(57)【要約】【課題】本発明は、バックグラウンド放射線の影響を排除し、高レベルから低レベルまで放射性ガスの線量率を高感度且つ非接触で自動的に測定することができる安価な放射線測定装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の放射線測定装置は、放射性ガスが導入され、帯電量を検出するために磁気浮上させたときの電極３の電位をファラデーケージ５によって測定する磁気浮上電極電離箱２ａと、バックグラウンド放射線による帯電量を検出するために、磁気浮上させたときの電極３の電位をファラデーケージ５によって測定する磁気浮上電極電離箱２ｂと、電極３の電位差またはそれぞれの帯電量の差に基づいて放射性ガスの正味の線量率を演算する演算部１９と、制御部２０を備え、バックグラウンド放射線が存在している環境においても、放射性ガスの正味の線量率を測定可能なことを特徴とする。【選択図】        図２
2004354216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射性ガスが導入され、帯電量を検出するために磁気浮上させたときの第１電極の電位を第１ファラデーケージによって測定する第１磁気浮上電極電離箱と、
バックグラウンド放射線による帯電量を検出するために、磁気浮上させたときの第２電極の電位を第２ファラデーケージによって測定する第２磁気浮上電極電離箱と、
前記第１電極と前記第２電極の電位差またはそれぞれの帯電量の差に基づいて放射性ガスの正味の線量率を演算する演算部と、
前記第１磁気浮上電極電離箱に放射性ガスを導入し、各電極を磁気浮上させ、さらに各ファラデーケージの制御を行う制御部を備え、
バックグラウンド放射線が存在している環境においても、放射性ガスの正味の線量率を測定可能なことを特徴とする放射線測定装置。
【請求項２】
前記第１磁気浮上電極電離箱が、第１電離箱と、該第１電離箱に収容された第１電極と、該第１電極を磁気浮上させる第１電磁石と、前記第１電離箱に放射性ガスを導入する流入管及び排気するための流出管と、前記第１電極を帯電させるための第１静電帯電器と、前記第１電離箱内に挿通可能な第１ファラデーケージを備え、
前記第２磁気浮上電極電離箱が、第２電離箱と、該第２電離箱に収容された第２電極と、該第２電極を磁気浮上させる第２電磁石と、前記第２電極を帯電させるための第２静電帯電器と、前記第２電離箱内に挿通可能な第２ファラデーケージを備えたこと特徴とする請求項１記載の放射線測定装置。
【請求項３】
前記制御部が、前記第１磁気浮上電極電離箱内に放射性ガスを導入する前に、該第１磁気浮上電極電離箱と前記第２磁気浮上電極電離箱とで同時にバックグラウンド放射線を測定し、該バックグラウンド放射線の線量率の差が最小読取線量率以下の場合に前記第１磁気浮上電極電離箱内に放射性ガスを導入すること特徴とする請求項１または２記載の放射線測定装置。
【請求項４】
前記制御部が、前記バックグラウンド放射線の線量率の差が最小読取線量率を越えた場合には、測定不可を報知することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の放射線測定装置。
【請求項５】
前記制御部が、前記第１磁気浮上電極電離箱と前記第２磁気浮上電極電離箱で同時に行うバックグラウンド放射線の測定をそれぞれ複数回行い、該バックグラウンド放射線の線量率の差が複数回に測定のすべてで最小読取線量率を越えた場合に測定不可を報知することを特徴とする請求項４記載の放射線測定装置。
【請求項６】
請求項３〜５のいずれかに記載の放射線測定装置において、バックグラウンド放射線の線量率の差が最小読取線量率以下の場合に第１磁気浮上電極電離箱内に放射性ガスを導入するのに代えて、バックグラウンド放射線の平均電離電流の差が最小計測可能電離電流以下の場合に前記第１磁気浮上電極電離箱内に放射性ガスを導入することを特徴とする放射線測定装置。
【請求項７】
放射性のガスを導入する流入管には、ガスに含まれた水分を吸着する水分トラップが設けられていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の放射線測定装置。
【請求項８】
放射性のガスを導入する流入管には、粒子保持能５μｍ以下のフィルタが設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の放射線測定装置。
【請求項９】
放射性のガスを導入する流入管には粒子保持能５μｍを越えるフィルタが設けられ、該フィルタで捕捉した放射性粒子の線量率と該フィルタを透過する放射性ガスの線量率の相関から、放射性ガスの線量率を予測することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の放射線測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トリチウム（３Ｈ）のようなフィルタを透過する低レベル放射性ガスでも放射線の線量率を高感度で測定できる放射線測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地球上の環境では、バックグラウンド放射線として宇宙線や大地放射線が降り注いでおり、放射線発生設備においては放射線をこのバックグラウンド放射線に対して有意の放射能レベル内に抑えることが義務付けられている。
【０００３】
