JP5485451B1 - 放射線測定器の校正方法、及び、そのための低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】放射性物質が飛散した福島県内のフィールドのような散乱線を多く含む実際の放射線場で除染前後の測定に用いる放射線測定器の校正に適した放射線測定器の校正方法、及び、そのための低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置を提供する。
【解決手段】校正対象プローブ１０が挿入可能とされた遮蔽箱２０と、該遮蔽箱２０内の前記校正対象プローブ１０と直接対向しない位置に配設された線源４０と、該線源４０から前記校正対象プローブ１０に到達する直接線を遮蔽又は減弱するための直接線遮蔽体３０と、を備えた低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置を用いて、線源４０から放出され、少なくとも一度散乱された散乱線を用いて放射線測定器を校正する。
【選択図】図２

Description

本発明は、放射線測定器の校正方法、及び、そのための低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置に係り、特に、例えば平成２３年東北地方太平洋沖地震（以下、東日本大震災と称する）に伴う原子力災害で放射性物質が飛散した福島県内のフィールドのような散乱線を多く含む実際の放射線場で用いる線量計やサーベイメータの校正に用いるのに好適な、放射線測定器の校正方法、及び、そのための低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置に関する。

東日本大震災に伴う原子力災害で放射性物質が飛散した福島県内のフィールドでは、非特許文献１に掲載された図１に示されるように、例えば、Ｃｓ１３７の場合、エネルギー６６２ｋｅＶの直接線以外に、これがコンプトン散乱されてエネルギーが低下した、２００〜４００ｋｅＶにわたる多くの低エネルギー（コンプトン）散乱線が存在し、複雑なスペクトル形状の放射線場となっている。更に、同じ場所で除染前後に測定すると、より低エネルギー散乱線が目立つ。これは、除染後は、空気によって遠方からのγ線が散乱されながら輸送され、低エネルギー成分として存在するためと考えられる。

東日本大震災に伴う原子力災害後、市場には多種の放射線測定器が流通している。

特開２００９−１３９２２９号公報 特開２００７−４０９４５号公報

黒澤忠弘「福島県内における空間線量への散乱線の影響と放射線計測の信頼性」第１５回放射線・放射能・中性子計測クラブ研究会「放射線・放射能計測の信頼性」大阪シンポジウム http://www.nmijjp/nmijclub/hoshasen/hoshasen15.html

しかしながら、現在市場には、正しく校正されていない、あるいは、様々なエネルギーのγ線が例えば１ｍＳｖ入射したときに、正しく１ｍＳｖと表示できる適切なエネルギー特性を持たない、放射線に対する特性が劣ったエネルギー無補償形の線量計やサーベイメータが多く出回っている。このような放射線測定器は、福島県内のフィールドのような実際の放射線場では、線量や線量率を過大・過小評価するため、除染前後の線量率の測定には適しておらず、そのエネルギー特性によって、同じ場所で測定しても指示値が異なる場合が生じている。

又、通常、放射線測定器は、放射性物質を含む線源等を用いて、定期的に校正を行ない、応答を確認しているが、一般的に校正用のγ線照射装置は、単色場を作れるように、即ち、極力、コンプトン散乱線が放射線測定器に入射しないように設計されている。従って、単色の例えばＣｓ−１３７γ線（６６２ｋｅＶ）による校正だけでは、実際の放射線場のような幅広いエネルギーが存在する領域に対して、エネルギー特性が有効か否かを確認することができず、異なるエネルギーでの応答を確認する場合は、異なるエネルギーを持つ校正用線源を準備しなければならない。

なお、特許文献１には、校正用線源からの直接放射線を遮断することにより、散乱放射線を測定可能とする技術が記載されているが、これは散乱線がバックグラウンドに与える影響を正確に計測して、精度良く校正するためのものであり、散乱線のみを校正に用いることは考えられていない。

又、特許文献２では、放射線遮蔽金属等によって形成された、厚み若しくは材質の異なる複数の移動フィルタの中の一個を、単一の校正用線源に対して選択的に使用可能とすることにより、校正用線源の交換を行なうことなく、迅速に作業が行なえる校正装置を提案しているが、やはり、散乱線のみを校正に用いることは考えられていなかった。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、放射線物質が飛散した福島県内のフィールドのような散乱線を多く含む実際の放射線場で除染前後の測定に用いる放射線測定器に適した校正方法を提供することを第１の課題とする。

