JP7058564B2

JP7058564B2 - アルファ線用放射性ダストモニタ

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Publication number: JP7058564B2
Application number: JP2018118658A
Authority: JP
Inventors: 俊英相場; 正一中西; 博志西沢
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-06-22
Filing date: 2018-06-22
Publication date: 2022-04-22
Anticipated expiration: 2038-06-22
Also published as: JP2019219340A

Description

本願は、放射性ダストモニタに係わり、特に、ろ紙を通してサンプリングした空気に含まれているアルファ線放出核種を測定対象とするアルファ線用放射性ダストモニタに関するものである。

放射線関連施設などにおいて、アルファ線用放射性ダストモニタは、アルファ線を放出する核種を測定対象としている（例えば、特許文献１～特許文献６を参照）。測定点の空気は、サンプリングされ、ろ紙に通される。サンプル空気中に浮遊している放射性ダストは、このろ紙に捕集される。ろ紙の放射性ダストから放出されるアルファ線は、放射線検出器で検出する。アルファ線用放射性ダストモニタは、ろ紙を通過したサンプル空気の量と、放射線検出器から出力される電気パルス信号の計数結果とによって、測定点の空気中に存在する測定対象のダスト状放射性物質の濃度を、測定および監視する。

アルファ線用放射性ダストモニタは、測定対象となるアルファ線を出すダストの核種、および、核種の濃度を計測する計測装置であるから、核種を確実に弁別し、かつ核種の濃度を正確に計測することが求められている。ところが、アルファ線は、物質との相互作用が非常に強い放射線であって、物質中を通過する際に、多くのエネルギーを消耗する。したがって、特定の核種から放出された、特定エネルギー値を持つアルファ線であっても、放射線検出器に到達するまでに、アルファ線が通過する物体（空気層及び物質層）の厚さが変われば、放射線検出器に到達したときに、アルファ線が持つエネルギー値は、異なることになる。

アルファ線用放射性ダストモニタにおいて、測定対象のダストは、粒径により、ろ紙の表面に捕集されるものと、ろ紙の内部に捕集されるものとに分かれる。ろ紙の表面に捕集されたダストから放射されるアルファ線が全て放射線検出器に垂直に入射するのであれば、アルファ線が通過する物体（空気層及び物質層）の厚さは一定になる。このことから、特定の核種から放射された特定エネルギー値を持つアルファ線は、すべて同じエネルギー値で検出されるはずであるが、実際には、アルファ線は、全くランダムな方向に放射される。

放射されるアルファ線の放射方向が、全くランダムであることから、放射線検出器に入射するアルファ線は、様々な傾きを持っている。入射の傾き角度が大きくなるほど、アルファ線が通過する物体（空気層及び物質層）の厚さは厚くなる。アルファ線が物体を通過する間に失われるエネルギー値は増大し、放射線検出器に入射する際のエネルギー値が小さくなる。ろ紙の内部で捕集されたダストから放出されるアルファ線についても、同様に、放射線検出器に入射するまでにアルファ線が通過する物質層の厚さが大きくなる。

そのため、放射性ダストモニタの放射線検出器に入射する際のエネルギー値が小さくなる。また、エネルギースペクトルは、核種毎に垂直入射に相当するエネルギー値で急激に立ち上がったピークを持ち、それより低いエネルギー側へ尾（テール）を引く状態の、鋸歯状スペクトルとなる。ここで、エネルギースペクトルは、横軸には検出されたアルファ線のエネルギー値を取り、縦軸には一定幅ごとのエネルギー値で表しているアルファ線検出頻度を取っている。

測定対象のダストに複数のアルファ線を放出する核種が含まれている場合、テール部分が他の核種のピーク部分に含まれる。正確に各核種の濃度を測定する場合には、ピーク部分に含まれる他核種のテール部分の影響を除去する必要が生じる。テール部分の計数を推定して引き算する補償方法、スペクトルストリッピング法などが従来適用されてきている。これらの方法は、補償誤差が大きくなる場合があるため、この補償誤差を抑制するために、様々な方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

特許第４４５５２７９号特開平３－１８３９８５号公報特開平６－８８８７３号公報特開２０１４－６６５１８号公報特開２０１５－８１９０５号公報特開２０１５－２１０１９７号公報

上述の通り、従来の方法は既知の核種のテール部を近似するなどの方法で推定して他核種の影響を除いているため、想定している核種以外のアルファ線が入射している場合は精度のよい補償が困難であった。本願は、上記従来技術の有する課題を解決するために成されたものである。すなわち、正確にアルファ線を弁別可能とし、高精度に核種同定することが出来るアルファ線用放射性ダストモニタを提供することである。

本願に関わるアルファ線用放射性ダストモニタは、内側にろ紙が配置されている遮蔽容器と、前記遮蔽容器の内側に配置されている検出部と、前記遮蔽容器に空気を流入するポンプと、前記検出部から出力されたパルス信号を増幅する波形整形部と、前記波形整形部で増幅されたパルス信号から波高分布を抽出する波高分析部と、前記検出部と前記ろ紙との位置関係に対応した応答関数を保管する応答関数データベースと、前記波高分析部で抽出された波高分布に対して、テールの傾きを求めるテール傾き演算部と、前記テール傾き演算部で求められたテールの傾きから、放射性ダストがろ紙に捕集された深さを推定し、この推定された捕集深さを基準にして、前記応答関数データベースに保管されている応答関数の中から、信号復元演算に使用する応答関数を決定する最適応答関数決定部と、前記波高分析部で抽出された波高分布に対して、前記最適応答関数決定部で決定された応答関数を用いた信号復元演算を実施して放射能分布を求め、この求められた放射能分布と、放射線放出率と、流量と、ダスト捕集時間とから前記遮蔽容器に流入した空気の放射能濃度を算出する放射能濃度演算部と、前記放射能濃度演算部が算出した放射能濃度を表示する表示部と、を備えているものである。

