(57)【要約】【課題】β線やγ線の計数頻度が非常に大きい環境下や、被測定対象の廃棄物がβ線核種やγ線核種を含む場合においても、被測定対象の廃棄物がα線核種を含むか否かを正確に識別して放射性廃棄物を仕分けする方法，仕分け装置等を提供することにある。【解決手段】第１のコリメータ１１は、特定の空間以外のα線透過を遮蔽する。電磁石１２は、周期的な磁場強度変化を発生する。第２のコリメータ１４は、電磁石により周期的に変化する磁場強度により首振り状に周期的に向きが変化されたα線ビームを特定の位置でだけ通過する。放射線検出器１５は、第２のコリメータを通過したα線を検出する。信号処理部であるパソコン１６は、検出した放射線強度の信号を、磁場強度の周期変化に同期して加算する。これにより、α線測定装置１０は、α線を測定できる。移動台３８は、被測定対象の放射性廃棄物を乗せてα線測定装置１０の位置および仕分け先へ移動する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特定の空間以外のα線透過を遮蔽する第１のコリメータと、周期的に変化する磁場強度により首振り状に周期的に向きが変化されたα線ビームを特定の位置でだけ通過する第２のコリメータと、第２のコリメータを通過したα線を検出する放射線検出器とを備え、検出した放射線強度の時間変化の中で、前記磁場強度の周期変化に同期している成分の強度によって被測定対象から放出されているα線強度を測定するα線測定装置を用い、
前記α線測定装置により、被測定対象の放射性廃棄物がα線核種を含むか否かを判定し、
判定結果に応じて廃棄物を仕分けることを特徴とする放射性廃棄物の仕分け方法。
【請求項２】
請求項１記載の放射性廃棄物の仕分け方法において、
前記被測定対象の放射性廃棄物を移動台の上に乗せ、前記α線測定装置の位置に移動してα線を測定し、
前記α線測定装置によるα線核種を含むか否かの判定にしたがって、放射性廃棄物を乗せた前記移動台が異なる仕分け先に移動することを特徴とする放射性廃棄物の仕分け方法。
【請求項３】
請求項２記載の放射性廃棄物の仕分け方法において、
前記被測定対象の放射性廃棄物が水中で保管されている場合には、前記放射性廃棄物を水中から気中に引き上げ、送風によって乾燥させた後、前記移動台の上に載せることを特徴とする放射性廃棄物の仕分け方法。
【請求項４】
特定の空間以外のα線透過を遮蔽する第１のコリメータと、周期的な磁場強度変化を発生する電磁石と、該電磁石により周期的に変化する磁場強度により首振り状に周期的に向きが変化されたα線ビームを特定の位置でだけ通過する第２のコリメータと、第２のコリメータを通過したα線を検出する放射線検出器と、検出した放射線強度の信号を、前記磁場強度の周期変化に同期して加算する信号処理部とを有するα線測定装置と、
被測定対象の放射性廃棄物を乗せて前記α線測定装置の位置、および、仕分け先へ移動する移動台とを備え、
前記α線測定装置による、被測定対象の放射性廃棄物がα線核種を含むか否かを判定結果に応じて廃棄物を仕分けることを特徴とすることを特徴とする放射性廃棄物の仕分け装置。
【請求項５】
請求項４記載の放射性廃棄物の仕分け装置において、
水中から前記放射性廃棄物を引き上げる手段と、
引き上げた放射性廃棄物を乾燥させる手段とを備えることを特徴とする放射性廃棄物の仕分け装置。
【請求項６】
請求項４記載の放射性廃棄物の仕分け装置において、
前記第１のコリメータの外側に配置され、開閉可能なシャッターを備え、
前記α線測定装置による測定時に、前記シャッターを開くことを特徴とする放射性廃棄物の仕分け装置。
【請求項７】
請求項４記載の放射性廃棄物の仕分け装置において、
遮蔽ボックス内に配置され、前記放射性廃棄物の線量を測定する線量計を備え、
該線量計による測定値に基づいて、低線量の放射性廃棄物と高線量の放射性廃棄物とを仕分けすることを特徴とする放射性廃棄物の仕分け装置。
【請求項８】
特定の空間以外のα線透過を遮蔽する第１のコリメータと、
周期的な磁場強度変化を発生する電磁石と、
該電磁石により周期的に変化する磁場強度により首振り状に周期的に向きが変化されたα線ビームを特定の位置でだけ通過する第２のコリメータと、
第２のコリメータを通過したα線を検出する放射線検出器と、
検出した放射線強度の信号を、前記磁場強度の周期変化に同期して加算する信号処理部とを備えることを特徴とするα線測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定対象の放射性廃棄物についてα線核種を含むものとα線核種を含まないものに仕分けする放射性廃棄物の仕分け方法，仕分け装置およびα線測定装置に係り、特に、γ線のバックグラウンドが大きい環境下において被測定対象からのα線放出の有無を測定するに好適な放射性廃棄物の仕分け方法，仕分け装置およびα線測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
