JPS61225682A - エレクトレツト膜を用いる放射線線量計測方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、膜状エレクトレットを放射線場に曝した後、
エレクトレフトの表面電荷密度変化を測定するタイプの
線量計測方法および線量計に係わり、特に、長期間稼動
し老朽化した原子力施設の改造や解体の際に大量に発生
する放射性廃棄物、特に低レベルのα放射性物質で汚染
を受けた廃棄物の汚染レベルを簡便に安価にしかも高感
度で計測判別するために用いるに好適なものである。

〔発明の背景〕

原子力施設たとえは原子炉や核燃料取扱施設を改造又は
解体した場合、大量の放射能汚染廃棄物が発生する。こ
れらを全て要保管放射能汚染物と見なしてドラム缶詰め
にすると、例えば発電用原子炉解体では３万本以上のド
ラム缶が発生する。

しかし極低レベル放射性廃棄物のうち、パックグランド
に近い一定レベル以下の廃棄物は一般産業廃棄物と同様
に処分できることが法制化さｎれば、要保管廃棄物皺は
半減すると考えられる。さらに、現在研究が進められて
いる除染方式が実用化されれば、要保管廃棄物量は大量
に減少する。

しかし上記のことを実行する丸めには、全ての廃棄物に
ついて事前に汚染レベルを検査する必要があり、しかも
、β、γ放射能だけでなくα放射能についても検査する
必要がるる。しかも検査対象物は大量にあシ、形も不定
形でおることを考慮する必要がおる。

大量の廃棄物がβ、γ放射性物質で汚染されたものでろ
るときは、鉛や鉄遮へいを施した低バツクグランド屋へ
ベルトコンベアに乗せて移送し、計測室内で複数のまた
大容鳳のガイガーミュラー計数管やＮ亀Ｉシフチレーシ
、ンカウンターを周囲に配して長時間積分計測をすれば
、低レベル放射能を判別することが可能になる。しρ為
し、七の丸めには、一定形状のものを同一の幾何的条件
で測定する必要があるので人減機器や床、壁、柱などの
建造物は解体後形状を揃えねはならない。検出器をＺｎ
Ｓシンチレーションカウンターやガスフローカウンター
のごときα線用に変えれば、同様に前記連続移送方式で
α放射性物質による汚染レベル測定が可能になるが、こ
の場合は、さらに形状条件が制約され、平面状廃棄物の
みに限定される。

このように、長期間を要することと幾何学的制約のある
ことが前記方式の欠点と考えられる。

廃棄物のα放射線を測定する他の手法としてスミア法と
αトラック法が挙けられる。スミア法では廃棄物をほぼ
全面サーベイする必要上、サンプリング点が膨大になシ
人手と時間を要する。また。

表面から内部へ放射性物質が侵透していたシ１表表面層
物をスミアで拭きとることが困難な場合、汚染レベル評
価ができないと云う欠点がめった。

他方、αトラック法は、硝酸セルロース塗布プラスチッ
ク膜やポリカー−ネートプラスチックを一定時間被検体
に直接重ね合わせておき、照射終了後、このプラスチッ
クシートを加温苛性ソーダ液中でエツチング処理をした
後、乾燥してから入射α粒子の飛跡に当るエッチピット
の数を１００倍前後拡大観察して読みとる方法である（
総説として阪上正信著二粒子トラックとその応用・５南
江堂（１９７３）参照、技術文献として林孝義：固体飛
跡検出器としてのＣＲ−３９７’ラスチツク参照）。

この方法ではエッチピットの読取シに顕微鏡等の拡大装
置が必要なことと、この数の読み取９に手間がかかるこ
と等の欠点がめる。近年、顕微鏡像を画像処理し、エッ
チピットを自動計数しうるようにはなったが、エッチピ
ットが重なっている場合や傷がある場合これらを分別す
ることが離しい。

