(57)【要約】【課題】  本発明は、トリチウム等の放射性核種を現場で迅速に検出できる検出装置、及びこれに用いるシンチレーション光増幅容器の提供を目的とする。【解決手段】  シンチレーション光増幅容器４００は、収容された検体Ｓからのβ線によりシンチレーション光を発生するシンチレータ固定化ケイ酸粒子１００と、検体Ｓ及びシンチレータ固定化ケイ酸粒子１００を収容するとともに、シンチレーション光を透過するバイアル３００と、シンチレーション光を増幅するために、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００に対して励起光を照射する励起光照射部４０３と、バイアル３００の周囲に配置され、シンチレーション光を選択的に透過するフィルタ４０４とを備える。シンチレーション光増幅容器４００は、液体シンチレーションカウンタに搭載される。【選択図】  図３
2018072025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検体からの放射線により発生したシンチレーション光を増幅するシンチレーション光増幅容器であって、
前記シンチレーション光を発生するシンチレータ固定化ケイ酸粒子と、
前記検体及び前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を収容するとともに、前記シンチレーション光を透過する内側容器と、
前記シンチレーション光を増幅するために、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子に対して励起光を照射する励起光照射部と、
前記内側容器の周囲に配置され、前記シンチレーション光を選択的に透過するフィルタとを備える、シンチレーション光増幅容器。
【請求項２】
請求項１に記載のシンチレーション光増幅容器において、
前記内側容器、及び前記励起光照射部を収容するとともに、シンチレーション光を透過する外側容器をさらに備える、シンチレーション光増幅容器。
【請求項３】
請求項１または２に記載のシンチレーション光増幅容器において、
前記励起光照射部は、前記励起光を発生する光源と、前記光源を動作させる電源とから構成される、シンチレーション光増幅容器。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のシンチレーション光増幅容器において、
前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を分散させるとともに、前記シンチレーション光を透過する分散体を、前記内側容器内に備える、シンチレーション光増幅容器。
【請求項５】
請求項４に記載のシンチレーション光増幅容器において、
前記分散体は、ゲルである、シンチレーション光増幅容器。
【請求項６】
請求項５に記載のシンチレーション光増幅容器において、
前記ゲルは、部分的に架橋された高分子である、シンチレーション光増幅容器。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のシンチレーション光増幅容器において、
前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子は、ケイ酸粒子と、前記ケイ酸粒子の表面に担持されたシンチレータとから構成される、シンチレーション光増幅容器。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のシンチレーション光増幅容器において、
前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子は、圧縮状態及び／または粒状化状態の粒子である、シンチレーション光増幅容器。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のシンチレーション光増幅容器において、
前記放射線は、β線である、シンチレーション光増幅容器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のシンチレーション光増幅容器において、
前記検体は、液体である、シンチレーション光増幅容器。
【請求項１１】
検体からの放射線により発生したシンチレーション光を増幅して、前記放射線を測定する放射線測定装置であって、
前記シンチレーション光を発生するシンチレータ固定化ケイ酸粒子と、
前記検体及び前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を収容するとともに、前記シンチレーション光を透過する内側容器と、
前記シンチレーション光を増幅するために、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子に対して励起光を照射する励起光照射部と、
前記内側容器の周囲に配置され、前記シンチレーション光を選択的に透過するフィルタと、
前記フィルタを透過したシンチレーション光を検出する検出部とを備える、放射線測定装置。
【請求項１２】
環境にある検体からの放射線により発生したシンチレーション光を増幅して、前記放射線を測定する放射線測定装置であって、
前記シンチレーション光を発生するシンチレータ固定化ケイ酸粒子と、
