特許 6906202 高放射線量率固体試料測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6906202

(24)【登録日】2021年7月1日

(45)【発行日】2021年7月21日

(54)【発明の名称】高放射線量率固体試料測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01T 1/167 20060101AFI20210708BHJP

【ＦＩ】

   G01T1/167 C

【請求項の数】6

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2021-29396(P2021-29396)

(22)【出願日】2021年2月26日

【審査請求日】2021年2月26日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】520425235

【氏名又は名称】株式会社ヨシダ

(73)【特許権者】

【識別番号】000003687

【氏名又は名称】東京電力ホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001922

【氏名又は名称】特許業務法人 日峯国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】米川 周佑

(72)【発明者】

【氏名】檜山 充

(72)【発明者】

【氏名】秋庭 司

(72)【発明者】

【氏名】輕米 謙次郎

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 純一

(72)【発明者】

【氏名】長澤 克己

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 宏訓

(72)【発明者】

【氏名】室原 玄貴

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 博信

【審査官】 藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−０３５３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２５０１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 登録実用新案第３１７７５６６（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１１−０７５４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５０２７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２８８１８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国実用新案第２０４１０１７４２（ＣＮ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｔ １／００−１／１６

Ｇ０１Ｔ １／１６７−７／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

放射線の数え落としが発生するくらい高い放射線量率の固体試料を収納するために鉛で被覆された試料運搬容器と、
前記試料運搬容器が着脱可能に連結され前記試料運搬容器から入った汚染物質が外部へ漏洩しないように密閉された気密容器と、
前記固体試料の放射線が外部へ漏洩しないように且つ外部からの放射線を遮断するために前記気密容器の周囲を鉛で被覆した遮蔽体と、
前記気密容器を透過した前記遮蔽体内の放射線量を測定可能に設置された検出器と、を有し、
前記試料運搬容器は、前記固体試料の収納時の蓋とは別に前記気密容器に連結されると開閉可能なダブルドアを備え、
前記遮蔽体の外部からの操作により前記固体試料が前記検出器と対向するように前記ダブルドアを開閉させる手段を備える、
ことを特徴とする高放射線量率固体試料測定装置。

【請求項2】

前記検出器は、ゲルマニウム半導体検出器であり、前記気密容器を透過したガンマ線の核種分析を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の高放射線量率固体試料測定装置。

【請求項3】

前記検出器は、重量があるために前記気密容器の下面に連結された前記試料運搬容器と対向するように前記遮蔽体の上部に設置される、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の高放射線量率固体試料測定装置。

【請求項4】

前記検出器は、放射線を数え落とさないように進路及び入射面積を制限するコリメータを備える、
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載の高放射線量率固体試料測定装置。

【請求項5】

前記気密容器は、内部点検用のグローブを備えたグローブボックスである、
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一に記載の高放射線量率固体試料測定装置。

【請求項6】

前記気密容器は、内部を負圧に保つための排気手段を備える、
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一に記載の高放射線量率固体試料測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、固体試料の放射線を検出して放射能などを分析するための高放射線量率固体試料測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

放射性物質から出る放射線のエネルギーは、核種によって異なることから、物質から放出されるガンマ線などの放射線を測定して核種分析などの放射能分析が行われている。例えば、核種分析には、時間応答性が比較的早くエネルギー分解能に優れた半導体検出器などが用いられる。なお、半導体検出器は、ゲルマニウムなどを用いて、ガンマ線のスペクトル解析を行うことが可能である。

【0003】

原子力発電所の廃炉作業などでは、半導体検出器で固体試料の放射能を測定することがある。ただ、高放射線量率固体試料を測定する場合、そのままでは半導体検出器の数え落としが発生する。数え落としとは、次の放射線を検出可能となるまで計数しない現象であり、放射能濃度が高いと増加する。なお、高放射線量率固体試料には、床などの表面放射能を把握するためのスミヤ濾紙、作業環境中の放射性ダスト濃度を把握するためのダスト濾紙、敷地の放射能汚染を把握する土壌などがある。

