(57)【要約】【課題】  浮遊粒子状物質を微小粒子状物質と粗大粒子状物質とに分けて、微小粒子状物質および粗大粒子状物質それぞれから放射される放射線を検出することができる放射性浮遊粒子状物質測定装置および放射性浮遊粒子状物質測定方法を提供する。【解決手段】  放射性浮遊粒子状物質測定装置１００に、格納壁部１と、ポンプ２と、浮遊粒子状物質を粗大粒子状物質と微小粒子状物質とに分級する分級器３と、テープ供給部４と、第１検出器５１および第２検出器５２を備える放射線検出部５とを設ける。【選択図】      図１
2013061254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部空間を有する格納部と、
前記格納部の外から前記内部空間へ、浮遊粒子状物質を含む大気を吸引する吸引部と、
前記内部空間に設けられ、前記吸引部によって吸引された浮遊粒子状物質を、粒径が２．５μｍよりも大きい粗大粒子状物質と、粒径が２．５μｍ以下の微小粒子状物質とに分級する分級部と、
前記内部空間に設けられ、前記分級部によって分級された粗大粒子状物質および微小粒子状物質を、それぞれ分けて捕集する捕集部と、
前記内部空間に設けられ、前記捕集部によって捕集された粗大粒子状物質から放射される放射線および微小粒子状物質から放射される放射線のいずれか一方を検出する放射線検出部とを備えることを特徴とする放射性浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項２】
内部空間を有する格納部と、
前記格納部の外から前記内部空間へ、浮遊粒子状物質を含む大気を吸引する吸引部と、
前記内部空間に設けられ、前記吸引部によって吸引された浮遊粒子状物質を、粒径が２．５μｍよりも大きい粗大粒子状物質と、粒径が２．５μｍ以下の微小粒子状物質とに分級する分級部と、
前記内部空間に設けられ、前記分級部によって分級された粗大粒子状物質および微小粒子状物質を、それぞれ分けて捕集する捕集部と、
前記内部空間に設けられ、前記捕集部によって捕集された粗大粒子状物質から放射される放射線および微小粒子状物質から放射される放射線の両方を検出する放射線検出部とを備えることを特徴とする放射性浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項３】
前記分級部は、前記吸引部に連動して分級を行い、
前記捕集部は、前記分級部に連動して捕集を行い、
前記放射線検出部は、前記捕集部に連動して放射線の検出を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の放射性浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項４】
前記放射線検出部は、シンチレーション検出器により、検出した放射線のエネルギーおよびエネルギーごとの計数を測定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の放射性浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項５】
前記放射線検出部は、前記捕集部によって捕集された粗大粒子状物質から放射される放射線および微小粒子状物質から放射される放射線の両方を、同時に検出し、反同時計数法により、それぞれの放射線の検出結果を補正することを特徴とする請求項２または請求項２を引用する請求項３もしくは４に記載の放射性浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項６】
前記放射線検出部は、放射線として、α線またはβ線の少なくとも一方と、γ線とを検出することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の放射性浮遊粒子状物質測定装置。
【請求項７】
浮遊粒子状物質を含む大気を吸引するステップと、
吸引された浮遊粒子状物質から、粒径が２．５μｍ以下の微小粒子状物質を分離して捕集するステップと、
捕集された微小粒子状物質から放射される放射線を検出するステップとを含むことを特徴とする放射性浮遊粒子状物質測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性浮遊粒子状物質測定装置および放射性浮遊粒子状物質測定方法に関し、特に、大気中に浮遊する放射性物質を自動的に高時間分解能で連続的に計測することを目的とし、大気中に浮遊している浮遊粒子状物質を分級した後、フィルタに捕集し、捕集された放射性の浮遊粒子状物質からの放射線を放射線検出器で検出して、大気中に存在する粗大粒子および微小粒子の放射性物質の濃度を測定・監視することを可能とする装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の放射性浮遊粒子状物質測定装置は、放射性物質取扱い施設のモニタリングポイントに設置され、大気中の浮遊粒子状物質からの放射線を放射線検出器で検出して、大気中に存在する放射能濃度を測定・監視していた。また、従来から、サンプラーによって大気中の浮遊粒子状物質を持ち帰って分析することも行われていた。
