JP6267991B2 - 水モニタ校正用線源ユニット - Google Patents

Description

本発明は水モニタに関し、特に、液体シンチレータを利用してサンプル液体中の放射性物質から出る放射線を測定する水モニタを校正する場合に用いられる線源ユニットに関する。

放射性物質を取り扱う病院、研究機関、原子力発電所等においては、施設から出る廃液における放射性物質の濃度あるいは放射能を管理する必要がある。そのために施設の排水経路上に水モニタ（液体モニタ）が設置される。水モニタは放射線測定機器の一種であり、排水中の放射性物質の濃度又は放射能を定期的に又は連続的に監視するものである。なお、特許文献１にはγ線を測定する水モニタが記載されている。

排水中にβ線放出核種が含まれている場合、液体シンチレータを利用した水モニタが利用される。具体的に説明すると、サンプル水と液体シンチレータの混合液が検出セル内に導入される。検出セルを挟んでその両側には一対の光電子増倍管が設けられている。混合液中における放射性物質からβ線が放出されると、そのβ線によりシンチレータ物質が発光し、その光が一対の光電子増倍管において検出される。

特開２００８−１３４１２１号公報

上記のような液体シンチレータを利用した水モニタにおいては、測定部の校正あるいは感度調整のために、特にクエンチングの度合いに応じて変化する計数効率を調べるために、校正用線源を利用した校正が定期的に実施される。校正用線源は、例えば、ガラス容器と、そこに封入された液体と、からなる。その液体は、溶媒に対して所定の放射線物質及び液体シンチレータを添加することにより生成された混合液である。なお、クエンチングの度合いに応じて複数種類の校正用線源が用意されるのが一般的である。従来、上記のガラス容器は特別な形を有しており、その製造は容易ではない。その封止処理も容易ではない。

そこで、例えば、円筒形を有する一般的なバイアル容器を用いて校正用線源を製作することが考えられる。一般的なバイアル容器は、例えば、ガラス製の容器と、それを封止する金属製のキャップと、からなるものである。その内部に放射性物質等を含む液体を収容すれば校正用線源を構成することが可能である。校正用線源の配置や交換を容易化するためには、保持部材に井戸状の保持孔を形成しておき、その保持孔に校正用線源の下部をはめ込むことにより校正用線源の保持状態が形成されるのが望ましい。

しかし、保持部材によって正立状態にある校正用線源の下部を保持する場合、保持部材が液体内で生じた光を遮断しやすくなる。その問題を回避又は軽減するために、上下方向の保持幅を狭くすると（保持孔を浅くすると）、校正用線源が倒れやすくなる。正立状態にある校正用線源における液体部の中心を光検出器の中心レベルに合わせると、測定部内において校正用線源が上方へ偏移し、キャップが上方へ突出しやすくなる。

本発明の目的は、水モニタを校正する場合において、校正用線源内で生じた光が不必要に遮断されないようにすることにある。あるいは、校正用線源を交換容易に確実に保持することにある。あるいは、校正用線源における液体部を測定部の中心に容易に合わせることが可能なようにすることにある。

本発明に係る水モニタ校正用線源ユニットは、水モニタ校正時において当該水モニタにおける測定部にセットされるものである。この水モニタ校正用線源ユニットは、放射性物質と液体シンチレータとを含む液体を収容した透明性を有する容器と、前記容器の開口端を封止するキャップと、を有する校正用線源と、倒立状態にある前記校正用線源を保持する機構であって、前記容器中の液体部を露出させつつ前記キャップを保持する保持機構と、を含むことを特徴とするものである。

上記構成によれば、倒立状態にある校正用線源が保持機構によって保持される。具体的には、倒立状態において下方に位置するキャップが保持機構によって保持される。その保持状態においては、光を検出する側から見て、容器全体が完全に露出し又は容器中の液体部の全部又は主要部が露出する。つまり、容器内の液体部が十分に露出することになる。これにより保持部材による光の遮断という問題を解消又は軽減できる。

以上のように、倒立状態（逆立ち状態）においては、保持しても光検出に影響を与えない部分が自然に下部に位置することになる。そこで、その下部を保持すれば、保持に起因する光の遮断といった問題が生じなくなる。下部を保持できるので、その保持を自然に行うことが可能である。また、校正用線源の交換も容易となる。また、倒立状態においては、校正用線源の中間的な位置に液体部を自然に位置させることが可能となる。その結果、光検出手段の中央部に液体部が正対するように（同じような高さになるように）、校正用線源を測定部に配置した場合に、校正用線源の上部が測定部から上方へ大きく突き出る問題も解消又は軽減できる。