例えば加速器施設においては、放射線モニタリング設備が設けられ、放射性同位元素による汚染状況を作業室や汚染検査室、排気設備の排気口、排水設備の排水口等で測定することが義務付けられている。とくに加速器等のビーム強度の強いところでは空気が放射化されるため、この空気の排気については（１）運転停止後一定時間排気せず、減衰を待ってから強制排気するか、（２）空気中濃度限度以下の濃度を保つように連続排気を行うか、（３）リザーバタンクを設けて減衰を待ってから排気する、等の手段が採られている。このとき、コストの面から（３）の手段が採用されることは少なく、（１）の手段が放射線レベルの高いところで使われる外は、通常（２）の手段が採用されることが多い。排気は放射性粒子とラドン等の放射性ガスがフィルタによって吸着され、排気口付近ではガスモニタやダストモニタによってモニタリングが行われる。フィルタで捕捉された放射性粒子や、ラドン（２２２Ｒｎ）、トロン（２２０Ｒｎ）等の放射性ガスは放射線測定装置によって測定される。しかし、トリチウム（３Ｈ）のような放射性ガスはフィルタを透過し捕捉できない上に、核実験のように大量のガスがあれば別であるが、微量の場合には従来の放射線測定装置では検出できず、法的規制値の測定が不可能であった。なお、以下、放射性粒子を含んだガス、ラドン等の放射性ガス、フィルタを透過する放射性ガスをすべて含めて放射性ガスという。また、トリチウム（３Ｈ）のようなフィルタを透過する放射性ガスは微弱（低レベル）で微量であり、以下低レベル放射性ガスという。
【０００４】
従来の放射線測定装置には、据え付けにより連続測定を行う電離箱やシンチレータがある。従来の電離箱としては直流電離箱等が知られているが、ＮａＩシンチレーション検出器等のシンチレータが多く使用され、最近ではシリコン半導体を使った半導体検出器等も用いられる。しかし、このシンチレーション検出器等は、シンチレータ（ＮａＩ等）によって放射線を光に変換し、この光を光電子増倍管で電気信号として取り出すため、光による２次的な測定であり、間接的で、直接空間の放射線の量を正確に測定するものではない。また、半導体検出器も微量で低レベルの放射性ガスを検出するにはまだ感度が悪く、液体窒素や液体ヘリウムによって低温に保つ必要があり同時に高価である。従って、線量率を直接測定するという点から、またコストの面からも電離箱による測定が望ましいが、従来の電離箱は感度が悪く、トリチウム（３Ｈ）のような低レベルの放射性ガスは実質的に測定できないものであった。
【０００５】
そこで、以下、従来の電離箱を用いた放射線検出装置の説明をする。固定電極電離箱による放射線検出装置は、バックグラウンド放射線を遮蔽するため鉛でチャンバーを形成し、フィルターを介して内部に放射性ガスを流入して電離させ、固定電極を流れる電荷信号をパターンマッチングして増幅して出力する。しかし、この固定電極電離箱の放射線検出装置は、固定電極を使って検出するためリーク電流と暗電流が避けられず、鉛遮蔽を行うため鉛から放射線が出て３×１０−１５Ａ〜２×１０−１６Ａ程度が限界であった。固定電極を使う限り、バックグラウンド放射線の電流が１０−１６Ａのオーダであることを考慮すると、これより微弱な低レベル放射性ガスはこの方式では測定できない。なお、バックグラウンド放射線は宇宙線、建築構造物や大地からの放射線、上述の放射線発生設備から発生する放射性ガスによって発生し、時刻や季節、場所、高度、気象条件で異なる。例えば、福岡市においては約０．０４６〜０．０８７μＳｖ／ｈ（電離体積１Ｌの電離箱の電離電流に換算して４．４〜８．４×１０−１６Ａ）であり、この中で周期性をもった変動を示す。
【０００６】
このリーク電流や暗電流を除くために電極移動磁気浮上電離箱が提案された（特許文献１参照）。この電極移動磁気浮上電離箱は＋に帯電させた磁気浮上電極に、放射線で電離した−イオンを吸着させ、一定時間の後にこの電極を磁力の制御で移動させ固定接点に接触させて、電極の電荷の減少を知り放射線によるイオンを測るものである。この電離箱は高感度で１×１０−１７Ａ程度を測定できるが、電極上の電荷測定と新たな電荷の帯電のために、磁気浮上電極を磁力の制御で移動させねばならないため装置が複雑になるとともに、電荷の読出しのために電極を固定接点に接触させることが必要で、この際のチャタリングによって不規則電荷が発生し、測定値にノイズが混入するという問題があった。図８は、特許文献１と同様の電極移動磁気浮上電離箱を開示した非特許文献１で測定されたバックグラウンド放射線の線量率の日変化を示す。これによると、バックグラウンド放射線の線量率には上述した周期性が存在しているはずであるが、日時や場所等を考慮しても、ソフトリセット回路等でこのノイズを抑えるため感度が低下して、周期性が消されているのが分かる。しかしソフトリセット回路等を設けなければ、不規則電流が大きいためバックグラウンド放射線というよりチャタリングノイズを計測することになってしまう。また非接触の測定ができないために放射線線量の急激な変化に即応できないという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明者の一人は、他の発明者とともに完全非接触の電離箱による放射線検出装置を提案した（特許文献２参照）。電離箱本体の上部に電磁石を配設し、電離箱本体内には電極を磁気浮上させ、電極に帯電させるための静電帯電器を設け、電離箱本体の底部のシャッターからファラデーケージを入出自在とするものである。ファラデーケージにより非接触で電荷の読出しが行え、感度が向上するものである。
【０００８】
なお、最新の放射性ガス測定情報として、静電捕集型ラドン濃度測定装置がその測定データとともに報告されている（非特許文献２参照）。この静電捕集型ラドン濃度測定装置は、半径２００ｍｍで内容積１６．７Ｌのアルミ製半球容器を用い、ラドン濃度１Ｂｑ／ｍ３以下を測定可能であり、検出限界が１時間間隔測定で０．３Ｂｑ／ｍ３である。トリチウム（３Ｈ）のような低レベルの放射性ガスの測定はできないが、放射性ガスの放射性測定の現時点における最高の水準の１つを示すものと考えられる。なお、ラドン濃度の較正法については周知である（非特許文献３参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−２１１１５７号公報
【特許文献２】
特許第３０６１７９８号公報
【非特許文献１】
田中英一，外２名，「磁気浮上電極を用いた電離箱とその環境放射線モニタリングへの応用」，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ  ｏｎ  Ｎｕｃｌｅａｒ  Ｓｉｅｎｎｃｅ，３８巻，２号，米国，１９９１年４月，ｐ．４９１−ｐ．４９３
【非特許文献２】
