JPS62168080A - 放射能濃度測定装置 - 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】 ［発明の技術分野］ 本発明は、定型容器内に充填された非定型固体放射性廃
棄物等の放射性物質の）門度を核種別に測定する放射能
濃度測定装置に関する。

［発明の技術的背景とその問題点］ 原子力施設より発生する配管やコンクリート廃材のよう
な非定型の固体廃棄物のうち、焼ムｆｌＪ理や酸分解等
の減容処理を行うことができないものは、そのままドラ
ム缶等の定型容器内に収納して廃棄物貯蔵所等に廃棄保
管されている。こうした廃棄物を他施設へ移動する場合
や施設の許可貯蔵能力（放射能換算）を評価する場合に
は、廃棄物中に含まれる放射能量を測定する必要がある
。このような場合には、一般に放射性物質より放出され
るガンマ線のエネルギーを弁別することができるＮａＩ
　（Ｔｆ！、）シンチレーション検出器やゲルマニウム
半導体検出器等を用いて内部の固体廃棄物を取り出すこ
となく容器の外部より測定が行なわれている。

しかしながら、このような廃棄物の放射能定量には大き
な誤差が伴う。それは、一般に容器内に充填されている
放射性廃棄物の放射能の分布が局所的でおり、かつガン
マ線の吸収体となる物質の分布が一様でない場合が多く
、検出器からの距離およびガンマ線吸収体の分布のバラ
ツキがそのまま測定値に影響を与えるためである。この
ような誤差は測定対象が低エネルギーガンマ線放出核種
になる程顕著である。

こうした影響をできるだけ排除するために、特に１００
ＫｅＶ前後の低エネルギー放出核種の分析を対象として
従来実施されていた方式を第５図ないし第８図に示す。

第５図は被測定容器１を回転台２上に載置し、検出器３
を被測定容器１の長手方向に移動させて測定を行なう方
式であり、第６図は第５図と同様な方式で、円筒状の被
測定容器１をモータ４によって回転するロール５上にお
いて移動させながら測定を行なうものでおる。これらは
いずれも、被測定容器１を回転することにより、不均一
な放射能分布による距離のバラツキや、ガンマ線吸収体
の分布のバラツキを平均化することをめざしたものであ
る。

第７図は上記方式を改良したもので、検出器３の前面に
平行スリット型コリメータ６を置き、被測定容器１の長
手方向の視野を制限し、被測定容器１を回転機構ごと昇
降台７によって移動させて測定を行うものである。この
方式では、被測定容器１内の放射性物質より放出される
ガンマ線のうち検出器３まで長手方向に斜に横切る成分
がカットされるため、第５図および第６図の方式と比べ
て容器内の不均一の影響を小さくすることができる。

第８図は、第７図の方式にざらに改良を加えたもので、
検出器３前面に置かれた平行スリット型コリメータ６に
より被測定容器１を測定上いくつかのセグセントに分υ
１し、回転機構とともに被測定容器１をステップ状に上
昇させ、それぞれのセグセントごとに放射能率を評価し
、その合計により被測定容器１内の放射能量を測定する
とともに、被測定容器１をはさんで検出器３と相対する
位置に測定対象核種以外の外部ガンマ線源８を配置して
ガンマ線の透過率によりセグメント内部の密度の平均を
求め、セグメントごとにガンマ線の吸収補正を行なうも
のである。

従来方式においては、容器の長手方向の放射能分布おる
いは密度分布に関しである程度正確なガンマ線の吸収補
正が可能であるが、容器の半径方向に放射重分＠必るい
は密度分布が存在する場合には、放射能の評価値に大ぎ
な差が生じることがおる。第９図は放射能が局所的に偏
在している場合の例として、２００λ容積の鋼製ドラム
缶容器内に比重１．２５の充填材を入れ、その中に点状
の放射線源１個を埋め込んで第７図の方式で測定した場
合の測定結果を示したもので、曲線Ａは放射線源がドラ
ム缶の表面に位置している場合の評価値のドラム缶に均
一に分布している場合の評価値に対する比を、測定対象
核種のガンマ線エネルギーに関して求めたグラフであり
、曲線Ｂは、放射線源がドラム缶の中心に位置している
場合の同じく評価値の比を表わしている。この図からも
明らかなように、放射性物質が点状に偏在している場合
には、ガンマ線のエネルギーが低くなると、放射能量が
過大もしくは過少評価される傾向が大きくなり、放射能
量の定量に大きな誤差をもたらす。

