JPH05180942A - ドラム缶詰放射性廃棄物の放射能測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ドラム缶詰放射性廃棄物の放射能強度を短時
間、かつ、高精度に測定できる放射能測定装置を提供す
る。 【構成】ＭＣＡ１２の不感時間を演算器１３で評価し、
不感時間が最適な値となるようにコリメータ駆動装置
４、及び移動架台駆動装置５を制御してコリメータ３の
開口度、及びドラム缶１とコリメータ３間の距離を変え
る。 【効果】ＭＣＡの不感時間の変化に応じて、測定体系の
幾何を調節するので、放射能測定精度を向上させること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、原子力発電所から発生
する放射性廃棄物をドラム缶等の放射性廃棄物貯蔵容器
（以下、ドラム缶と記す）に詰めた物の放射能を非破壊
的に測定する放射能測定装置に係り、特に、高線量率ド
ラム缶、及び低線量率ドラム缶のγ線放出核種の放射能
を簡便に定量するのに好適な放射能測定装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ドラム缶詰廃棄物を埋設処分（保管）す
る放射性廃棄物貯蔵施設に輸送するためには、ドラム缶
詰廃棄物に含有している放射能を核種別に評価・定量す
る必要がある。従来、ドラム缶内の放射能を定量する手
法・装置として、特開昭62−179684号公報に示されたも
のが知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】特開昭62−179684号公
報に示された放射能測定方法は、ドラム缶内から放出す
る放射線を２種類の放射線検出器で測定する。

【０００４】高線量率ドラム缶に対応するため、高計数
率測定が可能な第１の放射線検出器（プラスチックシン
チレーション検出器，放射線エネルギ弁別は不可能）で
ドラム缶内の廃棄物が放出する放射線の総計数値を測定
し、放射線エネルギ弁別が可能な第２の放射線検出器
（ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレーション検出器、高計数率測
定は不可能）でドラム缶の放射性核種の強度比率を測定
する。この総計数値と放射性核種の強度比率から高線量
率ドラム缶内の放射能を定量する。しかし、この測定方
法は、放射線検出器の種類及び設置形体が異なり、各放
射線検出器の間で幾何学的効率、並びに、ピーク効率を
補正しなければならないと云う問題がある。

【０００５】また、強度比率による補正を実施している
ため、低線量率ドラム缶の放射能測定は誤差が大きいと
云う問題点がある。

【０００６】本発明の目的は、ドラム缶内の放射能レベ
ルが高線量率であっても、低線量率であっても、正確な
ドラム缶内放射能を測定することができるドラム缶詰放
射性廃棄物の放射能測定装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的は、放射線検出
器に入射する放射線量を最適化する手段を設けることで
達成できる。

【０００８】このためには、ドラム缶周囲に放射線検出
器を配置し、その放射線検出器の前面に開口度を可変で
きるコリメータと、ドラム缶とコリメータ間の距離を制
御・調節可能な機器を装備する。コリメータを通過して
入射するドラム缶からの放射線を計測装置で測定する。
その計測装置の不感時間を求め、その不感時間の値より
コリメータの開口度、及びドラム缶とコリメータ間の距
離を調節し、計測装置の不感時間を最適な値にすること
で、目的は達成される。

【０００９】

【作用】以下、手段の作用について述べる。ドラム缶内
の放射能を短時間かつ正確に求めるためには、放射線検
出器に入射する放射線量を最適化する必要がある。何故
ならば、放射線検出器で測定される放射線計数値はポア
ソン分布に従うため、測定誤差を小さくしようとするな
らば、数多く計数しなければならず、低線量率ドラム缶
の測定の場合、短時間測定が難しくなる。また、放射線
検出器及び放射線検出器の信号を処理する計測装置には
処理時間が存在し、処理中は他の放射線を測定できず数
え落しが発生する。従って、高線量率ドラム缶の測定の
場合、放射線計数率が増加するため計測装置の不感時間
の増加、即ち、数え落しが増加し、正確な放射線計数値
が得られなくなる。放射線検出器の動作時間に比べて放
射線検出器信号を処理する計測装置の動作時間は圧倒的
に遅いため、問題点を改善するには、計測装置の不感時
間が最適となるように放射線量（放射線検出器に入射す
る量）を制御すれば良い。

