JP6507439B1

JP6507439B1 - 地中トリウム埋設の探査装置及び方法

Info

Publication number: JP6507439B1
Application number: JP2018188810A
Authority: JP
Inventors: 道教茂木; 弘菅井
Original assignee: 株式会社スリー・アール
Priority date: 2018-10-04
Filing date: 2018-10-04
Publication date: 2019-05-08
Anticipated expiration: 2038-10-04
Also published as: JP2020056738A

Abstract

【課題】地表面においてバックグラウンドの影響に配慮することなく地中にトリウムが埋設されているかを探査するための探査装置／方法を提供する。【解決手段】本発明の探査装置１００は、（ａ）隣り合う２つの放射線検出器２、３と、（ｂ）一方の放射線検出器２の検出部４の周囲を覆う第１の放射線遮蔽体６と、（ｃ）他方の放射線検出器３の検出部２の前面８を除いた周囲を覆う第２の放射線遮蔽体７と、（ｄ）２つの放射線検出器で測定された２つのγ線スペクトル（計数）の差分を求めるための処理手段１２と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、地中にトリウムが埋設されているかを探査するための探査装置及び方法に関し、より具体的には、地表面において放射線検出器を含む探査装置により地中のトリウムの埋設の有無を探査する探査方法に関する。

地中にあるウラン（^２３８Ｕ）、トリウム（^２３２Ｔｈ）、カリウム（^４０Ｋ）などの天然放射性元素を探査する方法として、古くから放射能を利用した地質調査法を意味する自然放射能探査法が行われている。例えば、非特許文献１は、その自然放射能探査法の１つとして、ハンドボーン携帯用γ線分析装置を使用して地表面からγ線を測定するγ線スペクロトメトリを用いた放射能探査法により、岩盤の風化度と^２３８Ｕ、^２３２Ｔｈ、^４０Ｋなどの天然放射性元素の移動性とを調査した結果を開示している。

非特許文献１に開示されるような地表面からの放射能探査では、地表面での線量率測定によって地中のトリウム等の存在の有無を検知する必要があるが、測定値がその場所でのバックグラウンド値よりも有意な高い値を示す必要がある。しかし、測定場所によってバックグラウンド値は変化しており、測定値の微小な変動を検知することは難しい状況にある。また、埋設されているトリウム等からのγ線は土壌によって遮蔽されており、地表面まで到達するγ線量は少なくなるので、地表面での線量率による検知は難しくなる。

特許文献１は、測定場所でのバックグラウンドの影響を除去するために、底と周囲壁とを有し、周囲壁に横開口を備えた筒状の遮蔽体を用意し、放射線計測器の検出部を遮蔽体の中に入れた状態で、土壌に形成した縦穴の中に挿入し、遮蔽体の深さ位置での放射線量を計測することを特徴とする地中放射線量の計測方法を開示する。

特許文献２は、地表からの単位深さにおける放射線量を実測し、その地表から採取された土壌サンプルの単位長さとその密度との積を地中深さ（ｇ／ｃｍ^２）とし、この地中深さに対応する放射線量の実測値（ｎＧｙ／ｈ）との積を放射線量面積とし、この面積を土地利用形態に応じて相違する換算係数で割算することを開示する。

しかし、特許文献１は、地表面から地中へ縦穴を掘って測定を行う方法であり、特許文献２は、地表から土壌を採取して測定を行う方法であり、いずれも地表面で測定装置のみを用いてバックグラウンドの影響を回避しながら地中のトリウムの埋設の有無を探査する方法を開示するものではない。

特開２０１４−０１００８８特開２００２−２１４３４８

「放射能探査法の地球化学的調査への応用」、農業工学研究所技報第２０３号、１０１−１１０頁、２００５年

本発明は、地表面においてバックグラウンドの影響に配慮することなく地中にトリウムが埋設されているかを比較的簡易に探査するための探査装置及び方法を提供することを目的とする。

