JP6385826B2

JP6385826B2 - プラスチックシンチレータ、シンチレーション測定用試料体及びプラスチックシンチレータの作製方法

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Publication number: JP6385826B2
Application number: JP2014551130A
Authority: JP
Inventors: 悦子古田
Original assignee: OCHANOMIZU UNIVERSITY
Current assignee: OCHANOMIZU UNIVERSITY
Priority date: 2012-12-04
Filing date: 2013-12-04
Publication date: 2018-09-05
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Description

本発明は、シンチレーション検出器に用いるプラスチックシンチレータ等に関する。

シンチレーション検出器を用いた放射線の測定においては、従来液体シンチレータを用いることが一般的であった。しかし、液体シンチレータを用いると放射性廃液が生じるため、この処理に多大な負担がかかる。このため、シンチレーション検出器でプラスチックシンチレータを用いた測定が試されている（例えば非特許文献１参照）。

Ａ．Ｔａｒａｎｃｏｎ，Ｊ．Ｆ．Ｇａｒｃｉａ，Ｇ．Ｒａｕｒｅｔ， "Ｍｉｘｅｄｗａｓｔｅｒｅｄｕｃｔｉｏｎｉｎｒａｄｉｏａｃｔｉｖｉｔｙｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎｂｙｕｓｉｎｇｐｌａｓｔｉｃｓｃｉｎｔｉｌｌａｔｏｒｓ"，ＡｎａｌｙｔｉｃａＣｈｉｍｉｃａＡｃｔａ，Ｓｐａｉｎ，Ｅｌｓｅｖｉｅｒ，４６３（２００２）ｐ．１２５−１３４

しかしながら、プラスチックシンチレータで液体試料を測定する場合、時間がかかり効率が悪いため、その改良が求められている。

そこで、本発明は試料を効率的に測定できるプラスチックシンチレータ等を提供することを目的とする。

本発明のプラスチックシンチレータは、シンチレーション検出器に用いるプラスチックシンチレータであって、親水性を高める表面処理がされた測定面を備えたものである。

本発明のプラスチックシンチレータによれば、測定面に親水性を高める表面処理を施すことにより、試料を滴下すると、その測定面に沿って従来よりも広範囲に亘って広がり、効率の高い測定が可能となる。

本発明のプラスチックシンチレータの一態様において、前記測定面が、プラズマを照射することにより改質されていてもよい。これによれば、プラズマ処理が施された測定面に試料を滴下すると、その測定面に沿って試料が従来よりも広範囲に亘って広がり、効率の高い測定が可能となる。効率の向上には、プラズマ処理により測定面の親水性が高まることが貢献しているものと推察される。

本発明のプラスチックシンチレータの一態様において、前記シンチレーション検出器で測定の対象となる液体試料をそれぞれの測定面で挟み込むために２枚の前記プラスチックシンチレータを１組としてもよい。これによれば、液体試料を２枚のプラスチックシンチレータで挟み込むようにするために液体試料の接触表面積が拡がる。

本発明のシンチレーション測定用試料体は、放射性物質を含む液体試料を被測定物とするシンチレーション検出器に用いるシンチレーション測定用試料体であって、少なくとも１枚のプラスチックシンチレータを含み、前記プラスチックシンチレータの測定面に親水性を高める表面処理がされ、前記測定面に沿って前記被測定物による液膜が形成されているものである。

本発明のシンチレーション測定用試料体によれば、測定面に親水性を高める表面処理を施すことにより、試料を滴下すると、その測定面に沿って従来よりも広範囲に亘って広がり、効率の高い測定が可能となる。

本発明のシンチレーション測定用試料体の一態様において、前記測定面を有する２枚のプラスチックシンチレータが、それぞれの測定面間に前記被測定物が挟み込まれるようにして重ね合わされていてもよい。これによれば、液体試料を２枚のプラスチックシンチレータで挟み込むようにするために液体試料の接触表面積が拡がり、測定効率を高めることができる。

本発明のシンチレーション測定用試料体の一態様において、前記被測定物がトリチウム水であってもよい。これによれば、測定面に親水性を高める表面処理がされているので、トリチウム水のような液体であってもプラスチックシンチレータでの測定が可能となる。

本発明のプラスチックシンチレータの作製方法は、シンチレーション検出器に用いるプラスチックシンチレータの作製方法であって、プラスチックシンチレータの測定面にプラズマを照射してその表面を改質するプラズマ処理工程を備えたものである。

本発明のプラスチックシンチレータの作製方法によれば、プラスチックシンチレータの測定面にプラズマを照射することで測定面が改質される。そうすると、測定面に沿って試料が従来よりも広範囲に亘って広がり、効率の高い測定が可能となる。プラズマを照射するためにはプラズマ照射装置が必要となるが比較的手軽に作製することができる。

本発明のプラスチックシンチレータの作製方法の一態様において、前記プラスチックシンチレータを前記測定面と平行な方向に一定速度で往復揺動させる揺動工程をさらに備え、前記プラズマ処理工程では、揺動する測定面に対してプラズマを照射してもよい。これによれば、プラズマを照射する間、プラスチックシンチレータがその測定面と平行な方向に一定速度で往復揺動しているので、プラスチックシンチレータに対して広範囲でプラズマを照射することができる。

本発明のシンチレーション検出器は、親水性を高める表面処理がされた測定面を有するプラスチックシンチレータの前記測定面に液体試料を滴下して作製されたシンチレーション測定用試料体を設置する試料体設置部と、前記試料体設置部に設置されたシンチレーション測定用試料体を測定する光電子増倍管と、前記試料体設置部及び前記光電子増倍管を遮蔽する遮蔽体と、を備え、前記遮蔽体には、前記シンチレーション測定用試料体を前記試料体設置部に差し込んで取り付けるための取付口が設けられているものである。

