JP2017227607A - 汚染土壌の放射能測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラスチックシンチレータを用いて汚染土壌の放射能を測定可能とする。
【解決手段】放射線検出にプラスチックシンチレータ１０を用いて汚染土壌の放射能を測定する際に、波高弁別器４０を用いて土壌中のセシウム領域の計数値Ａを分離測定する。カリウム領域の計数値Ｂも分離測定し、カリウム領域の計数値Ｂに補正係数Ｃを乗じて得た補正値Ｄをセシウム領域の計数値Ａから差引くことによりカリウムの影響を低減することもできる。
【選択図】図５

Description

本発明は、汚染土壌の放射能測定方法及び装置に係り、特に、プラスチックシンチレータを用いて汚染土壌の放射能を測定することが可能な、汚染土壌の放射能測定方法及び装置に関する。

放射能で汚染された物質の放射能を測定する技術として、特許文献１には、ベルトコンベア上で瓦礫の放射能を連続的に測定する技術が記載されている。

又、特許文献２には、土壌を含む汚染物質を収容する容器内にＮａＩ（ヨウ化ナトリウム）シンチレータを用いたγ線検出器を設けることが記載されている。

特開２０１４−９９９８号公報 特開２０１６−３３４９１号公報（段落００１５、００１７、図１） 特開２０１４−１５９９７０号公報

しかしながら、ＮａＩシンチレータ（例えば発光用に不純物としてタリウムＴｌを０．１％程度添加したＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータ）は、空気中の水分を取込んで溶けてしまう潮解性が大きいため、測定対象中に混在する突起物などでピンホール等が生じた場合には、使用できなくなる。又、測定時に温度を一定化する対策が必要で、衝撃や急激な温度変化で割れることがあるなどの問題点を有していた。

一方、特許文献３に記載されたようなプラスチックシンチレータは、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータのような潮解性が無く、運用中にピンホールが開いたとしても問題なく使用できるので、屋外環境でも長期間安定的に作動し、耐環境性に富み、温度変化への対策が不要で、衝撃や温度変化にも強いという特徴を有する。

しかしながら、プラスチックシンチレータは、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータとは異なり、図１に例示するように、光電効果の確率がコンプトン散乱の確率に比べて大幅に低いことから、γ線検出に際して光電ピークが生じないため、エネルギー分析（核種の同定）が困難と考えられていた。

なお、特許文献３に記載された技術は、汚染土壌でなく食品を対象とするものであるため、食品中に多く含まれるカリウムの補正が必要不可欠であった。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、プラスチックシンチレータを用いて汚染土壌の放射能を測定可能とすることを課題とする。

ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータの質量減弱係数とプラスチックシンチレータの質量減弱係数を図１（Ａ）（Ｂ）に比較して示すように、プラスチックシンチレータは、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータとは異なり、光電効果の確率がコンプトン散乱の確率に比べて大幅に低いことから、γ線検出に関して光電ピークが生じず、エネルギー分析が困難である。しかし、図３に示す如く、入射したγ線のエネルギーに依存してコンプトン連続部が高エネルギー側に伸びていくことから、土壌中のセシウム領域（Ｃｓ−１３７／１３４）とカリウム領域（Ｋ−４０）を分離して測定することが可能である。そこで、発明者は、プラスチックシンチレータを用いて、セシウム領域及びカリウム領域の分離測定並びに補正実験を実施し、カリウムの影響を受けずにセシウムの放射能を測定可能であることを検証した。

具体的には、福島の実汚染土壌に非汚染の同質土壌を混ぜ、土壌選別基準の８０００Ｂｑ／ｋｇをやや下回る濃度で検証用汚染土壌を作成した。これに市販の特級ＫＣｌを混ぜ、土壌中に存在するＫ−４０と併せて、それぞれ５００Ｂｑ／ｋｇ、１０００Ｂｑ／ｋｇ、２０００Ｂｑ／ｋｇのＫ−４０を含有するセシウム汚染土を調整した。ここで、５００Ｂｑ／ｋｇを選んだ理由は、１９８８年のＵＮＳＣＥＡＲ報告によると土壌中のＫ−４０濃度は平均３７０Ｂｑ／ｋｇであり、変動幅は１００−７００Ｂｑ／ｋｇであることに起因する。一方、２０００Ｂｑ／ｋｇは、最大で同程度の土壌が福島で発見されていることによる。