上記の他に熱ルミネツセンス線量計（ＴＬＤ）を平面状
に延はした表面線量計の利用が考えられる。

しかし、ＴＬＤがα線に対しても感度含有することは確
かめられているにせよ、素子が安価とは言えず、大量計
測には向かない。

大量に発生するα放射性廃棄物に対して簡便に且つ安価
な検出材料でしかも高感度のａｍ計測ができる方法とし
ては、α線はγ線と異なり飛程が非常に短く、被測定物
と検出材料間の距離の影響が大きい事を考慮して被測定
物と密着できるシート状センサーの使用が好ましい。そ
こで注目嘔れたのがエレクトレット膜によるｌ１Ｉｊｉ
計である。代表的なエレクトレット膜としては、ポリプ
ロピレン（ＰＰと略記）、ポリテトラフロロエチレン（
ＰＴＦＥと略記）、ポリビニリデンフロライド（ＰＶＤ
Ｆと略記）などの高分子材料が挙げられる。

初期のエレクトレット線量計は、エレクトレットをγ線
量に曝し、その表面電荷の減衰量を静電誘導型エレクト
ロメータで測定するものであった。

しかし、この方式ではｌ　ｒａｄ以上の太線量を照射す
る必要がめった。この理由は放射線の電離作用で発生し
九電離イオンがエレクトレット膜表面に付着する前に再
結合で失われることと、膜材ではγ線が容易に秀過する
ことにろると考えられてる。

そこで、エレクトレット膜と電離箱を組合わせた電離箱
式エレクトレット線鼠計が提案された（　Ｈ，Ｂａｕｓ
＠ｒ　ａｎｄ　Ｗ＠Ｒｏｎｇｅ　：　Ｈｅａｌｔｈ　Ｐ
ｈｙｓｉｃｍ　４７（１９７６）３３９７）。その後嘔
らに改良を加えて、ｌ　ｍ　ｒａｄオーダの線量測定が
可能な電離箱式エレクトレットａｍ計が考案された（特
開昭５５−１０６３６９）。

これはエレクトレット膜をブザー音で強制振動させ、エ
レクトレット膜の表面電荷鰍の変化を膜と対向した電極
への誘起された交流電圧の変化として増幅して計測する
ものである。第９図にこの線鳳計の構造を示し、電離箱
２１の中に気体が充たされておシ、電離イオンはエレク
トレット膜２２の外部電界に引かれ、膜の表面に付着す
る。これによる膜２２の表面電荷減衰量を、プデー２６
の音響で膜２２を振動させ、対向電極２３に誘起された
交流電圧の変化として測定する。この線鰍計は電離箱を
用いるので、γ線やＸ線を対象としたものでｌ）、大量
の表面汚染測定やα汚染測定には向かない。

以上述べたように、従来のエレクトレット線鳳計は、α
線などを対象とする廃果物表面汚染レベルの計測には適
用できなかった。

〔発明の目的〕

本発明は、極低レベル放射性物質、特にα放射性物質で
汚染した廃棄物の放射能レベルを測定するため、シート
状のエレクトレット膜を被検体に密着又は近接放置した
のち、エレクトレット膜の表面電荷密度の変化を外部静
電界に敏感な応答を示す圧電素子の圧電出力変化として
とらえるエレクトレット線緻計及びその計測方法を提供
することにおる。

〔発明の概要〕

エレクトレットは誘電体物質が永久分極した状態を言い
、成る、種の高分子材やセラミックス材が代表的である
。特に高分子ではフッ素系樹脂（例えばＰＴＦＥ　：＋
ＣＦ２−ＣＦ２洩やＰＶＤＦ　：沃Ｃ１２−ＣＦ２洩）
が強いエレクトレット材となシうるが、他にＰＰ（−（
ｃｕ２ｃａｃｕ３＋、　）や塩化ビニルもめげられる。

これらの材料を必要に応じて加熱しつつ１０ｋＶ前後の
高圧で放電にかけると１０−６〜ＩＦ’ｃ／３”のエレ
クトレットを作成することができる。このエレクトレッ
ト膜を放射線場に曝すと表面には［離気体が捕集され、
ま九膜内部においては電離作用によって電子中正孔の生
成と表面への移動が生じると考えられている。この結果
、エレクトレット膜表面電荷密度の変化が生じる。この
表面電荷密度の変化を測定すれば放射線量を間接的に求
めることができる。例えば、廃棄物の如き放射能レベル
を測シたい被検査物の表面にエレクトレット膜を密着又
は近接放置した後、該エレクトレット膜の表面電荷密度
の変化を測ることによシ、該被検査物の放射能レベルを
測定できる。

本発明によれば、圧電素子が周囲の静電場に敏感に影響
を受けることを利用して、圧電素子にエレクトレット膜
を近接させたときの圧電素子の電気出力からエレクトレ
ット膜の前記表面電荷密度の変化を測定するのである。