【０００３】
特許文献１〜６には、従来の放射性浮遊粒子状物質測定装置が記載されている。また、特許文献７〜９には、放射性の浮遊粒子状物質ではなく、放射性の気体からの放射線を検出する装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−０９８２６０号公報
【特許文献２】特開２００２−２５０７７１号公報
【特許文献３】特開２００３−３１５４６２号公報
【特許文献４】特開２０１０−０１９７２４号公報
【特許文献５】特開２０１０−０５４４４７号公報
【特許文献６】特開２００６−１２６１２４号公報
【特許文献７】特開２０１０−１４５３１９号公報
【特許文献８】特開２０１０−２３７２３２号公報
【特許文献９】特開２０１１−１２８０５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
１９６０年代から、大気の汚染について、モニタリングの結果と疫学データとにより、発生源を中心として風向きによって汚染が局在化することが知られており、モニタリングについては１時間に１回程度の時間的に密な観測が必要であると認識されている。放射性物質による大気の汚染については、現在、モニタリングスポットにおける線量のモニタリングと、サンプラーによる持ち帰り分析とがなされているが、サンプラーによる持ち帰り分析は、せいぜい、一日に一回程度の時間分解能での測定であり、気象条件を考えた場合、この時間分解能は低過ぎるという問題がある。
【０００６】
また、気流とともに高濃度の汚染物質を含んだ気団の飛来のためか、地域的に局在化した放射性物質による汚染が懸念されるので、空間的に密なモニタリングが望まれている。しかしながら、サンプラーによる持ち帰り分析は、人手が掛かり、コストが高くなるため、観測地点が非常に少ないのが現状である。
【０００７】
人は１５ｍ３／ｄａｙの空気を呼吸し、非常に高濃度の放射性浮遊粒子状物質を数時間吸引することで、大きなダメージを受けることが心配される。また、どのような半減期の放射性元素によって被曝したか、体の中でどこに濃縮されていくのか、また、人体がどのような速度で排出できるか、物質によって大きく異なり、人体への影響が全く異なることが予想される。
【０００８】
さらに、浮遊粒子状物質は、人の健康に悪影響を及ぼすものとして研究されており、浮遊粒子状物質のうち、粒径が２．５μｍ以下の微小粒子状物質は、特に悪影響が大きいと考えられている。その理由は、浮遊粒子状物質のうち、粒径が２．５μｍよりも大きい粗大粒子状物質は、鼻や気道の途中で取り除かれるのに対して、微小粒子状物質は呼吸によって肺の奥深くに沈降し、一度、沈降してしまうと、排出することが困難だからである。したがって、大気中の浮遊粒子状物質からの放射線量が全体として同じ場合であっても、その放射線量が粗大粒子状物質に由来している場合に比べて、その放射線量が微小粒子状物質に由来している場合の方が、人体にとって危険性が高いと考えられる。
【０００９】
放射性の微小粒子状物質による内部被曝の研究はほとんど行われていないけれども、微小粒子状物質の発癌性の研究や心血管疾患の疫学調査は行われており、放射性の微小粒子状物質を一度吸引してしまうと、長期間にわたって内部被曝をすることが予想されるので、今後の疫学調査によって、その危険性が明らかになると思われる。ところが、放射性浮遊粒子状物質については、疫学データ、毒性のデータについてもほとんどなく、観測データも少なく、非常に、科学的知見が少ないせいか、現在のところ、放射性浮遊粒子状物質を、粒径を分けて、自動的にモニタリングする装置はない。
【００１０】
たとえば、特許文献１〜９に記載のような従来の測定装置は、浮遊粒子状物質を微小粒子状物質と粗大粒子状物質とに分けて放射線を検出することを行っておらず、検出された放射線が、放射性の微小粒子状物質に由来するのか、それとも放射性の粗大粒子状物質に由来するのかを、判断することができない。
【００１１】
本発明は、上述した課題を解決するためのものであり、浮遊粒子状物質を微小粒子状物質と粗大粒子状物質とに分けて、微小粒子状物質および粗大粒子状物質それぞれから放射される放射線を検出することができる放射性浮遊粒子状物質測定装置および放射性浮遊粒子状物質測定方法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】
【００１２】
本発明は、内部空間を有する格納部と、
前記格納部の外から前記内部空間へ、浮遊粒子状物質を含む大気を吸引する吸引部と、
前記内部空間に設けられ、前記吸引部によって吸引された浮遊粒子状物質を、粒径が２．５μｍよりも大きい粗大粒子状物質と、粒径が２．５μｍ以下の微小粒子状物質とに分級する分級部と、
前記内部空間に設けられ、前記分級部によって分級された粗大粒子状物質および微小粒子状物質を、それぞれ分けて捕集する捕集部と、
前記内部空間に設けられ、前記捕集部によって捕集された粗大粒子状物質から放射される放射線および微小粒子状物質から放射される放射線のいずれか一方を検出する放射線検出部とを備えることを特徴とする放射性浮遊粒子状物質測定装置である。
