コーデッドマスク型ガンマカメラによる放射線源の可視化と定量◎定本真明A、根本龍男A、久保信A 、松浦貢A、山口明則A、米徳大輔B
A:クリアパルス株式会社、B:金沢大学

第6回

放射線計測フォーラム福島@京都大学東京オフィス

2016/07/05

1目次
1. 会社紹介
2. 福島の除染とガンマカメラの要求
3. ガンマカメラ各種方式の解説と選定
 ピンホール方式
 コンプトン方式
 コーデッドマスク方式

4. クリアパルス製ガンマカメラ
5. 実測結果



感度評価
定量評価
実地測定例

6. アプリケーション提案
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クリアパルス社紹介
放射線計測に関するアナログ回路の設計・製造
人工衛星・探査機の搭載機器の設計・製造
主要取引先
・JAXA（宇宙航空研究開発機構）
・JAEA（日本原子力研究開発機構）
・SPring-8
・東京大学
・京都大学
・東北大学 など

IKAROS探査機©JAXA

Mr.Gamma（空間線量計）放射線事業で培った技術を福島復興に活かしたい
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3福島の除染の現状

サーベイメータでの線量測定◎除染基準◎
0.23 μSv/h @ 1m を多くの自治体が基準に採用。

◎測定方法◎
基本的には数十mをメッシュ状に測定。
雨垂れなど、ホットスポットが予想される場合のみ追加測定。
⇒ホットスポットの測定には時間がかかる。

◎除染方法◎
地面は重機にて一面剥ぎ取り。
⇒非汚染箇所まで剥ぎ取ることは、廃棄物の増加・作業時間の長期化を招く。

重機による除染

詳細な汚染分布を把握し、効率的な除染が必要 = ガンマカメラの需要
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4除染用途ガンマカメラの重要性能◎福島で要求されるガンマカメラの性能◎・除染基準値 0.23 μSv/h @ 1m 以上の汚染を発見可能
・短時間で広範囲を詳細に測定可能
・運搬可能※人が持ち運ぶ必要はない

可搬な超高感度ガンマカメラが要求されているそれに加えて、単純な構造・原理の方が開発製造保守コストの低減となる。

開発着手

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ピンホール方式の構造
ピンホール方式

鉛シールド
ピクセル化
検出器
ピンホール

ピンホールを空けた鉛のシールドの中に、ピクセル化された検出器を配置。
非常に簡単な構造の為、開発・保守が容易。

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ピンホール方式の原理
ピンホール方式

ピンホールを通ったガンマ線のみ検出部に到達。
検出部には反転した放射線強度マップが映し出される。
ピクセル毎のカウント数がそのまま強度であるため、処理が非常に簡単。
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ピンホール方式の感度と視野角
ピンホール方式

項目決定用素感度

ピンホールサイズ

位置分解能

ピンホールサイズ
検出器ピクセルピッチ

視野角

検出器サイズ

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ピンホール方式まとめピンホール方式

実空間への再構成が容易。
構造も簡単な為、開発・保守も容易。

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感度が低い。
ピンホール大 ⇒ 感度高、位置分解能悪
ピンホール小 ⇒ 感度低、位置分解能良
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コンプトン方式の構造
コンプトン方式
散乱体

吸収体ピクセル化した検出器を二層（以上）配置し、一方を散乱体、他方を吸収体とする。鉛シールドは不要。

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コンプトン方式の原理
コンプトン方式
散乱体・散乱位置・エネルギー

吸収体

・吸収位置
・エネルギー

散乱体にてコンプトン散乱し、かつ吸収体にて光電吸収したイベントを抽出。
散乱位置、吸収位置、各位置での付与エネルギーを取得。
上記条件に当てはまれば、ガンマ線の入射方向は選ばない。
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コンプトン方式の原理
コンプトン方式
𝐸𝐸𝛾𝛾′ ==1+