本願に関わるアルファ線用放射性ダストモニタは、内側にろ紙が配置されている遮蔽容器と、前記遮蔽容器の内側に配置されている検出部と、前記遮蔽容器に空気を流入するポンプと、前記検出部から出力されたパルス信号を増幅する波形整形部と、前記波形整形部で増幅されたパルス信号から波高分布を抽出する波高分析部と、前記検出部と前記ろ紙との位置関係に対応した応答関数を保管する応答関数データベースと、前記波高分析部で抽出された波高分布に対して、テールの傾きを求めるテール傾き演算部と、前記テール傾き演算部で求められたテールの傾きから、放射性ダストがろ紙に捕集された深さを推定し、この推定された捕集深さを基準にして、前記応答関数データベースに保管されている応答関数の中から、信号復元演算に使用する応答関数を決定する最適応答関数決定部と、前記波高分析部で抽出された波高分布に対して、前記最適応答関数決定部で決定された応答関数を用いた信号復元演算を実施して放射能分布を求め、この求められた放射能分布と、放射線放出率と、流量と、ダスト捕集時間とから前記遮蔽容器に流入した空気の放射能濃度を算出する放射能濃度演算部と、前記放射能濃度演算部が算出した放射能濃度を表示する表示部と、を備えていることにより、アルファ線の弁別が正確になり、高精度に核種同定をすることが可能となる。

実施の形態１に関わるアルファ線用放射性ダストモニタの全体構成を示しているブロック図である。実施の形態に関わるアルファ線用放射性ダストモニタのハードウェア構成を示す図である。実施の形態１に関わるシンチレーション検出器の構成を示す図である。ラドン（トロン）の娘核種に関わるアルファ線スペクトルを示す図である。放射線検出器で測定される波高分布を示している模式図である。実施の形態に関わる、数式（１）から数式（４）を示している図である。実施の形態１に関わる、放射能濃度を算出する手順を示しているフロー図である。実施の形態２に関わるアルファ線用放射性ダストモニタの全体構成を示しているブロック図である。実施の形態３に関わるアルファ線用放射性ダストモニタの全体構成を示しているブロック図である。実施の形態３に関わるアルファ線用放射性ダストモニタが備えている半導体検出器を示す模式図である。実施の形態４に関わるアルファ線用放射性ダストモニタの全体構成を示しているブロック図である。実施の形態４に関わるテール傾き演算部の役割を説明するための図である。実施の形態に４に関わる、放射能濃度を算出する手順を示しているフロー図である。

本願の実施の形態に関わるアルファ線用放射性ダストモニタについて、図を参照しながら以下に説明する。なお、各図において、同一または同様の構成部分については同じ符号を付しており、対応する各構成部のサイズと縮尺はそれぞれ独立している。例えば、構成の一部を変更した断面図の間で、変更されていない同一構成部分を図示する際に、同一構成部分のサイズと縮尺が異なっている場合もある。また、アルファ線用放射性ダストモニタの構成は、実際にはさらに複数の部材を備えているが、説明を簡単にするため、説明に必要な部分のみを記載し、他の部分については省略している。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１によるアルファ線用放射性ダストモニタを示す構成図である。本実施の形態によるアルファ線用放射性ダストモニタ１００は、検出部１と、遮蔽容器２と、サンプリング部３と、ポンプ４と、表示部８と、放射線分析部２０などを備えている。ポンプ４は、サンプリング部３のろ紙３ａへ、放射性ダストを捕集するために設けられている。検出部１は、サンプリング部３のろ紙３ａにて捕集された放射性ダストから放出される放射線を検出する。遮蔽容器２は、検出部１とサンプリング部３を格納するとともに、アルファ線用放射性ダストモニタの外部から飛来する自然放射線を遮蔽するために設けられている。

遮蔽容器２（アルファ線用放射性ダストモニタ１００）の内部には、サンプリングした空気の流れる流路が形成されている。流路の一方には、ポンプ４が接続されている。このポンプ４を作動させることによって、流路の他方側に設けられた吸気口３１から、外部の空気が流路内に導入される。遮蔽容器２に吸入された空気は、サンプリング部３のろ紙３ａを通過し、ポンプ４を通って排気口３２より排気される。

このとき、遮蔽容器２の内側に配置されているろ紙３ａには、吸入された空気中に含まれる放射性ダストが捕集される。放射線分析部２０は、検出部１の出力を分析するために設けられている。表示部８は、放射線分析部２０の分析結果を表示するために設けられている。遮蔽容器２は、高い放射線遮蔽能力を有する材料、例えば、鉛、鉄などで構成されている。遮蔽容器２の内側には、銅などで構成されるシールドを設けてもよい。