本発明のシンチレーション検出器によれば、試料体設置部と光電子増倍管とを遮蔽体で覆うという簡易な構成とすることでシンチレーション検出器の小型化が可能となる。試料体設置部の取付口が遮蔽体に設けられているので、シンチレーション検出器に試料体を容易に設置することができる。

本発明のシンチレーション検出器の一態様において、前記試料体設置部には、前記シンチレーション測定用試料体に取付け可能なアダプタが設けられ、前記アダプタが、前記取付口を介して前記試料体設置部に取り付けられてもよい。これによれば、シンチレーション測定用試料体に対してアダプタを取り付けることで、試料体設置部への取付が容易となる。この態様において、前記試料体設置部には、前記アダプタを固定する固定手段と、前記固定手段に前記アダプタが固定されたことを検出する検出手段と、前記試料体設置部に設置されたシンチレーション測定用試料体と前記光電子増倍管との間に位置する開閉手段と、が設けられ、前記検出手段の検出結果に基づいて、前記開閉手段の開閉動作を制御する動作制御手段をさらに備えていてもよい。これによれば、光電子増倍管に対して外部からの光の影響を与えることを防ぐことができる。

本発明のシンチレーション検出器の一態様において、前記試料体設置部には、前記シンチレーション測定用試料体が設置された内部空間を乾燥させる乾燥手段が設けられていてもよい。これによれば、試料体設置部内部でシンチレーション測定用試料体を乾燥させることができるので、測定効率を高めることができる。

以上、説明したように、本発明によれば、プラズマ処理が施された測定面に試料を滴下すると、その測定面に沿って試料が従来よりも広範囲に亘って広がり、効率の高い測定が可能となる。

本発明の一形態に係るプラスチックシンチレータを用いた液体シンチレーション検出器での試料の測定を説明する概念図。未処理ＰＳに対してプラズマ処理をするプラズマ照射装置を示した概略図。未処理ＰＳにプラズマ照射する様子を撮像した画像を示す図。１分間プラズマを照射したＰＳの測定面を走査型プローブ顕微鏡で観察した画像を示す図。１分間プラズマを照射したＰＳの測定面を走査型プローブ顕微鏡で観察した画像を示す図。未処理ＰＳの測定面を走査型プローブ顕微鏡で観察した画像を示す図。未処理ＰＳの測定面を走査型プローブ顕微鏡で観察した画像を示す図。プラスチックシンチレータに試料を滴下してプラズマの照射の有無を比較した画像を示す図。ＰＳに滴下した試料を説明する模式図。未処理ＰＳに滴下した試料を説明する模式図。ダブルＰＳを説明する模式図。プラズマ照射時間を変えたＰＳを用いて試料を測定した場合の測定効率を示したグラフ。液体シンチレーション検出器でＰＳを用いて測定した場合の計数率と放射能との関係を示すグラフ。ＰＳを用いて測定した主なベータ線放出核種のスペクトルを示したグラフ。本発明の一形態に係るシンチレーション検出器の概略図。試料体設置部の要部を示す斜視図。試料体設置部の断面図。シンチレーション検出器の制御系の構成を示す機能ブロック図。ＰＣの各制御部及びデータ処理部が実行する測定実行処理を示すフローチャート。第１の手順において、揺動する未処理ＰＳにプラズマを照射することを説明する図。プラズマ照射に使用するガスの種類を変更して作成された複数種類のＰＳの測定面の結合エネルギー分布を示したグラフ。ダブルＰＳと、比較例として試料を２枚の未処理ＰＳで挟み込んだダブル未処理ＰＳとを撮像した画像。乾燥剤の有無で比較したプラスチックシンチレータの測定効率を示すグラフ。シリカゲルビーズを設置したガラスバイアルの斜視図。変形例に係るシンチレーション検出器の要部を示す概念図。

図１は、本発明の一形態に係るプラスチックシンチレータ１を用いた液体シンチレーション検出器２０での試料３の測定を説明する概念図である。プラスチックシンチレータ１（以下、ＰＳ１と省略する。）は、シート状、フィルム状、あるいは板状の本体１ａを有する。試料３に応じてＰＳ１の厚さや形状を適宜変更してよい。本体１ａの表面には、試料３を滴下する測定面１ｂが設けられている。ＰＳ１の本体１ａは、放射性核種の吸収性を有するポリスチレン等のプラスチックに蛍光物質を混ぜた周知の組成で構成される。一例として、サンゴバン株式会社製プラスチックシンチレータＢＣ−４００（０．５［ｍｍ］厚）を利用し、４５［ｍｍ］×１４［ｍｍ］のシート状とした。

まず、第１の手順として、プラズマ処理がされていない未処理のプラスチックシンチレータ（以下、未処理ＰＳと省略する。）２に対して、プラズマ照射装置１０を用いて測定面２ｂにプラズマを照射する。プラズマが照射された測定面２ｂ（以下、プラズマが照射された未処理ＰＳ２をプラスチックシンチレータ１という。）は改質される。なお、詳細は後述する。

第２の手順では、ＰＳ１の測定面１ｂに試料３を滴下する。測定面１ｂにはプラズマが照射され、表面が改質される。その結果、測定面１ｂに沿って試料３が従来よりも広範囲に亘って広がることが確認された。ここで滴下される試料３は、液体試料である。なお、詳細は後述する。