散乱体

𝐸𝐸𝛾𝛾

吸収体

θ𝐸𝐸𝛾𝛾
(1 − csc 𝜃𝜃)𝑚𝑚0 𝑐𝑐 2𝐸𝐸𝛾𝛾

1+1.96𝐸𝐸𝛾𝛾 (1−csc 𝜃𝜃)・散乱位置・エネルギー・吸収位置・エネルギー

コンプトン散乱では、散乱角度 θ に依存したエネルギーが生じる。
両位置でのエネルギーから逆算し、散乱角度を算出。

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コンプトン方式の原理
コンプトン方式
𝐸𝐸𝛾𝛾′ ==1+𝐸𝐸𝛾𝛾

𝐸𝐸𝛾𝛾(1 − csc 𝜃𝜃)𝑚𝑚0 𝑐𝑐 2𝐸𝐸𝛾𝛾

散乱体

吸収体

θ

1+1.96𝐸𝐸𝛾𝛾 (1−csc 𝜃𝜃)

散乱角度は散乱方向を軸に360度とり得る為、ガンマ線の到来方向はコーン上のいずれかの場所として得られる。
⇒ 1イベントでは特定不可。
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コンプトン方式の原理
コンプトン方式
𝐸𝐸𝛾𝛾′ ==1+𝐸𝐸𝛾𝛾

散乱体

吸収体

𝐸𝐸𝛾𝛾
(1 − csc 𝜃𝜃)𝑚𝑚0 𝑐𝑐 2𝐸𝐸𝛾𝛾

1+1.96𝐸𝐸𝛾𝛾 (1−csc 𝜃𝜃)

最も確からしい到来方向
多数のイベントを解析し、コンプトンコーンを重ね合わせることにより、ガンマ線の到来方向を特定する。

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コンプトン方式の感度と視野角
コンプトン方式
散乱体

吸収体

散乱体

吸収体
項目

決定用素

感度

散乱体の組成吸収体の位置

位置分解能

散乱角度の不定性

視野角

吸収体の位置

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コンプトン方式のまとめ
コンプトン方式
𝐸𝐸𝛾𝛾′ ==1+𝐸𝐸𝛾𝛾

吸収体

𝐸𝐸𝛾𝛾(1 − csc 𝜃𝜃)𝑚𝑚0 𝑐𝑐 2𝐸𝐸𝛾𝛾

1+1.96𝐸𝐸𝛾𝛾 (1−csc 𝜃𝜃)

鉛シールドが不要 = 軽量
理想的には視野角の制限無し（4π）

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散乱体

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コンプトンイベントのみの利用
コーンの重ね合わせが必要⇒ 感度低2016/07/05

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コーデッドマスク方式の構造
コーデッドマスク方式

鉛シールド
ピクセル化検出器
コーデッドマスク
ピンホール部以外はピンホール方式と同じ構造。
ピンホールの代わりに鉛でできた符号化マスクを搭載。

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コーデッドマスク方式の原理
コーデッドマスク方式

実際のコーデッドマスク
鉛と空隙が50%ずつのランダム配置
マスクの形に沿った影が検出器に投影される。
その影の形とマスクの形をマッチングすることで、投影方向を逆算することが可能。⇒ パターンになるだけのイベントが必要
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コーデッドマスク方式の感度と視野角
コーデッドマスク方式

項目

決定用素

感度

マスク面積
検出器ピクセル数

位置分解能

マスクと検出器のピクセルピッチ

視野角

マスクと検出器のピクセル比

装置の大型化により位置分解能はそのままに、感度と精度を向上可能
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コーデッドマスク方式のまとめ
コーデッドマスク方式

実際のコーデッドマスク
鉛と空隙が50%ずつのランダム配置
単純な大型化で感度、精度が向上
位置分解能も維持

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パターンになるだけのイベントが必要※大型化による感度向上でカバー可能

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20検出方式のまとめと選択
メリット
ピンホール方式

安価

重量
感度

コンプトン方式

軽量
広視野角

感度

コーデッドマスク方式

巨大化による高感度化、高精度化

重量・高線量場

低予算

ピンホール方式

山林など重機侵入不可

コンプトン方式

・低線量場

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デメリット

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コーデッドマスク方式

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コーデッドマスク方式における定量検出器とマスクとのマッチング⇒ 一致度の相対的な評価のみ
除染効率の向上には絶対的な評価が必要