前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を収容するとともに、前記シンチレーション光を透過するシンチレーション発光部と、
前記シンチレーション光を増幅するために、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子に対して励起光を照射する励起光照射部と、
前記シンチレーション光を選択的に透過するフィルタと、
前記フィルタを透過したシンチレーション光を検出する検出部と、
前記検体から前記シンチレーション発光部までの距離を測定する距離測定部とを備える、放射線測定装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の放射線測定装置において、
前記放射線はβ線であり、
前記放射線測定装置は、β線遮蔽指向性筒を備え、前記β線遮蔽指向性筒は、その長手方向に沿って侵入したβ線を前記シンチレーション発光部に導く、放射線測定装置。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の放射線測定装置において、
前記励起光照射部は、前記励起光を発生する光源と、前記光源を動作させる電源とから構成される、放射線測定装置。
【請求項１５】
請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の放射線測定装置において、
前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を分散させるとともに、前記シンチレーション光を透過する分散体を、前記内側容器内に備える、放射線測定装置。
【請求項１６】
請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の放射線測定装置において、
前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子は、ケイ酸粒子と、前記ケイ酸粒子の表面に担持されたシンチレータとから構成される、放射線測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シンチレーション光を増幅するシンチレーション光増幅容器、及びシンチレーション光を増幅し検出する放射線検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
平成２３年の東北地震により福島第一原子力発電所の事故が発生してから、放射能汚染の脅威について、改めて広く一般に知られるようになった。放射能汚染の予防には放射線量の測定が欠かせないが、放射線量の測定にあたっては、放射性セシウムからのγ線の測定が主流となっている。β線放出核種の場合、外部被ばくよりも内部被ばくの影響が大きく、そのため放射能の測定が重要となる。
【０００３】
現行の測定技術では、低エネルギーのβ線を発生するトリチウム（３Ｈ）の場合、液体シンチレータと液体シンチレーションカウンタの使用が必要であり、β線を発生するストロンチウム９０（９０Ｓｒ）の場合は、１５日〜２０日程度の長い日数が必要となる。トリチウムやストロンチウムは有害物質であり、環境測定機関や建設業者の水環境部門において、有害物質があるかどうかを「オンタイム測定」（迅速な測定）ができる技術・装置の提供が強く求めれられている。特に９０Ｓｒについては、骨に蓄積するため有害性が非常に高く、検出される可能性のある場所への立ち入りを制限・禁止しなくてはならない為、迅速・簡便・高感度なオンタイム分析装置の開発が強く求められている。
【０００４】
上述のように、放射能汚染を予防するため、３Ｈや９０Ｓｒの検出または分析は必須であり、その場（オンサイト）で迅速（オンタイム）に簡便に高感度な測定を行うことが求められている。しかしながら、従来の分析方法では、汚染の可能性のある土壌や水を放射能測定が可能な研究所または検査機関に持ち帰り、大型の分析装置を用いて１５〜２０日の時間をかけて測定を行っていた。そのため、従来の分析方法では、オンサイト及びオンタイム計測を行うことは困難であった。現場測定のためには、３Ｈや９０Ｓｒの検出測定時間は好ましくは５分以下で、放射能を取り扱う専門家でなくとも検出できる方法または装置が望ましい。
【０００５】
一方、高感度の放射線検出材としてシリカナノ粒子を用いることが、特許文献１に、シンチレータ含有シリカナノ粒子（シンチレータシリカ）を用いることが、非特許文献１に記載されている。さらに、シンチレータ含有シリカを紙に担持したペーパーシンチレータが、非特許文献１に提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４５８６１９１号
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】H. Miyoshi, et. al., Preparation of paper scintillator for detecting ３H contaminant, Radiation Protection Dosimetry (2013), Vol. 156, No. 3. pp. 277-282