【0004】

そのため、まず、現場で固体試料を試料運搬容器に収納して鉄セルなどの遮蔽施設に搬入する。そこで、マニプレータ等を用いて固体試料を酸溶解などで希釈させ、試料運搬容器に充填し直す。そして、遮蔽施設から搬出した希釈試料を、グローブボックスなどを利用して測定容器に移し替え、半導体検出器にセットする。さらに、測定結果に対して希釈倍率等の補正を行うことで固体試料の放射能を算出している。

【0005】

特許文献１に記載されているように、体積試料中の放射能をゲルマニウム半導体検出器によって測定する方法の発明も開示されている。また、特許文献２に記載しているように、汚染物質を扱うために気密されるとともに放射性物質を扱うために遮蔽された環境で精度良く作業可能なグローブボックスの発明について出願している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００２−０９８７６８号公報

【特許文献2】特願２０２０−１８２４７０号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

高放射線量率固体試料の取り扱いには、作業者の被曝低減、放射性物質の内部取込防止、及び身体汚染防止などを図る必要性から、遮蔽性能を有した鉄セルと、気密性能を有したグローブボックスとが用いられている。しかし、固体試料の酸溶解など前処理にも時間を要するため、測定開始までに約１週間程度の期間を要してしまう。また、マニプレータ等の専用機器の操作に長けた作業者が行う必要もある。

【0008】

そこで、本発明は、現場で採取した固体試料を希釈することなくそのまま半導体検出器で測定可能な高放射線量率固体試料測定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の課題を解決するために、本発明である高放射線量率固体試料測定装置は、高放射線量率の固体試料を収納するために鉛で被覆された試料運搬容器と、前記試料運搬容器が着脱可能に連結され前記試料運搬容器から入った汚染物質が外部へ漏洩しないように密閉された気密容器と、前記固体試料の放射線が外部へ漏洩しないように且つ外部からの放射線を遮断するために前記気密容器の周囲を鉛で被覆した遮蔽体と、前記気密容器を透過した前記遮蔽体内の放射線量を測定可能に設置された検出器と、を有し、前記試料運搬容器は、前記固体試料の収納時の蓋とは別に前記気密容器に連結されると開閉可能なダブルドアを備え、前記遮蔽体の外部からの操作により前記固体試料が前記検出器と対向するように前記ダブルドアを開閉させる手段を備える、ことを特徴とする。

【0010】

前記高放射線量率固体試料測定装置において、前記検出器は、ゲルマニウム半導体検出器であり、前記気密容器を透過したガンマ線の核種分析を行う、ことを特徴とする。

【0011】

前記高放射線量率固体試料測定装置において、前記検出器は、重量があるために前記気密容器の下面に連結された前記試料運搬容器と対向するように前記遮蔽体の上部に設置される、ことを特徴とする。

【0012】

前記高放射線量率固体試料測定装置において、前記検出器は、放射線を数え落とさないように進路及び入射面積を制限するコリメータを備える、ことを特徴とする。

【0013】

前記高放射線量率固体試料測定装置において、前記気密容器は、内部点検用のグローブを備えたグローブボックスである、ことを特徴とする。

【0014】

前記高放射線量率固体試料測定装置において、前記気密容器は、内部を負圧に保つための排気手段を備える、ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、現場で採取した固体試料を希釈することなくそのまま半導体検出器で測定することができる。遮蔽性能と気密性能を兼ね備えたグローブボックスにおいて測定することにより、作業者被曝低減、放射性物質の内部取込防止、及び身体汚染防止も実現することができる。コリメータを使用し、固体試料と半導体検出器の間の距離を取ることで、放射線の数え落としを防止することができる。

