244

ガンマ線スカイシャイン高速計算プログラム(FSKY4C)の作成
Programming of high speed calculation method for gamma-ray sky-shine
吉田至孝（Yoshitaka Yoshida)＊ 1

清水彰直（Akinao Shimizu)＊ 2

要約 加圧水型軽水炉の安全評価では，格納容器を線源とするガンマ線スカイシャインの計算を行う．安全評価で用いられている 1 回散乱点減衰核法は，天井を透過するガンマ線の散乱効果を適切に考慮できないため，距離による減衰に対し実際とは異なる傾向を予測し，空気のビルドアップ係数で補正を行った場合，線源から遠い場所での予測誤差が大きくなる．そこで，本研究では，距離による減衰に対して予測精度を上げて，原子力防災対応に活用できるよう，原子炉格納容器を線源とするガンマ線スカイシャイン高速計算プログラム（FSKY4C）を作成した．FSKY4C および 1 回
散乱点減衰核法プログラム G33-IE を用いて，カンザス州立大学で実施されたガンマ線スカイシャ
イン測定実験の再現計算を実施するとともに，実機原子炉格納容器体系での比較計算を実施した．
その結果，FSKY4C による計算値は，カンザス州立大学の測定値よりやや大きめの値であるが，ファクタ 2 の中に納まっており，距離に対する減衰傾向は実測値とよく一致した．実機原子炉格納容器体系を対象とした FSKY4C と G33-IE の計算結果は，円筒型遮へいを持つ鋼製格納容器プラン
トでは比較的良い一致を示すものの，ドーム型遮へいを持つ鋼製格納容器プラントおよびコンク
リート製格納容器プラントでは，線源点に近い場所を除き，G33-IE による計算値は FSKY4C による計算値より 1 桁程度大きくなった．
キーワード

ガンマ線，スカイシャイン，コニカルビーム応答関数，多重層遮へい，原子炉格納容器

Abstract
In the safety evaluation of pressurized water reactors in Japan, the gamma-ray
sky-shine is calculated as a radiation source from the reactor containment vessel. It is known thatthe once-scattered point kernel attenuation method used in safety evaluations predicts a different
tendency from the actual attenuation depending on distance generally, because this method do not
appropriately consider the effect of scattering of gamma-rays penetrating the ceiling of the vessel.
In addition, the prediction error in this method increased in distance from the radiation source even
if a correction is employed using the buildup factor of air. In this study, a high speed calculation
method (FSKY4C) was programmed for nuclear emergency preparedness to calculate the
gamma-ray sky-shine as a radiation source from the reactor containment vessel. Calculation was
carried out using the FSKY4C and the G33-IE program with once-scattered point kernel attenuation
method, and the prediction by these methods were compared with the gamma-ray sky-shine
experiment done at Kansas State University.
The calculation results by FSKY4C were a little larger than measurements made at Kansas State
University. Prediction accuracy were within a factor of 2, however attenuation tendency with
distance corresponded well. For the reactor containment vessel of the commercial plant, thecalculation results by FSKY4C and G33-IE shows good agreement when a steel containment withcylindrical shield was assumed. When the steel containment with a dome shield and concrete
containment were assumed, results by G33-IE were about one order of magnitude bigger than thoseby FSKY4C except near the source point.
Keywords

1.

gamma-ray, sky-shine, conical beam response factor, multi-shield, reactor containment vessel

緒言とするガンマ線スカイシャインが評価されている．
ガンマ線スカイシャインは，原子炉格納容器の天井

加 圧 水 型 軽 水 炉（pressurized water reactor :遮へいが側壁遮へいに比べて薄い場合，上空で散乱PWR）の安全評価において，原子炉格納容器を線源したガンマ線が地上に降り注ぐ効果が無視できなく＊1＊2(株)原子力安全システム研究所 技術システム研究所
NPO 法人 放射線線量解析ネットワーク

