JP5499384B2 - 放射能量測定方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、放射能量測定方法及び装置に関する。

輝尽性蛍光体粉末をフィルムに塗布して構成したイメージングプレートは、放射線を照射すると、照射された放射線情報（放射線量）を蛍光体に蓄積（放射線量潜像を形成）する。そして、放射線情報を蓄積した蛍光体は、刺激光を照射すると放射線蓄積量に応じて発光することから、この発光を光電変換して電気的信号（画素データ）にすることにより、イメージングプレートに照射された放射線量を電気的信号（放射線量画像データ）として検出することができる。

このようなイメージングプレートを利用して、プルトニウム等の超ウラン元素からの放射線量を測定する放射能測定方法及び装置が提案されている。

従来の放射能測定方法及び装置において、イメージングプレートを使用して得られる放射線量画像データ（ＰＳＬ（Ｐｈｏｔｏ−Ｓｔｉｍｕｌａｔｅｄ Ｌｕｍｉｎｅｓｅｎｃｅ）画像データ）には、自然界に存在する自然放射線に由来する放射線量（バックグラウンド放射線量）も含まれることから、測定目的の放射性物質の存在領域を判定する方法がなく、このため放射能量の算出も範囲を確定して行うことが困難であった。

特開２００７−２４６２９号公報 特開２００５−３０４９５２号公報 特開平１０−１３２９４０号公報

日本放射線安全管理学会誌第５巻２号（２７−３２） 「イメージングプレートに記録されたＰＳＬ強度分布の解析」

本発明の目的は、イメージングプレートにより得られる放射線量画像データ（ＰＳＬ画像データ）から、自然界に存在する自然放射線に由来する放射線量（バックグラウンド放射線量）の影響を考慮して、測定目的の放射性物質の存在領域の判定と確定した領域の放射能量の算出を所定の精度で行うことができる放射能測定方法及び装置を実現することにある。

α線を放出する放射性物質（例えばプルトニウム）が付着した試料をイメージングプレートに接触させて放射線を照射すると該イメージングプレートには照射された放射線量に応じた潜像が記録される。そして、潜像が記録されたイメージングプレートの潜像を読み取ると、図１に示すようなバックグラウンドと放射性物質の放射線量に比例したＰＳＬ値の濃淡による放射線量画像が得られる。

図１において、ａ，ｂは、放射線物質から放射される放射線により記録された画素の集合領域（スポット）、ｃは自然放射線により記録された画素の集合領域（バックグラウンド）である。

図２は、この放射線量画像データを、高さ方向を放射線量に比例した量（ＰＳＬ値）で表した３次元画像である。この３次元画像（ａ）について、任意のＰＳＬ値を閾値として画素を選択すると、大小の無数の画素のスポットに区分して抽出することができる（ｂ）。

バックグラウンドはほぼ均一にイメージングプレートに入射する自然放射線による小さなスポットであり、放射性物質からの連続放出の放射線による一部の画素領域に集中したスポットとは異なる。従って、この個々のスポットについて、各スポット面積（画素数）を比較することによりバックグラウンドとは異なる放射性物質の存在の有無を識別することができる。また、既知の放射性物質の放射線量とスポットのＰＳＬ値を比較することにより、個々のスポットの放射能量を評価することができる。

本発明は、バックグラウンド放射線量画像データの所定画素数がその値以下となる値を閾値として設定し、この閾値以上の放射線量画像データの画素が所定数以上に亘って連続する領域（スポット）を測定目的の放射性物質の存在位置として判定することを特徴とする。

具体的には、前記閾値は、バックグラウンド放射線量画像データの画素の９９％（〜９９．９％）をその値以下に含む値とし、測定目的の放射性物質の存在位置として判定する前記スポットは、４０画素以上が連続する領域とする。

そして、測定目的の放射性物質の放射能量は、代表的な1スポットの試料を用いて最小二乗法から求めた次式（数１）によって算出し、その相対誤差は、次式（数２）によって算出する。

本発明によれば、イメージングプレートにより得られる放射線量画像データ（ＰＳＬ画像データ）から、自然界に存在する自然放射線に由来する放射線量（バックグラウンド放射線量）の影響を考慮して、測定目的の放射性物質の存在領域の判定とその放射能量の算出を所定の精度で行うことができる放射能測定方法及び装置を実現することができる。特に、放射性物質を付着させた試料をイメージングプレートに接触させて放射線を照射することにより該イメージングプレートに照射放射線量に応じた潜像を記録し、イメージングプレートに記録された潜像を読み取ることによってバックグラウンドと放射性物質の放射線量に比例した濃淡の放射線量画像データを作成する放射能量測定方法及び装置において、イメージングプレートにおける試料接触領域以外の領域から読み取ったバックグラウンドの放射線量画像データの９９％の画素がその値以下となる値を閾値として設定し、イメージングプレートにおける試料接触領域から読み取った放射線量画像データにおいて前記閾値以上の放射線量画像データの画素が４０画素以上に亘って連続する領域を測定目的の放射性物質の存在位置として判定するようにしたことにより、測定目的の放射性物質によるスポットの識別を容易に効率的に行うことができるようになる。