【0016】

作業者にマニプレータ等を操作するための技能も不要となり、固体試料を希釈して移し替える必要はないので、測定開始までの時間を大幅に短縮することができる。特に原子力発電所の廃炉作業などにおいて迅速に放射能の分析結果を報告できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明である高放射線量率固体試料測定装置と従来の核種分析の流れを比較した図である。

【図2】本発明である高放射線量率固体試料測定装置の概観を示す図である。

【図3】本発明である高放射線量率固体試料測定装置に試料運搬容器を搬入する状況を示す図である。

【図4】本発明である高放射線量率固体試料測定装置に試料運搬容器を連結した状態を示す図である。

【図5】本発明である高放射線量率固体試料測定装置において核種分析する状況を示す図である。

【図6】本発明である高放射線量率固体試料測定装置の気密容器をグローブボックスにした場合を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

【実施例1】

【0019】

まず、本発明である高放射線量率固体試料測定装置について説明する。図１は、高放射線量率固体試料測定装置と従来の核種分析の流れを比較した図である。図１（Ａ）に示すように、測定装置１００は、原子力発電所などの現場から高放射線量率の固体試料３００を採取して、ガンマ線などの放射線を測定することにより核種分析などを行う装置である。なお、固体試料としては、スミヤ濾紙、ダスト濾紙、土壌などがある。

【0020】

図１（ａ）に示すように、現場で採取された固体試料３００は、試料運搬容器２００に収納される。試料運搬容器２００は、線量の高い固体試料３００を収容するので、周囲が鉛などで被覆され、蓋２１０をすることで遮蔽される。内部の放射線が外部へ透過しないように被覆を厚くするので、試料運搬容器２００は相当な重量となる。

【0021】

図１（ｂ）に示すように、従来においては、試料運搬容器２００を鉄セル４００ａなど厚い壁で空間が隔離された遮蔽施設に搬入し、放射線の影響を受けないように、作業者が外部からマニプレータ等を操作して試料運搬容器２００から固体試料３００を取り出し、酸で溶解する等した上で希釈する。その希釈試料３１０は、マニプレータ等を操作して試料運搬容器２００ａに収納され、鉄セル４００ａから搬出される。

【0022】

現場において採取された高放射線量率の固体試料３００は、鉄セル４００ａにおいて希釈されることで線量が低減される。しかし、現場から固体試料３００と共に鉄セル４００ａ内に入り込んだ放射性物質などの汚染物質は、希釈試料３１０と共に試料運搬容器２００ａに入る可能性がある。

【0023】

図１（ｃ）に示すように、試料運搬容器２００ａ内は、放射性物質などで汚染されている可能性があるので、気密されたグローブボックス５００ａで希釈試料３１０を測定容器３２０に移し替える。作業者が外部からグローブに手を通して試料運搬容器２００ａの蓋を開け、希釈試料３１０を取り出して測定容器３２０に入れる。

【0024】

図１（ｄ）に示すように、測定容器３２０を遮蔽容器４００ｂに収容して検出器６００ａで希釈試料３１０の放射能を測定する。遮蔽容器４００ｂは、鉛などで被覆かつ密閉された容器で、外部からの放射線の影響を遮断することで、希釈試料３１０の放射線だけを検出器６００で検出可能にする。検出器６００ａは、希釈試料３１０が測定容器３２０の底側にあることから、遮蔽容器４００ｂの下側に配置されることが多い。

【0025】

希釈試料３１０は、放射線量が低減されていることから、検出器６００ａにおいて数え落としは発生しにくい。しかし、鉄セル４００ａなど大掛かりな施設を利用したり、試料の移し替えをしたり、作業に手間や工程を要するので、約１週間と時間が掛かる。

【0026】

図１（Ａ）に示すように、本発明においては、現場で採取された固体試料３００を収納した試料運搬容器２００を、その外面を除染した上で、測定装置１００に連結する。測定装置１００は、放射線を遮断する遮蔽体４００と、汚染物質の漏洩を防止する気密容器５００とで、二重に遮蔽する。その上で、開閉ハンドル４１０で外部から試料運搬容器２００を開け、検出器６００で固体試料３００の放射能を測定する。