【００１０】放射能が点線源の場合、放射線検出器に入
射する放射線量は、Ｓ／４πＲ²で近似することができ
る。但し、Ｓは放射線検出器の放射線有感面積、Ｒは点
線源と放射線検出器間の距離である。従って、問題解決
の手段は、計測装置の不感時間をモニタし、不感時間の
値で放射線検出器の放射線有感面積の調節、及び、線源
と放射線検出器間距離の調節、即ち、放射線束密度の調
節である。

【００１１】このためには、ドラム缶周囲に放射線検出
器を配置し、その放射線検出器の前面に開口度を可変で
きるコリメータを設け放射線検出器とコリメータを一体
化することによって、このコリメータの開口度によって
放射線検出器の放射線有感面積を変えられる。また、ド
ラム缶とコリメータ（放射線検出器）間の距離を制御・
調節可能な機器を装備することで放射線束密度を変えら
れる。

【００１２】コリメータを通過して入射するドラム缶か
らの放射線を放射線検出器と計測装置で測定する。その
計測装置の処理率から不感時間を求め、その不感時間の
値よりコリメータの開口度、及びドラム缶とコリメータ
間の距離を調節することにより、計測装置の不感時間を
最適化できる。

【００１３】この結果、ドラム缶内の放射能レベルが高
線量率であっても、低線量率であっても、正確なドラム
缶内放射能測定が可能になる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図４によ
り説明する。図１は本発明に係る放射能測定システムの
ブロック図である。図２及び図３は本発明に係る測定幾
何の原理図であり、図２は本発明の放射線測定系の縦断
面図、図３は該放射線測定系の横断面図である。図４は
本発明に係る放射能測定システムの構成図である。先
ず、図２及び図３を用いて放射能測定の幾何について説
明する。

【００１５】原子力発電所から発生する放射性廃棄物を
詰めたドラム缶１から放出される放射線、例えば、γ線
を測定するために、ドラム缶１と対向した位置に放射線
検出器２を配置する。この放射線検出器２として、高純
度Ｇｅ半導体放射線検出器、ＮａＩ（Ｔｌ）シンチレー
ション検出器等のγ線エネルギを弁別測定可能な放射線
検出器を用いることができる。測定対象であるドラム缶
１の放射能の強度範囲は、数十ｐＣｉ／ｇ〜数μＣｉ／
ｇ（数Ｂｑ／ｇ〜数百ｋＢｑ／ｇ）と広く、一測定系
（幾何学的効率）でカバーすることは不可能である。こ
の問題点を解決するためには幾何学的効率を調節する必
要がある。この幾何学的効率を連続的に可変できるよう
にするために、放射線検出器の前面に開口度を自由に可
変できるコリメータ３を設置する。図中には示していな
いが放射線検出器１とコリメータ３は一体的に構築、即
ち、放射線検出器１の放射線受光面の前面にコリメータ
３を固定配置する。この時、幾何学的効率は放射線検出
器１とコリメータ３が一体的に構築されていることか
ら、コリメータ３の垂直方向開口度θと水平方向開口度
ω、及びドラム缶１とコリメータ３間の距離Ｌで決定す
ることができる。

【００１６】ドラム缶１内の放射性廃棄物の密度及び放
射能分布は、通常、非均質であるので、ドラム缶１の極
一部の領域だけ放射線測定して放射能を評価すると誤差
が大きくなる。そこで、ドラム缶１を測定領域Ｓ毎にス
テップ測定すると、放射能評価誤差は小さくなる。従っ
て、幾何学的効率を定める時は、測定領域Ｓが同じくな
るようθ，ω，Ｌを調節する。図２，図３の（ａ）は低
線量率ドラム缶測定時の幾何系を、（ｂ）は高線量率ド
ラム缶測定時の幾何系を示している。このように、低線
量率ドラム缶測定時はコリメータ２の垂直方向開口度θ
_a と水平方向開口度ω_a を広く、及びドラム缶１とコリ
メータ２間の距離Ｌ_a を短くする。逆に、高低線量率ド
ラム缶測定時はθ_b とω_b を狭く、Ｌ_b を長くする。こ
れが本発明に係るγ線測定に於る幾何系の最適化の基本
原理である。