245

なるために評価される．原子力安全システム研究所

時にガンマ線のエネルギーと角度が変化するため，

では，原子力防災対応の支援技術として従業員被ば遮へい体表面におけるガンマ線束を別の方法により

く 線 量 予 測 シ ス テ ム を 開 発 (1) 〜 (3) し，そ の 中 で評価した上で，遮へい体表面からの面線源に対して

G33-IE(4)(5)を用いて原子炉格納容器を線源とする発計算する必要がある．ガンマ線のエネルギーと角度

電所構内のスカイシャイン線量率を計算している．

の変化を無視すると，図 3 に示すようにスカイシャ

図 1 に計算結果の例を示す．

イン線量率は過小評価となる．G33-IE では，過小評

ガンマ線スカイシャインは，G33-IE をはじめとす

価を避けるため，線源から散乱点まで，ビルドアッ

る 1 回散乱点減衰核法が利用されている．この手法

プ係数を用いて補正する機能が組み込まれている．

は，点線源から放出されるガンマ線が上空で 1 回散本機能を使用した場合は，ガンマ線エネルギーと角乱して評価点に到達するものとして，散乱空間を積度の変化を無視しているため，図 4 に示すように近分することによりスカイシャイン線量率を計算する

点に合わせると遠点で過大評価となる．

ものである．その際，散乱点から評価点までの空間

そこで本研究では，原子力防災対応に活用できる

は衝突線のビルドアップを考慮することができる．

よう，原子炉格納容器を線源とするスカイシャイン

カンザス州立大学ガンマ線スカイシャイン測定実験

線の計算速度と計算精度を向上することを目的とし，(6) 〜 (8) の天井遮へいが無い場合における測定値とG33-IE の計算値の比較結果を図 2 に示す．この図より，天井遮へいが無い場合は測定値と計算値が良く㻔㻑㻨㻎㻓㻔
䡯䡨䡤䡮䡞䡤䢏⥲㔖⋙㻃㻾䃒㻵㻒㼋㻒㻦㼌㼀一致する．一方，天井遮へいがあると遮へい体透過ᐁ㥺㻔㻑㻨㻎㻓㻓

㻪㻖㻖㻐㻬㻨

㻔㻑㻨㻐㻓㻔
㻔㻑㻨㻐㻓㻕
㻔㻑㻨㻐㻓㻖
㻔㻑㻨㻐㻓㻗
㻓

図1

原子力防災訓練時発電所構内放射線量率予測例（平成 20 年度福井県原子力防災訓練時）

図3

㻕㻓㻓

㻗㻓㻓
㊝㞫㻃㻾㼐㼀

㻙㻓㻓㻛㻓㻓

天井遮へい 21cm の場合の測定値と計算値の比較

㻔㻑㻨㻎㻓㻔
ᐁ㥺䡯䡨䡤䡮䡞䡤䢏⥲㔖⋙㻃㻾䃒㻵㻒㼋㻒㻦㼌㼀䡯䡨䡤䡮䡞䡤䢏⥲㔖⋙㻃㻾䃒㻵㻒㼋㻒㻦㼌㼀㻔㻑㻨㻎㻓㻕
ᐁ㥺㻪㻖㻖㻐㻬㻨

㻔㻑㻨㻎㻓㻔

㻔㻑㻨㻎㻓㻓

㻔㻑㻨㻐㻓㻔

㻪㻖㻖㻐㻬㻨⿭ḿ䛈䜐㻔㻑㻨㻎㻓㻓
㻔㻑㻨㻐㻓㻔
㻔㻑㻨㻐㻓㻕
㻔㻑㻨㻐㻓㻖
㻔㻑㻨㻐㻓㻗

㻔㻑㻨㻐㻓㻕

㻓
㻓

図2

㻕㻓㻓

㻗㻓㻓
㊝㞫㻃㻾㼐㼀

㻙㻓㻓㻛㻓㻓

天井遮へいが無い場合の測定値と計算値の比較

図4

㻕㻓㻓

㻗㻓㻓
㊝㞫㻃㻾㼐㼀

㻙㻓㻓㻛㻓㻓

G33-IE の補正機能を用いた計算結果と測定値の
比較

246

ラインビーム応答関数法とガンマ線ビルドアップ係

ネルギー Eiの点等方線源から透過距離 r におけるガ数の評価技術を応用して，ガンマ線スカイシャイン

ンマ線束エネルギー分布をもとに（2）式で定義し，高速計算プログラム（FSKY4C）を作成した．

Simizu らの Invariant Embedding 法 (10)〜(16) を用いて計算し，データベース化した．

2.