飯田孝夫，外１名，「大気中ラドン濃度の連続観測に基づく地球規模汚染物質の環境動態の考察」，応用物理，第７２巻，第４号，２００３年４月，ｐ．４２２−ｐ．４２６
【非特許文献３】
安岡由美，外１名，「２２２Ｒｎ濃度測定における電離箱の較正法」，ＲＡＤＩＯＩＳＯＴＯＰＥＳ，日本アイソトープ協会，４１巻，１９９２年，ｐ．３６７−ｐ．３９０
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来の放射線測定装置のシンチレーション検出器等は、光による２次的な測定のため、感度に限界があるものであった。固定電極電離箱による放射線検出装置は、リーク電流や暗電流が避けられず、バックグラウンド放射線の電流より微弱な低レベル放射性ガスは測定できない。
【００１１】
特許文献１の電極移動磁気浮上電離箱は、比較的高感度で公称では１０−１７Ａに近い領域を測定できるが、磁気浮上電極を磁力の制御で移動させねばならないため装置が複雑になるし、電荷の読出しのために電極を固定接点に接触させることが必要で、この際のチャタリングによって不規則電荷が発生し、測定値に誤差が発生するという問題があった。この対策をすると今度は感度が低下するものであった。このため、ラドン等の大地からの放射性物質の放出に伴ってバックグラウンド放射線は１日の中でもゆったりとした周期性をもつものであるが、この周期が測定時のチャタリングによってノイズの中に隠れてしまうか、感度の低下で測定できなくなるものであった。これではバックグラウンド放射線の電流よりさらに微弱な低レベル放射性ガスの測定は測定できないし、測定しても無意味である。また連続的な測定ができないために放射線線量の急激な変化に即応できないという問題があった。
【００１２】
これに対し、本発明者らによる特許文献２の完全非接触の電離箱による放射線検出装置は、完全に非接触で電荷の読出しが行え、感度が向上するものである。しかし、１０−１６Ａレベルのバックグラウンド放射線の影響を取り除き、このバックグラウンドと同等若しくはそれ以下の微弱な低レベル放射性ガスをどのようにして自動的に測定するかは課題であった。
【００１３】
そこで本発明は、バックグラウンド放射線の影響を排除し、高レベルから低レベルまで放射性ガスの線量率を高感度且つ非接触で自動的に測定することができる安価な放射線測定装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の放射線測定装置は、放射性ガスが導入され、帯電量を検出するために磁気浮上させたときの第１電極の電位を第１ファラデーケージによって測定する第１磁気浮上電極電離箱と、バックグラウンド放射線による帯電量を検出するために、磁気浮上させたときの第２電極の電位を第２ファラデーケージによって測定する第２磁気浮上電極電離箱と、第１電極と第２電極の電位差またはそれぞれの帯電量の差に基づいて放射性ガスの正味の線量率を演算する演算部と、第１磁気浮上電極電離箱に放射性ガスを導入し、各電極を磁気浮上させ、さらに各ファラデーケージの制御を行う制御部を備え、バックグラウンド放射線が存在している環境においても、放射性ガスの正味の線量率を測定可能なことを特徴とする。
【００１５】
これにより、バックグラウンド放射線の影響を排除し、高レベルから低レベルまで放射性ガスの線量率を高感度且つ非接触で自動的に測定することができる安価な放射線測定装置を提供することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
上記課題を解決するために本発明の第１発明は、放射性ガスが導入され、帯電量を検出するために磁気浮上させたときの第１電極の電位を第１ファラデーケージによって測定する第１磁気浮上電極電離箱と、バックグラウンド放射線による帯電量を検出するために、磁気浮上させたときの第２電極の電位を第２ファラデーケージによって測定する第２磁気浮上電極電離箱と、第１電極と第２電極の電位差またはそれぞれの帯電量の差に基づいて放射性ガスの正味の線量率を演算する演算部と、第１磁気浮上電極電離箱に放射性ガスを導入し、各電極を磁気浮上させ、さらに各ファラデーケージの制御を行う制御部を備え、バックグラウンド放射線が存在している環境においても、放射性ガスの正味の線量率を測定可能なことを特徴とする放射線測定装置であり、バックグラウンド放射線の影響を排除し、高レベルから低レベルまで放射性のガスの線量率を高感度且つ非接触で自動的に測定できる安価な放射線測定装置を実現することができる。
【００１７】
本発明の第２発明は、第１発明において、第１磁気浮上電極電離箱が、第１電離箱と、該第１電離箱に収容された第１電極と、該第１電極を磁気浮上させる第１電磁石と、第１電離箱に放射性ガスを導入する流入管及び排気するための流出管と、第１電極を帯電させるための第１静電帯電器と、第１電離箱内に挿通可能な第１ファラデーケージを備え、第２磁気浮上電極電離箱が、第２電離箱と、該第２電離箱に収容された第２電極と、該第２電極を磁気浮上させる第２電磁石と、第２電極を帯電させるための第２静電帯電器と、第２電離箱内に挿通可能な第２ファラデーケージを備えたこと特徴とする放射線測定装置であり、第１電磁石と第２電磁石、第１ファラデーケージと第２ファラデーケージ、第１静電帯電器と第２静電帯電器を用いるため、制御部による制御が容易になり、バックグラウンド放射線の影響を排除し、高レベルから低レベルまで放射性のガスの線量率を高感度且つ非接触で自動的に測定することができる。
【００１８】
本発明の第３発明は、第１または２発明において、制御部が、第１磁気浮上電極電離箱内に放射性ガスを導入する前に、該第１磁気浮上電極電離箱と第２磁気浮上電極電離箱とで同時にバックグラウンド放射線を測定し、該バックグラウンド放射線の線量率の差が最小読取線量率以下の場合に第１磁気浮上電極電離箱内に放射性ガスを導入すること特徴とする放射線測定装置であり、バックグラウンド放射線の線量率の差が最小読取線量率以下の場合に測定することができ、ノイズを測定することなく、高感度の測定をすることができる。
【００１９】