なお、倒立状態において、容器内の液体部が部分的にキャップに覆われる場合であっても（つまりキャップの内側が窪んでいる場合であっても）、液体部における多くの部分が露出していれば、上記の各利点を得ることが可能である。

望ましくは、前記保持機構は前記倒立状態において前記キャップを収容する保持孔を有し、前記保持孔の上端レベルは前記倒立状態における前記キャップの上端レベルと同一かそれよりも低い。この構成によれば、校正用線源内で生じた光が、保持機構における保持部によって遮断されてしまう問題を回避又は軽減できる。もっとも、光検出手段において、光を十分に検出できる限りにおいて、キャップの上下幅が狭いような場合にはキャップを超えた高さ範囲まで収容するようにしてもよい。そのような構成によれば、確実な保持を行える。

望ましくは、前記測定部は互いに対向しつつ所定方向に配列された一対の光検出器を含み、前記保持孔における前記所定方向に一対のスリットが設けられ、前記一対のスリットから前記キャップの側面が部分的に露出している。この構成によれば、保持部材において、校正用線源における所定方向両側に、構造的に弱い薄肉部が生じることを回避できる。

望ましくは、同一形状を有する複数種類の校正用線源が用意され、前記複数種類の校正用線源の中から選択された特定の校正用線源が前記倒立状態にされた上で前記保持機構における前記保持孔に差し込まれる。例えば、クエンチング度合いの異なる複数の校正用線源を含む校正用線源セットが用意される。校正用線源セット内には、線源を含有していないバックグランド測定のための校正用線源が含まれてもよい。

望ましくは、前記測定部は互いに対向しつつ所定方向に配列された一対の光検出器を含み、前記測定部に当該校正用線源ユニットがセットされた場合に、前記一対の光検出器のそれぞれの受光面の中央部分が前記倒立状態にある前記容器中の液体部に正対する。転倒状態によれば、液体部をキャップの直上に位置させることができ、正立状態よりも液体部の高さを自然に高くすることが可能となる。よって一対の光検出器の中心レベルと、液体部の中心レベルとを合わせやすくなる。あるいは、校正用線源の上下方向の位置を極端に変えることなく、液体部をおおよそ適切な高さに位置決めることが可能である。各光検出器の受光面の中央部分（中心とその近傍）が液体部に向くようにすれば液体部内で生じた光を効率的に受光することが可能であり、感度を高められる。

本発明に係る方法は、水モニタ校正時において当該水モニタにおける測定部に校正用線源をセットする方法である。前記校正用線源は、放射性物質と液体シンチレータとを含む液体を収容した透明性を有する容器と、前記容器の開口端を封止するキャップと、を有し、当該方法は、前記校正用線源を倒立状態にする工程と、前記倒立状態にある前記校正用線源におけるキャップを保持機構の保持孔に差し込む工程と、を含む。

本発明によれば、水モニタを校正する場合において、校正用線源内で生じた光が不必要に遮断されないようにできる。あるいは、校正用線源を交換容易に確実に保持できる。あるいは、校正用線源における液体部を測定部の中心に容易に合わせることが可能となる。

本発明に係る水モニタにおける測定部の構成を示す概念図である。 正立状態にある校正用線源を示す断面図である。 倒立状態にある校正用線源を示す断面図である。 測定部に対して倒立状態にある校正用線源をセットした状態を示す模式図である。 測定部に設けられる検出セルユニットを示す斜視図である。 保持機構を示す斜視図である。 校正用線源ユニットを示す斜視図である。 校正用線源ユニットがセットされた測定部を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１には本発明に係る水モニタの好適な実施形態が示されている。水モニタは放射性物質取扱施設等に設置され、排水中の放射性物質の濃度、放射能濃度、等を測定する放射線測定器である。本実施形態の水モニタは、液体シンチレータを利用してβ線核種の濃度等を測定するものである。

図１において、廃液槽から取出されたサンプリング水がポンプ１２を介してミキシングジョイント（混合器）１４の一方の入力ポートに送られている。一方、シンチレータボトル１６からの液体シンチレータがポンプ１８を介してミキシングジョイント１４の他方の入力ポートに送られている。ミキシングジョイント１４は、一定の混合率で、サンプリング水と液体シンチレータとを混合し、それにより生成された混合水を測定部２０へ送る。