これはガンマ線のエネルギーか低くなると、充填物によ
りガンマ線の吸収される割合が増加するためである。

このように容器の半径方向に密度分布や放射能分布が存
在する場合には、核医学で主に用いられるガンマ線源を
用いたトランスミッションＣＴおよびシングルフォトン
エミッションＣＴの手法を取り入れることも考えられる
。トランスミッションＣＴは定型容器を回転もしくは平
行移動することで、同一断面で多数の透過率を求め、そ
の情報から密度分布の再構成を行なうものであり、シン
グルフォトンエミッションＣＴは極めて細いコリメータ
を検出器前面に置いて検出器の視野を細いビーム状に制
限するとともに、トランスミッションＣＴと同様に定型
容器を回転もしくは平行移動することにより、多数のス
キャニングデータを求め、それに基づいて容器断面の放
射能分布の再構成を行なうものでおる。

このようなトランスミッションＣＴおよびシングルフォ
トンエミッションＣＴの方式を用いた例として、第１０
図に高レベルガラス同化体の非破壊測定用に開発された
測定装置を示す。測定装置は、測定試料１を挟んで外部
ガンマ線源８および前面にスリット型コリメータ６を設
置した１または複数のガンマ線検出器３が配置されてお
り、測定試料は昇降用モータ９、回転用モータ１０およ
び水平走行用モータ１１によって、回転はもとより、上
下方向および水平方向に移動される。

このような方式の装置を用いて容器内の放射能量を求め
るには、第１１図に示すように定型容器１をガンマ線検
出器３に対して上下移動することで円筒状のいくつかの
薄いセグメント１２に分割し、ざらにそれぞれのセグメ
ント１２において細いメツシュに分割して評価する必要
があるが、この分割メツシュを細かくすることで、密度
分布および放射能分布による距離のバラツキやガンマ線
の吸収のバラツキによる測定誤差を減少させることがで
きる。しかしながら、この方式では、極めて多数の測定
データが必要となる。たとえば容器内を１０×１０のメ
ツシュに分割した場合必要な測定データは、密度分布お
よび放射能分布のそれぞれについて２００ないし３００
点である。さらに、一点あたりの検出器からの測定デー
タは、核種分析に必要なエネルギースペクトルデータを
使用した場合には、Ｎａ１（ＴＩ＞シンチレーション検
出器で２５６個程度、ゲルマニウム半導体検出器で２０
００ないし４０００個であり、莫大なメモリを必要とす
る。このため、核種別の放射能を求める際には検出器の
出力信号を、シングルチャンネル波高弁別回路により、
第１２図に示すように、特定の核種から放出されるカン
マ線による光電ピークに相当する波高ウィンドウのみに
限定して計数するという方法がとられる。この場合、透
過率測定用に用いられる外部ガンマ線源からのガンマ線
に対応するエネルギーウィンドウｂが１つと、容器内の
測定核種と１対１に対応する１つまたは複数のエネルギ
ーウィンドウａが設定される。

しかしながら、この方法は、容器内の小数の特定核種に
着目した場合には有効でおるが、第１３図に示すように
互いに分離不可能なほどエネルギーの近接した核種の場
合や測定対象の核種が多数の場合には、第１４図に示す
ように妨害核種からのコンプトンテールＣによる影響で
過大に評価するおそれがある。また、多数の核種を同時
に測定対象とすることは、多数のシングルチャンネル波
高弁別回路および計数回路を必要とする点で困難である
。

また、この方式は、多数の測定点を必要とするため１回
当たりの測定時間が極めて短く、開口部の狭いコリメー
タで検出器の視野を制限しているので、放射能の検出限
界が比較的高く、含有放射能が低い場合には、誤差が大
きくなる欠点がめった。

［発明の目的］ 本発明はかかる点に対処してなされたもので、定型容器
の半径方向の密度分布および放射能分布による測定誤差
が少なく、かつ測定点がそれほど多くなることがない放
射能測定装置を提供しようとするものである。

