JP2023180709A - ベータ線計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ヘリウムガスを主体とするQガスを用いず、プラスチックシンチレータをベータ線検出器として用い、GM計数管同様、宇宙線や環境ガンマ線の影響による検出下限濃度を低下させることができるベータ線計測装置を提供する。【解決手段】試料から放射されるベータ線を検出する第１プラスチックシンチレータを有する試料計測部と、宇宙線の影響を検出する第２プラスチックシンチレータを有する第１検出部と、前記第１プラスチックシンチレータにより検出された第１計数のうち同時に計測された前記第２プラスチックシンチレータにより検出された第２計数を除外した補正第１計数を出力する第１反同時計数回路と、前記補正第１計数に基づいて前記試料から放射される全ベータ放射能濃度を算出する演算部と、を備える、ベータ線計測装置である。【選択図】図１

Description

本発明は、全ベータ放射能やベータ線核種分析等を行うベータ線測定において、プラスチックシンチレータを用いたベータ線計測装置に関する。

原子力発電所等の原子力設備において、ガスや処理水等の放射性物質を含む試料から放射されるベータ線（β線）の全ベータ放射能濃度を計測することや、使用済み燃料由来の試料に含まれるストロンチウム９０（以下、Ｓｒ－９０）やストロンチウム８９（以下、Ｓｒ－８９）などのベータ線放出核種の放射能濃度の測定が必要となる場合がある。

全ベータ放射能濃度測定は、Ｓｒ－９０、Ｓｒ－８９等の核種を特定せずに試料に含まれるベータ線放出核種濃度の総量を測定するものである。全ベータ放射能濃度測定において、ＧＭ計数管（Geiger-Mueller counter）を用いて、試料中の放射性核種から放出されるベータ線を計測し、その計数率と供試量に基づいて全ベータ放射能濃度を求める方法が知られている（例えば、非特許文献１参照、非特許文献２参照）。

また、ベータ線のみを放出する、いわゆる純ベータ核種であるＳｒ－９０やＳｒ－８９等の放射性ストロンチウムのベータ線放出核種ごとの放射能濃度を求める方法が知られている（例えば、非特許文献３参照）。この方法によれば、予め、試料水に測定対象となるＳｒの安定同位体を添加し、炭酸塩沈澱との化学形態の測定試料とした後、ＧＭ計数管を用いて試料計数を測定した後、当該試料を溶解し、安定同位体であるイットリウム８９（Ｙ－８９）を添加し鉄沈殿試料とした後、ＧＭ計数管を用いて、鉄沈殿試料の試料計数の時間変化を測定することによりＳｒ－９０やＳｒ－８９放射能濃度を求めることができる。

その他、全ベータ放射能濃度測定において、プラスチックシンチレータを用いて、試料中の放射性核種から放出されるベータ線を計測し、その計数率と供試量に基づいて全ベータ放射能濃度を求める方法が知られている（例えば、非特許文献４参照）。

この他、ベータ線放出核種ごとの放射能濃度を求める方法が知られている（例えば、非特許文献５参照）。この方法には、測定対象となる核種の安定同位体を添加し、炭酸塩沈澱との化学形態の測定試料とした後、厚みが５ｍｍ程度のＧＭ計数管と約１ｃｍ程度に形成されたプラスチックシンチレータとを組み合わせた計測装置が用いられる。この方法によれば、ＧＭ計数管とプラスチックシンチレータの発光を計測し、ＧＭ計数管による計測とプラスチックシンチレータによる発光が同時に発生した場合を、試料からのベータ線によるものと判別し、プラスチックシンチレータによるベータ線スペクトロメトリによりベータ線放出核種ごとの放射能濃度を求めることができる。

発電用軽水型原子炉施設における放出放射性物質の測定に関する指針（原子力安全委員会、平成13年３月29日一部改訂） 全ベータ放射能測定法（文部科学省、昭和51年改訂）https://www.kankyo-hoshano.go.jp/wp-content/uploads/2020/11/No1.pdf 放射性ストロンチウム分析法（文部科学省、平成１５年改訂）https://www.kankyo-hoshano.go.jp/wp-content/uploads/2020/12/No2.pdf 環境全β放射能のバックグラウンド計数の気象データを用いた推定方法の検討（東京健安研セ年報 Ann. Rep. Tokyo Metr. Inst. Pub. Health, 66, 235-245, 2015）https://www.tmiph.metro.tokyo.lg.jp/files/archive/issue/kenkyunenpo/nenpou66/235-245.pdf Rapid determination of 89Sr and 90Sr in radioactive waste using Sr extraction disk and beta-ray spectrometer, Y. Kameo et al. JAEA Journal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry p.71-78 2007/10