本発明の第４発明は、第１〜３のいずれかの発明において、制御部が、バックグラウンド放射線の線量率の差が最小読取線量率を越えた場合には、測定不可を報知することを特徴とする放射線測定装置であり、バックグラウンド放射線の線量率の差が最小読取線量率を越えた場合に、ノイズを測定することがなく、高感度の測定だけをすることができる。
【００２０】
本発明の第５発明は、第４の発明において、制御部が、第１磁気浮上電極電離箱と第２磁気浮上電極電離箱で同時に行うバックグラウンド放射線の測定をそれぞれ複数回行い、該バックグラウンド放射線の線量率の差が複数回に測定のすべてで最小読取線量率を越えた場合に測定不可を報知することを特徴とする放射線測定装置であり、バックグラウンド放射線が例外的に非常に強い場合、複数回測定すれば正常になるが、複数回測定してもすべての回で最小読取線量率を越える場合は、放射線測定装置に問題があると評価して測定不可を報知することができる。
【００２１】
本発明の第６発明は、第３〜５のいずれかの発明の放射線測定装置において、バックグラウンド放射線の線量率の差が最小読取線量率以下の場合に第１磁気浮上電極電離箱内に放射性ガスを導入するのに代えて、バックグラウンド放射線の平均電離電流の差が最小計測可能電離電流以下の場合に第１磁気浮上電極電離箱内に放射性ガスを導入することを特徴とする放射線測定装置であり、
バックグラウンド放射線の平均電離電流の差が最小計測可能電離電流以下の場合に測定することができ、線量率を測定するより直接に測定でき、ノイズを測定することなく、高感度の測定をすることができる。
【００２２】
本発明の第７発明は、第１〜６のいずれかの発明において、放射性のガスを導入する流入管には、ガスに含まれた水分を吸着する水分トラップが設けられていることを特徴とする放射線測定装置であり、放射性のガスの中に含まれる水分は水分子としてフィルタを設けても透過し、磁気浮上電極電離箱内で電荷トラップを起こすが、水分トラップによって電荷トラップを防ぎ、微量な低レベルの放射性ガスの線量率も感度よく測定できる。
【００２３】
本発明の第８発明は、第１〜７のいずれかの発明において、放射性のガスを導入する流入管には、粒子保持能５μｍ以下のフィルタが設けられていることを特徴とするであり、放射性ガスの中で低レベルの微量の放射性ガスのみがフィルタを透過し、測定することが可能になる。
【００２４】
本発明の第９発明は、第１〜８のいずれかの発明において、放射性のガスを導入する流入管には粒子保持能５μｍを越えるフィルタが設けられ、該フィルタで捕捉した放射性粒子の線量率と該フィルタを透過する放射性ガスの線量率の相関から、放射性ガスの線量率を予測することを特徴とする放射線測定装置であり、粒子保持能５μｍを越えるフィルタで簡単にフィルタを透過する放射性ガスの線量率を予測することができる。
【００２５】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態１における放射線測定装置について説明する。図１は本発明の実施の形態１における放射線測定装置の電離箱の説明図、図２は本発明の実施の形態１における放射線測定装置の構成図である。
【００２６】
図１は放射線の線量を測定するための電離箱を示している。図１において、１は電離箱外部容器、２は放射線を測定するための放射線によって電離したガスを充満させる磁気浮上電極電離箱、２ｃは後記する電極３の浮上制御のために開けられた光透過用の透明ガラス窓、３は磁気浮上電極電離箱２内に磁気浮上させ、放射線で電離した陰イオン（または陽イオン）を収集する電極、４は電極３を磁気浮上させるための電磁石である。磁気浮上電極電離箱２は適宜個所で接地されている。
【００２７】
５は磁気浮上電極電離箱２内に昇降して電極３上の電荷を電位、すなわちケージ電圧として読み取るファラデーケージ、５ａはファラデーケージ５の内部電極、５ｂはファラデーケージ５の外部電極、６は内部電極５ａと外部電極５ｂとの間に設けられたコンデンサ、７ａ，７ｂは内部電極５ａと外部電極５ｂとの間を絶縁する絶縁体、８は圧電素子等で構成されコロナ放電により電極３上に所定量の電荷を帯電させる静電帯電器である。外部電極５ｂは磁気浮上電極電離箱２と同様に接地される。９は位置検出センサであり、９ａは位置検出センサ９を構成する発光素子、９ｂは発光素子９ａが発光した光を受光する位置検出センサ９の受光素子である。１０は電離箱外部容器１の底板に設けられた開閉自在のシャッター、１１は電圧測定部、１２はファラデーケージ５を昇降するためのアクチュエータである。シャッター１０による開閉はスライドさせるのでも、取り外しやヒンジによる開閉でもよい。自動化のためにはスライドかヒンジによる開閉が好適である。シャッター１０の大きさは、ファラデーケージ５の外部電極５ｂが磁気浮上電極電離箱２内に挿通できる大きさであればよい。
【００２８】
放射線で電離した陰イオン（または陽イオン）は電極３で収集され、静電帯電器８によって帯電された電極３上の電荷の帯電量は放射線線量に応じて減少する。一定時間経過した後シャッター１０を開けファラデーケージ５を上げケージ電圧を電圧測定部１１で読み取る。この一定時間経過させたときのその前後のケージ電圧の差（電位差）を求めればこの時間における放射線による積算線量率が演算できる。
【００２９】
１３は放射性ガスを含むガスを磁気浮上電極電離箱２内に導入するための流入管、１４は流入管１３に設けられ放射性粒子をフィルタリングするフィルタ、１４ａは５酸化リン、シリカゲル等の材料からなる水分トラップである。後述するように放射性粒子は粒子保持能（目の粗さ）５μｍ以下、望ましくは２μｍ以下のフィルタ１４によりほぼ完全に捕捉されるが、水分子はこのフィルタ１４を通過して電離電荷を電荷トラップするため、電極３に収集される放射線粒子による電離電荷量が少なくなってしまう。水分トラップ１４ａは、これを防止するもので、これにより低レベルの放射性ガスであっても測定が可能になる。
【００３０】
