JP7206162B2 - 分光分析装置及び分光分析方法 - Google Patents

Description

本発明は、分光分析装置及び分光分析方法に関する。

溶液中の放射性物質を分析する際に、分光光度計を用いる場合がある。この場合、溶液による光の波長毎の吸光度を示す吸光度スペクトルから、放射性物質の濃度を算出する。例えば特許文献１には、レーザ光を分光して溶液中のウラン濃度を測定する旨が記載されている。

特開２００８－２４９３２８号公報

しかし、吸光度スペクトルは、溶液に含まれる測定対象（放射性物質）以外の固形成分により、ベースラインに変形が生じる場合がある。このようにベースラインに変形が生じた場合、放射性物質の分析精度が低下するおそれがある。また、例えば溶液処理のプロセス監視などのために、このような溶液中の固形成分についても分析を行う事が求められている。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、溶液中の放射性物質の分析精度の低下を抑制しつつ、溶液中の固形成分を適切に分析可能な分光分析装置及び分光分析方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る分光分析装置は、放射性物質、及び前記放射性物質以外の固形物が含まれる溶液に光を照射する光源部と、前記溶液を透過した光を検出する検出部と、演算部と、を備え、前記演算部は、前記検出部が検出した光から、前記溶液の吸光度スペクトルを算出する吸光度スペクトル算出部と、前記吸光度スペクトルからベースラインを算出するベースライン算出部と、前記吸光度スペクトルから前記ベースラインを差し引いた修正スペクトルに基づき、前記放射性物質の濃度を算出する放射性物質分析部と、前記ベースラインに基づき、前記固形物の量を算出する固形物分析部と、を備える。

この分光分析装置によると、吸光度スペクトルからベースラインを差し引いた修正スペクトルに基づき、放射性物質の濃度を算出するため、スペクトルから固形物の影響を除去可能となり、放射性物質の濃度の算出精度の低下を抑制できる。また、分光分析装置は、ベースラインに基づき固形物の量を算出することで、溶液中の固形成分を、適切に分析することができる。

前記ベースラインを、Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｂとした場合に、前記ベースライン算出部は、前記吸光度スペクトルから、前記ベースラインの傾きａ及び定数ｂを算出することで、前記ベースラインを算出することが好ましい。ここで、Ｘは前記吸光度スペクトルにおける前記光の波長であり、Ｙは、前記吸光度スペクトルにおける吸光度である。分光分析装置は、ベースラインを直線として扱うことで、ベースラインを高精度に算出することが可能となり、放射性物質の分析精度の低下を抑制しつつ、固形物の分析を適切に行うことができる。

前記ベースライン算出部は、前記吸光度スペクトルでの前記放射性物質の吸収によるピークがある波長以外の波長である算出用波長における、前記吸光度スペクトルの吸光度に基づき、前記傾きａを算出することが好ましい。分光分析装置は、算出用波長における吸光度に基づき傾きａを算出するため、ベースラインを高精度に算出することが可能となり、放射性物質の分析精度の低下を抑制しつつ、固形物の分析を適切に行うことができる。

前記ベースライン算出部は、前記算出用波長における前記吸光度スペクトルの吸光度の一次微分値を算出して、前記一次微分値に基づき、前記傾きａを算出することが好ましい。分光分析装置は、算出用波長における吸光度の一次微分値から傾きａを算出するため、ベースラインを高精度に算出することが可能となり、放射性物質の分析精度の低下を抑制しつつ、固形物の分析を適切に行うことができる。

前記ベースライン算出部は、複数の前記算出用波長について前記一次微分値を算出し、複数の前記一次微分値の平均値から、前記傾きａを算出することが好ましい。分光分析装置は、複数の一次微分値の平均値から傾きａを算出するため、ベースラインを高精度に算出することが可能となり、放射性物質の分析精度の低下を抑制しつつ、固形物の分析を適切に行うことができる。

前記固形物分析部は、前記ベースラインに基づき、粒径ごとの前記固形物の量を算出することが好ましい。分光分析装置は、溶液に含まれる固形物の量を、固形物の粒径毎に算出するため、固形物の分析を適切に行うことができる。

前記固形物分析部は、前記定数ｂに基づき、第１粒径の前記固形物の量を算出し、前記傾きａに基づき、前記第１粒径より粒径が小さい第２粒径の前記固形物の量を算出することが好ましい。分光分析装置は、溶液に含まれる固形物の量を、固形物の粒径毎に算出するため、固形物の分析を適切に行うことができる。

前記放射性物質は、ウラン及びプルトニウムの少なくとも一方であることが好ましい。分光分析装置は、ウラン及びプルトニウムの濃度の算出精度の低下を抑制することができる。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示に係る分光分析方法は、放射性物質、及び前記放射性物質以外の固形物が含まれる溶液に光を照射する照射ステップと、前記溶液を透過した光を検出する検出ステップと、演算ステップと、を含み、前記演算ステップは、前記検出ステップで検出した光から、前記溶液の吸光度スペクトルを算出する吸光度スペクトル算出ステップと、前記吸光度スペクトルからベースラインを算出するベースライン算出ステップと、前記吸光度スペクトルから前記ベースラインを差し引いた修正スペクトルに基づき、前記放射性物質の濃度を算出する放射性物質分析ステップと、前記ベースラインに基づき、前記固形物の量を算出する固形物分析ステップと、を含む。この分光分析方法によると、放射性物質の分析精度の低下を抑制しつつ、固形物の分析を適切に行うことができる。

本発明によれば、溶液中の放射性物質の分析精度の低下を抑制しつつ、溶液中の固形成分を適切に分析することができる。

図１は、本実施形態に係る分光分析装置の模式図である。 図２は、本実施形態に係る測定プローブの一例を示す部分拡大図である。 図３は、本実施形態に係る演算部の模式的なブロック図である。 図４は、吸光度スペクトルの一例を示すグラフである。 図５は、修正スペクトルの一例を示すグラフである。 図６は、固形物による散乱を説明するための一例のグラフである。 図７は、固形物による散乱を説明するための一例のグラフである。 図８は、ベースラインの一例を示すグラフである。 図９は、本実施形態に係る放射性物質の濃度と固形物の量との算出フローを説明するフローチャートである。

