(57)【要約】      （修正有）【課題】車などの移動体に搭載して、所望の速度で移動しながら、複数の測定区画にわたって、面的にγ線のエネルギー測定を行うγ線エネルギースペクトル測定方法を提供する。【解決手段】γ線検出器を設置することと、前記γ線検出器からの出力から、γ線検出器に入射したγ線のエネルギー情報を抽出することと、前記γ線が前記γ線検出器に入射した時点に対応する現在位置情報及び現在時刻情報を取得することと、前記γ線のエネルギー情報と、前記現在位置情報と、前記時刻情報とを関連付けて記憶することと、を備えるγ線エネルギースペクトル測定方法。【選択図】図８
2015184188.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
γ線のエネルギースペクトルを測定する方法であって、
γ線検出器を設置することと、
前記γ線検出器からの出力から、γ線検出器に入射したγ線のエネルギー情報を抽出することと、
前記γ線が前記γ線検出器に入射した時点に対応する現在位置情報及び現在時刻情報を取得することと、
前記γ線のエネルギー情報と、前記現在位置情報と、前記時刻情報とを関連付けて記憶することと、
を備えるγ線エネルギースペクトル測定方法。
【請求項２】
前記γ線検出器は、移動体に搭載されており、
前記移動体が移動している状態で、前記γ線のエネルギー情報を抽出することと、前記現在位置情報及び前記現在位置情報を取得することとが実行されることを特徴とする請求項１に記載のγ線エネルギースペクトル測定方法。
【請求項３】
前記γ線検出器は、ＣｓＩシンチレーション検出器である請求項１又は２に記載のγ線エネルギースペクトル測定方法。
【請求項４】
前記現在位置情報は、ディファレンシャルＧＰＳを用いて取得されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のエネルギースペクトル測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば移動体に搭載されて、移動しながらγ線のエネルギースペクトルを測定する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
福島第１原子力発電所で発生した大規模な放射性物質の漏洩事故のような原子力災害が発生した場合、漏れ出した放射性物質は半径数十ｋｍ〜数百ｋｍ（あるいはそれ以上）の広範囲の地域に拡散する。このような原子力災害が発生した場合、空間線量の分布を示すマップ（以下、放射線量率マップと呼ぶ）を作製することは、拡散した放射性物質がどこにどのくらい分布しているかを推定するため、及び、住民の被曝管理や放射性物質の拡散状況を推定するために重要であり、住民の避難区域や屋内退避区域を画定したり、住民が無用の被曝をしないように種々の規制区域を設けたりするために有用である。また、放射線量率マップの作製することは、除染計画や被害を受けた地域の環境修復の計画等を立てる上でも非常に重要である。
【０００３】
なお、空間線量率（又は放射線量率）とは、対象とする空間の単位時間当たりの放射線量のことである。放射線の量を、物質が放射線から吸収したエネルギー量（吸収線量）で測定する場合、空間線量率は、吸収線量の単位であるＧｙ（グレイ）を用いてＧｙ／ｈ（グレイ／時）で表される。あるいは、放射線の量を、生体の被曝の影響による生物学的影響の大きさ（線量当量）で測定する場合、空間線量率は、線量当量の単位であるＳｖ（シーベルト）を用いてＳｖ／ｈ（シーベルト／時）で表される。なお、線量当量は、吸収線量に生体への影響に応じた係数をかけることにより求められる。空間線量率をモニターすることにより、放射性物質の漏洩をいち早く検知することができるとともに、必要に応じて、近隣住民に対して避難勧告などの適切な指示を出すことができる。
【０００４】
そこで、本発明者らは、福島第１原子力発電所で発生した放射性物質の漏洩事故後の環境の汚染状況を把握するために、放射線量率（γ線の空間線量率等）を容易に、且つ、長期的に計測するために好適な放射線量率マップデータ収集システムとして、ＫＵＲＡＭＡシステム（Ｋｙｏｔｏ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ＲＡｄｉａｔｉｏｎ  ＭＡｐｐｉｎｇシステム）の開発を行った（特許文献１参照）。さらに、特許文献２に示されるように、放射線計測に不慣れなユーザーであっても容易且つ正確に放射線量率マップデータを収集することができる放射線量率マップデータ収集システムとして、ＫＵＲＡＭＡシステムを改良したＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステムの開発も行ってきた。
【０００５】
そして、後述のように、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステムは、すでに福島県などにおいて、実用化に向けた試験が行われている。例えば、福島市内、郡山市内において、定期的に所定のルートを巡回する一部の路線バスには、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステムが搭載されており、路線バスのルート上の空間線量率測定を行うために用いられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−０３２９２６号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３４１０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステムは、γ線の空間線量率を測定しうるだけではなく、後述のように、エネルギースペクトルを測定することも可能である。