プログラムの概要と計算手順
BE , r ; E=

本章では，詳細な計算原理は別の学術論文に譲ることとして，FSKY4C の概要と計算手順を示す．
FSKY4C は，ガンマ線スカイシャイン線量の高速計算手法研究（9）において 1 つの手法として開発されたものを改良・汎用化したもので，①遮へい体を透過するガンマ線束（エネルギー分布）の計算，②非等方ガンマ線の大気中輸送計算の 2 つで構成した．
遮へい体を透過する際のガンマ線束角度分布の変化

ϕE , r ; Eϕr ; E

ここで，ϕ：非衝突線のガンマ線束（1/s）
エッジ効果補正係数 K は，ビルドアップ線束エネ
ルギー分布が無限均質体系を前提としているため，遮へい体厚さ Z の関数で有限媒質に変換するものである．定義式は（3）式に示す．

は，計算結果への影響は小さいと考え無視した．

2.1 遮へい体を透過するガンマ線束の計
算KE ; E , ω , Z=余弦ω0と同一と近似して計算する．その際，ガンマ線エネルギーは 18 群，入射角度の余弦 0〜1 を 15 に分割して取り扱い，3 重の遮へい体まで入射エネル
ギーと透過後エネルギーの変化を追跡する．エネル
ギー変化の追跡は，18 群毎に入射エネルギー Eiに対する透過後エネルギー Epの関数としてのビルドアップ係数（ビルドアップ線束エネルギー分布という）を用いて，（1）式に示す点減衰核法で解く．

（3）

Z：遮へい体厚さ（m）

2.2

非等方ガンマ線の大気中輸送計算

非等方ガンマ線の大気中輸送計算は，図 5 に示す
コニカルビームに対して点減衰核コニカルビーム応
答関数法を適用して解く．ガンマ線エネルギーは 11群，ガンマ線放出角度の余弦は 1〜− 1 まで 30 点に分割して取り扱う．点減衰核法は等方線源が前提であるため，非等方性係数 H を用いて非等方線源への変換を行う．ガンマ線スカイシャイン線量率 R は，
遮へい体外表面のガンマ線束φより（4）式で求めϕE ; ω=BE, r ; EϕE ; ω
exp −μr
KE ; E , ω , Z
4πr 

ϕE ; E , ω , Zϕ E ; E , ω , Z

ここで，ϕ：有限媒質におけるガンマ線束

本プログラムでは，遮へい体を透過したガンマ線
はエネルギー分布が変化するが，角度は入射角度の

(2)

る．
(1)
Rx , h=∑ ∑ H E , x , ω , h  

ここで，B：ビルドアップ線束エネルギー分布

BE , rϕE , ω

φ：ガンマ線束（1/s）

exp −μr
4πr 

(4)

Ei：ガンマ線の入射エネルギー（MeV）
Ep：ガンマ線の透過後エネルギー（MeV）

ここで，ω0：ガンマ線入射角度の余弦

R：ガンマ線スカイシャイン線量率(μSv/h)

μ1：天井遮へい体線減衰係数（1/m）

H：非等方性係数

r1：天井遮へい体透過距離（m）

Ba：空気のビルドアップ係数

K：エッジ効果補正係数

μ2:：空気の線減衰係数（1/m）
x：線源と評価点の X 軸上の距離（m）

ビルドアップ線束エネルギー分布は，遮へい物質

r2：線源から評価点までの距離（m）

で満たされた無限均質体系において，ガンマ線のエh：線源と評価点の高さの差（m）

247

非 等 方 性 係 数 H は，コ ニ カ ル ビ ー ム 応 答 関 数
CBRF を用いて（5）式で定義した．

NSKYD：測定点の数（NSTEP1 + NSTEP2 + 1）
NSRS：線源点の数（最大 10 点まで）
ISTYPE：線源エネルギー入力形式（18 群のうち