【００１３】
また本発明は、内部空間を有する格納部と、
前記格納部の外から前記内部空間へ、浮遊粒子状物質を含む大気を吸引する吸引部と、
前記内部空間に設けられ、前記吸引部によって吸引された浮遊粒子状物質を、粒径が２．５μｍよりも大きい粗大粒子状物質と、粒径が２．５μｍ以下の微小粒子状物質とに分級する分級部と、
前記内部空間に設けられ、前記分級部によって分級された粗大粒子状物質および微小粒子状物質を、それぞれ分けて捕集する捕集部と、
前記内部空間に設けられ、前記捕集部によって捕集された粗大粒子状物質から放射される放射線および微小粒子状物質から放射される放射線の両方を検出する放射線検出部とを備えることを特徴とする放射性浮遊粒子状物質測定装置である。
【００１４】
また本発明は、前記分級部は、前記吸引部に連動して分級を行い、
前記捕集部は、前記分級部に連動して捕集を行い、
前記放射線検出部は、前記捕集部に連動して放射線の検出を行うことを特徴とする。
【００１５】
また本発明は、前記放射線検出部は、シンチレーション検出器により、検出した放射線のエネルギーおよびエネルギーごとの計数を測定することを特徴とする。
【００１６】
また本発明は、前記放射線検出部は、前記捕集部によって捕集された粗大粒子状物質から放射される放射線および微小粒子状物質から放射される放射線の両方を、同時に検出し、反同時計数法により、それぞれの放射線の検出結果を補正することを特徴とする。
【００１７】
また本発明は、前記放射線検出部は、放射線として、α線またはβ線の少なくとも一方と、γ線とを検出することを特徴とする。
【００１８】
また本発明は、浮遊粒子状物質を含む大気を吸引するステップと、
吸引された浮遊粒子状物質から、粒径が２．５μｍ以下の微小粒子状物質を分離して捕集するステップと、
捕集された微小粒子状物質から放射される放射線を検出するステップとを含むことを特徴とする放射性浮遊粒子状物質測定方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、浮遊粒子状物質を微小粒子状物質と粗大粒子状物質とに分けて、いずれか一方から放射される放射線を検出することができる。また本発明によれば、浮遊粒子状物質を微小粒子状物質と粗大粒子状物質とに分けて、放射線をそれぞれ検出することができ、人体により危険性の高い、放射性の微小粒子状物質からの放射線を検出することができるとともに、放射性の粗大粒子状物質からの放射線も検出するので、大気中の浮遊粒子状物質全体についての放射線を検出することができる。
【００２０】
また本発明によれば、吸引部、分級部、捕集部、および放射線量測定部が、互いに連動しているので、大気中の放射線浮遊粒子状物質を連続自動的にモニタリングすることができる。
【００２１】
また本発明によれば、放射線検出部は、シンチレーション検出器により、検出した放射線のエネルギーおよびエネルギーごとの計数を測定するので、放射性核種の同定を行うことができる。
【００２２】
また本発明によれば、放射線検出部は反同時計数法により検出結果を補正するので、放射性浮遊粒子状物質測定装置に入射する宇宙線の影響を軽減することができる。
【００２３】
また本発明によれば、放射線検出部は、放射線として、γ線を検出することができ、さらに、α線またはβ線の少なくとも一方も検出することができる。
【００２４】
また本発明によれば、大気中の浮遊粒子状物質のうち、人体により危険性の高い、微小粒子状物質から放射される放射線を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】測定装置１００の構成を示す図である。
【図２】分級器３についてより詳細に説明するための図である。
【図３】分級器３を所定の条件で運転したときの分級曲線を示す図である。
【図４】各標準線源を使用したときの第１検出器５１による測定結果を示すグラフである。
【図５】図４のグラフから、各ピークを分離したときのグラフである。
【図６】測定装置１００による測定処理を示すフローチャートである。
【図７Ａ】測定結果の一例を示す図である。
【図７Ｂ】測定結果の一例を示す図である。
【図７Ｃ】測定結果の一例を示す図である。
【図７Ｄ】測定結果の一例を示す図である。
【図７Ｅ】測定結果の一例を示す図である。
【図７Ｆ】測定結果の一例を示す図である。
【図８】γ線とβ線との両方を検出する測定装置１００の全体図である。
【図９】γ線とβ線との両方を検出する測定装置１００における第１検出器５１の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に、本発明に係る放射性浮遊粒子状物質測定装置１００（以下では、単に、「測定装置１００」と称する）について説明する。図１は、測定装置１００の構成を示す図である。図１では、紙面上側を鉛直方向上側とし、紙面下側を鉛直方向下側とする。
【００２７】