非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３に記載された方法においては、試料中の放射性核種からのベータ線の検出のためＧＭ計数管を有する検出器が用いられる。このとき、ＧＭ計数管は、試料から放出されるベータ線だけでなく宇宙線や検出器周辺から到来する自然ガンマ線によるノイズも計測する。ガンマ線によるノイズによりバックグラウンド計数を低減するため、検出器には、ガード検出器となる他のＧＭ計数管が配置される。この検出器によれば、他のＧＭ計数管の検出値に基づいて試料中の放射性核種からのベータ線の計数を算出することができる。

ＧＭ計数管の管中の気体は、放射線によって変化し、測定結果に影響を与える。このため、ＧＭ計数管は、測定中においてヘリウム（Ｈｅ）ガスに有機ガスを添加したＱガス（Quenching Gas）が連続的に流通するように構成されている。しかしながら、Ｑガスに９８％程度含まれるヘリウムは、近年、戦略物質として注目され、価格が高騰しつつあり、入手に支障が生じているという課題がある。

非特許文献３に記載された方法によれば、ＧＭ計数管によるベータ線検出感度を高めるため、非特許文献１、非特許文献２に記載された方法同様にガード検出器であるＧＭ計数管に、Ｑガスを連続的に流す必要がある。そのため、非特許文献３に記載された方法によれば、非特許文献１、非特許文献２に記載された方法と同様にヘリウムの入手に支障が生じているという課題がある。

非特許文献４に記載された方法によれば、試料中の放射性核種からのベータ線を検出するためにＧＭ計数管の代わりにプラスチックシンチレータが用いられる。プラスチックシンチレータは、ＧＭ計数管に比して宇宙線や検出器周辺からのガンマ線の検出感度が大きくなるという性質を有する。そのため、非特許文献３に記載された方法では、宇宙線や測定器環境のガンマ線の影響によるプラスチックシンチレータのコンプトン光に基づくノイズによるバックグラウンド計数が高くなり、非特許文献１、非特許文献２に記載された方法に比して全ベータ放射能濃度の検出限界値が高くなるという課題がある。

非特許文献５に記載された方法によれば、試料中の放射性核種によるベータ線を、比較的薄く加工されたＧＭ計数管と厚く形成されたプラスチックシンチレータとで計測するため、非特許文献４に記載された方法と同様に、宇宙線や測定器環境のガンマ線の影響によりバックグラウンド計数が高くなり、非特許文献３に記載された方法に比してＳｒ－９０やＳｒ－８９放射能濃度の検出限界値が高くなるという課題がある

以上のことから、従来のＧＭ計数管を使用する場合に必要となるヘリウムを主体とするＱガスを用いないベータ線計測装置が望まれている。また、ＧＭ計数管の代替としてプラスチックシンチレータを使用する場合、ＧＭ計数管単独あるいはＧＭ計数管とプラスチックシンチレータを組み合わせて用いる場合と同様の検出限界を確保可能な低バックグラウンドベータ線計測装置が望まれている。

本発明は、ヘリウムガスを主体とするＱガスを用いず、プラスチックシンチレータをベータ線検出器として用い、ＧＭ計数管同様、宇宙線や自然放射線（環境ガンマ線ともいう）の影響による検出下限濃度を低下させることができるベータ線計測装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、試料から放射されるベータ線を検出する第１プラスチックシンチレータを有する試料計測部と、宇宙線の影響を検出する第２プラスチックシンチレータを有する第１検出部と、前記第１プラスチックシンチレータにより検出された第１計数のうち同時に計測された前記第２プラスチックシンチレータにより検出された第２計数を除外した補正第１計数を出力する第１反同時計数回路と、前記補正第１計数に基づいて前記試料から放射される全ベータ放射能濃度を算出する演算部と、を備える、ベータ線計測装置である。

本発明によれば、ヘリウムガスを主体とするＱガスを用いず、プラスチックシンチレータをベータ線検出器として用い、ＧＭ計数管同様、宇宙線や環境ガンマ線の影響による検出下限濃度を抑制可能な低バックグラウンド型のベータ線計測装置を提供することができる。

実施形態に係るベータ線計測装置の構成を概略的に示す図である。 第１検出部及び第２検出部の構成を示す図である。 比較例に係るベータ線計測装置の概略的な構成を示す図である。 比較例に係るベータ線計測装置の概略的な構成を示す図である。 変形例に係るベータ線計測装置の構成を概略的に示す図である。 比較例に係るベータ線計測装置の概略的な構成を示す図である。 比較例に係るベータ線計測装置の概略的な構成を示す図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態に係るベータ線計測装置について説明する。