これらの土壌を、パイロット試料がゲルマニウム半導体検出器により定量された後に、専用容器に入れて、プラスチックシンチレータで計測し、セシウムとカリウムの分離性能を確認した。

基準放射能計測にはゲルマニウム半導体検出器を用いた（６０分計測）。

エネルギー校正は、カドミウムＣｄ−１０９（８８ｋｅＶ）、コバルトＣｏ−５７（１２２ｋｅＶ）、セシウムＣｓ−１３７（６６２ｋｅＶ）、コバルトＣｏ−６０（１１７３ｋｅＶ、１３３３ｋｅＶ）、カリウムＫ−４０（１４６１ｋｅＶ）の５点フィッティングを行った。

効率校正は、Ｕ８容器（充填量５０ｍｍ）に入った日本アイソトープ協会製セシウムＣｓ−１３７標準線源を用い、旧文科省マニュアルに準じた自己吸収補正を行った。

プラスチックシンチレータによる評価計測には、セシウムチェッカーを用いた。

計測は規定の容器に入れたＫＣｌ並びにＫＣｌと同一の幾何要件に設定された放射能評価済みの混合土壌を用いて行った（１５分計測）。

ゲルマニウム半導体検出器で測定した各混合土壌の放射能濃度は表１の通りであった。

セシウム１３７は混合土壌１を基準として±１０％になり、カリウム４０は各濃度目標値に対して±２０％以内に収まることが確認された。

図３、４、５は各々、表１中のＫ−４０が５００Ｂｑ／ｋｇ、１０００Ｂｑ／ｋｇ、２０００Ｂｑ／ｋｇの混合土壌１、２、３のγ線スペクトルを示すが、図からも各混合土壌のＣｓ−１３７放射能濃度はほぼ等しく、Ｋ−４０放射能濃度のみが変化していくことがわかった。

図２は、プラスチックシンチレータで計測したカリウム４０（ＫＣｌとする）と混合土壌の出力波高分布を示したものである。出力波高分布はγ線エネルギー分布とほぼ等価である。これによれば、セシウム寄与分とカリウム寄与分はエネルギーの違いによって明確な分離測定が可能であることがわかる。そこで、主たる寄与分がカリウム４０であるエネルギー領域をカリウム領域、主たる寄与分がセシウム１３７であるエネルギー領域をセシウム領域と定義して、領域内の計数を求めたものを表２に示す。

表２から、カリウム４０放射能濃度と、カリウム４０領域正味計数値との関係を調べると、図６のような直線関係にあることが確認された。

一方、前出図２中に示されるＫ４０スペクトルにより、セシウム領域に含まれる計数にはＫ−４０寄与があることがわかる。そのため、全量ＫＣｌを用いた場合のＫ−４０スペクトルにおいて、カリウム領域計数値とセシウム領域計数値の比を求めることにより、カリウム領域の計数値からセシウム領域のカリウム寄与分を補正減算することが可能である。表２からＫ４０の補正係数は０．８５５であることから、この係数をカリウム領域計数値に乗じた値をカリウム補正値とすることができる。

図７は、補正処理前後のＫ−４０放射能濃度とセシウム領域正味計数値の関係を示したものであるが、図よりセシウム領域の計数値はほぼ存在上限までのカリウム４０放射能濃度に対して影響を受けないことが分かった。

従って、プラスチックシンチレータを用いた汚染土壌測定において、スペクトル分析に基づくセシウム領域とカリウム領域の分離計測により、セシウム放射能濃度は、土壌中のカリウムの影響をほぼ受けずに計測できることが分かった。

更に、相当高濃度なカリウムが混在する場合には、カリウム領域における計数値を利用した補正を行えば、より精密な測定も可能であることが判明した。

本発明は、上記のような知見に基づいてなされたものであり、放射線検出にプラスチックシンチレータを用いて汚染土壌の放射能を測定する際に、波高弁別器を用いて土壌中のセシウム領域の計数値を分離測定することにより、前記課題を解決するものである。