以下、この水分子による電荷トラップの作用について説明する。図４は水分トラップを施さない状態でのフィルタの粒子保持能と線量率増加率の関係図である。なお、正味線量率＝（測定値−バックグラウンド線量率）、線量率増加率＝正味線量率／バックグラウンド線量率である。粒子保持能を有するフィルタは放射性粒子を捕捉するが、水分子は捕捉できない。これを利用して水分子の電荷トラップの作用を検討した。図４によれば、粒子保持能８μｍ以上では、目の粗さが増すと、粗さに応じた放射性粒子と水分子がフィルタを通過し、粗さに比例して線量率増加率が増加するのが分かる。この範囲では荷電トラップは目立たない。しかし、粒子保持能２〜３μｍ付近にすると線量率増加率が０％になる。ただ、実験によればこれよりやや大きい粒子保持能５μｍで既に線量率増加率が負の値を示し、それ以下の粒子保持能２．７μｍ，１μｍにおいても若干減少気味であるがほぼ一定の負の値を示す。これはほとんどの放射性粒子が粒子保持能５μｍ以下のフィルタで捕捉されるため、フィルタを透過可能な水分子の作用が発現し、電荷を低減させたことを示している。
【００３１】
このように、フィルタが少なくとも粒子保持能５μｍ以下の範囲においては、放射性粒子の作用の下で目立たなかった水分子の作用が発現し、フィルタを透過した水分子が電荷トラップを起こし、帯電量が低下することが分かる。これに対し、実施の形態１の放射線測定装置においては、水分トラップ１４ａを装着するため、水分子の電荷トラップ作用を防ぎ、粒子保持能５μｍ以下でも線量率増加率を正の値を保つことができ、低レベル放射性ガスによる電荷も測定可能になる。なお、低レベル放射性ガスをさらに精度よく測定するためには、粒子保持能２μｍ以下とするのが好適である。このとき放射性微粒子はほぼ完全にトラップされ、低レベル放射性ガスだけが通過し、さらにこの中から水分子がトラップされて除かれるため確実に低レベル放射性ガスの測定が可能になる。
【００３２】
１５はガスを磁気浮上電極電離箱２内に送り込むエアポンプ、１６はガスの導入開始を行うとき開き停止するとき閉じられる電磁弁、１７は測定後のガスを排出する流出管である。流出管１７には電磁弁１６が設けられる。流入管１３と流出管１７の磁気浮上電極電離箱２側の管端は、磁気浮上電極電離箱２の底板部分でシャッター１０以外の部分に開口されている。
【００３３】
ところで、図２に示すように実施の形態１の放射線測定装置は、ガスを磁気浮上電極電離箱２内に導入して放射線の線量を測定するための電離箱と、バックグラウンド放射線を測定するための電離箱の１組から構成される。電離箱の基本的説明は図１に基づいて説明した通りである。この放射線測定装置のガス導入側の電離箱には、流入管１３、フィルタ１４、送風機１５、電磁弁１６が設けられるが、バックグラウンド放射線を測定する側の電離箱ではこれらが設けられない。
【００３４】
図２において、２ａはガスを導入側の磁気浮上電極電離箱、２ｂはガスを導入しない側の磁気浮上電極電離箱、４ａはガスを導入側の電磁石４を構成する磁性体に巻線するコイル、４ｂはガスを導入しない側の電磁石４を構成する磁性体に巻線するコイル、１８ａはガスを導入側の電極３を位置検出センサ９の位置に浮上させるための浮上ドライバ手段、１８ｂはガスを導入しない側の電極３を位置検出センサ９の位置に浮上させるための浮上ドライバ手段である。浮上ドライバ手段１８ａ，１８ｂには位置検出センサ９で検出した目標位置との差がフィードバックされて、電極３の重力と電磁石４の磁力との釣り合いで、電極３を浮上状態に維持する。釣り合いが破れると位置検出センサ９でフィードバックがかかり、電極３は所定位置に浮上する。
【００３５】
１９は電圧測定部１１で検出したアナログデータをＡ／Ｄ変換後に演算する演算部である。演算部１９では、電圧測定部１１で読み取った磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂのファラデーケージ５のケージ電圧と、後述の入力部２３から入力された磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂの各ファラデーケージの静電容量との積を計算する。この差を計算することによって、バックグラウンド放射線の影響を除外し、放射線によって電離した正味の電荷の量を求め、この電荷と対応した正味の放射線の線量率を演算する。
【００３６】
ファラデーケージの静電容量は予めテスターで測定しておき、この値を入力部２３から入力することによって磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂの各ファラデーケージで測定した電圧と静電容量との積を計算する。これによって磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂの電極３上の電荷を求めることができる。
【００３７】
ところで、ケージ電圧の差（電位差）を計算し、これと静電容量との積を計算することで正味線量率を計算する。しかし、前提として磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂで測定するバックグラウンド放射線の線量率の値が実質的に一致していることが必要である。両者が実質的に不一致のときには、計算しても無意味となる。
【００３８】
そこで、実施の形態１の演算部１９では、磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂで実際に測定を開始する前に、磁気浮上電極電離箱２ａにガスを導入しない状態で、磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂの双方で同時にバックグラウンド放射線を測定し、それぞれのバックグラウンド放射線の平均線量率を計算する。両者の差が読取可能な線量率（最小読取線量率）以下であれば、違いはいわば誤差の範囲内であって、バックグラウンド放射線の値が一致していると評価できるから測定のための処理を続け、両者の差が読取可能な線量率を超えているときは再度バックグラウンド放射線測定を繰返し、最終的にはエラー処理を行う。このとき、バックグラウンド放射線の平均線量率の差が最小読取線量率以下か否かで判定するのでなく、バックグラウンド放射線の平均電離電流の差を計算し、この差が最小計測可能電離電流以下であるか否かを判定するのでもよい。この場合、直ちにエラー判断が行える。