第３の手順では、試料３が滴下されたＰＳ１をガラスバイアル２１にセットし、液体シンチレーション検出器２０に装着して放射線を測定する。従来液体シンチレーション検出器２０で用いられている液体シンチレータと同様、ガラスバイアル２１にセットして放射線により生じる蛍光を測定することができる。液体シンチレーション検出器２０として、周知技術を利用してよい。なお、図１では、後述するダブルＰＳ１Ｄをガラスバイアル２１にセットした図を示している。

図２は、未処理ＰＳ２に対してプラズマ処理をするプラズマ照射装置１０を示した概略図である。プラズマ照射装置１０として例えば、インパルス型高周波装置が用いられる。プラズマ照射装置１０は、プラズマを照射するための石英ガラス管１１と、高圧電源１２から電圧が印加されるリング電極１３と、接地されたリング電極１４とを備えている。一例として、リング電極１３、１４間の間隙Ｇは、１［ｍｍ］、リング電極１４から延びる石英ガラス管１１の長さＬは、６０［ｍｍ］、リング電極１４の幅Ｗは、１０［ｍｍ］である。リング電極１３の開口からアルゴンガスが供給され、電圧の印加により生じたプラズマが石英ガラス管１１の開口から照射される。

図３は、未処理ＰＳ２にプラズマ照射する様子を撮像した画像である。図３は、上述の第１の手順に対応する画像である。このときのインパルス型高周波装置の動作設定として、高圧電源１２から出力される電圧が１０［ｋＶ］、高周波が１０［ｋＨｚ］、供給されるアルゴンガスの流量が４［Ｌ／ｍｉｎ］である。また、石英ガラス管１１の開口と、未処理ＰＳ２の測定面２ｂとの間隙が５［ｍｍ］である。このようにして、未処理ＰＳ２にプラズマ照射することにより、ＰＳ１を作製できる。なお、利用可能なプラズマの種類として、図１及び図２に示したような誘電体バリア放電を用いて発生させるＤＢＤプラズマ以外に、インバータ電源を用いて真空で発生させるインバータプラズマや、大気圧下で発生させるマルチガスプラズマ等の周知の方法で発生させる各種のプラズマがある。周知のプラズマを利用してよい。

図４Ａ及び図４Ｂは、ＰＳ１Ａの測定面１ｂを走査型プローブ顕微鏡で観察した画像である。図４Ａは１０［μｍ］×１０［μｍ］の範囲のＰＳ１Ａの測定面１ｂを撮像したものであり、図４Ｂは１［μｍ］×１［μｍ］の範囲のＰＳ１Ａの測定面１ｂを撮像したものである。また、図５Ａ及び図５Ｂは、比較として、未処理ＰＳの測定面１ｂを同様に走査型プローブ顕微鏡で観察した画像である。図５Ａは１０［μｍ］×１０［μｍ］の範囲の未処理ＰＳ２の測定面１ｂを撮像したものであり、図５Ｂは１［μｍ］×１［μｍ］の範囲の未処理ＰＳ２の測定面１ｂを撮像したものである。１０［μｍ］幅の画像を示す図４Ａ及び図５Ａを比較しても目立った差異は確認できないが、１［μｍ］幅の画像を示す図４Ｂ及び図５Ｂを比較するとＰＳ１Ａの測定面１ｂには凹凸が生じていることが確認できる。プラズマ照射による改質の結果、高低差１００［ｎｍ］以下の微細な凹凸が生じている。

図６は、測定面１ｂに試料３を滴下してプラズマの照射の有無を比較した画像である。図６は、上述の第２の手順に対応する画像である。図６には、上述したプラズマ照射装置１０による設定で１分間プラズマを照射したＰＳ１Ａと、同様に３分間プラズマを照射したＰＳ１Ｂと、未処理ＰＳ２とが示されている。また、各ＰＳ１Ａ、１Ｂ、２の測定面に滴下した試料３は、２０［μＬ］のトリチウム水（化学式はＨＴＯ又はＨ^３ＨＯで表記される。）である。未処理ＰＳ２に滴下された試料３は、プラスチックの疎水性により試料３が盛り上がっていることが確認される。一方、プラズマを照射したＰＳ１Ａ及びＰＳ１Ｂでは、表面張力が低下し、試料３との接触表面積が大きくなる。１分間プラズマを照射したＰＳ１ＡでもＰＳ１Ｂと同程度まで接触表面積が広がっており、十分な改質作用が得られていることがわかる。接触表面積が大きくなれば、試料３の放射線エネルギーがＰＳ１に多く届くため、測定効率を高めることができる。

図１８は、プラズマ照射に使用するガスの種類を変更して作成された複数種類のＰＳ１の測定面１ｂの結合エネルギー分布を示したグラフである。このグラフは、ＸＰＳ分析を利用して得られ、横軸は結合エネルギー［ｅＶ］、縦軸は相対計数である。分析に使用したＰＳ１はそれぞれ作成時のプラズマ照射に使用したガスが異なり、図１８のグラフ中、酸素を使用したものを線Ｌ１、二酸化炭素と酸素とを混合したガスを使用したものを線Ｌ２、窒素を使用したものを線Ｌ３、空気を使用したものを線Ｌ４、二酸化炭素を使用したものを線Ｌ５、アルゴンと酸素とを混合したガスを使用したものを線Ｌ６、アルゴンを使用したものを線Ｌ７、比較例として未処理ＰＳ２を線Ｌ０でそれぞれ示している。結果、未処理ＰＳ２（線Ｌ０）に対して、いずれかのプラズマ処理をしたＰＳ１（線Ｌ１〜Ｌ７）では、結合エネルギーが２８９［ｅＶ］付近で相対計数が増加していることから、Ｃ＝Ｏ結合の割合が増えていることがわかり、親水基が付与されていることがわかる。したがって、図４Ｂで示された凹凸及び試料３の接触表面積が大きくなること、及び親水基が付与されていることから、プラズマ照射により測定面１ｂに親水性が付与されているといえる。

