JP2016070853A - レーザによる放射線測定方法及びその装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】放射性物質で汚染した環境において、放射性廃棄物の発生や、作業者の身体汚染及び被ばくリスクが少ない、かつ、計測が迅速でリアルタイムな計測ができるレーザによる放射線測定方法及び装置を提供することを課題とする。
【解決手段】測定環境下にある放射線によって発生した放射線電離ガスに励起レーザ光を照射し、該放射線電離ガスによって発生するラマン散乱光を測定することによって、放射線の強度及びその存在位置を特定するレーザによる放射線測定方法であり、前記測定環境下の放射線の強度の測定が、元素毎に予め定められた散乱光スペクトル強度と元素濃度との対比基準によって放射線の強度を特定する放射線の強度測定手段を有することを特徴とする。
【選択図】 図１
【解決手段】測定環境下にある放射線によって発生した放射線電離ガスに励起レーザ光を照射し、該放射線電離ガスによって発生するラマン散乱光を測定することによって、放射線の強度及びその存在位置を特定するレーザによる放射線測定方法であり、前記測定環境下の放射線の強度の測定が、元素毎に予め定められた散乱光スペクトル強度と元素濃度との対比基準によって放射線の強度を特定する放射線の強度測定手段を有することを特徴とする。
【選択図】 図１
Description
本発明は、放射性物質で汚染された測定環境中の放射性物質の所在位置ならびに汚染量を測定する技術に関する。詳細には、放射性物質で汚染された測定環境中において、環境中の大気（空気）が放射性物質によって電離された電離ガス（以下、放射線電離ガスと称す。）に特定波長の励起レーザ光を照射することで発生するラマン散乱光を測定することによって、放射性物質で汚染された環境中の放射性物質の所在位置ならびに放射線強度を測定する技術に関する。
従来、放射性物質で汚染した環境において、表面汚染密度や空気中汚染濃度を測定する方法として、表面汚染密度測定では対象物表面に放射線測定器を近づけ放射線を計測する、あるいは対象物表面の付着物を採取し放射能分析等を行う方法が取られている。また、空気中汚染濃度では空気中に浮遊する物質を採取し放射能分析等を行う方法が取られている。表面汚染密度測定において、汚染環境全域を把握するには比較的長時間を要し、また天井などの高所測定には足場等を設置しなければならず、労力増大及び足場材等の汚染防止措置等に伴う放射性廃棄物増加の問題がある。空気中汚染濃度測定でも浮遊汚染物の採取・分析には時間を要し、また局所的なデータしか得られないため、刻々変化する汚染物の浮遊状態をリアルタイムに把握することができない。さらに放射線計測や放射能分析は直接的に行われることから、これらの作業に伴う放射性廃棄物の発生や、作業者の身体汚染及び被ばくリスクの増加の問題がある。
一方、前記測定方法の代替技術として、ＬＩＤＡＲ（LIght Detection And Ranging）
が採用されるようになってきている。本方法は、測定環境に対して特定波長のレーザ光を照射し、測定環境に存在する固体、液体あるいはガス状からなる物質から反射されるラマン散乱光を、レーザ光の出射からラマン散乱光の反射到達までの時間及びその強度を測定、解析することによって測定環境の表面汚染密度や空気中汚染濃度を測定する方法である。測定時間、前記測定者の被ばく防止等については一定の効果を得ることができる。ただ、放射性物質の測定にあっては、放射性物質に起因して放射性物質周辺に発生する放射線電離ガスを総合濃度として測定することはできるが、何の放射性物質によって発生した放射線電離ガスであるかは測定を行うことができなかった。（非特許文献１）（特許文献１）
特開２００３−０８３９３９号公報
米国特許第７５６６８８１号明細書