測定装置１００は格納壁部１を備えており、格納壁部１によって内部空間が形成され、その内部空間に、ポンプ２、分級器３、テープ供給部４、および放射線検出部５が収容される。また、格納壁部１によって囲まれる空間と外部の空間とを連通するように、サンプルインレット６が設けられる。格納壁部１の材質としては、どのようなものであってもよいけれども、放射線が透過し難いコンクリート、鉄、鉛などが好ましい。
【００２８】
測定装置１００は、概略的には、空気を吸引し減圧する真空ポンプであるポンプ２と、ブロア７とによって、サンプルインレット６から試料大気を吸引して、吸引した試料大気中を浮遊する浮遊粒子状物質（Suspended Particulate Matter）を、分級器３によって、粗大粒子状物質と微小粒子状物質とに分級した後、テープ供給部４によって供給されるテープ状フィルタ４ａにより、粗大粒子状物質と微小粒子状物質とを分けて捕集し、放射線検出部５によって、捕集された粗大粒子状物質および微小粒子状物質から放射される放射線を、それぞれ検出する装置である。ここで、粗大粒子状物質とは、浮遊粒子状物質のうち、空気力学的粒子径（以下では、単に、「粒径」と称する）が２．５μｍよりも大きい物質であり、微小粒子状物質とは、浮遊粒子状物質のうち、粒径が２．５μｍ以下の物質である。
【００２９】
サンプルインレット６は、浮遊粒子状物質を透過させるための慣性衝突型の分級器（ＰＭ１０インパクタ）と一体に構成されるＰＭ１０インレットであってもよいし、分級器を含まない、１０μｍ以上の粒子も取り込むＴＳＰインレットであってもよい。サンプルインレット６は、試料大気中の浮遊粒子状物質と気体とを分級器３へ送給する。分級器３には、サイクロン式分級器、インパクタ、バーチャルインパクタなどが用いられる。本実施形態では、分級器３はバーチャルインパクタであり、空気を吸引するポンプ２およびブロア７によって気流を発生させることで、浮遊粒子状物質を粗大粒子状物質と微小粒子状物質とに分級する。微小粒子状物質は、分級器３によって分級され、試料大気中の気体とともに、分級器３の第１排出口３ａから排出されて、第１流路８へ向かう。また、分級器３によって、試料大気中の気体とともに、粗大粒子状物質を主とする浮遊粒子状物質が、分級器３の第２排出口３ｂから排出されて、第２流路９へ向かう。
【００３０】
第１排出口３ａと第１流路８との間、および、第２排出口３ｂと第２流路９との間には、第１、第２排出口３ａ，３ｂに面するように、テープ供給部４によって１本のテープ状フィルタ４ａが張設されており、このテープ状フィルタ４ａに粗大粒子状物質と微小粒子状物質とが捕集される。テープ状フィルタ４ａは、空気をよく通過させることができるとともに、粒子を効率よく捕集することができるようになっている。第１、第２排出口３ａ，３ｂから排出された空気は、このテープ状フィルタ４ａを通過して、それぞれ、第１、第２流路８，９へ流れ込む。このときの微小粒子状物質の第１流路８側の流速は２００Ｌ／ｍｉｎであり、粗大粒子状物質の第２流路９側の流速２０Ｌ／ｍｉｎである。このように、大きな流量で吸引する必要がある場合は、ブロア７が用いられ、小さい流量で吸引する場合は、ポンプ２が用いられる。
【００３１】
テープ状フィルタ４ａは、異なる部分において、第１、第２排出口３ａ，３ｂに、１０ｍｍ程度の距離で近接している。また、テープ状フィルタ４ａを挟んで第１、第２排出口３ａ，３ｂとは反対側、すなわちテープ状フィルタ４ａの裏側には、第１、第２流路８，９の入口が設けられている。
【００３２】
第１流路８内には、テープ状フィルタ４ａを挟んで第１排出口３ａに対向するように、第１検出器５１が設けられる。第１検出器５１は、検出面５１ａがテープ状フィルタ４ａの裏側に面しており、検出面５１ａとテープ状フィルタ４ａとの距離は、１ｍｍ〜５０ｍｍである。第１検出器５１は、検出面５１ａに入射した放射線を検出して、検出結果を、マルチチャンネルアナライザ５３を介して、主制御部５４へ入力する。同様に、第２流路９内にも、テープ状フィルタ４ａを挟んで第２排出口３ｂに対向するように、第２検出器５２が設けられる。第２検出器５２は、検出面５２ａがテープ状フィルタ４ａの裏側に面しており、検出面５２ａとテープ状フィルタ４ａとの距離は、１ｍｍ〜５０ｍｍである。第２検出器５２は、検出面５２ａに入射した放射線を検出して、検出結果を、マルチチャンネルアナライザ５３を介して、主制御部５４へ入力する。主制御部５４は、第１、第２検出器５１，５２から入力された検出結果に基づいて、捕集された微小粒子状物質および粗大粒子状物質から放射された放射線量を、それぞれ算出する。このように、第１検出器５１、第２検出器５２、マルチチャンネルアナライザ５３、および主制御部５４によって、放射線検出部５が構成される。
【００３３】
主制御部５４には、マルチチャンネルアナライザ５３だけではなく、第１流路８内に設けられる、第１温度センサ１０および第１圧力センサ１１が接続され、第１流路８内の温度データや圧力データが入力される。また、分級器３による分級のために気流を発生させるブロア７や、ブロア７によって発生する第１流路８内の気流の流量を計測する第１流量センサ１２も、主制御部５４に接続される。
【００３４】