【００１７】次に、放射能測定幾何の最適化原理を用い
た本発明に係る放射能測定システムの構成及び放射能測
定・解析要領について図１及び図４を用いて説明する。
但し、説明を簡単にするためにドラム缶１には単一エネ
ルギＥ₀ のγ線を放出する核種のみが存在している場合
を示す。

【００１８】ドラム缶１はドラム缶回転駆動装置７によ
り回転方向（Ｒ方向）に移動可能であり、また、ドラム
缶昇降駆動装置８によりドラム缶長軸方向（Ｈ方向）に
移動可能である。ドラム缶回転駆動装置７及びドラム缶
昇降駆動装置８は、制御装置１５の指令のもとで稼働す
る。なお、ドラム缶回転駆動装置７はドラム缶昇降駆動
装置８の上に設置されている。架台１０にはガイドボー
ルねじ９が取付けてあり、ガイドボールねじ９に沿って
ドラム缶昇降駆動装置８は昇降移動する。このドラム缶
昇降駆動装置８でドラム缶１をステップ走査すれば図１
に示した測定領域Ｓ毎の放射線測定が可能となる。ドラ
ム缶回転駆動装置７でドラム缶１を回転駆動することに
より測定領域Ｓを回転方向のあらゆる位置からの放射線
測定が可能となる。または、ドラム缶１を回転させなが
ら放射線測定すれば、測定領域Ｓの平均的な放射能の測
定が可能となる。

【００１９】ドラム缶１内の放射性廃棄物から放出され
るγ線は放射線検出器２により測定される。放射線検出
器２の前面には、放射線検出２がドラム缶１の長軸方向
Ｈの一断面、即ち、測定領域Ｓのスライス断面内の放射
能から放出したγ線のみを測定できるようにコリメータ
３が設けられている。放射線検出器２の出力信号はリニ
アアンプ１１で波形整形及び増幅され、γ線エネルギス
ペクトル測定に敵した信号となり、該信号はマルチ・チ
ャンネル・アナライザ装置１２(Multi−CannelAnalyzer
以下、ＭＣＡと記す）に入力される。ＭＣＡ１２では
ドラム缶１の廃棄物で放出され、ドラム缶１を透過して
きたγ線に起因するエネルギスペクトルを測定する。Ｍ
ＣＡ１２の内部では、アナログ信号であるリニアアンプ
１１の出力信号を離散化したディジタル信号に変換し、
そのディジタル信号の値分布（γ線エネルギスペクト
ル）を得ている。即ち、ＭＣＡ１２はアナログ信号をデ
ィジタル信号に変換する処理時間等が存在し、この処理
時間内に入力したγ線信号（リニアアンプ１１の出力信
号）は全てキャンセルされγ線測定ができない。これを
不感時間と云う。通常のＭＣＡ１２の不感時間は十数μ
秒であり、高線量率ドラム缶の測定時、例えば、γ線線
計数率が１０⁴cps程度で１５％の測定エラーとなる。

【００２０】放射線検出器２で測定される放射線計数値
はポアソン分布に従うため、測定誤差を小さくしようと
するならば、数多く計数しなければならず、低線量率ド
ラム缶の測定時、短時間測定が難しくなる。また、放射
線検出器２の動作時間はＭＣＡ１２の動作時間（処理時
間）比べて圧倒的に速い。

【００２１】従って、ドラム缶の放射能を短時間かつ高
精度で測定するためには、MCA12 の不感時間をモニタし
不感時間を最適化する必要がある。

【００２２】そのために、ＭＣＡ１２の不感時間を演算
器１３で評価し、不感時間が最適となるコリメータ３の
開口度θ，ω、及びドラム缶１とコリメータ３間の距離
Ｌを計算し制御器１５に指令を出す。制御器１５は指令
に基づきコリメータ３の開口度θ，ωに対応する制御量
をコリメータ駆動装置４に、ドラム缶１とコリメータ３
間の距離Ｌに対応する制御量を移動架台駆動装置５に出
力する。コリメータ駆動装置４は図に記載していないコ
リメータ３の開口部を形成する部材を稼働させることに
より開口部を最適化コントロールする。また、移動架台
駆動装置５はガイドレール６上を移動することにより該
距離Ｌを調節する。このようにMCA121の不感時間を最適
化した後、ドラム缶回転駆動装置７によりドラム缶１を
回転させながらドラム缶１の一断面の放射線測定を行
う。