本発明は又、第１の課題を達成するのに好適な、机上型として用いることが可能な低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置を提供することを第２の課題とする。

本発明は、更に、実際の放射線場のように、幅広いエネルギーが存在する領域に対して、エネルギー特性が有効か否かを確認可能な低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置を提供することを第３の課題とする。

本発明は、線源から放出され、少なくとも一度散乱された散乱線を放射線測定器に入射させ、前記散乱線を校正用基準線源による放射線として放射線検出器の指示値を校正することを特徴とする放射線測定器の校正方法により、前記第１の課題を解決したものである。

ここで、前記散乱線と、前記線源から放出され、直接線遮蔽体により減弱された直接線を共に放射線測定器に入射させ、前記散乱線及び減弱された直接線を、校正用基準線源による放射線として、放射線測定器の指示値を校正することもできる。

本発明は、又、校正対象プローブが挿入可能とされた遮蔽箱と、該遮蔽箱内の前記校正対象プローブと直接対向しない位置に配設された線源と、該線源から放出された直接線を、少なくとも一度散乱して散乱線を発生させるための散乱線発生部材と、前記線源から前記校正対象プローブに到達する直接線を遮蔽又は減弱するための直接線遮蔽体とを備え、前記散乱線、又は、散乱線及び減弱された直接線を、校正用基準線源による放射線としたことを特徴とする低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置により、前記第２の課題を解決したものである。

ここで、前記線源を、前記直接線遮蔽体の前記校正対象プローブと対向しない面に配設することができる。

又、前記散乱線発生部材を、前記遮蔽箱の内側表面及び前記直接線遮蔽体の外側表面の少なくともいずれか一方に貼ることができる。

本発明は又、前記直接線遮蔽体を移動可能とし、前記線源を前記校正対象プローブと直接対向する位置に配置できるようにして、直接線による校正も可能とすることにより、前記第３の課題を解決したものである。

本発明によれば、放射性物質が飛散した福島県内のフィールドのような散乱線を多く含む実際の放射線場で除染前後の測定に用いる放射線測定器を的確に校正することが可能になる。

又、本発明に係る低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置によれば、簡単な構成で、低エネルギー散乱線のみによる放射線測定器の校正が机上で可能となる。

特に、直接線による校正も可能とした場合には、１つの線源からの散乱線と直接線を用いて、複数の異なるエネルギースペクトルを持つγ線で照射できる模擬γ線作業場を提供できる。従って、実際の放射線場のように、幅広いエネルギー領域に対して、エネルギー特性が有効か否かを確認することが可能となる。従って、除染前後の線量率を測定し、効果を確認するのに適したエネルギー特性を持つ放射線測定器であるか否かを簡易的に確認することが可能となる。

非特許文献１に掲載された福島県内のフィールドスペクトルの測定結果を示す図 本発明に係る低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置の実施形態の構成を示す断面図 同じく直接線遮蔽体への線源配置状態を示す正面図 同じく直接線成分活用時の線源位置を示す断面図 同じく散乱線成分活用時と直接線成分活用時のγ線エネルギースペクトルを比較して示す図 同じく最適な壁形状を探すためのシミュレーション結果を示す図 同じく散乱線発生部材の効果を確認するためのシミュレーション結果を示す図 同じく直接線遮蔽体の適切な大きさを探すためのシミュレーション結果を示す図 同じく直接線遮蔽体の適切な厚さを探すためのシミュレーション結果を示す図 同じく線源と壁の適切な距離を探すためのシミュレーション結果を示す図 同じく遮蔽箱の適切な内寸を探すためのシミュレーション結果を示す図 同じく適切なプローブ位置を探すためのシミュレーション結果を示す図 同じく除染後のスペクトルとの比較を示す図

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明に係る机上型の低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置の実施形態は、図２及び図３に示す如く、校正対象プローブ１０が例えば図の上方から挿入可能とされた、例えば厚さ４ｃｍの鉛製の遮蔽箱２０と、該遮蔽箱２０内に例えば回転軸３４により回転可能に配置された、例えば円柱状の直接線遮蔽体３０と、該直接線遮蔽体３０の前記校正対象プローブ１０と対向しない面に配設された、例えばコイン状の線源４０と、を備えている。

前記遮蔽箱２０を構成する、例えば厚さ４ｃｍの鉛は、単なる遮蔽用であるが、前記直接線遮蔽体３０は、図２に示す散乱線成分活用時の状態で線源４０からの直接線が校正対象プローブ１０に到達しないようにするため、例えば直径４ｃｍ、厚さ３ｃｍの円柱状の鉛で構成されている。