【0027】

検出器６００に入射する放射線をコリメータ６１０で調整し、さらに固体試料３００と検出器６００の間隔を確保することで、放射線を数え落とすことなく検出する。途中で大掛かりな施設を経由せず、また試料の移し替えもせずに、直接に測定可能となるので、検出器６００に連結するまでに数分と短時間で済む。

【0028】

図２は、高放射線量率固体試料測定装置の概観を示す図である。図３は、高放射線量率固体試料測定装置に試料運搬容器を搬入する状況を示す図である。図４は、高放射線量率固体試料測定装置に試料運搬容器を連結した状態を示す図である。図５は、高放射線量率固体試料測定装置において核種分析する状況を示す図である。

【0029】

図２に示すように、測定装置１００は、高放射線量率の固体試料３００を測定する装置であり、固体試料３００を収納するために鉛で被覆された試料運搬容器２００が着脱可能に連結され、試料運搬容器２００から入った汚染物質が外部へ漏洩しないように密閉された気密容器５００、固体試料３００の放射線が外部へ漏洩しないように且つ外部からの放射線を遮断するために気密容器５００の周囲を鉛で被覆した遮蔽体４００、及び気密容器５００を透過した遮蔽体４００内の放射線量を測定可能に設置された検出器６００等を有する。

【0030】

気密容器５００は、アクリルやポリカーボネート等のプラスチック板で密閉された箱状の容器である。ガンマ線など一部の放射線、少なくとも測定対象の放射線は透過するが、放射性物質を含む所定の汚染物質の漏洩を防止する。試料運搬容器２００と連結することにより、試料運搬容器２００と気密容器５００の内部が開通可能となり、試料運搬容器２００内の汚染物質（固体試料３００を含む）が気密容器５００内に流入する。

【0031】

遮蔽体４００は、放射線が透過する場所を塞ぐにように、気密容器５００を含んで全体的に遮蔽材で被覆したものである。遮蔽材は、鉛や鉄などの厚い板であり、透過率に応じて厚みを持たせれば良い。遮蔽体４００は、内部から外部へ人体に有害な放射線が放出されて作業者が被曝するのを防止すると共に、外部から内部へ余計な放射線が侵入して対象の放射線の測定に影響を及ぼすのを防止する。

【0032】

検出器６００は、半導体などを用いた放射線検出器であり、例えば、半導体としてＳｉ（シリコン）やＧｅ（ゲルマニウム）などが用いられる。ガンマ線の核種分析などを行う場合は、時間応答性が比較的早くエネルギー分解能に優れたゲルマニウム半導体検出器などでスペクトル解析を行えば良い。

【0033】

遮蔽体４００内に検出器６００を入れて固体試料３００を測定すると、検出器６００が遮蔽体４００内の汚染物質により汚染するおそれがあるが、気密容器５００で二重に遮蔽することにより、検出器６００の汚染が防止される。

【0034】

図３に示すように、現場で採取した固体試料３００が収納された試料運搬容器２００を搬入し、測定装置１００まで運搬する。試料運搬容器２００は、厚い鉛板などで覆われていると作業者２３０が手で運ぶには重いので、台車２２０等に載置しても良い。

【0035】

図４に示すように、試料運搬容器２００を測定装置１００の下側まで移動させ、気密容器５００の下面に連結する。測定装置１００は、試料運搬容器２００を下側に配置するために、脚などによって地面から浮かせた状態にすれば良い。また、試料運搬容器２００を連結する場所は、遮蔽体４００を空けて気密容器５００と連結可能、かつ連結後は遮蔽可能になっていれば良い。