以下に添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではなく、また、実施形態が複数ある場合には、各実施形態を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本実施形態に係る分光分析装置の模式図である。図１に示すように、本実施の形態に係る分光分析装置１は、溶液Ｘを分析する装置である。溶液Ｘは、放射性物質Ｘ１、及び、放射性物質Ｘ１以外の成分の固形物（ＳＳ；Ｓｕｓｐｅｎｄｅｄ Ｓｏｌｉｄ）Ｘ２が含まれる流体である。本実施形態においては、溶液Ｘは、例えば放射性物質Ｘ１を含む燃料が硝酸などの溶媒に溶解されて生成される。溶液Ｘは、含有される成分が既知の流体であることが好ましく、言い換えれば、放射性物質Ｘ１及び固形物Ｘ２として、どのような元素が含まれているかが既知であることが好ましい。本実施形態では、放射性物質Ｘ１は、ウラン及びプルトニウムである。また、固形物Ｘ２は、放射性物質ではない物質であり、後述の測定光Ｌ１による吸光度のピークを有さない物質であることが好ましい。

溶液Ｘは、例えば核燃料の再処理工場などの原子力施設内において、配管１０を流れている。溶液Ｘは、配管１０に設けられるフィルタである処理部Ｆによって、所定の処理（本実施形態では固形物の除去）が行われた後の溶液である。分光分析装置１は、溶液Ｘに含まれる放射性物質Ｘ１の濃度（元素濃度）と、溶液Ｘに含まれる固形物Ｘ２の量と、を算出する。これにより、分光分析装置１は、放射性物質Ｘ１の管理と、処理部Ｆによる処理、ここでは固形物の除去とが、適切に行われるかの確認などを行うことができる。なお、処理部Ｆは、配管１０に設けられることに限られず、配管１０以外の位置に設けられていてもよい。また、処理部Ｆは必須の構成でなく、処理部Ｆが設けられていなくてもよい。また、分光分析装置１は、配管１０を流れる溶液Ｘをオンラインで分析することに限られず、例えば容器に貯留された溶液Ｘを分析してもよい。

分光分析装置１は、光源部１２と、測定プローブ１３と、検出部１４と、演算部１５と、を備える。分光分析装置１は、溶液Ｘが流れる配管１０内に光源部１２からの測定光Ｌ１を照射し、溶液Ｘを透過した測定光Ｌ１である透過光Ｌ２を、検出部１４により検出する。そして、分光分析装置１は、演算部１５により、検出部１４が検出した透過光Ｌ２に基づき溶液Ｘの吸光度スペクトルを算出して、溶液Ｘに含まれる放射性物質Ｘ１の濃度と、溶液Ｘに含まれる固形物Ｘ２の量と、を算出する。本実施形態における原子力施設は、壁部１８により、空間線量率が高い高線量区画ＡＲ１と、高線量区画ＡＲ１よりも空間線量率が低い低線量区画ＡＲ２とに区分けされる。高線量区画ＡＲ１には、配管１０が設けられるとともに、分光分析装置１の測定プローブ１３が設けられる。分光分析装置１の光源部１２、検出部１４、及び演算部１５は、低線量区画ＡＲ２に設けられる。測定プローブ１３と光源部１２とは、高線量区画ＡＲ１から低線量区画ＡＲ２にわたって設けられる光ファイバケーブル１６で接続されている。測定プローブ１３と検出部１４とは、高線量区画ＡＲ１から低線量区画ＡＲ２にわたって設けられる光ファイバケーブル１７で接続されている。

光源部１２は、測定光Ｌ１を照射する光源、及び光源からの測定光Ｌ１を所望の波長に分光する分光器を備える。光源部１２の光源としては、可視光領域の分析には白熱電球が用いられ、可視光領域から近赤外領域の分析にはタングステンランプが用いられ、紫外領域の分析には重水素放電管などが用いられる。本実施の形態に係る分光分析装置１においては、溶液Ｘ中の分析対象元素の種類に応じて、各種光源を切替えて用いられる。これらの中でも、ウラン及びプルトニウムなどの放射性元素を高精度で分析できる観点から、光源部１２としては、タングステンランプなどの近赤外領域を検出可能なものが好ましい。具体的には、光源部１２は、２００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長に分光して測定光Ｌ１を照射することが好ましく、２００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の波長に分光して測定光Ｌ１を照射することがより好ましい。なお、本実施形態においては、後述のベースラインＢを安定にするために、測定光Ｌ１の波長範囲、言い換えれば分光された測定光Ｌ１の最小波長と最大波長との差分を、広く設定しておくことが好ましい。

光源部１２には、光ファイバケーブル１６を介して測定プローブ１３が接続される。光源部１２は、光ファイバケーブル１６を介して、溶液Ｘ中に含まれる分析対象物の成分に応じた波長の測定光Ｌ１を、測定プローブ１３に向けて送光する。

測定プローブ１３は、光ファイバケーブル１７を介して検出部１４に接続されている。光ファイバケーブル１７は、一端が検出部１４に接続され、他端が測定プローブ１３内のフランジ１０ａを貫通し、配管１０側の内部に配置される。測定プローブ１３は、光源部１２から送光された測定光Ｌ１を受光し、受光した測定光Ｌ１を流路部１３ｂ内に侵入した溶液Ｘに向けて照射する。また、測定プローブ１３は、光ファイバケーブル１７を介して流路部１３ｂ内の溶液Ｘを透過した透過光Ｌ２を、検出部１４に向けて送光する。

図２は、本実施形態に係る測定プローブの一例を示す部分拡大図である。図２に示すように、測定プローブ１３は、中空形状をなしており、測定プローブ１３のフランジ１０ａに固定された基端１３ｃから離れた先端部１３ａに、光ファイバケーブル１６の先端部１６ａ及び光ファイバケーブル１７の先端部１７ａが固定されている。この光ファイバケーブル１６の先端部１６ａ及び光ファイバケーブル１７の先端部１７ａは、光ファイバケーブル１６から出射する測定光Ｌ１と、光ファイバケーブル１７によって受光する透過光Ｌ２とが逆方向になるように配置されている。なお、本実施形態に係る測定プローブ１３は、以降で説明する構造に限定されるものでもなく、バイパスを通じて溶液Ｘをサンプリングするサンプリングラインと、サンプリングラインに接続される流通型セルと、照射用の光の入射口と、計測用の透過光の出射口と、を備えたものであってよい。この場合、流通型セル内では、サンプリングラインから供給された溶液Ｘが流れる。照射用の光の入射口と、計測用の透過光の出射口とを結ぶ直線（入射口から出射口へ進行する光の光路）は、流通型セル内での溶液Ｘの流れと交差、より好ましくは直交している。