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、３Ｈや９０Ｓｒ等の放射性核種に対して、迅速・簡便な（携帯可能な程度の小型化）、現場での測定可能な、高感度な検出装置の提供が求められている。３Ｈや９０Ｓｒ等の放射性核種を対象としたオンタイム、オンサイト検出を行うためには、従来の大型装置を用いた長い時間を要する分析方法では対応することができない。そのため、本発明は、迅速、高感度で新規な検出装置、及びこの装置に用いるシンチレーション光増幅容器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】
本発明の態様は下記の通りである。
（態様１）検体からの放射線により発生したシンチレーション光を増幅するシンチレーション光増幅容器であって、前記シンチレーション光を発生するシンチレータ固定化ケイ酸粒子と、前記検体及び前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を収容するとともに、前記シンチレーション光を透過する内側容器と、前記シンチレーション光を増幅するために、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子に対して励起光を照射する励起光照射部と、前記内側容器の周囲に配置され、前記シンチレーション光を選択的に透過するフィルタとを備える、シンチレーション光増幅容器。
【００１０】
（態様２）態様１に記載のシンチレーション光増幅容器において、前記内側容器、及び前記励起光照射部を収容するとともに、シンチレーション光を透過する外側容器をさらに備える、シンチレーション光増幅容器。（態様３）態様１または２に記載のシンチレーション光増幅容器において、前記励起光照射部は、前記励起光を発生する光源と、前記光源を動作させる電源とから構成される、シンチレーション光増幅容器。（態様４）態様１〜３のいずれか１項に記載のシンチレーション光増幅容器において、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を分散させるとともに、前記シンチレーション光を透過する分散体を、前記内側容器内に備える、シンチレーション光増幅容器。（態様５）態様４に記載のシンチレーション光増幅容器において、前記分散体は、ゲルである、シンチレーション光増幅容器。
【００１１】
（態様６）態様５に記載のシンチレーション光増幅容器において、前記ゲルは、部分的に架橋された高分子である、シンチレーション光増幅容器。（態様７）態様１〜６のいずれか１項に記載のシンチレーション光増幅容器において、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子は、ケイ酸粒子と、前記ケイ酸粒子の表面に担持されたシンチレータとから構成される、シンチレーション光増幅容器。（態様８）態様１〜７のいずれか１項に記載のシンチレーション光増幅容器において、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子は、圧縮状態及び／または粒状化状態の粒子である、シンチレーション光増幅容器。（態様９）態様１〜８のいずれか１項に記載のシンチレーション光増幅容器において、前記放射線は、β線である、シンチレーション光増幅容器。（態様１０）態様１〜９のいずれか１項に記載のシンチレーション光増幅容器において、前記検体は、液体である、シンチレーション光増幅容器。
【００１２】
（態様１１）検体からの放射線により発生したシンチレーション光を増幅して、前記放射線を測定する放射線測定装置であって、前記シンチレーション光を発生するシンチレータ固定化ケイ酸粒子と、前記検体及び前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を収容するとともに、前記シンチレーション光を透過する内側容器と、前記シンチレーション光を増幅するために、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子に対して励起光を照射する励起光照射部と、前記内側容器の周囲に配置され、前記シンチレーション光を選択的に透過するフィルタと、前記フィルタを透過したシンチレーション光を検出する検出部とを備える、放射線測定装置。（態様１２）環境にある検体からの放射線により発生したシンチレーション光を増幅して、前記放射線を測定する放射線測定装置であって、前記シンチレーション光を発生するシンチレータ固定化ケイ酸粒子と、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を収容するとともに、前記シンチレーション光を透過するシンチレーション発光部と、前記シンチレーション光を増幅するために、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子に対して励起光を照射する励起光照射部と、前記シンチレーション光を選択的に透過するフィルタと、前記フィルタを透過したシンチレーション光を検出する検出部と、前記検体から前記シンチレーション発光部までの距離を測定する距離測定部とを備える、放射線測定装置。
【００１３】