【００２３】ドラム缶昇降駆動装置８を用いてドラム缶
１をステップ移動させ、このMCA12の不感時間を最適化
した一断面の放射線測定をドラム缶１の全断面について
行なう。

【００２４】次に、ＭＣＡ１２の不感時間が最適となる
条件について述べる。ＭＣＡ１２の不感時間は少ないほ
ど良いが、ドラム缶１の非破壊放射能測定場合、放射線
検出器２の校正誤差等を考慮すれば数％程度の発生はド
ラム缶１の放射能評価・定量に特に問題がない。不感時
間（率）は、ＭＣＡ１２の一γ線信号の処理時間とＭＣ
Ａ１２に入るγ線線計数率の積で表わすできるので、演
算器１３及び制御器１５は、処理時間とγ線線計数率の
積値を数％程度となるようコリメータ３の開口度θ，
ω、及びドラム缶１とコリメータ３間の距離Ｌをコント
ロールし、γ線測定上の測定精度（ポアソン確率分布に
於る）が確保できるまで測定に時間を掛けるように制御
すれば良い。

【００２５】以上のことから、ドラム缶一断面のＭＣＡ
１２の不感時間を最適化したγ線エネルギスペクトル得
ることができ、そのγ線エネルギスペクトルのＥ₀ に対
応する非散乱線に起因した強度と散乱線に起因した強度
からドラム缶１の一断面内の放射能強度を演算器１３で
評価する。これをドラム缶１の全ての断面について放射
能測定及び定量・評価を行い、演算器１３は全ての断面
内放射能強度を合算し、ドラム缶１内の総放射能強度を
算出する。その結果をディスプレイあるいはプリンタか
らなる出力装置１４から出力される。

【００２６】また、演算器１３は、マイクロコンピュー
タ等を用いてソフト的に構成し、前記処理を実施するこ
とができる。

【００２７】次に、このように構成された放射能測定装
置の演算器１３の放射能評価・定量方法について説明す
る。ドラム缶１から放出するγ線エネルギスペクトル
（γ核種から放出されドラム缶内で散乱されないで透過
してきた非散乱線と一旦ドラム缶内で散乱後に透過して
きた散乱線からなる）はドラム缶の密度及び放射能分布
に依存して変化する。このγ線エネルギスペクトル情報
を利用すれば、密度及び放射能分布を直接測定すること
なくドラム缶内の密度及び放射能分布の影響、即ち、γ
線の減衰量を補正することができる。ドラム缶１の一断
面スライスから放出したγ線を測定する場合、スライス
中心位置と放射線検出器２の中心位置が一致していれ
ば、Ｅ₀の非散乱線計数率は次式で表わすことができ
る。

【００２８】

【数１】

【００２９】ここに、Ｐ_i ：ドラム缶１の高さ方向のｉ
位置で測定したＥ₀ の非散乱線計数率 Ｇ_i ：ドラム缶１のｉスライスにある線源から放出した
γ線に対する放射線検出器２の幾何学的効率 β_i ：ドラム缶１のｉスライスにある線源から放出した
γ線が放射線検出器２に達するまでの減衰率 Ａ_i ：ドラム缶１のｉスライスの放射能強度 ｉ ：ドラム缶１のスライス番号 一方、散乱線は非散乱線がドラム缶１内の廃棄物と一旦
散乱したものの一部が検出器で測定される。その散乱す
る度合いはドラム缶内の密度及び放射能分布さらに廃棄
物種類に依存する。廃棄物種類による散乱確率は０.５
ＭｅＶ 以上の高エネルギγ線に対しては依存度が小さ
い。従って、放射線検出器で測定する散乱線強度は次式
で与えることができる。