圧電素子は素子に加わる応力、すなわち歪率に応じて電
気を発生する。圧電率ｄ（Ｃ／Ｎ）、歪率４１．７ｔ（
を−長さ）、ヤング率Ｔとしたとき、圧電分極の強さＰ
は次式で表わされる。

圧電出力（Ｖ）は圧電素子の厚さｔ、面積Ｓとし、加え
た力ｔ　Ｆ　ＣＮ７ｍ”　）から次式で表わされる。

ｖ　−ｇ−ｔ−ｖ　　　　　　　　　　（２）また逆に
、■の電界が加わったとき、圧電素子は電界に応じた変
形歪を生じる。これは逆圧電性と言われている。

圧電素子は振動すると振動変形に応じて圧電出力を生じ
る。放射線に曝す前後のエレクトレット膜をこの圧電素
子と近接対向的に設置すれば、その圧電出力はエレクト
レット膜表面電荷による静電場の影響を受け、該圧電出
力変化から、曝された放射線皺に相当するエレクトレッ
ト表面電荷密度変化を測定することができる。圧電素子
は交流電界の印加による電気的手段で振動させてもよい
し、機械的手段で振動式せてもよく、いずれにしても圧
電素子の振動歪による圧電出力を増幅して測定する。圧
電素子が振動するとき、エレクトレット膜と圧電素子の
間隙が微少な周期変動をするため、圧電出力レベルは更
に大きくなる。

本発明の方法はα、βおよびｒいずれの放射線も測定す
ることができる。一般に、γ線は物質透過性が強いので
、物質との相互作用すなわち電離作用を起し難い。従っ
て薄膜状エレクトレットはど感度が低下するので、１〜
２■の厚膜状エレクトレッドを用いることが好ましい。

−万、α線はエネルギーの高い分子イオンであシ、物質
透過能がきわめて小さく、５　Ｍ＠Ｖのα粒子のＰＰ材
中の飛程は３０μｍ程度しかない。しかも、その飛程の
間で全てのエネルギーが物質に付与されるので、電離イ
オンの生成量も高いと考えられる。１個のγ線とα線が
エレクトレット膜に入射したとき、物質との相互作用で
失うエネルギーを比較するとＶｒ比で１０〜１０　オー
ダーになる。したがって本発明の方法は、α、β、ｒ線
いづれにも感応するが、特にα線に対する感度が高いと
言える。

〔発明の実施例〕

本発明の１実施例ｆｔ第１図、第２図によって説明する
。図中、１は板状の圧電素子で、その板面に加振用電極
２および圧電出力測定用電極３が例えは金鵬箔又は蒸着
金属膜の形で施されている。　′４はエレクトレット膜
であって、測定したい放射線場に所定時間このエレクト
レットＭａｋｍした後、これを図示の如く圧電素子１の
上に置く。計測時は圧電素子１とエレクトレット膜４ｔ
−ガラス板等で圧着固定する。次にこの状態で圧電素子
ｌの電極２に交流加振電源５によって一定周波数（本実
施例では安定出力の得られる１、　５　ｋＨｚとした）
の交流電圧を印加し、圧電素子１を振動させる。これに
伴なって発生した圧電出力を電極３よシ取シ出し、′Ｆ
ＩＬ源５からの参照信号６と位相同期フさせ、増幅器８
を通して表示器９に出力表示する。位相同期して増幅す
るのは、ノイズを排除し圧電素子振動周波数の信号成分
のみを測定して計測精度を高め、Ｓ／Ｎ比を向上させる
ためである。

このようにして測定した結果の例を第２図と第３図に示
す。第２図はエレクトレット膜にγ線（１３７０ｍ　、
　０．６６Ｍ５Ｖ　）　ｔ−ＭＮ　Ｌ、ｆｃト’ａｆ）
　ｒ　ｍ吸収線量と圧電出力変化率の関係を示し、第３
図はα線（Ａｍ　、　５．５　ＭａＶ　）を照射したと
きの照射線社と圧電出力変化率の関係を示す。エレクト
レット膜としてはｐｐ　ｔ−用い、照射前のその表面電
荷密度は１０〜１０　　Ｃ／ｃｐｓ”でおった。また、
圧！素子の材料としてＰＶＤＦｉ用いた。