図７Ａ及び図７Ｂは、ＰＳ１及び未処理ＰＳ２に滴下した試料３を説明する模式図である。図７Ａに示すように、ＰＳ１の測定面１ｂはプラズマ処理による凹凸が生じて、親水性が付与されていると推察される。これにより、試料３と、ＰＳ１との接触表面積が広がっている。一方で、図７Ｂに示すように未処理ＰＳ２の測定面では、プラスチックの疎水性により試料３がはじかれて盛り上がる。なお、ＰＳ１は測定面１ｂへのプラズマ処理により試料３の接触表面積が広がるが、試料３の濃度等の条件によって広がりの大小が異なることが確認されている。しかし、未処理ＰＳ２と比較すると、プラズマ処理されたＰＳ１の接触表面積は広がっている。

次に、上述した第３の手順である、液体シンチレーション検出器２０による測定について詳述する。試料３を滴下したＰＳ１は、ガラスバイアル２１にセットされ、液体シンチレーション検出器２０にて測定される。ガラスバイアル２１へのセットの方法としては、図７Ａに示すように、試料３が滴下された１枚のＰＳ１（シングルＰＳ１Ｓということがある。）と、図８に示すように、試料３を２枚のＰＳ１の測定面１ｂで挟み込んだダブルＰＳ１Ｄとの２通りの方法がある。ダブルＰＳ１Ｄのようにすると試料３が２枚のＰＳ１で挟まれるため、ダブルＰＳ１Ｄの接触表面積は、シングルＰＳ１Ｓに比べてさらに広がる。特に、ダブルＰＳ１Ｄでは、プラズマ処理された測定面１ｂで挟み込むため、試料３が薄く広がることが確かめられている。なお、未処理ＰＳ２で試料３を挟み込んだ場合、プラスチックの疎水性のため試料３の輪郭が目視で確認される。図１９は、ダブルＰＳ１Ｄと、比較例として試料３を２枚の未処理ＰＳ２で挟み込んだダブル未処理ＰＳ２Ｄとを撮像した画像である。

図９は、プラズマ照射時間を変えたＰＳ１を用いて試料３を測定した場合の測定効率を示したグラフである。図９のグラフは、紙面左側から順番に、液体シンチレータで測定したデータＬｑ、シングルの未処理ＰＳ２で測定したデータＮｓ、ダブルの未処理ＰＳ２で測定したデータＮｄ、プラズマ処理を３分間施したシングルＰＳ１Ｓで測定したデータＰｓ３、プラズマ処理を２分間施したシングルＰＳ１Ｓで測定したデータＰｓ２、プラズマ処理を１分間施したシングルＰＳ１Ｓで測定したデータＰｓ１、プラズマ処理をそれぞれ３分間施したダブルＰＳ１Ｄで測定したデータＰｄ３、プラズマ処理をそれぞれ２分間施したダブルＰＳ１Ｄで測定したデータＰｄ２、及びプラズマ処理をそれぞれ１分間施したダブルＰＳ１Ｄで測定したデータＰｄ１を示している。

液体シンチレータを用いたデータＬｑと比較して未処理ＰＳ２を用いたデータＮｓ、Ｎｄは、いずれも測定効率が低く実用に耐えないことを示しているが、プラズマ処理を施したＰＳ１で測定すると少なくとも１０［％］以上測定効率が向上する。特に、ダブルＰＳ１Ｄで測定すると、液体シンチレータで測定した場合と同等の効率が得られることがわかる。未処理ＰＳ２に対して、１分間以上プラズマを照射することで、測定効率が改善することが確認された。

図１０は、シンチレーション検出器でＰＳ１を用いて測定した場合の計数率（ｃｏｕｎｔｓｐｅｒｍｉｎｕｔｅ）と放射能（ベクレル）との関係を示すグラフである。異なる濃度（図１０では７つの異なる濃度）の試料をそれぞれ繰り返し数３で測定した結果である。計数率に対する放射能の量が一定している。つまり、本発明のＰＳ１を用いた測定において、定量性が確保されていることが示されている。

従来、液体シンチレーション検出器では、ベータ線放出核種で標識された化合物からなる試料を液体シンチレータ内に溶かすため、溶けた試料自体が放射線によって発光した蛍光を遮ってしまう現象が生じる。このため、蛍光の減衰（クエンチング）が起こる。このクエンチングの程度は、試料毎に異なるため、スペクトルを測定しても液体シンチレータに溶けている放射性核種の種類は同定（特定）することができない問題があった。研究に用いる場合は、使用した放射性核種が明らかなため問題はないが、汚染検査等では、汚染原因となった核種が不明なため、十分な測定ができない。

上述の形態で、試料３としてベータ線放出核種のトリチウム水（化学式はＨＴＯ又はＨ^３ＨＯで表記される。）を用いているが、トリチウム水は、次世代エネルギーとして期待されている核融合開発では必ず発生するものであり、環境へのリークが懸念される核種である。このため、トリチウム水の測定は今後重要となるが、現段階では、環境中の水分の濃縮を繰り返した後に液体シンチレータを用いて液体シンチレーション検出器で測定している。測定量が増えると、多量の廃液が発生するおそれがあり、廃棄に負担がかかる。また、液体シンチレータは、発がん性のある有機溶媒と、環境負荷となる界面活性剤と、毒性が強い波長変換剤の混合物であり有害なものでもある。

