JP6346750B2 - 放射性物質分布測定装置及び放射性物質分布測定方法 - Google Patents

Description

本発明は、土壌中の放射性物質の分布を測定する放射性物質分布測定装置、放射性物質分布測定方法に関する。

放射性同位元素を含んだ放射性物質が飛散した場合には、その分布を測定することが重要であり、このためには、放射性同位元素が発する放射線（ガンマ線等）を放射線検出器によって計測することが有効である。地上においては、こうした放射性物質は地表付近に集中的に存在することは明らかであるため、その分布として、水平方向の分布を知ることが特に重要となる。

一方、放射性物質は、地上だけでなく海にも飛散し、この場合には海底に堆積する。海底の土壌は一般的には柔らかい泥等で構成され、かつ放射性物質が堆積した後でも泥が更にその上に堆積するために、実際には放射性物質は表面（海底面）だけでなく深部にも侵入する。このため、特に海底においては、水平方向だけでなく土壌の深さ方向における放射性物質の分布を知ることも重要である。このためには、船舶等に搭載した探査機器を用いて海底の土壌を深さ毎に採取し、これを地上の分析機器で分析することが有効である。

しかしながら、この場合には、土壌の採取から分析までに時間がかかる、あるいは、放射性物質による汚染が激しい場合には、放射性物質による汚染を外部に広げ、作業者等に被曝を発生させるおそれがある。このため、土壌を採取することなしに放射性物質の深さ方向の分布を測定することが好ましい。

例えば、特許文献１には、地表でのガンマ線強度から放射性物質の深さ方向の分布を推定する技術が記載されている。特許文献１に記載されているのは海底ではなく地上における深さ方向の分布測定であるが、同様の測定を海底で行うこともできる。

また、特許文献２には、細長い被測定体（燃料棒等）における長手方向の放射線分布を測定する測定装置が記載されている。この測定装置においては、長手方向に放射線測定器が複数配列され、これらに近接させてこの被測定体を設置することによって測定が行われる。ここで、各放射線検出器と被測定体との間の距離を測定する手段も同時に設けられる。

この測定装置は、長手方向に放射線測定器が複数配列されてはいるが、土壌中の深さ方向の放射性物質の分布を測定する測定装置ではないので、これを土壌中に埋め込んでガンマ線を測定できないことは明らかである。

特開２００３−２８９６２号公報 特開２００２−１３９５７３号公報

しかしながら、海底においてこうした測定を行うことは、地上において同様の測定を行う場合と比べて、非常に困難である。この理由について、図５を元に説明する。図５（ａ）は、地上において放射線物質の深さ方向の分布を測定装置２００を用いて測定する場合を模式的に示す図である。測定装置２００においては、放射線検出器が用いられており、土壌Ｇ中の放射性物質が発したガンマ線を検出するものとする。放射線検出器は、特許文献１に記載のように地面Ｓ１上におけるガンマ線のみを検出してもよく、土壌Ｇ中に放射線検出器を貫入し、土壌Ｇ中でのガンマ線を検出してもよい。ここで、いずれの場合も深さの基準となる地面Ｓ１を認識し、放射線検出器を用いて地面Ｓ１や地面Ｓ１よりも下側の土壌Ｇ中におけるある一定の深さにおける放射線を測定することが必要となる。この際、測定装置２００は地面Ｓ１に固定する、あるいは地面Ｓ１に固定した支持台から、地面Ｓ１に開けた穴を介してこの測定を行うことができる。

これに対して、海底で上記の測定を行う場合を模式的に示したのが図５（ｂ）である。この場合には、測定は実際には海上の船舶等から遠隔操作によって行われる。このため、海面Ｓ２から海底面Ｓ３までの海水Ｏ中の距離Ｄを正確に求めた上で、測定装置２００を用いて、海底面Ｓ３、あるいは海底面Ｓ３よりも下側の土壌Ｇにおけるある一定の深さの範囲Ｒにおける測定を行うことが必要である。しかしながら、海上から正確に海底面Ｓ３を認識することは困難であり、特にＤ＞＞Ｒとなるような深い海底においてはこれは非常に困難である。更に、海面Ｓ２の高さは波浪等によって変動するため、通常は海上の船舶等から海底面Ｓ３までの距離Ｄは測定中において一定とはならない。また、一般に海底面Ｓ３は地面Ｓ１と比べて軟らかいため、測定装置２００と海底面Ｓ３の位置関係も、図５（ａ）における測定装置２００と地面Ｓ１の位置関係と比べると不定性が大きい。このため、海底で上記の測定を正確に行うためには、測定装置２００以外にも、この測定装置２００あるいは放射線検出器と海底面Ｓ３との位置関係を正確に認識するための装置が別途必要となった。また、地面Ｓ１から測定を行う図５（ａ）の場合と異なり、波浪や海流等の影響によって、測定装置２００が測定中に海底面Ｓ３から離れることもあり、測定装置２００と海底面Ｓ３との位置関係も不安定となった。すなわち、放射線検出器と海底面Ｓ３との間の位置関係を海上から正確に認識することは困難であった。

このため、仮に特許文献２に記載の測定装置を海底の土壌中に埋め込んで測定を行った場合でも、測定装置の位置（深さ）を基準とした放射性物質の分布が測定されるだけであり、海底面Ｓ３を基準とした分布を正確に求めることは困難であった。

特許文献１に記載の技術を用いる場合においても。海底面Ｓ３の位置を正確に認識することが前提であるために、同様の問題が発生する。更に、特許文献１に記載の技術においては、深い海底の泥等を構成する物質組成を正確に認識することは困難であるため、海底面Ｓ３が正確に認識できたとしても、海底面Ｓ３におけるガンマ線強度から、その下における放射性物質の深さ方向の分布を正確に推定することは困難であった。