本発明は、又、放射線検出にプラスチックシンチレータを用いて汚染土壌の放射能を測定する際に、波高弁別器を用いて土壌中のセシウム領域の計数値とカリウム領域の計数値を分離測定し、カリウム領域の計数値を用いてセシウム領域の計数値を補正してカリウムの影響を低減することにより、同様に前記課題を解決するものである。

ここで、前記補正を、カリウム領域の計数値に補正係数を乗じて得た補正値をセシウム領域の計数値から差引くことにより行うことができる。

本発明は、又、放射線検出にプラスチックシンチレータを用いて汚染土壌の放射能を測定する汚染土壌の放射能測定装置であって、土壌中のセシウム領域の計数値を分離測定するための波高弁別器を備えたことを特徴とする汚染土壌の放射能測定装置により、同じく上記課題を解決するものである。

本発明は、又、放射線検出にプラスチックシンチレータを用いて汚染土壌の放射能を測定する汚染土壌の放射能測定装置であって、土壌中のセシウム領域の計数値とカリウム領域の計数値を分離測定するための波高弁別器と、カリウム領域の計数値を用いてセシウム領域の計数値を補正してカリウムの影響を低減する補正手段と、を備えたことを特徴とする汚染土壌の放射能測定装置により、同じく上記課題を解決するものである。

本発明によれば、プラスチックシンチレータを用いて汚染土壌の放射能を正確に測定することが可能となる。特に、カリウム領域における計数値を利用した補正を行った場合には、より精密な測定が可能となる。

本発明の原理を説明するための（Ａ）ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレータの質量減弱係数と（Ｂ）プラスチックシンチレータの質量減弱係数を比較して示す図 同じくプラスチックシンチレータで測定したセシウム汚染土壌とＫＣｌ試薬中のＫ−４０の出力波高分布を比較して示す図 同じくＫ４０放射能濃度目標値が５００Ｂｑ／ｋｇの混合土壌１のγ線スペクトルを示す図 同じくＫ４０放射能濃度目標値が１０００Ｂｑ／ｋｇの混合土壌２のγ線スペクトルを示す図 同じくＫ４０放射能濃度目標値が２０００Ｂｑ／ｋｇの混合土壌３のγ線スペクトルを示す図 同じくＫ−４０放射能濃度とカリウム領域正味計数値の関係の例を示す図 同じくＫ−４０放射能濃度とセシウム領域正味計数値の関係の例を示す図 本発明の第１実施形態の構成を示すブロック図 本発明の第２実施形態の構成を示すブロック図 同じく処理手順を示す流れ図

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

本発明の第１実施形態は、図８に示す如く、例えば板状の厚いプラスチックシンチレータ１０と、例えば光電子増倍管のような増幅器２０と、アナログ／デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３０と、マルチチャンネルアナライザ（ＭＣＡ）のような波高弁別器４０と、該波高弁別器４０に対してセシウム領域を設定するセシウム領域設定部５２及びセシウム領域計数値取得部５４を含むコンピュータ５０を用いて構成されている。

前記プラスチックシンチレータ１０としては、例えばポリビニルトルエンをＮａＩの代わりに使用したシンチレーション検出器であって、例えば横幅１００ｃｍ×長さ５０ｃｍ×厚さ５ｃｍ、測定面積０．５ｍ²、容積２５ｌの厚いものを用いることができる。このプラスチックシンチレータ１０は、樹脂製のため大型化が可能で成形も容易である。又、耐環境性に富み、温度変化への対策が不要であり、衝撃や温度変化にも強い。又、潮解性を持たないため、屋外環境でも長時間安定的に作動する。

前記コンピュータ５０のセシウム領域設定部５２においては、図２に示した波高分布に鑑みて、例えば３００〜６００チャンネルに設定したセシウム領域の計数値Ａのみをカウントするように波高弁別器４０を設定し、計数値をセシウム領域計数値取得部５４で取得して出力する。