測定プローブ１３の先端には、収容空間１３１ａを有する直方体状の収容部１３１が設けられている。収容部１３１は、測定プローブ１３側の一面に測定光Ｌ１及び透過光Ｌ２を透過する光透過部１３１ｂが設けられている。収容部１３１の収容空間１３１ａ内には、収容部１３１内に収納された一対の反射鏡１３２ａ，１３２ｂが設けられている。反射鏡１３２ａは、光ファイバケーブル１６から照射される測定光Ｌ１を反射鏡１３２ａに向けて９０度反射するように、光ファイバケーブル１６が延在する方向に対して所定の角度をとって配置される。反射鏡１３２ｂは、反射鏡１３２ａによって反射された測定光Ｌ１を光ファイバケーブル１７に向けて９０度反射するように、反射鏡１３２ａに対して所定の角度をとって配置される。

また、収容部１３１の収容空間１３１ａ内には、光ファイバケーブル１６の先端部１６ａと反射鏡１３２ａとの間に凸レンズ１３３ａが配置され、光ファイバケーブル１７の先端部１７ａと反射鏡１３２ｂとの間に凸レンズ１３３ｂが配置される。凸レンズ１３３ａは、光ファイバケーブル１６から反射鏡１３２ａへ向けて照射された測定光Ｌ１のビーム径の拡大を抑える。また、凸レンズ１３３ｂは、反射鏡１３２ｂから光ファイバケーブル１７に向けて反射された透過光Ｌ２のビーム径の拡大を抑える。このように、凸レンズ１３３ａ，１３３ｂを設けて測定光Ｌ１及び透過光Ｌ２のビーム径の拡大を抑えることにより、光ファイバケーブル１６から照射された測定光Ｌ１を透過光Ｌ２として、光ファイバケーブル１７の先端部１７ａに集光させることが可能となる。

測定プローブ１３の流路部１３ｂは、先端部１３ａの一方の側面１３ｄから他方の側面１３ｅに向けて一部が切り欠かれて設けられている。測定プローブ１３の流路部１３ｂは、反射鏡１３２ｂと光ファイバケーブル１７との間の光路に設けられている。このように流路部１３ｂを設けることにより、反射鏡１３２ｂによって反射された測定光Ｌ１が流路部１３ｂを通過する際に、流路部１３ｂ内に侵入した溶液Ｘによって測定光Ｌ１の一部が吸光されて透過光Ｌ２となる。

このように、本実施形態においては、光ファイバケーブル１６、光ファイバケーブル１７及び反射鏡１３２ａ，１３２ｂによって光ファイバケーブル１６及び光ファイバケーブル１７を介して光源部１２から照射された測定光Ｌ１を検出部１４に向けて反射する光路が形成されている。そして、この光路の一部に含まれる測定プローブ１３の先端部１３ａの側面には、測定プローブ１３の側面の一部が測定プローブ１３の内側に向けて切り欠かれた流路部１３ｂが形成されている。このように測定プローブ１３が設けられることにより、配管１０内の溶液Ｘが測定プローブ１３の流路部１３ｂに侵入し、侵入した溶液Ｘに対して光源部１２からの測定光Ｌ１が照射されると共に、溶液Ｘを透過した透過光Ｌ２が検出部１４に向けて搬送される。これにより、溶液Ｘに含まれる被測定物の分光分析が可能となる。ただし、以上説明した測定プローブ１３の形状は一例であり、測定プローブ１３は、透過光Ｌ２を検出部１４に送光可能な形状であれば任意の形状であってよい。

図１に示す検出部１４は、測定プローブ１３から光ファイバケーブル１７を介して送光された溶液Ｘの透過光Ｌ２を受光する受光素子であり、受光した透過光Ｌ２の強度を検出する。

図１に示す演算部１５は、検出部１４が検出した透過光Ｌ２の強度に基づき、溶液Ｘの吸光度スペクトルを算出し、吸光度スペクトルに基づき、溶液Ｘに含まれる放射性物質Ｘ１と固形物Ｘ２とを分析する。図３は、本実施形態に係る演算部の模式的なブロック図である。演算部１５は、本実施形態ではコンピュータであり、分光分析装置１を制御する。図３に示すように、演算部１５は、入力部２０と、出力部２２と、記憶部２４と、制御部２６とを備える。入力部２０は、作業者の操作を受け付ける装置であり、例えばマウスやキーボードやタッチパネルなどである。出力部２２は、情報を出力する装置であり、例えば制御部２６の制御内容などを表示する表示装置を含む。記憶部２４は、制御部２６の演算内容やプログラムの情報などを記憶するメモリであり、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）のような主記憶装置と、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）などの外部記憶装置とのうち、少なくとも１つ含む。

制御部２６は、演算装置、すなわちＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）である。制御部２６は、光源制御部３０と、吸光度スペクトル算出部３２と、ベースライン算出部３４と、放射性物質分析部３６と、固形物分析部３８と、出力制御部４０とを含む。光源制御部３０と、吸光度スペクトル算出部３２と、ベースライン算出部３４と、放射性物質分析部３６と、固形物分析部３８と、出力制御部４０とは、制御部２６が記憶部２４に記憶されたソフトウェア（プログラム）を読み出すことで実現され、後述する処理を実行する。