相対的な感度はエレクトレット膜の材質、太きさ、照射
前の表面電荷密度によシ異ってくるので。

これら条件を含めて計測体系は常に同一にしておく必要
がめる。圧電素子の電極の大きさも一定にし、かつ蒸着
等で固定電極４化された表面積の広いものが好ましい。

感度を高める方策として、α線を計測するときはエレク
トレット膜の面積を大きくし、厚さはむしろ薄くしてα
線のエレクトレットポリマ材中の飛程である３０４ｍ程
度にすることが望ましい。圧電素子の大きさはエレクト
レット膜の大きさに合わせる０−万、γ線を計測すると
きは、エレクトレット膜を大きくすることは同様である
が、厚みは厚くして電離作用を受は易くする必要がある
。

第４図は電極２と３の間にて圧電素子上にエレクトレッ
ト膜を置くようにした実施例、第５図は同じ条件の二枚
のエレクトレット膜４を圧電素子の両面に対置させるよ
うにし７’Ｃ％施例金示す。

以上は圧電素子の振動を電気的に行う実施例を説明した
が、この振動は愼械的に又はプデーの如き音源によって
も行うこともできる。この場合、前記の膜振動電源１５
が振動層重又は音源に代わる。また、この場合も振動周
期信号を参照信号として位相同期を行い、同様な敏感計
測が可能である。

本発明によるエレクトレット膜線量計で廃棄物の放射能
汚染レベルを能率よく検査する実施例を第６図と第７図
によシ説明する。第６図のように約１０ｃｍ角のシート
状エレクトレット膜４がりがン状につながったもの４２
を用意する。このリボン４２をロール状に巻いておき、
使用時には、これを延はして、又は、一枚づつもしくは
複数枚づつ切９取って、廃棄物の各部位または各廃棄物
に貼シつける。一定時間（現状感度では１００時間程度
）放置した後、エレクトレット膜を巻き取り回収する。

（！Ｊ＆ｙ’を短い長さに切シ取って、もしくは１０１
角のシートを１枚づつ切り取って使用したときには、こ
れらをリボン状につなぎ合わせてから巻き取る。）すメ
ンの各シートの片隅４０には検査各部位又は％廃棄物と
対置した記号や査号を印字する。このようにしてつなき
゛合わせ巻き取られたエレクトレット膜４のりロン４２
を、第１図に述べた計測法に基づいて連続計測の可能な
第７図に示す装置に図示の如くかける。すなわち、曝露
後の巻き取られたエレクトレットのリゲンをリール４３
にセットし、第１図と同様の圧電素子１に近接対向させ
て巻取りリール４４に順良巻取る。２０は器筐であるエ
レクトレット膜の各シートが圧電素子に対向する都度、
該すメンの送りを止め、まず検査対象に対応する査号を
読取り器４５で読み取った後、圧電出力変化を計測し。

線量又は汚染度に対応する値′ｔ−表示器９に出力する
。これによって、各廃棄物またはその各部位の汚染度及
び汚染の有無を判定する。測定後のエレクトレット膜は
巻取られ、取り外され、次のエレクトレット膜の計測に
移る。

エレクトレット薄膜による線量計はα放射線皺測定には
感度が良いが、γ線に対しては感度が低いことは先に述
べた。γ線に対して高感度化を図る一方策は、電離作用
全増大させるようにエレクトレットの容積を増すことで
ある。例えは、１０μｍ厚で１　ｃｍ”のエレクトレッ
ト膜に１ｍｒａｄ　　のγ線吸収がめれば４　Ｘ　Ｉ　
Ｏ−”　Ｃ７ｃｍ”の表面電荷の変化に相当し、厚さに
比例して膜内電荷の生成ｍは増加する。しかし、エレク
トレット材は絶縁体であり、厚肉になるほど膜の固体内
から表面への電荷の移行は困難になる。膜の固体内電離
イオンを表面へ移行させるには第８図に示すように、エ
レクトレット３１′と半導体３２を接合した膜を作るこ
とによって、この接合膜を放射線に曝したとき半導体内
の電子、正孔の移動によってエレクトレット膜表面の電
荷密度の減衰を加速できる。エレクトレットポリマに半
導体としての注質會合せ持たせれば接合膜とする必要は
ない。第８図における片方のエレクトレット膜を取シ去
れはα線計測にも適用しうる。以上述べたような性質を
有するエレクトレット膜材料を作成すれは、α線測定用
とβ、γ線測定用センサーとして、α汚染物とβ。