従って、海底における深さ方向の放射線物質の分布を正確に測定することは困難であった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、土壌中の放射性物質の分布を正確に測定することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の請求項１に係る放射性物質分布測定装置は、土壌の中に存在する放射性物質が発する放射線を検出することによって、前記土壌の中における前記放射性物質の深さ方向の分布を測定する放射性物質分布測定装置であって、長手方向における一端の側から前記土壌の中に貫入され、前記長手方向に配列された複数の放射線検出部が内部に設けられ、前記土壌の上にある空気又は水と前記土壌との境界を認識する境界認識手段を有するヘッド部を具備することを特徴とする。
この発明においては、ヘッド部中の放射線検出部によって、測定対象となる放射性物質が発する放射線（ガンマ線等）の深さ方向の強度分布が検出される。この検出結果を用いて、この放射性物質の土壌中の深さ方向の分布が算出される。この際に、境界認識手段によって、水底における水底面あるいは地上における地面が認識される。
本発明の請求項２に係る放射性物質分布測定装置は、複数の前記放射線検出部が前記境界認識手段として用いられたことを特徴とする。
この発明においては、複数の放射線検出部自身が境界認識手段の少なくとも一部として用いられる。

本発明の請求項３に係る放射性物質分布測定装置は、前記ヘッド部と、前記ヘッド部の前記長手方向における他端が固定され、複数の前記放射線検出部の出力信号を処理する信号処理部を内蔵し、前記長手方向と垂直な方向において前記ヘッド部よりも大きな外径をもつ測定ユニット本体と、を具備する測定ユニットが用いられたことを特徴とする。
この発明においては、ヘッド部よりも太い測定ユニット本体がヘッド部に固定されて用いられる。測定ユニット本体には、信号処理部が設けられる。
本発明の請求項４に係る放射性物質分布測定装置において、前記信号処理部は、検出された放射線に対応して前記放射線検出部から出力されたパルス状の出力信号を増幅する増幅器を具備し、前記増幅器によって増幅された前記出力信号のうち、予め定められた範囲のパルス高をもつ前記出力信号を計数することを特徴とする。
この発明においては、測定ユニット本体に増幅器が設けられ、増幅後の出力信号が係数される。
本発明の請求項５に係る放射性物質分布測定装置において、前記信号処理部は、予め定められた複数の前記範囲毎に前記出力信号を計数する多重波高分析器を具備することを特徴とする。
この発明においては、多重波高分析器が用いられることにより、複数のチャンネル（複数の放射線（ガンマ線等）エネルギー）毎の放射線（ガンマ線等）強度が検出できる。
本発明の請求項６に係る放射性物質分布測定装置において、前記信号処理部は、前記出力信号の計数結果を記憶する記憶部を具備することを特徴とする。
この発明においては、検出結果を記憶する記憶部が用いられる。
本発明の請求項７に係る放射性物質分布測定装置において、複数の前記放射線検出部は前記ヘッド部で、前記信号処理部は前記測定ユニット本体で、それぞれ密封された構成を具備することを特徴とする。
この発明においては、放射線検出部、信号処理部は共に密封される。
本発明の請求項８に係る放射性物質分布測定装置において、前記測定ユニット本体は、前記信号処理部及び各前記放射線検出部に電力を供給する電源部を具備することを特徴とする。
この発明においては、電源となる電源部も測定ユニット本体中に設けられる。

本発明の請求項９に係る放射性物質分布測定装置は、土壌の中に存在する放射性物質が発する放射線を検出することによって、前記土壌の中における前記放射性物質の深さ方向の分布を測定する放射性物質分布測定装置であって、長手方向における一端の側から前記土壌の中に貫入され、前記長手方向に配列された複数の放射線検出部が内部に設けられたヘッド部と、前記ヘッド部の前記長手方向における他端が固定され、複数の前記放射線検出部の出力信号を処理する信号処理部を内蔵し、前記長手方向と垂直な方向において前記ヘッド部よりも大きな外径をもつ測定ユニット本体と、を具備する測定ユニットが用いられ、前記測定ユニットを前記長手方向における一定の範囲で移動可能として収容し、かつ前記ヘッド部を前記長手方向で貫通させる底面を具備するフレームが、前記測定ユニットと組み合わされて用いられたことを特徴とする。
この発明においては、ヘッド部よりも太い測定ユニット本体がヘッド部に固定されて測定ユニットとして用いられると共に、フレームが測定ユニットと組み合わせて用いられる。測定ユニットはフレームに対して上下方向の一定の範囲で可動とされる。
本発明の請求項１０に係る放射性物質分布測定装置は、前記測定ユニット本体における前記ヘッド部が固定された側と反対側に錘が着脱自在とされたことを特徴とする。
この発明においては、測定ユニット本体に錘が装着される。
本発明の請求項１１に係る放射性物質分布測定装置は、前記測定ユニット本体における前記ヘッド部が固定された側と反対側に、ワイヤが係止されるワイヤ係止部が設けられたことを特徴とする。
この発明においては、測定ユニット本体の上側にワイヤ係止部が設けられる。
本発明の請求項１２に係る放射性物質分布測定装置は、前記長手方向における前記ヘッド部の一端側が鋭角形状とされたことを特徴とする。
この発明においては、ヘッド部の先端（下端）が鋭角形状とされる。

本発明の請求項１３に係る放射線物質分布測定方法は、放射性物質分布測定装置における前記ヘッド部を前記土壌の中に貫入させて前記放射性物質が発する放射線を各前記放射線検出部に検出させ、前記放射線を各前記放射線検出部が検出した検出強度より、前記放射性物質の前記土壌の中における深さ方向の分布を算出することを特徴とする。
この発明においては、前記のヘッド部を土壌中に貫入し、放射線検出部に放射線を検出させることによって、放射性物質の分布が測定される。
本発明の請求項１４に係る放射性物質分布測定方法は、各前記放射線検出部が検出した前記検出強度より前記放射線の深さ方向の強度分布を測定し、前記強度分布の変動率が局所的に高い箇所のうち最も上方の箇所を、前記土壌の上にある空気又は水と前記土壌との境界と認識することを特徴とする。
この発明においては、検出された放射線強度分布において、強度分布の変動率が局所的に高い箇所のうち最も上方の箇所が地上における地面、水中における水底面と認識される。

本発明の請求項１５に係る放射性物質分布測定方法は、複数の前記放射線検出部のうち、ｉ番目の前記放射線検出部の深さｚの箇所の土壌からの前記放射線に対する感度係数をＲ_ｉ（ｚ）とした際に、前記放射線を発する前記放射性物質の深さ方向の分布ｆ（ｚ）とｉ番目の前記放射線検出部の検出強度ｇ_ｉが（１）式によって定まることを用いて前記ｆ（ｚ）を算出することを特徴とする。