ここで、従来、ある地点において、γ線のエネルギースペクトルを測定する際には、γ線検出器をその地点に設置して、カウント数が十分な統計量に達するまで、数分〜数時間にわたって測定を継続するのが一般的であった。この場合において、複数の測定区画を設定して、これらの複数の測定区画にわたって面的な測定を行うためには、検出器の設置→測定→移動→検出器の設置→測定→移動を繰り返す必要があった。ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステムのように、車などの移動体に搭載して測定を行う場合においても、目的とする測定区画内で十分な統計量が得られるような遅い速度で移動することが必要であった。しかしながら、一般の交通との兼ね合いで、そのような測定を実施することは困難であった。
【０００８】
本発明の目的は、車などの移動体に搭載して、所望の速度で移動しながら、複数の測定区画にわたって、面的にγ線のエネルギー測定を行うことができるγ線エネルギー測定方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の態様に従えば、γ線のエネルギースペクトルを測定する方法であって、
γ線検出器を設置することと、
前記γ線検出器からの出力から、γ線検出器に入射したγ線のエネルギー情報を抽出することと、
前記γ線が前記γ線検出器に入射した時点に対応する現在位置情報及び現在時刻情報を取得することと、
前記γ線のエネルギー情報と、前記現在位置情報と、前記時刻情報とを関連付けて記憶することと、
を備えるγ線エネルギースペクトル測定方法が提供される。
【００１０】
本発明のγ線エネルギースペクトル測定方法によれば、例えば、γ線検出器を移動体に搭載することにより、移動しつつ、所望の測定区画におけるγ線のエネルギースペクトルを測定することができる。そして、測定後又は測定中に、所望の地点及び／又は所望の時間に関するγ線のエネルギースペクトルを再構成することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、車などの移動体に搭載して、所望の速度で移動しながら、複数の測定区画にわたって、面的にγ線のエネルギー測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１はＫＵＲＡＭＡシステム１の概略図である。
【図２】図２はＮａＩシンチレーション検出器１０の概略図である。
【図３】図３は３次元マップ上に空間線量率の大きさによって色分けされたマーカーを表示した空間線量率マップの一例である。
【図４】図４は、２次元マップ上に空間線量率の大きさによって色分けされたマーカが表示された空間線量率マップの一例である。
【図５】図５はＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステムの概略図である。
【図６】図６はＣｓＩシンチレーション検出器の概略図である。
【図７】図７はパルス波高スペクトルの一例である。
【図８】図８は実証実験において、福島市内に適用したメッシュを示す図である。
【図９】図９は再構成した福島駅前（図８中のバルーンの示すメッシュ）のエネルギースペクトルである。
【図１０】図１０は４０Ｋの崩壊図式である。
【図１１】図１１は１３４Ｃｓの崩壊図式である。
【図１２】図１２は１３７Ｃｓの崩壊図式である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
上述のように、本発明者は、本実施形態に係るγ線エネルギースペクトル測定システムの開発に先がけて、ＫＵＲＡＭＡシステム及びその改良版であるＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステムと呼ばれる放射線量率マップデータ収集システムを開発した。ここで、ＫＵＲＡＭＡとは、「Ｋｙｏｔｏ  Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ＲＡｄｉａｔｉｏｎ  ＭＡｐｐｉｎｇ」の略であり、本発明者を中心にして京都大学において開発された空間線量率マップを作製するためのシステムである。
【００１４】
本実施形態に係るγ線エネルギースペクトル測定システムは、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステムを改良したものである。そこで、本実施形態に係るγ線エネルギースペクトル測定システムについて説明する前に、先ず、本発明者が中心となって開発されたＫＵＲＡＭＡシステム１（放射線量率マップデータ収集システム）及びその改良版であるＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００について説明する。
＜ＫＵＲＡＭＡシステム１の概略＞
【００１５】
図１に示されるように、ＫＵＲＡＭＡシステム１は空間線量率を測定する放射線測定器としてのＮａＩシンチレーション検出器１０と、全地球測位システム（ＧＰＳシステム）を利用して現在位置の情報を取得するＧＰＳユニット２０（位置情報取得機構）と、ＮａＩシンチレーション検出器１０及びＧＰＳユニット２０により取得されたデータ（線量率データ及び位置データ）を処理するデータ処理システム３０と、ＮａＩシンチレーション検出器１０からのアナログ出力をＡ／Ｄ変換してデータ処理システム３０に取り込むためのインターフェースユニット４０と、データ処理システム３０により処理されたデータを後述のサーバ９０に送信するデータ送信ユニット５０とを主に備える。
【００１６】