（態様１３）態様１２に記載の放射線測定装置において、前記放射線はβ線であり、前記放射線測定装置は、β線遮蔽指向性筒を備え、前記β線遮蔽指向性筒は、その長手方向に沿って侵入したβ線を前記シンチレーション発光部に導く、放射線測定装置。（態様１４）態様１１〜１３のいずれか１項に記載の放射線測定装置において、前記励起光照射部は、前記励起光を発生する光源と、前記光源を動作させる電源とから構成される、放射線測定装置。（態様１５）態様１１〜１４のいずれか１項に記載の放射線測定装置において、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子を分散させるとともに、前記シンチレーション光を透過する分散体を、前記内側容器内に備える、放射線測定装置。（態様１６）態様１１〜１５のいずれか１項に記載の放射線測定装置において、前記シンチレータ固定化ケイ酸粒子は、ケイ酸粒子と、前記ケイ酸粒子の表面に担持されたシンチレータとから構成される、放射線測定装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、シンチレーション光を増幅することができるため、比較的微量の検体からの放射線を、検体が存在する現場で増幅して迅速に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る、シンチレータ固定化ケイ酸粒子入りバイアルの製造方法を示す模式図である。
【図２】図１のバイアルに関する、（ａ）検体未収容状態、（ｂ）検体収容状態を示す構造図である。
【図３】本発明の実施形態に係るシンチレーション光増幅容器を示す構造図である。
【図４】本発明の実施形態に係る放射線検出装置を示す構造図である。
【図５】本発明の実施形態に係る非接触型の放射線検出装置を示す構造図である。
【図６】本発明の実施例に係るシンチレータ固定化ケイ酸粒子ペレットの発光画像写真である。
【図７】本発明の実施例に係るシンチレータ固定化ケイ酸粒子ペレットの発光率を示すグラフである。
【図８】本発明の実施例に係るシンチレーション光増幅容器の写真である。
【図９】本発明の実施例に係るシンチレータ固定化ケイ酸粒子のエネルギー構造図である。
【図１０】本発明の実施例に係るシンチレータ固定化ケイ酸粒子ペレットにトリチウムを滴下した状態の計数率を示すグラフである。
【図１１】ＰＭＴ感度と生じた電圧との関係を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例に係るＰＭＴとシンチレータ固定化ケイ酸粒子ペレットとの関係を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の実施形態に係る、シンチレーション光増幅容器、及び放射線検出装置を説明する。本発明の実施形態では、３Ｈや９０Ｓｒ等の放射性核種に対して、迅速（５分以内/１検体）・簡便（携帯可能な程度の小型化、現場での測定可能）・高感度（１ＭＢｑ〜）なオンサイト検出装置、及びこれに用いるシンチレーション光増幅容器を提供するものである。
【００１７】
本発明は、従来の「トリチウム分析法（平成８年改訂科学技術庁）」に規定された蒸留法などを用いずに、直接サンプル水等の検体を採取し、検体に含まれる放射能をその場で測定するものである。このため背景技術で述べたシンチレータ含有シリカを用いた放射線の検出を更に高感度化するものである。
【００１８】
本発明の実施形態では、（１）シンチレータ固定化ケイ酸粒子（シンチレータ含有ケイ酸粒子）の高感度化のための、ペレット成型、粒状化、及び分散化、（２）シンチレータ固定化ケイ酸粒子を収容するシンチレーション光増幅容器、及び（３）シンチレーション光を増幅する放射線測定装置について、順に説明する。
【００１９】
［シンチレータ固定化ケイ酸粒子］
３Ｈが発生するβ線は、シンチレーション光の測定により検出されている。徳島大学教授の三好弘一氏は、シンチレータ分子をシリカナノ粒子内に固定化したシンチレータ固定化ケイ酸粒子を開発し、特願２０１５−０９０９３９号、発明の名称「シンチレータ固定化ケイ酸粒子」として特許出願している。このシンチレータ固定化ケイ酸粒子は、２．２５μｍから１０μｍの珪石微粒末上に、有機シンチレータを固定させたもので、３Ｈを高感度で検出することが可能である。
【００２０】
上記特許出願に記載のシンチレータ固定化ケイ酸粒子の製造方法を説明する。珪石粉末としては、広浦鉱業社製、二酸化ケイ素純度９９．８％であって、粒子径２．２５μｍの珪石粉末２．２６８０ｇ、粒子径４．７７μｍの珪石粉末２．１３０ｇ、粒子径６．７８μｍの珪石粉末２．１４３６ｇ、又は粒子径１０μｍの珪石粉末２．１２９１ｇをそれぞれ用いた。これらの珪石粉末を、０．５４重量％水ガラス水溶液２５ｍＬに加えて、室温で１日撹持した。一方で、ジメチルスルホキシド（ＤＭＳＯ）３０ｍＬに、有機シンチレータである、１，４−ビス−［２−(５−フェニルオキサゾリル）］ベンゼン（ＰＯＰＯＰ）５２．９〜５５．１ｍｇ、２，５−ジフェニルオキサゾール（ＰＰＯ）５２４．３〜５４４．２ｍｇ、及び安息香酸５１２．８〜６１１．１ｍｇを溶解した後、エタノール７０ｍＬ、オルトケイ酸テトラエチル（ＴＥＯＳ）２．５ｍＬ、及び濃アンモニア水２．５ｍＬを加えて撹拌した。非特許文献１に開示されるように、この操作により、粒子径が約１００〜２００ｎｍのシンチレータ分子含有シリカナノ粒子が形成された。このシンチレータ分子含有シリカナノ粒子を含む溶液を、珪石粉末と水ガラス水溶液との上記混合溶液に加えて、室温で約３日間撹拌した。その後、ヒータで約１２０〜１４０℃に加熱しながらエタノール等の溶媒を蒸発させて、シンチレータ固定化ケイ酸粒子の粉末を得た。シンチレータ固定化ケイ酸粒子は、含まれる有機シンチレータの濃度が高いため検出感度を向上することができ、親水性のシリカ（珪石粉末）を担体とするため水溶液を吸収できるため水溶液中の放射性核種の検出が容易であり、さらに担体（粒子）上での３Ｈの濃縮が期待できる。