【0036】

遮蔽体４００内に検出器６００を置いてしまうと、固体試料３００などのセットにマニプレータ等を使用しなければならないが、試料運搬容器２００を連結するだけで外部から操作可能にする。

【0037】

図５に示すように、試料運搬容器２００は、固体試料３００の収納時の蓋２１０とは別に気密容器５００に連結されると開閉可能なダブルドア２１０ａを備える。例えば、蓋２１０の中央部にダブルドア２１０ａを設け、気密容器５００の蓋２１０を封止した後は、気密容器５００に連結するまではダブルドア２１０ａが開かないようにすれば良い。

【0038】

また、測定装置１００は、遮蔽体４００の外部からの操作により、ダブルドア２１０ａを開閉させる手段として開閉ハンドル４１０を備える。ダブルドア２１０ａを開くことで、試料運搬容器２００内と気密容器５００内の空間が繋がる。作業者２３０が被曝することなく、試料運搬容器２００を開閉することが可能となる。

【0039】

試料運搬容器２００内の汚染物質や、固体試料３００から放出される放射線６２０が、気密容器５００内に入り込む。少なくとも測定対象の放射線６２０は、気密容器５００を透過して遮蔽体４００で止まるが、検出器６００を配置するために空けた場所には到達する。放射線６２０が外部に曝露されることなく直接に測定可能である。

【0040】

なお、固体試料３００と対向する位置に検出器６００があれば、放射線６２０を検出しやすくなる。試料運搬容器２００を測定装置１００の下側に配置する場合は、検出器６００を下向きにして遮蔽体４００の上部に設置すれば良い。

【0041】

気密容器５００及び遮蔽体４００の内部空間により固体試料３００と検出器６００との距離が確保されることで、放射線６２０の数え落としは低減されるが、さらに放射線６２０の進路及び入射面積を制限するコリメータ６１０を設けても良い。

【0042】

コリメータ６１０は、粒子や波を平行にする機器であり、放射線の経路を調整することで、先の放射線を検出してから次の放射線を検出できるまでの分解時間内に放射線を数え落とさないようにする。固体試料３００の放射能濃度が高い場合でも、希釈せずに直接測定することが可能となる。

【実施例2】

【0043】

遮蔽体４００内に配置される気密容器５００としてグローブボックスを用いても良い。図６は、高放射線量率固体試料測定装置の気密容器をグローブボックスにした場合を示す図である。

【0044】

図６に示すように、測定装置１００ａは、気密容器５００に代えてグローブボックス５００ａを設置する。グローブボックス５００ａは、アクリル等の透明なプラスチック板で密閉された箱体にゴム手袋のようなグローブを取り付けたグローブポート５３０を設けたものである。

【0045】

作業者２３０が外部からグローブポート５３０に手を通すことにより、グローブボックス５００ａの内部においてグローブを介して直接作業が可能となる。なお、グローブボックス５００ａは、感染力のある細菌やウイルス等の微生物類や汚染物質など、外気と遮断する必要のある場合に用いられることが多いが、ガンマ線など一部の放射線は遮蔽しない。

【0046】

グローブボックス５００ａに排気手段５１０を設けて内部を負圧に保つことで、汚染物質などの漏洩防止の効果を向上させても良い。なお、排気手段５１０には、汚染物質などが通過しないようにフィルタ５２０を設ける。

【0047】

また、遮蔽体４００には、フィルタ５２０を交換するための交換用扉４２０や、作業者２３０がグローブポート５３０に手を通すためのポート用扉４２０ａを設けても良い。グローブボックス５００ａにすることで、放射線の影響が少ない状態において、作業者２３０が汚染することなく内部点検することが可能となる。

【0048】

また、グローブボックス５００ａと遮蔽体４００の間に空間を確保してカメラなどの撮影手段を設け、遮蔽体４００の外部にカメラから送信した画像や映像を写すためのモニタを配置しても良い。なお、グローブボックス５００ａの気密を維持したままカメラを交換等するためのメンテ用扉で塞げば良い。