【００３９】
例えば、場所や日時で異なるが、平均バックグラウンド線量率が０．０８μＳｖ／ｈとすると、実施の形態１の磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂではファラデーケージ５を使うため、最小読取線量率（線量当量率）は０．００１６μＳｖ／ｈであり、磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂの平均バックグラウンド線量率の差が２％内であれば測定を行うことができる。なお、このとき電荷電流は１．５×１０−１７Ａである。言い換えれば、微弱なバックグラウンド放射線の線量率の２％まで実施の形態１の測定装置では測定することができ、きわめて高感度、高精度の放射線測定装置を実現できる。
【００４０】
２０は放射線測定装置のシステムを制御する制御部、２０ａは放射線測定装置による測定を自動的に行うために磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂに対する電圧測定の制御を行う測定管理手段、２０ｂはアクチュエータ１２を制御するための昇降制御手段、２０ｃは演算部１９で演算を行う演算処理管理手段、２１は測定結果や入力用画面をディスプレーに表示したり、磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂで測定したバックグラウンド放射線の差が読取可能な線量率を超えているとき、あるいは放射性ガスを測定するときに５μｍ以下、望ましくは２μｍ以下のフィルタ１４を装着していないときにエラーを表示する表示部である。
【００４１】
２２はデータを記憶するとともに制御プログラムを記憶した記憶部、２３はキーボード等の入力手段、２４は電圧測定部１１によって電荷を検出するため所定の時間をカウントする計時手段、２５は測定開始前に磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂでのバックグラウンドの線量率の差が最小読取線量率を超えているとき、エラーを判断するための繰返し回数のカウント手段である。なお、実施の形態１の制御部２０は中央処理装置（以下、ＣＰＵ）に記憶部２２に格納された制御プログラムを読み込んで機能実現手段として構成される。測定管理手段２０ａ、昇降制御手段２０ｂ、演算処理管理手段２０ｃは、いずれもこの機能実現手段として構成された機能手段である。また、演算部１９は制御部２０と共通のＣＰＵで構成するのでもよい。
【００４２】
続いて、実施の形態１の放射線測定装置による測定の手順について説明する。図３は本発明の実施の形態１の放射線測定装置による測定のフローチャートである。測定を開始する前に次のような準備を行う。まず、磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂの前面に設置した蓋を開け、電極３を磁気浮上させる。その後蓋を閉める。一旦電極３が磁気浮上したら、浮上ドライバ手段１８ａ，１８ｂの作用でこの電源を切るまで電極３は浮上し続ける。従って、測定を開始してから測定を行っている間に蓋の開閉を行うことはない。次いで、浮上している電極３を静電帯電器８によって帯電させる。
【００４３】
以上の準備が終了すると、図３に示すように、水分トラップ１４ａが装着されているのを確認した後、放射線測定装置のシステムのスタートボタンを押す。まず、ガスの放射線測定を行う前に予備的に２つの磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂでバックグラウンド放射線の測定を開始する（ｓｔｅｐ１）。開始後一定時間経過するのを待ち（ｓｔｅｐ２）、シャッター１０を開けてファラデーケージ５を上昇させて、電圧測定部１１で電圧を測定する（ｓｔｅｐ３）。演算部１９においてバックグラウンド放射線の平均線量率または平均電離電流を演算し（ｓｔｅｐ４）、所定量のデータが得られるまでｓｔｅｐ２〜４を繰返し（ｓｔｅｐ５）、演算結果を受け取った測定管理手段２０ａは、２つの磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂの測定したバックグラウンド放射線の平均線量率または平均電離電流の差が、装置固有の最小読取線量率または最小計測可能電離電流以下であるか否かを判定する（ｓｔｅｐ６）。
【００４４】
演算部１９では以下の演算を行う。測定したケージ電圧をＶ１，Ｖ２、静電容量をＣ１，Ｃ２とし、測定時間をＴ、最小計測可能電離電流または最小読取線量率をｓとして説明する。浮上した電極３上の電荷は静電誘導によってファラデーケージに映されるので、ファラデーケージの電荷を測定すれば電極３上の電荷が分かる。磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂにおける各ファラデーケージの電荷は、積算手段（図示しない）によってＣ１Ｖ１，Ｃ２Ｖ２と計算され、割算手段（図示しない）が各平均電離電流Ｃ１Ｖ１／Ｔ，Ｃ２Ｖ２／Ｔを計算し、さらに除算手段（図示しない）によってその差Δ＝（Ｃ１Ｖ１−Ｃ２Ｖ２）／Ｔを計算し、これを受け取った測定管理手段２０ａが最小計測可能電離電流ｓとの比較を行う。平均電離電流の差Δから平均線量率の差Δを計算して最小読取線量率ｓとの比較を行っても同様である。実施の形態１の磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂの最小計測可能電離電流は１．６×１０−１７Ａ、最小読取線量率は０．００１６μＳｖ／ｈであり、バックグラウンド放射線の電離電流、線量率の２％程度である。
【００４５】
ｓｔｅｐ６において、電離電流または平均線量率の差Δが最小計測可能電離電流または最小読取線量率ｓを超えた場合は、バックグラウンド測定を続けるか中止するかの表示を行い（ｓｔｅｐ７）、ｓｔｅｐ６において、平均電離電流または平均線量率の差Δが最小計測可能電離電流または最小読取線量率ｓ以下の場合、低レベル放射性ガスの測定を行うのか否かがチェックされる（ｓｔｅｐ８）。なお、バックグラウンド放射線の測定を続行した場合に、その繰返しが所定の回数Ｎを越えたとき、ｓｔｅｐ７で制御部２０が自動的に中止する旨の表示を行って中止してもよい。