【００２１】
本発明の実施形態に係るシンチレータ固定化ケイ酸粒子入りバイアルの製造方法を図１を用いて説明する。３Ｈの崩壊よって生じるβ線のエネルギーは、約１８．６ｋｅＶと低いため、シンチレータの発光効率を上げる必要がある。図１の製造方法は、シンチレータの発光効率を向上し、検出を容易とするために、シンチレータ固定化ケイ酸粒子の密度を高め、かつ、検体との接触面積を大きくするために分散体と混合するものである。
【００２２】
第１工程では、上述の製造方法（特願２０１５−０９０９３９号）にしたがってシンチレータ固定化ケイ酸粒子１００を得る。第１工程中の溶媒の除去法として、加熱法、ろ過法、ロータリーエバポレータによる蒸発法のいずれかを用いることができる。第１工程において、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００の粉末を調製する時に、加える有機シンチレータ（ＰＰＯ、ＰＯＰＯＰ、安息香酸）の濃度を例えば１倍から１６倍まで変えて調製し感度比率を最適することもできる。第２工程では、このシンチレータ固定化ケイ酸粒子１００を錠剤成型器等を用いて加圧（例えば約６０００ｋｇ／ｃｍ２）することによりペレット１００ａに圧縮成型し高密度化する。ペレット１００ａの大きさは、限定するものではないが、好ましくは直径約５〜１０ｍｍで厚さ０．０５〜０．２ｍｍ、より好ましくは、直径約１０ｍｍで厚さ約０．１ｍｍとすることができる。ペレット１００ａに成形することにより、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００の密度が高まり、発光効率の向上が期待できる。第３工程では、ペレット１００ａを粉砕機（ボールミルまたはロッドミル等）で粉砕しペレット粉砕粒１００ｂを得る。ペレット粉砕粒１００ｂの粒径は、好ましくは１ｍｍ〜０．０５ｍｍ、より好ましくは１ｍｍ〜０．１ｍｍとすることができる。これによって、品質均等化、及び信頼性向上をはかることができる。
【００２３】
第４工程では、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００またはペレット粉砕粒１００ｂを分散体２００と混合して分散化する。この分散化により、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００またはペレット粉砕粒１００ｂの沈殿を防止しつつ、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００またはペレット粉砕粒ｂを分散体２００に対して均等に分散することができる。第４工程において、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００またはペレット粉砕粒１００ｂは分散体２００にできるだけ高密度かつ均等に分散させなければならない。ここで用いる分散体２００は、高密度にシンチレータ固定化ケイ酸粒子１００またはペレット粉砕粒１００を保持可能なものを用いることができる。例えば、水系検体用の分散体２００として、親水性で紫外線から可視光線を透過するポリビニルアルコール（ＰＶＡ）をγ線等で一部架橋したゲルを用いることができる。固体検体用の分散体２００としては、ＫＢｒ粉末を用いることもできる。第５工程では、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００またはペレット粉砕粒１００ｂを含む分散体２００をバイアル（内側容器）３００に収容する。
【００２４】
最適性能を発揮するシンチレータ固定化ケイ酸粒子の決定ならびにその確認のために、蛍光寿命測定装置を用いて、シンチレータ固定化ケイ酸粒子に含まれる３種類の有機シンチレータ（ＰＰＯ、ＰＯＰＯＰ、安息香酸）間の最適のエネルギー移動を調べた。これまで、浜松ホトニクス株式会社製の小型蛍光寿命装置によるサンプル測定では、それぞれの有機シンチレータの励起波長で励起して発光波長である４４５ｎｍでモニターすると、２．７ｎｓｅｃ，１．６ｎｓｅｃ，１．４ｎｓｅｃの速い成分と６．１ｎｓｅｃ，３．４ｎｓｅｃ，２．６ｎｓｅｃの遅い成分の２種類の蛍光寿命が得られた。これらの蛍光寿命と３Ｈの発光量との関係に基づき、最適化と製造時の品質検査を行うことができる。また、さらに、液体シンチレーションカウンタを用いて、１Ｂｑの放射能を測定可能であることを、標準放射能溶液を使用して確認した。
【００２５】