この発明においては、検出結果であるｇ_ｉから上記（１）式を用いて深さｚ方向の放射性物質の分布ｆ（ｚ）が算出される。
本発明の請求項１６に係る放射性物質分布測定方法は、測定される前記土壌を深さ方向にｊ＝０〜Ｍ（Ｍは整数）に分割し、複数の前記放射線検出部のうちｉ番目の前記放射線検出部のｊに対応した深さの箇所の土壌からの前記放射線に対する感度係数をＲ_ｉｊとした際に、前記放射線を発する前記放射性物質のｊに対応した深さにおける存在量ｆ_ｊとｉ番目の前記放射線検出部の検出強度ｇ_ｉが（２）式によって定まることを用いて前記ｆ_ｊを算出することを特徴とする。

この発明においては、検出結果であるｇ_ｉから上記（２）式を用いて深さｚ方向の放射性物質の分布ｆ_ｊが算出される。
本発明の請求項１７に係る放射性物質分布測定方法は、前記ヘッド部を水平方向における異なる複数の箇所の前記土壌に貫入させ、前記土壌の中の前記放射性物質の３次元分布を測定することを特徴とする。
この発明においては、水平方向における異なる複数の箇所に貫入させて上記の測定を行うことによって、放射性物質の３次元分布が測定される。

本発明の放射性物質分布測定装置、放射性物質分布測定方法は以上のように構成されているので、特に水底の土壌中における放射性物質の分布を高精度で測定することができると共に、境界認識手段が用いられることによって、深さ分布測定の基準となる水底面等を、放射性物質分布測定装置自身で認識することができる。このため、土壌中における放射性物質の分布を正確に測定することができる。
この際、放射線検出部自身を境界認識手段としても使用することができ、この場合には、ヘッド部の構成を単純化することができる。また、例えば放射線検出部がガンマ線や中性子線を検出するものである場合、ヘッド部を全て金属で構成することが可能となり、別途に境界認識手段のヘッド部での開孔等も必要が無くなるため、土壌中に貫入するヘッド部として強度が確保できる。
また、フレームと測定ユニットを組み合わせた場合には、ヘッド部の貫入深さを正確に定めることができるため、特に高精度の測定が可能であり、かつその操作も容易となる。
また、信号処理部が設けられた測定ユニット本体を用いることにより、放射線検出器からの出力信号にノイズが混入することが抑制され、より高精度の測定が可能となる。特に、記憶部や電源部も測定ユニット本体側に設ければ、水中の測定ユニット側と水上との間の電気的接続は全く不要となるため、有効である。
また、多重波高分析器を用いることにより、１回の測定で、複数種類の核種（放射性物質）の分布を計測することができる。
また、錘を測定ユニット本体上部に装着して測定ユニットを重くすることによって、あるいはヘッド部の下端を鋭角形状とすることにより、ヘッド部を確実に土壌中に貫入させることができる。測定ユニット本体上部にワイヤが係止できる構成とすれば、ワイヤを用いることによって、測定ユニットの水中への投入及び回収が、フレームの有無に関わらず容易となる。
更に、放射線強度分布の変動率を用いて海底面のヘッド部に対する位置を認識する場合には、ヘッド部の土壌中への貫入深さが不定である場合であっても、この位置を基準とした放射線物質分布が測定できる。
また、放射性物質の分布を（１）式より求める場合には、これをより正確に算出することができる。
一方、放射性物質の分布を（２）式より求める場合には、これをより簡易に算出することができる。
また、上記の構成の放射性物質分布測定装置を用いた測定は極めて単純であるため、これを水平方向における異なる複数の箇所で繰り返して行うことが容易である。このため、放射性物質の深さ方向の分布のみならず、その３次元分布も容易に測定することができる。

本発明の実施の形態に係る放射性物質分布測定装置が使用される際の形態を示す図である。 本発明の実施の形態に係る放射性物質分布測定装置における測定ユニットの構成を示す図である。 本発明の実施の形態に係る放射性物質分布測定装置によって得られた深さ方向のガンマ線強度分布と実際の放射性物質の深さ方向の分布を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態に係る放射性物質分布測定装置における測定ユニットの変形例の構成を示す図である。 地上（ａ）と海底（ｂ）における土壌中の放射線物質分布の測定を行う際の形態を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態となる放射性物質分布測定装置、放射性物質分布測定方法について説明する。この放射性物質分布測定装置は、海底における放射性物質の深さ方向における分布を測定するために好適に用いられる。

図１は、この放射性物質分布測定装置（測定装置）によって測定が行われる際の形態を模式的に示す図である。この放射性物質分布測定装置においては、測定ユニット１０とフレーム５０とが組み合わされて使用される。測定ユニット１０の上部にはワイヤ係止部１１が設けられ、ワイヤ係止部１１に係止された長いワイヤ１００を用いて、この放射性物質分布測定装置は、海面Ｓ２の台船から海底面Ｓ３に向かって投入される。ここで、図１（ａ）はこの放射性物質分布測定装置を海面Ｓ２下の海水Ｏ中への投入直後、図１（ｂ）は海底面Ｓ３への着底直後、図１（ｃ）は着底後の一定時間経過後、における形態をそれぞれ示す。実際の測定は、図１（ｃ）の状態で行われる。

ここで、測定ユニット１０は、測定ユニット本体２０と、その下側に固定されたヘッド部３０で構成される。細長いヘッド部３０は、その長手方向（上下方向）の一端（下端）側から土壌Ｇ中に貫入される。ヘッド部３０の他端（上端）は測定ユニット本体２０に固定され、測定ユニット本体２０の水平方向における外径はヘッド部３０の外径よりも大きくされる。測定ユニット１０は、フレーム５０よりも重い、あるいは、充分重くなるように測定ユニット１０には錘が装着される。測定ユニット本体２０の外径がヘッド部３０の外径よりも大きいため、重量確保や錘の装着が容易となる。

フレーム５０は、フレーム上面（上面）５１とフレーム底面（底面）５２を具備し、測定ユニット本体２０は、フレーム上面５１に設けられた上側開口部５３を貫通するようにフレーム５０と組み合わされている。測定ユニット本体２０の上側と下側には、上側開口部５３を貫通しない程度に部分的に径が太くされた上側ストッパ２１と下側ストッパ２２がそれぞれ設けられている。測定ユニット本体２０（測定ユニット１０）は、上側開口部５３中を上下に移動自在となっている。