図２に示されるように、ＮａＩシンチレーション検出器１０は、発光中心としてのタリウム（Ｔｌ）がドープされたＮａＩ結晶１１及びＮａＩ結晶１１に光学的に接続された光電子増倍管（不図示）が内部に配置された円筒形状の測定部１２と、光電子増倍管に所定の電圧を印加する高圧電源や光電子増倍管からの出力信号を成形し波高分別するための電子回路が配置された本体部１３と、測定部１２及び本体部１３を電気的に接続するケーブル１４とを主に備える。本体部１３には、測定された、単位時間あたりの放射線（γ線又はＸ線）の線量（以下、空間線量率という）を表示するメータ１３ａ、ＮａＩシンチレーション検出器１０の測定レンジを切り替えるレンジスイッチ１３ｂ、測定された空間線量率に対応したアナログ電圧信号を出力する出力部１３ｃ等が設けられている。
【００１７】
ここで、ＮａＩ結晶１１の内部にγ線、Ｘ線などの放射線が入射した場合、ＮａＩ結晶１１を構成する原子と放射線との相互作用により、高エネルギーの電子が放出されることがある。放出された高エネルギーの電子は、周りの原子を励起させつつエネルギーを失うが、励起された周りの原子からはシンチレーション光が発せられる。言い換えると、放出された高エネルギーの電子の運動エネルギーがシンチレーション光に変換される。このシンチレーション光の光量は、放出された電子の運動エネルギーの大きさに依存し、放出された電子の運動エネルギーの大きさは、ＮａＩ結晶１１を構成する原子と放射線との相互作用の大きさに依存する。このことから、ＮａＩ結晶１１から発せられるシンチレーション光の光量を測定することにより、γ線、Ｘ線などの放射線がＮａＩ結晶１１を構成する原子との相互作用によって結晶内部で失ったエネルギーの大きさを求めることができる。具体的には、ＮａＩ結晶１１から発せられたシンチレーション光の光量を、ＮａＩ結晶１１に光学的に接続された不図示の光電子増倍管により測定する。光電子増倍管からの出力信号は、本体部１３に配置された電子回路により信号処理され、空間線量率が求められる。測定された空間線量率がメータ１３ａに表示されるとともに出力部１３ｃから空間線量率の大きさに応じたアナログ電圧信号（例えば、０〜１０ｍＶ）が出力される。
【００１８】
インターフェースユニット４０は、出力部１３ｃから出力されるアナログ電圧信号を増幅するオペアンプ４１と、オペアンプ４１により増幅されたアナログ電圧信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器４２とを主に備える。なおオペアンプ４１は、例えば０〜１０ｍＶの低電圧のアナログ電圧信号を０−１０Ｖのアナログ電圧信号に増幅する。
【００１９】
インターフェースユニット４０のＡＤ変換器４２によりＡＤ変換された、空間線量率に関する情報を含むデジタル信号（以下、空間線量率信号と呼ぶ）と、現在位置の情報を含むＧＰＳユニット２０からの出力信号（以下、ＧＰＳ出力信号と呼ぶ）とがデータ処理システム３０に入力される。データ処理システム３０は、空間線量率信号とＧＰＳ出力信号から、現在位置に関する情報（測定位置データ）を抽出するとともに、その位置での空間線量率データを抽出する。そして、測定位置データ（例えば、緯度情報及び経度情報）と空間線量率データとを関連付けて空間線量率マップデータ（放射線量率マップデータ）を作成し、これをテキストファイルに記録する。このテキストファイルには、１〜１０秒間隔で、空間線量率マップデータ（すなわち、測定位置データ及びその位置における空間線量率データ）が追加更新される。
【００２０】
空間線量率マップデータが順次記載されたテキストファイルは、データ送信ユニット５０によりサーバ９０に送信される。サーバ９０上に置かれたファイルは、他のユーザとの間で共有することも可能である。
【００２１】
上述のように、テキストファイルには、測定位置データと、それに関連付けられた空間線量率データとが記載されているので、これを用いて空間線量率マップを作製することができる。具体的には、例えば白地図を用意して、白地図上の測定位置に対応する箇所に、空間線量率の大きさによって色分けされたマーカー（例えばドットなど）を表示してもよい。あるいは、等高線マップを作製してもよい。
【００２２】
また、測定位置データ及び空間線量率データを、電子地図データ（例えば、Ｇｏｏｇｌｅ社のＧｏｏｇｌｅ  Ｅａｒｔｈ（登録商標）等）と組み合わせることも可能である。この場合には、上述のようなＧｏｏｇｌｅ社のＧｏｏｇｌｅ  Ｅａｒｔｈ（登録商標）を用いて、３次元マップ上に空間線量率の大きさによって色分けされたマーカが表示された空間線量率マップ（図３参照）や、２次元マップ上に空間線量率の大きさによって色分けされたマーカが表示された空間線量率マップ（図４参照）などの、視覚的に分かり易い空間線量率マップを形成することができる。
＜ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００の概略＞
【００２３】
さらに、本発明者が中心となって、上記ＫＵＲＡＭＡシステム１を、単に空間線量率のデータを収集するだけでなく、γ線のエネルギー測定も同時に行えるように改良し、以下のようなＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００を開発した。
【００２４】
以下、図５を参照しつつ、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００について説明する。なお、上述のＫＵＲＡＭＡシステム１と相違する点について説明することとし、共通する構成要素については同一の参照符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