図２に、本実施形態に係るバイアル（内側容器）３００を示す。このバイアル３００は、後述する、図３のシンチレーション光増幅装置４００及び図４の専用測定装置５００の２種類に搭載可能である。バイアル３００は、有底筒状に形成され紫外線から可視光線を透過可能な容器本体３０２と、容器本体３０２の開口を開閉する蓋３０１と、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００またはそのペレット粉砕粒１００ｂを分散した分散体２００とから構成される。図２（ａ）は、放射線が測定される検体がバイアル３００内に収容されていない状態であり、図２（ｂ）は、放射線が測定される検体（３Ｈ含有水）Ｓがバイアル３００内に収容された状態である。
【００２６】
本発明に係るシンチレータ固定化ケイ酸粒子１００は、予め励起状態にすると、３Ｈ含有水のβ線によって発生するシンチレーション光（４５０ｎｍ付近）が増強される。そこで、図３のシンチレーション光増幅容器４００や、図４の専用測定装置５００に示すように、バイアル３００中のシンチレータ固定化ケイ酸粒子１００またはペレット粉砕粒１００ｂに対する、励起光源（３７０ｎｍ付近）と、シンチレーション光（４５０ｎｍ付近）を選択的に取り出すフィルタとを取り付けて感度（Ｓ/Ｎ比）の増強を行うことができる。
【００２７】
〔汎用測定装置用のシンチレーション光増幅容器〕
本実施形態のシンチレーション光増幅容器４００は、ペレット粉砕粒１００ｂまたはシンチレータ固定化ケイ酸粒子１００入りのバイアル（内側容器）３００を収容した状態で、不図示の市販の液体シンチレーションカウンタ（汎用測定装置）に搭載可能である。シンチレーション光増幅容器４００を図３を用いて説明する。シンチレーション光増幅容器４００は、有底筒状に形成され可視光線を透過可能な容器本体（外側容器）４０１と、容器本体４０１の開口を開閉する蓋４０２と、容器本体４０１内に配置される励起光照射部４０３と、容器本体４０１の内壁面または外壁面に連続的に設けられ、シンチレーション光（例えば、４２５ｎｍ付近から４５０ｎｍ付近の範囲）を選択的に透過するフィルタ４０４と、バイアル３００とから構成される。バイアル３００は、ペレット粉砕粒１００ｂまたはシンチレータ固定化ケイ酸粒子１００を分散した分散体２００を収容している。測定時に分散体２００は、バイアル３００内で試料Ｓと混合される。また、バイアル３００は、容器本体４０１内で励起光照射部４０３の上に配置される。フィルタ４０４は、シンチレーション光のみを選択的に透過するため、ＬＥＤユニット４０３ａからの励起光（３７０ｎｍ付近）がシンチレーション光増幅容器４００の外に漏れることを防止できる。
【００２８】
励起光照射部４０３は、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００またはペレット粉砕粒１００ｂを励起するＬＥＤユニット（光源）４０３ａと、ＬＥＤユニット４０３ａを駆動する電池（電源）４０３ｂと、ＬＥＤユニット４０３ａの動作を制御する制御回路４０３ｃとから構成される。励起光照射部４０３は、さらに、ＬＥＤユニット４０３ａの動作時間を制御するタイマー、及び／または、ＬＥＤユニット４０３ａのＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチを備えることができる。
【００２９】
市販の液体シンチレーションカウンタには、一般に１００ｍｌと２０ｍｌの市販のバイアルが使用され、これらのバイアルに検体Ｓを入れて検査が行われる。そこで、本実施形態のシンチレーション光増幅容器４００は、１００ｍｌの市販のバイアルと同じ外形とし、市販の液体シンチレーションカウンタに、シンチレーション光増幅容器４００をそのまま収容可能な構造にする。シンチレーション光増幅容器４００の中には、２０ｍｌのバイアル３００を入れることができる。
【００３０】
検体（３Ｈ含有水）Ｓからのβ線を測定する際は、検体Ｓをバイアル３００の容器本体３０１に投入し、バイアル３００中のシンチレータ固定化ケイ酸粒子１００またはペレット粉砕粒１００ｂ入り分散体（ゲル）２００と混合して均等に分散した後、蓋３０１を閉める。そして、この検体Ｓ入りバイアル２００を、図３に示すようにシンチレーション光増幅容器４００内に収容し、市販の液体シンチレーションカウンタに収容する。この状態で、励起光照射部４０３が発生する励起光が、検体Ｓに照射されると、ゲル２００中のシンチレータ固定化ケイ酸粒子１００がシンチレーション光を増幅する。増幅されたシンチレーション光は、バイアル３００、フィルタ４０４、容器本体４０１を透過して、市販の液体シンチレーションカウンタの光電子増倍管（ＰＭＴ）で測定される。
【００３１】
〔バイアル専用放射線検出装置〕
本発明の放射線検出装置５００は、図２のバイアル３００専用であり、図４を用いて説明する。放射線検出装置５００は、筺体５０１と、バイアル３００を収容する収容部５０２と、制御ユニット５０３と、収容部５０２の壁面開口に設けられ、シンチレーション光を選択的に透過するフィルタ５０４と、バイアル３００内のペレット粉砕粒１００ｂまたはシンチレータ固定化ケイ酸粒子１００に励起光を照射するＬＥＤユニット（励起光照射部）５０５と、フィルタ５０４を透過したシンチレーション光を測定する光電子増倍管（ＰＭＴ）５０６と、ＰＭＴ５０６が測定したシンチレーション光の値を表示する表示ユニット（ＬＣＤ等）５０７とを備える。
【００３２】