また、フレーム５０におけるフレーム底面５２の上側開口部５３の直下には、下側開口部５４が形成されており、ヘッド部３０は、下側開口部５４を貫通する。ただし、下側ストッパ２２は下側開口部５４を貫通できないように形成される。このように、測定ユニット１０は、フレーム５０に対して上下方向に移動可能な状態とされて装着されるが、この移動範囲は、上側ストッパ２１と下側ストッパ２２により一定の範囲に制限される。

このため、図１（ａ）に示されるように、ワイヤ１００を上側に装着した状態でこの放射性物質分布測定装置を海中に投入した場合には、フレーム５０はその自重によって相対的に下側に移動し、この際に下側ストッパ２２がフレーム上面５１に係止された状態となる。徐々にこの放射性物質分布測定装置の深度が深くなった場合においても、図１（ａ）の状態が維持される。

図１（ｂ）は、この状態で放射性物質分布測定装置が着底した直後の形態を示す。ここでは、広い面積をもつフレーム底面５２が着底する。

海底面Ｓ３は柔らかい泥等で構成されているものの、フレーム底面５２の面積は広く、かつフレーム５０の重量は軽いために、フレーム５０は海底面Ｓ３で係止され、海底面Ｓ３下の土壌Ｇ側に侵入しにくい。しかしながら、図１（ｃ）に示されるように、測定ユニット１０の最下部であるヘッド部３０は先端が細く、かつ測定ユニット１０の重量が重いために、ヘッド部３０は海底面Ｓ３よりも下側の土壌Ｇ中に侵入する。その後、下側ストッパ２２がフレーム底面５２、あるいは上側ストッパ２１がフレーム上面５１に係止されることにより、測定ユニット１０の下側への移動は停止する。

測定ユニット１０の下側への移動が停止した図１（ｃ）の状態で、海底面Ｓ３よりも下側での放射線測定が行われる。なお、ヘッド部３０を土壌Ｇに貫入させるために、測定ユニット１０の重量を重くすることが好ましく、このために、測定ユニット１０の上部、例えば上側ストッパ２１に錘を装着することが好ましい。上側ストッパ２１に錘を装着した場合には、錘の脱着作業が特に容易となる。

図２は、測定ユニット１０の構成を模式的に示す図である。ヘッド部３０の先端（下端）には、下側が鋭角形状とされた先端部３１が設けられているため、ヘッド部３０は海底面Ｓ３よりも下側に自重によって侵入することができる。

ヘッド部３０における先端部３１の上側には、上下方向に複数（図中では６つ）の放射線検出部４０が単一の基板３２上に配列されて設けられている。各放射線検出部４０は、ガンマ線を検出し、検出したガンマ線に対応してパルス状の出力信号を発する。

各放射線検出部４０は、ガンマ線（放射線）を吸収することによって可視光を発するシンチレータ４１と、この可視光を受けてパルス状の電気信号を出力するフォトダイオード４２とで構成される。シンチレータ４１としては、例えば１辺が１ｃｍ程度のＣｓＩ（Ｔｌ）結晶が用いられる。シンチレータ４１は吸収したガンマ線光子のエネルギーに比例した数の可視光の光子を発するため、シンチレータ４１が発した可視光を受けたフォトダイオード４２は、検出したガンマ線光子に対応したパルス状の出力をする。このため、一定時間内におけるこのパルスの数が放射線（ガンマ線）強度に対応し、このパルス高は、検出したガンマ線のエネルギーに比例する。このため、フォトダイオード４２の一定時間内のパルス出力において、特定のパルス高をもつパルスを計数することは、特定のエネルギーをもつガンマ線の強度を測定することになる。ここでは、この構成の放射線検出部４０が上下方向に複数配列されているために、深さ方向におけるガンマ線の強度の分布をそのガンマ線のエネルギー毎に計測することができる。

なお、基板３２上において、各放射線検出部４０の間には鉛やタングステン等を用いた遮蔽板３３が設けられおり、各放射線検出部４０が水平方向に局在した放射線検出をしやすくし、測定の精度を高めるために用いられる。ただし、遮蔽板３３の有無に関わらず後述する解析方法によって放射線物質の分布を算出することができる。

また、ガンマ線は金属を透過可能なため、ヘッド部３０のヘッド外壁３４は、開孔を有していないステンレス等の金属材料で構成することができ、土壌Ｇ中に貫入させる際に充分耐えうる強度を確保することができる。また、ガンマ線が透過可能な金属以外の材料、例えば強化プラスチックやセラミックでヘッド外壁３４を構成することも可能である。また、放射線検出部４０が配列された基板３２は、着底時の衝撃を緩和するため、ヘッド部３０内の上部、下部において、緩衝材３５を介して支持される構成を採っている。ヘッド部３０の上部においては、留め金具３６によって、緩衝材３５は測定ユニット本体２０に固定され、これらの緩衝材３５は、基板３２のヘッド部３０内における位置決めを行う機能も有している。

上記したフォトダイオード４２からのパルス状の出力信号を処理するための信号処理部２３が、測定ユニット本体２０に内蔵されている。信号処理部２３において、各放射線検出部４０からの出力信号は、増幅器（ＡＭＰ）２４に入力し、増幅される。この出力は、多重波高分析器（マルチチャンネルアナライザ：ＭＣＡ）２５に入力する。多重波高分析器２５においては、パルス高における複数の範囲毎にチャンネルが設定され、入力したパルス信号の数の計測を各チャンネル毎に行う。このチャンネルは、計測対象となる核種が発する特性ガンマ線のエネルギーと対応させることができ、例えば^２２Ｎａの発する特性ガンマ線として５１１ｋｅＶ、^１３７Ｃｓが発する特性ガンマ線として６６２ｋｅＶのガンマ線を、別個のチャンネルにおいて検出することができる。この検出結果は、例えばフラッシュメモリ等で構成された記憶部２６に記憶される。

また、フォトダイオード４２、信号処理部２３（増幅器２４、多重波高分析器２５、記憶部２６）へ電力を供給する電源部２７も、信号処理部２３と共に、測定ユニット本体２０の内部に設けられている。これにより、この測定ユニット１０によって、図１（ｃ）の状態における各放射線検出部４０による特定のエネルギーのガンマ線の検出結果（カウント数）等を、記憶部２６に記憶させることができる。その後、図１におけるワイヤ１００を用いて放射性物質分布測定装置を引き上げ、記憶部２６から検出結果を読み出すことができる。なお、上記の構成に加え、マイクロコンピュータ等を測定ユニット本体２０の内部に設け、上記の測定全体の制御を行うこともできる。例えば、放射性物質分布測定装置を海中に投入し、充分な時間が経過して図１（ｃ）の状態となった後に、所定の時間内においてのみ上記の測定を行い、その結果を記憶部２６に記憶させるように設定することもできる。