図５に示すように、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００は、ＣｓＩシンチレーション検出器１１０と、ＧＰＳユニット２０と、データ処理システム３０と、インターフェースユニット１４０と、データ送信ユニット５０と、コントローラ１６０とを有する。後述のように、インターフェースユニット１４０は、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社のＣｏｍｐａｃｔ  ＲＩＯシステムにより実現されている。また、前述のＫＵＲＡＭＡシステム１においては、データ処理システム３０はネットブックと呼ばれる軽量、小型のノート型パソコンにおいて起動するプログラムにより実現されていた。ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００においては、インターフェースユニット１４０を構成するＣｏｍｐａｃｔ  ＲＩＯシステムに搭載される小型のＰＣモジュールにおいて起動するプログラムにより実現されている。また、ＧＰＳユニット２０及びデータ送信ユニット５０も、ＰＣモジュールに対して、ＵＳＢなどを介して取り付けられる小型モジュールである。また、コントローラ１６０も、同じＰＣモジュールにより実現されている。つまり、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００は、実質的には、インターフェースユニット１４０、データ処理システム３０、コントローラ１６０等を構成するＣｏｍｐａｃｔ  ＲＩＯシステムと、ＣｓＩシンチレーション検出器１１０と、ＧＰＳユニット２０及びデータ送信ユニット５０等の小型モジュールとによって構成されている。そして、これらの各装置（ユニット）は同一の筐体の中に配置することも可能である。そのため、ＫＵＲＡＭＡシステム１に比べて、格段に携帯性に優れているとともに、ユーザーが各ユニットの接続作業を行う必要がほとんどないため、誤接続などのトラブルの発生を抑えることができる。
【００２６】
また、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００においては、ＮａＩシンチレーション検出器１０に代えて、ＣｓＩシンチレーション検出器１１０を採用している。その理由は以下の通りである。一般に、物質とγ線との相互作用は、物質を構成する元素の原子番号が大きくなるほど大きくなることが知られている。ここで、Ｎａの原子番号は１１であるのに対して、Ｃｓの原子番号は５５であることから、ＮａＩシンチレーション検出器とＣｓＩシンチレーション検出器とを比べると、ＣｓＩシンチレーション検出器の方がγ線に対する感度が高いと言える。そのため、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００においては、ＮａＩシンチレーション検出器１０に代えてＣｓＩシンチレーション検出器１１０を採用することにより、γ線に対する感度を維持しつつ、システム全体をＫＵＲＡＭＡシステム１と比べてさらに小型軽量化することができた。
【００２７】
また、図６に示すように、ＣｓＩシンチレーション検出器１１０は、ＣｓＩ結晶１１１と、ＣｓＩ結晶１１１に光学的に接続された光電子増倍管、ＭＰＰＣ（Ｍｕｌｔｉ−Ｐｉｘｅｌ  Ｐｈｏｔｏｎ  Ｃｏｕｎｔｅｒ）等の受光素子１１２と、受光素子１１２からの出力されるパルス信号を出力するパルス信号出力部１１３とを有する。なお、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００においては、受光素子１１２としてＭＭＰＣを採用している。ＭＭＰＣは複数のガイガーモードＡＰＤ（アバランシェ  フォトダイオード）のピクセルを含む、常温で使用できる小型の光半導体素子であり、光電子増倍管と比較して低電圧で動作可能であるとともに、磁場の影響を受けにくいという優れた特性を有している。
【００２８】
インターフェースユニット１４０は、パルス信号出力部１１３から出力されるパルス信号を増幅するアンプ（パルスシェーピングアンプ）１４１と、アンプ１４１の出力信号（アナログ信号）をデジタル信号（デジタル値）に変換するＡＤ変換器１４２と、ＦＰＧＡ１４３と、ＣＰＵ１４４とを有する。なお、ＦＰＧＡ１４３とはＦｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙの略であり、製造後に購入者や設計者が構成を設定できる集積回路である。ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００においては、インターフェースユニット１４０として、Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社製のＣｏｍｐａｃｔ  ＲＩＯシステムを採用している。上述のアンプ１４１、ＡＤ変換器１４２、ＦＰＧＡ１４３、ＣＰＵ１４４は、Ｃｏｍｐａｃｔ  ＲＩＯシステムに搭載されるモジュールとして実装されている。なお、前述のように、ＣＰＵ１４４は、Ｃｏｍｐａｃｔ  ＲＩＯシステムに搭載されるＰＣモジュールにより実現されており、このＰＣモジュールはデータ処理システム３０及びコントローラ１６０を兼ねている。ここで、Ｃｏｍｐａｃｔ  ＲＩＯシステムは、再構成可能な組込制御、集録システムであり、上述のＬａｂＶＩＥＷ（登録商標）を用いて各モジュールを直接制御するプログラムを容易に作製することができる。また、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００においては、ＦＰＧＡ１４３を用いることにより、ＡＤ変換器１４２から出力されるデジタル信号に基づいて、パルスのピーク高さの波高弁別、及びノイズレベルのディスクリミネーションをソフトウェア的に実現している。ＦＰＧＡ１４３により得られたパルスのピーク高さに関する情報はＣＰＵ１４４へ送られ、ＣＰＵ１４４は、図７に示されるようなパルス波高スペクトルを作製する。
