JPS622186A - 放射線量計測方法 - 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〕 本発明は原子力発電施設や核燃料取扱施設の老朽化に伴
なう解体を行う際、大量に発生する特に低レベルアルフ
ァ（α）放射性廃棄物を対象に、バックグランドレベル
またはこれに近い区分境界値以下の廃棄物と汚染廃棄物
とを簡便な方法でかつ使い捨ても可能な検出材を用いて
高感度計測することを目的として、永久分極（エレクト
レット）化を施した膜状高分子材で被検物を覆い、一定
時間放置後このエレクトレット膜の表面電荷密度変化に
対応した出力を得て被検体の主に表面汚染密度を測定す
る放射線量計測方法及び装置に係わり、特にエレクトレ
ットの分極強さに応じて振動強さが異なること及びエレ
クトレット膜振動によって誘起される電荷量が異なるこ
とを利用して、エレクトレットに対向する圧電素子の圧
電出力に変換して放射線量を求める放射線量計測方法及
び装置に関する。

〔発明の背景〕

原子力施設においては老朽化に伴なって発生する放射性
物質及び汚染した大量のベータ（β）やガンマ（γ）汚
染廃棄物と共にα汚染廃棄物が発生するにれらを汚染レ
ベルに無関係に全て汚染廃棄物として取扱うと大量の廃
棄物となり、特に原子炉の解体時には１基当り１０万本
のドラム缶が発生すると試算されている。しかし、実際
には汚染を受けていない廃棄物やほとんど完全に除染で
きた廃棄物も含まれており、法律的な制約がなければ一
般廃棄物と同等のものもある・しかしながら、仮に一定
レベル以下の廃棄物は一般廃棄が可能になったとしても
、従来技術では検査に非常に時間がかかったり、短時間
で検査をできる方法となる感度が低く実用的なものがな
かった・廃棄物の汚染形態をみると、そのほとんどが表
面汚染であり、実際上は表面汚染モニターで対処できる
。検査方法を大別すると■ザーベイメータ方式、■スミ
ア方式、■フィルムバッチ方式に分けられる。ここで■
の方法は低バツクグランド室内でＧＭ　（ガイガーミュ
ラー）計数管やＮａＩシンチレーション計数器で一定時
間計測する方式であるが、被検体を時系列的に１個１個
測定するため時間を要し、実用的ではない。

■スミア方式によると、膨大な数のサンプリング点から
抜き取り採取し計測するため手間を要する上、浸透性の
放射性物質による汚染を評価できない欠点がある。一方
、■フィルムバッチ方式によれば一定時間被検物上に放
置したのち、回収し現像処理をすれば汚染度を測定する
ことも可能であり後処理に手間がかからなければ簡便な
方法である。■に関連する方式として、α放射性物質の
測定に向く固体飛跡検出法があげられる。−また。

平板状の熱ルミ木ツセンス線量計（Ｔ　Ｌ　Ｄ）を用い
ても同様の結果を期待できる。しかし、前者の方法では
現像又はエツチング処理に大量の薬品を必要とし、かつ
処理時間も１回につき１〜５時間を要すること及び黒化
度や飛跡の読取り工程が入るため自動化に不向きである
。後者の方法では検出材が安価とは言えず大量の使い捨
てにも向かないなどの問題がある。しかし、■のフィル
ムバッチ方式では、検出材が安価で処理時の手間や時間
を削減できれば、簡便計測法として好適である。

そこで注目したのが高分子膜を利用したエレクトレット
型の放射線量測定方式及びそり装置である。

エレクトレット線量計の原理は、誘電体表面に電荷を蓄
積させたエレクトレットを電離放射線場にさらすと、電
離イオンが表面に引きつけられ付着するため表面電荷量
が変化する。この変化量を静電誘導法や回転セクタ式電
位計などのエレクトロメーターで測定した。本方式の場
合、エレクトレットを空気中に放置してγ線等を照射し
ても。