【００３０】

【数２】

【００３１】ここに、Ｃ_i ：ｉ位置で測定した散乱線計
数率（Ｅ₀ による散乱線） α ：非散乱線がドラム缶１内で散乱後に検出器２に入
射する確率 ここで、散乱線の計数率が検出器と同じ高さにあるスラ
イスの密度及び放射能分布に大きく依存するので、
（１）式と（２）式からβを消去でき、次式を導出でき
る。

【００３２】

【数３】

【００３３】幾何学的効率Ｇ_i は測定体系、即ち、コリ
メータ３の水平開口度ω及び垂直開口度θ並びにドラム
缶１とコリメータ３間の距離Ｌが決定すれば予め計算す
ることが可能であり、確率定数αを校正実験等によって
求めて置けば、（３）式よりスライス内放射能強度を定
量できる。ドラム缶内の全放射能強度はスライス放射能
の総和として求めることができる。

【００３４】

【数４】

【００３５】ここに、Ａ_T ：ドラム缶内の全放射能強度 次に確率定数αの求める方法について述べる。（３）式
より次式を導くことができる。

【００３６】

【数５】

【００３７】ここに、Ｐ_O ：空気層での非散乱線の計数
率 確率定数αは非散乱線Ｐと散乱線Ｃの２つの変数の関数
になっており、これを簡単に求めることはできない。し
かし、（５）式の左辺は（３）式で示した非散乱線の減
衰割合の補正項なっている。さらに、この補正項は散乱
線Ｃと非散乱線Ｐの比（Ｃ／Ｐ）の関数である。そこ
で、この補正項を

【００３８】

【数６】

【００３９】で近似し、放射能強度が既知である線源を
校正用ドラム缶内に設置し、校正用ドラム缶内の密度を
種々に変えて測定したときのＥ₀ の非散乱線Ｐと散乱線
Ｃから（６）式の関数の係数ａ，ｂを校正定数として最
小二乗法によって求める。

【００４０】以上の説明ではドラム缶１に単一エネルギ
Ｅ₀ のγ線のみ放出する核種だけが存在すると仮定した
が、実際の測定では複数の核種、又は多数のγ線を放出
する核種（分技崩壊核種）が廃棄物内に含有している。
即ち、複数のγ線を放射線検出器２は測定しているた
め、低エネルギγ線の非散乱線及び散乱線領域に高エネ
ルギγ線の散乱線が入り、低エネルギγ線用いて上記γ
線減衰補正を実施すると誤差が多くなる。従って、最も
高いエネルギを有するγ線による散乱線に着目してαを
求め、その比率はγ線エネルギによって変化しないとし
て、低エネルギの非散乱線の減衰量を補正するれば良
い。また、散乱線領域はＥ₀ のコンプトンエッジ以上の
エネルギをもち、かつ、領域幅が広くなるように設定す
る。

【００４１】以上のことから、ドラム缶詰放射性廃棄物
の放射能を短時間に、かつ高精度に測定可能となる。

【００４２】次に、本発明の変形例を図５を用いて説明
する。この実施例ではＭＣＡ１２の不感時間をモニタす
るための予備測定を、本測定の前に必ず実施しなければ
ならなかった。そのため、ドラム缶１の全測定時間が長
くなる可能性がある。本変形例は、この問題点を改善す
るものである。ドラム缶１の表面線量率と放射線検出器
２に入射する放射線強度はほぼ比例することから、ドラ
ム缶１の表面線量率を測定する放射線線量率計１６をド
ラム缶１の周囲に配置する。この放射線線量率計１６と
してプラスチック・シンチレーション検出器，電離箱等
を用いることができる。ドラム缶１を昇方向で測定する
場合は、放射線線量率計１６を放射線検出器２の上部に
設置し、放射線検出器２が見込むドラム缶１の一断面上
の断面スライスの線量率を放射線線量率計１６で測定
し、その線量率値（信号）を演算器１３に出力する。演
算器１３の中には、線量率値に対するＭＣＡ１２の不感
時間を示す対応表を持っており、該線量率信号によって
ＭＣＡ１２の不感時間を評価することができる。