［発明の概要］ すなわち本発明は、外部線源と被検試料を挟んで放射状
に置かれた複数のエネルギースペクトル測定用γ線検出
器とその前面にあかれた長方形型コリメータと、測定試
料を回転および垂直方向へ駆動機構により旋状もしくは
間欠的に垂直移動もしくは回転させることにより測定試
料から放出ざれるγ線を水平方向、垂直方向に複数に分
割された領域ごとに周囲から測定する機構と、前記エネ
ルギースペクトル測定用γ線検出器からの出力信号を外
部線源の発生するγ線エネルギーに対応する信号および
前記測定試料内の特定核種から発生するγ線エネルギー
に対応する信号の両者に分割し、円周方向角度毎にそれ
ぞれデータをロギングする機構と、前記エネルギースペ
クトル測定用γ線検出器の出力パルスをそれぞれ合算し
、１周分のγ線スペクトルデータとして記憶する信号処
理部と、外部線源からの発生γ線に対応する円周方向毎
の計数率データから水平方向の一分割に着目した密度分
布を求め、測定試料内の特定核種から発生するγ線エネ
ルギーに対応する円周方向毎の計数率データから水平方
向の一分割に着目した特定核種の放射能分布を求め、こ
れらの分布から算出される他の核種の放射能換算計数と
、前記γ線スペクトルデータの光電ピーク計数率とから
、他の核種の放射能濃度を算出する演算装置を備えたこ
とを特徴とする放射能濃度測定装置である。

［発明の実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細な説明
する。

第１図および第２図に本発明の放射能濃度測定装置の一
実施例を示す。本発明の検出部は、試料である定型容器
２１を載置する回転台２２と、この回転台２２ごと試料
を昇降する昇降台２３と、試料にガンマ線を透過させる
外部ガンマ線源２４と、試料から放出されるガンマ線お
よび外部ガンマ線源２４からの試料を透過したガンマ線
を検出する複数のガンマ線検出器２５と、このガンマ線
検出器２５の前面に置かれた長方形型コリメータ２６で
主として構成される。ガンマ線検出器２５に接続される
前置増幅器２７および線形増幅器２８と、これらの増幅
器を経た信号を入力し、１つは外部ガンマ線源２４から
のガンマ線に相当するウィンドウ幅のパルス、もう１つ
のはコバルト−６０もしくは、セシウム−１３７等の容
器内廃棄物に普遍的に含有されると考えられる予め設定
された核種に相当するウィンドウ幅のパルスをそれぞれ
取り出す。２系統のシングルチャンネル波高分析器２９
．２９ａと、それぞれのシングルチャンネル波高分析器
２９．２９ａの出力パルスを計数するカウンタ３０．３
０ａと、各カウンタの出力を入力し、演算装置３１に出
力するカウンタスキャナ３２と、線形増幅器を経た各検
出器からの検出信号を入力し加算するサムアンプ３３と
、サムアンプ３３に接続されるアナ゛ログーデジタルコ
ンバータ３４と、このアナログ−デジタルコンバータ３
４からの加算されたデータをスペクトルデータとして蓄
えるプロセスメモリ３５とで構成される。演算装置３１
はカウンタスキャナ３２及びプロセスメモリ３５からデ
ータを入力し、かつ角度及び高さ位置検出機構３６から
位置検出信号を入力して、外部ガンマ線源２４からの透
過ガンマ線により密度分布を、特定核種の放出ガンマ線
よりその核種の放射能分布をそれぞれ算出し、これらの
密度弁イＩＴおよび特定核種の放射能分布を用いて他の
核種に対する放射能換算係数を求めることにより、スペ
クトルデータから分析される任意の核種の放射能量を算
出する。