が採用されるようになってきている。本方法は、測定環境に対して特定波長のレーザ光を照射し、測定環境に存在する固体、液体あるいはガス状からなる物質から反射されるラマン散乱光を、レーザ光の出射からラマン散乱光の反射到達までの時間及びその強度を測定、解析することによって測定環境の表面汚染密度や空気中汚染濃度を測定する方法である。測定時間、前記測定者の被ばく防止等については一定の効果を得ることができる。ただ、放射性物質の測定にあっては、放射性物質に起因して放射性物質周辺に発生する放射線電離ガスを総合濃度として測定することはできるが、何の放射性物質によって発生した放射線電離ガスであるかは測定を行うことができなかった。（非特許文献１）（特許文献１）
本発明は、従来技術で記載した問題点に鑑み、放射性物質で汚染した環境において、放射性廃棄物の発生や、作業者の身体汚染及び被ばくリスクが少ない、かつ、計測が迅速でリアルタイムな計測ができるレーザによる放射線測定方法及び装置を提供することを課題とする。
本発明の第１の発明は、測定環境下にある放射線によって発生した放射線電離ガスに励起レーザ光を照射し、該放射線電離ガスによって発生するラマン散乱光を測定することによって、放射線の強度及びその存在位置を特定するレーザによる放射線測定方法であって、前記測定環境下の放射線の強度の測定は、元素毎に予め定められた散乱光スペクトル強度と元素濃度との対比基準によって放射線の強度を特定する放射線の強度測定手段を有す
るレーザによる放射線測定方法である。
るレーザによる放射線測定方法である。
本発明の第２の発明は、測定環境下にある放射線によって発生した放射線電離ガスに励起レーザ光を照射し、該放射線電離ガスによって発生するラマン散乱光を測定することによって、放射線の強度及びその存在位置を特定するレーザによる放射線測定装置であって、前記測定環境下の放射線の強度の測定は、元素毎に予め定められた散乱光スペクトル強度と元素濃度との対比基準によって放射線の強度を特定する放射線の強度測定手段を有するレーザによる放射線測定装置である。
ここで、上記の「放射線の強度を特定する」とは、測定結果として得られる散乱光スペクトル強度をパラメータとして、予め定められた散乱光スペクトル強度と元素濃度との相関式あるいは相関テーブル等を用いて、元素濃度を決定する演算プロセスを意味する。
本発明によれば、レーザを利用した非接触式の測定方法であるため、放射性物質による汚染が少なく、また、測定用の補助具が不要なため、放射性廃棄物の発生や、それによる測定者の身体汚染及び被曝リスクの少ない測定方法を実現できる。
また、放射性物質による放射線電離ガスに励起用のレーザを照射し、ラマン散乱光を時々刻々収集して瞬時に解析するため、測定の時間が瞬時に行うことができるため、放射性物質の強度ならびに位置をリアルタイムに測定することができる。
また、放射性物質毎に、アルファ線、ベータ線、ガンマ線と放射される放射線の種類が固定されるため、予め測定元素を特定し、指定することによって、測定した放射性元素の強度を明確に測定することができる。
また、測定時、雲台により走査することによって、放射性物質の強度の空間分布を、近距離はもちろん遠距離にあっても正確に測定することができる。
本発明のレーザによる放射線測定装置は、測定環境下にある放射線によって発生した放射線電離ガスに励起レーザ光を照射し、該放射線電離ガスによって発生するラマン散乱光を測定することによって、放射線の強度及びその存在位置を特定するレーザによる放射線測定装置であって、前記測定環境下の放射線の強度の測定は、元素毎に予め定められた散乱光スペクトル強度と元素濃度との対比基準によって放射線の強度を特定する放射線の強度測定手段を有する。
その構成を、図1を基に説明する。
レーザによる放射線測定装置１は、全体を制御する処理装置７と、処理装置７の制御のもと励起光用パルスレーザＹを発生させる励起光用パルスレーザ発生器２と、該励起光用
パルスレーザ発生器２によって発光させた励起レーザ光Ｙによって、放射性物質Ｗによって電離された放射線電離ガスＸからのラマン散乱光Ｚを集光する望遠鏡３と、特定波長のラマン散乱光Ｚを分別する干渉フィルタ４、集光したラマン散乱光Ｚの信号を増幅する光電子倍増管５、ラマン散乱光Ｚのパルスを計測するパルス計測器６と、パルス計測器６で計測された信号を基に記憶装置８に内蔵された放射性元素の選択基準Ｍ３との対比、演算を行うことによって、放射性物質Ｗの距離、濃度を特定する処理装置７で構成する。また、レーザによる放射線測定装置１を搭載した雲台１５によって３次元空間を走査することによって、各走査点毎の放射線電離ガスＸの位置とその濃度を特定、集積することによって、放射線電離ガスＸの３次元空間分布を得る。
