放射性廃棄物の放射能定量測定装置
【課題】廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能をパッシブガンマ線により容易に精度良く定量評価することができる放射能定量測定装置を実現する。
【解決手段】廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能をパッシブガンマ線により定量評価する放射能定量測定装置１は、廃棄物収納容器３を搬入、載置、重量測定、回転を行う手段４，５，８，４２と、ガンマ線検出器６の複数のガンマ線検出もヘッド６１，６２，６３を球状空間の外周に沿って配置する検出器支持台７と、ガンマ線検出器６と、検出信号を処理する各種処理手段を内蔵する制御装置２とを備え、廃棄物収納容器に収納された廃棄物の放射能を定量評価する構成とする。
【解決手段】廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能をパッシブガンマ線により定量評価する放射能定量測定装置１は、廃棄物収納容器３を搬入、載置、重量測定、回転を行う手段４，５，８，４２と、ガンマ線検出器６の複数のガンマ線検出もヘッド６１，６２，６３を球状空間の外周に沿って配置する検出器支持台７と、ガンマ線検出器６と、検出信号を処理する各種処理手段を内蔵する制御装置２とを備え、廃棄物収納容器に収納された廃棄物の放射能を定量評価する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能を測定する放射能定量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能を測定する方法において、放射能定量評価でパッシブガンマ線を用いる手法として、廃棄物収納容器を回転・昇降させることによりレイヤーに区分して測定する方法や廃棄物収納容器を対向位置で測定する方法が提案されている。
【０００３】
これらの手法は、線源分布の制限及び廃棄物密度分布の平均化を仮定して近似的に評価している。そのために、廃棄物の分布が仮定した平均化からはずれていると放射能定量の精度が低下する。また、測定手順が煩雑なことからガンマ線測定を効率的に行うことが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２２０２３８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「研究施設等廃棄物の埋設事業に関する説明会（第２開）」資料 独立行政法人 日本原子力研究開発機構 埋設事業推進センターのホームページ http://www.jaea.go.jp/04/maisetsu/index.html の「資料室」に掲載
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のパッシブガンマ線を用いる放射能定量評価手法は、線源分布の制限及び廃棄物密度分布の平均化を仮定して近似的に評価しているために、廃棄物の分布が仮定した平均化からはずれていると放射能定量の精度が低下する。
【０００７】
また、廃棄物収納容器を回転及び昇降させることによりレイヤーに区分して測定する方法は、測定中に廃棄物収納容器を回転及び昇降させる操作が必要であることから、測定手順が煩雑で測定を効率的に行うことが困難であった。
【０００８】
したがって、本発明の１つの目的は、廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能をパッシブガンマ線により容易に精度良く定量評価することができる放射能定量測定装置を実現することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、放射性廃棄物を収納した廃棄物収納容器に対するパッシブガンマ線計測を精度良く且つ効率的に行うことができる放射能定量測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の放射能定量測定装置は、廃棄物収納容器に収納した放射性廃棄物から放出されるガンマ線を測定して放射能を定量評価する装置において、容器載置台に載置されて回転する廃棄物収納容器の外端が内接するように想定した球状空間の外周に沿って廃棄物収納容器の中心位置に向けて複数のガンマ線検出器を経線方向に配列して検出器支持台に設置し、放射性廃棄物を収納した廃棄物収納容器を容器搬送手段によって前記容器載置台に搬入して載置した状態で廃棄物収納容器の重量を測定すると共に前記容器載置台を回転させてパッシブガンマ線測定を行って前記廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能を定量評価するように構成したことを特徴とするものであり、具体的には、
廃棄物収納容器を載置する容器載置台と、
前記容器載置台に対して前記廃棄物収納容器を搬出入する容器搬送手段と、
前記容器載置台に載置された前記廃棄物収納容器の重量を計測して該廃棄物収納容器内の廃棄物の重量を検出する廃棄物重量検出手段と、
前記容器載置台に載置された廃棄物収納容器の外端が内接するように想定した球状空間の外周に沿って前記廃棄物収納容器の中心位置に向けて複数のガンマ線検出器を経線方向に配列して設置する検出器支持台と、
前記廃棄物収納容器と前記複数のガンマ線検出器を前記球状空間の緯線方向に相対的に移動するように前記容器載置台と検出器支持台を相対的に回転させる台回転手段と、
前記容器載置台と検出器支持台の相対的な所定の回転位置において前記複数のガンマ線検出器から出力する検出信号を取得する検出信号取得手段と、
前記検出信号取得手段で取得した検出信号に基づいて前記廃棄物収納容器に収納された廃棄物の放射能を定量評価する放射能定量手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
そして、前記ガンマ線検出器は、前記球状空間に対して１８０度の範囲、少なくとも、廃棄物収納容器を網羅できる範囲の検出角度を有するように構成し、経線方向に等間隔に配列する。
【００１２】
また、前記台回転手段は、前記容器載置台又は検出器支持台を緯線方向に１８０度回転させる構成とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、廃棄物収納容器に収納した放射性廃棄物から放出されるガンマ線を測定して放射能を定量評価する装置において、容器載置台に載置されて回転する廃棄物収納容器の外端が内接するように想定した球状空間の外周に沿って廃棄物収納容器の中心位置に向けて複数のガンマ線検出器を経線方向に配列して検出器支持台に設置し、放射性廃棄物を収納した廃棄物収納容器を容器搬送手段によって前記容器載置台に搬入して載置した状態で廃棄物収納容器の重量を測定すると共に前記容器載置台を回転させてパッシブガンマ線測定を行って前記廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能を定量評価するように構成したことにより、放射能廃棄物の平均密度の情報を廃棄物重量データから事前に得ることで、廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能をパッシブガンマ線により精度良く且つ効率的に定量評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の放射性廃棄物の放射能定量測定装置の一実施の形態を示すシステム構成図である。
【図２】本実施の形態における容器載置台、台回転手段、重量測定装置を示す上面図及び側面図である。
【図３】本実施の形態における放射線検出器支持台を示す側面図である。
【図４】本実施の形態における放射線検出器（ガンマ線検出器）及び検出器固定金具を示す斜視図である。
【図５】本実施の形態における放射性廃棄物の放射能定量測定装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本実施の形態における検出信号取得手段の処理手順を示すフローチャート及びデータ蓄積帳票である。
【図７】本実施の形態における放射能定量化基準値手段の基準値の一例を示す特性図である。
【図８】本実施の形態における放射能定量化基準値手段の基準値作成の一例を示すフローチャートである。
【図９】本実施の形態における放射能定量手段における処理手順の一部を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態である放射能定量測定装置１のシステム構成について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１６】
本実施の形態における放射能定量測定装置１は、図１に示すように、制御装置２と、廃棄物収納容器３を載置して回転する容器回転台４と、載置された廃棄物収納容器３を搬送して前記容器回転台４上に載置する容器搬送台５と、前記容器回転台４に載置された廃棄物収納容器３の外端が内接するように想定した球状空間の外周に沿って前記廃棄物収納容器３の中心位置Ｘに向けてガンマ線検出器６の複数のガンマ線検出ヘッドを経線方向に配列して設置する検出器支持台７と、前記容器回転台４に載置された廃棄物収納容器３の重量を測定する重量測定装置８を備える。