【００４６】
低レベル放射性ガスを測定する場合、放射性粒子は除去し低レベル放射性ガスだけを通過させる必要があり、詳細は後述するが、粒子保持能５μｍ以下のフィルタ１４を装着する必要がある。そこで、この場合は粒子保持能５μｍ以下のフィルタ１４が装着されているか否かを確認する（ｓｔｅｐ９）。入力手段２３からフィルタを特定する特定項目を入力し、粒子保持能５μｍ以下のフィルタ１４であることの確認を行う。これは表示部２１に測定不可表示を行うため必要なためである。場合によっては、フィルタ１４を装着したとき、センサ（図示しない）でこれを検出し特定するのでもよい。ｓｔｅｐ９において、フィルタが装着されていない場合はｓｔｅｐ８に戻る。
【００４７】
ｓｔｅｐ９で粒子保持能５μｍ以下のフィルタが装着された場合、またｓｔｅｐ８において低レベル放射性ガスの測定を行わない場合、測定管理手段２０ａは電磁弁１６を開き、送風機１５の運転を開始し、磁気浮上電極電離箱２ａにガスを導入する（ｓｔｅｐ１０）。なお、低レベル放射性ガスの測定を行わない場合には、ガスに含まれる放射性粒子の種類に応じフィルタ１４を選んで装着するか、未装着のまま測定を行う。フィルタ１４を通過するガスの線量率と、フィルタ１４で捕捉した放射性粒子の線量率の相関を検討しておけば、低レベル放射性ガスの線量率の予測も可能になる。この場合、記憶部２２に対応テーブル若しくは関数を記憶しておく必要がある。
【００４８】
ガスを導入し、一定時間経過するのを待ち（ｓｔｅｐ１１）、シャッター１０を開けてファラデーケージ５を上昇させて、電圧測定部１１でケージ電圧を測定する（ｓｔｅｐ１２）。演算部１９において放射線の線量率を演算し、演算結果を受け取った測定管理手段２０ａは、記憶部２２に記憶する（ｓｔｅｐ１３）。このとき、終了指示がなければ（ｓｔｅｐ１４）、ｓｔｅｐ１１に戻って低レベル放射性ガスの測定を繰返す。なお、ｓｔｅｐ１１〜１４を繰返す間、エアポンプ１５は連続して運転され、ガスは磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂ内へ連続して導入され、排出される。終了指示は入力手段２３から直接入力するのでも、測定日時を指定するのでもよい。ｓｔｅｐ１４で終了指示があった場合、制御部２０によってエアポンプ１５の運転は停止され、電磁弁１６が閉じられる（ｓｔｅｐ１５）。ｓｔｅｐ１５でガスの流動が止められた場合と、ｓｔｅｐ７で中止した場合、放射線測定装置のシステムは終了する。
【００４９】
続いて、実施の形態１の放射線測定装置で測定したときの測定結果（図５中のア）について説明する。比較例としてＮａＩシンチレーション検出器で測定した線量率（図５中のイ）も参照する。図５アは本発明の実施の形態１の放射線測定装置における２つの磁気浮上電極電離箱で同時に測定した線量率の実験データ図である。図５のアによれば、２つの磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂでバックグラウンド放射線を同時に測定している。若干のずれはあるもの、バックグラウンド放射線が平均では完全に同期して周期的変動をしてのが分かる。最小読取線量率は０．００１６μＳｖ／ｈであり、０．０４μＳｖ／ｈの幅内で生じる周期性をもつ変動を確実に検出している。これに対しＮａＩシンチレーション検出器等は、シンチレータ（ＮａＩ）によって放射線を光に変換し、この光を光電子増倍管で電気信号として取り出すため、光による２次的な測定となり、０．０４μＳｖ／ｈの変動がまったく検出できず、０．０３４μＳｖ／ｈ程度のホワイトノイズを示しているだけで感度が低いことが分かる。
【００５０】
同様に、図９は上述したように非特許文献１による電極移動磁気浮上電離箱で測定したバックグラウンド放射線の線量率の実験データを示しているが、７μＲ／ｈ付近で周期性のない変動を示している。これに対し、図６は本発明の実施の形態１の放射線測定装置における磁気浮上電極電離箱で測定したバックグラウンド放射線の線量率の実験データ図である。図９と比較するためにＳｖ／ｈ（国際単位）で測定した結果をＲ／ｈ（旧単位）に変換して図示している。図６によるとバックグラウンド放射線の線量率は、７〜１０μＲ／ｈの中でゆったりとした周期性を示す変動を示している。なお、測定時間は３０分間隔で３点の平滑化を行っている。図９に示す電極移動磁気浮上電離箱もコンデンサ型電離箱であるが、測定時の接点のチャタリングによるノイズを抑えるための処理が必要で、このため感度が下がり、周期性の情報が消えてしまったものと考えられる。しかし、実施の形態１の放射線測定装置では、コンデンサ型電離箱であると同時に、非接触で電極３から電荷を読み取る方式のため、最小読取線量率は０．００１６μＳｖ／ｈまで確実に変動を測定できることが分かる。そして、低レベル放射性ガスを測定するときの線量率が実質的に水分子の電荷トラップによって大きな影響を受けるとの知見に基づき、併せて水分トラップ１４ａを装着するため、従来の放射線測定装置では測定できなかった低レベル放射性ガスの線量率を確実に測定できる。
【００５１】
図７は本発明の実施の形態１の放射線測定装置における粒子保持能１μｍのフィルタを装着した磁気浮上電極電離箱で測定した線量率の実験データ図、図８は本発明の実施の形態１の放射線測定装置における粒子保持能８μｍ以上のフィルタを装着した磁気浮上電極電離箱で測定した線量率の実験データ図である。図７において、粒子保持能１μｍのフィルタを装着した区間以外は、予備的に行うバックグラウンド放射線の測定区間である。粒子保持能１μｍのフィルタを装着した区間の２つの磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂの線量率の差が導入した放射性ガスの線量率を示す。図８においても同様で、粒子保持能８μｍ、１１μｍ、２０−２５μｍのフィルタを装着した区間の２つの磁気浮上電極電離箱２ａ，２ｂの線量率の差が導入した放射性ガスの線量率を示している。