同図に示すように、放射線分析部２０は、波形整形部５、波高分析部６、放射能濃度演算部１０、応答関数データベース１１等を備えている。波形整形部５は、例えば、波形整形器、増幅器等で構成されている。また、波高分析部６は、例えば、多重波高分析器等で構成されている。また、放射能濃度演算部１０は、例えば、単一または複数のマイクロプロセッサで構成されている。また、応答関数データベース１１は、例えば、マイクロプロセッサに接続されたメモリ等で構成されている。

図２は、実施の形態に関わるアルファ線用放射性ダストモニタ１００を示すハードウェア構成図である。処理回路８１が専用のハードウェアである場合、処理回路は例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、またはこれらを組み合わせたものが該当する。ディスプレイ８３は、放射線分析部２０の分析結果を表示するために設けられており、例えば、液晶ディスプレイ等で構成されていて、表示部８が該当する。

処理回路８１がＣＰＵ（Central Processing Unit；マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータなどともいう）の場合、放射線分析部２０の機能は、ソフトウェア、ファームウェア、またはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアとファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ８２に格納される。ＣＰＵ（処理回路）は、メモリ８２に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、アルファ線用放射性ダストモニタ１００は、処理回路により実行される時に、各ステップが結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ８２を備える。

また、これらのプログラムは、放射線分析部２０の手順と方法を、コンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ８２とは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read‐Only Memory）、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）等の、不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等が該当する。

なお、放射線分析部２０の各機能について、一部の専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現するようにしてもよい。例えば、波形整形部については専用のハードウェアとしての処理回路でその機能を実現し、波高分析部については処理回路がメモリに格納されたプログラムを読み出して実行することによってその機能を実現することが可能である。

図３は、検出部１の構成を示している。遮蔽容器２は、内側に中空部２ａを有する。検出部１は、遮蔽容器２が有する中空部２ａに設置されている。サンプリング部３が有するろ紙３ａに捕集された放射性ダストから放出される放射線が検出部１に入射すると、検出部１はパルス信号を出力する。本実施の形態では、検出部１（放射線検出器）として、シンチレータ１ａ（放射線検出部）と、光電子増倍管１ｂ（シンチレーション検出部）を使用する。光電子増倍管１ｂには高圧電源１ｃから高電圧が供給されている。シンチレータ１ａは、放射線が入射し、放射線が構成物質にエネルギーを付与することにより蛍光を放出する。光電子増倍管１ｂは、シンチレータ１ａが発生した蛍光を、電気信号、例えばパルス信号に変換して出力する。

次に、アルファ線用放射性ダストモニタ１００の動作について説明する。サンプリング部３のろ紙３ａによって捕集された放射性ダストから、アルファ線が放出される。検出部１にこのアルファ線（放射線）が入射すると、シンチレータ１ａにおいて、固有の波長を持つ蛍光が発生する。発生した蛍光は、光電子増倍管１ｂの光電面で電子に変換される。検出部１は、アルファ線がシンチレータ１ａに付与したエネルギーに比例した波高のパルス信号を出力する。波形整形部５は、検出部１より出力されたパルス信号に対し、あらかじめ設定された増幅率での増幅と、後段の回路に適した形への整形などを行う。

波高分析部６は、波形整形部５の出力を基に、波高分析を行う。波形整形部５によって増幅されたパルス信号のうち、例えば、ピーク値が所定値以上のパルス信号について、このピーク値をＡＤ変換（Analog to Digital 変換）する。波高分析部６は、ＡＤ変換をしたピーク値に相当するチャンネルに対して、１カウント加算する。この動作を各パルス信号に対して施すことにより、波高分析部６は、パルス信号の波高分布を得る。抽出されたパルス信号の波高分布は、波高分析部６が有するメモリに格納される。

波高分析部６の出力は、放射能濃度演算部１０に入力される。放射能濃度演算部１０では、波高分析部６の出力を基にして、放射能分析を実施する。一般に、放射能分析では放射性核種が放出する放射線のエネルギーを活用している。放射性核種が複数の放射線を放出する場合は、放射線の放出数の比率が放射性核種に固有であることを利用している。すなわち、測定された放射線の波高分布から、エネルギー毎に放出される放射線の数を算出する。

図４は、放射性物質の同定に関わる説明図のうち、ラドン（トロン）の娘核種に関するアルファ線スペクトルデータを表しているイメージ図である。このアルファ線スペクトルデータにおいて、横軸は波高値で値付けされたエネルギー（チャンネル番号）を表示したものであり、縦軸はチャンネルに対応した計数値を対数表示したものである。Ｐｏ－２１４のスペクトルデータにおけるテール、Ｐｏ－２１２のスペクトルデータにおけるテール、Ｐｏ－２１８のスペクトルデータにおけるテール、及び、Ｂｉ－２１２のスペクトルデータにおけるテールは、互いに重なっている。

さらに、Ｐｏ－２１４のテール、Ｐｏ－２１２のテール、Ｐｏ－２１８のテール、およびＢｉ－２１２のテールは、ウラン（Ｕ－２３８とＵ－２３４）とプルトニウム（Ｐｕ－２３９）の測定対象領域に重なってきている。すなわち、測定対象領域の計数に、測定対象外となるラドン（トロン）の娘核種の計数が含まれた状態となっている。よって、このラドン（トロン）の娘核種の影響を除去することにより測定対象の正確な測定ができる。