光源制御部３０は、光源部１２を制御して、光源部１２に測定光Ｌ１を照射させる。

吸光度スペクトル算出部３２は、検出部１４による透過光Ｌ２の検出結果を取得し、その検出結果に基づき、溶液Ｘの吸光度スペクトルを算出する。具体的には、吸光度スペクトル算出部３２は、検出部１４を制御して、検出部１４に透過光Ｌ２を受光させる。吸光度スペクトル算出部３２は、検出部１４の検出結果、すなわち受光した透過光Ｌ２の強度の情報を取得する。吸光度スペクトル算出部３２は、波長毎の透過光Ｌ２毎の強度を取得する。吸光度スペクトル算出部３２は、透過光Ｌ２の強度と測定光Ｌ１の強度との比率から、溶液Ｘによる測定光Ｌ１の吸光度を算出する。吸光度スペクトル算出部３２は、透過光Ｌ２の波長毎に、溶液Ｘの吸光度を算出して、波長毎に吸光度をプロットしたデータを、吸光度スペクトルとして算出する。

図４は、吸光度スペクトルの一例を示すグラフである。図４の横軸は、波長を指し、縦軸は溶液Ｘの吸光度を指すため、図４に示す吸光度スペクトルＡは、波長毎の溶液Ｘの吸光度を示す。吸光度スペクトル算出部３２が算出する溶液Ｘの吸光度スペクトルＡは、図４に例示するように、少なくとも１つの波長において、放射性物質Ｘ１に起因するピークを有する波形となる。ここで、放射性物質Ｘ１による吸光度がピークとなる波長は、既知である。分光分析においては、このピークの波長における吸光度の値から、放射性物質Ｘ１の濃度を算出することが可能である。しかし、溶液Ｘには、放射性物質Ｘ１以外にも、固形物Ｘ２が含まれている。この場合、吸光度スペクトルＡは、固形物Ｘ２の影響により、ベースラインＢが変形して、例えば図４に示すような右肩下がりの波形となる。言い換えれば、吸光度スペクトルＡは、波長が高くなるに従って吸光度が低くなるベースラインＢに、放射性物質Ｘ１に起因するピーク波形を含む吸光度スペクトルを重ね合わせた波形となる。吸光度スペクトルＡがこのような波形となるため、吸光度スペクトルＡのピークに基づき放射性物質Ｘ１の吸光度を算出した場合、吸光度スペクトルＡのピークにおける吸光度が、放射性物質Ｘ１に起因する吸光度からずれてしまい、放射性物質Ｘ１の濃度の算出精度が低下してしまう。それに対し、本実施形態に係る演算部１５は、ベースラインＢを高精度に算出して、吸光度スペクトルＡからベースラインＢを差し引いた修正スペクトルＣを算出する。そして、修正スペクトルＣから放射性物質Ｘ１の濃度を算出することで、放射性物質Ｘ１の濃度の算出精度の低下を抑制することができる。以下、具体的に説明する。なお、図４に示した吸光度スペクトルＡの波形は、一例である。

ベースライン算出部３４は、吸光度スペクトル算出部３２が算出した吸光度スペクトルＡから、ベースラインＢを算出する。ベースライン算出部３４は、吸光度（縦軸）が波長（横軸）毎に一次的に変化する直線として、ベースラインＢを算出する。具体的には、ベースライン算出部３４は、ベースラインＢを以下式（１）の直線として算出する。

Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｂ ・・・（１）

式（１）において、Ｘは、吸光度スペクトルＡにおける波長（横軸）であり、Ｙは吸光度（縦軸）であり、共に変数となる。また、傾きａは、ベースラインＢの傾きであり、値が一定（定数）となる。また、定数ｂは、ベースラインＢの切片であり、値が一定（定数）となる。ベースライン算出部３４は、吸光度スペクトルＡから、傾きａと定数ｂとを算出することで、ベースラインＢを算出する。

ベースライン算出部３４は、吸光度スペクトルＡでの算出用波長Ｗにおける吸光度に基づき、傾きａを算出する。算出用波長Ｗは、吸光度スペクトルＡにおける、放射性物質Ｘ１の吸収に起因するピークがある波長以外の波長である。具体的には、ベースライン算出部３４は、吸光度スペクトルＡの算出用波長Ｗにおける吸光度の値を一次微分し、一次微分した値に基づき、傾きａを算出する。さらに言えば、ベースライン算出部３４は、複数の算出用波長Ｗを設定して、それぞれの算出用波長Ｗにおける吸光度の一次微分値を算出することが好ましい。ベースライン算出部３４は、それぞれの算出用波長Ｗにおける吸光度の一次微分値の平均値を算出して、その平均値を、傾きａとして設定する。ただし、ベースライン算出部３４は、それぞれの算出用波長Ｗにおける吸光度の一次微分値の平均値を算出することに限られず、１つの算出用波長Ｗにおける吸光度の一次微分値を、傾きａとして設定してもよい。

放射性物質Ｘ１の吸光度のピークがある波長は、既知であるため、算出用波長Ｗは、放射性物質Ｘ１のピークが無い波長も既知となり、予め設定可能である。従って、本実施形態においては、算出用波長Ｗの値は、放射性物質Ｘ１のピークが無い波長として予め設定されており、例えば記憶部２４に記憶されている。ベースライン算出部３４は、予め設定された算出用波長Ｗの値を取得して、その算出用波長Ｗにおける一次微分値から、傾きａを算出する。算出用波長Ｗとしては、例えば、６００ｎｍ、７００ｎｍ、及び９００ｎｍが挙げられる。ベースライン算出部３４は、波長が６００ｎｍ、７００ｎｍ、９００ｎｍにおける吸光度スペクトルＡの吸光度の一次微分値を、それぞれ算出して、それらの一次微分値の平均値を、傾きａとして設定する。ただし、算出用波長Ｗは、６００ｎｍ、７００ｎｍ、及び９００ｎｍに限られず、放射性物質Ｘ１のピークが無い波長であればよい。

ただし、ベースライン算出部３４は、予め設定された算出用波長Ｗの値を使用することに限られず、例えば吸光度スペクトルＡから算出用波長Ｗの値を算出してもよい。この場合、ベースライン算出部３４は、例えば、吸光度スペクトルＡの各波長における吸光度の値を二次微分して、その二次微分値に基づき、算出用波長Ｗを算出する。具体的には、ベースライン算出部３４は、二次微分値がゼロとなる波長を、算出用波長Ｗとして算出してもよい。