測定部２０は、暗室２２を有する。その外側には放射線遮蔽部材が設けられている。測定部２０は、検出セルユニット２４を有する。検出セルユニット２４は後に示すように混合水を貯留及び流通する検出セルを有する。検出セルの両側には一対の光電子増倍管（ＰＭＴ）２６，２８が設けられている。それらは光検出器であり、それらの出力が同時計数回路に送られている。

一対の光電子増倍管２６，２８の間の隙間に検出セルユニット２４が配置されている。具体的には、受光面を互いに対向させつつ、一定の隙間をもって一対の光電子増倍管が設けられている。検出セル内の混合水において、放射性物質からβ線が放出されると、そのβ線により液体シンチレータが発光する。その光が一対の光電子増倍管２６，２８の受光面に到達すると、それらから光検出パルスが出力される。検出セルに混合液を貯留したまま（流通させずに）、β線の検出を行うことも可能であるし、検出セルに対して混合液を流したまま、β線の検出を行うことも可能である。測定後の混合液は廃液ボトル内に送られる。このようなβ線検出システムの上流側にγ線検出システムを設けることも可能である。

水モニタは定期的に校正される。その場合、検出セルユニット２４が測定部２０から取り外され、その代わりに、校正用線源ユニット３２が配置される。校正用線源ユニット３２は、校正用線源３４と、それを保持する保持機構３６と、からなるものである。校正用線源セットが用意されており、その中から選択された校正用線源３４が保持機構３６に取り付けられる。校正用線源セットは、クエンチング度合いの異なる例えば１０個の校正用線源により構成される。それに更に放射性物質が含まれていないバックグランド測定用の校正用線源が加えられてもよい。

校正用線源は、後に説明するように、透明な材料で構成された中空の容器と、その端部開口を封止する金属製のキャップと、容器内に収容された液体と、で構成される。その液体は、溶媒に対して放射性物質及び液体シンチレータを添加することにより生成される。容器は、透明なガラス、透明な樹脂等によって構成される。キャップはアルミ等の金属により構成される。キャップは通常、不透明である。校正用線源それ自体は全体として円柱形状を有する。容器及びキャップとして汎用のバイアルを利用することが可能である。但し、放射性物質を閉じ込めるためにキャップと容器との間のシールを確実に行う必要がある。二重管状の容器を利用することも可能である。添加される放射性物質（β線核種）としては、^３Ｈ、^１４Ｐ等があげられる。溶媒としてはトルエン等があげられる。各光電子増倍管の受光面のサイズ（直径）は例えば２インチ（約５ｃｍ）である。

本実施形態においては、校正用線源ユニット３２において、容器を上にし且つキャップを下にした姿勢（倒立状態）で校正用線源３４が保持機構３６によって保持されている。以下にこれに関して詳述する。

図２及び図３には、校正用線源の第１例が示されている。図２において、校正用線源３４は上下方向に伸長した円柱状の形態を有する。校正用線源３４は、中空の容器３８と、その上端側開口を封止する金属キャップ４０と、その内部に収容された液体（液体線源）４２と、からなる。図２においては、校正用線源３４が正立状態にある。その状態では液体４２は容器３８の下部寄りに存在する。液体４２と金属キャップ４０との間、具体的には、液体４２の液面４２Ａと金属キャップ４０の内面（天井面）との間、が気体層である。それは例えば不活性ガス層である。なお、符号４０はシール部分を示している。雄ネジ及び雌ネジの螺合によって両者が結合されてもよい。溶着、接着等の手段を利用することも可能である。

図３には倒立状態にある校正用線源３４が示されている。正立状態から倒立状態への姿勢変更は本実施形態においてユーザーによって行われている。すなわち、後に説明する保持機構への校正用線源３４のセット時にそれが倒立状態とされる。図３に示されているように、倒立状態では、下側が金属キャップ４０となり、上側が容器３８となる。容器３８内において液体４２は下部に溜まり、つまり、キャップ４０の内面４０Ａを底として、液体が容器３８内の下部に落ち込む。液体４２の液面４２Ｂの上方に気体層が生じる。よって、図２に示す態様と図３に示す態様を比較すれば明らかなように、正立状態よりも転倒状態の方が相対的に見て液体部の存在範囲を自然に上方へ引き上げることが可能である。倒立状態によれば、金属キャップ４０が下部に位置することになるので、それを保持のための部分として利用することが可能である。そのような利用によっても保持部材による液体の隠蔽という問題は生じない。図２及び図３に示す例では、金属キャップ４０が比較的に上下方向に長く構成されていたが、その部分が比較的に短い場合には金属キャップ４０を超えて容器３８の下部まで保持部材によって保持することも可能である。