イメージングプレートに記録されたバックグラウンドと放射性物質の放射線量に比例したＰＳＬ値の濃淡による放射線量画像である。 図１に示した放射線量画像のデータについて高さ方向を放射線量に比例した量（ＰＳＬ値）で表した３次元画像である。 本発明による放射能量測定方法のフローチャートである。 本発明の放射能量測定方法を実施する放射能量測定装置の機能ブロック図である。 放射線量画像データにおけるバックグラウンド及び放射性物質（プルトニウム）のＰＳＬ値の分布を示している。 バックグラウンドの画素の約９０．０％，９９．０％及び９９．９％がその値以下となるようなＰＳＬ値を閾値として放射線量画像データから画素抽出実験を行った結果を示している。 バックグラウンドから抽出した画素のスポット面積（画素数）の分布を示している。 プルトニウムの放射線照射によるスポットのＰＳＬ値、放射能量及び照射時間の関係を示している。 バックグラウンドの９９．０％の画素のＰＳＬ値がその値以下となる値を閾値として画素を抽出し、４０画素以上のスポットを識別する方法により、放射性物質による放射線照射スポットとして定量的に識別した例を示している。 １スポットの１０個のプルトニウム試料のＰＳＬ値から評価した放射能量と放射線検出器により評価した放射能量の比較例を示している。 複数スポットの１０個のプルトニウム試料のＰＳＬ値から評価した放射能量と放射線検出器により評価した放射能量の比較例を示している。

本発明は、バックグラウンド放射線量画像データ（画素データ）の９９％〜９９．９％の画素がその値以下となる値を閾値として設定し、この閾値以上の放射線量データが４０画素以上連続する領域（スポット）を測定目的の放射性物質の存在位置として判定し、測定目的の放射性物質の放射能量は、代表的な1スポットの試料を用いて最小二乗法から求めた（数１）式によって算出し、その相対誤差は最小二乗法から得られた誤差を基に（数２）式によって算出するように構成する。

図３は、本発明の放射能量測定方法のフローチャートである。

ステップＳ１
ダスト捕集用のろ紙等に測定環境の空気中に浮遊するダストや機器等表面に付着したダスト（プルトニウム等の放射性物質を含む）を捕集する。

ステップＳ２
ダストを捕集したダスト捕集用のろ紙等をイメージングプレートに接触させ、捕集したダストに含まれる放射性物質（プルトニウム等）の放射線（α線）をイメージングプレートに照射して該イメージングプレートにダスト潜像を記録する。

ステップＳ３
イメージングプレートに記録されたダスト潜像を読み取り、放射線照射量に比例したダストＰＳＬ画像データを取得する。

ステップＳ４
イメージングプレートにおけるダスト潜像記録領域以外の所定の領域からバックグラウンドＰＳＬ画像データを取得する。

ステップＳ５
バックグラウンドＰＳＬ画像を構成する画素の９９％（〜９９．９％）がその値以下となる値をＰＳＬ画像評価閾値に設定する。

ステップＳ６
ダスト画像データにおいて評価閾値以上の画素データを抽出する。

ステップＳ７
抽出した画素が連続するスポットのうち所定数（４０画素）以上の面積のスポットを放射性物質による放射線照射スポットとして識別する。

ステップＳ８
識別された放射線照射スポットのＰＳＬ値からバックグラウンドを差し引いて放射線照射スポットのダストＰＳＬ値を求める。

ステップＳ９
予め代表的な試料を用いた実験により、放射線照射スポットのＰＳＬ値と放射性物質の放射能量の関係式を求めておく。

ステップＳ１０
放射線照射スポットのダストＰＳＬ値から測定した放射性物質の放射能量算出と、その算出誤差を求める。

図４は、前述した放射能量測定方法を実施する放射能量測定装置の機能ブロック図である。

１は試料となるダスト捕集用のろ紙等であり、測定環境ダスト捕集装置に設置して測定環境の空気中に浮遊するダストや機器等の表面に付着したダストの捕集に使用する。２は、捕集したダストに含まれた放射性物質の粒子である。

