JP5635583B2

JP5635583B2 - γ線測定装置

Info

Publication number: JP5635583B2
Application number: JP2012269046A
Authority: JP
Inventors: 典平露崎
Original assignee: 有限会社Ｒｐｇテクニクス
Priority date: 2012-12-10
Filing date: 2012-12-10
Publication date: 2014-12-03
Anticipated expiration: 2032-12-10
Also published as: JP2014115176A

Description

本願は、食品を含む試料のγ（ガンマ）線測定装置に関する発明である。

食品中の放射性物質について、政府の発表（食品衛生法に基づく放射性物質の新たな規格基準）によると、飲料水と飲料水を除く食糧とに分類し、飲料水は10Bq/Kg以下を、食品は100Bq/Kg以下を安全な食物とするよう要求されている。そして、厚生省の“食品中のセシウムスクリーニング法”によれば、食品のγ線は¹³⁷Csを計測してその値が100Bq以下であれば安全としている。

従来のＧＭ（ガイガー＝ミューラ）管測定装置は、使用されているＧＭ管検出器が測定できるエネルギー範囲にあるγ線を、全て計測してしまう。例えば福島原発事故により環境に放出されたγ線核種は、その代表例として¹³⁴Cs,¹³⁷Csなどがある。¹³⁴Csは、全ての¹³⁴Cs崩壊数のうち57KeVのγ線を23％、605KeVのγ線を98％、796KeVのγ線を99％、1038KeVのγ線を1.0％、1168KeVのγ線を1.98％,1365KeVのγ線を3.4％放出する。¹³⁷Csは、662KeVのγ線を85％放出する。

ＧＭ管検出器は、γ線エネルギーの区別をすることが出来ないので、ＧＭ管検出器に入射したγ線は全て計測してしまう。よって、試料（例えば食品）のγ線を計測するためには、試料以外から入射するγ線を遮断する必要がある。

試料以外から入射するγ線が外部（環境）からのγ線の場合は、γ線検出器と測定対象とする試料を外部のγ線を遮断する容器（遮蔽箱）の中に入れて、外部（環境）からのγ線を十分遮断する。遮蔽材に十分な厚さがあり、環境からのγ線が試料からのγ線より十分小さく見積もることができる場合、γ線測定装置が計測するγ線は、試料からのγ線とみなすことができる。

月刊誌「産業と環境」２０１２年８月号第４７頁乃至第５１頁

前述の如く、ＧＭ管検出器を用いて試料（例えば食品）からのγ線を計測する場合は、食品が元々含有している⁴⁰Kのγ線1460KeV（11％放出）も計測することになる。そこで、食品中の放射能物質について、人工放射性物質（例えば放射能汚染に係る核種）によるγ線のみを計測するには、食品に元々含まれる⁴⁰Kのγ線1460KeV（11％放出）を除く必要がある。

しかしながら、これまで、試料（例えば食品）のγ線を計測する測定装置において、試料以外から入射するγ線を有効に遮断又は減衰する装置はなかった。

また、シンチレーション方式検出器、又はＧｅ検出器等の感度の高いγ線検出器を使用して食品のγ線測定を行う場合、次のような問題があった。

また、従来の食品のγ線測定は、例えば、試料を粉砕してマリネリ容器に詰め込んで測定するのが一般であった。その場合、Ｇｅ検出器を使用する場合は、その検出器の感度が良いので窒息（デッド）を起こすことが多く、線量を正確に計測できなかった。そのため、少量についてγ線計測をすることが要請され、測定対象（試料）を小分けし微細化する等していた。しかし、測定対象を微細化の出来ない食品等については測定が不能となっていた。

更に、原発事故後は、試料（食品など）を全数測定することが要請され（サンプリングでは測定しない物そのものは是非が判断できない）、原形を変えないで測定する測定装置に開発が要請されていた。