放射線検出部４０はヘッド部３０中で、信号処理部２３、電源部２７は測定ユニット本体２０中でそれぞれ密封されているため、これらが海水Ｏに悪影響を受けないように処理されている。なお、ガンマ線の透過力は高いため、放射線検出部４０が密封されても放射線検出部４０は土壌Ｇからのガンマ線を検出することができる。

上記の放射性物質分布測定装置によって、海底面Ｓ３を基準とした土壌Ｇ中の放射性物質の深さ方向の分布を測定することができる。以下では、まず、土壌Ｇ中の放射線物質の深さ方向の分布と、各放射線検出部４０によって計測されるガンマ線強度との間の関係について説明する。ここで、ガンマ線強度とは、特定のエネルギーのガンマ線（多重波高分析器２５における特定のチャンネル）の計測数を意味するものとし、このガンマ線強度は、このエネルギーのガンマ線を発する核種放射性物質の存在比率（濃度）に対応する。

ここで、図２の構成において、各放射線検出部４０が検出するガンマ線として、最もその寄与が大きくなるのは、各放射線検出部４０が存在する深さにおける土壌Ｇから発せられたガンマ線であることは明らかである。しかしながら、このガンマ線は土壌中の各点から等方的に発せられるため、ある放射線検出部４０が検出するガンマ線は、この放射線検出部４０が存在する深さを含んだ上下方向の領域中に含まれる放射性物質が発するガンマ線である。このため、上からｉ番目の放射線検出部４０によって検出される特定のチャンネルのカウント数ｇ_ｉは、深さをｚとして、（１）式で表される。

ここで、ｆ（ｚ）は、対象となる放射性物質の深さ方向における濃度であり、算出すべき対象である。Ｒ_ｉ（ｚ）は、ｉ番目の放射線検出部４０における深さｚの箇所の放射性物質の感度計数である。前記の通り、ｉ番目の放射線検出部４０の存在する深さをｚ_ｉとすると、Ｒ_ｉ（ｚ）はＲ_ｉ（ｚ_ｉ）で最大値をとるものの、ｚ＝ｚ_ｉ以外の点においてもＲ_ｉ（ｚ）は有限値をとる。このため、厳密にｆ（ｚ）を求めるためには、Ｒ_ｉ（ｚ）を求めた上で、積分方程式である（１）式を解く必要がある。

しかしながら、実際には、（１）式において深さ方向をｊ＝０（海底面Ｓ３）〜Ｍ（土壌Ｇ中の最大深さ）に離散化し、Ｒ_ｉ（ｚ）をＲ_ｉｊ、ｆ（ｚ）も離散的にｆ_ｊと書き換えた（２）式を用いて近似することができる。

ここで、Ｒ_ｉｊは、土壌Ｇの主成分となる物質（放射性物質以外）で定まり、実験や計算によって予め求めることが可能である。この場合には、測定された各ｇ_ｉを用いて連立方程式を解くことによりｆ_ｊを算出することができる。あるいは、最小自乗法等を用いることにより、最も確度の高いｆ_ｊを算出することができる。すなわち、土壌中の放射性物質の深さ方向の分布を算出することができる。

次に、土壌Ｇと海水Ｏとの界面である海底面Ｓ３の推定方法について説明する。図３（ａ）は、放射性物質が含まれる土壌（汚染土壌Ｇ１）が海底面Ｓ３下に一様に存在している場合における放射性物質の深さ方向の分布（実線）と、これによって計測されるガンマ線強度の深さ方向の分布（破線）を模式的に示す。一般に、ガンマ線を発する放射性物質の密度は海水の密度（≒１ｇ／ｃｍ^３）よりも大きいために、海水Ｏ中を沈殿し、海水Ｏ中に留まる可能性は低いため、放射性物質は、図３（ａ）に実線で示されるような分布をする場合が多い。測定されるガンマ線強度の分布は、この放射性物質の分布に対応するが、一般的には両者は一致しないことは前記の通りである。

ここで、海水Ｏ中における海底面Ｓ３よりも充分離れた上側の箇所におけるガンマ線強度は、バックグラウンドレベルとなり、低くなる。一方、前記の通り、放射性物質の分布は海底面Ｓ３で急峻に変化し、これよりも下側の汚染土壌Ｇ１中で急激に大きくなる。これに対応したガンマ線強度は、図３（ａ）の破線で示されるように、前記のＲ_ｉ（ｚ）あるいはＲ_ｉｊの効果により海底面Ｓ３における変化は緩やかとなるが、やはり海底面Ｓ３で大きく変化する点では同様である。このため、この変化より、海底面Ｓ３を推定することができる。海底面Ｓ３を認識できる精度は、隣接する放射線検出部４０の間隔に依存し、この間隔が狭いほど高精度で海底面Ｓ３を認識することができる。また、ガンマ線強度が変動する領域がこの間隔に比べて長い場合に、実際にどのガンマ線強度の箇所が海底面Ｓ３に対応するかについては、Ｒ_ｉｊ等と同様に、実験、計算によって算出することができる。

また、放射性物質を含む土壌（汚染土壌Ｇ１）の上に、放射性物質を含まない土壌（非汚染土壌Ｇ２：ヘドロ等）が堆積する場合もある。図３（ｂ）は、この場合における放射性物質の深さ方向の分布（実線）と、これによって計測されるガンマ線強度の深さ方向の分布（破線）を模式的に示す。この場合における放射性物質の分布は、図３（ａ）において海底面Ｓ３において急峻に変動していたのに対し、汚染土壌Ｇ１と非汚染土壌Ｇ２の土壌中界面Ｓ４において急峻に変動する。このため、ガンマ線強度は、土壌中界面Ｓ４で大きく変化する。

