JPH0684989B2

JPH0684989B2 - 放射能濃度測定装置

Info

Publication number: JPH0684989B2
Application number: JP973686A
Authority: JP
Inventors: 哲夫後藤; 祥晃大東
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1986-01-20
Filing date: 1986-01-20
Publication date: 1994-10-26
Anticipated expiration: 2009-10-26
Also published as: JPS62168080A

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濃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、焼却処理や酸分解等の減
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（Tl）
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あり、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100KeV
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ある。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図の方式にさ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メントに分割
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、それぞれのセグメ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ある
いは密度分布に関して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能分布あるい
は密度分布が存在する場合には、放射能の評価値に大き
な差が生じることがある。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、200l容器の鋼製ドラム缶容
器内に比重1.25の充填材を入れ、その中に点状の放射源
１個を埋め込んだ第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
が低くなると、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ある。

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
レベルガラス固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、さらにそれぞれのセグメント
12において細いメッシュに分割して評価する必要がある
が、この分割メッ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のメッシュに分
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、NaI（Tl）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2000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
から放出されるガ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あるが、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
きくなる欠点があった。

［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を詳細に説明
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、30a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−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34
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、且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、これらの密度分布および
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
換算計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、各ガンマ線検出器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、一回転分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、回転分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
メッシュに分割して考える。このとき、回転角度θにお
けるＫ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I₀との比は、l
_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）がメッシュ（ｉ、ｊ）を横切る距離とすれば、次
式で表わされる。

ここで、μ_ijはメッシュ（ｉ、ｊ）における線吸収係数
である。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μ_ij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_ijは次式で表
わされる。

Σ f_ija_ij＝Nk（θ）…（II）（ｉ、ｊ）∈rayk（θ）ここで、Nk（θ）は回転角度（θ）におけるＫ番目のガ
ンマ線検出器25による計数率データであり、rayk（θ）
はガンマ線検出器25の視野であり、f_ijはメッシュ
（ｉ、ｊ）からガンマ線検出器25までの間の線吸収係数
μ_ijの分布とガンマ線検出器25の見込み角度εを考慮し
た重み計数である。この（II）式を解くことによって放
射能分布a_ijが求められる。しかしながら、これはあく
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、核種別の計数
率が求められるが、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。

なお、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、上記構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
ンマ線源の透過ガ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濃度を効率よく
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濃度測定装置の一実施例を示す
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缶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
ガラス固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ッションCT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あ
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 30、30a……カウンタ 31……演算装置 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 35……プロセスメモリ 36……角度及び高さ位置検出機構

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項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。