1. 検出器のカウントマップから実空間の強度分布を予想
2. 予想した強度分布から検出器のカウントマップを取得
3. 最も検出器のカウントマップを再現した強度分布を採用±20 % 程度の精度で絶対強度算出
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CP社製ガンマカメラ

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検出器

CsI(Tl) + PhotoDiode1.27cm x 1.27cm x 2.0cm
12 x 8 個使用 = 0.31 L

動作原理コーデッドマスク方式

エネルギー範囲

0.2 – 1.5 MeV

視野角40度

感度

300cpm / (0.1uSv/h @137Cs)

サイズ

650(D) x 1,000(W) x 1,300(H) mm

重量約 650 kg (初期型1500kg)

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感度評価

※0.061 μSv/h @ 1m ~ 500 kBq

0.05 μSv/h @ 1m の空間で、137Cs密封線源 0.061μSv/h @ 1m を10分間測定

0.061 μSv/h @ 1m を 5m先の地面に置く
空間線量と合わせて、0.11 μSv/hのスポット

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感度評価

※0.061 μSv/h @ 1m ~ 500 kBq

0.05 μSv/h @ 1m の空間で、137Cs密封線源 0.061μSv/h @ 1m を10分間測定

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感度評価

※0.061 μSv/h @ 1m ~ 500 kBq

0.05 μSv/h @ 1m の空間で、137Cs密封線源 0.061μSv/h @ 1m を10分間測定

上記条件であれば、90秒 で測定可能
同条件において、A社コンプトンカメラ ： 115200 秒 = 32 時間
B社ピンホールカメラ ：1500 秒 = 25 分
CPガンマカメラ：
90 秒 = 1.5 分

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定量評価
地面 = 0.15 uSv/h @ 1m、コーン付近 = 0.20 uSv/h @ 1m
椅子上の線源 = 0.4 uSv/h @ 1m

測定時間
10 min

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定量評価
地面 = 0.15 uSv/h @ 1m、コーン付近 = 0.20 uSv/h @ 1m
椅子上の線源 = 0.4 uSv/h @ 1m

他 ~ 0.16 uSv/h @ 1m
コーン付近=0.23 uSv/h@1m

椅子上線源：0.39 uSv/h@1m

測定時間
10 min2つの線源を精度よく検出
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実地測定例（ハウス横の溝）
空間線量 0.05 ～ 0.07 uSv/h @ 1m
ハウスの終端 = ～ 0.20 uSv/h@1m、中心の溝 = 0.10 uSv/h@1m

福島県内
2014年夏測定時間
10 min溝よりもハウスと地面境界の方がより強い空間
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29実地測定例（ハウス横の溝）
空間線量 0.05 ～ 0.07 uSv/h @ 1m
ハウスの終端 = ～ 0.20 uSv/h@1m、※光学カメラ取り付け位置ずれ

中心の溝 = 0.10 uSv/h@1m

福島県内
2014年夏溝：0.06 ~ 0.10 uSv/h@1m
測定時間
10 min

右終端：0.16 uSv/h@1m
左終端：0.15 uSv/h@1m
0.1 uSv/h@1mの差を検出、測定に成功
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実地測定例（未除染エリア）
枯草を中心に 0.42 uSv/h@1m（空間線量）

宮城県内
2015年冬
測定時間
3 min

枯草

0.1 uSv/h@1mの差を検出、測定に成功
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31実地測定例（未除染エリア）
枯草を中心に 0.42 uSv/h@1m（空間線量）

全体的に0.21 uSv/h@1m

スポット的に0.28～0.35 uSv/h@1m
宮城県内
2015年冬
測定時間
3 min

枯草を中心に除染基準を上回るスポットの洗い出しに成功
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アプリケーション提案

感度・
絶対
測定

速度
除染、再除染

遠距離・短時間撮影
被曝低減

距離
ガンマビデオカメラ
テロ対策

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