JP2017161259A - 放射能濃度測定装置及び放射能濃度測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】放射性核種の放射能濃度を、短時間に、かつ精度良く測定することができる放射能濃度測定装置を提供する。【解決手段】本発明の放射能濃度測定装置は、放射能測定部１２内の略中心に配置された放射線検出器１３と、放射性核種に対して予め算出した応答関数を記憶した記憶手段３１と、検出されたγ線スペクトルから、放射性核種の放射能濃度を算出する放射能濃度算出段３０とを備え、Ｄ（放射能測定部の内壁面と放射線検出器との最小距離）＞Ｌ（測定試料内における放射性核種からの放射線量の自己遮蔽効果による遮蔽距離）であり、放射能濃度算出手段３０は、検出されたγ線スペクトルを、記憶手段３１に記憶された放射性核種の応答関数を用いて曲線近似することによって放射能濃度を算出する。【選択図】図５

Description

本発明は、放射性核種で汚染された汚染物質の放射能濃度を測定する放射能濃度測定装置及び放射能濃度測定方法に関する。

原子力発電所の事故により放射能で汚染された汚染土壌は、放射能汚染の基準値を超える高濃度汚染土壌と、基準値以下の低濃度汚染土壌とに分別することで、前者は、中間貯蔵施設に貯蔵され、後者は、一定の条件下で再利用することが可能になる。

しかしながら、大量に発生した汚染土壌を分別するためには、汚染土壌の放射能濃度を、短時間に、かつ精度良く測定しなければならない。

放射能濃度の精度良い測定としては、汚染土壌から放出されるγ線スペクトルを検出して、光電ピークの計数値から、汚染土壌に含まれる放射性核種の放射能濃度を導出する方法がある。

原子力発電所の事故により汚染された汚染土壌に含まれる放射性核種のうち、量的に卓越して残存しているのは放射性セシウム（^１３４Ｃｓ及び^１３７Ｃｓ）である。しかしながら、^１３４Ｃｓと^１３７Ｃｓから放出されるγ線の光電ピークは、それぞれ６０５ｋｅＶと６６２ｋｅＶと接近している。Ｇｅ半導体検出器は、エネルギー分解能が高いため、^１３４Ｃｓと^１３７Ｃｓから放出されるγ線の光電ピークを弁別して、それぞれの放射能濃度を測定することはできるが、検出器を液体窒素で冷却する必要があり、屋外で使用するには使い勝手が悪い。

一方、ＮａＩシンチレーション検出器は、常温で使用できるが、エネルギー分解能が低いため、^１３４Ｃｓと^１３７Ｃｓから放出されるγ線の光電ピークを正確に弁別することが難しい。そのため、検出したγ線スペクトルから、それぞれの放射能濃度を精度良く導出することが難しくなる。

特許文献１には、エネルギー分解能を向上させるために、放射線検出器で測定した測定結果を、応答関数として予めデータベースに蓄えておき、実際の測定対象物の測定結果について、データベースに蓄えられた応答関数を用いた逆問題演算を行うことにより、放射線検出器に入射したγ線のエネルギー強度を求める方法が開示されている。

特許第５８３２４０４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された方法では、測定試料に含まれる放射性核種毎に放射線検出器の応答関数を計算している。そのため、多種の放射性核種の中で測定したγ線スペクトルに含まれる放射性核種が何であるかを特定することが難しいという問題がある。特に、エネルギー分解能が低い測定機でγ線スペクトルを測定した場合、あるいは、複数の放射性核種が存在し光電ピークが隣接する場合は、一層、γ線スペクトルに含まれる放射性核種を特定することが困難になる。また、測定試料に含まれる放射性核種毎に放射線検出器の応答関数を計算すると、演算時間を要するので、短時間での放射能濃度測定が出来ないという問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたもので、その主な目的は、エネルギー分解能の低い放射線検出器を用いた場合でも、接近する２つの光電ピークを互いに弁別して、それぞれの放射性核種の放射能濃度を、短時間に、かつ精度良く測定することができる放射能濃度測定装置及び放射能濃度測定方法を提供することにある。

本発明に係る放射能濃度測定装置は、特定の第１の放射性核種と第２の放射性核種とを含む測定試料のγ線スペクトルから、第１の放射性核種及び第２の放射性核種の各放射能濃度を測定する放射能濃度測定装置であって、測定試料を収容する容器と、容器内の一部に設けられた放射能測定部と、放射能測定部内の略中心に配置され、測定試料のγ線スペクトルを検出する放射線検出器と、第１の放射性核種及び第２の放射性核種に対して、予め算出した放射線検出器の応答関数を記憶した記憶手段と、検出されたγ線スペクトルから、第１の放射性核種及び第２の放射性核種の各放射能濃度を算出する放射能濃度算出段とを備えている。放射能測定部は、放射能測定部の内壁面と放射線検出器との最小距離をＤ、測定試料内における放射性核種からの放射線量の自己遮蔽効果による遮蔽距離をＬとしたとき、Ｄ＞Ｌとなるような大きさに設定されており、放射線検出器は、第１の放射性核種の光電ピークと、第２の放射性核種の光電ピークとを、互いに弁別できないエネルギー分解能を有し、応答関数は、放射線検出器のエネルギー分解能を反映させて算出されており、放射能濃度算出手段は、検出されたγ線スペクトルを、記憶手段に記憶された第１の放射性核種及び第２の放射性核種の各応答関数を用いて多変数近似することによって、第１の放射性核種及び第２の放射性核種の放射能濃度を算出する。