図１に示されるように、ベータ線計測装置１は、例えば、試料Ｓのベータ線を計測する検出部２と、検出部２に接続された演算装置２０とを備えている。ベータ線計測装置１は、例えば、試料Ｓの全ベータ放射能濃度を計測する装置である。試料Ｓは、例えば、ガスや処理水等から採取され、β崩壊する放射性核種であるストロンチウム（Ｓｒ）を含んでいる。

検出部２は、例えば、試料Ｓが載置された容器Ｋを収容する本体部Ｃを備えている。本体部Ｃは、例えば、宇宙線や環境ガンマ線の影響を低減するように鉛等の防護壁により形成されている。本体部Ｃの内部の下方には、容器Ｋを収容する収容空間Ｃ１が形成されている。収容空間Ｃ１は、容器Ｋを側方から出し入れ可能に形成されている。収容空間Ｃ１の上方には、試料から放射されるベータ線を計測する試料計測部３が設けられている。試料計測部３は、ベータ線を検出する第１プラスチックシンチレータ４（ＰＬＳ－Ｍ）と、第１プラスチックシンチレータ４の発光を検出する第１光電子増倍管５（ＰＭＴ－Ｍ）とを有する。

第１プラスチックシンチレータ４は、容器Ｋが配置される位置の上方の位置に配置されている。第１プラスチックシンチレータ４は、蛍光物質を含むプラスチック製の板状体により形成されている。第１プラスチックシンチレータ４は、容器Ｋ内の試料Ｓから放射されるベータ線が透過した際に励起され発光する。第１プラスチックシンチレータ４の上方には、第１光電子増倍管５が配置されている。

第１光電子増倍管５は、陰極と陽極とを備え、両極間には、後述の高圧電源２８により高圧の電圧が加えられている。第１光電子増倍管５は、光電効果を利用し第１プラスチックシンチレータ４からの発光に基づいて光電子を発生させると共に増幅し、試料Ｓから放射されるベータ線の第１計数を電気信号として出力する。電気信号は、後述の第１反同時計数回路２３に出力される。

第１プラスチックシンチレータ４は、試料Ｓから放射されるベータ線だけでなく宇宙から到来する宇宙線（ガンマ線）や自然放射線（ガンマ線）も計測する。試料Ｓから放射されるベータ線を正確に計測するため、検出部２には、宇宙線の影響を検出する第１検出部６と、自然放射線の影響を検出する第２検出部１０とが設けられている。試料計測部３の上方には、例えば、宇宙線の影響を検出する第１検出部６が設けられている。

第１検出部６は、宇宙線を検出する第２プラスチックシンチレータ７（ＰＬＳ－Ｕ）と、第２プラスチックシンチレータ７の発光を検出する第２光電子増倍管８（ＰＭＴ－Ｕ）とを有する。第２プラスチックシンチレータ７は、本体部Ｃの外部の上方に配置されている。第２プラスチックシンチレータ７は、蛍光物質を含むプラスチック製の板状体により形成されている。第２プラスチックシンチレータ７は、宇宙線や自然放射線が透過した際に励起され発光する。第２光電子増倍管８は、第２プラスチックシンチレータ７に隣接して配置されている。第２光電子増倍管８は、陰極と陽極とを備え、両極間には、後述の高圧電源２８により高圧の電圧が加えられている。

第２光電子増倍管８は、光電効果を利用し第２プラスチックシンチレータ７からの発光に基づいて光電子を発生させると共に増幅し、宇宙線により検知される第２計数を電気信号として出力する。電気信号は、後述の第１反同時計数回路２３及び第２反同時計数回路２４に出力される。

第２プラスチックシンチレータ７は、例えば、平面視して円板状に形成されている。第２プラスチックシンチレータ７は、試料Ｓから放射されるベータ線を遮蔽する金属膜７Ｂにより被覆されている。第２プラスチックシンチレータ７は、一部が水平方向に張り出した突出部７Ａが形成されている。突出部７Ａの上部には、第２光電子増倍管８が配置されている。突出部７Ａは、第２プラスチックシンチレータ７と同様に金属膜７Ｃにより被覆されている。金属膜７Ｃは、金属膜７Ｂに比して厚い金属膜により形成されている。第２光電子増倍管８は、金属膜８Ｃにより被覆されている。金属膜８Ｃは、光を遮蔽可能であれば紙等の膜材料により形成されていてもよい。これにより、第１検出部６は、試料計測部３の上方から到来する宇宙線を計測することができる。