従って、廃液を発生させずにトリチウム水を高効率で測定できる方法が望まれている。特にトリチウムのベータ線エネルギーは現在知られているベータ線の中で最も小さく最大値が１８．６［ｋｅＶ］、平均値が５［ｋｅＶ］であり、トリチウム水として存在する場合、自身の「水」に吸収されてしまい、直接接している部分でしか蛍光が生じないという問題もある。一方で、放射性廃液がほとんど生じないプラスチックシンチレータで測定する方法についても研究が進んでいるが、プラスチックの性質からトリチウム水の測定ができなかったり、できても測定に時間がかかり効率が悪く、測定者の負担となっている。

本発明のＰＳ１の測定面１ｂに試料３を滴下すると、測定面１ｂに沿って試料３が従来よりも広範囲に亘って広がるため、試料３の放射線を受けて発せられる蛍光の量が多くなり、測定効率が高められる。

本発明では、上述したクエンチングの問題がＰＳ１を用いることで解決する。図１１は、ＰＳ１を用いて測定した主なベータ線放出核種のスペクトルを示したグラフである。図１１のグラフでは、ベータ線放出核種として、トリチウム（^３Ｈ、最大エネルギー１８．６［ｋｅＶ］）ｎ１、炭素１４（^１４Ｃ、最大エネルギー１５６［ｋｅＶ］）ｎ２、硫黄３５（^３５Ｓ、最大エネルギー１６７［ｋｅＶ］）ｎ３、リン３３（^３３Ｐ、最大エネルギー２４９［ｋｅＶ］）ｎ４、カルシウム４５（^４５Ｃａ、最大エネルギー２５７［ｋｅＶ］）ｎ５、及びリン３２（^３２Ｐ、最大エネルギー１７１１［ｋｅＶ］）ｎ６を示している。

従来の液体シンチレータを用いた測定では、上述の全てのスペクトルがクエンチングによりグラフ左側にシフトするが、その割合は試料毎に異なるため同定が困難であった。本発明では、図１１に示すように放射性核種の同定が可能となる。特に多用される炭素１４ｎ２及び硫黄３５ｎ３の同定は不可能とされていたが、これが可能であることが示されている。このように、本発明のＰＳ１を用いることにより、今まで不可能とされていた最大エネルギーの近いベータ線放出核種を識別することができる。

本発明では、液体シンチレータを用いずに簡易な方法で試料を測定できる。プラスチックシンチレータを用いるので放射性廃液が生じず、さらに、液体シンチレータのように廃液の付着したバイアルの洗浄が不必要となり、作業者の負担が軽減される。また、人体に対する有害性がなく、環境低負荷である。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本形態では、試料３としてトリチウム水で説明したがこれに限られない。例えば、他の放射性化合物に標識した核種である^３Ｈ、^１４Ｃ、^３５Ｓ等でも測定可能である。また、シンチレーション検出器は、液体シンチレーション検出器２０に限定されない。本発明のプラスチックシンチレータ１は、液体シンチレータを測定する装置として広く普及している液体シンチレーション検出器２０で利用できるが、各種のシンチレーション検出器等でも利用できる。また、未処理ＰＳ２の測定面２ｂに対してプラズマを照射してＰＳ１を作製する場合に、測定面２ｂの全面にプラズマを照射してもよいし、一部分のみを照射してもよい。試料３の滴下や測定時の条件に応じて適宜の変更が可能である。

また、本発明のプラスチックシンチレータ１を測定する装置として、以下に説明するシンチレーション検出器を用いてもよい。図１２は、本発明の一形態に係るシンチレーション検出器の概略図を示している。シンチレーション検出器３０は、シンチレーション測定用試料体としての試料体５を設置する試料体設置部３１と、試料体設置部３１に設置された試料体５を測定する一対の光電子増倍管３２と、試料体設置部３１及び一対の光電子増倍管３２を遮蔽する遮蔽体３３とを備えている。なお、試料体５は、測定面１ｂに試料３が滴下されたＰＳ１のことをいい、図７Ａに示すシングルＰＳ１Ｓや、図８に示すダブルＰＳ１Ｄは、試料体５の一例である。本形態においては、試料体５としてダブルＰＳ１Ｄを用いて説明する。

試料体設置部３１には、試料体取付部４１と、乾燥手段としての乾燥剤取付部４２と、開閉手段としての開閉部４３とが設けられている。試料体設置部３１において試料体５は、その測定面１ｂが垂直方向に対して平行となるように設置される。図１３は、試料体設置部３１の要部を示す斜視図、図１４は、試料体設置部３１の断面図である。試料体取付部４１には、試料体５に取り付けるアダプタ４４と、アダプタ４４を試料体設置部３１に差し込んで取り付けるための取付口４５と、アダプタ４４をスライド移動させて案内するガイド４６と、アダプタ４４を固定する固定手段としての固定部４７と、アダプタ４４の取付けを検出する検出センサとしての検出センサ４８とが設けられている。アダプタ４４には、試料体５の周囲を保持する保持部材４４ａと、保持部材４４ａに保持された試料体５を固定する固定部材４４ｂとが設けられている。保持部材４４ａはコの字型の形状を有し、内周面には試料体５を案内する溝４４ｃが設けられている。試料体５は、保持部材４４ａの開口４４ｄから挿入され、溝４４ｃに案内されて周囲を保持される。また、保持部材４４ａの外周面の上面及び下面にはそれぞれ凸部４４ｅが設けられ、ガイド４６の溝４６ａに案内される。固定部材４４ｂは、保持部材４４ａの開口４４ｄ側に取り付けられて試料体５を固定する。固定部材４４ｂは、遮蔽体３３と同様の材料で構成される。アダプタ４４は、試料体５のサイズに応じて適宜設計変更してよい。