α線核種を含むものと含まないものを仕分けする技術とは若干観点が異なるが、ホスウィッチ検出器で放射線を測定するときに、立ち上がり時間の違いからα線とβ線（またはγ線）を弁別する方法が知られている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。これは、主としてα線に感度を持ち立ち上がり時間が長いシンチレータと、β線（またはγ線）に有感で立ち上がり時間が短いシンチレータを組合せたホスウィッチ型の検出器において、発光の立ち上がり時間の遅速を測定してα線とβ線（またはγ線）の検出頻度を個別に測定評価するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３４１０４７号公報
【特許文献２】特開２０００−６５９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
仕分け場所における放射線の計数頻度があまり大きくなく、ある放射線がシンチレータに入射したときの発光が立ち上がってから立ち下がるまでの間に、別の放射線がシンチレータに入射する確率が小さい場合には、上述したような従来技術を用いても、非測定対象の廃棄物からα線が放出されているのか、それともα線以外のβ線やγ線だけが放出されているのかを識別することは可能である。しかしながら、複数の放射線の入射により、シンチレータ発光が時間的に重なり合うほど放射線の計数頻度が大きい場合には、発光の立ち上がり時間を正確に測定することができなくなるため、上述の従来技術では非測定対象の廃棄物からα線が放出されているのか否かの識別することは困難となる。
【０００５】
本発明の目的は、β線やγ線の計数頻度が非常に大きい環境下や、被測定対象の廃棄物がβ線核種やγ線核種を含む場合においても、被測定対象の廃棄物がα線核種を含むか否かを正確に識別して放射性廃棄物を仕分けする方法，仕分け装置およびα線測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、特定の空間以外のα線透過を遮蔽する第１のコリメータと、周期的に変化する磁場強度により首振り状に周期的に向きが変化されたα線ビームを特定の位置でだけ通過する第２のコリメータと、第２のコリメータを通過したα線を検出する放射線検出器とを備え、検出した放射線強度の時間変化の中で、前記磁場強度の周期変化に同期している成分の強度によって被測定対象から放出されているα線強度を測定するα線測定装置を用い、前記α線測定装置により、被測定対象の放射性廃棄物がα線核種を含むか否かを判定し、判定結果に応じて廃棄物を仕分けるようにしたものである。  
また、本発明は、特定の空間以外のα線透過を遮蔽する第１のコリメータと、周期的な磁場強度変化を発生する電磁石と、該電磁石により周期的に変化する磁場強度により首振り状に周期的に向きが変化されたα線ビームを特定の位置でだけ通過する第２のコリメータと、第２のコリメータを通過したα線を検出する放射線検出器と、検出した放射線強度の信号を、前記磁場強度の周期変化に同期して加算する信号処理部とを有するα線測定装置と、被測定対象の放射性廃棄物を乗せて前記α線測定装置の位置、および、仕分け先へ移動する移動台とを備え、前記α線測定装置による、被測定対象の放射性廃棄物がα線核種を含むか否かを判定結果に応じて廃棄物を仕分けるようにしたものである。  
さらに、本発明は、特定の空間以外のα線透過を遮蔽する第１のコリメータと、周期的に変化する磁場強度により首振り状に周期的に向きが変化されたα線ビームを特定の位置でだけ通過する第２のコリメータと、第２のコリメータを通過したα線を検出する放射線検出器とを備え、検出した放射線強度の時間変化の中で、前記磁場強度の周期変化に同期している成分の強度によって被測定対象から放出されているα線強度を測定するものである。  
かかる方法および構成により、β線やγ線の計数頻度が非常に大きい環境下や、被測定対象の廃棄物がβ線核種やγ線核種を含む場合においても、被測定対象の廃棄物がα線核種を含むか否かを正確に識別して放射性廃棄物を仕分けすることができるものとなる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、β線やγ線の計数頻度が非常に大きい環境下や、被測定対象の廃棄物がβ線核種やγ線核種を含む場合においても、被測定対象の廃棄物がα線核種を含むか否かを正確に識別して放射性廃棄物を仕分けする方法および仕分け装置を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置の構成図である。
【図２】本発明の一実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置に用いるα線測定装置の構成図である。