ある好適な実施形態において、上記放射線検出器は、ＮａＩシンチレータであって、特定の第１の放射性核種及び第２の放射性核種は、それぞれ^１３４Ｃｓ及び^１３７Ｃｓである。

ある好適な実施形態において、上記記憶手段は、第３の放射性核種^４０Ｋに対して、予め算出した放射線検出器の応答関数をさらに記憶しており、放射能濃度算出手段は、検出されたγ線スペクトルを、記憶手段に記憶された第１の放射性核種^１３４Ｃｓ、第２の放射性核種^１３７Ｃｓ、及び第３の放射性核種^４０Ｋの各応答関数を用いて多変数近似することによって、第１の放射性核種及び第２の放射性核種の放射能濃度を算出する。

本発明に係る放射能濃度測定方法は、特定の第１の放射性核種と第２の放射性核種とを含む測定試料のγ線スペクトルから、第１の放射性核種及び第２の放射性核種の各放射能濃度を測定する放射能濃度測定方法であって、測定試料を容器に収容する工程と、容器内の一部に設けられた放射能測定部内の略中心に配置された放射線検出器によって、測定試料のγ線スペクトルを検出する工程と、検出されたγ線スペクトルから、第１の放射性核種及び第２の放射性核種の各放射能濃度を算出する工程とを含む。放射能測定部は、放射能測定部の内壁面と放射線検出器との最小距離をＤ、測定試料内における放射性核種からの放射線量の自己遮蔽効果による遮蔽距離をＬとしたとき、Ｄ＞Ｌとなるような大きさに設定されており、放射線検出器は、第１の放射性核種の光電ピークと、第２の放射性核種の光電ピークとを、互いに弁別できないエネルギー分解能を有し、検出されたγ線スペクトルを、第１の放射性核種及び第２の放射性核種に対して予め求めた各応答関数を用いて多変数近似することによって、第１の放射性核種及び第２の放射性核種の放射能濃度を算出する。

本発明によれば、エネルギー分解能の低い放射線検出器を用いた場合でも、接近する２つの光電ピークを互いに弁別して、それぞれの放射性核種の放射能濃度を、短時間に、かつ精度良く測定することができる放射能濃度測定装置及び放射能濃度測定方法を提供することができる。

本発明の一実施形態における放射能濃度測定装置の構成の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の一実施形態における放射能測定部の構成を模式的に示した図である。 汚染物質の放射線量と放射線検出器から放射能測定部の内壁面までの距離との関係を示したグラフである。 バックグランドからの空間線量と放射能測定部の内壁面からの距離との関係を示したグラフである。 本発明の一実施形態における放射能濃度測定装置の構成を模式的に示したブロック図である。 シミュレーションにより、^１３４Ｃｓ、^１３７Ｃｓ、及び^４０Ｋに対して求めた放射線検出器の応答関数の一例を示したグラフである。 ＮａＩシンチレータを用いて実測した汚染土壌のγ線スペクトル（測定）と、この測定したγ線スペクトルを応答関数を用いてスケールフィッティングしたγ線スペクトル（計算）の一例を示したグラフである。 （^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_ＮａＩと、（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_Ｇｅの比（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_ＮａＩ／（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_Ｇｅを示したグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。また、本発明の効果を奏する範囲を逸脱しない範囲で、適宜変更は可能である。

図１は、本発明の一実施形態における放射能濃度測定装置の構成の一部を模式的に示した断面図である。

図１に示すように、本実施形態における放射能濃度測定装置１０は、放射能で汚染された汚染物質（測定試料）２０を収容する容器１１と、容器１１内の一部に設けられた放射能測定部１２と、放射能測定部１２内の略中心に配置された放射線検出器１３とを備えている。放射線検出器１３は、筒状の収容容器１４内に設置され、収容容器１４によって、容器１１内に投入される汚染物質２０から保護されている。放射線検出器１３は、汚染物質のγ線スペクトルを検出することができる検出器で、例えば、ＮａＩシンチレータ等が用いられる。