本願発明では、この⁴⁰Kのγ線1460KeV（11％放出）を除くこと、更には、あるエネルギー範囲にある不要のγ線を除くことのできる測定装置を提供することを目的とする。その構成上の特徴は以下の通りである。

本願発明のγ線測定装置は、少なくとも、特定のエネルギーを持つγ線を遮蔽するための特定γ線遮蔽板（例えば¹³⁷Cs のγ線エネルギー以下のγ線を遮蔽する）と、ＧＭ管検出器、シンチレーション方式検出器、又はＧｅ検出器等のγ線検出器とを備える。そして、特定γ線遮蔽板は、少なくとも一枚の遮蔽板を有し、その枚数及び／又は厚みに応じて、γ線のうち特定のエネルギーを持つ範囲のγ線を遮蔽し又は減衰させる。

本発明のγ線測定装置は、食品など粉砕、分割、小分けをすると測定後は全く使用できなくなる物品中の放射能物質について、人工放射性物質（例えば放射能汚染に係る核種）によるγ線のみを正確に測定することができる。また、構成が簡単なので製造コストの低減を図ることができる。

γ線検出器としてＧＭ管検出器を使用した本願発明の測定装置の構造を示す概略図である。シンチレーション検出器又はＧｅ検出器等のγ線検出器を使用した場合の、本願発明の測定装置の構造を示す概略図である。シンチレーション検出器又はＧｅ検出器等のγ線検出器を使用したγ線測定装置において、特定γ線遮蔽板を減衰用の遮蔽板として使用する場合の、本願発明の測定装置の構造を示す概略図である。本発明によるγ線測定におけるコンプトン効果及びその影響を低減した場合を説明するためのグラフである。

本願発明は、少なくとも、特定のエネルギーを持つγ線を遮蔽するための特定γ線遮蔽板（例えば¹³⁷Cs のγ線エネルギー以下のγ線を遮蔽する）と、ＧＭ管検出器、シンチレーション方式検出器、又はＧｅ検出器等のγ線検出器とを備える、γ線測定装置を提供する。

前記特定γ線遮蔽板は、少なくとも一枚の遮蔽板を有し、その枚数及び／又は厚みに応じて、γ線のうち特定のエネルギーを持つ範囲のγ線を遮蔽し又は減衰させる。

そして、食品に取り込まれた放射性同位元素から放出されるγ線を、前記γ線検出器によって、前記特定γ線遮蔽板を通過する前と通過した後とで測定し、前者の測定値から後者の測定値を差し引くことにより、目的とするγ線を測定する。

前記γ線検出器は、前記特定γ線遮蔽板の前後にそれぞれ設け、前記特定γ線遮蔽板を通過する前と通過した後のγ線を測定できるように構成することができる。
前記特定γ線遮蔽板の前面（γ線放出側）に、β線を遮蔽するためのアルミニウム（Al）を更に設ける。

前記γ線検出器は、所望の位置のγ線を測定できるように複数個設けることができる。
前記γ線検出器は、広範囲の測定対象を測定できるように1個又は複数個を移動可能に設けることができる。

前記特定γ線遮蔽板は、少なくとも一枚の遮蔽板を有し、その遮蔽板の枚数及び／又は厚みを変えることによって、γ線のうち特定のエネルギーを持つ範囲のγ線を遮蔽し又は減衰させる。

例えば、シンチレーション方式の検出器を用いてγ線測定を行う場合に、前記特定γ線遮蔽板は、その枚数及び／又は厚みを、コンプトン効果による影響を除くことができるように選択し、計測対象とするγ線ピークが有意になるようにすることができる。

前記γ線検出器は、前記特定γ線遮蔽板の有る場合及び無い場合のそれぞれについてγ線を実測し、前記の特定γ線遮蔽板の遮蔽効果を計測することができる。

前記γ線検出器を囲んで外部のγ線から遮蔽するための遮蔽部材と、特定の方向からのγ線のみを前記γ線検出器に入射させるため前記遮蔽部材に設けた入射開口とを更に設けることができる。