３はイメージングプレートであり、ダストを捕集した試料であるダスト捕集ろ紙１を接触させ、捕集した放射性物質２を含むダストの放射線（α線）を照射することによりダスト潜像２ａを記録するために使用する。このイメージングプレート３は、前記ダスト捕集ろ紙１を接触させてダスト潜像２ａを記録するダスト潜像記録領域３ａと、前記ダスト潜像記録領域３ａの外側に位置させてバックグラウンド潜像領域３ｂを備える。

バックグラウンド潜像領域３ｂは、イメージングプレート３上でバックグラウンドを評価するための区域であり、ここには試料を接触させないようにする。

４は読み取り器であり、刺激光照射手段と光電変換素子アレーを備え、イメージングプレート３の表面を光電変換走査してダスト潜像とバックグラウンド潜像を電気信号に光電変換して潜像（放射線照射量）に比例したＰＳＬ画像データを出力する。

５は画像データ処理装置であり、前記読み取り器４から出力されるＰＳＬ画像データを取得し、ＰＳＬ画像評価閾値に設定し、ダスト画像データにおける評価閾値以上の画素データを抽出し、抽出した画素が連続するスポットのうち所定数（４０画素）以上の面積の領域を放射性物質による放射線照射スポットとして識別し、識別した放射線照射スポットのＰＳＬ値からバックグラウンドを差し引いて放射線照射スポットのダストＰＳＬ値を求め、放射線照射スポットのダストＰＳＬ値から測定した放射性物質の放射能量算出と、その算出誤差を求める処理を行う。

放射線照射スポットを抽出するＰＳＬ値の閾値は、バックグラウンドの影響をできる限り小さくするために、バックグラウンドのＰＳＬ値の分布を基にして設定する。

図５は、バックグラウンドのＰＳＬ値の分布を示すものであり、参考に放射性物質（プルトニウム）が含まれている場合も併せて示している。放射性物質のＰＳＬ値は、バックグラウンドよりも高い分布であり、ＰＳＬ値による識別が有効である。バックグラウンドの分布は、照射時間や測定場所によって異なる。図５に示すように、バックグラウンドのＰＳＬ値の分布を考慮して、それぞれ、バックグラウンドの画素の約９０．０％，９９．０％及び９９．９％がその値以下となるようなＰＳＬ値を閾値として画素抽出実験を行った。
更に、この分布からバックグラウンドの平均ＰＳＬ値(ＰＳＬ／画素)を求めておく。バックグラウンドの平均ＰＳＬ値は、放射線照射スポットの正味のＰＳＬ値を計算する際に使用する。

図６は、この画素抽出実験の結果を示している。閾値を参照して抽出した白い画素は、それぞれ、スポットを形成している。（ａ）は、バックグラウンドの画素の約９０．０％がその値以下となる値を閾値する画素抽出であり、多くのスポットが全面に分布しており、分離が十分でなく、各スポットの識別の処理時間も長くなり、効率が悪い。

一方、（ｂ），（ｃ）は、バックグラウンドの画素の約９９．０％及び９９．９％がその値以下となる値を閾値する画素抽出であり、バックグラウンドのスポットは少なくなり、スポットの識別が容易で効率的である。識別処理時間と低い放射線量までの測定を考慮すると、使用する閾値は、バックグラウンドの画素の約９９．０％がその値以下となる値が最適である。

スポットの面積（画素数）によってプルトニウム等の放射線物質による放射線照射スポットを識別するために、複数のイメージングプレートを、放置時間を変えて室内に放置してバックグラウンドを評価した。それぞれのイメージングプレートについて、バックグラウンド画像の画素の約９９．０％以上がその値以下となる値を閾値として画素を抽出し、スポット面積の分布を評価した。

図７は、バックグラウンドから抽出した画素のスポット面積（画素数）の分布を示している。放置時間にかかわらずバックグラウンドのスポットは、面積が大きく（画素数が多く）なるほど減少し、４０画素以上のスポットは観察されなかった。このことから、４０画素以上のスポットは、自然放射線以外の放射線物質による放射線照射スポットと見做すことができる。

放射線照射量の異なる１スポット状の試料を用いて、プルトニウムによる放射線照射スポットのＰＳＬ値Ｉと放射能量Ａとの関係を最小二乗法により評価した。スポットのＰＳＬ値Ｉは、閾値とスポット面積によって抽出された画素のＰＳＬ値の合計値からバックグラウンドの値を差し引いて求めた。バックグラウンドの値は図５で求めておいたバックグラウンドの平均ＰＳＬ値にスポット面積を掛け合せて求めた。