図５は、単一エネルギーのアルファ線を検出部１で測定した場合に得られる波高分布の例を示す模式図である。同図に示すように、波高分析部６が抽出した波高分布は、ある核種に関するアルファ線の垂直入射に相当するエネルギー値で急激に立ち上がったピークを有する。さらに、この波高分布は、低エネルギー側にテールを持つ連続分布として検出される。エネルギー分解能を向上させる目的で、実施の形態に関わるアルファ線用放射性ダストモニタ１００では、アルファ線の検出効率をあらかじめ算出する。

この検出効率は、あるエネルギーのアルファ線が検出部１に入射した場合における波高分布にて検出される確率を指している。そのうえで、検出された計数値を、検出効率、及び、検出時間で除することで測定対象から単位時間あたりに放出される放射性ダスト由来のアルファ線の本数が得られる。さらに、得られたアルファ線の本数を放出分岐比で除することで、測定対象に含まれる放射性ダストの放射能強度が得られる。

上記のように放射能分析する場合、分析可能な放射線の最小エネルギーは、放射線検出器のエネルギー分解能に左右される。エネルギー分解能が低いと、波高分布にて現れる放射線のピーク幅が広がる。このとき、複数の放射線ピークが重なり、１つのピークとして検出され、結果として分析精度が低下する。そこで、本実施の形態に関わるアルファ線用放射性ダストモニタでは、エネルギー分解能を向上させる目的で、放射能濃度演算部１０において、信号復元演算を利用する。

実施の形態に関わる放射能濃度演算部１０は、放射能分析する際に、信号復元演算を実施する。信号復元演算の例として、逆問題解法の一種であるアンフォールディング法が知られている。アンフォールディング法とは、あらかじめ測定対象である放射線に対して、放射線検出器の応答関数を一定のエネルギー間隔で算出するとともに、算出した応答関数を用いたアンフォールディング演算を行い、検出器に入射した放射線のエネルギースペクトルを算出する方法である。

アンフォールディング法は、応答関数を算出するために、検出器と測定対象の位置関係、およびその間にある物体の密度等が不変であることが望ましい。アルファ線用放射性ダストモニタ１００においては、検出器と測定対象（ろ紙３ａ）との位置関係が固定であり、検出器と測定対象（ろ紙３ａ）の間にある空気も密度が不変であると考えられる。このため、アルファ線用放射性ダストモニタは、信号復元演算を適用し、解析する装置として非常に適している。

図６は、実施の形態に関わる、数式（１）から数式（４）を示している。応答関数データベース１１は、検出部１の種類、検出部１とろ紙３ａ（サンプリング部３）との位置関係、および検出部１に入射する放射線のエネルギー、に対応した応答関数Ｋを格納している。放射能濃度演算部１０は、応答関数データベース１１から呼び出した応答関数Ｋを用いて、波高分析部６にて抽出された波高分布Ｍに対し、信号復元演算を実施し、放射能分布Ｓを算出する。応答関数Ｋは、検出部１と放射線の相互作用を表している。

次に、同図を参照して、信号復元演算について詳細に説明する。放射線は、それぞれ固有のエネルギーを持っている。検出部１に入射した放射線は、検出部１と様々な相互作用を起こす過程でエネルギー損失を起こす。その際、検出部１に全エネルギーを落とさずに検出部の外へ出て行く放射線が存在するため、測定結果は、波高分布を持つことになる。すなわち、応答関数Ｋ、波高分布Ｍ、および放射能分布Ｓの関係は、数式（１）で表されることになる。ゆえに、検出部１に入射した放射能分布Ｓを求める場合は、数式（１）の逆変換を、数式（２）のように行う。

数式（２）を解くことにより、波高分布Ｍから、放射線と検出部１との相互作用などによる影響が取り除かれる。また、放射線のエネルギー情報のみを含む放射能分布Ｓの情報（エネルギースペクトル）を抽出することもできる。なお、入射する放射性核種がＮ種類あった場合、抽出される波高分布Ｍは、数式（３）のように放射性核種毎の放射能強度を加重積算した結果に相当する。なお、放射能分布Ｓを算出する信号復元演算には、アンフォールディング法等の方法を用いることが出来る。

放射能濃度演算部１０では、上記方法により、放射性核種毎の放射能強度が算出される。各放射性核種の放射能濃度Ｗは、各放射性核種の放射線放出率Ｒ、ポンプ４の流量Ｑ、放射性核種のダスト捕集時間Ｔを用いることにより、数式（４）のように算出できる。通常、検出部１によって検出された放射線には、監視対象の放射性ダストからの計数の他に、自然放射性核種による計数が含まれている。したがって、波高分析部６で求められた波高分布Ｍは、監視対象の放射性ダストに含まれる各核種（アルファ線）の影響の和となっている。

図７は、アルファ線用放射性ダストモニタ１００が放射能濃度を算出する手順を示しているフロー図である。まず、サンプリング部３のろ紙３ａによって、放射性ダストを捕集する（ステップＳＴ０１）。放射性ダストからは、アルファ線が放出されている。このアルファ線（放射線）が検出部１に入射すると、シンチレータ１ａにおいて、固有の波長を持つ蛍光が発生する。発生した蛍光は、光電子増倍管１ｂの光電面で電子に変換される。検出部１は、アルファ線がシンチレータ１ａに付与したエネルギーに比例した波高のパルス信号を検出する（ステップＳＴ０２）。波形整形部５は、検出部１より出力されたパルス信号に対し、あらかじめ設定された増幅率での増幅と、後段の回路に適した形への整形などを行う（ステップＳＴ０３）。