試料計測部３の下方には、例えば、自然放射線による影響を検出する第２検出部１０が設けられている。第２検出部１０は、下方から到来する環境ガンマ線を検出する第３プラスチックシンチレータ１１（ＰＬＳ－Ｄ）と、第３プラスチックシンチレータ１１の発光を検出する第３光電子増倍管１２（ＰＭＴ－Ｄ）とを有する。第２検出部１０は、第１検出部６と同様の構成を有する。第３プラスチックシンチレータ１１は、本体部Ｃの外部の下方に配置されている。

第３プラスチックシンチレータ１１は、蛍光物質を含むプラスチック製の板状体により形成されている。第３プラスチックシンチレータ１１は、環境ガンマ線が透過した際に励起され発光する。第３光電子増倍管１２は、第３プラスチックシンチレータ１１に隣接して配置されている。第３光電子増倍管１２は、陰極と陽極とを備え、両極間には、後述の高圧電源２８により高圧の電圧が加えられている。

第３光電子増倍管１２は、光電効果を利用して第３プラスチックシンチレータ１１からの発光に基づいて光電子を発生させると共に増幅し、環境ガンマ線により検知される第３計数を電気信号として出力する。電気信号は、後述の第２反同時計数回路２４に出力される。

第３プラスチックシンチレータ１１は、例えば、円板状に形成されている。第３プラスチックシンチレータ１１は、試料Ｓから放射されるベータ線を遮蔽する金属膜１１Ｂにより被覆されている。第３プラスチックシンチレータ１１は、一部が水平方向に張り出した突出部１１Ａが形成されている。突出部１１Ａの上部には、第３光電子増倍管１２が配置されている。突出部１１Ａは、第３プラスチックシンチレータ１１と同様に金属膜１１Ｃにより被覆されている。金属膜１１Ｃは、金属膜１１Ｂに比して厚い金属膜により形成されている。第３光電子増倍管１２は、金属膜１２Ｃにより被覆されている。金属膜１２Ｃは、光を遮蔽可能であれば紙等の膜材料により形成されていてもよい。これにより、第２検出部１０は、試料計測部３の下方から到来する自然放射線等の環境ガンマ線を計測することができる。自然放射線が遮蔽された環境においては、第２検出部１０は設けられていなくてもよい。

次に、演算装置２０の構成について説明する。演算装置２０は、例えば、試料Ｓから放射されるベータ線の計数を検出するための第１反同時計数回路２３及び第２反同時計数回路２４と、第１反同時計数回路２３及び第２反同時計数回路２４の出力値に基づいて試料Ｓから放射される全ベータ放射能を算出する演算部２５と、各光電子増倍管に高圧の電圧を入力する高圧電源２８と、演算に必要な情報や操作内容を入力する入力部２６と、演算結果を表示する表示部２７と、演算に必要なデータを記憶する記憶部２９とを備えている。

高圧電源２８は、第１光電子増倍管５、第２光電子増倍管８、及び第３光電子増倍管１２に高電圧（例えば、５００－１０００Ｖ程度）の直流電流（例えば、最大１０ｍＡ程度）を加える電源装置である。

第１反同時計数回路２３は、第１プラスチックシンチレータ４の第１計数から宇宙線の計数を除外した補正第１計数を計測する。第１光電子増倍管５から出力された第１計数には、試料Ｓから放射されるベータ線の計数だけでなく本体部Ｃを透過した宇宙線の計数も含まれている。第１反同時計数回路２３は、第１光電子増倍管５から出力された第１計数の電気信号と、第２光電子増倍管８から出力された第２計数の電気信号とが同時に計測された場合を除外し、第１計数を補正した補正第１計数の電気信号を出力する。即ち、第１反同時計数回路２３は、第１プラスチックシンチレータ４の第１計数のうち同時に計測された第２プラスチックシンチレータ７の第２計数を除外した補正第１計数の第１出力値を出力する。