【図３】本発明の一実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置に用いるα線測定装置の部分断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置に用いるα線測定装置の測定原理の説明図である。
【図５】本発明の一実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置に用いるα線測定装置の測定原理の説明図である。
【図６】本発明の一実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置に用いるα線測定装置の測定原理の説明図である。
【図７】本発明の一実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置に用いるα線測定装置の測定原理の説明図である。
【図８】本発明の一実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置に用いるα線測定装置の測定原理の説明図である。
【図９】本発明の一実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置に用いるα線測定装置の測定原理の説明図である。
【図１０】本発明の他の実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置の構成図である。
【図１１】本発明の他の実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置に用いるα線測定装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図１〜図９を用いて、本発明の一実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置の構成および動作について説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置の全体構成および動作について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置の構成図である。
【００１０】
プール２１内の水中に、多数の放射性廃棄物１が保管されている。放射性廃棄物１の引き上げ装置は、レール３３と、クレーン３２（３２ａ、３２ｂ）と、把持具３１（３１ａ、３１ｂ）から構成される。レール３３上を走行するクレーン３２ａの先の把持具３１ａを用いて、放射性廃棄物１ａを把持具３１ａで把持し、水中から気中へ引き上げる。クレーン３２ａをクレーン３２ｂの位置に走行し、支柱３４で支えた籠３５ａの中に廃棄物１ａを移送する。
【００１１】
プール２１内の水で放射性廃棄物の表面が汚染されている怖れがあるので、純水ホース３６から純水を供給して放射性廃棄物１ｂの表面を洗浄する。放射性廃棄物１ｂの表面に水が残っているとα線を測定するときに障害となるため、送風機３７で放射性廃棄物１ｂを乾燥させる。放射性廃棄物１ｂが乾燥したら、支柱３４を回転させて、籠３５ａの位置から籠３５ｂの位置に移動し、放射性廃棄物１ｃを床２２の上の移動台３８の上の位置に移送する。
【００１２】
移動台３８ａを、移動台３８ｂの位置に移動し、放射性廃棄物１ｄがα線を測定される位置となるようにする。α線測定装置１０は、第１のコリメータ１１、超伝導コイル１２、電源１３、第２のコリメータ１４、放射線検出器１５、パソコン１６、ディスプレイ１７からなる。この詳細については、図２および図３を用いて後述する。この装置１０を用いて、放射性廃棄物１ｄがα線核種を含むか否かを判定する。判定ができたら、床２２の上で移動台３８ｂを移動台３８ｃの方向に移動し、α線核種を含む放射性廃棄物の場合にはシューター２３を経由して図示しないα核種を含む廃棄物の保管場所へ、α線核種を含まない放射性廃棄物の場合にはシューター２４を経由して図示しないβγ廃棄物の保管場所へ移送する。
【００１３】
上述の操作を繰返すことによって、プール２１内で混在していたα線核種を含む廃棄物とα線核種を含まない廃棄物に仕分けすることができる。
【００１４】
次に、図２〜図９を用いて、本実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置に用いるα線測定装置１０の構成および動作について説明する。  
図２は、本発明の一実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置に用いるα線測定装置の構成図である。図３は、本発明の一実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置に用いるα線測定装置の部分断面図である。図４〜図９は、本発明の一実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置に用いるα線測定装置の測定原理の説明図である。