また、ベースライン算出部３４は、算出用波長Ｗにおける吸光度の一次微分値に基づき傾きａを算出しているが、傾きａの算出方法はこれに限られず、吸光度スペクトルＡに基づき傾きａを算出するものであればよい。例えば、ベースライン算出部３４は、算出用波長Ｗにおける吸光度スペクトルＡの近似直線を算出して、その近似直線の傾きを、ベースラインＢの傾きａとしてもよい。

ベースライン算出部３４は、以上のようにして算出した傾きａと、吸光度スペクトルＡとに基づき、定数ｂを算出する。例えば、ベースライン算出部３４は、傾きａの値と、１つの算出用波長Ｗにおける吸光度の値とから、定数ｂを算出する。この場合、ベースライン算出部３４は、傾きが傾きａとなり、かつ、１つの算出用波長Ｗにおける吸光度スペクトルＡ上の点を通る直線が、ベースラインＢとなるように、定数ｂを算出する。言い換えれば、ベースライン算出部３４は、１つの算出用波長ＷにおけるベースラインＢの吸光度が、その算出用波長Ｗにおける吸光度スペクトルＡにおける吸光度と同じ値になるように、ベースラインＢの定数ｂを算出する。

ベースライン算出部３４は、このように傾きａ及び定数ｂを算出することで、ベースラインＢを高精度に算出する。なお、本実施形態では、傾きａがマイナスの値となるため、ベースラインＢは、波長が大きくなるに従って吸光度が低くなる直線となる。

図５は、修正スペクトルの一例を示すグラフである。図３に示す放射性物質分析部３６は、吸光度スペクトルＡからベースラインＢを差し引いたスペクトルを、修正スペクトルＣとして算出する。図５に例示するように、修正スペクトルＣは、吸光度スペクトルＡからベースラインＢを差し引いたスペクトルとなるため、固形物Ｘ２などの影響が除去されて、放射性物質Ｘ１に起因する吸光度を反映した吸光度スペクトルとなる。すなわち、修正スペクトルＣは、放射性物質Ｘ１の吸収によるピークが無い波長（算出用波長Ｗ）における吸光度が概ねゼロとなり、放射性物質Ｘ１の吸収によるピークがある波長における吸光度が、放射性物質Ｘ１の吸収を反映した値となる。従って、放射性物質分析部３６は、この修正スペクトルＣに基づき放射性物質の濃度を算出することで、放射性物質Ｘ１の濃度を高精度に算出することができる。例えば、放射性物質分析部３６は、放射性物質Ｘ１の濃度と吸光度のピーク値との関係を記憶部２４から取得し、修正スペクトルＣにおける吸光度のピーク値をこの関係に入力することで、放射性物質Ｘ１の濃度を算出する。

以上のように、演算部１５は、吸光度スペクトルＡからベースラインＢを差し引いた修正スペクトルＣに基づき、放射性物質Ｘ１の濃度を算出する。ここで、溶液Ｘを分析する際には、放射性物質Ｘ１の分析に加え、例えば溶液Ｘの処理が適切に出来ているかを判断するために、固形物Ｘ２についても分析することが求められる場合がある。それに対し、発明者は、ベースラインＢに基づき固形物Ｘ２の分析が可能であることを想起して、本実施形態に係る演算部１５が、放射性物質Ｘ１と共に、固形物Ｘ２についても分析可能になるように設定した。以下、具体的に説明する。

図３に示す固形物分析部３８は、ベースライン算出部３４が算出したベースラインＢに基づき、溶液Ｘに含まれる固形物Ｘ２の量を算出する。発明者は、ベースラインＢに相当する吸光が、固形物Ｘ２による測定光Ｌ１の散乱によるものであることを想起した。すなわち、ベースラインＢにおける吸光度は、実際には吸光されたものではなく、固形物Ｘ２に散乱されることで検出部１４に到達しなかった測定光Ｌ１の強度を反映していると言える。測定光Ｌ１の散乱量、すなわちベースラインＢにおける吸光度は、溶液Ｘに含まれる固形物Ｘ２の量が多いほど、大きくなる。そのため、固形物分析部３８は、吸光度を示すベースラインＢに基づき、溶液Ｘに含まれる固形物Ｘ２の量を算出することが可能となる。なお、溶液Ｘに含まれる固形物Ｘ２の量は、溶液Ｘに含まれる固形物Ｘ２の濃度と言い換えることもできる。

さらに詳しくは、固形物分析部３８は、ベースラインＢに基づき、粒径ごとの固形物Ｘ２の量（濃度）を算出する。図６及び図７は、固形物による散乱を説明するための一例のグラフである。図６は、粒径パラメータα毎の、固形物Ｘ２による散乱量の一例を示すグラフである。粒径パラメータαは、固形物Ｘ２の粒径と測定光Ｌ１（入射光）の波長との関係を示すパラメータである。測定光Ｌ１の波長に対する固形物Ｘ２の粒径が大きくなるほど、粒径パラメータαの値が大きくなる。例えば、粒径パラメータαは、以下の式（２）で表される。式（２）において、πは円周率であり、ｘは固形物Ｘ２の粒径であり、λは測定光Ｌ１の波長である。

α＝π・ｘ／λ ・・・（２）

図６に示すように、粒径パラメータαが、値α１以下となる領域、及び、値α１より大きく値α２以下となる領域においては、固形物Ｘ２による光の散乱量は、粒径パラメータαが大きくなるほど大きくなる。また、粒径パラメータαが値α２より大きくなる領域においては、光の散乱量が粒径パラメータαの大きさにあまり依存せず、言い換えれば、光の散乱量は、粒径パラメータαによらず一定の値となる。このような粒径パラメータα毎の光の散乱量の傾向の違いは、粒径パラメータα毎に散乱パターンが異なることに起因する。例えば、粒径パラメータαが値α２より大きい固形物Ｘ２は、幾何散乱を生じさせ、粒径パラメータαが値α１より大きく値α２以下となる固形物Ｘ２は、ミー散乱を生じさせ、粒径パラメータαが値α１以下となる固形物Ｘ２は、レイリー散乱を生じさせる。例えば、値α１は、２であり、値α２は、１０であるが、値α１、α２は、それらの値に限られない。