【００５２】
このように、本実施の形態１の放射線測定装置は、従来の放射線測定装置では測定できなかった微量なトリチウム（３Ｈ）のような低レベル放射性ガスの放射線の線量率を測定することができる。電離電流は１．５×１０−１７Ａ程度まで、また線量率は０．００１６μＳｖ／ｈまで測定が可能である。核実験のような大量の放射性ガスの場合なら従来の放射線測定装置でも測定できるが、微量で低レベル放射性ガスの線量率はこれらの装置では測定できない。また、実施の形態１では鉛の遮蔽をしないため、鉛からの放射線を考慮する必要がなく、バックグラウンド放射線の平均線量率の２％程度まで確実に線量率を測定できるため、放射線測定装置の精度を飛躍的に高めることができる。
【００５３】
また、非特許文献２で報告されたラドン測定と比較するため比較値を求めると、実施の形態１の放射線測定装置は内容積が１Ｌ、最小計測可能電離電流１．６×１０−１７Ａであるから、検出限界のラドン濃度は０．４Ｂｑ／ｍ３となる。非特許文献２の検出限界のラドン濃度は０．３Ｂｑ／ｍ３であって、内容積が１６．７Ｌであるから、実施の形態１の放射線測定装置を１６．７Ｌ  に換算すると（非特許文献３参照）、比較値としてのラドン濃度は０．０２Ｂｑ／ｍ３に相当することが分かる。これからすると、非特許文献２で報告されたラドン濃度０．３Ｂｑ／ｍ３の測定限界を１オーダ以上改善していること分かる。そして、非特許文献２の静電捕集型ラドン濃度測定装置はラドン測定ができるだけであるが、実施の形態１の放射線測定装置はさらにトリチウム（３Ｈ）のような低レベル放射性ガスの測定まで可能にするものである。
【００５４】
粒子保持能５μｍ以下、望ましくは２μｍ以下の粒子保持能の小さいフィルタを用いる場合は、直接低レベル放射性ガスの線量率を正確に測定できる。また、目の粗い他のフィルタを用いる場合は、フィルタで捕捉した放射性粒子の線量率を測定でき、さらにこの捕捉したガスの線量率とフィルタを透過するガスの線量率の相関を予め検討しておけば、低レベル放射性ガスの線量率の予測も可能になる。水分トラップを設けたことにより、低レベル放射性ガスの線量率の測定感度を上げることができる。
【００５５】
さらに、２つの磁気浮上電極電離箱のバックグラウンド放射線の平均線量率の差が最小読取線量率以上である場合、測定不可を表示でき、バックグラウンド放射線の測定から測定結果を得るまですべて自動化が可能になる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の放射線測定装置によれば、バックグラウンド放射線の影響を排除し、高レベルから低レベルまで放射性のガスの線量率を高感度且つ非接触で自動的に測定できる安価な放射線測定装置を実現することができる。
【００５７】
バックグラウンド放射線の線量率または平均電離電流の差が最小読取線量率または最小計測可能電離電流以下の場合に測定することができ、ノイズを測定することなく、高感度の測定をすることができる。複数回測定してもすべての回で最小読取線量率を越える場合は、放射線測定装置に問題があると評価して測定不可を報知することができる。
【００５８】
放射性のガスの中に含まれる水分は水分子としてフィルタを設けても透過し、磁気浮上電極電離箱内で電荷トラップを起こすが、水分トラップによって電荷トラップを防ぎ、微量な低レベルの放射性ガスの線量率も感度よく測定できる。
【００５９】
粒子保持能５μｍ以下のフィルタが設けられているため、放射性のガスの中で低レベルの微量の放射性ガスのみがフィルタを透過し、測定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における放射線測定装置の電離箱の説明図
【図２】本発明の実施の形態１における放射線測定装置の構成図
【図３】本発明の実施の形態１の放射線測定装置による測定のフローチャート
【図４】水分トラップを施さない状態でのフィルタの粒子保持能と線量率増加率の関係図
【図５】本発明の実施の形態１の放射線測定装置における２つの磁気浮上電極電離箱で同時に測定した線量率の実験データ図
【図６】本発明の実施の形態１の放射線測定装置における磁気浮上電極電離箱で測定したバックグラウンド放射線の線量率の実験データ図
【図７】本発明の実施の形態１の放射線測定装置における粒子保持能１μｍのフィルタを装着した磁気浮上電極電離箱で測定した線量率の実験データ図
【図８】本発明の実施の形態１の放射線測定装置における粒子保持能８μｍ以上のフィルタを装着した磁気浮上電極電離箱で測定した線量率の実験データ図
【図９】従来の電極移動磁気浮上電離箱でバックグラウンド放射線の線量率を測定した説明図
【符号の説明】
１  電離箱外部容器
２  磁気浮上電極電離箱
２ａ  磁気浮上電極電離箱
２ｂ  磁気浮上電極電離箱
２ｃ  開口
３  電極
４  電磁石
４ａ，４ｂ  コイル
５  ファラデーケージ
５ａ  内部電極
６  コンデンサ
７ａ，７ｂ  絶縁体
８  静電帯電器
９  位置検出センサ
９ａ  発光素子
９ｂ  受光素子
１０  シャッター
１１  電圧測定部
１２  アクチュエータ
１３  流入管
１４  フィルタ
１４ａ  水分トラップ
１５  送風機
１６  電磁弁
１７  流出管
１８ａ，１８ｂ  浮上ドライバ手段
１９  演算部
２０  制御部
２０ａ  測定管理手段
２０ｂ  昇降制御手段
２０ｃ  演算処理管理手段
２１  表示部
２２  記憶部
２３  入力手段
２４  計時手段
２５  カウント手段
【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】
2004354216.tif 000009
【図８】
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【図９】
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