【実施例3】

【0049】

ガンマ線核種分析だけでなく、全アルファ放射能や全ベータ放射能の測定に適用しても良い。電磁波であるガンマ線は透過能力が高く、厚い鉛板で遮蔽する必要があるのに対し、ヘリウム４の原子核であるアルファ粒子は１枚の紙も透過できず、ベータ線の実態である電子はプラスチック板で遮蔽可能である。

【0050】

全アルファ放射能や全ベータ放射能においては、検出器６００として比例計数管などを用いれば良い。なお、ストロンチウム９０などを測定する場合は、固体試料３００からストロンチウムを化学的に分離するなど前処理を施した上で、ベータ線を測定することになる。

【0051】

アルファ線やベータ線の飛程及び減衰を考慮すると、固体試料３００と検出器６００の距離を近接させる必要がある。特にアルファ線の場合、例えば検出器６００を気密容器５００に貫通させて設置するなど、固体試料３００と検出器６００の間を遮らないようにした上で気密性も担保する。

【0052】

また、試料運搬容器２００の蓋２１０（ダブルドア２１０ａを含む）をスライド状に開閉させたり、遮蔽体４００を扁平化したりしても良い。さらに、含まれる固体試料３００により、アルファ線及びベータ線の減衰を考慮した換算を行っても良い。

【0053】

本発明によれば、現場で採取した固体試料を希釈することなくそのまま半導体検出器で測定することができる。遮蔽性能と気密性能を兼ね備えたグローブボックスにおいて測定することにより、作業者被曝低減、放射性物質の内部取込防止、及び身体汚染防止も実現することができる。コリメータを使用し、固体試料と半導体検出器の間の距離を取ることで、放射線の数え落としを防止することができる。

【0054】

作業者にマニプレータ等を操作するための技能も不要となり、固体試料を希釈して移し替える必要はないので、測定開始までの時間を大幅に短縮することができる。特に原子力発電所の廃炉作業などにおいて迅速に放射能の分析結果を報告できるようになる。

【0055】

以上、本発明の実施例を述べたが、これらに限定されるものではない。例えば、半導体検出器の代わりにシンチレーション検出器などを用いても良い。

【符号の説明】

【0056】

１００：測定装置
１００ａ：測定装置
２００：試料運搬容器
２００ａ：試料運搬容器
２１０：蓋
２１０ａ：ダブルドア
２２０：台車
２３０：作業者
３００：固体試料
３１０：希釈試料
３２０：測定容器
４００：遮蔽体
４００ａ：鉄セル
４００ｂ：遮蔽容器
４１０：開閉ハンドル
４２０：交換用扉
４２０ａ：ポート用扉
５００：気密容器
５００ａ：グローブボックス
５１０：排気手段
５２０：フィルタ
５３０：グローブポート
６００：検出器
６００ａ：検出器
６１０：コリメータ
６２０：放射線

【要約】      （修正有）

【課題】現場で採取した固体試料を希釈することなくそのまま半導体検出器で測定可能な高放射線量率固体試料測定装置を提供する。
【解決手段】高放射線量率の固体試料を収納するために鉛で被覆された試料運搬容器２００と、前記試料運搬容器が着脱可能に連結され前記試料運搬容器から入った汚染物質が外部へ漏洩しないように密閉された気密容器５００と、前記固体試料の放射線が外部へ漏洩しないように且つ外部からの放射線を遮断するために前記気密容器の周囲を鉛で被覆した遮蔽体４００と、前記気密容器を透過した前記遮蔽体内の放射線量を測定可能に設置された検出器６００と、を有し、前記試料運搬容器は、前記固体試料の収納時の蓋とは別に前記気密容器に連結されると開閉可能なダブルドアを備え、前記遮蔽体の外部からの操作により前記固体試料が前記検出器と対向するように前記ダブルドアを開閉させる手段を備える。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】