ここで、粒径パラメータαは、式（２）に示したように、測定光Ｌ１の波長に依存した値であり、測定光Ｌ１の波長が大きいほど小さくなる。従って、図６は、横軸において左側に向かう程、測定光Ｌ１の波長が大きくなるグラフであると解釈することができる。従って、図６に示すように、粒径パラメータαが値α２より大きく幾何散乱を起こす固形物Ｘ２は、測定光Ｌ１の波長によらず散乱量が一定となると判断できる。一方、粒径パラメータαが値α１より大きく値α２以下となりミー散乱を起こす固形物Ｘ２は、測定光Ｌ１の波長が大きくなるほど散乱量が直線的に小さくなると判断できる。また、粒径パラメータαが値α１以下となるレイリー散乱を起こす固形物Ｘ２も、測定光Ｌ１の波長が大きくなるほど散乱量が直線的に小さくなると判断できる。すなわち、ミー散乱及びレイリー散乱を生じる粒径においては、固形物Ｘ２による光の散乱量は、測定光Ｌ１の波長が大きくなるほど直線的に小さくなる。また、幾何散乱を生じる粒径においては、固形物Ｘ２による光の散乱量は、測定光Ｌ１の波長によらず値が一定となる。なお、図６は対数スケールとなっており、レイリー散乱による散乱量は、ミー散乱による散乱量や、幾何散乱による散乱量に比べて、無視可能な程度に小さいと判断できる。

図７は、粒径毎の吸光度の例を示すグラフである。図８は、ベースラインの一例を示すグラフである。上述のように、光の散乱量とベースラインＢにおける吸光度とは対応しているため、固形物分析部３８は、測定光Ｌ１の波長に対する光の散乱量の、粒径毎の変化傾向を、粒径毎の測定光Ｌ１の波長に対する吸光度の、粒径毎の変化傾向として適用することができる。具体的には、固形物分析部３８は、図７の（Ａ）に示すように、第１粒径（粒径パラメータαが値α１より大きい幾何散乱領域に相当）となる固形物Ｘ２に起因する吸光度が、波長によらず一定の値になると判断する。また、固形物分析部３８は、図７の（Ｂ）に示すように、第１粒径より粒径が小さい第２粒径（粒径パラメータαが値α１より大きく値α２以下となるミー散乱領域に相当）となる固形物Ｘ２に起因する吸光度が、波長が大きくなるに従って直線的に減少すると判断する。また、固形物分析部３８は、図７の（Ｃ）に示すように、第２粒径より粒径が小さい第３粒径（粒径パラメータαが値α１以下となるレイリー散乱領域に相当）となる固形物Ｘ２に起因する吸光度が、波長が大きくなるに従って直線的に減少すると判断する。

第１粒径は、幾何散乱を起こす粒径（粒径パラメータαが値α１より大きい領域に相当）であり、例えば３．５μｍ以上、又は、例えば２．８６μｍ以上である。また、第２粒径は、ミー散乱を起こす粒径（粒径パラメータαが値α１より大きく値α２以下となる領域に相当）であり、例えば０．１３μｍ以上３．５μｍ以下、又は、例えば０．１３μｍ以上２．８６μｍ以下である。また、第３粒径は、レイリー散乱を起こす粒径（粒径パラメータαが値α１以下となる領域に相当）であり、例えば０．１３μｍ以下である。なお、ここでの第１粒径、第２粒径及び第３粒径は、例えば上記の数値範囲内において数値幅を持たない一定の値であるが、固形物分析部３８は、第１粒径、第２粒径及び第３粒径を、例えば若干の数値幅を持たせた粒径範囲として判断してもよい。溶液Ｘは、例えば処理部Ｆで処理するなど、基本的には成分が管理されているため、固形物の粒径も広く分布せず一定の値に収束していると判断できる。

固形物分析部３８は、第１粒径の固形物Ｘ２による波長毎の吸光度と、第２粒径の固形物Ｘ２による波長毎の吸光度と、第３粒径の固形物Ｘ２による波長毎の吸光度との総和が、ベースラインＢとして観測されていると判断する。吸光度と固形物Ｘ２の量（濃度）とは関連付いているため、固形物分析部３８は、ベースラインＢに基づき、言い換えれば傾きａ及び定数ｂに基づき、固形物Ｘ２の量を粒径毎に算出することができる。具体的には、図８に示すように、固形物分析部３８は、ベースラインＢの領域Ｂ１における吸光度が、第１粒径の固形物Ｘ２に起因する吸光度であると判断して、ベースラインＢの領域Ｂ１における吸光度に基づき、第１粒径の固形物Ｘ２の量（濃度）を算出する。領域Ｂ１は、吸光度が波形毎に一定の定数ｂとなる領域（Ｙ＝ｂとなる領域）である。すなわち、第１粒径の固形物Ｘ２に起因する吸光度は波長によらず一定となるため、固形物分析部３８は、第１粒径の固形物Ｘ２に起因する吸光度が定数ｂであると判断して、定数ｂに基づき、第１粒径の固形物Ｘ２の量（濃度）を算出する。

また、図８に示すように、固形物分析部３８は、ベースラインＢの領域Ｂ２における吸光度が、第２粒径の固形物Ｘ２に起因する吸光度であると判断して、ベースラインＢの領域Ｂ２における吸光度に基づき、第２粒径の固形物Ｘ２の量（濃度）を算出する。領域Ｂ２は、吸光度が、傾きａをもって波形毎に変化する領域（Ｙ＝ａ・Ｘとなる領域）である。すなわち、第２粒径の固形物Ｘ２に起因する吸光度は、波長が大きくなるに従って直線的に減少するため、固形物分析部３８は、第２粒径の固形物Ｘ２に起因する吸光度が傾きａをもって変化していると判断して、傾きａに基づき、第２粒径の固形物Ｘ２の量（濃度）を算出する。なお、第３粒径の固形物Ｘ２はレイリー散乱の領域であるため、第３粒径の固形物Ｘ２に起因する吸光度は、第１粒径及び第２粒径の固形物Ｘ２に起因する吸光度と比較して、無視可能な程度に小さい。従って、固形物分析部３８は、第３粒径の固形物Ｘ２の濃度を算出することなく、第１粒径及び第２粒径の固形物Ｘ２の濃度を算出してよい。ただし、固形物分析部３８は、第３粒径の固形物Ｘ２の濃度も併せて算出してよい。この場合、例えば、第２粒径の固形物Ｘ２に起因する吸光度と第３粒径の固形物Ｘ２に起因する吸光度との和が、領域Ｂ２に相当すると判断してよい。そして、傾きａに基づき、第２粒径の固形物Ｘ２と第３粒径の固形物Ｘ２との量（濃度）の和を算出し、その和のうちの所定割合を第２粒径の固形物Ｘ２の量とし、他を第３粒径の固形物Ｘ２の量としてよい。