第２反同時計数回路２４は、第１反同時計数回路２３の補正第１計数から環境ガンマ線の計数を除外した補正計数を計測する。第１反同時計数回路２３から出力された補正第１計数には、試料Ｓから放射されるベータ線の計数だけでなく本体部Ｃを透過した環境ガンマ線の計数も含まれている。第２反同時計数回路２４は、第３光電子増倍管１２から出力された第３計数の電気信号と、第１反同時計数回路２３から出力された補正第１計数の電気信号とが同時に計測された場合を除外し、補正第１計数を補正した補正計数の電気信号を出力する。即ち、第２反同時計数回路２４は、第１プラスチックシンチレータ４の補正第１計数のうち同時に計測された第３プラスチックシンチレータ１１の第３計数を除外した補正計数の第２出力値を出力する。第１反同時計数回路２３及び第２反同時計数回路２４により、第１計数に含まれる宇宙線の計数と環境ガンマ線の計数とを差し引き、試料Ｓから放射されるベータ線の計数を計測することができる。

演算部２５は、第２反同時計数回路２４の第２出力値に基づいて試料Ｓから放射される全ベータ放射能を算出する。演算部２５は、例えば、ＣＰＵなどのプロセッサが、記憶部２９に記憶されたプログラム（ソフトウェア）を実行することで実現される。また、これらの構成要素の機能のうち一部または全部は、ＬＳＩやＡＳＩＣ、ＦＰＧＡ、ＧＰＵ等のハードウェア（回路部：circuitryを含む）によって実現されていてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されていてもよい。プログラムは、予めＨＤＤやフラッシュメモリなどの記憶装置に格納されていてもよいし、ＤＶＤやＣＤ－ＲＯＭなどの着脱可能な記憶媒体に格納されており、記憶媒体がドライブ装置に装着されることでインストールされてもよい。

記憶部２９は、演算部２５の演算に必要なプログラムや各種データが記憶されている。記憶部２９は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＨＤＤ、フラッシュメモリなどの記憶媒体を備える記憶装置である。

表示部２７は、演算部２５の演算結果が出力されるディスプレイ装置である。表示部２７は、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ等の表示装置である。表示部２７は、パーソナルコンピュータ、タブレット型端末、スマートフォン等により別体に構成されていてもよい。

次に、ベータ線計測装置１におけるベータ線計測方法について説明する。

試料Ｓから放射されるベータ線は、使用済み燃料由来の試料Ｓに含まれる複数の核種Ｓｒ－９０、Ｓｒ－８９、Ｓｒ－９０から生成されるイットリウム９０（Ｙ－９０）等から放射されるベータ線の合計値（全ベータ放射能濃度）である。試料Ｓは、例えば、予めスカベンジング操作が行われ、Ｙ－９０が除去されている。試料Ｓを載置した容器Ｋは、本体部Ｃの収容空間Ｃ１に収容される。試料計測部３は、試料Ｓから放射されるベータ線を検出し、第１計数の電気信号を第１反同時計数回路２３に出力する。このとき、第１検出部６は、宇宙線を検出し、第２計数の電気信号を第１反同時計数回路２３に出力する。また、第２検出部１０は、環境ガンマ線を検出し、第３計数の電気信号を第２反同時計数回路２４に出力する。

第１反同時計数回路２３は、第１計数の電気信号と第２計数の電気信号とに基づいて、第１計数のうち第１計数と同時に検出された第２計数を除外した補正第１計数の電気信号を第２反同時計数回路２４に出力する。第２反同時計数回路２４は、補正第１計数の電気信号と第３計数の電気信号とに基づいて、補正第１計数のうち、補正第１計数と同時に検出された第３計数を除外した補正計数の電気信号を演算部２５に出力する。演算部２５は、補正計数の電気信号に基づいて試料Ｓの計数を算出し、算出結果に基づいて試料Ｓから放射される全ベータ放射能濃度を算出する。

演算部２５は、算出結果を表示部２７に出力する。演算部２５は、第２検出部１０が設けられていない場合、第１反同時計数回路２３から出力された補正第１計数の電気信号に基づいて試料Ｓの計数を算出し、算出結果に基づいて試料Ｓから放射される全ベータ放射能濃度を算出してもよい。

以下、比較例として従来のＧＭ計数管を用いたベータ線計測装置について説明する。以下の説明では、上記実施形態と同一の構成については同一の名称及び符号を用い、重複する説明については適宜省略する。

図３に示されるように、比較例に係るベータ線計測装置１００は、試料Ｓから放射されるベータ線を検出する第１ＧＭ計数管３０４と、宇宙線を検出する第２ＧＭ計数管３０３とを備えている。第１ＧＭ計数管３０４の出力値と第２ＧＭ計数管３０３の出力値とは、反同時計数回路２２に出力される。演算部２５は、反同時計数回路２２の出力値に基づいて、試料Ｓの全ベータ放射能濃度を算出する。