食品と異なり汚染土壌ではカリウムの含有量が図６に示したように少ないので、セシウム濃度をほぼ正確に測定することができる。

本実施形態においては、カリウム領域の計数値Ｂを得る必要が無く、測定を迅速且つ簡単に行うことができる。

次に、カリウム領域の計数値Ｂによる補正を行うようにした本発明の第２実施形態を図９に示す。

この第２実施形態は、コンピュータ５０において、領域設定部５３でセシウム領域とカリウム領域を設定し、カリウム領域計数値取得部５６でカリウム領域の計数値Ｂを取得し、補正係数乗算部５８で補正係数Ｃを乗算し、補正値減算部６０で補正値Ｄを減算して計数値（測定値Ｅ）を得るようにした点が前記第１実施形態と異なる。

本実施形態においては、図２に示した波高分布に鑑みて、例えば３００〜６００チャンネルに設定したセシウム領域の計数値Ａだけでなく、例えば９００〜１２００チャンネルに設定したカリウム領域の計数値Ｂもカウントする。

本実施形態の処理手順を図１０に示す。

まずステップ１００で、セシウム領域の計数値Ａとカリウム領域の計数値Ｂを分離測定する。

次いでステップ１１０で、次式（１）に示す如く、カリウム領域の計数値Ｂに補正係数Ｃを乗じて補正値Ｄを求める。
Ｄ＝Ｃ×Ｂ ・・・（１）

ここで、補正係数Ｃは表２の例では０．８５５と設定することができる。

次いでステップ１２０で、次式（２）に示す如く、セシウム領域の計数値Ａから補正値Ｄを差引いてセシウム領域の測定値Ｅとする。
Ｅ＝Ａ−Ｄ ・・・（２）

この第２実施形態によれば、Ｋ４０の放射能濃度を補正することによって、第１実施形態よりも更に高精度な測定を行うことができる。

１０…プラスチックシンチレータ
２０…増幅器
３０…Ａ／Ｄ変換器
４０…波高弁別器（ＭＣＡ）
５０…コンピュータ
５２…セシウム領域設定部
５３…領域設定部
５４…セシウム領域計数値取得部
５６…カリウム領域計数値取得部
５８…補正係数乗算部
６０…補正値減算部
Ａ…セシウム領域の計数値
Ｂ…カリウム領域の計数値
Ｃ…補正係数
Ｄ…補正値
Ｅ…セシウム領域の測定値

Claims (6)

1. 放射線検出にプラスチックシンチレータを用いて汚染土壌の放射能を測定する際に、
   波高弁別器を用いて土壌中のセシウム領域の計数値を分離測定することを特徴とする汚染土壌の放射能測定方法。
2. 放射線検出にプラスチックシンチレータを用いて汚染土壌の放射能を測定する際に、
   波高弁別器を用いて土壌中のセシウム領域の計数値とカリウム領域の計数値を分離測定し、
   カリウム領域の計数値を用いてセシウム領域の計数値を補正してカリウムの影響を低減することを特徴とする汚染土壌の放射能測定方法。
3. 前記補正を、カリウム領域の計数値に補正係数を乗じて得た補正値をセシウム領域の計数値から差引くことにより行うことを特徴とする請求項２に記載の汚染土壌の放射能測定方法。
4. 放射線検出にプラスチックシンチレータを用いて汚染土壌の放射能を測定する汚染土壌の放射能測定装置であって、
   土壌中のセシウム領域の計数値を分離測定するための波高弁別器を備えたことを特徴とする汚染土壌の放射能測定装置。
5. 放射線検出にプラスチックシンチレータを用いて汚染土壌の放射能を測定する汚染土壌の放射能測定装置であって、
   土壌中のセシウム領域の計数値とカリウム領域の計数値を分離測定するための波高弁別器と、
   カリウム領域の計数値を用いてセシウム領域の計数値を補正してカリウムの影響を低減する補正手段と、
   を備えたことを特徴とする汚染土壌の放射能測定装置。
6. 前記補正手段が、カリウム領域の計数値に補正係数を乗じて得た補正値をセシウム領域の計数値から差引くことにより補正を行うようにされていることを特徴とする請求項５に記載の汚染土壌の放射能測定装置。