【００１５】
本実施形態のα線測定装置１０は、図１の仕分けを行うために、β線やγ線が強い環境下でも被測定対象から放出されるα線を精度よく測定するものである。
【００１６】
図２に示すように、被測定対象の廃棄物１からα線、β線、γ線が放出されているとする。第１のコリメータ１１を用いて図中の下から上に向かう方向の放射線を抜き出し、超伝導コイル１２で磁場をかける。α線は電荷が正、β線は電荷が負、γ線は電荷を持たないため、磁場中での進み方が異なる。図２に示すように、α線の進行方向５とβ線の進行方向６は逆向きに向きを変えながら進行するが、γ線の進行方向７は磁場中でも向きを変えない。
【００１７】
ここで、電源１３を用いて超伝導コイル１２を交流で励磁すると、発生する磁場は周期的に強度と向き変える。図３に示すように、α線の進行方向は、方向５ａ〜５ｅに示すように首振り状に周期的に変化する。第２のコリメータ１４を通過したα線を放射線検出器１５で検出すると、進行方向５ｂのα線は検出できるが、進行方向５ａ、５ｃ、５ｄ、５ｅのα線は検出できない。このため放射線検出器１５の出力信号は周期性を持つ。
【００１８】
図２に示すように、電源１３の励磁電流モニタ信号と、放射線検出器１５の出力信号を、Ａ／Ｄ変換ボードを搭載したパソコン１６で収録し、収録波形やパソコン１６で計算した演算結果をディスプレイ１７に表示する。なお、γ線は磁場変動があっても進行方向が変化しないので、第１のコリメータ１１を用いて特定方向の放射線を抜き出したり、第２のコリメータ１４を用いて特定位置を通過する放射線だけを検出したりする必要はない。このため第１のコリメータ１１と第２のコリメータ１４はγ線をコリメートする機能は必須ではなく、α線がコリメートできれば十分である。
【００１９】
次に、図４〜図９を用いて、本実施形態に用いるα線測定装置の測定原理について説明する。
【００２０】
図４は、α線のみを測定した場合の電流（図４（Ａ））、磁場（図４（Ｂ））、検出器出力（図４（Ｃ））の表示結果の例を示している。
【００２１】
図４（Ａ）は、周期的に変化している電流モニタ信号６１ａの２周期分を示している。図４（Ｂ）は、電流信号に基づいて演算した磁場の変化６２ａ、および第２のコリメータ１４を通過して放射線検出器１５でα線が検出できる磁場の強さ６３αを示している。
【００２２】
磁場の変化６２ａと磁場の強さ６３αが交差するタイミングでα線が放射線検出器１５に入射するので、図４（Ｃ）に示すように、検出器出力信号６４ａは電流変動１周期分毎に２つのピーク６５ａ（６５ａ１，６５ａ２），６６ａ（６６ａ１、６６ａ２）を持ち、この２つのピークは電流変動に同期して毎回同じタイミングで測定される。
【００２３】
これに対し、図５は、β線のみを測定した場合の例を示している。図５（Ａ），（Ｃ）に示すように、電流信号６１ｂの変動１周期分毎に２つのピーク６７ｂ，６８ｂを持つが、図５（Ｂ）に示すように、β線を検出できる磁場の強さ６３βが図４（Ｂ）に示した磁場の強さ６３αとが異なるため、電流変動周期に対するピーク発生タイミングはβ線とα線では違っているので、β線ピーク６７ａ，６７ｂとα線ピーク６８ａ，６８ｂ（図４（Ｃ））は識別可能である。
【００２４】
次に、図６は、α線とγ線とβ線を同時に測定した例を示し、図７は、γ線のみを測定した例を示している。ともに電流変動５周期分の信号変化を表示しているが、γ線の強度が大きいため、図６（Ｃ）に示す検出器出力信号６４ｃでもα線やβ線の周期的なピークは観察できず、図７（Ｃ）に示す検出出力信号６４ｄと比較しても大きな違いは観察できない。
【００２５】
それに対して、図８（Ｂ）は、図６（Ｃ）に示す検出出力信号６４ｃを電流信号の変動周期に同期して加算処理した結果を示している。また、図９（Ｂ）は、図７（Ｃ）に示す検出出力信号６４ｄを電流信号の変動周期に同期して加算処理した結果を示している。
【００２６】
図９（Ｂ）のγ線のみの測定信号の加算処理結果６４ｆではピークは観察できないが、図８（Ｂ）のα線とγ線とβ線の同時測定信号の加算処理結果６４ｅでは、α線のピーク６５ｅ，６６ｅ、および、β線のピーク６７ｅ，６８ｅが観察できる。
【００２７】
このように、第１のコリメータで特定の向きだけを抜き出したα線ビームの進行方向を周期的な磁場強度によって首振り状に周期的に変化させ、この首振り状のα線ビームを第２のコリメータを経由して検出し、検出信号を磁場の変動周期にして加算処理することにより、β線やγ線が強い環境下でも被測定対象から放出されるα線を精度よく測定することができるので、放射性廃棄物がα線核種を含むか否かを正確に仕分けすることができる。