第１ＧＭ計数管３０４及び第２ＧＭ計数管３０３の上流側には、Ｑガスが充填されたＱガスボンベ３０１が供給流路３０２を介して接続されている。第１ＧＭ計数管３０４及び第２ＧＭ計数管３０３の下流側には、第１ＧＭ計数管３０４及び第２ＧＭ計数管３０３を流通したＱガスを排気する排気流路３０６が接続されている。比較例に係るベータ線計測装置１００は、上記構成により、試料Ｓの計測においては、常にＱガスを第１ＧＭ計数管３０４及び第２ＧＭ計数管３０３に流通する必要があり、計測におけるコストが嵩む虞がある。

図４に示されるように、比較例に係るベータ線計測装置１０１は、試料Ｓから放射されるベータ線を検出する試料計測部３を備えている。試料計測部３は、第１プラスチックシンチレータ４と、第１光電子増倍管５とを備えている。試料計測部３の出力値は、計数回路２００に出力される。演算部２５は、計数回路２００の出力値に基づいて、試料Ｓの全ベータ放射能濃度を算出する。比較例に係るベータ線計測装置１０１の様に、ＧＭ計数管を用いずに第１プラスチックシンチレータ４に基づいて試料Ｓから放射されるベータ線を計測する場合、第１プラスチックシンチレータ４のガンマ線に対する感度がＧＭ計数管に比して高いため、第１プラスチックシンチレータ４が宇宙線や環境ガンマ線も検出する。

比較例に係るベータ線計測装置１０１は、宇宙線や環境ガンマ線を検出するための検出部が設けられていないため、第１プラスチックシンチレータ４のバックグラウンドが上昇し、全ベータ放射能濃度が不正確となると共に、全ベータ放射能濃度の検出下限濃度が上昇する虞がある。

上述したようにベータ線計測装置１によれば、第１検出部６に設けられた第２プラスチックシンチレータ７を用いて宇宙線を検出すると共に、第２検出部１０に設けられた第３プラスチックシンチレータ１１を用いて環境ガンマ線を検出することができ、試料計測部３に設けられた第１プラスチックシンチレータ４の検出値から宇宙線や環境ガンマ線の影響を除外することができる。ベータ線計測装置１によれば、試料Ｓから放射されるベータ線を検出するための第１プラスチックシンチレータ４のバックグラウンド上昇を抑制でき、全ベータ放射能濃度の検出下限濃度を低減できる。

ベータ線計測装置１によれば、プラスチックシンチレータを用いることにより、ＧＭ計数管を有する既存のベータ線計測装置に比して、Ｑガスを用いる必要が無く、低コストにて計測可能となる。ベータ線計測装置１によれば、プラスチックシンチレータを用いることにより、宇宙線や環境ガンマ線の影響を低減し、試料Ｓから放射されるベータ線のみを検出することが可能となり、比較的低濃度の全ベータ放射能を計測することができる。また、ベータ線計測装置１によれば、第１検出部６及び第２検出部１０により宇宙線及び環境ガンマ線を高感度にて検出可能なため、本体部Ｃの遮蔽能力を簡略化することができる。ベータ線計測装置１によれば、例えば、本体部Ｃを試料Ｓから放射されるベータ線が外部に漏らさない程度の金属膜により形成してもよい。

［変形例］
以下、変形例に係るベータ線計測装置について説明する。以下の説明では、上記実施形態と同一の構成については同一の名称及び符号を用い、重複する説明については適宜省略する。

図５に示される変形例に係るベータ線計測装置１Ａは、試料Ｓ１から放射されるベータ線のスペクトルを計測可能に構成されている。ベータ線計測装置１Ａは、第２反同時計数回路２４から出力された出力値を入力し、試料Ｓから放射されるベータ線のスペクトルを分析するマルチチャンネル分析装置３０（ＭＣＡ）を備えている。試料Ｓ１は、例えば、放射性物質を含む試料Ｓからストロンチウム等のベータ線核種のみを単離したものである。試料Ｓ１の下方には、試料計測部３Ａに試料Ｓ１を近接させるための上げ底が設けられている。

ベータ線計測装置１Ａは、試料計測部３Ａは、第１プラスチックシンチレータ４と、第１プラスチックシンチレータ４の下層側に配置された第４プラスチックシンチレータ４Ａと、第１光電子増倍管５を備えている。第４プラスチックシンチレータ４Ａは、例えば、第１プラスチックシンチレータ４に比して薄い板状のプラスチック材料により形成されている。第４プラスチックシンチレータ４Ａは、第１プラスチックシンチレータ４に比してベータ線透過時における発光時間が長くなるように形成されている。これにより、第１光電子増倍管５は、異なるベータ線核種から放射されるベータ線の計数の立ち上がり時間分布スペクトルを検出することができる。