H E , x , ω , h=

CBRFE , x , ω , h(5)∑ wωCBRFE , x , ω , h

1 群指定，18 群分布，任意入力）
ISATP：線源の上空放射角度指定方式（角度入力，上部遮へい体から自動計算，側壁から自動計算）

ここで，CBRF：コニカルビーム応答関数
w：ガンマ線入射角度分布のウェイト

ADSTI：測定点 1 の水平距離（m）
NSTEP1：細分区間 1 のメッシュ数

コニカルビーム応答関数は，Hirayama ら (17) がモ

ADSTW1：細分区間 1 のメッシュ幅（m）

ンテカルロ法で計算したラインビーム応答関数を Z

NSTEP2：細分区間 2 のメッシュ数

軸で回転させて円錐状のビームの応答関数にし，

ADSTW2：細分区間 2 のメッシュ幅（m）

データベース化した．

AHIGHT：測定点の高さ（cm）
WANGL：線源の上空放出角度（度）
この他の変数 NCVDT，ISINTENS（ダミー）は

Z㍀

0 を指定
（2）遮へいデータ

䃟0

遮 へ い デ ー タ は，格 納 容 器 遮 へ い 体 系

X㍀

⥲″
Y㍀

x

h
㽙
ビ౮Ⅴ

図 5 コニカルビームの概念（ICVLAY）で指定した数（3 重層のときは 3 セット
分繰り返す）を形状，物質，寸法を 9 種類の変数で指定する．
IGTYPER：天井遮へい形状が平板かドームかを指定する．
NMATCVR：遮へい体の物質番号を指定する．整備済みの物質は以下のとおり．

2.3 計算手順
FSKY4C は，コマンドプロンプト上で動作するプ

26：鉄

101：コンクリート A

82：鉛

102：コンクリート B

100：水

110：コンクリート C

103：空気111：コンクリート D

ログラムである．プログラムは，実行ファイルと空気の物質組成は表 1 に，コンクリー

データライブラリで構成され，計算データは入力

ト A〜D の物質組成は表 2 に示す．

ファイルから与える．計算結果は出力ファイルおよびサマリファイルに出力される．
入力ファイルは，テキスト形式を採用し，データの書式はフリーフォーマットでコメントを追加することができる．入力ファイルの内容は，計算制御変数と測定点データ，遮へいデータ，線源データである．
（1）計算制御変数と測定点データ
以下の計算制御変数 6 種類，測定点データ 6 種類
により計算制御を行う．
ICVLAY：格納容器遮へい体系（なし〜3 重層ま
で）

表1
原子 元素
番号 記号
7
8
18

N
O
Ar

空気の物質組成密度ρ
原子量14.0067
15.9994
39.9480.001205（g/cm3）
重量比
原子数比
0.755
0.784280.232
0.21098
0.00473
0.013

AMATCVR：遮へい体名称（20 文字以内）
平板形状

ドーム形状

(cm)

ZSPC： 天井下端高さ

球中心点高さZLOR： 円筒下端高さ

同左

PSPOR： 天井上端高さ

球外表面までの半径

248

表2

H

種類
密度ρ
原子量
1.00797

原子 元素
番号 記号
1

コンクリートの物質組成

コンクリート A
コンクリート B
コンクリート C
コンクリート D
2.35g/cm3
2.13g/cm3
2.35g/cm3
2.20g/cm3
重量比
原子数比
原子数
原子数比
重量比
組成 g/cm3
重量比0.01150.005230.07933
0.00600
0.0056 0.1042642 5.7167E-03
0.00230.00105
1.12850.513190.50000
0.609590.4983 0.5844966 4.3929E-02

C

12.01100

11O
Na

15.99940
22.98980

0.01710.0139590

12Mg

24.31200

0.00240.00091

13Al

26.98150

14
16
19

Si
Si
K

28.08600
32.06400
39.10200

0.04560.31580.0018526 6.5540E-05
0.0317171 2.2807E-04
0.2110168 1.9040E-02

0.00120.01920.0007024 3.0240E-05
0.0092150

0.00042

20

Ca

26
28

Fe
Ni

40.08000
55.84700
58.69340

0.08260.01220.0386765 2.3741E-03
0.0040997 6.7911E-04

0.03294
0.0094268

平板形状
TSPR： 天井平板厚さ

ドーム形状

(cm)