また、主制御部５４には、第２流路９内に設けられる、第２温度センサ１３および第２圧力センサ１４が接続され、第２流路９内の温度データや圧力データが入力される。また、ポンプ２によって発生する第２流路９内の気流の流量を制御する流量制御部１５や、第２流路９内の気流の流量を計測する第２流量センサ１６も、主制御部５４に接続される。温度データや圧力データは、バーチャルインパクタである分級器３の制御に用いられる。すなわち、分級器３は、通過する空気を体積流量で制御する必要があるが、第１、第２流量センサ１２，１６は通過する空気の質量流量で測定するマスフロセンサであるので、体積流量に換算するために、温度データと圧力データとが用いられる。
【００３５】
次に、分級器３について説明する。上述したように、本実施形態における分級器３はバーチャルインパクタであり、第１流路８内に設けられるブロア７によって発生する主流と、第２流路９内に設けられるポンプ２によって発生する２次流とによって、浮遊粒子状物質を微小粒子状物質と粗大粒子状物質とに分級する。第１流量センサ１２による計測結果に基づいて、主制御部５４によってブロア７が制御されることで、分級器３内に主流が発生する。ポンプ２は、一定の速度、たとえば、毎分数１００リットルで第２流路９内の空気を吸引し、第２流量センサ１６による計測結果に基づいて、主制御部５４によって流量制御部１５が制御されることで、分級器３内に主流よりも流量が小さい２次流が発生する。ブロア７およびポンプ２を経た空気は、それぞれ、第１、第２流路８，９の出口から、格納壁部１によって囲まれる空間の外へ排出される。なお、測定装置１００には、ポンプ２によって空気を排出する際に発生する騒音を抑えるためのサイレンサ１７が設けられる。
【００３６】
図２を用いて、分級器３についてより詳細に説明する。分級器３は、ノズル部３１と、集気部３２と、外管部３３とから構成される。ノズル部３１は、サンプルインレット６から試料大気が送給される縮管部３１ａと、縮管部３１ａに連なり、軸線方向長さをＴ［ｃｍ］とする円筒部３１ｂと、円筒部３１ｂに連なり、試料大気を噴出する噴出口３１ｃとを含む。噴出口３１ｃは円形状であり、その内径をＤ０［ｃｍ］とする。噴出口３１ｃから噴出される空気は、たとえば、レイノルズ数にして約１００００に相当する線速（２００００ｍ／ｍｉｎ〜２５０００ｍ／ｍｉｎ）で噴出される。集気部３２は、円筒状の部材であり、図１に示す第２排出口３ｂと連通する。集気部３２の軸線と円筒部３１ｂの軸線とは一致し、集気部３２の内径Ｄ１［ｃｍ］は内径Ｄ０よりも大きい。集気部３２と噴出口３１ｃとの距離をＳ［ｃｍ］とする。外管部３３は、集気部３２の外径よりも充分大きい内径の部材であり、ノズル部３１および集気部３２を収容し、図１に示す第１排出口３ａと連通する。
【００３７】
分級器３は、外管部３３に流れ込む気流を主流とし、集気部３２に流れ込む気流を２次流とすることで、外管部３３に微小粒子状物質を集め、集気部３２に粗大粒子状物質を集める。より詳細には、噴出口３１ｃから噴出される粗大粒子状物質は、慣性力が比較的大きいので、噴出した粗大粒子状物質の大多数が、２次流によって、噴出口３１ｃに対向する集気部３２へ流れ込む。これに対して、噴出口３１ｃから噴出される微小粒子状物質は、慣性力が比較的小さいので、流量が大きい主流の影響を大きく受け、噴出した微小粒子状物質の大多数が、外管部３３へ流れ込む。
【００３８】
外管部３３に流れ込む気流が主流であるので、噴出口３１ｃから噴出される試料大気の流量をＱ０［リットル／ｍｉｎ］とし、集気部３２に流れ込む試料大気の流量をＱ１［リットル／ｍｉｎ］とすれば、外管部３３に流れ込む試料大気の量は（Ｑ０−Ｑ１）となり、（Ｑ０−Ｑ１）＞Ｑ１となる。Ｑ１／Ｑ０や、内径Ｄ１／内径Ｄ０、距離Ｓ／内径Ｄ０、長さＴ／内径Ｄ０を適宜設定することで、ほとんどの微小粒子状物質を外管部３３に集め、ほとんどの粗大粒子状物質を集気部３２に集めることができる。
【００３９】
たとえば、Ｑ０＝２７．７リットル／ｍｉｎ、Ｑ１／Ｑ０＝０．１、内径Ｄ０＝３．９１２ｍｍ、内径Ｄ１／内径Ｄ０＝１．２８、距離Ｓ／内径Ｄ０＝１．０、長さＴ／内径Ｄ０＝２．０の条件で分級器３を運転すると、図３に示すような分級曲線となる。図３は、横軸を粒径（μｍ）、縦軸を分級効率（％）としており、図３において実線で示すグラフＸ１は、外管部３３に集められる浮遊粒子状物質の分級曲線を示し、破線で示すグラフＸ２は、集気部３２に集められる浮遊粒子状物質の分級曲線を示す。図３に示すように、バーチャルインパクタである分級器３は、粒径２．５μｍで完全に分級できるものではないけれども、２つの分級曲線は粒径２．５μｍの位置で交わっており、粒径が２．５μｍ以下の浮遊粒子状物質の大部分が外管部３３に集められ、粒径が２．５μｍよりも大きい浮遊粒子状物質の大部分が集気部３２に集められるので、微小粒子状物質と粗大粒子状物質とを分級できているといえる。
【００４０】
本実施形態では、上記のように、ポンプ２によって、サンプルインレット６から試料大気が吸引され、浮遊粒子状物質が分級器３内に送給され、ポンプ２およびブロア７によって、分級が行われるように構成されている。すなわち、本実施形態では、試料大気の吸引と試料大気中の浮遊粒子状物質の分級とが連動しており、その結果、吸引された浮遊粒子状物質を、停滞無く連続自動的に分級することができる。