容器１１には、質量検出器１６、及び容積検出器１７が取り付けられており、これらを用いて、容器１１内に収容された汚染物質２０の密度が測定される。なお、容器１１内に供給される汚染物質２０は、予め十分に攪拌されて、汚染物質２０内の放射性核種が均一に分散されていることが好ましい。例えば、汚染物質２０を収容する攪拌容器（不図示）を別途設け、容器１１を攪拌容器に連結して、攪拌容器内で十分に攪拌した汚染物質２０を、容器１１内に供給するようにしてもよい。

ところで、汚染土壌等の汚染物質２０は、それ自体、汚染物質２０内における放射性核種からの放射線量を遮蔽する、いわゆる自己遮蔽効果を有している。従って、図２に示すように、放射能測定部１２内の略中心に配置された放射線検出器１３で、放射線検出器１３の周囲の汚染物質２０の放射線量を測定した場合、放射線検出器１３で検出される放射線量は、図３に示すように、放射線検出器１３からの距離が一定以上になると収束する。この放射線量が収束する距離を、汚染物質２０内における放射性核種からの放射線量の遮蔽距離Ｌとすると、放射線検出器１３は、遮蔽距離Ｌを半径とする球の内側にある汚染物質２０の放射線量を測定していることになる。なお、本実施形態における遮蔽距離Ｌは、厳密に定まるものではなく、一定の幅を有する値として定義される。すなわち、放射線検出器１３の周囲の汚染物質２０の放射線量を測定したとき、放射線検出器１３の周囲の汚染物質の厚みが増えて放射線量が一定の値に収束し、それ以上厚みが増えても放射線量が増加しない厚みをＬ_０としたとき、遮蔽距離Ｌは、Ｌ_０の値に対して±１０％以内の範囲を含む距離と定義される。また、本実施形態における遮蔽距離Ｌは、放射能濃度の測定対象物である汚染物質の種類や密度によって変わる。

従って、図２に示すように、放射能測定部１２の内壁面と放射線検出器１３との最小距離をＤとしたとき、Ｄ＞Ｌになるように、放射能測定部１２の大きさを設定することによって、放射線検出器１３の測定対象物質を、遮蔽距離Ｌを半径とする球内の汚染物質２０に特定することができる。しかも、遮蔽距離Ｌは、汚染物質２０の固有のパラメータとして一義的に決めることができるため、測定対象物質の体積Ｖ（Ｌを半径とする球の体積）を容易に求めることができる。従って、汚染物質２０の密度ρを予め測定しておけば、測定対象物質の質量Ｍ（Ｍ＝Ｖ・ρ）を容易に求めることができる。これにより、放射線検出器１３で検出した放射線量Ｑと、測定対象物質の質量Ｍから、汚染物質２０の放射能濃度Ｎを、次式（１）を用いて容易に求めることができる。

Ｎ＝Ｑ／Ｍ＝Ｑ／（Ｖ・ρ） ・・・（１）
ここで、Ｖは、遮蔽距離Ｌを半径とする球の体積（Ｖ＝４／３πＬ^３）である。

また、遮蔽距離Ｌを半径とする球は、放射線検出器１３が汚染物質の放射線量を計測できる最大の範囲であるため、最大限の放射線量を計測することができる。そのため、放射線検出器１３の検出効率を高めることができる。

さらに、図１に示すように、放射能測定部１２は、汚染物質２０を収容する容器１１の一部に設ければよいため、放射線検出器１３の測定対象物質の範囲を非常に小さくすることができる。これにより、大量の汚染物質２０の放射能濃度を、短時間に効率よく行うことができる。

例えば、遮蔽距離Ｌを３０ｃｍとすると、放射能測定部１２の大きさは、半径５０ｃｍの球の容積を確保すれば十分である。これに対して、容器１１の大きさは、任意に決めることができるが、例えば、容器１１の大きさを、半径１ｍ、高さ１ｍの円柱とした場合、放射能測定部１２の容積（約０．５ｍ^３）は、容器１１の容積（約３ｍ^３）に対して、約１／６にすることができる。

本実施形態において、大量の汚染物質２０の分別を、短時間に効率よく行うためには、放射能測定部１２の容積を、容器１１の容積に対して、少なくとも１／５以下にすることが好ましく、１／１０以下にすることがより好ましい。

ところで、汚染物質２０の放射能濃度の測定を、放射能汚染が発生した地域で行う場合、バックグラウンドの放射線量（空間線量）も非常に高い。そのため、放射線検出器１３が、バックグラウンドからの空間線量も検出すると、汚染物質の放射能濃度の測定精度が低下する。

しかしながら、本実施形態における放射線検出器１３は、放射能測定部１２の内側に配置されているため、図４に示すように、バックグランドからの空間線量は、汚染物質２０の遮蔽効果により、放射能測定部１２の内壁面からの距離が長くなるに従い減衰する。そのため、放射線検出器１３が、放射能測定部１２の内壁面から、バックグランドからの空間線量が、汚染物質２０の放射線量に比べて、十分に小さくなるまで減衰する距離に配置されていれば、その影響をなくすことができる。