固形物分析部３８は、以上のようにして、ベースラインＢに基づき、溶液Ｘに含まれる固形物Ｘ２の量を、固形物Ｘ２の粒径毎に算出する。図３に示す出力制御部４０は、放射性物質分析部３６による放射性物質Ｘ１の分析結果、ここでは溶液Ｘに含まれる放射性物質Ｘ１の濃度と、固形物分析部３８による固形物Ｘ２の分析結果、ここでは粒径毎の粒径毎の固形物Ｘ２の量と、を、例えば出力部２２に出力する。例えば、出力制御部４０は、固形物Ｘ２の量が予め設定した閾値を超えた場合に、その旨を出力部２２に出力させる。これにより、作業者は、例えば処理部Ｆでの処理に異常があるなど、溶液Ｘの処理に異常がある旨を認識することができる。

分光分析装置１の構成は以上のようになっている。次に、分光分析装置１による放射性物質Ｘ１の濃度と固形物Ｘ２の量との算出フローを、フローチャートに基づき説明する。図９は、本実施形態に係る放射性物質の濃度と固形物の量との算出フローを説明するフローチャートである。図９に示すように、分光分析装置１は、光源制御部３０により光源部１２を制御して、光源部１２から溶液Ｘに測定光Ｌ１を照射し（ステップＳ１０）、検出部１４により溶液Ｘからの透過光Ｌ２を検出する（ステップＳ１２）。分光分析装置１は、吸光度スペクトル算出部３２により、透過光Ｌ２の検出結果を波長毎に取得して、吸光度スペクトルＡを算出する（ステップＳ１４）。そして、分光分析装置１は、ベースライン算出部３４により、吸光度スペクトルＡに基づきベースラインＢを算出する（ステップＳ１６）。分光分析装置１は、放射性物質分析部３６により、吸光度スペクトルＡからベースラインＢを差し引いた修正スペクトルＣに基づき、溶液Ｘに含まれる放射性物質Ｘ１の濃度を算出する（ステップＳ１８）。また、分光分析装置１は、固形物分析部３８により、ベースラインＢに基づき、溶液Ｘに含まれる固形物Ｘ２の量を算出する（ステップＳ２０）。固形物分析部３８は、ベースラインＢに基づき、粒径毎の固形物Ｘ２の量を算出する。

以上説明したように、本実施形態に係る分光分析装置１は、光源部１２と、検出部１４と、演算部１５とを備える。光源部１２は、放射性物質Ｘ１と、放射性物質Ｘ１以外の固形物Ｘ２が含まれる溶液Ｘに、測定光Ｌ１を照射する。検出部１４は、溶液Ｘを透過した光、すなわち透過光Ｌ２を検出する。演算部１５は、吸光度スペクトル算出部３２と、ベースライン算出部３４と、放射性物質分析部３６と、固形物分析部３８と、を備える。吸光度スペクトル算出部３２は、検出部１４が検出した透過光Ｌ２から、溶液Ｘの吸光度スペクトルＡを算出する。ベースライン算出部３４は、吸光度スペクトルＡから、ベースラインＢを算出する。放射性物質分析部３６は、吸光度スペクトルＡからベースラインＢを差し引いた修正スペクトルＣに基づき、放射性物質Ｘ１の濃度を算出する。固形物分析部３８は、ベースラインＢに基づき、固形物Ｘ２の量を算出する。

本実施形態に係る分光分析装置１は、吸光度スペクトルＡからベースラインＢを差し引いた修正スペクトルＣに基づき、放射性物質Ｘ１の濃度を算出するため、スペクトルから固形物Ｘ２の影響を除去可能となり、放射性物質Ｘ１の濃度の算出精度の低下を抑制できる。また、分光分析装置１は、ベースラインＢに基づき固形物Ｘ２の量を算出することで、溶液Ｘ中の固形物Ｘ２を、適切に分析することができる。さらに言えば、溶液Ｘは、放射性物質Ｘ１が含まれており、例えば高線量区画ＡＲ１と低線量区画ＡＲ２とに区分けされているように、成分の分析を行うための設備構成が複雑となる。従って、溶液Ｘに含まれる固形物Ｘ２を容易にかつ適切に分析することが困難となる。それに対し、本実施形態に係る分光分析装置１は、ベースラインＢに基づき固形物Ｘ２の量を算出するため、放射性物質Ｘ１の分析に用いる設備だけで、放射性物質Ｘ１の分析に加え、固形物Ｘ２の分析も容易に行うことができる。

また、ベースラインＢを、Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｂとした場合に、ベースライン算出部３４は、吸光度スペクトルＡから、ベースラインＢの傾きａ及び定数ｂを算出することで、ベースラインＢを算出する。分光分析装置１は、ベースラインＢを直線として扱うことで、ベースラインＢを高精度に算出することが可能となり、放射性物質Ｘ１の分析精度の低下を抑制しつつ、固形物Ｘ２の分析を適切に行うことができる。

また、ベースライン算出部３４は、吸光度スペクトルＡでの放射性物質Ｘ１の吸収によるピークがある波長以外の算出用波長Ｗにおける、吸光度スペクトルＡの吸光度に基づき、傾きａを算出する。分光分析装置１は、算出用波長Ｗにおける吸光度に基づき傾きａを算出するため、ベースラインＢを高精度に算出することが可能となり、放射性物質Ｘ１の分析精度の低下を抑制しつつ、固形物Ｘ２の分析を適切に行うことができる。

また、ベースライン算出部３４は、算出用波長Ｗにおける吸光度スペクトルの吸光度の一次微分値を算出して、一次微分値に基づき傾きａを算出する。分光分析装置１は、算出用波長Ｗにおける吸光度の一次微分値から傾きａを算出するため、ベースラインＢを高精度に算出することが可能となり、放射性物質Ｘ１の分析精度の低下を抑制しつつ、固形物Ｘ２の分析を適切に行うことができる。また、一次微分値を用いることで、吸光度スペクトルのデータをそのまま利用することが可能となるため、ベースラインＢの算出を容易に行うことができる。