制御ユニット５０３は、電源部５０３ａを備えるとともに、ＬＥＤユニット５０５、ＰＭＴ５０６、表示ユニット５０７を制御する。さらに、放射線検出装置５００は、ＬＥＤユニット５０５の動作時間を制御するタイマー、及び／または、ＬＥＤユニット５０５のＯＮ／ＯＦＦを制御するスイッチを備えることができる。放射線検出装置５００は、シンチレーション光増幅容器４００を搭載する汎用検出装置に比べて構造が簡素であることから、容易に小型化、携帯化が可能となる。
【００３３】
〔非接触型の放射線測定装置〕
一般的に放射性ストロンチウムは、９０Ｓｒ−９０Ｙの放射平衡状態にあり、９０Ｓｒの放射能を測定する方法は、「放射性ストロンチウム分析法（昭和５８年３訂科学技術庁）」に規定されている。この放射性ストロンチウム分析法は、イオン交換法、発煙硝酸法、シュウ酸塩法、溶媒抽出法などを用いて放射化学的に９０Ｓｒのみを分離した後、９０Ｓｒ−９０Ｙの放射平衡とした後、液体シンチレーションカウンタで測定して９０Ｓｒの放射能を算出する。従って、分析に２〜３週間の期間を要することが知られている。
【００３４】
分析に要する時間を短縮する方法として、中野らにより「液体シンチレーションカウンタを用いた排水中８９Ｓｒ及び９０Ｓｒ迅速分析法、RADIOISOTOPES, 59, 319-328 (2010)」が提案されている。この迅速分析法は、９０Ｓｒと９０Ｙのβ線エネルギーの違いを利用して、３〜４日間で分析するものである。また、２０１４年には、S. Saiba らは、モンテカルロシミュレーションを用いてβ線エネルギーの違いによる「放射性ストロンチウム非破壊検出法の新規開発」を発表して直接土壌中の９０Ｓｒと８９Ｓｒの放射能を定量する方法を提案している。前者は液体シンチレータを、後者はプラスチックシンチレータを使用している。これに対し、本発明の実施形態に係る非接触型の放射線測定装置は、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００等を使用してシンチレーション光を増幅するため、かなりの高感度化が期待できる。
【００３５】
環境中に放出した放射性ストロンチウムを検出するためには、８９Ｓｒ、９０Ｓｒ、９０Ｙからのβ線のエネルギー１．４９５ＭｅＶ、０．５４６ＭｅＶ、２．２８ＭｅＶを弁別しなければならない。これらのβ線により効果的にシンチレーション光を得ることができるように、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００のペレット１００ａまたはペレット粉砕粒を用いる。特性評価には、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００が含有する有機シンチレータの蛍光寿命測定によるそれぞれのβ線エネルギーに最適な濃度割合を決定することができる。
【００３６】
一方、８９Ｓｒ、９０Ｓｒ、９０Ｙのそれぞれが発生するβ線の空気中での飛程は、飛程とエネルギーの実験式（Ｅ＞０．８ＭｅＶと０．１５ＭｅＶ＜Ｅ＜０．８ＭｅＶの場合）と空気の密度（１．２９３ｍｇ／ｃｍ３）を用いて約５．２ｍ、１．４ｍ、８．５ｍと計算できることから、８９Ｓｒ、９０Ｓｒ、９０Ｙの飛程関係は、接触せず、ある程度距離（特に９０Ｓｒなら１．４ｍ以下）があれば選択的に測定できると考えられる。具体的には以下の構成の非接触型の放射線測定装置６００で測定を実施する。
【００３７】
放射線検出装置（ストロンチウム測定装置）６００は、液体シンチレータシリカ及びプラスチックシンチレータを使用せず、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００等を含むシンチレーション発光部６０２を特徴とする。このストロンチウム検出装置６００を図５を用いて説明する。ストロンチウム検出装置６００は、アクリル等のβ線を遮蔽する材料から形成される筺体６０１と、シンチレーション発光部６０２と、シンチレーション発光部６０２に励起光を照射するＬＥＤユニット（励起光照射部）６０５と、制御ユニット６０３と、シンチレーション発光部６０２が発生するシンチレーション光（４５０ｎｍ付近）を測定する光電子増倍管（ＰＭＴ）６０６と、ＰＭＴ６０６の測定結果を表示する表示ユニット６０７と、β線遮蔽指向性筒６０９と、β線遮蔽指向性筒６０９のシンチレーション発光部６０２側に設けられた可視光遮光フィルタ６０４と、シンチレーション発光部６０２から測定位置７００までの距離をレーザー等で測定する距離測定部６０８とから構成される。
【００３８】
β線遮蔽指向性筒６０９は、アクリル等のβ線を吸収遮断する材料から形成される。筒状に形成することにより、筒の長手方向に対して並行でない方向から侵入するβ線を遮蔽することができる。ストロンチウム検出装置６００による９０Ｓｒの測定距離は、好ましくは１．４ｍ以内、より好ましくは１ｍ以内とすることができる。これによって、測定距離以内である場合、ＰＭＴ６０６が検出したβ線の線量と距離測定部６０８が測定した距離とから９０Ｓｒを選択的に測定することができる。
【００３９】