本実施形態において、放射能測定部１２の形状は、放射能測定部１２の大きさが、Ｄ＞Ｌとなるように設定されていれば、その形状、大きさは特に限定されない。なお、放射能測定部１２の内壁面と、放射線検出器１３との最小距離Ｄは、放射線検出器１３の収容容器１４内の空間距離を差し引いたものである。

また、本実施形態において、放射線検出器１３は、放射能測定部１２の略中心に配置されるが、放射能測定部１２の幾何学的な中心に限定されず、放射線検出器１３を中心とした半径Ｌの球が、放射能測定部１２の内側にある場合も含むものである。

図５は、本実施形態における放射能濃度測定装置１０の構成を模式的に示したブロック図である。

図５に示すように、放射能濃度測定装置１０は、図１に示した放射線検出器１３で検出されたγ線スペクトルから、汚染物質２０に含まれる特定の放射性核種の放射能濃度を算出する放射能濃度算出手段３０と、特定の放射性核種に対して、予め算出した放射線検出器１３の応答関数を記憶した記憶手段３１と、汚染物質２０の密度測定手段３２とを備えている。

放射能濃度算出手段３０は、後述する方法により、検出されたγ線スペクトルを、記憶手段３１に記憶された特定の放射性核種の応答関数を用いて多変数近似することによって、放射性核種の放射能濃度を算出する。また、密度測定手段３２は、図１に示した質量検出器１６で測定した汚染物質２０の質量と、容積検出器１７で検出した汚染物質２０の体積とから、汚染物質２０の密度を算出する。

ここで、応答関数とは、放射線検出器１３に入射する放射線の伝播態様を表す関数であり、測定体系（測定試料の形状や密度、測定試料と放射線検出器１３との位置関係、放射線検出器１３の形状や材質等）を構築して、モンテカルロ輸送計算コードも用いて、シミュレーションにより求められる。

本実施形態では、原子力発電所の事故により汚染された汚染物質２０に含まれる放射性核種のうち、量的に卓越して残存しているのは放射性セシウム（^１３４Ｃｓ及び^１３７Ｃｓ）であることから、この特定の放射性核種^１３４Ｃｓ（第１の放射性核種）、及び^１３７Ｃｓ（第２の放射性核種）に対して求めた放射線検出器１３の応答関数を、記憶手段３１に記憶している。

なお、自然放射性核種であっても、自然界に比較的高濃度に存在したり、あるいは、^１３４Ｃｓ及び^１３７Ｃｓの光電ピーク近傍に光電ピークが現れる放射性核種があれば、^１３４Ｃｓ及び^１３７Ｃｓの放射能濃度の導出に影響を及ぼす可能性がある。従って、^１３４Ｃｓ及び^１３７Ｃｓの放射能濃度の測定をより精度良く行うためには、そのような放射性核種（第３の放射性核種）に対しても、予め放射線検出器１３の応答関数を求めて、記憶手段３１に記憶させておいてもよい。

また、本実施形態では、^１３４Ｃｓ（第１の放射性核種）の光電ピーク（６０５ｋｅＶ）と、^１３７Ｃｓ（第２の放射性核種）の光電ピーク（６６２ｋｅＶ）を互いに弁別できない放射線検出器１３を用いてγ線スペクトルを検出するため、応答関数は、放射線検出器１３のエネルギー分解能を反映して算出されている。

図６は、実際の測定体系を模擬して、ＥＧＳ（Electron Gamma Shower）５コードを用いたシミュレーションにより、^１３４Ｃｓ及び^１３７Ｃｓに対して求めた放射線検出器１３の応答関数の一例を示したグラフである。なお、自然放射性核種の^４０Ｋは、^１３４Ｃｓのサムピーク（１４０１ｋｅＶ）近傍に光電ピーク（１４６０ｋｅＶ）があり、^１３４Ｃｓの放射能濃度の導出に影響を及ぼす可能性があるため、^４０Ｋに対しても、放射線検出器１３の応答関数を求めた。

また、^１３４Ｃｓの光電ピーク（５６９、６０２、７９６、８０２、１０３８ｋｅＶ）近傍に、妨害核となる自然放射性核種の^２２８Ａｃ、^２１４Ｂｉ、^２０８Ｔｌは、それぞれ、光電ピーク（５８３、６０９、７９５、８６０、９１１、１１２０ｋｅＶ）があり、また、^１３７Ｃｓの光電ピーク（６６２ｋｅＶ）近傍に、^２１４Ｂｉからの光電ピーク（６６５ｋｅＶ）がある。そのため、^１３４Ｃｓや^１３７Ｃｓの放射能濃度の導出に影響を及ぼす可能性があるため、これらの放射性核種に対しても、放射線検出器１３の応答関数を求めることが好ましい。

