Ｌ_２
μ_１は土壌通過における線減弱定数
(土壌の密度が１．６ｇ／ｍ^３の場合、μ_１＝１２．３１／ｍ)
μ_２は空気層通過における線減弱定数、
（μ_２＝０．００９９８１／ｍ）
B₁は土壌通過ビルドアップ係数（散乱による補正係数）で、B₁＝１＋μ_１L_１
B₂は空気層通過ビルドアップ係数(散乱による補正係数)で、B₂＝１＋μ_２Ｌ_２
である。

次いで、上記環境放射線量Ｉ^１ｈ１及びＩ^１ｈ２の比γ^１＝Ｉ^１ｈ１／Ｉ^１ｈ２を算出する。そして、ニュートン法（反復法）によって放射線源Ｒの土壌深さｔを求める。更に詳述すると、仮定土壌深さｔ^ｎを微細に変化せしめて環境放射線量Ｉ^ｎｈ１及びＩ^ｎｈ２の比γ^ｎ＝Ｉ^ｎｈ１／Ｉ^ｎｈ２を繰り返し算出し、Δγ^ｎ≦γ_ｍａｘに到達したときのｔ^ｎを放射線源Ｒの土壌深さｔとする。ここで、Δγ^ｎ＝γ^ｎ−γ^＊であり、γ_ｍａｘは例えば０．００１に設定することができる。ｔ^ｎの変動は式ｔ^ｎ＝ｔ^ｎ−１＋α（γ^ｎ−１−γ^０）、αは緩和係数で例えば０．０１に設定することができる、に基いて設定することができる。

面状線源強度の算出
所定面積当たりの面状線源強度Ｓを求めるために、本発明の方法においては、上述した９個の所定面積領域の各々において所定地上高さ、例えば地表面から１ｍの高さ、の特定評価点Ｐにおける環境放射線量Ｉ^＊を実測する。領域における特定評価点Ｐの地表面投影位置は、各領域の中心でよい。

次に、領域の仮定面状線源強度Ｓ^０を適宜に仮定する。そして、仮定面状線源強度Ｓ^０に基いて、距離と線量との相関を指数関数で近似して領域の各々の特定評価点Ｐにおける環境放射線量Ｉ^１ｈを算出し、全ての領域の特定評価点Ｐにおける環境放射線量Ｉ^１ｈを総和する。そして、ニュートン法（反復法）によって所定面積当たりの面状線源強度Ｓを求める。更に詳述すると、仮定面状線源強度Ｓ^ｎを微細に変化せしめて領域の各々の特定評価点Ｐにおける環境放射線量Ｉ^ｎｈを算出し、全ての領域の特定評価点Ｐにおける環境放射線量Ｉ^ｎｈを総和する。仮定面状線源強度の変化は、式Ｓ^ｎ＝Ｓ^ｎ−１＋α×Δｓ^ｎ−１、αは緩和係数で例えば０．０１に設定することができる、に基いて設定することができる。収束判定は、例えば、
（１）全ての領域におけるΔＩ^ｎ≦ΔＩ_ｍａｘ
（２）ΣΔＩ^ｎ≦ΣΔＩ_ｍａｘ
（３）ΔＳ^ｎ≦ΔＳ_ｍａｘ
（４）ΣΔＳ^ｎ≦ΣΔＳ_ｍａｘ
のいずれかが満足されるか否かによって遂行することができる。ここで、
ΔＩ^ｎ（ｉ，ｊ）＝Ｉ^ｎ（ｉ，ｊ）−Ｉ^＊（ｉ，ｊ）
ΔＳ^ｎ（ｉ、ｊ）＝ΔＩ^ｎ（ｉ、ｊ）×ｐ（ｉ，ｊ）×ｑ（ｉ，ｊ）
であり、ｐ（ｉ，ｊ）は領域（ｉ、ｊ）における環境放射線量Ｉ^０における自己寄与率、即ち領域（ｉ，ｊ）自体の面状線源が環境放射線量Ｉ^０に及ぼす線量ｉの比率、ｐ（ｉ，ｊ）＝ｉ（ｉ、ｊ）／Ｉ^０（ｉ，ｊ）、であり、ｑ（ｉ，ｊ）は面状線源強度Ｓ^０とＩ^０（ｉ，ｊ）との比率、ｑ（ｉ，ｊ）＝Ｓ^０／Ｉ^０（ｉ、ｊ）である。ΔＩ_ｍａｘ、ΣΔＩ_ｍａｘ、ΔＳ_ｍａｘ及びΣΔＳ_ｍａｘは適宜に設定することができる。

上述したとおりにして所定面積当たりの面状線源強度Ｓを求めると、かかる面状線源強度Ｓに基いて、区域２における土表面から所定高さ（例えば１ｍの高さ）における環境放射線量マップ(分布マップ)を作成し、かかるマップに基いて所要の除染作業を効率的に遂行することがでる。

２：放射性物質による汚染が均一と見做せる区域
Ｐ、Ｐ１及びＰ２：特定評価点
Ｒ：放射線源

Claims (2)

1. 放射性物質による汚染が均一と見做すことができる平坦な区域における、放射線源の土壌深さｔを求める方法にして、
   地表面投影位置が同一で、地上高さが第一の高さｈ１及び第二の高さｈ２である２個の評価点Ｐ１及びＰ２において環境放射線量Ｉ^＊ｈ１及びＩ^＊ｈ２を実測すること、
   実測した環境放射線量Ｉ^＊ｈ１及びＩ^＊ｈ２の比γ^＊＝Ｉ^＊ｈ１／Ｉ^＊ｈ２を求めること、
   放射線源の仮定土壌深さｔ^０及び所定面積当たりの仮定面状線源強度Ｓ^０を仮定すること、
   仮定土壌深さｔ^０及び仮定面状線源強度Ｓ^０に基いて、距離と線量との相関を指数関数で近似して評価点Ｐ１及びＰ２の環境放射線量Ｉ^１ｈ１及びＩ^１ｈ２を算出し、かかる環境放射線量Ｉ^１ｈ１及びＩ^１ｈ２の比γ^１＝Ｉ^１ｈ１／Ｉ^１ｈ２を算出すること、仮定土壌深さｔ^ｎを繰り返し変化せしめて環境放射線量Ｉ^ｎｈ１及びＩ^ｎｈ２を算出し、かかる環境放射線量Ｉ^ｎｈ１及びＩ^ｎｈ２の比γ^ｎ＝Ｉ^ｎｈ１／Ｉ^ｎｈ２を算出することを含むニュートン法によって、放射線源の土壌深さｔを算出すること、
   からなることを特徴とする方法。
2. 放射性物質による汚染が均一と見做すことができる平坦な区域における、所定面積当たりの面状線源強度Ｓを求める方法にして、
   複数個の所定面積領域の各々における所定地上高さｈにおける環境放射線量Ｉ^＊を測定すること、
   該所定面積領域の仮定面状線源強度Ｓ^０を仮定すること、
   該仮定面状線源強度Ｓ^０に基いて、距離と線量との相関を指数関数で近似して該所定面積領域の各々における該所定地上高さｈにおける環境放射線量Ｉ^１ｈを算出し、該所定面積領域の環境放射線量Ｉ^１ｈの総和を算出すること、仮定面状線源強度Ｓ^ｎを繰り返し変化せしめて該所定面積領域の各々における該所定地上高さｈにおける環境放射線量Ｉ^ｎｈを算出し、該所定面積領域の環境放射線量Ｉ^ｎｈの総和を算出することを含むニュートン法によって、所定面積当たりの面状線源強度Ｓを求めること、
   からなることを特徴とする方法。