１ｒｏｄ以下の低い線量は測定できずエレクトレットを
電離箱に納めた方式で高感度化をはかった。

（Ｈ，Ｂａｕｓｅｒ　ａｎｄ　Ｗ、Ｒｏｎｇｅ：Ｈｅａ
ｌｔｈ　Ｐｈｙｓｉｃｓ４７（１９７６）　Ｐ３３９７
）その後この電離箱方式が主流となってきた。（池谷：
静電気学会誌ｖ０１７（１９８３）　１０７）　Ｌかし
、電離箱はＸ線やγ線の如き電磁放射線の測定に適用で
きるのがα線の計測には向かない。従ってエレクトレッ
ト線量計によってα汚染を始めとする表面汚染を測定す
ることは困難だった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、極低レベル放射性物質、特にα放射性
物質で汚染を受けた廃棄物の放射能汚染レベルを簡便か
つ高感度計測するため、膜状の高分子エレクトレットを
被検体に密着又は近接させたのち、エレクトレット膜の
表面電荷の変化を対向する圧電素子の外部静電界に基づ
く（逆）圧電出力に変換して放射線量を測定する方法及
び装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

エレクトレットとは恒久的に分極をほどこされ外界に対
して電気力を及ぼしうるものであり、圧電素子はその物
質に応力を加えたとき電気を生じ逆に電界を印加すれば
歪を生じる性質を有する。

エレクトレット材としては高分子材のうちポリプロピレ
ン（ＰＰ）、フッ素樹脂（四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ
りやポリビニリデンフロライド（ＰＶＤＦ）が代表的で
ある。一方圧電性を有する物質としては前記高分子材で
はＰＶＤＦがあげられるが、一般には対象中心を欠くほ
とんどの無機結晶体が圧電性を有し、チタン酸バリウム
及び同族の結晶体が使われている。

本発明では、直流１０ＫＶ／ａｎ前後の高圧下で高分子
膜１例えばＰＰ（ポリプロピレン）に必要に応じ軟化点
近くまで加熱しつつ放電をかけ１０−’Ｃ／ａｌ程度の
表面電荷密度に達したエレクトレット膜を作成する。こ
れを放射線場に一定時間曝露したのち、外部電界に応答
する圧電素子と対向させ、エレクトレット膜を一定周波
数の交流電源によって加振する。膜が加振されるときそ
の強さく振巾量）は交流電源の出力を一定としたとき膜
の分極強さに比列する。一方、エレクトレット膜の表面
電荷によって対向する圧電素子の電極上に誘起される電
荷Ｑは、エレクトレット膜と圧電素子間の電気容量Ｃと
電圧Ｖによって次式で決まる。

Ｑ＝ＣＶ　　　　　　　　　　　　　・・・（１）今、
膜の振動によって容量Ｃが変化すればこれに応じて電荷
Ｑが変化することになり、エレクトレット膜の振動に応
じて圧電素子も振動することになり、結果的に圧電出力
（逆圧電出力とも言う）が周期信号として得られる。こ
の信号をエレクトレット膜加振電源の交流信号と位相検
波させて周期成分のみ敏感計測する。

次に本発明に係わる計測方法及び装置を用いて特に表面
汚染を測定することを例に以下説明する。

汚染物の汚染形態は単純な表面汚染と内部まで浸透した
汚染とが考えられるが、最も多い汚染形態は表面汚染で
ある。また、α放射性物質による汚染はα線の固体中の
飛程がμオーダーであり実際上表面でしか測定すること
ができない。以上のことから表面汚染測定が一般的と考
え、これを例に実施システムを述−べる。エレクトレッ
ト膜は高圧放電装置にかけて作成するか、あらかじめ作
成されたものを準備する。このエレクトレット膜に測定
場所等の情報を含んだコードＮＱを振り、被検体に貼り
つける。一定時間曝露後この膜を取り去り、エレクトレ
ット膜−圧電素子対向型の前記装置に自動移送し、読み
取りを行う。

〔発明の実施例〕

発明の実施例を図に従って詳細に説明する。

第１図は放射線場にさらした前後のエレクトレット膜１
０分極強さ及び表面電荷に対応する圧電出力を得て放射
線量を測定することに係わる計測装置である。エレクト
レット膜１０としては、Ｐ　、　Ｐ　、　ＰＴＦＥ、　
ＰＶＤＦなどの高分子材が用いられる。

高分子膜に高電圧を加熱、冷却しつつ印加する方法、又
は室温で〜１０”Ｖ／ｍを印加する方法や、電子線照射
法などがあるが、このようにして得た恒久的に分極した
エレクトレット膜をα線又はβ。