応答関数の計算は、既知の方法により実行できるが、図６に例示した応答関数の計算は、概ね以下のとおりである。

測定体系は、図１に示した放射能濃度測定装置１０を模擬して構築した。すなわち、汚染物質２０は、放射性セシウムで汚染された密度０．５〜１．７ｇ／ｃｍ^３の汚染土壌とした。また、放射線検出器１３は、口径が２インチまたは３インチのＮａＩシンチレータとし、汚染物質２０が収容された放射能測定部１２の中心にＮａＩシンチレータ１３を配置した。また、放射能測定部１２の内壁面と放射線検出器１３との最小距離Ｄは、２４ｃｍとした。汚染物質２０内における^１３４Ｃｓ及び^１３７Ｃｓからの放射線量の自己遮蔽効果による遮蔽距離Ｌは土壌密度によるが、大凡２１ｃｍであるから、放射能測定部１２は、Ｄ＞Ｌを満たす大きさになっている。また、γ線の発生位置は、汚染物質２０の体積あたり一定とした。また、γ線の放出方向は、^４０Ｋ及び^１３７Ｃｓについては等方分布、^１３４Ｃｓはγ−γ角相関を考慮した。

^１３４Ｃｓは、カスケードγ線放出核種であることから、崩壊形式をモンテカルロ法で再現することで応答関数を計算した。^４０Ｋ及び^１３７Ｃｓは、カスケードγ線を放出しないため、単一のγ線（^４０Ｋは１４６０．８２２ｋｅＶ、^１３７Ｃｓは６６１．６５７ｋｅＶ）を発生させて、それぞれ応答関数を計算した。得られたγ線スペクトルを、放射線検出器１３のエネルギー分解能が１／（√Ｅ）（Ｅは付与エネルギー）に比例し、本実施例では、６６２ｋｅＶの分解能が７％となる。

図７は、^１３７Ｃｓエネルギー分解能が７％のＮａＩシンチレータを用いて実測した汚染土壌のγ線スペクトル（測定）と、この測定したγ線スペクトルを、図６に示した^１３４Ｃｓ、^１３７Ｃｓ、及び^４０Ｋに対して求めた応答関数を用いて、最小二乗法によりスケールフィッティングしたγ線スペクトル（計算）の一例を示したグラフである。

計算で求めたγ線スペクトルＳ（Ｅ）は、以下の式で表される。

Ｓ(Ｅ)＝Ｒ_{１３４Ｃｓ}(Ｅ)Ｆ_{１３４Ｃｓ}＋Ｒ_{１３７Ｃｓ}(Ｅ)Ｆ_{１３７Ｃｓ}＋Ｒ_４０Ｋ(Ｅ)Ｆ_４０Ｋ
ここで、Ｒ（Ｅ）は各放射性核種に対する応答関数を表し、Ｆはスケーリングファクターを表す。なお、添字の_{１３４Ｃｓ}、_{１３７Ｃｓ}、_４０Ｋは、それぞれ^１３４Ｃｓ、^１３７Ｃｓ、^４０Ｋを示している。

図７に例示したγ線スペクトル（計算）は、フィッティングの残差が０．１％まで収束したことから、十分なフィッティングが得られたと考えられる。

次に、本実施形態における放射能濃度測定装置１０で測定した^１３４Ｃｓ及び^１３７Ｃｓの放射能濃度の測定精度を、以下の方法により評価した。

まず、Ｇｅ半導体検出器を用いて測定したγ線スペクトルから、^１３４Ｃｓ及び^１３７Ｃｓの光電ピーク（６０５ｋｅＶ、６６２ｋｅＶ）のカウント比（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_Ｇｅを求めた。そして、このカウント比を基準に、ＮａＩシンチレータで測定したγ線スペクトルを、応答関数を用いたスケールフィティングにより求めた６０５ｋｅＶと６６２ｋｅＶの光電ピークのカウント比（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_ＮａＩの精度を評価した。

図８は、（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_ＮａＩと、（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_Ｇｅの比（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_ＮａＩ／（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_Ｇｅを示したグラフである。図中の○印は、スケールフィティングにより求めた比（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_ＮａＩ／（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_Ｇｅを示し、□印は、比較例として、ガウス分布フィッティングにより求めた比（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_ＮａＩ／（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_Ｇｅを示す。なお、Ｇｅ半導体検出器を用いた場合のカウント比（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_Ｇｅは、１．９９であった。

ここで、ガウス分布フィッティングは、ＮａＩシンチレータで測定したγ線スペクトルを、２つのガウス分布でフィッティングを行い、ガウス分布の面積から、６０５ｋｅＶと６６２ｋｅＶの光電ピークのカウント比（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_ＮａＩを求めたものである。ただし、γ線スペクトルには、５６３ｋｅＶと５６９ｋｅＶの光電ピークが混じっているため、５６３ｋｅＶと５６９ｋｅＶの放出比率２４％を補正して、６０５ｋｅＶと６６２ｋｅＶのカウント比（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_ＮａＩを求めている。