また、前記の通り、海水の密度は約１ｇ／ｃｍ^３であるのに対して、汚染土壌Ｇ１、非汚染土壌Ｇ２の密度は通常はこの２倍程度である。このため、ガンマ線は非汚染土壌Ｇ２からは発せられないものの、非汚染土壌Ｇ２では海水Ｏと比べて多く散乱される。これにより、非汚染土壌Ｇ２中でガンマ線が検出される効率は、海水Ｏ中でガンマ線が検出される効率よりも高くなり、いわゆるビルドダウン現象によって、非汚染土壌Ｇ２と海水Ｏの界面である海底面Ｓ３で、検出されるガンマ線強度が大きく変化する。こうしたビルドダウンあるいはビルドアップの効果も、ガンマ線の吸収と散乱を考慮した計算によって算出することができる。

すなわち、非汚染土壌Ｇ２が存在し土壌中界面Ｓ４が海底面Ｓ３下に存在する場合（図３（ｂ））においても、海底面Ｓ３は、検出されるガンマ線強度が急激に変化する箇所として認識することができる。土壌Ｇ中において、放射性物質濃度が大きく異なる複数の層が形成されていた場合においても、この点は同様である。すなわち、深さ方向においてガンマ線強度の変動率が局所的に高い複数の箇所のうち、最も上方（海面Ｓ２に近い側）に存在する箇所が海底面Ｓ３に対応する。

すなわち、上記の放射性物質分布測定装置を用いて深さ方向におけるガンマ線の強度分布を測定することによって、海底面Ｓ３を認識することができる。この強度分布から、土壌Ｇ中の放射性物質の深さ方向の分布を算出することもできる。このため、海底面Ｓ３を基準として土壌Ｇ中の深さ方向の放射性物質の分布を正確に算出することができる。

図１の構成においては、測定ユニット１０（ヘッド部３０）の貫入深さが下側ストッパ２２がフレーム底面５２と当接すること等によって定まるものとしたが、ヘッド部３０が充分した側まで下降せず、このような状態とならない場合もある。あるいは、測定ユニット１０を係止するフレーム底面５２も海底面Ｓ３下に潜る場合がある。こうした場合には、ヘッド部３０の貫入深さ（ヘッド部３０と海底面Ｓ３の位置関係）は不定となる。このようにヘッド部３０の貫入深さが不定となった場合でも、上記のとおりヘッド部３０と海底面Ｓ３との間の位置関係を認識することができる。
このため、図１に構成において、測定ユニット１０を強制的に可動範囲の下端部まで移動させる必要はなく、測定ユニット１０の自重のみによってヘッド部３０を土壌Ｇ中に貫入させればよい。このため、フレーム５０を用いずに上記の測定を行うこともできる。

更に、小型の増幅器をヘッド部３０中に設け、信号処理は海上まで延ばされたリード線を介して行う構成とした場合には、信号処理部２３あるいは測定ユニット本体２０も不要である。ただし、放射線検出器４０からの出力にノイズが混入することが抑制された状態で計測を行い、高精度の測定を行うためには、海上まで延ばされた長いリード線を用いることのない図２の構成が特に好ましい。

また、上記の例においては、放射線検出部４０は、シンチレータ４１とフォトダイオード４２で構成されていたが、放射性物質が発するガンマ線の計数とエネルギー測定（あるいはエネルギーによる識別）ができる限りにおいて、他の構成の放射線検出部を用いることもできる。例えば、フォトダイオードの代わりに光電子増倍管を用いてもよい。また、シンチレータを用いずに半導体検出器で直接ガンマ線を検出してもよい。放射線検出器として、検出すべきガンマ線のエネルギーあるいはこれを発する核種（放射性物質の種類）によって最適なものを用いることができる。

あるいは、放射線検出部は、ガンマ線以外の放射線、例えばベータ線やＸ線、中性子線等を検出することもできる。これらは、分布を測定すべき放射性物質の種類に応じて選定され、検出する放射線に応じて、放射線検出部の構成は適宜設定可能である。

また、上記の例においては、信号処理部２３において多重波高分析器２５が用いられたが、検出するガンマ線のエネルギー（核種）が予め１種類に定まっている場合には、多重波高分析器２５の代わりに、単一チャンネルのパルス計数器を用いてもよい。

また、フレーム５０を用いずにヘッド部を海底面Ｓ３に貫入できる構成であれば、同様の測定が可能である。この場合においても、測定中にヘッド部が深さ方向に移動しない限りにおいて、複数の放射線検出部４０が設けられたヘッド部３０を用いて上記のとおりに海底面Ｓ３の検出が可能であるため、同様の測定が可能である。しかしながら、フレーム５０を用いた図１の構成によって、測定ユニット１０を安定させた状態で測定が可能となるため、図１の構成が特に好ましい。

上記の放射性物質分布測定装置の変形例について以下に説明する。上記のとおり、上記の放射性物質分布測定装置においては、複数の放射線検出部４０は、放射線強度分布測定手段としても機能する一方で、海底面Ｓ３を認識する境界認識手段としても機能する。これに対して、以下に説明する変形例においては、複数の放射線検出部４０を放射線強度分布測定手段として上記と同様に用いる一方で、これと独立な境界認識手段が用いられる。また、測定ユニット内部において、海底面を認識し、これを元にした制御を行うこともできる。

図４（ａ）は、この放射性物質分布測定装置における測定ユニット１１０の構成を示す図であり、図２に対応する。図４（ｂ）は、そのヘッド部１３０の長手方向に垂直な断面の構造を模式的に示す図である。図４（ａ）においても、図２における機械的構造の構成要素（基板３２、遮蔽板３３、ヘッド外壁３４、緩衝材３５、留め金具３６）は同様に用いられているが、記載は省略されている。

ここで、先端部３１、複数の放射線検出部４０、増幅器（ＡＭＰ）２４、多重波高分析器（ＭＣＡ）２５、記憶部２６、電源部２７については前記と同様である。この構成においては、放射線検出部４０と同様に、長手方向（上下方向）に複数の境界検出部６０が境界認識手段として用いられている。境界検出部６０の個数と放射検出部４０の個数は同一である必要はない。境界検出部６０は、ヘッド部１３０の外部の土壌の状況を可視光によって認識する。

図４（ｂ）においては、境界検出部６０とその周辺の構成が模式的に示されている。境界検出部６０においては、同一の高さにおいて、ＬＥＤ等で構成され照明光（可視光）を発する照明部６１と、この照明光の散乱光や反射光を検出するフォトダイオード６２が設けられている。また、ヘッド部１３０の外壁におけるこれらと隣接する側面においては、この光を透過させる透明な窓６３が設けられている。