ＰＳＬ値と放射能量の関係式には、フェーディングの効果を考慮した。代表的な幾つかの１スポットの試料を用いて、この関係式に最小二乗法を適用して係数を求める。相対誤差σは、最小二乗法から得られた係数の誤差から求めた。関係式によるスポットの放射能量Ａと相対誤差σは、ＰＳＬ値Ｉと照射時間ｔに基づいて（数１）式，（数２）式により計算することができる。

図８は、代表的な幾つかの１スポットの試料に最小二乗法を適用して求めたプルトニウムの放射線照射によるスポットのＰＳＬ値、放射能量及び照射時間の関係を示している。

図９は、放射性物質（プルトニウム）粒子が付着した試料によって放射線を照射して潜像を記録したイメージングプレートのＰＳＬ画像において、バックグラウンドの９９．０％の画素のＰＳＬ値がその値以下となる値を閾値として画素を抽出し、４０画素以上のスポットを識別する方法により、放射性物質による放射線照射スポットとして定量的に識別した例を示している。複数のスポットの重なりも大きなスポットの集合体として識別することができており、放射性物質がまばらに分布する試料として、ダスト捕集ろ紙のみならず、放射性物質の粒子が集められた分布の偏ったスミヤろ紙などの測定にも適用することができる。

図１０は、１スポットの１０個のプルトニウム試料のＰＳＬ値から評価した放射能量と放射線検出器により評価した放射能量の比較例を示している。（数１）式及び（数２）式の算出に使用しなかった試料（Ｎｏ．７〜Ｎｏ．１０）について、ＰＳＬ値から評価した放射能量は、誤差の範囲内で放射線検出器で測定した放射能量と良く一致している。

また、図１１は、複数スポットの１０個のプルトニウム試料のＰＳＬ値から評価した放射能量と放射線検出器により評価した放射能量の比較例を示している。測定試料は、スミヤろ紙３枚、粘着紙による採取試料３枚及び空気中のダスト捕集用ろ紙４枚である。複数スポットの試料に適用した場合も、ＰＳＬ値から評価した放射能量は、誤差の範囲内で放射線検出器で測定した放射能量と良く一致している。

この評価方法により、イメージングプレートのＰＳＬ画像から放射性物質のスポットを定量的に識別し、ＰＳＬ値から各スポットの放射能量を誤差の範囲内で評価することが可能になった。これにより、汚染等の放射能の分布を評価することができる。

１…ダスト捕集ろ紙、２…放射性物質の粒子、２ａ…ダスト潜像、３…イメージングプレート、３ａ…ダスト潜像記録領域、３ｂ…バックグラウンド領域、４…読み取り器、５…画像データ処理装置。

Claims (3)

1. 放射性物質を付着させた試料をイメージングプレートに接触させて放射線を照射することにより該イメージングプレートに照射放射線量に応じた潜像を記録し、イメージングプレートに記録された潜像を読み取ることによってバックグラウンドと放射性物質の放射線量に比例した濃淡の放射線量画像データを作成する放射能量測定方法において、
   イメージングプレートにおける試料接触領域以外の領域から読み取ったバックグラウンドの放射線量画像データの９９％の画素がその値以下となる値を閾値として設定し、イメージングプレートにおける試料接触領域から読み取った放射線量画像データにおいて前記閾値以上の放射線量画像データの画素が４０画素以上に亘って連続する領域を測定目的の放射性物質の存在位置として判定することを特徴とする放射能量測定方法。
2. 請求項１において、測定目的の放射性物質の放射能量は、代表的な複数個の１スポット試料に最小二乗法を適用して求めた（数１）式によって算出し、その相対誤差は、（数２）式によって算出することを特徴とする放射能量測定方法。
   

   

   
3. 放射性物質を付着させた試料を接触させて放射線を照射することにより照射放射線量に応じた潜像を記録するイメージングプレートと、前記イメージングプレートに記録された潜像を読み取ることによってバックグラウンドと放射性物質の放射線量に比例した濃淡の放射線量画像データを作成する読み取り器と、前記放射線量画像データを処理する画像データ処理装置を備えた放射能量測定装置において、
   前記画像データ処理装置は、イメージングプレートにおける試料接触領域以外の領域から読み取ったバックグラウンドの放射線量画像データの９９％の画素がその値以下となる値を閾値として設定し、イメージングプレートにおける試料接触領域から読み取った放射線量画像データにおいて前記閾値以上の放射線量画像データの画素が４０画素以上に亘って連続する領域を測定目的の放射性物質の存在位置として判定することを特徴とする放射能量測定装置。

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