図８は、ＮａＩシンチレータのエネルギー分解能が５％、７％、１０％における（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_ＮａＩ／（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_Ｇｅを、それぞれプロットしたものである。

図８に示すように、エネルギー分解能が５％では、ガウス分布フィットでも、（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_ＮａＩ／（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_Ｇｅは、０．９８の値を示し、放射能濃度の測定は精度が高いといえる。これは、放射線検出器１３のエネルギー分解能が５％であれば、^１３４Ｃｓと^１３７Ｃｓから放出されるγ線の光電ピーク（６０５ｋｅＶ、６６２ｋｅＶ）の重なりが比較的小さかったためと考えられる。しかしながら、エネルギー分解能が７％、１０％では、（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_ＮａＩ／（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_Ｇｅは、それぞれ０．７９、０．８２と低い値を示し、放射能濃度の測定は精度が低いといえる。

これに対して、スケールフィットでは、（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_ＮａＩ／（^１３７Ｃｓ／^１３４Ｃｓ）_Ｇｅは、エネルギー分解能が７％、１０％でも、それぞれ、０．９６、０．９７の値を示し、放射能濃度の測定は、格段に精度が高いことを示している。

以上の評価から、ＮａＩシンチレータで測定したγ線スペクトルを、応答関数を用いたスケールフィティングを行うことにより、６０５ｋｅＶと６６２ｋｅＶの光電ピークのカウントを精度良く求めることができる。すなわち、ＮａＩシンチレータで測定したγ線スペクトルを、応答関数を用いたスケールフィティングを行うことにより、^１３４Ｃｓと^１３７Ｃｓの放射能濃度を、精度良く測定することができる。

本実施形態における放射能濃度測定装置１０は、放射線検出器１３で検出されたγ線スペクトルを、予め算出した^１３４Ｃｓと^１３７Ｃｓの放射性核種の応答関数を用いてスケールフィッティング（多変数近似）することによって、^１３４Ｃｓと^１３７Ｃｓの放射能濃度を算出するもので、エネルギー分解能の低い放射線検出器１３を用いた場合でも、接近する２つの光電ピークを互いに弁別して、それぞれの放射性核種の放射能濃度を、精度良く測定することができる。

なお、一般に、モンテカルロ輸送計算コードも用いて、放射性核種に対する放射線検出器１３の応答関数を計算するのは、膨大な時間を要するが、本実施形態においては、特定の放射性核種に対してのみ応答関数を求めればよいため、比較的容易に応答関数を求めることができる。しかも、予め算出した応答関数を、記憶手段３１に記憶しておくことによって、検出されたγ線スペクトルを、記憶手段３１に記憶された応答関数を用いて曲線近似することは、比較的短時間で行うことができるので、特定の放射性核種の放射能濃度を、短時間に測定することができる。例えば、本発明の放射能濃度測定装置を用いることにより、^１３７Ｃｓの放射能濃度が１００Ｂｑ／ｋｇの汚染土壌でも、５分以内の短時間で、１０％以下の精度で、放射能濃度を測定することができる。これにより、大型タンカーに相当する年間４０万ｍ^３の汚染土壌を、放射能濃度の高いものと低いものとのに分別することができる。その結果、中間貯蔵施設に保管する汚染土壌を大幅に減らすことが可能となる。

以上、説明したように、本発明における放射能濃度測定装置１０は、放射能測定部１２の内壁面と放射線検出器１３との最小距離Ｄを、汚染物質（測定試料）２０内における放射性核種からの放射線量の自己遮蔽効果による遮蔽距離Ｌよりも大きくすることによって、測定対象物質の体積Ｖ（Ｌを半径とする球の体積）を容易に求めることができる。従って、汚染物質２０の密度ρを予め測定しておけば、測定対象物質の質量Ｍ（Ｍ＝Ｖ・ρ）を容易に求めることができる。これにより、放射線検出器１３で検出した放射線量Ｑと、測定対象物質の質量Ｍから、汚染物質２０の放射能濃度Ｎを容易に求めることができる。

また、遮蔽距離Ｌを半径とする球は、放射線検出器１３が汚染物質２０の放射線量を計測できる最大の範囲であるため、最大限の放射線量を計測することができる。そのため、放射線検出器１３の検出効率を高めることができる。

さらに、放射能測定部１２は、汚染物質２０を収容する容器１１の一部に設ければよいため、放射線検出器１３の測定対象物質の範囲を非常に小さくすることができる。これにより、大量の汚染物質２０の放射能濃度を、短時間に効率よく行うことができる。