シンチレーション発光部６０２は、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００、ペレット１００ａ、またはペレット粉砕粒１００ｂを、紫外線から可視光線を透過可能なセルに密閉したものである。シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００、ペレット１００ａ、またはペレット粉砕粒１００ｂは、好ましくは、平坦なセル内面にペレット１００ａを張り付けるか、平坦なセル内面にこれらのいずれかを塗り付けるか、またはセル内にこれらのいずれかを充填することにより、セル内に均等に固定することができる。シンチレーション発光部６０２は、筺体６０１に対してスライドして着脱可能に搭載することができ、交換可能となる。シンチレーション発光部６０２内のシンチレータ固定化ケイ酸粒子１００、ペレット１００ａ、またはペレット粉砕粒１００ｂは、温度、湿度、衝撃等の各種環境変化に対応するために、セル内に密閉される。
【００４０】
本発明の実施形態に係るシンチレーション光増幅容器、放射線測定装置は、検体からの放射線を現場（オンサイト）で迅速（オンタイム）に分析することができる。また、本発明の実施形態に係る放射線測定装置は、片手で持てる程度のハンディタイプに構成する（小型化する）ことができる。本発明の実施形態に係る放射線測定装置は、シンチレーション光を増幅することができるため、迅速で、精度も従来法と比較して同等以上とすることができる。
なお、本願の特許請求の範囲に記載の「シンチレータ固定化ケイ酸粒子」は、シンチレータ固定化ケイ酸粒子１００、ペレット１００ａ、ペレット粉砕粒１００ｂのいずれかを含むものとする。
【実施例】
【００４１】
本発明の実施例に関して、シンチレータ固定化ケイ酸粒子を予め励起状態した場合のシンチレーション光の増強に関する実験を説明する。この実験には、シンチレータ固定化ケイ酸粒子ペレットを用いた。シンチレータ固定化ケイ酸粒子ペレットは蛍光と熱蛍光及び応力発光を示した。応力発光の強度は室温で約30分で約90%減少した。ペレット表面に2687±11 Bq のトリチウムをあらかじめ滴下する、または紫外光を照射することによって浅いトラップが励起されると、0.8±0.2 Bqのトリチウムの検出効率は27倍から212倍まで増加した。
【００４２】
図６は、CCD画像（左）とシンチレータ固定化ケイ酸粒子ペレットをプラスチックで部分的に外側をリング状に6000 kg/cm2で加圧して覆った時の発光画像（応力発光）である。図７は、369 nmのLED光をシンチレータ固定化ケイ酸粒子ペレットの一部分に照射しながら、照射時間の関数としてのシンチレータ固定化ケイ酸粒子ペレットの発光の計数率である。HIDEX Triathler LSCでガラスバアルにて測定した。図７において、ケイ酸粒子に対する有機シンチレータ(PPO, POPOP,安息香酸）の濃度比が4倍（黒四角：x4）,8倍（黒三角：x8）, 16倍（黒丸：x16）である。参照として、白抜きの黒丸は名刺状の厚紙に同様にLED光を照射しながら測定した。
【００４３】
図８は、ガラスバイアルにセットされ、LED光(369 nm)で照射されたシンチレータ固定化ケイ酸粒子ペレットの写真である。キャップが閉まった時にLEDの先端がペレット表面に近づくようにLEDはキャップにセットされた。
図９は、シンチレータ固定化シリカナノ粒子のエネルギー構造図とシンチレーション機構を示している。図１０は、前もって滴下したトリチウム（1923±49 cpm and 2174±93 cpm）またはマントル(399±20 cpm)照射によって励起されたシンチレータ固定化ケイ酸粒子ペレットの計数率とそれらの滴下または照射されたシンチレータ固定化ケイ酸粒子ペレットで測定した0.8±0.2 Bqのトリチウムの計数率との関係を示すグラフである。
【００４４】
図１１は、PMTの感度に対する生じた電圧の関係を示すグラフである。生じた電圧はバックグラウンド電圧と0.8±0.2 Bqのトリチウムをシンチレータ固定化ケイ酸粒子ペレットに滴下したことにより観測された電圧の差を示している。LLはHHよりかなり感度が大きいことを示している。黒四角は0 mAで黒丸は 5 mAをLEDに加えた場合を示す。
図１２は、改造したPMTとペレットのセッティング位置の写真である。浜松フォトニクス株式会社製フォトメーター(モデル C12522)を使用した。光照射部位は改造された、小さなLED(日亜社製  NSSU123T)紫外光（375 nm）が、ペレットの中心部からのシンチレーション光を妨げることがないようにフォトメーターの外側のリングの部分にセットされた。
【符号の説明】
【００４５】
１００    シンチレータ固定化ケイ酸粒子
１００ａ  ペレット
１００ｂ  ペレット粉砕粒
２００    分散体
３００    バイアル（内側容器）
４００    シンチレーション光増幅容器
４０１    容器本体（外側容器）
４０３    励起光照射部
４０４    フィルタ
５００    放射線検出装置
５０５    ＬＥＤユニット（励起光照射部）
５０６    光電子増倍管（検出部）
６００    放射線測定装置
６０５    ＬＥＤユニット（励起光照射部）
６０２    シンチレーション発光部
６０６    光電子増倍管（検出部）
６０８    距離測定部
【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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【図１２】
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