【００１７】
前記制御装置２は、ＣＰＵなどの演算手段２０と、インターフェイス２１と、制御処理プログラムや演算処理プログラムを記憶する記憶手段２２を備える。そして、前記記憶手段２２は、前記演算手段２０と連係する処理プログラムによって、ガンマ線検出器６から出力するガンマ線検出信号を取り込む検出信号取得処理手段２３と、容器搬送台５に載置された廃棄物収納容器３の搬送及び重量測定等の放射能測定準備を制御する測定準備制御処理手段２４と、容器回転台４の回転を制御する台回転制御処理手段２５と、検出信号取得処理手段２３によって取り込み、弁別処理した検出信号をもとに、ガンマ線検出器６におけるガンマ線検出ヘッド毎のガンマ線係数率計算ならびにガンマ線係数率の平均化処理、プロットポイント計算処理等を行ない放射能量を定量化する放射能定量処理手段２６と、放射能定量化手段２６で演算したプロットポイントに対応したウラン量定量化計算のための基準値を保存しておく放射能定量化基準値処理手段２７とを備える。
【００１８】
図２を参照して容器回転台４と容器搬送台５と重量測定装置８について説明する。
【００１９】
容器回転台４は、ベース４１上に設置した回転駆動部４２と、前記回転駆動部４２によって回転駆動するように前記ベース４１上に載置した回転プレート４３と、前記回転プレート４３をベース４１の案内面に沿って水平に回転させるための回転ガイドローラ４４と、前記回転プレート４３上に載置する廃棄物収納容器３を搬出入及び位置調整するための駆動ローラ４５と、廃棄物収納容器３の搬入と搬入位置を検知する到来検知器４６を備える。
【００２０】
前記到来検知器４６は、複数のセンサを等間隔に並べた構成であり、複数のセンサの検知信号に基づいて廃棄物収納容器３の位置を制御装置２が認識することで、ソフト的に中心位置を割り出し、容器回転台４の中央位置（回転プレート４３の中心位置）に到達したか否かを判断し、否の場合には、前後のずれ量を求め、このずれ量に合わせて、駆動ローラ４５を正・逆転して廃棄物収納容器３を回転プレート４３の中心に位置合わせすることができるようにする。
【００２１】
容器搬送台５は、フレーム５１上に設置され、載置された廃棄物収納容器３を容器回転台４（駆動ローラ４５）上に搬出入するように矢印方向に移送する駆動搬送ローラ５２を備える。
【００２２】
回転プレート４３上の駆動ローラ４５とフレーム５１上の駆動搬送ローラ５２は、廃棄物収納容器３を回転プレート４３上に移送するときには連動させて回転駆動し、廃棄物収納容器３を回転プレート４３上の中央位置に位置調整するときには駆動ローラ４５を単独で回転駆動することができるように構成する。なお、回転プレート４３上における駆動ローラ４５の軸方向の位置決めは、廃棄物収納容器３の側面に当接するガイドレール（図示省略）によって行うように構成する。
【００２３】
重量測定装置８は、重量測定器８１と、この重量測定器８１に載置するように設置され、前記容器回転台４のベース４１を持ち上げることにより廃棄物収納容器３の重量を前記重量測定器８１に作用させて測定する昇降装置８２を備える。
【００２４】
図３及び図４を参照して、ガンマ線検出器６の複数のガンマ線検出ヘッドを検出器支持台７によって経線方向に配列して設置する構成を具体的に説明する。
【００２５】
ガンマ線検出器６の複数のガンマ線検出ヘッドを支持する検出器支持台７は、廃棄物収納容器３の中心Ｘからガンマ線検出器６の複数のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３までの距離を一定に保持する検出ヘット支持部７１と、その検出ヘッド支持部７１を支える支柱７２と支持台７３を備える。
【００２６】
ガンマ線検出器６のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３は、廃棄物収納容器３の中心Ｘに向けて位置付けされ、ボルト等の検出ヘッド固定器具７４によって検出ヘッド支持部７１に固定する。
【００２７】
検出ヘッド支持部７１は、ボルト等の支持部固定器具７５によって支柱７２に固定する。また、支柱７１と支持台７３との結合は、支持台７３の底面で支柱７２をボルト等（図示省略）で固定、あるいは、溶接等による一体構成であっても良い。
【００２８】
ここで、検出ヘッド支持部７１は、廃棄物収納容器３の中心Ｘに対して一定の距離を持たせた配置とし、併せて、ガンマ線検出器６のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３と廃棄物収納容器中心Ｘとの距離は、いずれも一定となるように支持する構成とする。
【００２９】
因みに、前記経線方向とは、図３に示すように、検出ヘット支持部７１の円弧に沿った矢印方向である。
【００３０】
このようにガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３を取り付けた検出ヘッド支持部７１は、図３のｂ）に示すように、各ガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３が容器回転台４に載置された前記廃棄物収納容器３の中心Ｘに対して点対称に位置するように前記容器回転台４の両側に廃棄物収納容器３の搬出入空間位置を避けるように位置させて設置する。
【００３１】
ガンマ線検出器６のガンマ線検出ヘッド６１は、図４のａ）に示すように、ガンマ線を検出する検出部６１１を備え、図４のｂ）に示すように、検出部６１１を検出ヘッド固定器具７４の固定金具７４１によって検出器支持部７１に、位置決め、固定する。固定金具７４１は、固定基準穴７４１ａと検出部６１１の軸線を廃棄物収納容器３の廃棄物収納容器中心Ｘに位置合わせするための固定調整長穴７４１ｂを備える。ガンマ線検出器６は、放射線を検出して電気信号などに変換して出力する構成であれば、いずれの方式でも利用可能であるが、検出角度は、１８０度程度の広角のものであることが望ましい。例えば、同軸型Ｇｅ検出器（ＯＲＴＥＣ社製 ＨＰＧｅ ｄｅｔｅｃｔｅｒ ＧＥＭ６０Ｐ−Ｘ）を使用することができる。
【００３２】
測定対象物である廃棄物収納容器３を放射能定量測定装置１に搬入して該廃棄物収納容器３内の放射性廃棄物の放射能を定量測定する処理手順を図５を参照して説明する。
【００３３】
ステップＳ１において廃棄物収納容器３を測定位置に搬入し、ステップＳ２において廃棄物収納容器３の重量測定処理を行い、ステップＳ３においてガンマ線検出器６の計数準備処理を行い、ステップＳ４においてガンマ線検出器６より検出データの取り込み処理を行い、ステップＳ５において計数値のエネルギー弁別処理し、ステップＳ６において計測データ保存処理を行い、ステップＳ７において測定の進行状況を判断し、ステップＳ８において廃棄物収納容器３の回転を行い、ステップＳ９においてガンマ線計数率計算処理を行い、ステップＳ１０においてガンマ線計数率の平均化処理を行い、ステップＳ１１においてプロットポイント計算処理を行い、ステップＳ１２において検量線を使用しウラン量定量処理を行い、ステップＳ１３において重量濃度評価処理を行うように実行する。
【００３４】
各ステップにける具体的な処理は、次のように実行する。
【００３５】
〔ステップＳ１ 廃棄物収納容器の搬入処理〕
廃棄物収納容器３を容器搬送台５上に置き、制御装置２に設けられているキーボードあるいは表示画面（図示省略）から該制御装置２に測定開始の信号を入力し、測定準備制御処理手段２４を機能させることにより行う。この廃棄物収納容器３を容器回転台４上に移送する制御は、測定準備制御処理手段２４により、容器搬送台５のフレーム５１上に設置されている駆動搬送ローラ５２と容器回転台４上に設置されている駆動ローラ４５を駆動することにより廃棄物収納容器３を図２の矢印の方向に移送するように行う。そして、測定準備制御処理手段２４は、到来検知器４６から出力する検知信号に基づいて廃棄物収納容器３の位置を検出し、廃棄物収納容器３の全体が容器回転台４上に移送されたことを認識すると、前後のずれ量を求め、このずれ量に合わせて、駆動ローラ４５を正・逆転させて廃棄物収納容器３を回転プレート４３の中心に位置合わせする制御処理を行う。
【００３６】
〔ステップＳ２ 廃棄物収納容器の重量測定処理〕
制御装置２の測定準備制御処理手段２４は、廃棄物収納容器３が容器回転台４の中央に位置したことを認識すると、昇降装置４２によって容器回転台４のベース４３を持ち上げて廃棄物収納容器３の重量を重量測定器８１に作用させてその重量を測定する。廃棄物収納容器３内の廃棄物の重量は、測定値から空の廃棄物収納容器３とベース４１と昇降装置４２と回転プレート４３と回転ガイドローラと４４駆動ローラ４５等の重量を差し引くことによって求める。また、廃棄物収納容器３内の廃棄物の密度は、廃棄物収納容器３が所定容積のドラム缶、あるいは、予め設定された容積の収納容器とすることで、測定した重量に基づいて演算することによって求める。
【００３７】
〔ステップＳ３ ガンマ線検出器の計数準備処理〕