【００４１】
次に、図１に戻って、テープ供給部４について説明する。テープ供給部４は、送出しローラ４１と、巻取りローラ４２と、カバーテープ送出しローラ４３と、複数のガイドローラとを含んでいる。テープ状フィルタ４ａは、送出しローラ４１、巻取りローラ４２、およびガイドローラに張設されている。テープ状フィルタ４ａとしては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）製ろ紙などのフッ素樹脂系メンブランフィルタが挙げられる。テープ状フィルタ４ａの幅は、１５ｍｍ〜２００ｍｍ程度である。
【００４２】
送出しローラ４１は、一定時間ごと、たとえば、６０分〜２４０分の時間間隔で、テープ状フィルタ４ａを送り出す。したがって、その一定時間中、微小粒子状物質は、テープ状フィルタ４ａの一箇所に捕集されて蓄積され続けることになり、テープ状フィルタ４ａが送り出されると、別の箇所で捕集されることになる。粗大粒子状物質についても同様である。
【００４３】
巻取りローラ４２は、送出しローラ４１から送り出されたテープ状フィルタ４ａを弛まないように巻き取るとともに、カバーテープ送出しローラ４３によって送り出されるカバーテープ４ｂも巻き取り、これにより、テープ状フィルタ４ａの分級器３側の面がカバーテープ４ｂに被覆される。このようにカバーテープ４ｂで被覆することによって、測定装置１００からテープ状フィルタ４ａを回収するときに大気中の浮遊粒子状物質がテープ状フィルタ４ａに付着するのを防ぐことができ、回収したテープ状フィルタ４ａに捕集された浮遊粒子状物質の元素分析を精密に行うことができる。なお、テープ状フィルタ４ａに浮遊粒子状物質を捕集した後、カバーテープ４ｂで被覆する前に、元素分析を行うように、測定装置１００内に元素分析器を設けてもよい。元素分析器としては、蛍光Ｘ線分析器などが挙げられる。
【００４４】
本実施形態では、上記のように、分級器３から排出される微小粒子状物質および粗大粒子状物質を捕集するためのテープ状フィルタ４ａが一定時間ごとに送り出されるので、浮遊粒子状物質がテープ状フィルタ４ａに蓄積され過ぎてテープ状フィルタ４ａを試料大気中の気体が通過できなくなるという事態は生じない。したがって、本実施形態では、浮遊粒子状物質の分級と、分級後の微小粒子状物質および粗大粒子状物質の捕集とが連動しており、その結果、分級された浮遊粒子状物質を、停滞無く連続自動的に捕集することができる。
【００４５】
次に、放射線検出部５について説明する。上述したように、放射線検出部５は、第１検出器５１と第２検出器５２とを備えており、第１、第２検出器５１，５２は、テープ状フィルタ４ａに捕集された、放射性物質を含有する浮遊粒子状物質（以下では、「放射性浮遊粒子状物質」と称する）から放射される放射線を常時検出し、主制御部５４に検出結果を常時入力する。第１検出器５１と第２検出器５２とは、同一の放射線検出器が用いられ、放射線検出器には、たとえば、シンチレーション検出器やゲルマニウム検出器などを使用することができる。本実施形態では、第１検出器５１および第２検出器５２は、ともに、シンチレーション検出器とマルチチャンネルディテクターとを組み合わせたものであり、放出されたエネルギーと放出された計数（カウント）からスペクトル解析を行う。スペクトル解析において、エネルギーレベルは放射性核種固有の値を持つことから、放射性核種の種類を同定することができる。たとえば、131Ｉは主として、８０．２ｋｅＶ、２８４ｋｅＶ、６３７ｋｅＶ、７２３ｋｅＶのエネルギーのγ線を放出する。次に、単位時間当たりの計数(ｃｐｓ)を使い、あらかじめ用意した放射線各種の標準線源から、検出器の計数効率を求めることにより、エネルギー毎の放射能Ｂｑを求めることができる。標準線源のエネルギーレベルを表１に示す。
【００４６】
【表１】
2013061254.tif 000003
【００４７】
平時に観測されるγ線スペクトルは、天然放射性核種である40Ｋ、235Ｕ、ウラン系列（214Ｐｂ、214Ｂｉ、226Ｒａ、234Ｐａ等）、トリウム系列(208Ｔｌ、212Ｐｂ、212Ｂｉ、228Ａｃ等)であり、また、宇宙線によって作られる7Ｂｅのピークである。次に、原子力発電所の事故等により観測されるのは、人工放射性核種であり、65Ｚ、95Ｎｂ、99Ｍｏ、99mＴｃ、113Ｓｎ、129Ｔｅ、129mＴｅ、131Ｉ、132Ｉ、133Ｉ、134Ｃｓ、136Ｃｓ、137Ｃｓ、140Ｂａ、140Ｌａ、203Ｐｂなどがある。また、このとき、直接飛来するのは微小粒子状物質としてであり、一度、土壌に吸収され、砂塵として、再度、浮遊する場合は、粗大粒子状物質として存在することが知られている。
【００４８】
図４（ａ）は、各標準線源を、テープ状フィルタ４ａに所定の質量だけ付着させ、各標準線源から放射される放射線を検出し、天然放射性核種や宇宙線によって生じる放射性核種の影響を除いた後の、第１検出器５１による測定結果を示すグラフである。図４（ｂ）は、図４（ａ）の一部を拡大したグラフである。図４では、横軸をエネルギー［ｋｅＶ］とし、縦軸を計数［ｃｐｓ］としている。