取付口４５は、遮蔽体３３の外周側に設けられる。このため、取付口４５を介して試料体５を試料体設置部３１に取り付けることができる。取付口４５には、開閉扉４５ａが設けられている。開閉扉４５ａは両開き扉で、各扉は閉じる向きにばね等で付勢されている。アダプタ４４を取付口４５に差し込むと開閉扉４５ａは奥側に向けて押し込まれるようにして開き、アダプタ４４を取り出すと開閉扉４５ａは付勢力により閉じられる。ガイド４６には、アダプタ４４の凸部４４ｅと嵌り合って案内する溝４６ａが設けられている。固定部４７は、アダプタ４４側に設けられた受け部（不図示）と噛み合ってアダプタ４４を固定する。アダプタ４４が固定されると、試料体５は、放射線を測定する測定位置に位置する。固定部４７として、例えば、押す毎にロックと解除を繰り返すプッシュ式のラッチ機構等の公知の構成を利用してよい。検出センサ４８は、固定部４７へのアダプタ４４の接触を検出する。検出センサ４８は、接触センサや光電センサ等周知の各種センサを利用してよい。検出センサ４８は、固定部４７に設けられていなくてもよく、例えば、適宜の位置へのアダプタ４４の進入を検出する構成としてもよい。

乾燥剤取付部４２は、試料体取付部４１の下方に設けられ、乾燥剤４９を出し入れするためのケース４２ａが設けられている。乾燥剤４９として、例えば、シリカゲル、ゼオライト等の吸湿剤が用いられる。また、乾燥剤取付部４２と試料体取付部４１との間の仕切りには、通気孔４２ｂが設けられている。これにより、試料体５が設置された試料体設置部３１の内部空間を乾燥させ、試料体５の乾燥を促進させている。また、乾燥剤取付部４２には、閉じる方向にばね等で付勢されている開閉扉４２ｃが設けられている。開閉扉４２ｃ及びケース４２ａの操作面４２ｄは、遮蔽体３３と同様の材料で構成してもよい。開閉部４３には、開閉駆動機構（不図示）を有する開閉扉４３ａが設けられている。開閉扉４３ａは、光電子増倍管３２に対向して設けられ、放射線を測定するときに開き、測定していないときには閉じるように制御される。開閉部４３は、周知のシャッター機構を利用してよい。

光電子増倍管３２は、放射線を測定する周知の光電子増倍管を利用してよい。本形態の光電子増倍管３２として、例えば、ベータ線測定用サーベイメータに使用される１／２インチ径の小型の光電子増倍管を利用してよい。各光電子増倍管３２は、対向して設置され、同時計数方式が採用されている。また、試料体設置部３１の開閉扉４５ａ、４３ａは常時付勢されているので、光電子増倍管３２に対して遮蔽状態を保つことが可能である。遮蔽体３３は、光電子増倍管３２への自然放射線の影響を排除するため、金属、例えば鉛で形成される。あるいは、遮蔽体３３として外側から鉛、鉄、アクリル等の順番で層状にした壁で囲ってもよい。これにより、鉛で外部からの自然放射線を防ぎながら、鉄、アクリルで鉛の含有放射線による影響を排除することができる。これらは一例であり、遮蔽体３３に用いる材料や、壁の層の構成は適宜変更してよい。また、アダプタ４４の固定部材４４ｂ、開閉扉４２ｃ及びケース４２ａの操作面４２ｄについて遮蔽体３３と同様の材料で構成されるとして説明したが、互いに異なる構成であってもよい。

試料体設置部３１と光電子増倍管３２とを遮蔽体３３で覆うという簡易な構成とすること、及びデータ処理をＰＣ３４で実行させるようにすることで、シンチレーション検出器３０の小型化が可能となる。また、試料体設置部３１の取付口４５が遮蔽体３３に設けられているので、シンチレーション検出器３０に試料体５を容易に設置することができる。試料体設置部３１は、シンチレーション検出器３０の内部で測定対象の試料体５を隔離するように構成されているため、試料体５からの試料遺漏の影響を他の構成部材に及ぼさない。なお、シンチレーション検出器３０の重量は９［ｋｇ］以下が好ましく、寸法は幅１［ｍ］以下が好ましい。シンチレーション検出器３０に用いる光電子増倍管３２の種類や、遮蔽体３３の構成は、小型化を考慮して決定してよい。

シンチレーション検出器３０は、パーソナルコンピュータ（以下、ＰＣと省略する。）３４と接続される。ＰＣ３４は、周知のコンピュータ機器を利用してよい。図１５は、シンチレーション検出器３０の制御系の構成を示す機能ブロック図である。ＰＣ３４は、試料体設置部３１及び光電子増倍管３２の動作を制御するためのプログラムを実行することにより、ＰＣ３４のコンピュータハードウエア（ＣＰＵ及びその動作に必要な内部記憶装置としてのメモリを含む。）とソフトウエアとの組合せによって実現される設置部制御部５１、ＰＭＴ制御部５２及びデータ処理部５３が論理的装置として設けられる。設置部制御部５１は、試料体設置部３１の検出センサ４８の検出結果に基づいて開閉部４３の開閉動作を制御する。ＰＭＴ制御部５２は、光電子増倍管３２の動作を制御する。データ処理部５３は、光電子増倍管３２から得られるデータを処理する。ＰＣ３４には、記憶装置５４が設けられ、データ処理部５３で処理された測定データ５５を記憶する。記憶装置５４は、ハードディスクアレイ等の記憶ユニットによって実現される外部記憶装置である。

