福島第一原発事故による放射能汚染測定器の開発

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1 福島第一原発事故による放射能汚染測定器の開発
　宇宙粒子研究室 　 　大谷　尭之

2 目的： 概要： 開発した検出器 検出器の較正 今後の課題 2011年3月11日に、東日本大震災が発生した。
この震災が発端となり、福島第一原発で事故が発生し、多くの放射性物質が撒き散らされた。この事故による土壌汚染・農作物への影響など深刻な被害が生じている。簡単で効率よく放射能を測定できる検出器を開発し、被災地で運用する。 概要： 　開発した検出器 　検出器の較正 　今後の課題

3 ・マイクロコンピュータを通してふたの開閉を　
　検知する。 ・試料の重さを検知し、試料が無いときはBG　 　を測定する。 ・試料があるときは、そのガンマ線の 　エネルギー分布を測定する。 ・試料とBGの測定データを解析し、試料の 　放射能をBq/kgの単位で表示する。 ・試料の出入れ以外は全自動。

4 NaI検出器での測定図 ・検出器は角田市役所に設置し、農作物の検査、 除染計画の作成に活用している。
シンチ 　　PMT ・検出器は角田市役所に設置し、農作物の検査、 　除染計画の作成に活用している。 ・BGが大きいため検出器を鉛で囲んでいる。 ・試料は、測定器の先に引っ付ける。

5 ・　試料を検出器にいれると、自動的に試料の放射能と質量を測定して表示する。
・　簡単に操作でき理解しやすいように工夫されている。 ・　原発から出たCs-134とCs-137の存在比を測定して検出器を更正する必要がある

6 検出器の較正をするために、福島で採取した土壌をGe検出器で測定し標準線源を作製した
目的：　（原子核研究室の）Ge検出器を使い事故により汚染されたCs-137,Cs-134の比を測定し、NaI検出器のみで放射能を検出できるようにする。

7 測定結果1 La, Lu, Kを使いGe半導体検出器を較正。 福島、宮城で採取した土壌に含まれるCsの量をGe検出器で測定。
Cs-137(661kev) ↓ Cs-134 (605kev)　→ Cs-134(795kev) 　↓ K40(1461keV) 　↓ ・これは、福島県で採取した土を測定したものである。 ・Cs-134,Cs-137のピークが、はっきりと見えているのが分かる。 ・この土に含まれているCsは5708[Bq/kg]だった。

8 まとめ ・NaIシンチレータを使い、だれでも簡単に扱える放射線検出器を開発した。
・Ge検出器を使って福島の土を測定し、その土を開発したNaI検出器で計測し検出器のガンマ線検出効率を求める。 ・NaI検出器については今後、東北大学と共同で研究・開発を行い 宮城県角田市で運用しており、農作物の検査、除染計画の作成に使われている。

9 終わり

10 測定器について ・NaIシンチレーション検出器 ・タリウム活性化ヨウ化ナトリウムと光電子増倍管及び、 プレアンプからなる。
　プレアンプからなる。 ・NaIは、ガンマ線を高い効率で検出

11 MCA(Malti-Channel Analyzer)について
・現在使用中の装置では、光電子増倍管からのパルスを測定する ・光電子増倍管の出力は、ネガティブパルス ・現在使用中のMCAは、ポジティブパルスのみ測定可能

12 位相反転増幅回路について ・オペアンプが使われている。 ・光電子増倍管の出力を、パルス整形する

13 実験回路図

14 現在行っている測定装置の開発

15 ソフトについて ・コンピューターから機器を制御して、データーを解析、結果を表示 するためのソフト
　するためのソフト ・このソフトは様々な機能を持つが、最も重要な機能は、ふたを閉めたら測定を開始、ふたを開けたら測定を終了すること

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17 La2O3: La（ランタン）：原子番号57 原子量A=138.905
１．La,Lu,Kからのガンマ線放出率の計算 La2O3: La（ランタン）：原子番号57 原子量A= 139Laが安定　 138Laは存在比0.0009 138Laは、 keVと keVのガンマ線 　　を放出する。　放出効率は、それぞれb=0.32,0.66 分子量Mr= 標準線源をM[g]とおくと、 La2O3の物質量M2[mol]は、 M2=M/Mr よって、この試料に含まれる 138Laの数N0はアボガドロ数をNaとして N0=(M/Mr)×Na×2×a