【００２９】
図７に示されるパルス波高スペクトルの横軸のチャンネル（ＣＨ）はパルス波高を表し、縦軸は各ＣＨのカウント数を表す。ここで、パルス信号出力部１１３から出力されるパルス信号の波高はＣｓＩ結晶１１１内で失われたγ線のエネルギーに比例する。つまり、図７に示されるパルス波高スペクトルは、γ線のエネルギースペクトルに対応する。図７に示されるパルス波高スペクトルは、１３７Ｃｓの標準線源を用いて測定されたものであり、約８０ＣＨの位置に見られるピークが、６６１．７ｋｅＶのγ線（図１２参照）の光電ピークに対応する。なお、光電ピークとは、光電効果によって発生した高エネルギーの電子がＣｓＩ結晶１１１中で全エネルギーを失うことによって発生したパルスに対応するピークである。ここで、光電効果とは、ＣｓＩ結晶１１１を構成する原子とγ線との相互作用を通じてγ線の全エネルギーが原子に与えられてγ線が消滅する代わりに、当該原子から、消滅したγ線のエネルギーとほぼ同じ運動エネルギーを持った高エネルギーの電子が放出される現象をいう。つまり、図７の約８０ＣＨの位置に見られるピークは、１３７Ｃｓの標準線源から放出された６６１．７ｋｅＶのγ線の全エネルギーがＣｓＩ結晶１１１内で失われた場合に発生するパルスに起因するピークである。
【００３０】
このように、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００は、単に空間線量率の測定を行うだけでなく、ＣｓＩシンチレーション検出器１１０からの出力パルス信号のパルス波高スペクトルを測定できるように構成されているため、γ線のエネルギー測定も同時に行うことができる。
＜ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００の改良について＞
【００３１】
上述のように、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００においては、γ線のエネルギー測定を行うことができたが、得られるエネルギースペクトルは、測定時間全体にわたって測定されたエネルギースペクトルであり、複数の所望の測定区画（以下、メッシュともいう）について、各メッシュ毎のエネルギースペクトルを得ることはできなかった。そこで、本発明者は、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００を、所望の速度で移動しながら複数の測定区画にわたって面的にγ線のエネルギー測定を行うことができるようにするために、以下に述べるような改良を行い、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａを開発した。
【００３２】
ここで、改良前のＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００においては、ＣｓＩシンチレーション検出器１１０のパルス信号出力部１１３から出力されるパルス信号は、アンプ１４１で増幅及び成形され、ＡＤ変換器１４２でデジタル信号に変換される。これにより、ＡＤ変換器１４２から、パルスのピーク高さの波高データ（以下、パルス波高データという）が出力される。ここで、パルス信号出力部１１３から出力されるパルス信号の波高はＣｓＩ結晶１１１内で失われたγ線のエネルギーに比例する。つまり、パルス波高データは、ＣｓＩシンチレーション検出器１１０に入射したγ線のエネルギー情報を含んでおり、パルス信号出力部１１３から出力されるパルス信号の波高と、ＣｓＩ結晶１１１内で失われたγ線のエネルギーとの校正曲線を用意することにより、パルス波高データからγ線のエネルギー情報を得ることが可能である。そのことを利用して、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００においては、ＡＤ変換器１４２から出力されるデジタル信号に基づいて、ＦＰＧＡ１４３によりパルスのピーク高さの波高弁別、及びノイズレベルのディスクリミネーションをソフトウェア的に行い、得られたパルスのピーク高さに関する情報をＣＰＵ１４４へ送り、図７に示されるようなパルス波高スペクトルを作製していた。
【００３３】
これに対して、本実施形態に係る、改良されたＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム（以下、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａと記載する）においては、上述のようなパルス波高スペクトルを作製するだけではなく、ＡＤ変換器１４２からパルス波高データが出力されるたびに、当該パルス波高データと、その時点におけるＧＰＳ出力信号から抽出された測定位置データと、時刻データとを関連付けて、エネルギースペクトルマッピングデータを作製している。ここで、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａは、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００のデータ処理システム３０を修正し、おおむね３〜５秒の測定間隔でまとめたパルス波高データに、測定位置データと時刻データを付加できるようにしている。そして、このように改良されたＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａにおいては、得られたエネルギースペクトルマッピングデータを、所定の時間間隔で、ネットワークを介して所定のサーバに送信するように構成されている。そして、測定後（又は測定中）に、サーバに蓄積されたエネルギースペクトルマッピングデータを測定位置データ及び／又は時刻データでソートすることにより、所望の位置及び／又は時刻におけるエネルギースペクトルを構築することが可能となった。