ヘッド部１３０の外側に土壌Ｇ（Ｇ１、Ｇ２）が存在するか、海水Ｏが存在するかによって、フォトダイオード６２の検出信号強度が異なる。あるいは、土壌Ｇ中、海水Ｏ中においては、それぞれこの検出強度は深さ方向で大きく変動することはない。このため、例えば上からｍ番目のフォトダイオード６２の検出信号とｍ＋１番目のフォトダイオード６２の検出信号が大きく異なった場合には、海底面Ｓ３はｍ番目のフォトダイオード６２とｍ＋１番目のフォトダイオード６２の位置（深さ）の間に存在すると認識することができる。また、境界検出部６０と放射線検出部４０の位置関係は、ヘッド部１３０内で固定されているために、複数の放射線検出部４０で測定されたガンマ線強度分布を、複数の境界検出部６０を用いて認識された海底面Ｓ３を基準として求めることができる。この際、照明光を用いなくともフォトダイオード６２からの出力が得られる場合には、照明部６１は不要である。また、照明部６１は各フォトダイオード６２に対応させて設ける必要はなく、ヘッド部１３０における１箇所、あるいは測定ユニット本体１２０に１箇所あるいは複数箇所に設けることもできる。この境界検出部６０を境界認識手段として用いた場合は、構成は複雑になるが海底面Ｓ３を求める処理が単純化される。一方、複数の放射線検出部４０を境界認識手段として機能させた場合は、構成が単純化されるが処理がやや複雑になる。また、例えば放射線検出部がガンマ線やＸ線、中性子線等を検出するものである場合、ヘッド部３０を金属や強化プラスチックやセラミック等で構成することが可能となり、透明な窓６３用の開孔も必要が無くなるため、土壌中に貫入するヘッド部３０として更に強度が確保できる。

ここで用いられる測定ユニット本体１２０中に設けられた信号処理部１２３においてはＣＰＵ２８が設けられ、ＣＰＵ２８は、上記の通りに海底面Ｓ３のヘッド部１３０に対する位置を認識し、この情報を元に、この海底面Ｓ３を基準として複数の放射線検出部４０で測定されたガンマ線強度分布を記憶部２６に記憶させる。

すなわち、図４に示された測定ユニット１１０を用いても、海底の土壌中における放射性物質の深さ方向の分布を正確に測定することができる。この際、ＣＰＵ２８は、例えば、この測定ユニット１１０が投下されてから各フォトダイオード６２の出力が時間的に安定した場合に、測定ユニット１１０の下降が停止したと判断し、ガンマ線強度の計数を開始する制御を行うこともできる。また、図４の構成において、ＣＰＵ２８を用いずに、単に複数のフォトダイオード６２の出力を記憶部２６に記憶させ、この測定ユニット１１０を引き上げた後で上記の解析を行ってもよい。

このように、本発明の実施の形態に係る放射線分布測定装置においては、複数の放射線検出部によって、土壌中の放射線（ガンマ線）分布を測定することができ、かつ土壌と海水の境界である海底面Ｓ３を認識する境界認識手段を具備することによって、放射性物質の深さ方向の分布を正確に測定することができる。このうち、図２に示された測定ユニット１０のように、複数の放射線検出部４０を境界認識手段として用いてもよく、図４に示された測定ユニット１１０のように、複数の放射線検出部４０とは別に、境界認識手段を設けてもよい。後者の場合には、境界認識手段として、上記の構成の境界検出部６０とは異なる構成のものを用いることもできる。例えば、フレーム５０が用いられる場合において、フレーム底面５２が確実に海底面Ｓ３に着底する場合には、フレーム５０（フレーム底面５２）と測定ユニットとの間の位置関係が検出できれば、海底面Ｓ３と測定ユニットとの間の位置関係は定まる。このため、例えば測定ユニット本体１２０（下側ストッパ２２）とフレーム底面５２との間の上下方向における距離を検出するセンサを境界検出部として用いることもできる。こうした境界認識手段の出力を基にして、放射線検出部の制御を行うこともできる。

なお、上記の例では、海底における放射性物質の深さ方向の分布を測定するものとしたが、上記の測定を水平方向における異なる複数の箇所で行うことによって、放射性物質の３次元分布を測定することができることは明らかである。この場合においても、上記の放射性物質分布測定装置を用いた場合、これを図１に示されるようにこれを台船から海中に投入した後で引き上げ、海上でデータを取得してから同様の操作を繰り返すという単純な作業のみによって、この測定を行うことができる。この際、１回の操作毎に得られたデータは、水上あるいは地上に設置されたハードディスク等に記憶させ、上記の計算を全てのデータ収集が行われた後で行うこともできる。

上記の通り、上記の放射性物質分布測定装置、放射性物質分布測定方法によって、海底の土壌中の放射性物質分布を測定できるが、実際には、海だけでなく河川や湖沼等の底の土壌においても、同様の測定を行うことができることは明らかである。このため、上記の海面Ｓ２は一般的な水面、海水Ｏは水（あるいは液体）、海底面Ｓ３は一般的な水底面とすることができる。更に、水中だけでなく地上においても、ヘッド部を土壌中に貫入させることができる限りにおいて、上記の放射性物質分布測定装置、放射性物質分布測定方法を適用できることは明らかである。この場合においては、図５（ａ）における地面Ｓ１（空気と土壌Ｇの境界）が境界認識手段によって上記と同様に認識される。この場合には、放射線測定部や信号処理部が密封（防水処理）されている必要もない。

上記のとおり、上記の放射性物質分布測定装置、放射性物質分布測定方法によって、通常は測定が困難な土壌中における放射線物質の分布を測定することができる。このため、環境測定や土木・建築分野等、産業上の広い領域において有効である。