以下に、本発明の測定装置について、具体的な実施例を挙げて更に説明する。まず、遮蔽板が最も効果的に作用する水を除く食品のγ線検出器のうち安価なＧＭ管検出器を使用した測定装置について説明する。次に他の検出器、例えばシンチレーション検出器及びＧｅ検出器を使用した場合について説明する。なお、水を測定するγ線検出器の場合は、水の自己吸収があるので、この自己吸収の分を別途測定又は計算する必要がある。

厚生省の“食品中のセシウムスクリーニング法”によれば、食品のγ線は¹³⁷Csを計測してその値が100Bq以下であれば安全としている。よってＧＭ管検出器を使用したγ線測定装置は、¹³⁷Csのγ線エネルギーが計測できれば良く、⁴⁰Kのγ線1460KeVを取り除くための測定装置及び測定方法を以下に説明する。

図１は、γ線検出器としてＧＭ管検出器を使用した本願発明の測定装置の構造を示す概略図である。

１１は、¹³⁷Csのγ線を計測するためのＣｓＧＭ管検出器である。１２は、ＣｓＧＭ管検出器のγ線入射方向に設置されているアルミニウム板（Al）であり、これはベータ線を遮蔽するためである。β線もエネルギーが高いものは、ＧＭ管検出器で計測されてしまうため、γ線計測に不要なβ線をカットする必要がある。不要なβ線は、1 mmの厚みのアルミニウム板でカットできる。１３は⁴⁰Kのγ線を計測するためのＫ―４０ＧＭ管検出器である。１４は特定γ線遮蔽板であり、この実施例では¹³⁴Cs,¹³⁷Csのγ線を遮蔽する。この遮蔽板は、例えば４ cmのPb（2007年版放射線施設の遮蔽計算実務マニュアルでは、¹³⁷Csは0.0169倍に減衰する）又は同等の遮蔽効果を持つ厚さのFeを主成分とする。

なお、図１には、環境からのγ線を遮蔽する遮蔽材（構造物）は、図示されていない。

図１にはＧＭ管検出器が複数本置かれている。ＧＭ管検出器では、大半のγ線はＧＭ管検出器内で計測に必要な内封ガスと反応を起こさず、通過してしまい計測に寄与しない。このため、ＧＭ管検出器１本当のγ線の検出効率は２−３％程度と著しく低い。またＧＭ管検出器に入射しないγ線はそもそも計測できない。ＧＭ管検出器の計測効率を増加させる方法としては、ＧＭ管検出器の外形を大きくして内包ガス体積を増加するか、複数本使用することが有効であり、本願に係る測定装置の場合はＧＭ管検出器を複数本使用している。

次に特定γ線遮蔽板（Csのγ線遮蔽用）とＧＭ管検出器を備えた図１の構成の測定装置を用いて、⁴⁰Kのγ線1460KeV（11％放出）を取り除く方法を説明する。
(1) まず、食品からのγ線を、γ線入射方向にあるＣｓＧＭ管検出器で計測してF（total）を求める。
(2) 次にセシウム（¹³⁴Cs,¹³⁷Cs）のγ線を遮蔽し⁴⁰Kのγ線1460KeVが通過するγ線遮蔽板（Csのγ線遮蔽用）を通過したγ線をＫ−４０ＧＭ管検出器で計測してF（k40）を求める。
(3) (1)で測定したγ線測定値F（total）から(2)で測定したγ線（減衰率も考慮した⁴⁰Kのγ線の値）値F（k40）を差し引いてセシウム（¹³⁴Cs,¹³⁷Csの合計値）のγ線量Fsを求める。