図１６は、ＰＣ３４の各制御部５１、５２及びデータ処理部５３が実行する測定実行処理を示すフローチャートである。図１６のフローチャートに沿って、シンチレーション検出器３０の動作を説明する。試料体制御部５１は、検出センサ４８からの検出信号があるか否かを判別する（ステップＳ１）。試料体５に取り付けられたアダプタ４４が試料体設置部３１の取付口４５に差し込まれると、アダプタ４４の受け部が固定部４７と噛み合って固定される。固定部４７にアダプタ４４が固定されると、検出センサ４８による検出信号が試料体制御部５１に送信される。検出信号を受信すると、試料体制御部５１は、開閉部４３の開閉扉４３ａを開くように開閉駆動機構の動作を制御する（ステップＳ２）。一方、検出信号が受信されない場合、試料体制御部５１は、開閉部４３の開閉動作を禁止し（ステップＳ３）、ステップＳ１に戻る。

ステップＳ２で開閉扉４３ａが開かれると、測定者によるＰＣ３４の操作に応じて、ＰＭＴ制御部５２は、光電子増倍管３２を動作させ、放射線を測定する（ステップＳ４）。放射線測定後、データ処理部５３は、得られた測定結果に基づいて測定データ５５を生成し（ステップＳ５）、今回の処理を終了する。ステップＳ４及びステップＳ５の処理は、周知技術を利用してよく、詳細な説明は省略する。アダプタ４４を試料体設置部３１から取り外すと、取付口４５の開閉扉４５ａが閉じるので遮蔽状態が維持される。なお、設置部制御部５１が実行するステップＳ１〜Ｓ３の処理が動作制御手段として機能する。

上述した形態では、試料体設置部３１を遮蔽体３３に固定された形態で説明したが、これに限られない。例えば、試料体設置部３１を遮蔽体３３に対して着脱可能に構成してもよい。この場合において、試料体設置部３１に設けられている開閉扉４５ａを遮蔽体３３に設け、遮蔽状態を維持するようにしてもよい。また、上述した形態では、２つの光電子増倍管３２を試料体設置部３１の両側に対向するようにして設けられているが、これに限られない。試料体設置部３１の片側に１つの光電子増倍管３２を設けてもよいし、あるいは、径の異なる複数の光電子増倍管を組み合わせて構成するようにしてもよい。また、上述したシンチレーション検出器３０が、高圧電源又は電圧高圧化装置を備えていてもよい。

上述した形態では、シンチレーション検出器３０の測定対象として、ダブルＰＳ１Ｄで説明したがこれに限られない。測定対象として、シングルＰＳ１Ｓでもよい。また、様々なサイズのＰＳ１が測定可能である。測定対象のＰＳ１に応じたアダプタ４４を用いればよい。また、アダプタ４４はなくてもよい。取付口４５に対して出入りする支持体を設け、この支持体に対し試料体５を直接取り付けるようにしてもよい。支持体は、試料体５の縁部を支持するようにすればよい。また、支持体をガラスバイアル２１に利用されているガラスやプラスチックシンチレータと同様の材質等の測定に影響しない材料で形成すればトレイ形状も可能である。

上述した形態では、シンチレーション検出器３０に乾燥剤を使用している。以下、乾燥剤の効果について説明する。図２０は、乾燥剤の有無で比較したプラスチックシンチレータの測定効率を示すグラフである。図２０のグラフは、試料３が滴下されたＰＳ１をガラスバイアル２１にセットし、液体シンチレーション検出器２０に装着して放射線を測定した結果である。乾燥剤としてシリカゲルビーズ４９ａ（和光純薬工業株式会社製、シリカゲル、大粒状（白色））を１５粒、ガラスバイアル２１の底部に設置した。図２１は、シリカゲルビーズ４９ａを設置したガラスバイアル２１の斜視図を示す。

図２０のグラフ中、シリカゲルビーズ４９ａを設置したガラスバイアル２１でプラズマ処理したダブルＰＳ１Ｄを測定した結果を線Ｌ１１に、シリカゲルビーズ４９ａを設置したガラスバイアル２１でプラズマ処理したシングルＰＳ１Ｓを測定した結果を線Ｌ１２に、シリカゲルビーズ４９ａを設置したガラスバイアル２１でプラズマ未処理のダブル未処理ＰＳ２Ｄを測定した結果を線Ｌ１３に、シリカゲルビーズ４９ａを設置したガラスバイアル２１でプラズマ未処理のシングル未処理ＰＳ２を測定した結果を線Ｌ１４にそれぞれ示している。図２０のグラフの横軸は経過時間［ｈ］、縦軸は測定効率［％］である。また、図２０のグラフ中、比較例としてシリカゲルビーズ４９ａを設置していないガラスバイアル２１で測定した結果を線Ｌ１５〜１８に示す。線Ｌ１５はプラズマ処理したダブルＰＳ１Ｄの測定結果、線Ｌ１６はプラズマ処理したシングルＰＳ１Ｓの測定結果、線Ｌ１７はプラズマ未処理のダブル未処理ＰＳ２Ｄの測定結果、線Ｌ１８はプラズマ未処理のシングル未処理ＰＳ２の測定結果をそれぞれ示している。この測定に用いたプラスチックシンチレータには、アルゴンガスを用いて１分間ＤＢＤプラズマ処理した。また、試料３として、３３Ｂｑ−５μＬのトリチウム水をそれぞれ同量滴下した。各プラスチックシンチレータは、試料３を滴下した１時間後から時間間隔をおいて複数回、１回２分間の測定を３４時間後まで行った。