本発明は、地中のトリウム埋設の有無を探査する探査装置を提供する。その探査装置は、（ａ）隣り合う２つの放射線検出器と、（ｂ）一方の放射線検出器の検出部の周囲を覆う第１の放射線遮蔽体と、（ｃ）他方の放射線検出器の検出部の前面を除いた周囲を覆う第２の放射線遮蔽体と、（ｄ）２つの放射線検出器で測定された２つのγ線スペクトル（計数）の差分を求めるための処理手段と、を備える。

本発明は、地中のトリウム埋設の有無を探査する探査方法を提供する。その探査方法は、（ａ）隣り合う２つの放射線検出器を、一方の放射線検出器の検出部の周囲は第１の放射線遮蔽体で覆われ、他方の放射線検出器の検出部の前面を除いた周囲が第２の放射線遮蔽体で覆われている状態で、地表面上に置く工程と、（ｂ）２つの放射線検出器で地表面からのγ線を測定する工程と、（ｃ）２つの放射線検出器で測定された所定のγ線エネルギー範囲での２つのγ線スペクトル（計数）の差分からトリウム埋設の有無を判定する工程と、を含む。

本発明によれば、地表面からコリメートしたγ線を一方の放射線検出器で測定し、他方の放射線検出器でバックグラウンドを測定し、両者の２つのγ線スペクトル（計数）の差分を得る事により、バックグラウンドの影響を除いた状態で地中からのγ線測定によるトリウム埋設の探査を精度及び効率良くかつ簡易に行うことができる。

本発明の一実施形態の探査装置の構成を示す模式図である。本発明の一実施形態の探査装置の放射線遮蔽体の先端部の断面図である。本発明の一実施形態の探査方法の工程を示す図である。本発明の一実施形態のγ線スペクトルの差分を示す図である。図４のγ線スペクトルの差分の８００ｋｅＶ以上でのγ線スペクトルの差分を示す図である。本発明の一実施形態の線量率とγ線スペクトルの差分を示す図である。本発明の一実施形態の８００〜１６００ｋｅＶでの線量率とγ線スペクトルの差分を示す図である。

図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態の地中のトリウム埋設の有無を探査する探査装置（以下、単に探査装置と呼ぶ）の構成を示す模式図である。図１では、探査装置１００が地表面２０に置かれて地中２１からのγ線測定が可能な状態を示している。また、図１では、地中にトリウムを含む層（領域）２２が存在する場合を想定している。地中に埋設されているトリウム含有物、より正確にはトリウム系列に属する核種を含む含有物（以下、単に「トリウム（埋設）」あるいは「トリウム含有物」と呼ぶ）は、土壌によって遮へいされにくい比較的高エネルギーのγ線を放出しているため、これらを捉えることにより地中内のトリウム埋設の有無を推定することが可能となる。

探査装置１００は、収納容器１内に配置された隣り合う２つの放射線検出器２、３を含む。放射線検出器２の検出部４の周囲は、第１の放射線遮蔽体６で覆われている。放射線検出器３の検出部５は、その前面８を除いた周囲が第２の放射線遮蔽体７で覆われている。探査装置１００は、２つの放射線検出器２、３と信号ケーブル９、１０で接続され、測定された２つのγ線スペクトルの差分値などを求めるための処理手段１２をさらに含む。

γ線スペクトルは、γ線のエネルギー毎に検出されたγ線の計数（カウント）を横軸がエネルギーで縦軸が計数のグラフにプロットすることにより得る事ができる。したがって、以下の説明では、γ線スペクトルはγ線の計数（カウント）と同じ意味として用いている。処理手段１２は、例えば、演算処理手段（ＣＰＵ）、メモリ、表示部１３等を備えるパーソナルコンピュータ（ＰＣ）からなる。

収納容器１は、木製、プラスチック製、あるいは金属製の容器からなり、その上部は放射線検出器２、３を出し入れ可能なように開口されており、その底部は放射線検出器３の検出部５の前面８が完全に見えるように一部だけが開口されている。図２は、図１の第１及び第２の放射線遮蔽体６、７の先端面（図１のＡ−Ａ’断面）を示している。収納容器１内で、放射線検出器２の検出部４（図では破線円）は前面も含めて第１の放射線遮蔽体６で覆われており、放射線検出器３の検出部５の前面８と第２の放射線遮蔽体７の先端面が露出している。第１及び第２の放射線遮蔽体６、７は、同一厚さの鉛、鉄、あるいはタングステンなどの重金属を用いることができる。鉛を用いた場合その厚さは例えば約１５ｍｍにすることができる。