γ線放射性物質による汚染物の表面に一定時間覆ったの
ち、第１図に示す装置にエレクトレット膜１０を置く、
エレクトレット膜１０は他端には加振用の電極１１を密
着させ、電極１１は周波数可変の加振用交流電源１５に
接続する。エレクトレット膜１０は出力用の電極１４を
密着させた圧電素子１３に誘電層１２を介して対向させ
る。誘電層１２は絶縁性の高い高分子材又は薄いセラミ
ック材が適するが、空気層であっても可能である。

エレクトレット膜１ｏの加振に伴なって圧電素子上に誘
起される電荷量ＱはＱ＝ＣＶ　（（１）式）に従って、
容量Ｃに比例する。Ｃは誘電層の誘電率に比列すると共
に厚さには反比例するので、高誘電体の薄膜が誘導電荷
を大きくするには好ましい。エレクトレット膜が振動し
たときには、誘電層の間隙が変化することになるので誘
導電荷量は膜１０の振動周期で変化する。従って圧電出
力も膜の振動と同期する。そこで加振電源１５の出力を
参照信号１６として、位相検波器１７で同期出力成分の
みを増幅して記録又は表示器１９で出力する。なお、測
定部は静電遮蔽箱２０に納めて外乱の影響を除く。

次に、本発明に係わるエレクトレット、圧電素子と電極
配置の変形例を第２図に示す。エレクトレット膜１０の
振動によって周辺電界に直接振動ゆらぎ作用を与えれば
対向する圧電素子を振動させる。この場合、圧電素子表
面の電極面が小さいと出力は前者の全面電極型圧電素子
と比較して減少する。なお、第１．第２図において、誘
電層を固体として密着重ね合わせにするとエレクトレッ
ト膜１０の機械的な振動伝播が圧電素子に伝わり、機械
的な振動歪にもとづく出力も重複して得られるので有効
である。しかし、先に述べたように、本計測法では圧電
出力の振巾量を測定しているので、振動伝播のみに着目
したときは密着重ね合わせが良いが、誘導電荷量の変化
を検出するには可変誘電層であることが望ましく、この
点で空気層が適する。

次に、上記の方法に代わる測定法を第４図と第５図に示
す実施例によって比較す゛る。第４図は圧電性を有する
エレクトレットとして代表的なポリフッ化ビニリデン（
ＰＶＤＦ）　　１３を直接照射したのち、一端の電極４
１側から加振し、ＰＶＤＦ［ｌ１１３の振動伝播で生じ
た歪に基づく圧電出力を他端に取付けた電極４２より得
て、第１図の方法と同様に位相検波し敏感計測するもの
である。本方式は圧電性の高いエレクトレット材を検出
器とし、直接加振を行うためきわめて効率的で簡便であ
る。しかし、本方式で得られる出力は機械的な振動が主
体になるので１分極強さに依存した振動が得られるもの
の、加振電極部以外のエレクトレット表面電荷に対応し
た出力が有効に得られない。

第４図に示す圧電性エレクトレットの機能を分離させた
方式を第５図に示す。照射用エレクトレット膜４３に対
向する圧電素子１３の圧電出力変化を測定するもので、
この利点は圧電素子１３を固定検出器として使用できる
ため、再現性が良く、かつ圧電素子１３の加振に伴なっ
てエレクトレット４３との間の容量が変化し、誘導電荷
が発生すること期待できる。

しかし、この場合上部エレクトレット４３を積極的に加
振することがないのでこの場合も十分にエレクトレット
分分極強さの影響が得られない。

そこで、第１図に示す今回の発明に係わる。エレクトレ
ット自体の分極と表面電荷の影響を積極的に引き出す方
法を考案するに至った。第６図にα放射線照射前後のニ
レクレット膜の分極及び表面電荷に対応する圧電出力の
変化を第１図に示すエレクトレット膜加振方式と、第５
図に示す圧電素子加振方式で測定した場合を比較して示
す。この結果で明らかなようにエレクトレット膜自体を
加振した方式がより感度が上る。