波高分析部６は、波形整形部５の出力を基に、波高分析を行う。波形整形部５によって増幅されたパルス信号のうち、例えば、ピーク値が所定値以上のパルス信号について、このピーク値をＡＤ変換（Analog to Digital 変換）する。波高分析部６は、ＡＤ変換をしたピーク値に相当するチャンネルに対して、１カウント加算する。この動作を各パルス信号に対して施すことにより、波高分析部６は、パルス信号の波高分布を得る（ステップＳＴ０４）。抽出されたパルス信号の波高分布は、波高分析部６が有するメモリに格納される。波高分析部６の出力は、放射能濃度演算部１０に入力される。放射能濃度演算部１０では、波高分析部６の出力を基にして、放射能分析を実施する。

放射能分析では放射性核種が放出する放射線のエネルギーを活用している。放射性核種が複数の放射線を放出する場合は、放射線の放出数の比率が放射性核種に固有であることを利用している。すなわち、測定された放射線の波高分布から、エネルギー毎に放出される放射線の数を算出する。具体的には、放射能濃度演算部１０は、波高分析部６で抽出された波高分布に対して、応答関数データベース１１に保管されている応答関数Ｋを用いて（ステップＳＴ０５）、信号復元演算を実施する（ステップＳＴ０６）。検出部に入射した放射線のエネルギースペクトルを抽出し、この抽出されたエネルギースペクトルを基に検出部に入射した放射線の放射能濃度を算出する（ステップＳＴ０７）。

表示部８は、放射能濃度演算部１０が算出した放射能濃度を表示する（ステップＳＴ０８）。本実施の形態においては、放射能濃度演算部１０にて、波高分析部６で求められた波高分布Ｍから信号復元演算により放射能分布Ｓを算出している。この結果、各核種の影響を分離することができるため、高精度に検出された放射線に対応する放射性核種の同定を実施し、放射性核種毎に放射能濃度を算出することができる。

本願に関わるアルファ線用放射性ダストモニタは、測定点の空気をサンプリングして空気中に含まれる放射性ダストを、ろ紙に捕集するサンプリング部と、サンプリング部に捕集された放射性ダストから放出された放射線を検出しパルス信号を出力する放射線の検出部と、検出部に入射するバックグラウンド放射線を遮蔽・減衰させるための遮蔽容器と、検出部から出力されたパルス信号を後段の回路に適した形に増幅、整形等をする波形整形部と、パルス信号の波高を測定し、パルス信号をその波高値に対応するチャンネルに割り当てて計数して波高分布としてメモリに格納する波高分析部と、波高分析結果を基に信号復元演算を実施し、放射能濃度を求める放射能濃度演算部と、信号復元演算に用いる応答関数を保管する応答関数データベースと、演算結果を表示する表示部とを有することを特徴とする。

また、本願に関わるアルファ線用放射性ダストモニタは、放射能濃度演算部における信号復元演算として、アンフォールディング演算を適用していることを特徴とする。本方法によれば自然放射性核種の影響をリアルタイムに取り除くことができるため、放射性ダストの放射能濃度のリアルタイム測定ができる。放射能分布から放射能濃度を算出しているため、波高分布にウィンドウをかけて対象放射性核種の計数を求める方法に比べて高精度な放射能濃度測定を実現できる。

また、本願に関わるアルファ線用放射性ダストモニタは、１つの検出部で測定できるため、他核種の影響を補正するために別の検出器を使用する必要がなく、構成が簡素であり、コンパクトかつ軽量な放射性ダストモニタを実現できる。また、本方法は、波高分布すべてのデータを用いて放射能濃度を算出するため、波高分布にウィンドウをかけて計数を求める方法に比べ、高効率な測定であるため、短時間で低放射能測定を実現できる。

したがって、本願に関わるアルファ線用放射性ダストモニタは、内側にろ紙が配置されている遮蔽容器と、前記遮蔽容器の内側に配置されている検出部と、前記遮蔽容器に空気を流入するポンプと、前記検出部から出力されたパルス信号を増幅する波形整形部と、前記波形整形部で増幅されたパルス信号から波高分布を抽出する波高分析部と、前記検出部と前記ろ紙との位置関係に対応した応答関数を保管する応答関数データベースと、前記波高分析部で抽出された波高分布に対して、前記応答関数を用いた信号復元演算を実施して放射能分布を求め、この求められた放射能分布と、放射線放出率と、流量と、ダスト捕集時間とから前記遮蔽容器に流入した空気の放射能濃度を算出する放射能濃度演算部と、前記放射能濃度演算部が算出した放射能濃度を表示する表示部と、を備えているものである。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２によるアルファ線用放射性ダストモニタの構成図である。本実施の形態によるアルファ線用放射性ダストモニタ１００は、検出部１と、遮蔽容器２と、サンプリング部３と、ポンプ４と、表示部８と、放射線分析部２０などを備えている。ポンプ４は、サンプリング部３のろ紙３ａへ、放射性ダストを捕集するために設けられている。検出部１は、サンプリング部３のろ紙３ａにて捕集された放射性ダストから放出されたアルファ線を検出する。