以上のように構成された放射能濃度測定装置の動作につ
いて次に説明する。測定に際して回転台２２上に載置さ
れた被測定容器２１は、長方形開口部を有する長方形型
コリメータ２６によって被測定容器２１の長手方向の視
野を制限されたガンマ線検出器２５と、昇降台２３によ
る被測定容器２１自体の平行移動により、薄い円筒状の
セグメントに分割され測定される。これらのセグメント
の一つ一つにおいて、被測定容器２１は一定角度で回転
され、角度位置検出機構からの位置検出信号に応じて一
定角度ごとの各ガンマ線検出器２５による計数データが
ロギングされる。こうして一定角度ごとに、各カンマ線
検出器２５の検出信号に対して設けられたエネルギーウ
ィンドウの数すなわち２とガンマ線検出器２５の数の積
に相当する数、すなわちシングルチャンネル波高分析器
の数と同数のデータがロギングされ、−回転弁のデータ
が得られるとともに、各ガンマ線検出器２５の検出信号
はサムアンプ３３により合算され、−回転力のスペクト
ルデータとしてプロセスメモリ３５に記憶される。これ
らの１セグメントごとのデータは、その都度、演算装置
３１により処理されるか、もしくは適当な外部記憶装置
に記憶された後、演算装置３１により一括処理される。

演算装置３１においては、次に述べるデータ処理方式に
基づいて核種別の放射能濃度が算出される。

まず、第３図に示すように被測定容器２１の断面を方形
のメツシュに分割して考える。このとき、回転角度θに
おけるに番目のガンマ線検出器２５による外部ガンマ線
源４の透過ガンマ線に相当する計数データＩｋ　　（θ
）と、被測定容器１のない状態における計数データＩＯ
との比は、アＩＪを外部ガンマ線源４とガンマ線検出器
５を結ぶ線ｒａｙＫ（θ）がメツシュ（１、Ｊ）を横切
る距離とすれば、次式で表わされる。

ここで、μｌ」はメツシュ（１、Ｊ）における線吸収係
数でおる。線吸収係数は密度に比例しているため、密度
の再構成は、（Ｉ＞式をμｍ」の分布について解くこと
によって行なわれる。

また、第４図に示すように、放射能分布ａ＋Ｊは次式で
表わされる。

Σ　　　ｆ＋ｊａｔｊ＝ＮＫ　（θ）・・値■）（Ｉ、
Ｊ）εｒａｙＫ　（θ） ここで、ＮＫ　　（θ）は回転角度（θ）におけるに番
目のガンマ線検出器２５による計数率データでおり、ｒ
ａｙＫ　（θ）はガンマ線検出器２５の視野であり、ｆ
ＩＪはメツシュ（１、Ｊ）からガンマ線検出器２５まで
の間の線吸収係数μＩＪの分布とガンマ線検出器２５の
見込み角度εを考慮した重み計数でおる。この（ＩＩ＞
式を解くことによって放射能分布ａＣ」が求められる。

しかしながら、これはおくまで代表として選択した特定
核種の放射能分布であり、他の含有核種は考慮されてい
ない。

したがって、次に上記の過程で求められた密度および特
定核種の放射能分布を用いて、他の核種に対する放射能
換算係数が求められる。このような換算係数の算出は、
たとえば放射能分布や密度分布を考慮した２次元および
回転方向の積分によって行なわれる。

一方、セグメント全体に対して測定を行なって得られた
スペクトルデータを解析することにより、咳種別の計数
率が求められるか、このデータには放射能および密度の
分布による影響が含まれている。したがってこれらの核
種別の計数率データより前述の換算係数を用いて、密度
および放射能分布の影響を除外した任意の核種の放射能
量が算出される。

なあ、上記の関係が成立するためには、特定核種と他の
核種の容器内の分布の相関性あることが必要とされるが
、これは多くの場合成立する。例えば、原子力発電所で
比較的半減期が長く支配的な核種はコバルト−６０で、
原子力発電所で発生する廃棄物中に普遍的に存在する。