Fs＝F（total）−F（k40）・・・・（１）
式（１）で求めた計算値が、試料（食品）中の人工放射性物質（放射能汚染に係る核種）によるγ線量である。

ＧＭ管検出器の替わりに、シンチレーション検出器又はＧｅ検出器を使用すれば、特定γ線遮蔽板を通過するγ線の全てを、減衰させて計測することが出来る。つまり、特定γ線遮蔽板により、遮蔽あるいは減衰されたγ線は計測対象から除外される、あるいは減衰のため計測数を減らして計測することが出来る。特にエネルギーの低いγ線を除外する場合は有効である。

図２は、シンチレーション検出器又はＧｅ検出器を使用した場合の、本願発明に係る測定装置の構造を示す概略図である。

２１はＧＭ管検出器、シンチレーション検出器又はＧｅ検出器等のγ線検出器、２２はベータ線を遮蔽するためのアルミニウム板（Al）、２４は低エネルギーを除去するための特定γ線遮蔽板である。この遮蔽板は、Pb又は同等の遮蔽効果を持つ厚さのFeを主成分とする。

特定γ線遮蔽板の遮蔽効果は、測定装置自身で特定γ線遮蔽板の有る無しの実測値を比較することにより、遮蔽板の効果を決めることができる。これは遮蔽板及び検出器内で起こる現象がすべて含まれた値であり、計算値よりも正確な値として実測値の評価に使用できる。

ＧＭ管検出器をシンチレーション検出器やＧｅ検出器に置きかえた場合、ＧＭ管検出器と違ってエネルギー毎のカウント数を計測出来るため、計測したカウント数とγ線のエネルギーからγ線放出核種の同定とγ線放出量が算出できる。しかし、シンチレーション検出器やＧｅ検出器のカウント数が多くデッドタイム（窒息時間）が大きくなり有効な計測時間が少ない場合、又は、測定対象とする試料（食品など）のカウント値が多いときに、その試料を小型化したり小分けして測定出来ない場合等は、特定γ線遮蔽板を、γ線の一定量を減衰させる遮蔽板として有効に利用できる。また、本発明における特定γ線遮蔽板は、通過するγ線を減衰させるので、高エネルギーγ線で生成される計測に不要なコンプトン散乱で発生するγ線を減少させることが出来る（詳細は後述）。

特定γ線遮蔽板は、シンチレーション検出器やＧｅ検出器の計数率によって薄い鉄或いは鉛板を複数個用いて、最適な計数率とするよう調整することができる。

図３は、シンチレーション検出器又はＧｅ検出器を使用したγ線測定装置において、特定γ線遮蔽板を減衰用の遮蔽板として使用する場合を示す。３１はシンチレーション検出器又はＧｅ検出器等のγ線検出器、３２はベータ線を遮蔽するためのアルミニウム板（Al）、３４は減衰用の遮蔽板として使用する特定γ線遮蔽板である。この遮蔽板は、本実施例では、薄い鉄或いは鉛板を複数個用いている。

図３に実施例では、特定γ線遮蔽板が2枚の場合であるが、枚数及び／又は厚さを増減して検出器の計数率が最適になる様調整する。

次に、本発明によるγ線測定において問題となるコンプトン効果の影響について、図４を参照して説明する。なお図示においては、説明の便宜上、⁶⁰Coを含む試料のγ線測定を例に説明している。

ＮａＩ（Ｔｉ）シンチレーション検出器で測定した⁶⁰Co（1173KeV：100％,1332KeV：100％）のγ線エネルギー分布は図４の上段のスペクトル（実線）の通りである。

図示において、1332KeVのγ線ピークの低エネルギー側の裾部分（最下部）の位置（カウント数）が高エネルギー側のそれと一致していない。これは1332KeVのγ線によるコンプトンが起こり、コンプトン効果で低エネルギー側でカウント数が加算されているためである。1332KeVのγ線のカウント値は本来0カウントから立ち上がるべきであるが、図４から分かるように破線で示す台形部分（右側）が加算されている。従ってコンプトンによるカウント数としてピークから台形（破線）部分を差し引かなければならない。