【００４９】
第１検出器５１の計数効率を求めるために、図４の各ピークはガウス分布であり、ピークが複数重なっていると仮定して、図４（ａ）のグラフに対して、ピークの分離を行う。図５（ａ）は、ピーク分離後のグラフであり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の一部を拡大したグラフである。図５のグラフから、各標準線源について、単位質量あたりの計数［ｃｐｓ／ｇ］を算出することができる。
【００５０】
第１検出器５１は、第１流路８内において、分級器３の第１排出口３ａに対向して設けられており、上述したように、微小粒子状物質および試料大気中の気体の一部は分級器３の外管部３３に集められて第１排出口３ａから排出されるので、第１検出器５１によって検出される放射線は、テープ状フィルタ４ａに捕集された放射性の微小粒子状物質からの放射線と、テープ状フィルタ４ａを通過して第１流路８内に流れ込む放射性の気体からの放射線とを合わせたものとなる。また、同様に、第２検出器５２は、第１流路９内において、分級器３の第２排出口３ｂに対向して設けられており、上述したように、粗大粒子状物質および試料大気中の気体の一部は分級器３の集気部３２に集められて第２排出口３ｂから排出されるので、第２検出器５２によって検出される放射線は、テープ状フィルタ４ａに捕集された放射性の粗大粒子状物質からの放射線と、テープ状フィルタ４ａを通過して第２流路９内に流れ込む放射性の気体からの放射線とを合わせたものとなる。そこで、主制御部５４は、第１検出器５１による検出結果と、第２検出器５２による検出結果とから、テープ状フィルタ４ａを通過する気体からの放射線量を除く補正処理を行って、テープ状フィルタ４ａ上に捕集された放射性の微小粒子状物質の、単位面積あたりの放射能［μＢｑ/ｃｍ２］と、放射性の粗大粒子状物質の、単位面積あたりの放射能とを算出する。そして、テープ状フィルタ４ａを通過した空気の体積を計算することで、試料大気に含まれる微小粒子状物質（粗大粒子状物質）の単位体積あたりの放射能［μＢｑ/ｍ３］を算出できる。
【００５１】
主制御部５４は、さらに、反同時計数法を用いた補正処理によって、第１検出器５１の検出結果および第２検出器５２の検出結果に対する、宇宙線の影響を取り除く。宇宙線は、非常に高いエネルギーを有しており、測定装置１００に宇宙線が入射すると、第１検出器５１および第２検出器５２の検出結果に、ほぼ同時刻に鋭いピークが現れる。そこで、主制御部５４は、反同時計数法により、この鋭いピークを取り除くように、第１、第２検出器５１，５２の検出結果を補正している。
【００５２】
本実施形態では、一定時間ごとに送り出されるテープ状フィルタ４ａに、連続自動的に放射性浮遊粒子状物質を捕集することができ、捕集された放射性浮遊粒子状物質からの放射線は、第１、第２検出器５１，５２によって常時検出される。したがって、本実施形態では、放射性浮遊粒子状物質の捕集と、捕集された放射性浮遊粒子状物質からの放射線の検出とが連動しており、その結果、大気中の放射性浮遊粒子状物質を、連続自動的にモニタリングすることができる。
【００５３】
図６は、測定装置１００による測定処理を示すフローチャートである。図７Ａ〜図７Ｆは、測定結果の一例を示す図である。図７Ａ〜図７Ｆは、横軸をエネルギー［ｋｅＶ］とし、縦軸を計数［ｃｐｓ］とするグラフである。
【００５４】
テープ状フィルタ４ａの送り出し（ステップＳ１）の直後は、テープ状フィルタ４ａには浮遊粒子状物質は捕集されていない。このときに、ブランクの測定を行う（ステップＳ２）。図７Ａ（ａ）は、ステップＳ２における第１検出器５１からの出力を示し、図７Ａ（ｂ）は、ステップＳ２における第２検出器５２からの出力を示している。図７Ａ（ａ）、図７Ａ（ｂ）に示すように、浮遊粒子状物質の捕集前は、ほぼ同じ出力結果となる。
【００５５】
ブランクの測定後、分級器３によって、微小粒子状物質と粗大粒子状物質とを分級し（ステップＳ３）、それぞれ、テープ状フィルタ４ａに捕集する（ステップＳ４）。そして、捕集を行いながら、第１、第２検出器５１，５２による測定を行う（ステップＳ５）。図７Ｂ（ｃ）は、ステップＳ５における第１検出器５１からの出力を示し、図７Ｂ（ｄ）は、ステップＳ５における第２検出器５２からの出力を示している。
【００５６】
次に、ステップＳ５の測定結果から、ステップＳ２における測定結果を減算することで、天然放射性核種の影響を取り除く（ステップＳ６）。図７Ｃ（ｅ）は、ステップＳ６における第１検出器５１の抽出結果を示し、図７Ｃ（ｆ）は、ステップＳ６における第２検出器５２の抽出結果を示している。
【００５７】
次に、ステップＳ６の抽出結果に対して、ノイズ除去処理を行う（ステップＳ７）。図７Ｄ（ｇ）は、ステップＳ７における第１検出器５１のノイズ除去処理結果を示し、図７Ｄ（ｈ）は、ステップＳ７における第２検出器５２のノイズ除去処理結果を示している。
【００５８】
次に、ステップＳ７による２つのノイズ除去処理結果から、共通するピークを抽出する（ステップＳ８）。図７Ｅ（ｉ）は、ステップＳ８における共通ピークの抽出結果を示している。