廃棄物収納容器３に対し、検出器支持台７で支持したガンマ線検出器６のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３の位置が、廃棄物収納容器３の外端が内接するように想定した球状空間の外周に沿って配置されるように検出器支持台７及びガンマ線検出器６の位置を確認及び調整する。この確認及び調整は、廃棄物収納容器３の中心Ｘの位置に対して、ガンマ線検出器６のガンマ線検出ヘッド６１，６２，６３が中心を向いているかどうかの確認及び調整であり、前記検出器固定器具７５の手作業によるメカ的な調整であることから、詳細な説明は省略する。また、このガンマ線検出器６の係数準備処理は、この放射能定量測定装置１を稼動させるときに、当初に行うものであり、以降の処理では省略することができる。
【００３８】
〔ステップＳ４ ガンマ線検出器より検出データの取り込み処理〕
ガンマ線検出６は、検出器支持台７に載置した複数のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３を常時検出モードに設定しておき、制御装置２に構成した検出信号取得処理手段２３によって複数のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３からのガンマ線検出信号を取得する。
【００３９】
具体的な処理を図６を参照して説明する。図６において、ａ）は検出信号取得処理手段２３の処理手順を示すフローチャート、ｂ）、ｃ）は、その処理に対するデータを帳票形式で表わしたものである。
【００４０】
まず、ステップＳ４−１として、この処理に利用するパラメータとして、ガンマ線検出器選択のＩ値、１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶのいずれかのエネルギーを選択するＫ値を初期値として“０”を設定する。
【００４１】
次に、ステップＳ４−２として、複数のガンマ線検出器６が常時検出モードに設定されていることから、ある特定の角度、例えば、０度のデータとして測定基準時（スタート）を設定し、所定時間（本実施の形態では１５秒間）、複数のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３からのガンマ線検出信号及びエネルギー区分（後述するＫ）を取り込んで、ｂ）のように、ガンマ線検出ヘッド別、かつ、エネルギー区分別に蓄積する。この蓄積データは、横軸にエネルギー、縦軸にガンマ線強度のデータとして蓄積する。ｂ）において、Ｉは総てのガンマ線検出器の一貫番号、Ｋはエネルギー選択で、“１”は１００１ｋｅＶ、“２”は７６６ｋｅＶを表わす。
【００４２】
その蓄積データを基に、ステップＳ４−６、Ｓ４−８の関数適合法によるピーク面積計算を行ない、ステップＳ４−７、ステップＳ４−９において、その結果を、ｃ）の対応する角度、この場合は、０度のデータとして記憶する。
【００４３】
この処理を、１２分割で計測する場合には、ステップＳ４−３〜ステップＳ４−５の処理を経て０度〜３３０度まで１２回繰り返し行なう。
【００４４】
〔ステップＳ５ 計数値のエネルギー弁別処理〕
計測された信号はエネルギー弁別処理手段（検出信号取得処理手段２３に内蔵）においてエネルギーに応じて弁別する。このガンマ線のエネルギー弁別処理手段は、特開２００７−０９３４７１号公報等に詳細が記載されており、本実施の形態においても同様の方法でガンマ線エネルギー弁別処理を行うものとする。ガンマ線検出器６における複数のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３からのガンマ線検出信号を、ガンマ線検出ヘッド毎に、横軸にガンマ線エネルギー値、縦軸にガンマ線強度を、特開２００７−０９３４７１号公報の図１のｂ）に示されているようにプロットすることで、所定のガンマ線エネルギーの放射線強度を計数する。本実施の形態では、ウラン核種に対応した２つのエネルギーの１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶのガンマ線検出信号を使用する。
【００４５】
〔ステップＳ６ 計測データ保存処理〕
ステップＳ５における計数値のエネルギー弁別処理後の計測データは、放射能定量処理手段２６を機能させることによって該放射能定量処理手段２６の所定のエリア（図示省略）に記憶する。
【００４６】
〔ステップＳ７ 全測定が終了か？〕
ステップＳ４〜Ｓ６までの処理が、特定位置での測定についての一連の処理である。この一連の処理が完了すると、台回転制御処理手段２５は、測定対象物である廃棄物収納容器３の測定が所定回数いわゆる分割測定回数を実施したかの判定を行い、終了した場合には、ステップＳ９のガンマ線計数率計算処理を行う。所定回数の測定が終了していない場合には、次の測定位置での測定を行うため、ステップＳ８における廃棄物収納容器３の回転に移行する。
【００４７】
〔ステップＳ８ 廃棄物収納容器の回転処理〕
ステップ３におけるガンマ線検出準備が終了した段階で、台回転制御処理手段２５は、予め定められた分割測定回数に従って、例えば、１周３６０度を１２分轄で測定する場合には、容器回転台４を３０度回転させ、回転動作が完了した段階で、検出信号取得処理手段２３に台回転の完了信号を台回転情報として送信して、ステップＳ４の処理に戻る。
【００４８】
〔ステップＳ９ ガンマ線計数率計算処理〕
放射能定量処理手段２６を機能させてエネルギーに応じて弁別された信号から構成されるガンマ線スペクトルから２つのエネルギー（１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶ）の計数率を計算する。計数率の計算は関数適合法によって行う。例えば、検出器支持台７に３個のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３を設置して１周３６０度を１２分轄で測定する場合には、１２×３＝３６のガンマ線スペクトルが得られる。ガンマ線スペクトルそれぞれから２つのエネルギー（１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶ）の計数率を関数適合法によって計算する。
【００４９】
ここで、関数適合法について、「ゲルマニウム半導体検出器を用いたガンマ線スペクトロメトリー −コベル法と関数適合法の比較−」（新潟県保健環境科学研究所年報第１５巻２０００ 山崎 興樹、殿内 重正）を参照して説明する。
【００５０】
ガンマ線は、励起状態にある原子核がより低い準位に遷移する際に両準位のエネルギー差を持って放出される。このエネルギーは、準位の寿命との不確定性及び原子核の反跳によるドップラー効果により、放出時既に本質的な幅を持ち、検出器に入射した後は、生成電荷の統計的ゆらぎや検出器漏洩電流、前置増幅器のノイズなどにより統計的な幅が加わる。このため観測されるスペクトルは線スペクトルではなくピーク中心の両側に広がりを持った形状となる。そこで、このようなピークの広がりに対して形状関数を仮定し、最小二乗法により実測ピークに適合させ、ピーク面積の計算を行うものである。特に、パソコン上で動作するスペクトル解析プログラムが準備、実用化されている。スペクトル形状関数としてピーク部分にはガウス関数を、ベースライン部分には１次式を採用し、非線型最小二乗法により関数適合を行なう関数形を以下に示す。
【００５１】
【数１】
【００５２】
ここで、Ｆ（ｘ）はピーク面積、ｘはチャンネル、ａ＋ｂｘはベースラインを表す１次式、ｎは領域に含まれるピークの数、ｈｉ、Ｗｉ、Ｐｉはそれぞれピークｉの高さ、半値幅、中心チャンネルである。尚、このガンマ線計数率は、後述の放射能定量処理手段２６の所定のエリアに記憶する。
【００５３】
〔ステップＳ１０ ガンマ線計数率の平均化処理〕
放射能定量処理手段２６を機能させて該放射能定量化手段２６の所定のエリア（図示省略）に記憶された、ガンマ線計数率を計算して得られた２つのエネルギー（１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶ）の計数率の幾何平均を計算する。例えば、検出器支持台に３個のガンマ線検出器６を設置して１周３６０度を１２分轄で測定する場合には、２つのエネルギー（１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶ）について、１２×３＝３６ずつの計数率ｎia,ｎib（i=1〜36、a：１００１ｋｅＶ、b：７６６ｋｅＶ）が得られ、放射能定量処理手段２６の所定のエリア（図示省略）に記憶されている。それぞれのエネルギーについて、３６ある計数率の積の１／３６乗ｎa,ｎbを計算する。
【００５４】
〔ステップＳ１１ プロットポイント計算処理〕
放射能定量処理手段２６により、２つのエネルギー（１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶ）の計数率の幾何平均ｎa,ｎbを使って、プロット平面の座標（Ｘ1,Ｙ1）を計算する。
【００５５】
Ｘ1＝１／(ln（k/Ｒ)2 ……（数２）
Ｙ1＝ｎa ……（数３）