また、ベースライン算出部３４は、複数の算出用波長Ｗについて一次微分値を算出し、複数の一次微分値の平均値から、傾きａを算出する。分光分析装置１は、複数の一次微分値の平均値から傾きａを算出するため、ベースラインＢを高精度に算出することが可能となり、放射性物質Ｘ１の分析精度の低下を抑制しつつ、固形物Ｘ２の分析を適切に行うことができる。

また、固形物分析部３８は、ベースラインＢに基づき、粒径ごとの固形物の量を算出する。分光分析装置１は、溶液Ｘに含まれる固形物Ｘ２の量を、固形物Ｘ２の粒径毎に算出するため、例えば、粒径が大きい固形物Ｘ２の量が多い場合に溶液Ｘの処理が不良であると判断することなどが可能となり、固形物Ｘ２の分析を適切に行うことができる。

また、固形物分析部３８は、定数ｂに基づき、第１粒径の固形物Ｘ２の量を算出し、傾きａに基づき、第１粒径より粒径が小さい第２粒径の固形物Ｘ２の量を算出する。分光分析装置１は、溶液Ｘに含まれる固形物Ｘ２の量を、固形物Ｘ２の粒径毎に算出するため、例えば、固形物Ｘ２の分析を適切に行うことができる。

また、放射性物質Ｘ１は、ウラン及びプルトニウムの少なくとも一方である。分光分析装置１は、ウラン及びプルトニウムの濃度の算出精度の低下を抑制することができる。

なお、ベースラインＢは、固形物Ｘ２による測定光Ｌ１の散乱に加え、例えば測定プローブ１３の窓の汚れなど、分光分析装置１の装置の状態によっても生じる。この場合、例えば配管１０に溶液Ｘを流さない状態で測定した吸光度スペクトル（ベースライン）が分光分析装置１の装置の状態を示すものとなるため、溶液Ｘを流した際の吸光度スペクトルＡから、溶液Ｘを流さない際の吸光度スペクトルを差し引くことで、窓の汚れなど、分光分析装置１の装置の状態の影響を除去することができる。

また、本実施形態における固形物Ｘ２の粒径について、粒径の測定方法は任意であるが、例えば、レーザ回折・散乱法によって求められた粒度分布に基づき求められた粒径である。粒度分布として、体積分布を用いてもよいし個数分布を用いてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態の内容により実施形態が限定されるものではない。また、前述した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。さらに、前述した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。さらに、前述した実施形態の要旨を逸脱しない範囲で構成要素の種々の省略、置換又は変更を行うことができる。

１ 分光分析装置
１０ 配管
１２ 光源部
１３ 測定プローブ
１４ 検出部
１５ 演算部
３２ 吸光度スペクトル算出部
３４ ベースライン算出部
３６ 放射性物質分析部
３８ 固形物分析部
Ａ 吸光度スペクトル
Ｂ ベースライン
Ｃ 修正スペクトル
Ｌ１ 測定光
Ｌ２ 透過光

Claims (8)

1. 放射性物質、及び前記放射性物質以外の固形物が含まれる溶液に光を照射する光源部と、
   前記溶液を透過した光を検出する検出部と、
   演算部と、を備え、
   前記演算部は、
   前記検出部が検出した光から、前記溶液の吸光度スペクトルを算出する吸光度スペクトル算出部と、
   前記吸光度スペクトルからベースラインを算出するベースライン算出部と、
   前記吸光度スペクトルから前記ベースラインを差し引いた修正スペクトルに基づき、前記放射性物質の濃度を算出する放射性物質分析部と、
   前記ベースラインに基づき、粒径ごとの前記固形物の量を算出する固形物分析部と、
   を備える、分光分析装置。
2. 前記ベースラインを、
   Ｙ＝ａ・Ｘ＋ｂ
   とした場合に、
   前記ベースライン算出部は、前記吸光度スペクトルから、前記ベースラインの傾きａ及び定数ｂを算出することで、前記ベースラインを算出する、請求項１に記載の分光分析装置。
   ここで、Ｘは前記吸光度スペクトルにおける前記光の波長であり、Ｙは、前記吸光度スペクトルにおける吸光度である。
3. 前記ベースライン算出部は、前記吸光度スペクトルでの前記放射性物質の吸収によるピークがある波長以外の波長である算出用波長における、前記吸光度スペクトルの吸光度に基づき、前記傾きａを算出する、請求項２に記載の分光分析装置。
4. 前記ベースライン算出部は、前記算出用波長における前記吸光度スペクトルの吸光度の一次微分値を算出して、前記一次微分値に基づき、前記傾きａを算出する、請求項３に記載の分光分析装置。
5. 前記ベースライン算出部は、複数の前記算出用波長について前記一次微分値を算出し、複数の前記一次微分値の平均値から、前記傾きａを算出する、請求項４に記載の分光分析装置。
6. 前記固形物分析部は、前記定数ｂに基づき、第１粒径の前記固形物の量を算出し、前記傾きａに基づき、前記第１粒径より粒径が小さい第２粒径の前記固形物の量を算出する、請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の分光分析装置。
7. 前記放射性物質は、ウラン及びプルトニウムの少なくとも一方である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の分光分析装置。
8. 放射性物質、及び前記放射性物質以外の固形物が含まれる溶液に光を照射する照射ステップと、
   前記溶液を透過した光を検出する検出ステップと、
   演算ステップと、を含み、
   前記演算ステップは、
   前記検出ステップで検出した光から、前記溶液の吸光度スペクトルを算出する吸光度スペクトル算出ステップと、
   前記吸光度スペクトルからベースラインを算出するベースライン算出ステップと、
   前記吸光度スペクトルから前記ベースラインを差し引いた修正スペクトルに基づき、前記放射性物質の濃度を算出する放射性物質分析ステップと、
   前記ベースラインに基づき、粒径ごとの前記固形物の量を算出する固形物分析ステップと、
   を含む、分光分析方法。
   

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