遮蔽容器２は、検出部１とサンプリング部３を格納するとともに、自然放射線を遮蔽するために設けられている。放射線分析部２０は、検出部１の出力を分析するために設けられている。表示部８は、放射線分析部２０の分析結果を表示するために設けられており、例えば、液晶ディスプレイ等で構成されている。遮蔽容器２は、高い放射線遮蔽能力を有する材料、例えば、鉛、鉄などで構成されている。遮蔽容器２の内側には、銅などで構成されるシールドを設けてもよい。

同図に示すように、放射線分析部２０は、波形整形部５、波高分析部６、放射能濃度演算部１０、応答関数データベース１１等を備えている。波形整形部５は、例えば、波形整形器、増幅器等で構成されている。また、波高分析部６は、例えば、多重波高分析器等で構成されている。また、放射能濃度演算部１０は、例えば、単一または複数のマイクロプロセッサで構成されている。また、応答関数データベース１１は、例えばマイクロプロセッサに接続されたメモリ等で構成されている。

本実施の形態では、サンプリングした空気の流れる流路の途中に、流量計４０を備えている。放射性ダストの放射能濃度を精度よく測定するためには、吸引した空気の量を正確に測定する必要がある。吸引した空気の量は、一般的に、ポンプ４の流量Ｑと放射性核種のダスト捕集時間Ｔの積として求められる。よって吸引した空気の量の精度は、ポンプ４の流量Ｑに依存する。

ポンプ４は、ターボ型、容積型、特殊型などの種類が知られている。ポンプ４の特徴は、種類によって大きく異なる。また、ポンプ４は、負荷によって流量が変動し、定量性が低い場合がある。ポンプ４の流量Ｑが変動している場合に、流量Ｑを固定値として放射能濃度を算出すると、放射能濃度の精度が大きく低下する。

このため、本実施の形態に関わるアルファ線用放射性ダストモニタは、空気をサンプリングする流路の途中に流量計４０を備え、放射能濃度演算部にて流量計の測定データを基に空気の流量を補正して放射能濃度を算出することを特徴とする。流量計４０を備えていて、測定時間中の流量は、放射能濃度演算部１０に出力する。放射能濃度演算部１０は、そのデータを基に流量を補正して放射能濃度を算出する。このことで、ポンプ４の流量変動による影響を取り除かれ、高精度な放射能濃度測定が実現できる。

また、本実施の形態に関わるアルファ線用放射性ダストモニタは、ろ紙を有するサンプリング部と、内側に中空部を有する遮蔽容器と、遮蔽容器が有する中空部に設置され、サンプリング部が有するろ紙に捕集された放射性物質から放出される放射線が入射するとパルス信号を出力する検出部と、検出部から出力されたパルス信号を増幅する波形整形部と、波形整形部で増幅されたパルス信号から波高分布を抽出する波高分析部と、信号復元演算に用いる応答関数を保管する応答関数データベースと、波高分析部で抽出された波高分布に対して、応答関数データベースに保管されている応答関数を用いて、信号復元演算を実施して、検出部に入射した放射線のエネルギースペクトルを抽出し、この抽出されたエネルギースペクトルを基に検出部に入射した放射線の放射能濃度を算出する放射能濃度演算部と、放射能濃度演算部が算出した放射能濃度を表示する表示部と、を備えている。

実施の形態３．
図９は、実施の形態３によるアルファ線用放射性ダストモニタの構成図である。本実施の形態によるアルファ線用放射性ダストモニタ１００は、検出部１と、遮蔽容器２と、サンプリング部３と、ポンプ４と、表示部８と、放射線分析部２０などを備えている。ポンプ４は、サンプリング部３のろ紙３ａへ、放射性ダストを捕集するために設けられている。検出部１は、サンプリング部３のろ紙３ａにて捕集された放射性ダストから放出されたアルファ線を検出する。

本実施の形態では、検出部１として、放射線検出器とキャリア収集部を含むものを使用する。放射線検出器は、放射線が入射しエネルギーを付与することにより電荷キャリアを発生する。キャリア収集部は、発生した電荷キャリアを収集する。本性質を有する検出部として、例えば、検出部１に半導体検出器等を使用することができる。以下では検出部として半導体検出器を使用する場合の例について説明する。その他の構成については前実施の形態と同様である。

図１０に示すように、半導体検出器５０は、キャリア収集部として、接合された陽極５１と陰極５２とを有する。陽極５１と陰極５２は、それぞれ、ｎ型半導体とｐ型半導体で構成されている。陽極５１及び陰極５２を構成する半導体として、例えば、Ｇｅ、Ｓｉ、ＣｄＴｅ、ＣＺＴ（ＣｄＺｎＴｅ）などを用いることができる。陽極５１と陰極５２との間に逆バイアス電圧を印加すると、陽極５１と陰極５２との間に、キャリア発生部となる空乏層５３が生じる。

サンプリング部３のろ紙３ａに捕集された放射性ダストから放出された放射線が、半導体検出器５０の空乏層５３に入射すると、放射線の電離作用により電子と正孔のペアが生じる。発生した電子及び正孔は、逆バイアス電圧によって、それぞれ陽極５１と陰極５２に移動して収集される。そして、放射線が空乏層５３に付与したエネルギーに比例した波高のパルス信号が出力される。以降の動作は前実施の形態と同様である。