ドーム板厚さ

0.03680.01673

0.005

0.00227

0.04800

0.078

0.31500

0.775

0.03547
0.352430.01900

0.02990.01360.08300
0.01200

0.1

0.045480.032

0.01455

0.01700
0.003160.26421動すると，入力ファイル名を求めてくるので，入力ファイルが置かれているディレクトリを含めて指定

RCLOR：円筒外表面までの半径 同左
TCLR： 円筒板厚さ

同左ථງ䝋䞀䝃䛴ㄖ㎰

以上を遮へい体系で指定した数繰り返す．

䜼䜮䝥䝌䝮䛴゛⟤（3）線源データ
線源データは，線源点の数（NSRS）で指定した

䜰䝷䝢⥲″䛴シᏽ䟺ぽᗐฦᕱ䚮䜬䝑䝯䜲䞀ฦᕱ䟻

数（最大 10 個分までを繰り返す）を線源点高さに加えて，線源エネルギーの入力形式（ISTYPE）に従い，18 群のうち 1 群指定の場合は線源エネルギーと㐵䛾䛊మ䜘㏩㐛䛟䜑䜰䝷䝢⥲ᮨ䛴゛⟤

その強度，18 群分布指定の場合は 18 群の線源強度，㏩㐛㊝㞫䛴゛⟤

任意入力の場合は線源エネルギー点数，点数分の平ථᑏ䜬䝑䝯䜲䞀ぽᗐฦᕱ䛴゛⟤

均エネルギーとその強度を指定する．
ZSRS：線源点高さ（cm）㏩㐛ᚃ䜬䝑䝯䜲䞀ฦᕱ䛴゛⟤

ITYPE=1 のとき
SEDD(1)：線源エネルギー（MeV）

᭩አᒒ㐵䛾䛊మ䛴䜬䝇䜼ຝᯕ⿭ḿ゛⟤

SIDD(1)：線源強度（1/s）
ITYPE=2 のとき㟸➴᪁䜰䝷䝢⥲䛴ኬẴ㍲㏞゛⟤

S18DDR (1,K)：第 K 群（K=1〜18）の 線 源 強度（1/s）ITYPE=3 のとき✭Ẵ䝗䝯䝍䜦䝇䝛౿ᩐ゛⟤㟸➴᪁ᛮ౿ᩐ䛴゛⟤

NEGCC：線源エネルギー数
XAVECC(I)：線源エネルギー I（I=1〜NGCC)䜰䝷䝢⥲䜽䜯䜨䜻䝧䜨䝷⥲㔖⋙䛴゛⟤䟺↯ᑏ⥲㔖䚮ᐁຝ⥲㔖䟻

の平均エネルギー（MeV）
XSIDD(I)：線源エネルギー I（I=1〜NGCC）の線源強度（1/s）゛⟤⤎ᯕ䛴ฝງ

以上を線源点の数で指定した数繰り返す．
計算では，コマンドプロンプト上で FSKY4C を起

図6

計算の流れ

249

する．計算を実行すると図 6 の流れに従って処理され，結果が出力される．計算に要する時間は，一般的なパソコンで 1 秒未満である．

7LWOH)6.<9(5,),&$7,21FPࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈโᚒንᩐࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈ

計算結果は，入力ファイル名の拡張子を .OUT に変更したものにテキスト形式で詳細に出力される．
このうち，照射線量（μGy/h）と実効線量（μSv/h）

,&9/$<1&9'716.<'1656,67<3(,6$73,6,17(16
$'67,167(3$'67:167(3$'67:$+,*+7:$1*/


は入力ファイル名の拡張子を .CSV に変更した CSVࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈ㐵ⶰࢸ࣭ࢰࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈ

形式で出力される．

㐵ⶰ,*7<3(510$7&95$0$7&95=63&=/253632576355&/257&/5

3. 精度検証͆$,5͇ 
ࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈ⥲″ࢸ࣭ࢰࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈࠈ

カンザス州立大学にて実施されたガンマ線スカイ
シャイン測定実験の再現解析を実施し，計算精度の⥲″Ⅴ㸦

検証を実施した．用いた実験データは，60Co 線源に

対して天井遮へいなし，天井遮へい 21cm および天

井遮へい 42.8cm の測定結果を単位線源あたりの放射線量率にしたものである．比較のために，G33-IE

=6561*(&&
;$9(&&  ;$9(&& ;6,''  ;6,'' (((1'を用いて空気のビルドアップ係数で補正を実施した

図8

計算結果も合わせて示した．G33-IE の散乱空間は，

入力ファイルの例

上空 2km までとし，ガウス分点法により 12000 に分割した．

3.1 天井遮へいなし
天井遮へいがない場合は，1 回散乱点減衰核積分計算法でも精度良く計算できることが示されているが，ここでは，非等方ガンマ線の大気輸送計算法の妥当性が確認できるため実施した．
計算対象の線源と遮へい体系を図 7 に示す．計算䡯䡨䡤䡮䡞䡤䢏⥲㔖⋙㻃㻾䃒㻵㻒㼋㻒㻦㼌㼀㻔㻑㻨㻎㻓㻕
ᐁ㥺㻩㻶㻮㻼㻗㻦
㻪㻖㻖㻐㻬㻨