18 ここで 138Laの半減期をT[y]とすると、試料の放射能 Ac[Bq]は ガンマ線の放出率Ng [/s]＝Ac×b

19 標準線源によるGe検出器の更正 Ⅰ. ガンマ線のエネルギーに相当するピークの位置を求める。 Ⅱ. ピークの幅RMSを求める。
Ⅲ.　ピークから 　　　最小2乗法で、ベースラインを求める。 Ⅳ.　ピークから　 　　　検出率CPS(count per second)を積分 Ⅴ. BGのデータでも同じ計算をし、BG成分を引く ±６RMSの範囲で±４RMSの範囲を除き ±４RMSの範囲でベースライン以上の BG成分を引いた後のCPSを使うと、ガンマ線の検出効率 　　　ε=CPS/Ngにより求まる。

20 2. 福島、宮城で採取した土、堆肥の測定 3. NaIによる更正線源の測定 Ⅰ. 原発事故で汚染された試料で、更正線源の作成
Ⅰ.　原発事故で汚染された試料で、更正線源の作成 Ⅱ. 汚染された土、堆肥を測定 Ⅲ. Cs134とCs137から放出されるガンマ線を計測 　　検出効率で割り試料の放射能を求める。　 3. NaIによる更正線源の測定 Ⅰ. 検出効率の測定を、NaIにより行う。 　　これまでの手順で従った、やり方で測定結果を示す。

21 表1 資料 Soil18 Soil2 KCl 核種 La : (La2O3) Lu : (Lu2O3) K 質量数 138 174 40
存在比 0.0009 0.0259 半減期[y] 1.05e11 3.78e10 1.25e9 γ線E[keV] 201.83 306.78 放出率 0.32 0.66 0.86 0.94 0.11 質量[g] 2.971 1.026 0.999 50.0 放射能 2.07 46.8 20.3 45.5 854.0 γ線放出率[/s] 0.662 1.37 40.2 44.0 6.51 13.4 39.2 42.8 93.9 検出率[/s] ---- 0.469 0.334 0.0153 0.0164 0.428 0.323 0.1150 検出効率

22 表2 試料 福島土① (Mad3) 核種 Cs134 Cs137 γ線E[keV] 604.72 661.66 795.86
放出効率[/s] 0.9762 0.8510 0.8553 検出率[/s] 0.747 0.771 0.438 γ線放出率[/s] 227.3 260.4 182.9 放射能[Bq] 232.8 306.0 213.9 質量[g] 102.5 Bq/kg 2271.0 2985.4 2086.8 計[Bq/kg] 5256.4

23 福島土② (Mad4) 角田市堆肥 Cs134 Cs137 604.72 661.66 795.86 0.9762 0.8510 0.8553 0.292 0.286 0.175 0.200 0.201 0.118 88.8 96.7 72.9 60.9 68.0 49.4 91.0 113.6 85.2 62.3 79.8 57.7 102.1 24.9 891.3 1112.6 834.5 2502.0 3204.8 2317.3 2003.9 5706.8

24 表3 試料 福島土③ (Mad5) 角田市土 (Mad6) 核種 Cs134 Cs137 γ線E[keV] 604.72 661.66
795.86 検出効率[/s] 放出効率[/s] 0.9762 0.8510 0.8553 検出率[/s] 0.139 0.133 0.079 0.241 0.245 0.145 γ線放出率[/s] 42.4 44.8 33.1 73.4 82.9 60.4 放射能[Bq] 43.4 52.7 38.6 75.1 97.4 70.6 質量[g] 89.6 143.1 Bq/kg 484.4 588.2 430.8 524.8 680.6 493.4 計[Bq/kg] 1072.6 1205.4

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31 概要 ・放射線測定は、Ge検出器が使われるのが一般的 ・しかしGe検出器は高価で、扱いも難しい
・NaI検出器だと扱いが簡単、さらに検出効率が高い ・エネルギー分解能に劣る(異なるガンマ線の分離不可)

32 NaIシンチレーション検出器のデータ例 福島県の土 ・Cs134とCs137のピークが分離できない。
・原発から出たCs134とCs137の存在比を測定してNaI検出器を更正 　する必要がある。