【００３４】
このように改良されたＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａを、福島市内中心部を走行する路線バスに搭載し、２０１３年４月２０日〜４月３０日の１１日間にわたって、エネルギースペクトルマッピングデータの取得を行う実証実験を行った。そして、取得したエネルギースペクトルマッピングデータから、福島市内中心部を１ｋｍメッシュで区切った各メッシュごと（図８参照）にエネルギースペクトルを再構成した。なお本実証実験においては、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａにより取得されたエネルギースペクトルマッピングデータは、ネットワークを介して、ＳＱＬデータベースであるｓｑｌｉｔｅに地理情報処理の機能拡張を施すｓｐａｔｉａｌｉｔｅを追加したものに蓄積した。蓄積されたデータについて総務省第３次地域区画（約１ｋｍの区画に相当）ごとに抽出し、エネルギースペクトルを構築した。
【００３５】
ここで、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａの、路線バス内での設置位置は車内後部座席後方センターライン側と決められている。複数の路線バスに搭載された複数のＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａを用いて実証実験が行われたが、いずれのＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａも路線バス内のほぼ同じ位置に設置されているため、上記測定期間内にわたって、ほぼ同一の測定条件が維持されていると言える。これにより、複数のＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａから得られたエネルギースペクトルマッピングデータを積算することが可能となる。
【００３６】
福島市中心部のあるメッシュ（図８参照）において、２０１３年４月２０日〜４月３０日の間に、約１１時間の積算データが得られ、図９のようなエネルギースペクトルを再構成することができた。図９に示されるエネルギースペクトルでは、１３７Ｃｓ、１３４Ｃｓ、４０Ｋのγ線に由来するピークが弁別できており、この地域における天然核種と事故由来核種の存在比等の推定が可能になることがわかった。なお、図１０に示されるように、４０Ｋからは１００崩壊あたり１０．７回の確率で１４６０．８ｋｅＶのエネルギーのγ線が放出される。また、図１１に示されるように、１３４Ｃｓからは７９５．８ｋｅＶのエネルギーのγ線が１００崩壊あたり８５．４回の確率で放出され、６０４．７ｋｅＶのエネルギーのγ線が１００崩壊あたり９７．６回の確率で放出され、１３６５．２ｋｅＶのエネルギーのγ線が１００崩壊あたり３．０４回の確率で放出される。また、図１２に示されるように、１３７Ｃｓからは６６１．７ｋｅＶのエネルギーのγ線が１００崩壊あたり８５．１回の確率で放出される。
【００３７】
このように、上記実証実験においては、得られたエネルギースペクトルマッピングデータから、特定のメッシュに対応するデータを抽出することにより、当該メッシュにおけるエネルギースペクトルの再構成を行えることがわかった。さらに、エネルギースペクトルマッピングデータには、測定位置データだけではなく、時刻データも含まれている。そのため、時刻データを用いてソートすることにより、特定の時間において測定されたエネルギースペクトルを再構成することも可能である。あるいは、時刻データと測定位置データの両方を用いてソートすることによって、特定の時間において特定のメッシュで測定されたエネルギースペクトルを再構成することも可能となる。例えば、特定のメッシュにおけるエネルギースペクトルを、１日ごとに作製することもできる。この場合には、当該メッシュにおけるエネルギースペクトルの１日ごとの変動を調べることができる。
【００３８】
このように、エネルギースペクトルマッピングデータとして、パルス波高データに測定位置データと時刻データを付加することにより、所望の時間及び／又は場所におけるエネルギースペクトルを再構成することができるようになった。これにより、例えば路線バスにＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａを搭載する場合のように、定期的に所定のルートを巡回する移動体にＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａを搭載した場合において、目的に応じて種々の時間、測定区画におけるエネルギースペクトルを自由に再構築できるようになった。
【００３９】
なお、従来の方法のように、メッシュごとの測定地点でエネルギースペクトルの測定を行い、エネルギースペクトルを取得した後に次の測定地点へ移動して測定することを繰り返す場合には、専門の測定員や機材を占有して実施する必要があった。そして、この場合には、メッシュ内の代表点での測定に限定されてしまうため、その代表点の選定を間違えた場合、メッシュの範囲の代表値としてふさわしくないデータとなる恐れがあった。これに対して、本実施形態に係るＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａを用いる場合においては、メッシュ内を移動しながら測定を行うことができる。そのため、そのメッシュ内の複数の地点における測定データを用いることが可能となり、そのメッシュ内の平均的な特性に近いデータを得ることができると考えられる。
【００４０】