㻔㻑㻨㻎㻓㻔

㻔㻑㻨㻎㻓㻓

㻔㻑㻨㻐㻓㻔

に用いたガンマ線源強度は 1 Ci（3.7E + 10 Bq）で㻔㻑㻨㻐㻓㻕

あ る．入 力 フ ァ イ ル の 例 を 図 8 に，測 定 値 と㻓

FSKY4C および G33-IE の計算結果を図 9 に示す．
この図より，FSKY4C は G33-IE の結果と良く一致
し，測定値との誤差は共に平均 17％，最大 30％程度㻗㻓㻓㊝㞫㻃㻾㼐㼀

㻙㻓㻓㻛㻓㻓

天井遮へいなしの測定値と計算結果の比較

であった．

91.4
⣑150㼲

༟న䠌cm

⥲″

229

図9

㻕㻓㻓

天井遮へい 21cm

ῼᏽⅤ

198
249䃜

3.2

図 10 に示すような天井遮へい 21cm の遮へい体系
100における単位線源あたりのガンマ線スカイシャイン
線量率を比較した．結果を図 11 に示す．この図より，FSKY4C の測定値との誤差は平均 53％，最大71％程度で，距離による減衰傾向は測定値と良く一

図7

天井遮へい無しの遮へい体系

致した．G33-IE の誤差は，平均 69％，最大 141％で

250

21

㻔㻑㻨㻎㻓㻓
ᐁ㥺
⣑150㼲

⥲″

229

䡯䡨䡤䡮䡞䡤䢏⥲㔖⋙㻃㻾䃒㻵㻒㼋㻒㻦㼌㼀

༟న䠌cm
ῼᏽⅤ

198
91.4

100

249䃜

図 10

㻩㻶㻮㻼㻗㻦

㻔㻑㻨㻐㻓㻔

㻪㻖㻖㻐㻬㻨⿭ḿ䛈䜐㻔㻑㻨㻐㻓㻕
㻔㻑㻨㻐㻓㻖
㻔㻑㻨㻐㻓㻗

天井遮へい 21cm の遮へい体系
㻔㻑㻨㻐㻓㻘
㻓㻕㻓㻓㻔㻑㻨㻎㻓㻔
䡯䡨䡤䡮䡞䡤䢏⥲㔖⋙㻃㻾䃒㻵㻒㼋㻒㻦㼌㼀

ᐁ㥺

図 13

㻩㻶㻮㻼㻗㻦

㻔㻑㻨㻎㻓㻓㻗㻓㻓㊝㞫㻃㻾㼐㼀

㻙㻓㻓㻛㻓㻓

天井遮へい 42.8cm の測定値と計算結果の比較㻪㻖㻖㻐㻬㻨⿭ḿ䛈䜐

ン線量率を比較した．結果を図 13 に示す．この図よ㻔㻑㻨㻐㻓㻔

り，FSKY4C の測定値との誤差は平均 27％，最大㻔㻑㻨㻐㻓㻕

41％程度であった．FSKY4C と G33-IE の距離によ㻔㻑㻨㻐㻓㻖

に傾きが異なっており，FSKY4C の計算結果は傾きる減衰傾向を測定値と比較すると，G33-IE は明らかが良く一致した．

㻔㻑㻨㻐㻓㻗
㻓

図 11

㻕㻓㻓

㻗㻓㻓
㊝㞫㻃㻾㼐㼀

㻙㻓㻓㻛㻓㻓

天井遮へい 21cm の測定値と計算結果の比較

4.