第１反同時計数回路２３は、上記と同様に補正第１計数の電気信号を第２反同時計数回路２４に出力する。第２反同時計数回路２４は、上記と同様に補正第１計数の電気信号と第３計数の電気信号とに基づいて、補正計数の電気信号をマルチチャンネル分析装置３０に出力する。

マルチチャンネル分析装置３０は、第２反同時計数回路２４から出力された出力値の電気信号のうち、第１プラスチックシンチレータ４及び第４プラスチックシンチレータ４Ａの発光に基づいて出力された第１光電子増倍管５から出力された電気信号のうち、バックグラウンドの影響を除いた電気信号に基づいて、試料Ｓ１から放射されるベータ線のベータ線スペクトロメトリを行い、ベータ線のエネルギーのスペクトルを解析する。マルチチャンネル分析装置３０は、例えば、試料Ｓ１に含まれるＳｒ－８９、Ｓｒ－９０、Ｙ－９０等の異なるベータ線核種から放射されるベータ線のエネルギースペクトルを解析する。

マルチチャンネル分析装置３０は、ベータ線のエネルギースペクトルに対応する複数のチャンネルを備える。マルチチャンネル分析装置３０は、試料Ｓ１に含まれるベータ線核種から放射されるベータ線の計数の立ち上がり時間分布スペクトルをチャンネル毎に出力する。マルチチャンネル分析装置３０は、第２反同時計数回路２４から出力された出力値の電気信号を増幅し、電気信号の最大値を対応するチャンネルに振り分け、各チャンネルから電気信号に基づく出力値を出力する。

演算部２５は、マルチチャンネル分析装置３０の各チャンネルから出力された出力値に基づいて試料Ｓ１に含まれるベータ線のエネルギースペクトルを個別に算出する。演算部２５は、算出結果を表示部２７に表示させる。

以下、比較例として従来のＧＭ計数管を用いたベータ線のエネルギースペクトルを解析するためのベータ線計測装置について説明する。以下の説明では、上記実施形態と同一の構成については同一の名称及び符号を用い、重複する説明については適宜省略する。

図６に示されるように、比較例に係るベータ線計測装置１０２は、試料計測部３と試料Ｓ１との間には、試料Ｓ１のベータ線を検出する第３ＧＭ計数管３０５が設けられている。
第３ＧＭ計数管３０５は、ベータ線計測装置１Ａの第４プラスチックシンチレータ４Ａに相当する。ベータ線計測装置１０２は、試料計測部３と第３ＧＭ計数管３０５により検出された信号の同時計数を出力する同時計数回路２０１を備えている。

ベータ線計測装置１０２は、同時計数回路２０１から出力された出力値を入力し、試料Ｓ１から放射されるベータ線のスペクトルを分析するマルチチャンネル分析装置３０を備えている。演算部２５は、マルチチャンネル分析装置３０の各チャンネルから出力された出力値に基づいて試料Ｓ１に含まれるベータ線のエネルギースペクトルを個別に算出する。

第３ＧＭ計数管３０５の上流側には、Ｑガスが充填されたＱガスボンベ３０１が供給流路３０２を介して接続されている。第３ＧＭ計数管３０５の下流側には、第３ＧＭ計数管３０５を流通したＱガスを排気する排気流路３０６が接続されている。比較例に係るベータ線計測装置１０２は、上記構成により、試料Ｓの計測においては、常にＱガスを第３ＧＭ計数管３０５に流通する必要があり、計測におけるコストが嵩む虞がある。

図７に示されるように、比較例に係るベータ線計測装置１０３は、試料計測部３Ａと、宇宙線や自然放射線による影響を検出する検出部１０Ｄが設けられている。検出部１０Ｄは、試料計測部３Ａの下方に配置されている。検出部１０Ａは、宇宙線や環境ガンマ線を検出するプラスチックシンチレータ１１Ｄと、プラスチックシンチレータ１１Ｄの発光を検出する光電子増倍管１２Ｄとを有する。

反同時計数回路２０２は、試料計測部３Ａと検出部１０Ｄにより同時に検出された同時計数を除外した計数の電気信号をマルチチャンネル分析装置３０に出力する。演算部２５は、マルチチャンネル分析装置３０の各チャンネルから出力された出力値に基づいて試料Ｓ１に含まれるベータ線のエネルギースペクトルを個別に算出する。比較例に係るベータ線計測装置１０３によれば、宇宙線や環境ガンマ線を検出する検出部１０Ｄが下方に１つ設けられている。ベータ線計測装置１０３によれば、ベータ線計測装置１Ａに比して上方に第１検出部６が設けられていないため、上方から到来する宇宙線に基づくノイズを検出するため、第１プラスチックシンチレータ４のバックグラウンドが上昇し、ベータ線の検出下限が上昇する虞がある。