また、例えば、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａを路線バスに搭載して、路線バスの走行ルートに沿った測定を行う場合において、ある地点において急激にγ線量が変動することがありうる。例えば、実際にあった例として、陽電子放射断層撮影（ＰＥＴ診断）を行うために放射性薬剤を投与された患者が、路線バスを利用して帰宅することが挙げられる。この場合には、放射性薬剤を投与された患者が、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａを搭載した路線バスに乗ったときから、路線バスを降りるまでの間、路線バス内部におけるγ線量が急激に増えることになる。
【００４１】
このような場合においても、本実施形態に係るＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａを用いた場合には、所望の時間ごとのエネルギースペクトルの変化を追うことができる。これにより、γ線量が急激に増加している区間のデータを取り除くことができ、放射性薬剤を投与された患者から発せられたγ線の影響を取り除くことが可能となる。このように、本実施形態に係るＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａを用いた場合には、エネルギースペクトルに何か異変が生じた場合には、所望の時間ごと、あるいは、所望の測定区画ごとのエネルギースペクトルを構成して、エネルギースペクトルの変化を追うことが可能である。それによって、異変の原因を突き止めることが容易になるとともに、必要であれば、異変が発生している期間（あるいは測定区画）のデータを取り除くことができ、測定データを無駄にすることなく有効に利用することができる。あるいは、除染作業を行った場合に、除染作業を行った区画における、除染作業の前後でのエネルギースペクトルを比較することが容易となり、除染の効果を容易に検証することができる。また、新たにホットスポット（空間線量率が高くなっている地点）が発生してしまった場合、そのホットスポットがいつどこに発生したのかを突き止めることも容易となる。
【００４２】
以上の説明において、空間線量率を計測する放射線計測器として、ＮａＩシンチレーション検出器１０又はＣｓＩシンチレーション検出器１１０を例に挙げて説明してきた。しかしながら本発明はこのような構成には限られず、γ線のエネルギースペクトルを測定しうる限りにおいて、任意の放射線計測器を用いることができる。例えば、ＮａＩシンチレーション検出器、ＣｓＩシンチレーション検出器のような固体シンチレーション検出器に限らず、Ｇｅ検出器のような半導体検出器を用いることができる。ここで、Ｇｅ検出器などの半導体検出器は、γ線に対する感度がある程度高く、エネルギー分解能も高いという利点を有している。しかしながら、測定中は液体窒素などで冷却し続ける必要があることや、検出器からの信号を取り出して処理するために非常に複雑な電子回路が必要となるなど、その取り扱いが困難である。これに対して、固体シンチレーション検出器は取り扱いが容易であり、本発明に用いられる放射線計測器として好ましい。
【００４３】
上述の説明においては、インターフェースユニット１４０が、パルス信号出力部１１３から出力されるパルス信号を増幅するアンプ（パルスシェーピングアンプ）１４１と、アンプ１４１の出力信号（アナログ信号）をデジタル信号（デジタル値）に変換するＡＤ変換器１４２と、ＦＰＧＡ１４３と、ＣＰＵ１４４とを有しており、これらのアンプ１４１、ＡＤ変換器１４２、ＦＰＧＡ１４３、ＣＰＵ１４４は、Ｃｏｍｐａｃｔ  ＲＩＯシステムに搭載されるモジュールとして実装されていたが、本発明はこれには限られず、必要に応じて任意の構成にすることができる。例えば、ＣｓＩシンチレーション検出器に、アンプ及びＡＤＣが組み込まれている場合には、ＣｓＩシンチレーション検出器からＡＤＣにより変換されたデジタル信号が出力される。このような構成においては、インターフェースユニット１４０はＣｓＩシンチレーション検出器から出力されるデジタル信号に基づいてエネルギースペクトルマッピングデータを作製するように構成されていてもよい。例えば、浜松ホトエレクトロニクス社製のＣ１２１３７は、ＣｓＩシンチレーション検出器にアンプ、ＡＤＣが組み込まれており、ＡＤＣの出力信号がＵＳＢ出力されるように構成されている。このような検出器を採用することも可能である。
【００４４】
また、上述の説明においては、データ処理システム３０としてＣｏｍｐａｃｔ  ＲＩＯシステムに搭載される組み込み型のＰＣモジュールを用い、データ処理システム３０とその他の機器（例えばデータ送信ユニット５０やＧＰＳユニット２０等）はデータ処理システム３０とは独立の機器として設けられていた。しかしながら本発明はこれには限られず、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａのさらなる小型軽量化を実現するために、ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａを構成する各構成部分の一部又は全部を、一体に形成してもよい。例えば、ＧＰＳユニット２０とデータ送信ユニット５０とを組み込んだモジュールを作製し、インターフェースユニット１４０等を構成するＣｏｍｐａｃｔ  ＲＩＯシステムに組み込んでもよい。また、上述の説明において、データ処理システム３０、ＣＰＵ１４４及びコントローラ１６０は、Ｃｏｍｐａｃｔ  ＲＩＯシステムに実装される１個のＰＣモジュールにより実現されていたが、本発明は必ずしもこのような構成には限られない。例えば、コントローラ１６０、ＣＰＵ１４４、データ処理システム３０がそれぞれ独立のＰＣモジュールによって実現されていてもよい。