１０、１１０ 測定ユニット
１１ ワイヤ係止部
２０、１２０ 測定ユニット本体
２１ 上側ストッパ
２２ 下側ストッパ
２３、１２３ 信号処理部
２４ 増幅器（ＡＭＰ）
２５ 多重波高分析器（ＭＣＡ）
２６ 記憶部
２７ 電源部
２８ ＣＰＵ
３０、１３０ ヘッド部
３１ 先端部
３２ 基板
３３ 遮蔽板
３４ ヘッド外壁
３５ 緩衝材
３６ 留め金具
４０ 放射線検出部
４１ シンチレータ
４２、６２ フォトダイオード
５０ フレーム
５１ フレーム正面（上面）
５２ フレーム底面（底面）
５３ 上側開口部
５４ 下側開口部
６０ 境界検出部
６１ 照明部
６３ 窓
１００ ワイヤ
２００ 測定装置
Ｓ１ 地面
Ｓ２ 海面
Ｓ３ 海底面
Ｓ４ 土壌中界面
Ｇ 土壌
Ｇ１ 汚染土壌
Ｇ２ 非汚染土壌
Ｏ 海水

Claims (17)

1. 土壌の中に存在する放射性物質が発する放射線を検出することによって、前記土壌の中における前記放射性物質の深さ方向の分布を測定する放射性物質分布測定装置であって、
   長手方向における一端の側から前記土壌の中に貫入され、前記長手方向に配列された複数の放射線検出部が内部に設けられ、前記土壌の上にある空気又は水と前記土壌との境界を認識する境界認識手段を有するヘッド部を具備することを特徴とする放射性物質分布測定装置。
2. 複数の前記放射線検出部が前記境界認識手段として用いられたことを特徴とする請求項１に記載の放射性物質分布測定装置。
3. 前記ヘッド部と、
   前記ヘッド部の前記長手方向における他端が固定され、複数の前記放射線検出部の出力信号を処理する信号処理部を内蔵し、前記長手方向と垂直な方向において前記ヘッド部よりも大きな外径をもつ測定ユニット本体と、
   を具備する測定ユニットが用いられたことを特徴とする請求項１又は２に記載の放射性物質分布測定装置。
4. 前記信号処理部は、検出された放射線に対応して前記放射線検出部から出力されたパルス状の出力信号を増幅する増幅器を具備し、前記増幅器によって増幅された前記出力信号のうち、予め定められた範囲のパルス高をもつ前記出力信号を計数することを特徴とする請求項３に記載の放射性物質分布測定装置。
5. 前記信号処理部は、予め定められた複数の前記範囲毎に前記出力信号を計数する多重波高分析器を具備することを特徴とする請求項４に記載の放射性物質分布測定装置。
6. 前記信号処理部は、前記出力信号の計数結果を記憶する記憶部を具備することを特徴とする請求項４又は５に記載の放射性物質分布測定装置。
7. 複数の前記放射線検出部は前記ヘッド部で、前記信号処理部は前記測定ユニット本体で、それぞれ密封された構成を具備することを特徴とする請求項３から請求項６までのいずれか１項に記載の放射性物質分布測定装置。
8. 前記測定ユニット本体は、前記信号処理部及び各前記放射線検出部に電力を供給する電源部を具備することを特徴とする請求項３から請求項７までのいずれか１項に記載の放射性物質分布測定装置。
9. 土壌の中に存在する放射性物質が発する放射線を検出することによって、前記土壌の中における前記放射性物質の深さ方向の分布を測定する放射性物質分布測定装置であって、
   長手方向における一端の側から前記土壌の中に貫入され、前記長手方向に配列された複数の放射線検出部が内部に設けられたヘッド部と、
   前記ヘッド部の前記長手方向における他端が固定され、複数の前記放射線検出部の出力信号を処理する信号処理部を内蔵し、前記長手方向と垂直な方向において前記ヘッド部よりも大きな外径をもつ測定ユニット本体と、
   を具備する測定ユニットが用いられ、
   前記測定ユニットを前記長手方向における一定の範囲で移動可能として収容し、かつ前記ヘッド部を前記長手方向で貫通させる底面を具備するフレームが、前記測定ユニットと組み合わされて用いられたことを特徴とする放射性物質分布測定装置。
10. 前記測定ユニット本体における前記ヘッド部が固定された側と反対側に錘が着脱自在とされたことを特徴とする請求項３から請求項９までのいずれか１項に記載の放射性物質分布測定装置。
11. 前記測定ユニット本体における前記ヘッド部が固定された側と反対側に、ワイヤが係止されるワイヤ係止部が設けられたことを特徴とする請求項３から請求項１０までのいずれか１項に記載の放射性物質分布測定装置。
12. 前記長手方向における前記ヘッド部の一端側が鋭角形状とされたことを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の放射性物質分布測定装置。
13. 請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の放射性物質分布測定装置における前記ヘッド部を前記土壌の中に貫入させて前記放射性物質が発する放射線を各前記放射線検出部に検出させ、
    前記放射線を各前記放射線検出部が検出した検出強度より、前記放射性物質の前記土壌の中における深さ方向の分布を算出することを特徴とする放射線物質分布測定方法。
14. 各前記放射線検出部が検出した前記検出強度より前記放射線の深さ方向の強度分布を測定し、前記強度分布の変動率が局所的に高い箇所のうち最も上方の箇所を、前記土壌の上にある空気又は水と前記土壌との境界と認識することを特徴とする請求項１３に記載の放射性物質分布測定方法。
15. 複数の前記放射線検出部のうち、ｉ番目の前記放射線検出部の深さｚの箇所の土壌からの前記放射線に対する感度係数をＲ_ｉ（ｚ）とした際に、前記放射線を発する前記放射性物質の深さ方向の分布ｆ（ｚ）とｉ番目の前記放射線検出部の検出強度ｇ_ｉが（１）式によって定まることを用いて前記ｆ（ｚ）を算出することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の放射性物質分布測定方法。
    

    
16. 測定される前記土壌を深さ方向にｊ＝０〜Ｍ（Ｍは正の整数）に分割し、複数の前記放射線検出部のうちｉ番目の前記放射線検出部のｊに対応した深さの箇所の土壌からの前記放射線に対する感度係数をＲ_ｉｊとした際に、前記放射線を発する前記放射性物質のｊに対応した深さにおける存在量ｆ_ｊとｉ番目の前記放射線検出部の検出強度ｇ_ｉが（２）式によって定まることを用いて前記ｆ_ｊを算出することを特徴とする請求項１３又は１４に記載の放射性物質分布測定方法。
    

    
17. 前記ヘッド部を水平方向における異なる複数の箇所の前記土壌に貫入させ、前記土壌の中の前記放射性物質の３次元分布を測定することを特徴とする請求項１３から請求項１６までのいずれか１項に記載の放射性物質分布測定方法。

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