実機格納容器体系における計算比較
FSKY4C と G33-IE により，実機格納容器体系における計算値を比較して，天井遮へい厚さの違いにあり，傾きが測定値と明らかに異なり距離が遠くなよる影響を把握した．放射線源は，設置変更許可申るに従い誤差が拡大した．

請書に記載されている原子炉冷却材喪失の重大事故における 5 群ガンマ線 30 日間積算線源強度を元に 5

3.3

天井遮へい 42.8cm

群の平均ガンマ線束を算出して使用した．計算対象
は，天井遮へいが薄い円筒型遮へいを持つ鋼製格納

図 12 に示すような天井遮へい 42.8cm の遮へい体

容器，中間的な厚さとなるドーム型遮へいを持つ鋼系における単位線源あたりのガンマ線スカイシャイ

製格納容器，最も遮へいが厚いコンクリート製格納容器の 3 種類とした．

4.1

42.8
⣑150㼲

⥲″

229

༟న䠌cm

円筒型遮へいを持つ鋼製格納容器プラントとして，

ῼᏽⅤ

関西電力高浜 1 号機を対象に計算を実施した．設置

198
91.4

円筒型遮へいを持つ鋼製格納容器

249䃜

変更許可申請書（18）に記載された遮へい体系を図 14
100に，5 群ガンマ線積算線源強度を表 3 に示す．計算結果を図 15 に示す．これより，G33-IE は敷地境界付近で FSKY4C より最大約 1.7 倍の値を示したが，全般的に計算結果は一致している．