同様に低エネルギー側の1173KeVのピークにおいても、1332KeVのコンプトンと1173KeVのコンプトンが加算されるので、ピークから、さらに大きな台形部分（左側）を差し引く必要がある。この様に高エネルギーのγ線が存在すると、低エネルギー側にコンプトンが計測され、このコンプトン効果で加算されたカウント数よりγ線のピークが低い場合は、そのピークは埋もれてしまい、γ線のピークとして検出されなくなってしまう。

下段のスペクトル（点線）が特定γ遮蔽板を用いてコンプトンによる増加を低減させたスペクトルである。この場合でもコンプトンによる加算はわずかであるが存在するが、高エネルギーによるコンプトンで低エネルギー側で計測数が少ないピークがうずもれていた場合には、ピークが現れてくる。

この様にシンチレーション検出器やＧｅ検出器を使用する場合は、特定γ線遮蔽板の枚数及び／厚さを選択し、計測するγ線強度を最適にする（減衰する）ことによって、計測対象とするγ線ピークが計測できるようにする。

１１ＣｓＧＭ管検出器、１２アルミニウム板、１３Ｋ―４０ＧＭ管検出器、１４特定γ線遮蔽板、２１ γ線検出器、２２アルミニウム板、２４特定γ線遮蔽板、３１ γ線検出器、３２アルミニウム板、３４特定γ線遮蔽板

Claims

少なくとも、特定のエネルギーを持つγ線を遮蔽するための特定γ線遮蔽板と、ＧＭ管検出器、シンチレーション方式検出器、又はＧｅ検出器等のγ線検出器とを備えるγ線測定装置であって、
前記特定γ線遮蔽板は、少なくとも一枚の遮蔽板を有し、その枚数及び／又は厚みに応じて、食品を含む被測定試料に取り込まれた放射性同位元素から放出されるγ線のうち特定のエネルギーを持つ範囲のγ線を遮蔽し又は減衰させるとともに、被測定試料自身が放出するγ線を通過させ、
被測定試料に取り込まれた放射性同位元素から放出されるγ線を、前記γ線検出器によって、前記特定γ線遮蔽板を通過する前と通過した後とで測定し、前者の測定値から後者の測定値を差し引くことにより、目的とするγ線を測定する、γ線測定装置。
前記γ線検出器は、前記特定γ線遮蔽板の前後にそれぞれ設け、前記特定γ線遮蔽板を通過する前と通過した後のγ線を測定できるようにした、請求項１に記載のγ線測定装置。
前記特定γ線遮蔽板の前面（γ線放出側）に、β線を遮蔽するためのアルミニウムを更に設けた、請求項１又は２に記載のγ線測定装置。
前記γ線検出器は、所望の位置のγ線を測定できるように複数個設けた、請求項１乃至３のいずれかに記載のγ線測定装置。
前記γ線検出器は、広範囲の測定対象を測定できるように１個又は複数個を移動可能に設けた、請求項１乃至３のいずれかに記載のγ線測定装置。
前記特定γ線遮蔽板は、その枚数及び／又は厚みを、γ線測定におけるコンプトン効果による影響を除くことができるように選択し、計測対象とするγ線のスペクトルのピークが現れるようにした、請求項１及び３乃至５のいずれかに記載のγ線測定装置。
前記γ線検出器は、前記特定γ線遮蔽板の有る場合及び無い場合のそれぞれについてγ線を実測し、前記の特定γ線遮蔽板の遮蔽効果を計測することができる、請求項１乃至６のいずれかに記載のγ線測定装置。
前記γ線検出器を囲んで外部のγ線から遮蔽するための遮蔽部材と、特定の方向からのγ線のみを前記γ線検出器に入射させるため前記遮蔽部材に設けた入射開口とを更に設けた、請求項１乃至７のいずれかに記載のγ線測定装置。