また、上記（１４成の装置においてはスペクトル測定用
も密度および放射能分布測定用も同じガンマ線検出器を
用いたが、本発明の装置としては、これに限定されるこ
となく、スペクトル測定用に、密度および放射能分布用
とは別のガンマ線検出器を用いることもできる。この場
合には、スペクトル測定用のガンマ線検出器には、検出
器前面のコリメータは不要で、単独のデータ感度の良い
測定が可能となる。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明においては、代
表核種の放射能分布より他の核種の放射能分布の推定が
なされるため、密度及び放射能分布を求めるには外部ガ
ンマ線源の透過カンマ線と代表となる特定核種のガンマ
線のみを測定すれば良く、測定データをかなり少なくす
ることができるとともに、密度分布や放射能分布の影響
を考慮した誤差の少ない核種別の放射能）農度を効率よ
く測定することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の放射能）農度測定装置の−実施例を示
す構成図、第２図は第１図に示す検出部の側面図、第３
図および第４図は密度分布の評価の際の容器断面の分割
例を示す説明図、第５図ないし第８図は従来の放射能測
定装置を示す概略図、第９図は第７図に示す装置を用い
てドラム缶内の缶表面及び色中心に点状の放射線源を埋
め込んだ場合の測定対象核種のガンマ線エネルギーに対
する放射能評価値の変化を示すグラフ、第１０図は高レ
ベルガラス同化体の非破壊測定用に開発されたトランス
ミッションＣＴおよびシングルフォトンエミツションＣ
Ｔ用測定装置を示す説明図、第１１図は第１０図に示す
装置における試料のセグメント分割例を示す説明図、第
１２図および第１３図は測定対象核種からのガンマ線に
対するエネルギーウィンドウと外部ガンマ線源からのガ
ンマ線に対するエネルギーウィンドウを示すグラフ、第
１４図は測定対象核種のガンマ線に相当するエネルギー
ウィンドウにおける妨害核種のコンプトンテールの存在
を示すグラフでおる。 ２１・・・・・・・・・・・・・・・被測定容器２２・
・・・・・・・・・・・・・・回転台２３・・・・・・
・・・・・・・・・昇降台２４・・・・・・・・・・・
・・・・外部ガンマ線源２５・・・・・・・・・・・・
・・・ガンマ線検出器２６・・・・・・・・・・・・・
・・コリメータ２７・・・・・・・・・・・・・・・前
置増幅器２８・・・・・・・・・・・・・・・線形増幅
器２９．２９ａ・・・シングルチャンネル波高分析器３
０．３０ａ・・・カウンタ ３１・・・・・・・・・・・・・・・演緯装置３２・・
・・・・・・・・・・・・・カウンタスキャナ３３・・
・・・・・・・・・・・・・サムアンプ３４・・・・・
・・・・・・・・・・アナログ−デジタルコンバータ３
５・・・・・・・・・・・・・・・プロセスメモリ３６
・・・・・・・・・・・・・・・角度及び高さ位置検出
機構出願人　　　　　日本原子力事業株式会社出願人　
　　　　株式会社　東　芝 代理人弁理士　　須　山　佐　− 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図 第８図 ○　　　　　　５ＣＯ１０００１９）ＯＫｅＶｌり之対
亀拐ａ盪のｒ線二半ｌレキ− 第９図 第り図 第１１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）外部線源と被検試料を挟んで放射状に置かれた複
   数のエネルギースペクトル測定用γ線検出器とその前面
   におかれた長方形型コリメータと、測定試料を回転およ
   び垂直方向へ駆動機構により旋状もしくは間欠的に垂直
   移動もしくは回転させることにより測定試料から放出さ
   れるγ線を水平方向、垂直方向に複数に分割された領域
   ごとに周囲から測定する機構と、 前記エネルギースペクトル測定用γ線検出器からの出力
   信号を外部線源の発生するγ線エネルギーに対応する信
   号および前記測定試料内の特定核種から発生するγ線エ
   ネルギーに対応する信号の両者に分割し、円周方向角度
   毎にそれぞれのデータをロギングする機構と、前記エネ
   ルギースペクトル測定用γ線検出器の出力パルスをそれ
   ぞれ合算し、１周分のγ線スペクトルデータとして記憶
   する信号処理部と、 外部線源からの発生γ線に対応する円周方向毎の計数率
   データから水平方向の一分割に着目した密度分布を求め
   、測定試料内の特定核種から発生するγ線エネルギーに
   対応する円周方向毎の計数率データから水平方向の一分
   割に着目した特定核種の放射能分布を求め、これらの分
   布から算出される他の核種の放射能換算計数と、前記γ
   線スペクトルデータの光電ピーク計数率とから、他の核
   種の放射能濃度を算出する演算装置を備えたことを特徴
   とする放射能濃度測定装置。