校正用線源３４においては、図２において、容器３８の開口端レベルよりも、金属キャップ４０の内面レベルの方が若干低い。換言すれば、図３において、液体部の底面レベルの方が容器３８の開口端レベルよりも高い。すなわち、図２及び図３に示す校正用線源３４においては、金属キャップ４０の内面が容器３８側へ入り込んでいる。これに対して、金属キャップ４０の内面を窪ませることも可能であり、つまり、倒立状態において、容器３８の開口端のレベルよりも、金属キャップ４０の内面レベルの方が低くなるようにしてもよい。液体部の多くの部分が一対の光電子増倍管の受光面側へ露出していれば、十分な感度を得ることが可能である。

図３において、符号４４は液体４２の液面レベルを示している。符号４６が液体の底面レベルを示している。それらの間が液体部４８である。液体部４８の上下方向の中間レベルが符号５０によって示されている。

図４には、校正用線源ユニット３２を測定部２０にセットした状態が示されている。検出セルユニットについては取り外されている。一対の光電子増倍管２６，２８の受光面間には校正用線源３４が設けられている。その校正用線源３４は倒立姿勢にある。校正用線源は上述のように容器３８と金属キャップ４０とを含み、金属キャップ４０が保持機構３６によって保持されている。実際には保持機構３６は保持孔を有する保持部材を有し、保持孔内に金属キャップ４０を挿入することにより、倒立状態にある校正用線源３４が保持機構３６によって保持される。

倒立状態にある校正用線源３４が測定部２０内に配置された場合、一対の光電子増倍管２６，２８の受光面における中心及びその近傍が、校正用線源３４における液体部に正対する。中心及び近傍は中央部と言い換えることができ、その部分は例えば半径の１／１０以下に相当する部分あるいは半径の１／５以下に相当する部分である。受光面の中央部が液体部に正対していれば液体部で生じた光を効率的に検出することが可能である。望ましくは、液体部の中心が受光面の中心に一致するように、校正用線源３４を設けるのが望ましい。そのような構成によれば検出効率を高められる。

以上のように、本実施形態によれば、倒立状態にある校正用線源における金属キャップを保持したので、保持部材による光の遮断等を防止又は軽減できる。また、倒立状態とすることにより液体部を自然に上方の位置に引き上げることが可能であり、それを一対の光電子増倍管の受光面との関係で適切な高さに位置決められる。それ故、校正用線源の上端部分の突出という問題を回避できる。

次に、校正用線源の第２例について図５乃至図８を用いて説明する。最初に図５には校正用線源ユニットと交換される検出セルユニットが示されている。検出セルユニット２４は、検出セル５６を有する。検出セル５６はフレーム５４によって囲まれており、そのフレーム５４はベース５２に結合されている。ベース５２を貫通するように流入ポート６０及び流出ポート６４が設けられている。２つの固定具６４は、それぞれ摘みとネジとで構成される。それらは検出セルユニット２４を測定部のフレームに取り付ける場合に操作される。図５には一方の光電子増倍管６６が示されている。検出セル５６は、渦巻き状の形態を有するチューブにより構成されている。チューブの一方端が流入ポート６０に接続されており、チューブの他方端が流出ポート６２に接続されている。なお、図５においてはチューブが簡略的に図示されている。

水モニタの校正時には、測定部から検出セルユニットが取り外され、その代わりに、図６及び図７に示す校正用線源ユニットがセットされる。図６には、校正用線源ユニットにおける保持機構６８が示されている。保持機構６８は、ベース７０及びそれに固定された保持部材７２を有する。保持部材７２の下部がホルダ７２Ａを構成しており、そこには井戸状の保持孔７４が形成されている。保持孔７４における一対の光電子増倍管６６の並び方向（光軸方向）には一対のスリット７４Ａが形成されている。保持孔７４には、倒立状態にある校正用線源における金属キャップの部分が挿入される。それにより校正用線源が保持部材７２によって保持される。ベース７０には一対の固定具７６が設けられている。一対のスリット７４Ａにより、ホルダ７２Ａの光軸方向の幅を、校正用線源の幅（直径）と同じ程度かそれよりも小さくすることができる。また、ホルダ７２Ａにおいて、校正用線源の光軸方向両側に構造的に弱い薄肉部が生じてしまう問題を回避できる。各スリット７４Ａを通じて金属キャップが部分的に露出している。保持孔７４は、上方から見て、円形の両側を切り落とした形態を有する。