γ汚染物とを同時に弁別することも可能になる。

なお、本発明によるエレクトレット線量計測は中性子線
量計測にも応用でさる。例えばざロン（１０Ｂ）やリチ
ウム（６Ｌｉ）　’ｅ含む物質とエレクトレフト膜を積
膚するか、又ぽ、エレクトレット膜の材料にあらかじめ
メロンやリチウムを混合させておき、”　Ｂ（ｎ　ｒα
）’Ｌｉまたは’Ｌｓ　（ｎ　＊α）３に反応で発生し
たα線の作用によるエレクトレット表面電荷密度の変化
を前述の手段で測るようにすれば、熱中性子束の計測が
できる。他の応用としては、エレクトレット膜をバッジ
形態となして個人に携帯せしめ、その表面電荷密度変化
を前記手段で計測することによシ、フィルムパッチやＴ
ＬＤと同様の機能を有するγ線用、中性子線用個人モニ
ターとして利用することが挙げられる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれは、エレクトレット膜
、例えは安価な高分子材シートを検出材として、その受
けた放射線量に対応し７’Ｃ表面電荷密度の変化を高感
度で測定することができ、特に、α放射線量の測定に好
適である。またエレクトレット膜厚を厚くすればβ、γ
放射ａｎｔの測定にも適用できる。本発明は、電離箱は
用いず、簡単安価な圧電素子を利用するので、簡便性と
経済性において従来方法に優るものでおる。

エレクトレットの電荷密度は放射線に曝されない限シ減
衰軍はきわめて低く安定なため、積算式線緻計測が可能
である。従って本発明に基き１種種の物体、例えば原子
力施設の改造や解体時などに大址に発生する低レベル廃
棄物等の表面にエレクトレット膜を所定時間添わせ、そ
の表面電荷の変化を測ることにより、それらの汚染レベ
ルの判定を容易に行うことができ、エレクトレット膜は
使い捨てにしてよい。勿論これ以外の一般的放射線社計
測にも本発明は利用可能でめり、その他、個人の被曝鳳
モニター９環境モニターとしての利用も可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例に係るエレクトレット線量計
の概要図、第２図は同実施例にニジ得たエレクトレット
膜のγ線吸収社と圧！素子出力変化率との関係図、第３
図は同じ（エレクトレット膜へのα線入射＠度と圧電素
子出力変化率との関保間、第４図および第５図は夫々本
発明の他の実施例を示す側面図、第６図および第７図は
夫々本発明の更に他の実施例におけるりゴン状エレクト
レット膜の平面図および測定装置の側面図、第８図はγ
線に対して感度を高めたエレクトレット−半導体接合膜
の模式断面図、第９図は従来提案に係るエレクトレット
線量計の概要図である。 ｌ・・・圧電素子、　　　　２．３・・・電極、４・・
・エレクトレット膜、５・・・交流加振電源、６・・・
参照信号、　　　　７・・・位相同期、８・・・増幅器
、　　　　　９・・・表示器、４０・・・識別記号部、
　　４２・・・ＩＪ　／ン、４３．４４・・・リール。 第１図 第４図 第５図 第２図 ｒ線ＵＪＪ又線量（ｙｎｒａｄ） 第３図 凶練入射秋（区んｌ） 第６図 第７図 第８図 箒９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、永久分極せしめられたエレクトレット膜を放射線に
   所定時間曝した後、該エレクトレット膜を圧電素子に密
   接もしくは近接した状態において該圧電素子の圧電出力
   を測定することを特徴とする放射線線量計測方法。 ２、圧電出力測定用電極を有する板状の圧電素子、該圧
   電素子を振動せしめる手段、およびエレクトレット膜と
   の密接もしくは近接状態において振動中の該圧電素子の
   圧電出力を上記電極を介して測定する手段とからなるこ
   とを特徴とする放射線線量計測装置。 ３、リボン状エレクトレット膜を上記圧電素子と密接も
   しくは近接状態において該圧電素子に対して相対的移動
   させる手段を備えた特許請求の範囲第２項記載の放射線
   線量計測装置。