上述したように、変形例に係るベータ線計測装置１Ａによれば、マルチチャンネル分析装置３０が設けられていることにより、試料Ｓ１から放射されるベータ線のスペクトルを計測することができる。ベータ線計測装置１Ａによれば、ベータ線スペクトル測定時において、第１検出部６に設けられた第２プラスチックシンチレータ７を用いて宇宙線を検出すると共に、第２検出部１０に設けられた第３プラスチックシンチレータ１１を用いて環境ガンマ線を検出することができ、試料Ｓ１から放射されるベータ線を検出するための試料計測部３Ａに設けられた第１プラスチックシンチレータ４及び第４プラスチックシンチレータ４Ａ検出値から宇宙線や環境ガンマ線の影響を除外することができる。

ベータ線計測装置１Ａによれば、試料Ｓ１から放射されるベータ線を検出するための第１プラスチックシンチレータ４及び第４プラスチックシンチレータ４Ａのバックグラウンド上昇を抑制でき、ベータ線スペクトル測定の検出下限濃度を低減できる。

ベータ線計測装置１Ａによれば、プラスチックシンチレータを用いることにより、ＧＭ計数管を有する既存のベータ線計測装置に比して、Ｑガスを用いる必要が無く、低コストにて計測可能となる。ベータ線計測装置１Ａによれば、プラスチックシンチレータを用いることにより、宇宙線や環境ガンマ線の影響を低減し、試料Ｓ１から放射されるベータ線のみを検出することが可能となり、比較的低濃度のベータ線のスペクトルを計測することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。例えば、ベータ線計測装置１及び変形例に係るベータ線計測装置１Ａに示される各構成は、互いに置き換えてもよいし、追加してもよい。

１、１Ａ ベータ線計測装置
２ 検出部
３、３Ａ 試料計測部
４ 第１プラスチックシンチレータ
４Ａ 第４プラスチックシンチレータ
６ 第１検出部
７ 第２プラスチックシンチレータ
７Ｂ、７Ｃ、８Ｃ 金属膜
１０ 第２検出部
１１ 第３プラスチックシンチレータ
１１Ｂ、１１Ｃ、１２Ｃ 金属膜
２３ 第１反同時計数回路
２４ 第２反同時計数回路
２５ 演算部
３０ マルチチャンネル分析装置

Claims (5)

1. 試料から放射されるベータ線を検出する第１プラスチックシンチレータを有する試料計測部と、
   宇宙線の影響を検出する第２プラスチックシンチレータを有する第１検出部と、
   前記第１プラスチックシンチレータにより検出された第１計数のうち同時に計測された前記第２プラスチックシンチレータにより検出された第２計数を除外した補正第１計数を出力する第１反同時計数回路と、
   前記補正第１計数に基づいて前記試料から放射される全ベータ放射能濃度を算出する演算部と、を備える、ベータ線計測装置。
2. 環境ガンマ線による影響を検知する第３プラスチックシンチレータを有する第２検出部と、
   前記補正第１計数のうち同時に計測された前記第３プラスチックシンチレータにより検出された第３計数を除外した補正計数を出力する第２反同時計数回路と、を備え、
   前記演算部は、前記補正計数に基づいて、前記試料から放射される前記全ベータ放射能濃度を算出する、
   請求項１に記載のベータ線計測装置。
3. 前記第１検出部に設けられ、前記ベータ線に対して前記第１プラスチックシンチレータと異なる発光特性を有する第４プラスチックシンチレータと、
   前記第１プラスチックシンチレータ及び前記第４プラスチックシンチレータにより検出された前記補正計数に基づいて前記試料から放射されるベータ線のスペクトルを解析するマルチチャンネル分析装置と、を備え、
   前記演算部は、前記マルチチャンネル分析装置の解析結果に基づいて前記スペクトルを算出する、
   請求項２に記載のベータ線計測装置。
4. 前記第３プラスチックシンチレータは、前記ベータ線を遮蔽する金属膜により被覆されている、
   請求項３に記載のベータ線計測装置。
5. 前記第２プラスチックシンチレータは、前記ベータ線を遮蔽する金属膜により被覆されている、
   請求項１から４のうちいずれか１項に記載のベータ線計測装置。

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