収納容器１内で、２つの放射線検出器２、３は、検出部４、５の前面が、第１及び第２の放射線遮蔽体６、７の先端面（図１のＡ−Ａ’断面）から略同一の距離に位置するように配置されている。第２の放射線遮蔽体７は、放射線検出器３の検出部５の前面８へ地表面からのγ線をコリメートするように検出部５の前面８より先に伸びている。放射線遮蔽体７の先端部により地中にむけてコリメートすることで測定の指向性を高めている。これにより、地中方向で所定の角度θ（例えば約６０度）以内のγ線のみを放射線検出器３の検出部５で捉えることができ、周辺のバックグランドの影響を配慮することなく地中方向のみに注目した計測を可能とすることができる。

２つの放射線検出器２、３は、γ線を検知可能なシンチレーション検出器、例えば、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器、あるいはＣｓＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器を用いることができる。シンチレーション検出器を用いた場合、入射するγ線のエネルギーに対応するデジタル信号が出力され、信号ケーブル９、１０を介して処理手段（ＰＣ）１２に入力する。処理手段（ＰＣ）１２では、受信するデジタル信号（測定データ）を処理してγ線スペクトルを表示部１３に表示することができる。

図３は、本発明の一実施形態の探査方法の工程を示す図である。工程Ｓ１において、探査装置１００、より具体的には、２つの隣り合う２つの放射線検出器２、３をトリウム埋設の有無を探査する地表面に置く。この時、図１の模式図で示されるような測定環境（状態）が作られる。工程Ｓ２において、２つの放射線検出器２、３により地表面２０（地中２２）を含む周囲環境からのγ線を測定する。２つの放射線検出器２、３の各々から測定されるγ線のエネルギーに対応するデジタル信号が処理手段（ＰＣ）１２に送られる。

工程Ｓ３において、処理手段（ＰＣ）１２は、受信するデジタル信号（測定データ）を処理してγ線スペクトル（計数）を表示部１３に表示する。その際、２つの放射線検出器２、３の各々から得られるγ線スペクトルの差分を算出する。このγ線スペクトルの差分は、図１の放射線遮蔽体７でコリメートされた開口部から放射線検出器３の検出部５に入射するγ線の測定値（計数）に相当する。

図４は、工程Ｓ３で得られる本発明の一実施形態のγ線スペクトルの差分の例を示す図である。図４は０〜約１６００ｋｅＶのγ線エネルギー範囲での図１の放射線検出器２、３で得られるγ線スペクトルの差分である。グラフａは、汚染されていない山砂約４０ｃｍ厚（密度１．５ｇ／ｃｍ^３）でトリウム線源を遮へいした時のγ線スペクトルの差分である。グラフｂは、セシウム（^１３７Ｃｓ）で汚染した駐車場の砂利の上でのγ線スペクトルの差分である。測定場所表面での空間線量率は、それぞれ０．１１１μＳｖ／ｈ、０．１６２μＳｖ／ｈであるが、全計数値はほぼ同等である。グラフｂでは、^１３７Ｃｓの６６１、７ｋｅＶ近傍のγ線エネルギーでのピークが認められるが、aでは認識できるピークはない。

図５は、図４のγ線スペクトルの差分の８００ｋｅＶ以上のγ線エネルギーでのγ線スペクトルの差分を示す図である。８００ｋｅＶ以上のγ線エネルギー範囲とするのは、^１３７Ｃｓの６６１、７ｋｅＶのγ線を除くためである。トリウム線源を遮へいしたグラフａの計数は、空間線量率が０．１１１μＳｖ／ｈとグラフｂの０．１６２μＳｖ／ｈよりも低いにもかかわらず、明らかにグラフｂの計数よりも大きくなっていることがわかる。図４と比較して、図５の結果は、８００ｋｅＶ以上の、より正確には約８００〜１６００ｋｅＶの範囲のγ線エネルギーでのスペクトルの差分に着目することにより、地中のトリウム線源からのγ線をより精度良く（高ＳＮ比で）検出しやすくなることを示唆している。測定するγ線エネルギーの上限は約１６００ｋｅＶに限定されず、使用する放射線検出器の設定で任意に変えることができる。トリウム系列中の核種であるタリウム^２０８Ｔｌからの２．６１５ＭｅＶのγ線を検出するために、２７００ｋｅＶ以上の例えば３０００ｋｅＶのγ線エネルギー範囲まで広げることにより測定精度をさらに上げることができる。