【００５９】
次に、ステップＳ７のノイズ除去処理結果から、ステップＳ８におけるピーク抽出結果を減算する反同時計数法によって、宇宙線によって作られるガス状の放射性核種の影響を取り除く（ステップＳ９）。これによって、人体により危険性の高い、大気中の微小粒子状物質の放射能を抽出するとともに、土壌から再飛散した放射性核種である粗大粒子状物質の放射能を抽出することができる。図７Ｆ（ｊ）は、ステップＳ９における第１検出器５１についての反同時計数処理結果を示し、図７Ｆ（ｋ）は、ステップＳ９における第２検出器５２についての反同時計数処理結果を示している。
【００６０】
その後、標準物質から求めた計数効率と、ステップＳ９の結果とに基づいて、放射性核種の同定を行い（ステップＳ１０）、測定装置１００の流量などから、各放射性核種について、大気中の放射能濃度を算出する（ステップＳ１１）。
【００６１】
本発明は、このように、微小粒子状物質と粗大粒子状物質とを分級し、さらに、反同時計数法によって、自然界に存在する放射性核種や、ガス状の放射性核種を分離した後に、大気中の微小粒子状物質および粗大粒子状物質の放射能濃度を算出することが可能である。なお、本発明としては、微小粒子状物質のみの放射能濃度を算出してもよいし、粗大粒子状物質のみの放射能濃度を算出してもよい。
【００６２】
また、本発明としては、放射線としてγ線のみを検出してもよいし、γ線とβ線との両方を検出してもよい。図８は、γ線とβ線との両方を検出する測定装置１００の全体図であり、図９は、この測定装置１００における第１検出器５１の模式図である。
【００６３】
核分裂生成物の多くは、β-壊変を繰り返しながら安定核種に壊変する。このとき、大部分の核種は、β-線とγ線とを同時に放出するが、中にはβ-線しか放出しない核種も存在する。γ線のエネルギーは放射性核種固有の値を持つことから、γ線エネルギーを測定することで放射性核種の種類を同定することができるが、89Ｓｒ、90Ｓｒ、90Ｙ、143Ｐｒの４核種はβ-線しか放出しない核種であるので、β線の検出も行うことが必要である。
【００６４】
γ線とβ線との両方を検出する場合、第１検出器５１および第２検出器５２は、ともに、ＮａＩシンチレーション検出器５１１と、プラスチックシンチレーション検出器５１２と、γ線用マルチチャンネルディテクター５１３と、β線用マルチチャンネルディテクター５１４とを組み合わせたものである。図９に示すように、テープ状フィルタ４ａに捕集された浮遊粒子状物質から放出されたγ線Ａ１は、テープ状フィルタ４ａの下方にある第１検出器５１に入射する。このとき、γ線Ａ１はプラスチックシンチレーション検出器５１２を通過し、ＮａＩシンチレーション検出器５１１に入射する。ＮａＩシンチレーション検出器５１１にγ線Ａ１が入射すると蛍光Ａ２が発生し、その蛍光Ａ２がγ線用マルチチャンネルディテクター５１３に入射する。γ線用マルチチャンネルディテクター５１３では、光電子増倍管の電流出力が積分型前置増幅器で電圧パルスに変換され、ＰＨＡ（Pulse Height Analyzer）で波高分析することで、γ線のエネルギーレベルとカウント数とが測定される。テープ状フィルタ４ａに捕集された浮遊粒子状物質から放出されたβ線Ａ３は、プラスチックシンチレーション検出器５１２に入射する。プラスチックシンチレーション検出器５１２にβ線が入射すると蛍光Ａ４が発生し、その蛍光Ａ４がβ線用マルチチャンネルディテクター５１４に入射し、γ線用マルチチャンネルディテクター５１３と同様にして、β線のエネルギーレベルとカウント数とが測定される。このように構成することで、γ線とβ線との両方を検出することが可能である。
【００６５】
また、これに限らず、放射線検出部５は、α線またはβ線の少なくとも一方と、γ線とを検出するように構成されてもよい。たとえば、α線とγ線とを検出するように構成されてもよいし、α線、β線、およびγ線のすべてを検出するように構成されてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１  格納壁部
２  ポンプ
３  分級器
４  テープ供給部
５  放射線検出部
６  サンプルインレット
７  ブロア
５１  第１検出器
５２  第２検出器
５４  主制御部
１００  放射性浮遊粒子状物質測定装置（測定装置）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図６】
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【図４】
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【図５】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図８】
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【図９】
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