図７には、校正用線源ユニット７８が示されている。保持機構６８によって校正用線源８０が保持されている。具体的には、校正用線源８０は倒立姿勢にあり、その金属キャップ８２がホルダ７２Ａに形成された保持孔に差し込まれている。これにより安定的な保持状態が形成されている。図７に示す例において、校正用線源８０の透明なガラスの容器８４において、符号８４Ａは液体部を示しており、符号８４Ｂは気体部を示している。両者間には液面がある。

本実施形態において、転倒状態にある校正用線源８０が保持機構によって保持された状態では、金属キャップ８２の上端レベルよりもホルダ７２Ａの上面レベルの方が低い。これにより、容器８４内で生じた光がホルダ７２Ａによって遮断されてしまう問題が回避されている。ホルダ７２Ａによる液体部の隠蔽を避けるために、光軸方向に一対のスリットを設けたとしても、個々のスリットの左右部分が液体部に部分的に回り込むことになるので、やはり液体部の隠蔽が生じてしまう。これに対して、本実施形態では、液体部の底面レベルよりもホルダ７２Ａの上面レベルの方が低いので上記の隠蔽問題を確実に回避することが可能である。もっとも、液体部の露出部分によって、各光電子増倍管において十分な感度を得られるならば、液体部が部分的に隠蔽されてもよい。

図８には測定部の断面が示されている。測定部９０は、一対の光電子増倍管６６Ｌ，６６Ｒを有する。それらの受光面の間に、倒立状態にある校正用線源８０が非接触で配置されている。校正用線源８０は保持機構６８によって保持されている。なお、図８においては、一対のスリットの断面が現れている。第１部分８２は、一対の受光面の中央部に正対している。各受光面は球面形状を有している。

以上のように、本実施形態によれば、簡便かつ確実に、しかも低コストで水モニタの校正を行える。

２０ 測定部、２２ 暗室、２４ 検出セルユニット、２６，２８ 光電子増倍管（ＰＭＴ）、３２ 校正用線源ユニット、３４ 校正用線源、３６ 保持機構、３８ 容器、４０ 金属キャップ、７４ 保持孔。

Claims (6)

1. 水モニタ校正時において当該水モニタにおける測定部にセットされる水モニタ校正用線源ユニットであって、
   放射性物質と液体シンチレータとを含む液体を収容した透明性を有する容器と、前記容器の開口端を封止するキャップと、を有する校正用線源と、
   倒立状態にある前記校正用線源を保持する機構であって、前記容器中の液体部を露出させつつ前記キャップを保持する保持機構と、
   を含むことを特徴とする水モニタ校正用線源ユニット。
2. 請求項１記載の水モニタ校正用線源ユニットにおいて、
   前記保持機構は前記倒立状態において前記キャップを収容する保持孔を有し、
   前記保持孔の上端レベルは前記倒立状態における前記キャップの上端レベルと同一かそれよりも低い、
   ことを特徴とする水モニタ校正用線源ユニット。
3. 請求項２記載の水モニタ校正用線源ユニットにおいて、
   前記測定部は互いに対向しつつ所定方向に配列された一対の光検出器を含み、
   前記保持孔における前記所定方向に一対のスリットが設けられ、
   前記一対のスリットから前記キャップの側面が部分的に露出している、
   ことを特徴とする水モニタ校正用線源ユニット。
4. 請求項２記載の水モニタ校正用線源ユニットにおいて、
   同一形状を有する複数種類の校正用線源が用意され、
   前記複数種類の校正用線源の中から選択された特定の校正用線源が前記倒立状態にされた上で前記保持機構における前記保持孔に差し込まれる、
   ことを特徴とする水モニタ校正用線源ユニット。
5. 請求項１記載の水モニタ校正用線源ユニットにおいて、
   前記測定部は互いに対向しつつ所定方向に配列された一対の光検出器を含み、
   前記測定部に当該校正用線源ユニットがセットされた場合に、前記一対の光検出器のそれぞれの受光面の中央部分が前記倒立状態にある前記容器中の液体部に正対する、
   ことを特徴とする水モニタ校正用線源ユニット。
6. 水モニタ校正時において当該水モニタにおける測定部に校正用線源をセットする方法であって、
   前記校正用線源は、放射性物質と液体シンチレータとを含む液体を収容した透明性を有する容器と、前記容器の開口端を封止するキャップと、を有し、
   当該方法は、
   前記校正用線源を倒立状態にする工程と、
   前記倒立状態にある前記校正用線源におけるキャップを保持機構の保持孔に差し込む工程と、
   を含むことを特徴とする校正用線源をセットする方法。

Images