加えて、放射線検出器１３は、放射能測定部１２の内側に配置されているため、バックグランドからの空間線量は、汚染物質２０の遮蔽効果により、その影響をなくすことができる。

また、特定の放射性核種に対して、予め算出した放射線検出器１３の応答関数を記憶手段３１に記憶させ、放射線検出器１３で検出されたγ線スペクトルを、記憶手段３１に記憶された特定の放射性核種の応答関数を用いて多変数近似することによって、エネルギー分解能の低い放射線検出器１３を用いた場合でも、接近する２つの光電ピークを互いに弁別して、それぞれの放射性核種の放射能濃度を、短時間に、かつ精度良く測定することができる。

なお、本発明では、特定の放射性核種を含む測定試料のγ線スペクトルから、放射性核種の放射能濃度を測定することから、当該特定の放射性核種に対してのみ応答関数を求めればよいため、応答関数の計算を比較的容易に行うことができる。

また、本発明における放射能濃度測定方法は、特定の第１の放射性核種と第２の放射性核種とを含む測定試料のγ線スペクトルから、前記第１の放射性核種及び前記第２の放射性核種の各放射能濃度を測定する放射能濃度測定方法であって、測定試料２０を容器１１に収容する工程と、容器１１内の一部に設けられた放射能測定部１２内の略中心に配置された放射線検出器１３によって、測定試料２０のγ線スペクトルを検出する工程と、検出されたγ線スペクトルから、第１の放射性核種及び前記第２の放射性核種の各放射能濃度を算出する工程とを含む。ここで、放射能測定部１２は、放射能測定部１２の内壁面と放射線検出器１３との最小距離をＤ、測定試料２０内における放射性核種からの放射線量の自己遮蔽効果による遮蔽距離をＬとしたとき、Ｄ＞Ｌとなるような大きさに設定されている。また、放射線検出器１３は、第１の放射性核種の光電ピークと、第２の放射性核種の光電ピークとを、互いに弁別できないエネルギー分解能を有している。そして、検出されたγ線スペクトルを、第１の放射性核種及び第２の放射性核種に対して予め求めた各応答関数を用いて多変数近似することによって、第１の放射性核種及び第２の放射性核種の放射能濃度を算出する。

以上、本発明を好適な実施形態により説明してきたが、こうした記述は限定事項ではなく、もちろん、種々の改変が可能である。

例えば、上記実施形態では、放射能濃度を測定する放射性核種として、^１３４Ｃｓ及び^１３７Ｃｓの例を説明したが、これに限定されず、放射線検出器１３のエネルギー分解能では互いに弁別できない光電ピークを有する放射性核種に対して、本発明を適用することができる。例えば、^１３４Ｃｓや^１３７Ｃｓの他に、^４０Ｋ、^２０８Ｔｌ、^２１４Ｂｉ、^２２８Ａｃ等の放射性核種に対しても適用することができる。勿論、このような放射性核種は２種類に限らず、３種類以上の放射性核種に対しても、本発明を適用することができる。

また、放射線検出器１３として、ＮａＩシンチレータの例を説明したが、これに限定されず、比較的エネルギー分解能の低い放射線検出器に、本発明は好適に適用される。

また、上記実施形態では、^１３４Ｃｓ及び^１３７Ｃｓに対する応答関数を予め求め、検出したγ線スペクトルを応答関数を用いて多変数近似することによって、放射能濃度を算出した例を説明したが、これらの応答関数は、測定試料（汚染物質）２０の密度毎に予め求めておいてもよい。この場合、実際の測定対象物の密度に対応する応答関数がないときは、実際の密度に近い応答関数を用いて算出した放射能濃度から、外挿又は内挿して求めればよい。

また、上記実施形態では、特定の放射性核種に対する応答関数を、モンテカルロ輸送計算コードも用いて、シミュレーションにより求めたが、他の方法を用いて求めてもよい。例えば、同じ測定体系で、Ｇｅ半導体検出器を用いてγ線スペクトルを測定し、このγ線スペクトルを、^１３７Ｃｓの光電ピーク６６２ｋｅＶにおける分解能を、ＮａＩシンチレータのエネルギー分解能に合わせて鈍らせる方法で応答関数を作成してもよい。

１０ 放射能濃度測定装置
１１ 容器
１２ 放射能測定部
１３ 放射線検出器
１４ 収容容器
１６ 質量検出器
１７ 容積検出器
２０ 汚染物質（測定試料）
３０ 放射能濃度算出手段
３１ 記憶手段
３２ 密度測定手段

Claims (9)