ここで、Ｒ＝ｎa/ｎb 、 k=(I1001keV/I766keV)(ε1001keV/ε766keV)、I1001keV I766keV ：１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶのガンマ線の放出率、ε1001keV ε766keV ：１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶのガンマ線の検出器での効率である。
【００５６】
〔ステップＳ１２ 検量線を使用しウラン量定量処理〕
放射能定量処理手段２６により、図７に示した検量線を設定したプロット平面に、計算した座標（Ｘ1,Ｙ1）をプロットする。例えば、検量線がウラン1ｇで設定されているとする。また、プロット平面のＸ1での検量線のＹ座標がＹ0とする。すると廃棄物収納容器３中のウラン量ＷはＷ＝1ｇ×Ｙ1/Ｙ0と計算できる。
【００５７】
ここで、前記検量線について説明する。検量線は、放射線量を計算するために予め定められ、廃棄物収納容器３の密度毎に設定された基準値であり、放射線定量化基準値処理手段２７に格納されている。
【００５８】
この検量線の設定は、〔非特許文献１〕に記載のシミュレーション手法を利用して設定する。その概略の処理手順は、図８に示すように、ステップＳ１２-０-１〜Ｓ１２−０−５の手順によって、各廃棄物収納容器の平均密度毎に、検量線を設定する。
具体的には、放射線格納容器３の密度毎に、かつ、含有する放射線量毎に、ガンマ線検出器６のガンマ線検出量ｎiａ、ｎiｂより（数２），（数３）の式によって、Ｘ１値、Ｙ１値を演算し、演算結果を図７の縦軸、横軸に沿ってプロットする。その後、各プロットデータの相関直線を描くことで相関直線を作成する。この作成した相関直線が前記の検量線となるものであり、廃棄物収納容器３の密度毎に、多数の検量線が設定され、前記放射線定量化基準値処理手段２７に格納される。
【００５９】
一般に、放射能測定では、廃棄物収納容器３に収納された測定対象物の放射線源の位置ならびに放射線源の密度等によって放射線測定値が大きく異なることが屡である。その誤差の発生を小さくするために、放射線源の位置ならびに放射線源の密度等を入力し、補正を行わざるを得ない状況であった。
【００６０】
本実施の形態では、その不具合を解消するために、図９に示すように３段階の処理を行うことで放射線量の高精度測定を実現するものである。
【００６１】
第１段階として、ステップＳ１２−１において、廃棄物収納容器３内の測定対象物の放射線量を立体的に測定し、測定対象物の大まかな平均廃棄物密度を計測する。前記〔ステップＳ２ 廃棄物収納容器の重量測定処理〕の結果と、前記検出信号取得手段２３にて取得した図６のｃ）のデータを幾何平均した放射線量を演算する。
【００６２】
第２段階として、ステップＳ１２−２において、前記大まかな平均廃棄物密度を基に、放射能定量化基準値手段２７に、予め定めた平均廃棄物密度に対応する相関係数を選択する。
【００６３】
第３段階として、ステップＳ１２−３において、前記第２段階で選択した相関係数を基に、（数４）式、（数６）式から図６の横軸、縦軸の該当値を演算し、高精度の放射線量を推定する。
【００６４】
〔ステップＳ１３ 重量濃度評価処理〕
放射能定量処理手段２６により、廃棄物収納容器３中のウラン量Ｗから放射能を計算する。この値を廃棄物収納容器３の重量測定を実施して得られた廃棄物重量で除することで重量濃度を計算する。
【実施例】
【００６５】
ドラム缶を廃棄物収納容器３として使用する放射性廃棄物処理において、ドラム缶に収納された放射性廃棄物の放射能定量は、次のようにして行うことができる。
【００６６】
まず、本発明者らが発表した非特許文献１において、廃棄物収納容器３の外部の対向する２点でガンマ線計数率ｎ1a、ｎ1b、ｎ2a、ｎ2bの比率R1＝ｎ1a/ｎ1b、R2＝ｎ2a/ｎ2bを測定することにより、廃棄物収納容器３内に３次元的に分布する複数のガンマ線強度（＝総ウラン放射能）とガンマ線計数率の関係を一義的に表わすことができる評価式を導出する。ただ、その際のシミュレーション結果から、評価式である１/(ln(k/R1))(ln(k/R2))と（ｎ1a×ｎ2a）1/2の間の関係は、廃棄物を収納した容器とガンマ線検出ヘッドの位置関係で変化することを確認し、かつ、密度分布が不均一の場合には、密度が幅を持つことを考慮する必要がある。したがって、密度分布の影響については、廃棄物収納容器３を回転させる等して密度分布を均一化する必要があることが示唆されている。
【００６７】
前記「密度分布を均一化する測定」は、図３のｂ）に図示したように、廃棄物収納容器３の中心位置Ｘに対して点対象で配置されているガンマ線検出ヘッド６１（Ｉ＝１）とガンマ線検出ヘッド６１（Ｉ＝２）、ガンマ線検出ヘッド６２（Ｉ＝３）とガンマ線検出ヘッド６２（Ｉ＝４）、ガンマ線検出ヘッド６３（Ｉ＝５）とガンマ線検出ヘッド６３（Ｉ＝６）等のガンマ線係数率を測定することを意味する。
【００６８】
このような測定は、３つのガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３を取り付けた１つの検出ヘッド支持部７１を設置して測定する構成では、廃棄物収納容器３の角度を変えて測定することによって実現することができる。
【００６９】
本実施例では、これらのよう留意点を含め、装置面を考慮した改良案の検討を行った。
【００７０】
本実施例においても、前記の線源位置とガンマ線計数率の関係を表わす評価式を利用するものとし、その式を次に示す。
【００７１】
グラフの横軸：
【００７２】
【数４】
【００７３】
【数５】
【００７４】
グラフの縦軸：
【００７５】
【数６】
【００７６】
ここで、ｎiａ、ｎiｂは、ガンマ線検出器６におけるガンマ線検出ヘッド（i＝１〜６）のガンマ線の計数値である。また、上付き文字ａは１００１ｋｅＶについて、上付き文字ｂは７６６ｋｅＶについての測定値であり、ｋは、２３８Ｕの崩壊過程で放出される１００１ｋｅＶと７６６ｋｅＶのガンマ線エネルギーの放出率比である。
【００７７】
本発明者らが発表した非特許文献１では、放射線源の位置、放射線源の位置、被測定物の廃棄物密度等によって、放射線量の測定結果がばらつき、このバラツキが大きな技術課題であったが、更なる研究の結果、平均廃棄物密度の測定、平均廃棄物密度ごとの放射線量の相関係数の選択、その相関係数を利用した放射線量の決定の３段階の処理を行うことで、高精度の放射線量計測が可能であることを実証することができた。
【００７８】
図６に、その具体的な計測図を示す。立体的な放射線総量と測定対象物重量とから演算した平均廃棄物密度とから適用する相関係数を選定し、この例では近似１と近似２を選択し、その後に横軸に前記（数４）式の値を設定し、縦軸に前記（数６）式の値をプロットすることによって、該当する測定対象物の放射線量を推定することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１…放射能定量測定装置、２…制御装置、３…廃棄物収納容器、４…容器回転台、５…容器搬送台、６…ガンマ線検出器、７…検出器支持台、８…重量測定装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能を測定する放射能定量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能を測定する方法において、放射能定量評価でパッシブガンマ線を用いる手法として、廃棄物収納容器を回転・昇降させることによりレイヤーに区分して測定する方法や廃棄物収納容器を対向位置で測定する方法が提案されている。
【０００３】
これらの手法は、線源分布の制限及び廃棄物密度分布の平均化を仮定して近似的に評価している。そのために、廃棄物の分布が仮定した平均化からはずれていると放射能定量の精度が低下する。また、測定手順が煩雑なことからガンマ線測定を効率的に行うことが困難であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−２２０２３８号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】「研究施設等廃棄物の埋設事業に関する説明会（第２開）」資料 独立行政法人 日本原子力研究開発機構 埋設事業推進センターのホームページ http://www.jaea.go.jp/04/maisetsu/index.html の「資料室」に掲載
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のパッシブガンマ線を用いる放射能定量評価手法は、線源分布の制限及び廃棄物密度分布の平均化を仮定して近似的に評価しているために、廃棄物の分布が仮定した平均化からはずれていると放射能定量の精度が低下する。
【０００７】
また、廃棄物収納容器を回転及び昇降させることによりレイヤーに区分して測定する方法は、測定中に廃棄物収納容器を回転及び昇降させる操作が必要であることから、測定手順が煩雑で測定を効率的に行うことが困難であった。
【０００８】
したがって、本発明の１つの目的は、廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能をパッシブガンマ線により容易に精度良く定量評価することができる放射能定量測定装置を実現することにある。