前記直接線遮蔽体３０は回転軸３４により回転可能とされ、線源４０は、図４に示す如く、校正対象プローブ１０と直接対向する位置に配置できるようにされている。

前記遮蔽箱２０の内側表面及び前記直接線遮蔽体３０の外側表面には、それぞれ、例えば厚さ５ｍｍのステンレス板でなる散乱線発生部材２２、３２が貼られている。この散乱線発生部材２２、３２は、コンプトン散乱による散乱線を増加させるためのものである。

前記直接線遮蔽体３０を構成する鉛は、直接線の遮蔽用で、理論上は直接線の量を３０％まで落としている。なお、鉛の厚さを３ｃｍより薄くして、散乱線だけでなく、鉛で減弱された直接線を併用できるようにすることもできる。

一方、散乱線発生部材３２としてのステンレス板は、コンプトン散乱による散乱線を増加させている。ここで、鉛はステンレスよりも原子番号が大きいため、散乱線の増加効果は高い筈であるが、実際は散乱線も遮蔽してしまうため、散乱線の増加効果を制限してしまう。従って、この二重構造に意味がある。

前記線源４０は、直接線遮蔽体３０に取付けられており、直接線遮蔽体３０を回転させて図４に示す直接線成分活用時の状態とすると、線源４０からのγ線が遮蔽されることなく放出される。従って、一般的な照射装置としても用いることができる。

前記散乱線発生部材２２、３２として用いたステンレスの成分は、例えば鉄６７．３重量％、クロム１６．７重量％、ニッケル１２．３重量％である。従って、ステンレス以外にも、ステンレス組成比で一番量が多い、純鉄の使用も考えられる。又、コンプトン散乱断面積（発生確率）は原子番号に比例するので、鉄以外にも、その周辺の原子番号を持つ物質の純金属、例えばクロム、マンガン、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛や、これらの合金を用いることも可能である。

本実施例は、机上型で、前記遮蔽箱２０の寸法は、内寸１８ｃｍ×１０ｃｍ×１０ｃｍ、外寸２７ｃｍ×１９ｃｍ×１９ｃｍの直方体とすることができる。

又、前記遮蔽箱２０を構成する鉛の壁の厚さは、作業者の被曝低減、及び、特にフィールドでの使用の際に外からのバックグラウンドを低減するため、例えば４ｃｍとすることができる。

前記線源４０としては、持ち運び、フィールドでの確認を可能とするため、例えば１３７Ｃｓのコイン状チェッキングソース（直径２５ｍｍ、１ＭＢｑ）を利用することができる。

前記散乱線成分活用時の線源位置は、遮蔽箱２０の内壁２０Ｂから１ｃｍの位置とすることができる。

又、校正対象プローブ１０の位置は、図４に示した直接線成分活用時の線源位置から７．５ｃｍ、図２に示した散乱線成分活用時の線源位置から７．５＋０．５＋３．０＋０．５＝１１．５ｃｍの距離が、実効中心となる位置とすることができる。又、校正対象プローブ１０は、遮蔽箱２０の中心ではなく、前方（図では下方）の内壁２０Ａに近づけることが望ましい。

実施例における散乱線成分活用時と直接線成分活用時のγ線エネルギースペクトルを図５に比較して示す。又、γ線の線量率は、次の表１に示す如くであり、散乱線成分活用時に、除染後の下限値０．２〜０．３以上の線量率０．５８が得られることが確認できた。

モンテカルロ法により、放射線照射装置の適切な形状や配置についてシミュレーションを行なった。

散乱線成分活用時に線源４０と対向する遮蔽箱２０内壁２０Ｂの表面形状について、図６の左上に示すパラボラ形状と左下に示す平面形状についてシミュレーションを行なったところ、図６の右側に示す如く殆ど差は無いため、内壁形状は加工が容易な平面形状で良いことが分かった。

次に、散乱線発生部材２２、３２の効果についてシミュレーションを行なったところ、図７に示す如く、散乱線発生部材２２、３２を貼った方が、散乱線が増えることが確認できた。

次に、直径２．５ｃｍの線源４０に対して、直接線遮蔽体３０の大きさ（直径Φ）をΦ＝２．５ｃｍ、４ｃｍ、８ｃｍに変化させてシミュレーションを行なったところ、図８に示す如く、直径４ｃｍ程度のときが最適であることが確認できた。