【００２８】
以上説明したように、本実施形態によれば、放射性廃棄物がα線核種を含むか否かを正確に仕分けすることができるので、核燃料物質を含む廃棄物と含まない廃棄物を別個に保管、処理、処分することが可能となる。
【００２９】
また、本実施形態では、β線やγ線が強い環境下でもα線を精度よく測定することができるので、高線量廃棄物保管場所の近くの場所であっても仕分けが実施できるし、β線核種やγ線核種と混在している可能性がある場合でもα線を含む核種を正確に仕分けできる。
【００３０】
次に、図１０および図１１を用いて、本発明の他の実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置の構成および動作について説明する。  
図１０は、本発明の他の実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置の構成図である。図１１は、本発明の他の実施形態による放射性廃棄物の仕分け装置に用いるα線測定装置の構成図である。なお、図１や図２と同一符号は、同一部分を示している。
【００３１】
本実施形態において、プール水中で保管している放射性廃棄物を気中に引き上げて乾燥し、α線測定装置の測定位置まで移送する点は、第１の実施形態と同じである。
【００３２】
本実施形態では、α線測定に使用する装置がシャッターを備えている点、および、仕分け先がα核種廃棄物とβγ廃棄物の２種類からα核種廃棄物と高βγ廃棄物と低βγ廃棄物の３種類に増やしている点が、第１の実施形態と異なる。
【００３３】
図１１は、本実施形態で使用するα線測定装置１０ｂの構成を示している。第１のコリメータ１１の外側に開閉可能なシャッター１８を備えている。本実施形態のα線計測装置１０ｂは、β線やγ線が強い環境下でもα線を精度よく測定できるが、第１のコリメータ１１の内側がα線核種で汚染されるとα線を正しく測定できなくなる。そこで、α線測定中にはシャッター１８ａを開いて測定するが、測定時以外は破線で示すシャッター１８ｂのように閉じて汚染を防止する構造としている。
【００３４】
また、シャッター１８の材質と厚さを、α線は遮蔽できるがγ線はほとんど透過するようにすれば、α線の有無の判定が難しい場合において、シャッター１８の開閉以外は同じ条件で測定した結果を比較することにより、仕分けの確からしさを向上できる可能性がある。
【００３５】
図１０に示すように、本実施形態において、α線測定装置１０ｂで放射性廃棄物１ｄを測定し、α線核種を含むと判定した場合には、シューター２３を経由してα廃棄物保管プール５３のホウ酸水中に廃棄物を移送する。α線核種を含まないと判定した場合には、移動台を３８ｂの位置から３８ｄの位置に移送し、遮蔽ボックス５１の内部で放射性廃棄物１ｄの線量を線量計５２で測定する。（α線測定装置１０、１０ｂはγ線のバックグランドノイズが大きい環境下でも測定できるが、線量計はバックグランドノイズが大きい環境では正しい測定ができない。）線量計５２での測定によって放射性廃棄物１ｄの線量が高いと判定した場合には、シューター２４を経由して高βγ廃棄物保管プール５４の純水中に廃棄物を移送し、線量が低いと判定した場合には気中にある低βγ廃棄物保管庫に廃棄物を移送する。
【００３６】
以上説明したように、本実施形態によれば、放射性廃棄物がα線核種を含むか否かを正確に仕分けすることができるので、核燃料物質を含む廃棄物と含まない廃棄物を別個に保管、処理、処分することが可能となる。
【００３７】
また、本実施形態では、β線やγ線が強い環境下でもα線を精度よく測定することができるので、高線量廃棄物保管場所の近くの場所であっても仕分けが実施できるし、β線核種やγ線核種と混在している可能性がある場合でもα線を含む核種を正確に仕分けできる。
【００３８】
なお、本発明は、原子力発電所や再処理工場のように核燃料物質を取り扱う設備の放射性廃棄物の仕分け作業に適用できる。特に、核燃料物質と核燃料以外の物が混在している場合の廃棄物仕分け作業に好適である。
【符号の説明】
【００３９】
１…放射性廃棄物
１０…α線測定装置
１１…第１のコリメータ
１２…超伝導コイル
１３…電源
１４…第２のコリメータ
１５…放射線検出器
１６…パソコン
１７…ディスプレイ
１８…シャッター
２１…プール
２２…床
２３〜２４…シューター
３１…把持具
３２…クレーン
３３…レール
３４…支柱
３５…網
３６…純水ホース
３７…送風機
３８…移動台
５１…遮蔽ボックス
５２…線量計
５３…α廃棄物保管プール
５４…高βγ廃棄物保管プール
５５…低βγ廃棄物保管庫
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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