【０００９】
本発明の他の目的は、放射性廃棄物を収納した廃棄物収納容器に対するパッシブガンマ線計測を精度良く且つ効率的に行うことができる放射能定量測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の放射能定量測定装置は、廃棄物収納容器に収納した放射性廃棄物から放出されるガンマ線を測定して放射能を定量評価する装置において、容器載置台に載置されて回転する廃棄物収納容器の外端が内接するように想定した球状空間の外周に沿って廃棄物収納容器の中心位置に向けて複数のガンマ線検出器を経線方向に配列して検出器支持台に設置し、放射性廃棄物を収納した廃棄物収納容器を容器搬送手段によって前記容器載置台に搬入して載置した状態で廃棄物収納容器の重量を測定すると共に前記容器載置台を回転させてパッシブガンマ線測定を行って前記廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能を定量評価するように構成したことを特徴とするものであり、具体的には、
廃棄物収納容器を載置する容器載置台と、
前記容器載置台に対して前記廃棄物収納容器を搬出入する容器搬送手段と、
前記容器載置台に載置された前記廃棄物収納容器の重量を計測して該廃棄物収納容器内の廃棄物の重量を検出する廃棄物重量検出手段と、
前記容器載置台に載置された廃棄物収納容器の外端が内接するように想定した球状空間の外周に沿って前記廃棄物収納容器の中心位置に向けて複数のガンマ線検出器を経線方向に配列して設置する検出器支持台と、
前記廃棄物収納容器と前記複数のガンマ線検出器を前記球状空間の緯線方向に相対的に移動するように前記容器載置台と検出器支持台を相対的に回転させる台回転手段と、
前記容器載置台と検出器支持台の相対的な所定の回転位置において前記複数のガンマ線検出器から出力する検出信号を取得する検出信号取得手段と、
前記検出信号取得手段で取得した検出信号に基づいて前記廃棄物収納容器に収納された廃棄物の放射能を定量評価する放射能定量手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
そして、前記ガンマ線検出器は、前記球状空間に対して１８０度の範囲、少なくとも、廃棄物収納容器を網羅できる範囲の検出角度を有するように構成し、経線方向に等間隔に配列する。
【００１２】
また、前記台回転手段は、前記容器載置台又は検出器支持台を緯線方向に１８０度回転させる構成とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、廃棄物収納容器に収納した放射性廃棄物から放出されるガンマ線を測定して放射能を定量評価する装置において、容器載置台に載置されて回転する廃棄物収納容器の外端が内接するように想定した球状空間の外周に沿って廃棄物収納容器の中心位置に向けて複数のガンマ線検出器を経線方向に配列して検出器支持台に設置し、放射性廃棄物を収納した廃棄物収納容器を容器搬送手段によって前記容器載置台に搬入して載置した状態で廃棄物収納容器の重量を測定すると共に前記容器載置台を回転させてパッシブガンマ線測定を行って前記廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能を定量評価するように構成したことにより、放射能廃棄物の平均密度の情報を廃棄物重量データから事前に得ることで、廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能をパッシブガンマ線により精度良く且つ効率的に定量評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の放射性廃棄物の放射能定量測定装置の一実施の形態を示すシステム構成図である。
【図２】本実施の形態における容器載置台、台回転手段、重量測定装置を示す上面図及び側面図である。
【図３】本実施の形態における放射線検出器支持台を示す側面図である。
【図４】本実施の形態における放射線検出器（ガンマ線検出器）及び検出器固定金具を示す斜視図である。
【図５】本実施の形態における放射性廃棄物の放射能定量測定装置の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】本実施の形態における検出信号取得手段の処理手順を示すフローチャート及びデータ蓄積帳票である。
【図７】本実施の形態における放射能定量化基準値手段の基準値の一例を示す特性図である。
【図８】本実施の形態における放射能定量化基準値手段の基準値作成の一例を示すフローチャートである。
【図９】本実施の形態における放射能定量手段における処理手順の一部を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施の形態である放射能定量測定装置１のシステム構成について、図１〜図４を参照して説明する。
【００１６】
本実施の形態における放射能定量測定装置１は、図１に示すように、制御装置２と、廃棄物収納容器３を載置して回転する容器回転台４と、載置された廃棄物収納容器３を搬送して前記容器回転台４上に載置する容器搬送台５と、前記容器回転台４に載置された廃棄物収納容器３の外端が内接するように想定した球状空間の外周に沿って前記廃棄物収納容器３の中心位置Ｘに向けてガンマ線検出器６の複数のガンマ線検出ヘッドを経線方向に配列して設置する検出器支持台７と、前記容器回転台４に載置された廃棄物収納容器３の重量を測定する重量測定装置８を備える。
【００１７】
前記制御装置２は、ＣＰＵなどの演算手段２０と、インターフェイス２１と、制御処理プログラムや演算処理プログラムを記憶する記憶手段２２を備える。そして、前記記憶手段２２は、前記演算手段２０と連係する処理プログラムによって、ガンマ線検出器６から出力するガンマ線検出信号を取り込む検出信号取得処理手段２３と、容器搬送台５に載置された廃棄物収納容器３の搬送及び重量測定等の放射能測定準備を制御する測定準備制御処理手段２４と、容器回転台４の回転を制御する台回転制御処理手段２５と、検出信号取得処理手段２３によって取り込み、弁別処理した検出信号をもとに、ガンマ線検出器６におけるガンマ線検出ヘッド毎のガンマ線係数率計算ならびにガンマ線係数率の平均化処理、プロットポイント計算処理等を行ない放射能量を定量化する放射能定量処理手段２６と、放射能定量化手段２６で演算したプロットポイントに対応したウラン量定量化計算のための基準値を保存しておく放射能定量化基準値処理手段２７とを備える。
【００１８】
図２を参照して容器回転台４と容器搬送台５と重量測定装置８について説明する。
【００１９】
容器回転台４は、ベース４１上に設置した回転駆動部４２と、前記回転駆動部４２によって回転駆動するように前記ベース４１上に載置した回転プレート４３と、前記回転プレート４３をベース４１の案内面に沿って水平に回転させるための回転ガイドローラ４４と、前記回転プレート４３上に載置する廃棄物収納容器３を搬出入及び位置調整するための駆動ローラ４５と、廃棄物収納容器３の搬入と搬入位置を検知する到来検知器４６を備える。
【００２０】
前記到来検知器４６は、複数のセンサを等間隔に並べた構成であり、複数のセンサの検知信号に基づいて廃棄物収納容器３の位置を制御装置２が認識することで、ソフト的に中心位置を割り出し、容器回転台４の中央位置（回転プレート４３の中心位置）に到達したか否かを判断し、否の場合には、前後のずれ量を求め、このずれ量に合わせて、駆動ローラ４５を正・逆転して廃棄物収納容器３を回転プレート４３の中心に位置合わせすることができるようにする。
【００２１】
容器搬送台５は、フレーム５１上に設置され、載置された廃棄物収納容器３を容器回転台４（駆動ローラ４５）上に搬出入するように矢印方向に移送する駆動搬送ローラ５２を備える。
【００２２】
回転プレート４３上の駆動ローラ４５とフレーム５１上の駆動搬送ローラ５２は、廃棄物収納容器３を回転プレート４３上に移送するときには連動させて回転駆動し、廃棄物収納容器３を回転プレート４３上の中央位置に位置調整するときには駆動ローラ４５を単独で回転駆動することができるように構成する。なお、回転プレート４３上における駆動ローラ４５の軸方向の位置決めは、廃棄物収納容器３の側面に当接するガイドレール（図示省略）によって行うように構成する。
【００２３】
重量測定装置８は、重量測定器８１と、この重量測定器８１に載置するように設置され、前記容器回転台４のベース４１を持ち上げることにより廃棄物収納容器３の重量を前記重量測定器８１に作用させて測定する昇降装置８２を備える。
【００２４】
図３及び図４を参照して、ガンマ線検出器６の複数のガンマ線検出ヘッドを検出器支持台７によって経線方向に配列して設置する構成を具体的に説明する。
【００２５】
ガンマ線検出器６の複数のガンマ線検出ヘッドを支持する検出器支持台７は、廃棄物収納容器３の中心Ｘからガンマ線検出器６の複数のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３までの距離を一定に保持する検出ヘット支持部７１と、その検出ヘッド支持部７１を支える支柱７２と支持台７３を備える。
【００２６】