また、Ｃｏｍｐａｃｔ  ＲＩＯシステムの、モジュールが挿抜されるシャーシにもＣＰＵを含む小型コンピュータが搭載されており、必ずしもＰＣモジュールを使用しなくても、シャーシに含まれる小型コンピュータにより各モジュールの制御を行うことが可能である。そして、上述のコントローラ１６０、ＣＰＵ１４４、データ処理システム３０の一部又は全部をシャーシに含まれる小型コンピュータにより実現することも可能である。また、上述の説明においては、測定されたエネルギースペクトルマッピングデータは、ネットワークを介してＳＱＬデータベース等の所定のサーバに送信されていた。しかしながら、本発明はこのような構成には限られない。例えば、測定されたエネルギースペクトルマッピングデータは、コントローラ１６０を構成するコンピュータに含まれるメモリ手段（半導体メモリやＨＤＤ等）に保存されてもよく、コントローラ１６０を構成するコンピュータとは別のコンピュータに含まれるメモリ手段に保存されてもよい。
【００４５】
また、上述の説明においては、インターフェースユニット１４０とＣｓＩシンチレーション検出器１１０とは、１つの筐体の内部に配置されていたが、本発明は必ずしもこのような構成には限られず、これらが独立に設けられていてもよい。また、本発明のインターフェースユニット１４０、データ処理システム３０、コントローラ１６０は、必ずしもＮａｔｉｏｎａｌ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ社製のＣｏｍｐａｃｔ  ＲＩＯシステムを採用する必要はなく、必要に応じて任意のシステムを採用しうる。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本実施形態に係るＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａの別の用途として、農業への応用が考えられる。福島第１原子力発電所で発生した放射性物質の漏洩事故に伴い、しばしば放射性物質による汚染の基準値超えにより農作物の出荷停止処分が取られている。これは、土壌中の放射性セシウムが作物の可食部に移行するためであり、この移行を抑制することが安全な食品の提供のためにきわめて重要な課題である。作物の可食部に移行する放射性セシウムの量は、土壌中のセシウムの量だけに依存するとは限らないことがわかっている。例えば、米などにおいては、可食部に移行する放射性セシウムの量は、土壌中のセシウム濃度だけではなく、カリウム濃度にも依存することが知られており、土壌中の放射性セシウム濃度、及び、カリウム濃度の両方を精度よく測定することが求められている。しかしながら、従来は土壌のサンプルを取得して、土壌中に含まれる放射性セシウムの濃度や土壌中のカリウムの濃度を調べる必要があったため、検査に手間と時間がかかり、広い農地を網羅的に測定することは困難であった。
【００４７】
これに対して、本実施形態に係るＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａは、徒歩用の構成として、バッテリーで駆動するように構成でき、且つ、ＧＰＳとして高精度のＤＧＰＳ（ディファレンシャルＧＰＳ）を利用することもできる。徒歩用に構成されたＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａは軽量で可搬性に優れており、人が背負って農地内を徒歩で移動しつつ測定することができる。あるいは、耕耘機などの農業機械に搭載することも可能である。この際、ＤＧＰＳを用いることにより、徒歩のような低速での移動に伴う位置の変化も、十分な分解能で測定することが可能である。このような、徒歩用に構成されたＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａを用いることにより、容易に農地内の放射性セシウムの分布状況を把握することが可能となる。ここで、カリウムは１ｇあたり約３０Ｂｑの天然放射性同位体カリウム４０Ｋを含んでいる。４０Ｋは、１００崩壊あたり１０．７回の確率で、軌道電子を捕獲して４０Ａｒに崩壊することが知られている（図１０参照）。４０Ｋが４０Ａｒへ崩壊する際に、１４６０．９ｋｅＶのγ線が放出されるため、このγ線の量から土壌中の４０Ｋの濃度（ひいては、土壌中のカリウム濃度）を測定することができる。そのため、カリウムを散布した農地において、上述のような徒歩用に構成されたＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム１００Ａを用いたγ線のエネルギースペクトル測定を行うことにより、農地内の放射性セシウムの分布状況だけでなく、カリウムの分布状況も同時に把握することができる。つまり、農地内のカリウムとセシウムの比の状況をつぶさに把握する事が出来る。これらをもとに除染やカリウムの追加施肥を行えば、農作物への放射性セシウムの移行を低減させるために大きく貢献することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１      ＫＵＲＡＭＡシステム
１０    ＮａＩシンチレーション検出器
２０    ＧＰＳユニット
３０    データ処理システム
４０    インターフェースユニット
１００  ＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム
１００Ａ  改良したＫＵＲＡＭＡ−ＩＩシステム
１１０  ＣｓＩシンチレーション検出器
１４０  インターフェースユニット
【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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