パルスレーザ発生器２によって発光させた励起レーザ光Ｙによって、放射性物質Ｗによって電離された放射線電離ガスＸからのラマン散乱光Ｚを集光する望遠鏡３と、特定波長のラマン散乱光Ｚを分別する干渉フィルタ４、集光したラマン散乱光Ｚの信号を増幅する光電子倍増管５、ラマン散乱光Ｚのパルスを計測するパルス計測器６と、パルス計測器６で計測された信号を基に記憶装置８に内蔵された放射性元素の選択基準Ｍ３との対比、演算を行うことによって、放射性物質Ｗの距離、濃度を特定する処理装置７で構成する。また、レーザによる放射線測定装置１を搭載した雲台１５によって３次元空間を走査することによって、各走査点毎の放射線電離ガスＸの位置とその濃度を特定、集積することによって、放射線電離ガスＸの３次元空間分布を得る。
まず、処理装置７からの指令に基づき、励起レーザ光Ｙの発生用として励起光源用パルスレーザ発生器２を用い、励起レーザ光Ｙを発生させ、その励起レーザ光Ｙを測定対象である放射線電離ガスＸに向け照射する。次に放射線電離ガスＸと励起レーザ光Ｙとの相互作用で生じたラマン散乱光Ｚを望遠鏡３で受光し、干渉フィルタ４を介して選択した特定波長の光を光電子増倍管５及びパルス計測器６で計測し、処理装置７によって、励起レーザ光Ｙの照射開始からラマン散乱光Ｚの受光までの時間の解析と、ラマン散乱光Ｚの強度を解析し、予め記憶装置８に内蔵したラマン散乱光スペクトル強度と元素の対比基準である放射性元素の選択基準Ｍ３と対比することによって、放射線電離ガスＸまでの距離やその濃度を測定する。この時、励起光用パルスレーザ発生器で発生させた励起レーザ光に対して、励起レーザ光強度をモニターするための光検出器１６を配設することによって、そのモニター結果を解析に反映させ、ラマン散乱光Ｚの解析精度を向上させることができる。
ここで、励起光用パルスレーザ発生器２、望遠鏡３、干渉フィルタ４、光電子倍増管５、パルス計測器６については、一般的な構造機器、処理内容であるため、本発明では説明を割愛する。雲台１５の走査方法についても、バーチャルリアリティ等で利用されているものであり、３次元に対する走査方法についても雲台１５の走査方向をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の三軸とすることで実現できるものであることから本発明での説明を割愛する。
測定対象物について説明する。測定対象物は放射性物質Ｗであるが、直接の測定対象とするのは放射性物質Ｗの放射線によって電離された周囲の放射線電離ガスＸである。この放射線電離ガスＸは、放射性物質Ｗから放出されるアルファ線、ベータ線、ガンマ線等の放射線の種類によって、周辺の空気成分を電離し種々の正イオンガス、負イオンガスを発生させる。放射線の強度によってこの放射線電離ガスＸの量すなわち濃度が異なることに着目し、この放射線電離ガスＸの濃度を測定することで、放射性物質の量すなわち強度を推定するものである。
図３に、硫黄に励起レーザ光Ｙを照射したときのラマン散乱光Ｚのスペクトル例を模式的に示す。非常に強いレイリー散乱を中央にして低波数側(長波長側)にストークス散乱が、高波数側(短波長側)にアンチストークス散乱が観測される。 本発明のラマンスペクト
ルでは、強度の大きいストークス散乱光を用い解析する。
ルでは、強度の大きいストークス散乱光を用い解析する。
つぎに、処理手順の概要を図２に沿って説明する。
Ｓ１ステップでは、測定対象となる放射性元素について、シンチレーションスペクトルメータ等によって、予め、浮遊又は壁に付着する放射性元素組成比を特定し、その結果を測定対象元素の選択として入力する。
Ｓ１ステップでは、測定対象となる放射性元素について、シンチレーションスペクトルメータ等によって、予め、浮遊又は壁に付着する放射性元素組成比を特定し、その結果を測定対象元素の選択として入力する。