ガンマ線検出器６のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３は、廃棄物収納容器３の中心Ｘに向けて位置付けされ、ボルト等の検出ヘッド固定器具７４によって検出ヘッド支持部７１に固定する。
【００２７】
検出ヘッド支持部７１は、ボルト等の支持部固定器具７５によって支柱７２に固定する。また、支柱７１と支持台７３との結合は、支持台７３の底面で支柱７２をボルト等（図示省略）で固定、あるいは、溶接等による一体構成であっても良い。
【００２８】
ここで、検出ヘッド支持部７１は、廃棄物収納容器３の中心Ｘに対して一定の距離を持たせた配置とし、併せて、ガンマ線検出器６のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３と廃棄物収納容器中心Ｘとの距離は、いずれも一定となるように支持する構成とする。
【００２９】
因みに、前記経線方向とは、図３に示すように、検出ヘット支持部７１の円弧に沿った矢印方向である。
【００３０】
このようにガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３を取り付けた検出ヘッド支持部７１は、図３のｂ）に示すように、各ガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３が容器回転台４に載置された前記廃棄物収納容器３の中心Ｘに対して点対称に位置するように前記容器回転台４の両側に廃棄物収納容器３の搬出入空間位置を避けるように位置させて設置する。
【００３１】
ガンマ線検出器６のガンマ線検出ヘッド６１は、図４のａ）に示すように、ガンマ線を検出する検出部６１１を備え、図４のｂ）に示すように、検出部６１１を検出ヘッド固定器具７４の固定金具７４１によって検出器支持部７１に、位置決め、固定する。固定金具７４１は、固定基準穴７４１ａと検出部６１１の軸線を廃棄物収納容器３の廃棄物収納容器中心Ｘに位置合わせするための固定調整長穴７４１ｂを備える。ガンマ線検出器６は、放射線を検出して電気信号などに変換して出力する構成であれば、いずれの方式でも利用可能であるが、検出角度は、１８０度程度の広角のものであることが望ましい。例えば、同軸型Ｇｅ検出器（ＯＲＴＥＣ社製 ＨＰＧｅ ｄｅｔｅｃｔｅｒ ＧＥＭ６０Ｐ−Ｘ）を使用することができる。
【００３２】
測定対象物である廃棄物収納容器３を放射能定量測定装置１に搬入して該廃棄物収納容器３内の放射性廃棄物の放射能を定量測定する処理手順を図５を参照して説明する。
【００３３】
ステップＳ１において廃棄物収納容器３を測定位置に搬入し、ステップＳ２において廃棄物収納容器３の重量測定処理を行い、ステップＳ３においてガンマ線検出器６の計数準備処理を行い、ステップＳ４においてガンマ線検出器６より検出データの取り込み処理を行い、ステップＳ５において計数値のエネルギー弁別処理し、ステップＳ６において計測データ保存処理を行い、ステップＳ７において測定の進行状況を判断し、ステップＳ８において廃棄物収納容器３の回転を行い、ステップＳ９においてガンマ線計数率計算処理を行い、ステップＳ１０においてガンマ線計数率の平均化処理を行い、ステップＳ１１においてプロットポイント計算処理を行い、ステップＳ１２において検量線を使用しウラン量定量処理を行い、ステップＳ１３において重量濃度評価処理を行うように実行する。
【００３４】
各ステップにける具体的な処理は、次のように実行する。
【００３５】
〔ステップＳ１ 廃棄物収納容器の搬入処理〕
廃棄物収納容器３を容器搬送台５上に置き、制御装置２に設けられているキーボードあるいは表示画面（図示省略）から該制御装置２に測定開始の信号を入力し、測定準備制御処理手段２４を機能させることにより行う。この廃棄物収納容器３を容器回転台４上に移送する制御は、測定準備制御処理手段２４により、容器搬送台５のフレーム５１上に設置されている駆動搬送ローラ５２と容器回転台４上に設置されている駆動ローラ４５を駆動することにより廃棄物収納容器３を図２の矢印の方向に移送するように行う。そして、測定準備制御処理手段２４は、到来検知器４６から出力する検知信号に基づいて廃棄物収納容器３の位置を検出し、廃棄物収納容器３の全体が容器回転台４上に移送されたことを認識すると、前後のずれ量を求め、このずれ量に合わせて、駆動ローラ４５を正・逆転させて廃棄物収納容器３を回転プレート４３の中心に位置合わせする制御処理を行う。
【００３６】
〔ステップＳ２ 廃棄物収納容器の重量測定処理〕
制御装置２の測定準備制御処理手段２４は、廃棄物収納容器３が容器回転台４の中央に位置したことを認識すると、昇降装置４２によって容器回転台４のベース４３を持ち上げて廃棄物収納容器３の重量を重量測定器８１に作用させてその重量を測定する。廃棄物収納容器３内の廃棄物の重量は、測定値から空の廃棄物収納容器３とベース４１と昇降装置４２と回転プレート４３と回転ガイドローラと４４駆動ローラ４５等の重量を差し引くことによって求める。また、廃棄物収納容器３内の廃棄物の密度は、廃棄物収納容器３が所定容積のドラム缶、あるいは、予め設定された容積の収納容器とすることで、測定した重量に基づいて演算することによって求める。
【００３７】
〔ステップＳ３ ガンマ線検出器の計数準備処理〕
廃棄物収納容器３に対し、検出器支持台７で支持したガンマ線検出器６のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３の位置が、廃棄物収納容器３の外端が内接するように想定した球状空間の外周に沿って配置されるように検出器支持台７及びガンマ線検出器６の位置を確認及び調整する。この確認及び調整は、廃棄物収納容器３の中心Ｘの位置に対して、ガンマ線検出器６のガンマ線検出ヘッド６１，６２，６３が中心を向いているかどうかの確認及び調整であり、前記検出器固定器具７５の手作業によるメカ的な調整であることから、詳細な説明は省略する。また、このガンマ線検出器６の係数準備処理は、この放射能定量測定装置１を稼動させるときに、当初に行うものであり、以降の処理では省略することができる。
【００３８】
〔ステップＳ４ ガンマ線検出器より検出データの取り込み処理〕
ガンマ線検出６は、検出器支持台７に載置した複数のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３を常時検出モードに設定しておき、制御装置２に構成した検出信号取得処理手段２３によって複数のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３からのガンマ線検出信号を取得する。
【００３９】
具体的な処理を図６を参照して説明する。図６において、ａ）は検出信号取得処理手段２３の処理手順を示すフローチャート、ｂ）、ｃ）は、その処理に対するデータを帳票形式で表わしたものである。
【００４０】
まず、ステップＳ４−１として、この処理に利用するパラメータとして、ガンマ線検出器選択のＩ値、１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶのいずれかのエネルギーを選択するＫ値を初期値として“０”を設定する。
【００４１】
次に、ステップＳ４−２として、複数のガンマ線検出器６が常時検出モードに設定されていることから、ある特定の角度、例えば、０度のデータとして測定基準時（スタート）を設定し、所定時間（本実施の形態では１５秒間）、複数のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３からのガンマ線検出信号及びエネルギー区分（後述するＫ）を取り込んで、ｂ）のように、ガンマ線検出ヘッド別、かつ、エネルギー区分別に蓄積する。この蓄積データは、横軸にエネルギー、縦軸にガンマ線強度のデータとして蓄積する。ｂ）において、Ｉは総てのガンマ線検出器の一貫番号、Ｋはエネルギー選択で、“１”は１００１ｋｅＶ、“２”は７６６ｋｅＶを表わす。
【００４２】
その蓄積データを基に、ステップＳ４−６、Ｓ４−８の関数適合法によるピーク面積計算を行ない、ステップＳ４−７、ステップＳ４−９において、その結果を、ｃ）の対応する角度、この場合は、０度のデータとして記憶する。
【００４３】
この処理を、１２分割で計測する場合には、ステップＳ４−３〜ステップＳ４−５の処理を経て０度〜３３０度まで１２回繰り返し行なう。
【００４４】
〔ステップＳ５ 計数値のエネルギー弁別処理〕
計測された信号はエネルギー弁別処理手段（検出信号取得処理手段２３に内蔵）においてエネルギーに応じて弁別する。このガンマ線のエネルギー弁別処理手段は、特開２００７−０９３４７１号公報等に詳細が記載されており、本実施の形態においても同様の方法でガンマ線エネルギー弁別処理を行うものとする。ガンマ線検出器６における複数のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３からのガンマ線検出信号を、ガンマ線検出ヘッド毎に、横軸にガンマ線エネルギー値、縦軸にガンマ線強度を、特開２００７−０９３４７１号公報の図１のｂ）に示されているようにプロットすることで、所定のガンマ線エネルギーの放射線強度を計数する。本実施の形態では、ウラン核種に対応した２つのエネルギーの１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶのガンマ線検出信号を使用する。