1. 特定の第１の放射性核種と第２の放射性核種とを含む測定試料のγ線スペクトルから、前記第１の放射性核種及び前記第２の放射性核種の各放射能濃度を測定する放射能濃度測定装置であって、
   前記測定試料を収容する容器と、
   前記容器内の一部に設けられた放射能測定部と、
   前記放射能測定部内の略中心に配置され、前記測定試料のγ線スペクトルを検出する放射線検出器と、
   前記第１の放射性核種及び前記第２の放射性核種に対して、予め算出した前記放射線検出器の応答関数を記憶した記憶手段と、
   前記検出されたγ線スペクトルから、前記第１の放射性核種及び前記第２の放射性核種の各放射能濃度を算出する放射能濃度算出手段と
   を備え、
   前記放射能測定部は、該放射能測定部の内壁面と前記放射線検出器との最小距離をＤ、前記測定試料内における前記放射性核種からの放射線量の自己遮蔽効果による遮蔽距離をＬとしたとき、Ｄ＞Ｌとなるような大きさに設定されており、
   前記放射線検出器は、前記第１の放射性核種の光電ピークと、前記第２の放射性核種の光電ピークとを、互いに弁別できないエネルギー分解能を有し、
   前記応答関数は、前記放射線検出器の前記エネルギー分解能を反映させて算出されており、
   前記放射能濃度算出手段は、前記検出されたγ線スペクトルを、前記記憶手段に記憶された前記第１の放射性核種及び前記第２の放射性核種の各応答関数を用いて多変数近似することによって、前記第１の放射性核種及び前記第２の放射性核種の放射能濃度を算出する、放射能濃度測定装置。
2. 前記放射線検出器は、ＮａＩシンチレータであって、
   前記特定の第１の放射性核種及び第２の放射性核種は、それぞれ^１３４Ｃｓ及び^１３７Ｃｓである、請求項１に記載の放射能濃度測定装置。
3. 前記記憶手段は、第３の放射性核種^４０Ｋに対して、予め算出した前記放射線検出器の応答関数をさらに記憶しており、
   前記放射能濃度算出手段は、前記検出されたγ線スペクトルを、前記記憶手段に記憶された前記第１の放射性核種^１３４Ｃｓ、前記第２の放射性核種^１３７Ｃｓ、及び前記第３の放射性核種^４０Ｋの各応答関数を用いて多変数近似することによって、前記第１の放射性核種及び前記第２の放射性核種の放射能濃度を算出する、請求項２に記載の放射能濃度測定装置。
4. 前記容器は、前記測定試料を収容する攪拌容器に連結されており、
   前記容器内には、前記攪拌容器内で攪拌された前記測定試料が供給される、請求項１〜３の何れかに記載の放射能濃度測定装置。
5. 前記放射能測定部の容積は、前記容器の容積に対して、少なくとも１／５以下である、請求項１〜３の何れかに記載の放射能濃度測定装置。
6. 特定の第１の放射性核種と第２の放射性核種とを含む測定試料のγ線スペクトルから、前記第１の放射性核種及び前記第２の放射性核種の各放射能濃度を測定する放射能濃度測定方法であって、
   前記測定試料を容器に収容する工程と、
   前記容器内の一部に設けられた放射能測定部内の略中心に配置された放射線検出器によって、前記測定試料のγ線スペクトルを検出する工程と、
   前記検出されたγ線スペクトルから、前記第１の放射性核種及び前記第２の放射性核種の各放射能濃度を算出する工程と
   を含み、
   前記放射能測定部は、該放射能測定部の内壁面と前記放射線検出器との最小距離をＤ、前記測定試料内における前記放射性核種からの放射線量の自己遮蔽効果による遮蔽距離をＬとしたとき、Ｄ＞Ｌとなるような大きさに設定されており、
   前記放射線検出器は、前記第１の放射性核種の光電ピークと、前記第２の放射性核種の光電ピークとを、互いに弁別できないエネルギー分解能を有し、
   前記放射能濃度を算出する工程において、前記検出されたγ線スペクトルを、前記第１の放射性核種及び前記第２の放射性核種に対して予め求めた各応答関数を用いて多変数近似することによって、前記第１の放射性核種及び前記第２の放射性核種の放射能濃度を算出する、放射能濃度測定方法。
7. 前記応答関数は、前記放射線検出器の前記エネルギー分解能を反映させて算出されている、請求項６に記載の放射能濃度測定方法。
8. 前記放射線検出器は、ＮａＩシンチレータであって、
   前記特定の第１の放射性核種及び第２の放射性核種は、^１３４Ｃｓ及び^１３７Ｃｓである、請求項６又は７に記載の放射能濃度測定方法。
9. 前記特定の第１の放射性核種が^１３４Ｃｓの場合、前記第２の放射性核種は、^４０Ｋ、^２２８Ａｃ、^２１４Ｂｉの何れか一つであり、前記特定の第１の放射性核種が^１３７Ｃｓの場合、前記第２の放射性核種は、^２０８Ｔｌ、^２１４Ｂｉの何れか一つである、請求項６又は７に記載の放射能濃度測定方法。

Images