Ｓ２ステップでは、測定対象元素、該測定対象元素の概略の存在位置等を勘案し、使用する励起レーザ光Ｙを、励起レーザ光選択基準Ｍ１と対比して決定する。この励起レーザ光選択基準には、目に優しいレーザか否か、自然光との弁別性、透過性、散乱しやすい波
長等を勘案し適宜決定する。
長等を勘案し適宜決定する。
Ｓ３ステップでは、処理装置７の制御によって励起レーザ光Ｙの発光間隔、発光時間、発光回数を設定し、励起光源用パルスレーザ発生器によって励起レーザ光Ｙを発光させ、測定対象となる放射線電離ガスＸに向けて励起レーザ光Ｙを照射する。発光間隔、発光時間は期待する距離分解能を基に決定する。発光回数は、バックグラウンドの散乱光より放射線電離ガス起因の散乱光を分別できるだけの散乱光を得られる回数とする。
Ｓ４ステップでは、照射した励起レーザ光Ｙを受けて放射線電離性ガスＸから発生したラマン散乱光Ｚを望遠鏡３、測定対象となる散乱光を弁別できる干渉フィルタ４、光電子倍増管５を作動させ、受光する。
Ｓ５ステップでは、雲台１５の走査角度と、励起光源用パルスレーザ発生器２で発生させた励起レーザ光Ｙの発光開始時間とラマン散乱光Ｚの受光開始時間を計測し、空間角度、距離の演算基準Ｍ２を参照し、ラマン散乱光Ｚの発生位置すなわち放射性物質Ｗの存在位置を検出する。
Ｓ６ステップでは、散乱光スペクトルを解析し、ラマン散乱光Ｚに該当する波長の測定値のバックグラウンドからの増加の程度を確認することにより、放射性元素の特徴点の抽出を行う。
Ｓ７ステップでは、前記Ｓ６ステップの放射性元素の散乱スペクトルの特徴点と、Ｓ１ステップにより特定した放射性元素組成比及び予め設定した放射性元素の選択基準Ｍ３との対比によって、特定した放射性元素毎の濃度の演算を行う。その後、雲台１５の走査点の変更・設定を行い、Ｓ３ステップに戻り、次の走査点の測定を行う。
Ｓ８ステップでは、測定空間の走査点全ての測定が完了の後、位置、濃度情報を基に３次元の濃度マッピングを行う。
Ｓ９ステップでは、Ｓ８ステップの３次元のマッピング情報を処理装置７に接続した記憶装置８に記憶し、一連の処理を終了する。
〔実施例１〕
実施例１として、放射性物質Ｗをアメリシウムとして図４を基に説明する。
放射性物質ＷであるアメリシウムＡ、Ｂ、Ｃの同量を汚染隔離壁１３のボックス内に０．１ｍの等間隔に配置する。汚染隔離壁１３のボックスには、加湿器１２を内蔵するビニールハウス１１を接続し、大気中のミストの有・無等の測定環境を選択・実現できる構成としている。
〔実施例１〕
実施例１として、放射性物質Ｗをアメリシウムとして図４を基に説明する。
放射性物質ＷであるアメリシウムＡ、Ｂ、Ｃの同量を汚染隔離壁１３のボックス内に０．１ｍの等間隔に配置する。汚染隔離壁１３のボックスには、加湿器１２を内蔵するビニールハウス１１を接続し、大気中のミストの有・無等の測定環境を選択・実現できる構成としている。
また、汚染隔離壁１３のボックスには、流量計を含む排気装置１４を接続し、汚染隔離壁１３のボックス内を定常状態に保持するように構成する。
この放射性物質Ａ、Ｂ、Ｃの近傍に到達するように、放射線測定装置１からの励起レーザ光Ｙ（波長３４９ｎｍ）を９ｍ離れた位置から照射し、該励起レーザ光Ｙによるラマン散乱光Ｚを放射線測定装置１で受光し、測定を行うようにした。
試験条件は、放射性物質Ａ、Ｂ、Ｃの距離の認識度合いの確認を兼ね、０．１ｍ間隔に放射性物質Ａ、Ｂ、Ｃを配置した。この場合、放射性物質ＡとＢとＣの強度は同一とした。
試験条件は、表１に示すように、放射性物質の位置を、Ａのみ、ＡとＢ、ＡとＢとＣ、
さらに、放射性物質無しの４条件で実験を行った。
さらに、放射性物質無しの４条件で実験を行った。
その結果を表１の右端に測定結果として表示し、さらには図５にその傾向を図示した。
確認できた。従って、放射性物質有りを明確に測定結果として認識することができる。
さらに、実施例１に記載のような汚染隔離壁１３に囲まれた環境でなく、解放された環境、いわゆる屋外での放射性物質の測定方法にも利用することができる。