【００４５】
〔ステップＳ６ 計測データ保存処理〕
ステップＳ５における計数値のエネルギー弁別処理後の計測データは、放射能定量処理手段２６を機能させることによって該放射能定量処理手段２６の所定のエリア（図示省略）に記憶する。
【００４６】
〔ステップＳ７ 全測定が終了か？〕
ステップＳ４〜Ｓ６までの処理が、特定位置での測定についての一連の処理である。この一連の処理が完了すると、台回転制御処理手段２５は、測定対象物である廃棄物収納容器３の測定が所定回数いわゆる分割測定回数を実施したかの判定を行い、終了した場合には、ステップＳ９のガンマ線計数率計算処理を行う。所定回数の測定が終了していない場合には、次の測定位置での測定を行うため、ステップＳ８における廃棄物収納容器３の回転に移行する。
【００４７】
〔ステップＳ８ 廃棄物収納容器の回転処理〕
ステップ３におけるガンマ線検出準備が終了した段階で、台回転制御処理手段２５は、予め定められた分割測定回数に従って、例えば、１周３６０度を１２分轄で測定する場合には、容器回転台４を３０度回転させ、回転動作が完了した段階で、検出信号取得処理手段２３に台回転の完了信号を台回転情報として送信して、ステップＳ４の処理に戻る。
【００４８】
〔ステップＳ９ ガンマ線計数率計算処理〕
放射能定量処理手段２６を機能させてエネルギーに応じて弁別された信号から構成されるガンマ線スペクトルから２つのエネルギー（１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶ）の計数率を計算する。計数率の計算は関数適合法によって行う。例えば、検出器支持台７に３個のガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３を設置して１周３６０度を１２分轄で測定する場合には、１２×３＝３６のガンマ線スペクトルが得られる。ガンマ線スペクトルそれぞれから２つのエネルギー（１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶ）の計数率を関数適合法によって計算する。
【００４９】
ここで、関数適合法について、「ゲルマニウム半導体検出器を用いたガンマ線スペクトロメトリー −コベル法と関数適合法の比較−」（新潟県保健環境科学研究所年報第１５巻２０００ 山崎 興樹、殿内 重正）を参照して説明する。
【００５０】
ガンマ線は、励起状態にある原子核がより低い準位に遷移する際に両準位のエネルギー差を持って放出される。このエネルギーは、準位の寿命との不確定性及び原子核の反跳によるドップラー効果により、放出時既に本質的な幅を持ち、検出器に入射した後は、生成電荷の統計的ゆらぎや検出器漏洩電流、前置増幅器のノイズなどにより統計的な幅が加わる。このため観測されるスペクトルは線スペクトルではなくピーク中心の両側に広がりを持った形状となる。そこで、このようなピークの広がりに対して形状関数を仮定し、最小二乗法により実測ピークに適合させ、ピーク面積の計算を行うものである。特に、パソコン上で動作するスペクトル解析プログラムが準備、実用化されている。スペクトル形状関数としてピーク部分にはガウス関数を、ベースライン部分には１次式を採用し、非線型最小二乗法により関数適合を行なう関数形を以下に示す。
【００５１】
【数１】
【００５２】
ここで、Ｆ（ｘ）はピーク面積、ｘはチャンネル、ａ＋ｂｘはベースラインを表す１次式、ｎは領域に含まれるピークの数、ｈｉ、Ｗｉ、Ｐｉはそれぞれピークｉの高さ、半値幅、中心チャンネルである。尚、このガンマ線計数率は、後述の放射能定量処理手段２６の所定のエリアに記憶する。
【００５３】
〔ステップＳ１０ ガンマ線計数率の平均化処理〕
放射能定量処理手段２６を機能させて該放射能定量化手段２６の所定のエリア（図示省略）に記憶された、ガンマ線計数率を計算して得られた２つのエネルギー（１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶ）の計数率の幾何平均を計算する。例えば、検出器支持台に３個のガンマ線検出器６を設置して１周３６０度を１２分轄で測定する場合には、２つのエネルギー（１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶ）について、１２×３＝３６ずつの計数率ｎia,ｎib（i=1〜36、a：１００１ｋｅＶ、b：７６６ｋｅＶ）が得られ、放射能定量処理手段２６の所定のエリア（図示省略）に記憶されている。それぞれのエネルギーについて、３６ある計数率の積の１／３６乗ｎa,ｎbを計算する。
【００５４】
〔ステップＳ１１ プロットポイント計算処理〕
放射能定量処理手段２６により、２つのエネルギー（１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶ）の計数率の幾何平均ｎa,ｎbを使って、プロット平面の座標（Ｘ1,Ｙ1）を計算する。
【００５５】
Ｘ1＝１／(ln（k/Ｒ)2 ……（数２）
Ｙ1＝ｎa ……（数３）
ここで、Ｒ＝ｎa/ｎb 、 k=(I1001keV/I766keV)(ε1001keV/ε766keV)、I1001keV I766keV ：１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶのガンマ線の放出率、ε1001keV ε766keV ：１００１ｋｅＶ、７６６ｋｅＶのガンマ線の検出器での効率である。
【００５６】
〔ステップＳ１２ 検量線を使用しウラン量定量処理〕
放射能定量処理手段２６により、図７に示した検量線を設定したプロット平面に、計算した座標（Ｘ1,Ｙ1）をプロットする。例えば、検量線がウラン1ｇで設定されているとする。また、プロット平面のＸ1での検量線のＹ座標がＹ0とする。すると廃棄物収納容器３中のウラン量ＷはＷ＝1ｇ×Ｙ1/Ｙ0と計算できる。
【００５７】
ここで、前記検量線について説明する。検量線は、放射線量を計算するために予め定められ、廃棄物収納容器３の密度毎に設定された基準値であり、放射線定量化基準値処理手段２７に格納されている。
【００５８】
この検量線の設定は、〔非特許文献１〕に記載のシミュレーション手法を利用して設定する。その概略の処理手順は、図８に示すように、ステップＳ１２-０-１〜Ｓ１２−０−５の手順によって、各廃棄物収納容器の平均密度毎に、検量線を設定する。
具体的には、放射線格納容器３の密度毎に、かつ、含有する放射線量毎に、ガンマ線検出器６のガンマ線検出量ｎiａ、ｎiｂより（数２），（数３）の式によって、Ｘ１値、Ｙ１値を演算し、演算結果を図７の縦軸、横軸に沿ってプロットする。その後、各プロットデータの相関直線を描くことで相関直線を作成する。この作成した相関直線が前記の検量線となるものであり、廃棄物収納容器３の密度毎に、多数の検量線が設定され、前記放射線定量化基準値処理手段２７に格納される。
【００５９】
一般に、放射能測定では、廃棄物収納容器３に収納された測定対象物の放射線源の位置ならびに放射線源の密度等によって放射線測定値が大きく異なることが屡である。その誤差の発生を小さくするために、放射線源の位置ならびに放射線源の密度等を入力し、補正を行わざるを得ない状況であった。
【００６０】
本実施の形態では、その不具合を解消するために、図９に示すように３段階の処理を行うことで放射線量の高精度測定を実現するものである。
【００６１】
第１段階として、ステップＳ１２−１において、廃棄物収納容器３内の測定対象物の放射線量を立体的に測定し、測定対象物の大まかな平均廃棄物密度を計測する。前記〔ステップＳ２ 廃棄物収納容器の重量測定処理〕の結果と、前記検出信号取得手段２３にて取得した図６のｃ）のデータを幾何平均した放射線量を演算する。
【００６２】
第２段階として、ステップＳ１２−２において、前記大まかな平均廃棄物密度を基に、放射能定量化基準値手段２７に、予め定めた平均廃棄物密度に対応する相関係数を選択する。
【００６３】
第３段階として、ステップＳ１２−３において、前記第２段階で選択した相関係数を基に、（数４）式、（数６）式から図６の横軸、縦軸の該当値を演算し、高精度の放射線量を推定する。
【００６４】
〔ステップＳ１３ 重量濃度評価処理〕
放射能定量処理手段２６により、廃棄物収納容器３中のウラン量Ｗから放射能を計算する。この値を廃棄物収納容器３の重量測定を実施して得られた廃棄物重量で除することで重量濃度を計算する。
【実施例】
【００６５】
ドラム缶を廃棄物収納容器３として使用する放射性廃棄物処理において、ドラム缶に収納された放射性廃棄物の放射能定量は、次のようにして行うことができる。
【００６６】