次に、直接線遮蔽体３０の厚さｔを２ｃｍ、３ｃｍと変えてシミュレーションを行なったところ、図９に示す如く、直接線遮蔽体３０の厚さｔを３ｃｍに増やし、直接線を減弱することで、散乱線の割合を相対的に増やせることが確認できた。

次に、線源４０と遮蔽箱２０の内壁２０Ｂの距離ｄを６ｃｍと１ｃｍに変えてシミュレーションを行なったところ、図１０に示す如く、線源４０と遮蔽箱２０の壁の距離ｄを近づけ、１ｃｍとする方が６ｃｍと離した場合よりも散乱線が増えることが確認できた。

次に、遮蔽箱２０の内寸Ｗについてシミュレーションを行なったところ、図１１に示す如く、Ｗ＝１０ｃｍと遮蔽箱２０を小さくしても構わないことが確認できた。

次に、校正対象プローブ１０の挿入位置ｘについてシミュレーションを行なったところ、図１２に示す如く、校正対象プローブ１０は中心（ｘ＝０）近傍でなく、差し込んで対向する内壁２０Ａに近づけておく方が、散乱線が多いことが確認できた。

以上のシミュレーション結果から、パラボラ形状と平面形状の違いは無いこと、内側に散乱線発生部材２２、３２を付けると散乱線が増加すること、直接線遮蔽体３０のサイズは直径４ｃｍ、厚さ３ｃｍ程度が望ましいこと、線源４０と遮蔽箱２０の内壁２０Ｂの距離は近い方が、散乱線が増加すること、遮蔽箱２０のサイズを小さくしても、散乱線の量に大きな違いはないため、小型・軽量化のためには小さくて良いこと、校正対象プローブ１０は遮蔽箱２０の中心に置くよりも遮蔽箱２０の内壁２０Ａに近づける方が、散乱線が増加することが確認できた。図２の寸法は、このようなシミュレーションの結果に基づいて決定されたものである。

実施例における散乱線成分活用時のスペクトルを調べたところ、図１３に示す如く、実際の除染後宅地中心のスペクトルに近いことが確認できた。

一方、市販の線量計の一つは、直接線成分活用時には、相対指示誤差２０％程度であったのが、散乱線成分活用時には、相対指示誤差９０％程度となり、信頼性が不足することが確認できた。

なお、遮蔽箱２０、直接線遮蔽体３０、散乱線発生部材２２、３２、線源４０等の材質や形状は、前記実施例に限定されず、照射装置も机上型に限定されない。直接線遮蔽体３０の移動方法も回転移動に限定されない。

１０…校正対象プローブ
２０…遮蔽箱
２２、３２…散乱線発生部材
３０…直接線遮蔽体
３４…回転軸
４０…線源

Claims (6)

1. 線源から放出され、少なくとも一度散乱された散乱線を放射線測定器に入射させ、
   前記散乱線を校正用基準線源による放射線として放射線検出器の指示値を校正することを特徴とする放射線測定器の校正方法。
2. 前記散乱線と、前記線源から放出され、直接線遮蔽体により減弱された直接線を共に放射線測定器に入射させ、
   前記散乱線及び減弱された直接線を、校正用基準線源による放射線として、放射線測定器の指示値を校正することを特徴とする請求項１に記載の放射線測定器の校正方法。
3. 校正対象プローブが挿入可能とされた遮蔽箱と、
   該遮蔽箱内の前記校正対象プローブと直接対向しない位置に配設された線源と、
   該線源から放出された直接線を、少なくとも一度散乱して散乱線を発生させるための散乱線発生部材と、
   前記線源から前記校正対象プローブに到達する直接線を遮蔽又は減弱するための直接線遮蔽体とを備え、
   前記散乱線、又は、散乱線及び減弱された直接線を、校正用基準線源による放射線としたことを特徴とする低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置。
4. 前記線源が、前記直接線遮蔽体の前記校正対象プローブと対向しない面に配設されていることを特徴とする請求項３に記載の低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置。
5. 前記散乱線発生部材が、前記遮蔽箱の内側表面及び前記直接線遮蔽体の外側表面の少なくともいずれか一方に貼られていることを特徴とする請求項３又は４に記載の低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置。
6. 前記直接線遮蔽体が移動可能とされ、前記線源を前記校正対象プローブと直接対向する位置に配置した場合は、直接線による校正が可能とされている請求項３乃至５のいずれかに記載の低エネルギー散乱線校正用放射線照射装置。