次に１本発明による計測方法及び装置を実際に表面汚染
モニターとして用いたときの実施例を第３図に従って述
べる。高電圧装置で放電をかけたエレクトレット高分子
膜（基準１０Ｘ１０ａ＃）１０を被検体３２の表面に貼
りつける。このエレクトレット膜には測定場所等の情報
を含んだコードＮαを振っておく。一定時間曝露後、膜
１ｏ・を取す去り測定用の固定ワク３３に装着する。こ
こではロール状に巻きとれる構造になっており、ロール
は３７に設置し、ロール巻取り器３８で巻き取る。エレ
クトレット膜はまず遮蔽箱２０の計測位置に送られ、膜
のコードＮ０３４を読取器３１で検知したのち圧着固定
器３６で固定される。次に、膜を加振器３９で加振し、
圧電素子１３の出力を測定する。結果は表示及び印字器
からなる表示盤４０に表わす。この時、汚染、被汚染の
判定も同時に表示する。ここでは連続測定のためのエレ
クトレット膜移送はロール巻取り方式で述べたが、回転
盤や移送ベルト上に乗せる方式も採用できる。

本発明に係おる放射線量計測方法及び装置において、第
１図及び２図に示す誘電層材料が、高い誘電率を有しか
つエレクトレット膜１０の振動によって気体と同じよう
に容量が変化すれば圧電出力変化を更に増幅することが
できる４１例とし液体状の誘電体や伸縮性の誘電体が考
えられる。液体は固体誘電体（比誘電率２〜１０）に比
べて誘電率の高いものが多く、絶縁性誘電体として油類
があげられるが、液体は流出や浸透、蒸発によって失わ
れるため一定の油膜厚さを保つことが困難であ委・しか
し・伸縮性の高分子材中に絶縁油を含浸させ、かつこの
油が流出しない逆浸透性のものであれば、誘電率の高い
かつ上部エレクトレット膜の加振によって膜−圧電素子
間の距離が変わりつる。仮に、比誘率１０の誘電体が得
られ、空気層における場合と同じ振巾が得られれば、圧
電出力は１０倍に上ることになる。実施例を第７図に示
す。第７図で絶縁油浸透性の膜材５０を介してエレクト
レット膜１０と圧電素子１３が対向した測定状態を示す
。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明に係わる放射線量計測方法及
び装置は、比較的安価で使い捨て可能な高分子膜を検出
材として、特にα放射性廃棄物の表面汚染モニターとし
ては好適である。また、膜厚を厚くすることでβ・γ放
射性物質による汚染検査への適用も可能である。また、
゛本発明に係わる放射線量計測方法及び装置は簡便性を
特徴としているため、核燃料取扱施設や廃炉解体など原
子力施設の撤去に伴なって発生する大量の低レベル汚染
物の汚染区分管理に適する・その他１個人モニター、環
境モニターへの利用も考えられるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わる放射線量測方法及び
装置におけるエレクトレット膜加振、圧電素子対向型計
測装置の構成図、第２図はエレクトレット圧電素子組合
せの変形例の説明図、第３図は表面汚染測定システムの
構成図、第４図は圧電性エレクトレット膜の直接加振型
計測装置の構成図、第５図は圧電センサーとエレクトレ
ットの機能を分離させた圧電素子加振型の構成図、第６
図はα線照射量と圧電出力変化の関係を示す線図、第７
図は高誘電率の油流含浸膜を誘電層に用いた計測構成図
である６ １３・・・圧電素子、１１，１４，４１，４２・・・電
極、１２・・・誘電層、１５・・・加振電源、１６・・
・参照信号、１７・・・位相検波器、１８・・・増幅器
、１９・・・出力表示器、３１・・・コードＮα読取器
、３２・・・被検体、３７．３８・・・ロール、３９・
・・加振源、４０・・出力−“−＼ ″”　　　（ｔ３Ｍ！Ａ　＃−ｕｎ　／Ｊ、ＪｉｌＨ％
・ヘー・□佑４図 〈

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、素子内部に恒久的な分極をほどこされたエレクトレ
   ット素子を放射線照射し、エレクトレット表面の電荷密
   度変化を検知して放射線量を求める計測法において、前
   記エレクトレット素子を一定周期で加振し、絶縁性誘電
   体層を介して対向する圧電素子表面に誘起された電荷に
   基づく圧電出力に変換して放射線量を求めることを特徴
   とする放射線量計測方法。