図３の工程Ｓ４において、工程Ｓ３で得られたγ線スペクトルの差分値から地中でのトリウム埋設の有無を推定する。図６と図７を参照しながらこの推定方法について説明する。図６と図７は、いずれも測定番号１〜６の６つの測定対象について、本発明の探査装置１で測定したγ線スペクトルの差分値の３０分間の合計（計数／１８００秒）を棒グラフで示し、同時にサーベイメータで測定した測定場所表面の空間線量率Ｓ（μＳ_Ｖ／ｈ）を折れ線グラフＳで示したものである。図６はγ線エネルギーが３０〜１６５６ｋｅＶの範囲での測定結果であり、図７はγ線エネルギーが８００〜１６５６ｋｅＶの範囲での測定結果である。

測定番号１〜６の６つの測定対象の内容及び各測定場所表面の空間線量率Ｓ（μＳ_Ｖ／ｈ）を下記に示す。

図６のγ線エネルギーが３０〜１６５６ｋｅＶの範囲での測定結果では、ほぼ空間線量率Ｓ（μＳ_Ｖ／ｈ）に比例してγ線スペクトルの差分値の合計（計数／１８００秒）が変化しており、トリウム含有物の有無を判断することが困難となっている。すなわち、γ線スペクトルの差分値が地中のトリウムからのγ線を選択的に検出している結果なのか、Ｃｓ等の他のγ線源からのγ線の検出を含む空間線量率の影響を受けた結果なのかを区別することができない。

一方、図７のγ線エネルギーが８００〜１６５６ｋｅＶの範囲での測定結果では、空間線量率Ｓ（μＳ_Ｖ／ｈ）とは関係なくトリウム含有物が埋設されている場所（測定番号１、２、６）でのγ線スペクトルの差分値の合計（計数／１８００秒）が高い値を示している。すなわち、測定番号１、２、６でのγ線スペクトルの差分値は地中のトリウムからのγ線を選択的に検出している結果であると言える。これは、天然のトリウムは既に放射平衡にあり、また精製または精錬されてトリウム金属のみ分離された場合の^２３２Ｔｈは、精錬後１００年以内に放射平衡状態に達することから、それらのトリウムが地中に存在していると^２０８Ｔｌの０．８６１ＭｅＶ及び２．６１５ＭｅＶのγ線が放出されることにより、高いエネルギー帯の直接線並びにその散乱線が多くなることに起因している。γ線のエネルギーが高いと、地中で遮へいされにくいので地表面まで通過しやすくなり、またこのエネルギー領域の放射線は、線量率にあまり影響を与えないことから、図７の結果が導かれていると考えられる。

図６と図７の測定結果を踏まえると、本発明の探査装置を用いたγ線スペクトルの差分値の測定が地中のトリウム／トリウム含有物の埋設の有無を推定する上で有効であることがわかる。そのトリウム埋設の有無を推定する際には、例えば、得られたγ線スペクトルの差分値（所定の測定時間の合計）を所定のしきい値と比較することにより推定することができる。

具体的には、例えば、同じ探査エリアにおいて他の地質調査などによって明らかにトリウムが埋設されていない場所での測定結果（差分値の合計Ｔ０）を得る。その差分値の合計Ｔ０の５０％増（１．５Ｔ０）、あるいは１００％増（２Ｔ０）といった計数値をしきい値として設定する。そして、トリウムが埋設されている可能性がある場所での測定結果（差分値の合計Ｔ１）がそのしきい値よりも大きい（Ｔ１＞１．５Ｔ０、２Ｔ０）場合にトリウム埋設があると推定することができる。その際、同一探査エリア内の複数の測定箇所での差分値の合計の平均を基準となる差分値の合計Ｔ０と比較することにより、トリウム埋設なしの場所での分散を超えた有意な推定が可能になる。