この方法は、レーザによる放射線測定装置１からの励起レーザ光Ｙを放射性物質Ｗによって電離された放射線電離ガスＸへ照射する。励起レーザ光Ｙによって発生した放射線電離ガスＸのラマン散乱光Ｚを望遠鏡３で集光し、特定波長のラマン散乱光Ｚを分別する干渉フィルタ４、集光したラマン散乱光Ｚの信号を増幅する光電子倍増管５、ラマン散乱光Ｚのパルスを計測するパルス計測器６とによって信号を取得する。
パルス計測器６で取得された信号を基に記憶装置８に内蔵された放射性元素の選択基準Ｍ３との対比、演算を行うことによって、放射性物質Ｗの距離、強度を特定する処理装置７で構成する。また、レーザによる放射線測定装置１を搭載した雲台１５によって３次元空間を走査することによって、各走査点毎の放射線電離ガスＸの位置とその強度を特定、集積することによって、放射線電離ガスＸの３次元空間分布を得る。
以上述べたとおり、レーザを利用し、非接触で、放射性物質による汚染がなく放射性廃棄物の少ない測定方法、ならびに、測定用の補助具が不要で、放射性廃棄物の発生や、それによる測定者の身体汚染及び被曝リスクの少ない測定方法を実現できる。
以上述べたとおり、レーザを利用し、非接触で、放射性物質による汚染がなく放射性廃棄物の少ない測定方法、ならびに、測定用の補助具が不要で、放射性廃棄物の発生や、それによる測定者の身体汚染及び被曝リスクの少ない測定方法を実現できる。
また、放射性物質による放射線電離ガスに励起用のレーザを照射し、ラマン散乱光を時々刻々収集して瞬時に解析できるため、測定の時間が瞬時に行うことができるため、放射性物質の強度ならびに位置をリアルタイムに測定することができる。
さらに、放射性物質毎に、アルファ線、ベータ線、ガンマ線と放射される放射線の種類が固定されるため、予め測定元素を特定し、指定することによって、測定した放射性元素の強度を明確に測定し、放射性物質の強度の空間分布を、近距離はもちろん遠距離にあっても正確に測定できるレーザによる放射線測定方法及びその装置を実現できる。
１…放射線測定装置
２…励起光用パルスレーザ発生器
３…望遠鏡
４…干渉フィルタ
５…光電子倍増管
６…パルス計測器
７…処理装置
８…記憶装置
１１…ビニールハウス
１２…噴霧器
１３…汚染隔離壁
１４…排気装置（含む、流量計）
１５…雲台
１６…光検出器
Ｗ、Ａ、Ｂ、Ｃ…放射性物質
Ｘ…放射線電離ガス
Ｙ…励起レーザ光
Ｚ…ラマン散乱光
２…励起光用パルスレーザ発生器
３…望遠鏡
４…干渉フィルタ
５…光電子倍増管
６…パルス計測器
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１１…ビニールハウス
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１３…汚染隔離壁
１４…排気装置（含む、流量計）
１５…雲台
１６…光検出器
Ｗ、Ａ、Ｂ、Ｃ…放射性物質
Ｘ…放射線電離ガス
Ｙ…励起レーザ光
Ｚ…ラマン散乱光
Claims (2)
- 測定環境下にある放射線によって発生した放射線電離ガスに励起レーザ光を照射し、該放射線電離ガスによって発生するラマン散乱光を測定することによって、放射線の強度及びその存在位置を特定するレーザによる放射線測定方法であって、
前記測定環境下の放射線の強度の測定は、元素毎に予め定められた散乱光スペクトル強度と元素濃度との対比基準によって放射線の強度を特定する放射線の強度測定手段を有することを特徴とするレーザによる放射線測定方法。 - 測定環境下にある放射線によって発生した放射線電離ガスに励起レーザ光を照射し、該放射線電離ガスによって発生するラマン散乱光を測定することによって、放射線の強度及びその存在位置を特定するレーザによる放射線測定装置であって、
前記測定環境下の放射線の強度の測定は、元素毎に予め定められた散乱光スペクトル強度と元素濃度との対比基準によって放射線の強度を特定する放射線の強度測定手段を有することを特徴とするレーザによる放射線測定装置。
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|---|---|---|---|
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