測定結果から、シリカゲルビーズ４９ａを設置していないプラスチックシンチレータは安定した測定効率が得られるまで６時間程度を要しているが、シリカゲルビーズ４９ａを設置したプラスチックシンチレータは、測定を開始した直後、シリカゲルビーズ４９ａを設置したガラスバイアル２１でプラズマ処理したダブルＰＳ１Ｄ（線Ｌ１１）やシングルＰＳ１Ｓ（線Ｌ１２）であれば１時間後から安定した測定効率が得られていることがわかる。また、シリカゲルビーズ４９ａの有無で比較すると、若干ではあるが、シリカゲルビーズ４９ａを設置した結果の方がより高い効率が得られた。図２０の実験では、実験の都合上１〜２時間後から計測が開始されているため、一定となる測定効率は１〜２時間後の結果からしか得られていないが、実際には１時間以内でも安定した測定効率が得られることが十分に想定できる。なお、図２０の実験において１試料の測定は、２分間で十分な感度を有している。また、シンチレーション検出器３０に乾燥剤４９を設置した場合でも、測定開始後に一定の測定効率を得るまでに要する時間は数分から数十分で可能であり、従来より大幅な短縮が類推できる。

また、シンチレーション検出器３０は、上述した形態に限られない。例えば、試料体設置部３１を試料循環型の構成としてもよい。図２２は、変形例に係るシンチレーション検出器３０Ａの要部を示す概念図であり、シンチレーション検出器３０Ａの試料体設置部３１Ａが示されている。なお、シンチレーション検出器３０Ａにおいて、試料体設置部３１Ａ以外の構成は上述したシンチレーション検出器３０と同様の構成としてよい。試料体設置部３１Ａには、少なくとも１つのプラスチックシンチレータ１Ｃ（図２２では、３つのＰＳ１Ｃが示されている。）を設置可能な設置部６１と、試料３が入った試料容器６２と、試料容器６２内の試料３を設置部６１に送るポンプ６３と、設置部６１から排出された試料を貯留する廃液容器６４とが設けられている。設置部６１には、少なくとも１つのＰＳ１Ｃが設置され、ポンプ６３で送られてきた試料３がＰＳ１Ｃに供給される。ＰＳ１Ｃの測定面には、細い溝が設けられており、この細い溝に試料３が供給される。設置部６１に複数のＰＳ１Ｃが設置されている場合、各ＰＳ１Ｃは連結され、試料３が各ＰＳ１Ｃを流れる。廃液容器６４の代わりに、試料容器６２に戻す構成としてもよい。このような試料循環型の試料体設置部３１Ａの構成は、周知技術を利用してよい。また、使用するＰＳ１Ｃの形状は、筒型としてもよい。

また、上述した第１の手順において、未処理ＰＳ２に対して測定面２ｂにプラズマを照射する際に、未処理ＰＳ２を測定面２ｂと平行な方向に一定速度で往復揺動させてもよい。この場合において、プラズマ照射装置１０は、揺動する測定面２ｂに対してプラズマを照射する。未処理ＰＳ２を揺動させる装置として、振とう装置６０が設けられている。図１７は、第１の手順において、揺動している未処理ＰＳ２にプラズマを照射することを説明する図である。振とう装置６０として、周知の各種振とう式恒温水槽や、各種振とう器等の振とう装置を利用してよい。振とう装置６０が、未処理ＰＳ２を一定速度で往復揺動させ、プラズマ照射装置１０が一定距離からプラズマを照射する。これにより、振とう装置６０を設けない場合に比べて未処理ＰＳ２に対して広範囲でプラズマを照射できる。

Claims

放射性物質を含んだ被測定物としての液体試料の放射線を受けて蛍光物質から発せられる蛍光を検出するシンチレーション検出器に用いられるプラスチックシンチレータであって、
前記蛍光物質が混ぜられ、かつ親水性を高める表面処理がされた測定面を備えたプラスチックシンチレータ。
前記シンチレーション検出器で測定の対象となる液体試料をそれぞれの測定面で挟み込むために２枚の前記プラスチックシンチレータを１組とする請求項１に記載のプラスチックシンチレータ。
放射性物質を含んだ被測定物としての液体試料の放射線を受けて蛍光物質から発せられる蛍光を検出するシンチレーション検出器に用いられるシンチレーション測定用試料体であって、
前記蛍光物質が混ぜられた少なくとも１枚のプラスチックシンチレータを含み、前記プラスチックシンチレータの測定面に親水性を高める表面処理がされ、前記測定面に沿って前記被測定物による液膜が形成されているシンチレーション測定用試料体。
前記測定面を有する２枚のプラスチックシンチレータが、それぞれの測定面間に前記被測定物が挟み込まれるようにして重ね合わされている請求項３に記載のシンチレーション測定用試料体。
前記被測定物がトリチウム水である請求項３又は４に記載のシンチレーション測定用試料体。
放射性物質を含んだ被測定物としての液体試料の放射線を受けて蛍光物質から発せられる蛍光を検出するシンチレーション検出器に用いられるプラスチックシンチレータの作製方法であって、
前記蛍光物質が混ぜられたプラスチックシンチレータの測定面にプラズマを照射してその表面を改質するプラズマ処理工程を備えたプラスチックシンチレータの作製方法。
前記プラスチックシンチレータを前記測定面と平行な方向に一定速度で往復揺動させる揺動工程をさらに備え、
前記プラズマ処理工程では、揺動する測定面に対してプラズマを照射する請求項６に記載のプラスチックシンチレータの作製方法。