本実施の形態のように、放射線検出器に半導体検出器を適用することにより、検出器に対し高電圧を印加する必要がなくなるため、装置の安全性が向上する。また放射線検出器として、一般にエネルギー分解能に優れた半導体検出器を使用することによって、信号復元演算によるエネルギー分解能を高めることができるので放射線の分析精度をさらに向上させることができる。したがって、本実施の形態に関わるアルファ線用放射性ダストモニタは、信号復元演算に加え検出部として、半導体検出器を適用していることを特徴とする。

実施の形態４．
図１１は、実施の形態４によるアルファ線用放射性ダストモニタの構成図である。本実施の形態によるアルファ線用放射性ダストモニタ１００は、検出部１と、遮蔽容器２と、サンプリング部３と、ポンプ４と、表示部８と、放射線分析部２０などを備えている。ポンプ４は、サンプリング部３のろ紙３ａへ放射性ダストを捕集するために設けられている。検出部１は、サンプリング部３のろ紙３ａにて捕集された放射性ダストから放出されたアルファ線を検出する。

同図に示すように、放射線分析部２０は、波形整形部５、波高分析部６、放射能濃度演算部１０、応答関数データベース１１、テール傾き演算部６０、最適応答関数決定部７０等を備えている。波形整形部５は、例えば、波形整形器、増幅器等で構成されている。また、波高分析部６は、例えば、多重波高分析器等で構成されている。また、放射能濃度演算部１０は、例えば、単一または複数のマイクロプロセッサで構成されている。

また、応答関数データベース１１は、例えば、マイクロプロセッサに接続されたメモリ等で構成されている。本実施の形態では、放射線分析部２０は、テール傾き演算部６０、最適応答関数決定部７０を備えている。高精度な測定を実現するためには、実測の波高分布と応答関数データベース１１に格納している応答関数の差異を可能な限り小さくする必要がある。テール傾き演算部６０、および最適応答関数決定部７０は、処理回路８１が実行する。

図１２は、放射性物質の同定に関わる説明図のうち、ラドン（トロン）の娘核種に関するアルファ線スペクトルデータを表しているイメージ図である。このアルファ線スペクトルデータにおいて、横軸はエネルギー（チャンネル番号）を表示したものであり、縦軸はチャンネルに対応した計数値を対数表示したものである。Ｐｏ－２１４のスペクトルデータにおけるテール、Ｐｏ－２１２のスペクトルデータにおけるテール、Ｐｏ－２１８のスペクトルデータにおけるテール、及びＢｉ－２１２のスペクトルデータにおけるテールを示している。

実線のアルファ線スペクトルと点線のアルファ線スペクトルは、異なる時点での測定イメージであり、異なる時点での低エネルギー側のテールの傾きには違いが見られる。これらの違いは、ラドン（トロン）由来のダストが捕集される、ろ紙の深さに起因する。ラドン（トロン）由来のダストが、ろ紙の表面で捕集されるとテールの傾きは大きくなり、ろ紙の内部で捕集されるとテールの傾きは小さくなる。

テール傾き演算部６０では、このアルファ線スペクトルにおけるテールの傾きを求め、このテールの傾き情報を最適応答関数決定部７０に送る。最適応答関数決定部７０ではテールの傾きからラドン（トロン）由来のダストの捕集深さを推定し、応答関数データベース１１に保管されている各深さの応答関数の中から最適なものを決定する。放射能濃度演算部１０は、最適応答関数決定部７０で決定された応答関数を基に放射能濃度を演算する。

すなわち、応答関数データベース１１に保管する各深さの応答関数について、深さの種類を細かく準備すれば、より最適な応答関数を選択することが可能となる。したがって、本実施の形態に関わる放射性ダストモニタは、テールの傾きを求めるテール傾き演算部と、テールの傾きからラドン（トロン）由来のダストの捕集深さを求め、捕集深さに応じて最適な応答関数を求める最適応答関数決定部を有することを特徴とする。

図１３は、アルファ線用放射性ダストモニタ１００が放射能濃度を算出する手順を示しているフロー図である。まず、サンプリング部３のろ紙３ａによって、放射性ダストを捕集する（ステップＳＴ０１）。放射性ダストからは、アルファ線が放出されている。このアルファ線（放射線）が検出部１に入射すると、シンチレータ１ａにおいて、固有の波長を持つ蛍光が発生する。発生した蛍光は、光電子増倍管１ｂの光電面で電子に変換される。検出部１は、アルファ線がシンチレータ１ａに付与したエネルギーに比例した波高のパルス信号を検出する（ステップＳＴ０２）。波形整形部５は、検出部１より出力されたパルス信号に対し、あらかじめ設定された増幅率での増幅と、後段の回路に適した形への整形などを行う（ステップＳＴ０３）。

このとき、テール傾き演算部６０では、このアルファ線スペクトルにおけるテールの傾きを求め、このテールの傾き情報を最適応答関数決定部７０に送る（ステップＳＴ１０）。最適応答関数決定部７０ではテールの傾きからラドン（トロン）由来のダストの捕集深さを推定し、応答関数データベース１１に保管されている各深さの応答関数の中から最適なものを決定する（ステップＳＴ１１）。表示部８は、放射能濃度演算部１０が算出した放射能濃度を表示する（ステップＳＴ０８）。本実施の形態においては、放射能濃度演算部１０にて、波高分析部６で求められた波高分布Ｍから信号復元演算により放射能分布Ｓを算出している。この結果、各核種の影響を分離することができるため、高精度に検出された放射線に対応する放射性核種の同定を実施し、放射性核種毎に放射能濃度を算出することができる。