また、地中に深さを変えながら複数の位置に所定のトリウム含有物を埋設し、地表で探査装置１を用いて所定の測定時間（例えば３０分、１時間など）で各位置からのγ線を含む測定をして、各埋設位置に対応するγ線スペクトルの差分値の合計（ＴＡ１、ＴＡ２、．．．、ＴＡｎ）を予め求めてデータベース化しておく。そして、実際の測定結果の差分値の合計ＴＸをそのデータベース中の各値に所定の係数（１．５、２．０など）を乗算した計数値（例えば、２．０ＴＡ１、２．０ＴＡ２など）をしきい値として、その大小関係（例えば、ＴＸ＞２．０ＴＡ１、あるいは２．０ＴＡ１＜ＴＸ＜２．０ＴＡ２など）から地中でのトリウム埋設の有無、及び／または地中の深さ方向のトリウム埋設位置を推定することが可能となる。

本発明の実施形態について、図を参照しながら説明をした。しかし、本発明はこれらの実施形態に限られるものではない。本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で当業者の知識に基づき種々なる改良、修正、変形を加えた態様で実施できるものである。

本発明の探査装置及び探査方法は、地中でのトリウム／トリウム含有物の埋設の有無を地表面から簡易に推定することができるので、トリウム探査やトリウム汚染土壌の調査などを含む地質調査において幅広く利用することができる。

１収納容器
２、３放射線検出器
４、５検出部
６、７放射線遮蔽体
８検出部の下面
９、１０信号ケーブル
１２パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
１３表示部
２０地表面
２１地中
２２トリウムを含む層（領域）
１００探査装置

Claims

地中のトリウム埋設の有無を探査する探査装置であって、
隣り合う２つの放射線検出器と、
一方の放射線検出器の検出部の周囲を覆う第１の放射線遮蔽体と、
他方の放射線検出器の検出部の前面を除いた周囲を覆う第２の放射線遮蔽体と、
前記２つの放射線検出器で測定された２つのγ線スペクトル（計数）の差分を求めるための処理手段と、を備える探査装置。
前記第２の放射線遮蔽体は、前記他方の放射線検出器の検出部の前面へ地表面からのγ線をコリメートするように当該検出部の前面より先に伸びている、請求項１に記載の探査装置。
前記２つの放射線検出器の検出部の前面は、前記第１及び第２の放射線遮蔽体の先端面から略同一の距離に設けられている、請求項２に記載の探査装置。
前記２つの放射線検出器は、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の探査装置。
前記第１及び第２の放射線遮蔽体は同一厚さの鉛を含む、１〜３のいずれか１項に記載の探査装置。
地中のトリウム埋設の有無を探査する探査方法であって、
隣り合う２つの放射線検出器を、一方の放射線検出器の検出部の周囲は第１の放射線遮蔽体で覆われ、他方の放射線検出器の検出部の前面を除いた周囲が第２の放射線遮蔽体で覆われている状態で、地表面上に置く工程と、
前記地表面上に置いた前記２つの放射線検出器でγ線を測定する工程と、
前記２つの放射線検出器で測定された所定のγ線エネルギー範囲での２つのγ線スペクトル（計数）の差分からトリウム埋設の有無を判定する工程と、を含む探査方法。
前記所定のγ線エネルギー範囲は、略８００ｋｅＶ以上の範囲である、請求項６に記載の探査方法。
前記トリウム埋設の有無を判定する工程は、前記２つのγ線スペクトル（計数）の差分値が所定のしきい値を超える場合に当該測定場所の地中にトリウムが埋設されていると推定することを含む、請求項７に記載の探査方法。
前記２つの放射線検出器は、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器を含む、請求項６〜８のいずれか１項に記載の探査方法。
前記第１及び第２の放射線遮蔽体は同一厚さの鉛を含む、請求項６〜９のいずれか１項に記載の探査方法。