【００４３】また、本実施例では、ドラム缶１とコリメ
ータ３間との距離Ｌを可変するために、コリメータ３が
ガイドレール３上を移動する機構、移動架台駆動装置４
を設けた。しかし、コリメータ３を固定しドラム缶１を
ドラム缶水平方向に移動させる機構を装備すれば同じ効
果を得ることができる。

【００４４】さらに、本実施例では、放射線検出器２を
ドラム缶１の周囲に１個のみ配置し、ドラム缶回転駆動
装置７によりドラム缶１を回転させながら一断面の平均
の放射線スペクトルを測定した。しかし、ドラム缶１の
回転移動を止め、放射線検出器２（コリメータ３を含
む）をドラム缶１の周囲を回す機構を装備しても、同じ
効果が得られる。また、放射線検出器２を複数個ドラム
缶１の周囲に配置しても同等な効果が得られる。

【００４５】ドラム缶１の長軸方向の移動についても同
様で、ドラム缶１を長軸移動する代わりに放射線検出器
２（コリメータ３を含む）がドラム缶１の長軸方向に移
動可能とする機構を装備することで、測定領域Ｓ毎のス
テップ測定が可能となる。

【００４６】

【発明の効果】本発明は、放射線計測装置の不感時間を
最適化した放射能測定が可能となり、短時間かつ高精度
測定が可能なドラム缶詰放射性廃棄物の放射能測定装置
を提供できる。また、γ線エネルギスペクトルのみでド
ラム缶内γ線減衰量を補正するなど装置の簡略化が図れ
ているため低コストのドラム缶詰放射性廃棄物の放射能
測定装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の放射能測定システムの一実施例を示す
ブロック図。

【図２】本発明に係る測定幾何の原理を示す放射能測定
系の縦断面図。

【図３】本発明に係る測定幾何の原理を示す放射能測定
系の横断面図。

【図４】本発明の放射能測定システムの一実施例を示す
説明図。

【図５】本発明の計測装置の不感時間を直接測定するこ
となく不感時間を実質的にモニタする実施例を示したブ
ロック図。

【符号の説明】

１…ドラム缶、２…放射線検出器、３…コリメータ、４
…コリメータ駆動装置、５…移動架台駆動装置、７…ド
ラム缶回転駆動装置、８…ドラム缶昇降駆動装置、１２
…マルチ・チャンネル・アナライザ装置、１３…演算
器、１５…制御器。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子力発電所から発生する放射性廃棄物を
   詰めたドラム缶の放射能を非破壊的に測定する装置に於
   いて、 ドラム缶の周囲に放射線検出器と前記放射線検出器の前
   面に開口度を可変できるコリメータを装備し、前記放射
   線検出器と前記コリメータとを一体的に構成し、前記ド
   ラム缶と前記コリメータ間の距離を変えられる機構を備
   えたことを特徴とするドラム缶詰放射性廃棄物の放射能
   測定装置。
2. 【請求項２】請求項１に於いて、 前記放射線検出器の信号を処理する計測装置を装備し、
   該計測装置の不感時間に基づいて、前記コリメータの開
   口度、並びに、前記ドラム缶と前記コリメータ間の距離
   を制御するドラム缶詰放射性廃棄物の放射能測定装置。
3. 【請求項３】請求項１に於いて、 前記コリメータの開口度、及び、前記ドラム缶と前記コ
   リメータ間の距離をモニタし、前記コリメータの開口
   度、並びに、前記ドラム缶と前記コリメータ間の距離の
   値から幾何学的効率を演算する手段と、幾何学的効率値
   よりドラム缶詰放射性廃棄物の放射能量を演算する手段
   を備えたドラム缶詰放射性廃棄物の放射能測定装置。
4. 【請求項４】請求項１に於いて、 前記ドラム缶を長軸方向に移動させることのできる機構
   を装備し、前記ドラム缶を長軸方向に走査しながら、前
   記コリメータの開口度、並びに、前記ドラム缶と前記コ
   リメータ間の距離を可変するドラム缶詰放射性廃棄物の
   放射能測定装置。