まず、本発明者らが発表した非特許文献１において、廃棄物収納容器３の外部の対向する２点でガンマ線計数率ｎ1a、ｎ1b、ｎ2a、ｎ2bの比率R1＝ｎ1a/ｎ1b、R2＝ｎ2a/ｎ2bを測定することにより、廃棄物収納容器３内に３次元的に分布する複数のガンマ線強度（＝総ウラン放射能）とガンマ線計数率の関係を一義的に表わすことができる評価式を導出する。ただ、その際のシミュレーション結果から、評価式である１/(ln(k/R1))(ln(k/R2))と（ｎ1a×ｎ2a）1/2の間の関係は、廃棄物を収納した容器とガンマ線検出ヘッドの位置関係で変化することを確認し、かつ、密度分布が不均一の場合には、密度が幅を持つことを考慮する必要がある。したがって、密度分布の影響については、廃棄物収納容器３を回転させる等して密度分布を均一化する必要があることが示唆されている。
【００６７】
前記「密度分布を均一化する測定」は、図３のｂ）に図示したように、廃棄物収納容器３の中心位置Ｘに対して点対象で配置されているガンマ線検出ヘッド６１（Ｉ＝１）とガンマ線検出ヘッド６１（Ｉ＝２）、ガンマ線検出ヘッド６２（Ｉ＝３）とガンマ線検出ヘッド６２（Ｉ＝４）、ガンマ線検出ヘッド６３（Ｉ＝５）とガンマ線検出ヘッド６３（Ｉ＝６）等のガンマ線係数率を測定することを意味する。
【００６８】
このような測定は、３つのガンマ線検出ヘッド６１、６２、６３を取り付けた１つの検出ヘッド支持部７１を設置して測定する構成では、廃棄物収納容器３の角度を変えて測定することによって実現することができる。
【００６９】
本実施例では、これらのよう留意点を含め、装置面を考慮した改良案の検討を行った。
【００７０】
本実施例においても、前記の線源位置とガンマ線計数率の関係を表わす評価式を利用するものとし、その式を次に示す。
【００７１】
グラフの横軸：
【００７２】
【数４】
【００７３】
【数５】
【００７４】
グラフの縦軸：
【００７５】
【数６】
【００７６】
ここで、ｎiａ、ｎiｂは、ガンマ線検出器６におけるガンマ線検出ヘッド（i＝１〜６）のガンマ線の計数値である。また、上付き文字ａは１００１ｋｅＶについて、上付き文字ｂは７６６ｋｅＶについての測定値であり、ｋは、２３８Ｕの崩壊過程で放出される１００１ｋｅＶと７６６ｋｅＶのガンマ線エネルギーの放出率比である。
【００７７】
本発明者らが発表した非特許文献１では、放射線源の位置、放射線源の位置、被測定物の廃棄物密度等によって、放射線量の測定結果がばらつき、このバラツキが大きな技術課題であったが、更なる研究の結果、平均廃棄物密度の測定、平均廃棄物密度ごとの放射線量の相関係数の選択、その相関係数を利用した放射線量の決定の３段階の処理を行うことで、高精度の放射線量計測が可能であることを実証することができた。
【００７８】
図６に、その具体的な計測図を示す。立体的な放射線総量と測定対象物重量とから演算した平均廃棄物密度とから適用する相関係数を選定し、この例では近似１と近似２を選択し、その後に横軸に前記（数４）式の値を設定し、縦軸に前記（数６）式の値をプロットすることによって、該当する測定対象物の放射線量を推定することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１…放射能定量測定装置、２…制御装置、３…廃棄物収納容器、４…容器回転台、５…容器搬送台、６…ガンマ線検出器、７…検出器支持台、８…重量測定装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物収納容器に収納した放射性廃棄物から放出されるガンマ線を測定して放射能を定量評価する装置において、容器載置台に載置されて回転する廃棄物収納容器の外端が内接するように想定した球状空間の外周に沿って廃棄物収納容器の中心位置に向けて複数のガンマ線検出器を経線方向に配列して検出器支持台に設置し、放射性廃棄物を収納した廃棄物収納容器を容器搬送手段によって前記容器載置台に搬入して載置した状態で廃棄物収納容器の重量を測定すると共に前記容器載置台を回転させてパッシブガンマ線測定を行って前記廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能を定量評価するように構成したことを特徴とする放射能定量測定装置。
【請求項２】
廃棄物収納容器を載置する容器載置台と、
前記容器載置台に対して前記廃棄物収納容器を搬出入する容器搬送手段と、
前記容器載置台に載置された前記廃棄物収納容器の重量を計測して該廃棄物収納容器内の廃棄物の重量を検出する廃棄物重量検出手段と、
前記容器載置台に載置された廃棄物収納容器の外端が内接するように想定した球状空間の外周に沿って前記廃棄物収納容器の中心位置に向けて複数のガンマ線検出器を経線方向に配列して設置する検出器支持台と、
前記廃棄物収納容器と前記複数のガンマ線検出器を前記球状空間の緯線方向に相対的に移動するように前記容器載置台と検出器支持台を相対的に回転させる台回転手段と、
前記容器載置台と検出器支持台の相対的な所定の回転位置において前記複数のガンマ線検出器から出力する検出信号を取得する検出信号取得手段と、
前記検出信号取得手段で取得した検出信号に基づいて前記廃棄物収納容器に収納された廃棄物の放射能を定量評価する放射能定量手段を備えたことを特徴とする放射能定量測定装置。
【請求項３】
請求項１において、前記ガンマ線検出器は、前記球状空間に対して１８０度範囲、少なくとも、廃棄物収納容器を網羅できる範囲の検出角度を有するように構成し、緯線方向に等間隔に配列したことを特徴とする放射能定量測定装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、前記台回転手段は、前記容器載置台又は検出器支持台を経線方向に１８０度回転させる構成としたことを特徴とする放射能定量測定装置。
【請求項１】
廃棄物収納容器に収納した放射性廃棄物から放出されるガンマ線を測定して放射能を定量評価する装置において、容器載置台に載置されて回転する廃棄物収納容器の外端が内接するように想定した球状空間の外周に沿って廃棄物収納容器の中心位置に向けて複数のガンマ線検出器を経線方向に配列して検出器支持台に設置し、放射性廃棄物を収納した廃棄物収納容器を容器搬送手段によって前記容器載置台に搬入して載置した状態で廃棄物収納容器の重量を測定すると共に前記容器載置台を回転させてパッシブガンマ線測定を行って前記廃棄物収納容器に収納された放射性廃棄物の放射能を定量評価するように構成したことを特徴とする放射能定量測定装置。
【請求項２】
廃棄物収納容器を載置する容器載置台と、
前記容器載置台に対して前記廃棄物収納容器を搬出入する容器搬送手段と、
前記容器載置台に載置された前記廃棄物収納容器の重量を計測して該廃棄物収納容器内の廃棄物の重量を検出する廃棄物重量検出手段と、
前記容器載置台に載置された廃棄物収納容器の外端が内接するように想定した球状空間の外周に沿って前記廃棄物収納容器の中心位置に向けて複数のガンマ線検出器を経線方向に配列して設置する検出器支持台と、
前記廃棄物収納容器と前記複数のガンマ線検出器を前記球状空間の緯線方向に相対的に移動するように前記容器載置台と検出器支持台を相対的に回転させる台回転手段と、
前記容器載置台と検出器支持台の相対的な所定の回転位置において前記複数のガンマ線検出器から出力する検出信号を取得する検出信号取得手段と、
前記検出信号取得手段で取得した検出信号に基づいて前記廃棄物収納容器に収納された廃棄物の放射能を定量評価する放射能定量手段を備えたことを特徴とする放射能定量測定装置。
【請求項３】
請求項１において、前記ガンマ線検出器は、前記球状空間に対して１８０度範囲、少なくとも、廃棄物収納容器を網羅できる範囲の検出角度を有するように構成し、緯線方向に等間隔に配列したことを特徴とする放射能定量測定装置。
【請求項４】
請求項１又は２において、前記台回転手段は、前記容器載置台又は検出器支持台を経線方向に１８０度回転させる構成としたことを特徴とする放射能定量測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−２３７６１８（Ｐ２０１２−２３７６１８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０６０４２（Ｐ２０１１−１０６０４２）
【出願日】平成２３年５月１１日（２０１１．５．１１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 社団法人 日本アイソトープ協会「ＲＡＤＩＯＩＳＯＴＯＰＥＳ Ｖｏｌ．５９， Ｎｏ．１２」２０１０年１２月１５日発行
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人日本原子力研究開発機構 (727)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月６日（２０１２．１２．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１１日（２０１１．５．１１）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 社団法人 日本アイソトープ協会「ＲＡＤＩＯＩＳＯＴＯＰＥＳ Ｖｏｌ．５９， Ｎｏ．１２」２０１０年１２月１５日発行
【出願人】（５０５３７４７８３）独立行政法人日本原子力研究開発機構 (727)
【Ｆターム（参考）】
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