本願に関わるアルファ線用放射性ダストモニタは、測定点の空気をサンプリングして空気中に含まれる放射性ダストを吸着材に捕集するサンプリング部と、サンプリング部に捕集された放射性ダストから放出されるアルファ線を検出しパルス信号を出力する放射線の検出部と、検出部に入射するバックグラウンド放射線を遮蔽・減衰させるための遮蔽容器と、検出部から出力されたパルス信号を後段の回路に適した形に増幅、整形等をする波形整形部と、パルス信号の波高を測定し、パルス信号をその波高値に対応するチャンネルに割り当てて計数して波高分布としてメモリに格納する波高分析部と、演算結果を表示する表示部を備えた放射性ダストモニタにおいて、波高分析結果を基に信号復元演算を実施し、放射能濃度を求める放射能濃度演算部と、信号復元演算に用いる応答関数を保管する応答関数データベースとを設けることにより、波高分布に対し信号復元演算を適用して、放射能分析を実施することにより放射性ダストの放射能濃度を得ることが出来るようになる。本方法により、他核種の影響の取り除き等の課題を解決できる。

また、本願に関わるアルファ線用放射性ダストモニタでは、前記応答関数データベースに保管されている応答関数は、前記検出部と前記ろ紙との位置関係に対応していることを特徴とするものである。また、本願に関わるアルファ線用放射性ダストモニタでは、前記放射能濃度演算部は、アンフォールディング法を用いて信号復元演算を行うことを特徴とするものである。また、本願に関わるアルファ線用放射性ダストモニタでは、前記検出部は、シンチレータを有していることを特徴とするものである。

また、本願に関わるアルファ線用放射性ダストモニタでは、前記検出部は、半導体検出器を有していることを特徴とするものである。また、本願に関わるアルファ線用放射性ダストモニタは、空気をサンプリングする流路に設置された流量計をさらに備えており、前記放射能濃度演算部は、放射能濃度を算出する際に、この流量計の測定データを基に空気の流量を補正することを特徴とするものである。

また、本願に関わるアルファ線用放射性ダストモニタは、前記波高分析部が抽出した波高分布に対して、テールの傾きを求めるテール傾き演算部と、前記テール傾き演算部が求めたテールの傾きを基にして、ダストが捕集されたろ紙の深さを推定し、最適な応答関数を決定する最適応答関数決定部と、をさらに備えていることを特徴とするものである。以上の説明では、本願の実施の形態について説明したが、本願は前記実施の形態に限定されるものではなく、種々の処理変更を行うことが可能である。

本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、１つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるのではなく、単独で、または様々な組み合わせで実施の形態に適用可能である。従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも１つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも１つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。

１検出部、１ａシンチレータ、１ｂ光電子増倍管、１ｃ高圧電源、２遮蔽容器、２ａ中空部、３サンプリング部、３ａろ紙、４ポンプ、５波形整形部、６波高分析部、８表示部、１０放射能濃度演算部、１１応答関数データベース、２０放射線分析部、３１吸気口、３２排気口、４０流量計、５０半導体検出器、５１陽極、５２陰極、５３空乏層、６０テール傾き演算部、７０最適応答関数決定部、１００アルファ線用放射性ダストモニタ、Ｑ流量、Ｋ応答関数、Ｍ波高分布、Ｒ放射線放出率、Ｓ放射能分布、Ｔダスト捕集時間、Ｗ放射能濃度

Claims

内側にろ紙が配置されている遮蔽容器と、
前記遮蔽容器の内側に配置されている検出部と、
前記遮蔽容器に空気を流入するポンプと、
前記検出部から出力されたパルス信号を増幅する波形整形部と、
前記波形整形部で増幅されたパルス信号から波高分布を抽出する波高分析部と、
前記検出部と前記ろ紙との位置関係に対応した応答関数を保管する応答関数データベースと、
前記波高分析部で抽出された波高分布に対して、テールの傾きを求めるテール傾き演算部と、
前記テール傾き演算部で求められたテールの傾きから、放射性ダストがろ紙に捕集された深さを推定し、この推定された捕集深さを基準にして、前記応答関数データベースに保管されている応答関数の中から、信号復元演算に使用する応答関数を決定する最適応答関数決定部と、
前記波高分析部で抽出された波高分布に対して、前記最適応答関数決定部で決定された応答関数を用いた信号復元演算を実施して放射能分布を求め、この求められた放射能分布と、放射線放出率と、流量と、ダスト捕集時間とから前記遮蔽容器に流入した空気の放射能濃度を算出する放射能濃度演算部と、
前記放射能濃度演算部が算出した放射能濃度を表示する表示部と、
を備えているアルファ線用放射性ダストモニタ。
前記放射能濃度演算部は、アンフォールディング法を用いて信号復元演算を行うことを特徴とする請求項１に記載のアルファ線用放射性ダストモニタ。
前記検出部は、シンチレータと光電子増倍管を有していることを特徴とする請求項１に記載のアルファ線用放射性ダストモニタ。
前記検出部は、半導体検出器を有していることを特徴とする請求項１に記載のアルファ線用放射性ダストモニタ。
前記遮蔽容器に流入した空気の量を計測する流量計を、さらに備え、
前記放射能濃度演算部は、放射能濃度を算出するさいに、この流量計で計測された値を流量に使用することを特徴とする請求項１に記載のアルファ線用放射性ダストモニタ。