図 12

天井遮へい 42.8cm の遮へい体系

251

表3

高浜 1 号機重大事故 5 群ガンマ線積算強度

代表エネルギー（MeV/dis）

エネルギー範囲（MeV/dis）

0.4
0.8
1.3

E ≦ 0.4

原子炉格納容器内
積算線源強度（MeV）

0.4 ＜ E ≦ 1.0
1.0 ＜ E ≦ 1.5
1.5 ＜ E ≦ 1.8

1.7

1.2 × 1022
1.3 × 1022

䃎
⣑
83
m

21

2.6 × 10

3.2 × 1021

⣑
0.7
m
⣑19mm
⥲″

⣑38m

21

1.8 ＜ E

2.5䃎䠌ᨲฝぽᗐ
⣑0.4䡐0.7m

2.2 × 10

⣑43m
⣑38mm

䃎䠌ᨲฝぽᗐ

⣑0.9m

㗨⿿᰹⣙ᐖჹ
図 16

ドーム型遮へいを持つ鋼製格納容器の体系

䃎 ⣑19mm
⣑
81
m

⥲″
⣑38m
⣑43m
⣑38mm
㗨⿿᰹⣙ᐖჹ

図 14

円筒型遮へいを持つ鋼製格納容器の体系䡯䡨䡤䡮䡞䡤䢏ᐁຝ⥲㔖⋙㻃㻾㼐㻶㼙㻒㼋㼀㻔㻑㻨㻎㻓㻔
㻩㻶㻮㻼㻗㻦

㻔㻑㻨㻎㻓㻓

䡯䡨䡤䡮䡞䡤䢏ᐁຝ⥲㔖⋙㻃㻾㼐㻶㼙㻒㼋㼀㻔㻑㻨㻎㻓㻓
㻩㻶㻮㻼㻗㻦
㻪㻖㻖㻐㻬㻨⿭ḿ䛈䜐㻔㻑㻨㻐㻓㻔
㻔㻑㻨㻐㻓㻕

シ⨠スྊ⏞ㄫ᭡エ㍍
ᥦ⟤ೋ䟺ᩔᆀሾ⏲䟻㻔㻑㻨㻐㻓㻖
㻔㻑㻨㻐㻓㻗
㻔㻑㻨㻐㻓㻘
㻔㻑㻨㻐㻓㻙
㻔㻑㻨㻐㻓㻚
㻔㻑㻨㻐㻓㻛

㻪㻖㻖㻐㻬㻨⿭ḿ䛈䜐㻓㻔㻑㻨㻐㻓㻔
シ⨠スྊ⏞ㄫ᭡エ㍍
ᥦ⟤ೋ䟺ᩔᆀሾ⏲䟻㻔㻑㻨㻐㻓㻕
㻔㻑㻨㻐㻓㻖㻘㻓㻓㻔㻓㻓㻓㊝㞫㻃㻾㼐㼀㻔㻘㻓㻓㻕㻓㻓㻓

図 17 ドーム型遮へいを持つ鋼製格納容器の比較㻔㻑㻨㻐㻓㻗

表4

㻔㻑㻨㻐㻓㻘
㻔㻑㻨㻐㻓㻙
㻔㻑㻨㻐㻓㻚
㻓

図 15

㻘㻓㻓

㻔㻓㻓㻓
㊝㞫㻃㻾㼐㼀

㻔㻘㻓㻓

美浜 3 号機重大事故 5 群ガンマ線積算強度
原子炉格納容器内
積算線源強度（MeV）

代表エネルギー（MeV/dis）

エネルギー範囲（MeV/dis）

0.4
0.8
1.3
1.7

E ≦ 0.4
0.4 ＜ E ≦ 1.0
1.0 ＜ E ≦ 1.5
1.5 ＜ E ≦ 1.8

2.6 × 1021

2.5

1.8 ＜ E

2.2 × 1021

㻕㻓㻓㻓

円筒型遮へいを持つ鋼製格納容器の比較

1.2 × 1022
1.3 × 1022
3.2 × 1021

4.2 ドーム型遮へいを持つ鋼製格納容器
200m 以 下 で は，G33-IE が FSKY4C よ り 最 大 約
ドーム型遮へいを持つ鋼製格納容器プラントとし

1/6.5 の値を示したが，これを超過すると最大約 5て，関西電力美浜 3 号機を対象に計算を実施した．

倍の値を示した．これは，図 11 および図 13 に示し

設置変更許可申請書 (19）に記載された遮へい体系をた G33-IE の距離に対する減衰傾向が異なるためで

図 16 に，5 群ガンマ線積算線源強度を表 4 に示す．

ある．

計 算 結 果 を 図 17 に 示 す．こ れ よ り，線 源 点 か ら

252

4.3

コンクリート製格納容器

FSKY4C より約 1/6 の値を示したが，これより遠い場所では最大 24 倍の値を示した．これは，ドーム型

コンクリート製格納容器プラントとして，関西電遮へいを持つ鋼製格納容器の計算結果と同じ理由で，力大飯 3 号機を対象に計算を実施した．設置変更許

遮へいが厚くなった分その影響がより顕著に現れた

可申請書（20）に記載された遮へい体系を図 18 に，5ものである．

群ガンマ線積算線源強度を表 5 に示す．計算結果を
図 19 に 示 す．線 源 点 か ら 100m で は G33-IE が
表5

5.

大飯 3 号機重大事故 5 群ガンマ線積算強度

代表エネルギー（MeV/dis）

エネルギー範囲（MeV/dis）

0.4
0.8
1.3
1.7

E ≦ 0.4

原子炉格納容器内
積算線源強度（MeV）
1.7 × 1022
1.8 × 1022

0.4 ＜ E ≦ 1.0
1.0 ＜ E ≦ 1.5
1.5 ＜ E ≦ 1.8

原子力防災対応に活用できるよう，原子炉格納容器を線源とするガンマ線スカイシャイン高速計算プ
ログラム（FSKY4C）を作成した．FSKY4C と 1 回
散乱点減衰核積分法プログラムの G33-IE を用いて，カンザス州立大学で実施されたガンマ線スカイシャ

3.7 × 1021

イン測定実験の再現計算を実施するとともに，実機

21

原子炉格納容器体系での比較計算を実施した．その4.5 × 1021

1.8 ＜ E

2.5

結言

3.1 × 10

結果，以下に示す知見が得られた．
(1)天井遮へいが無い場合，FSKY4C と G33-IE による計算結果は測定結果と良い一致を示した．

⣑1.1m(2)天井遮へいがある場合，FSKY4C は実験値より

䃎䠌ᨲฝぽᗐ

やや大きめの値を予測するが，ファクタ 2 の範囲に収まっており，スカイシャイン線の距離に対する減
䃎
⣑
65
m

衰傾向はよく一致した．G33-IE はスカイシャイン⥲″

線の距離に対する減衰傾向が異なり，天井遮へい透

⣑
1.3
m

⣑43m
䜷䝷䜳䝮䞀䝌⿿᰹⣙ᐖჹ

過時の影響を空気のビルドアップ係数で補正すると遠点で過大評価となる傾向を示した．
(3)実機原子炉格納容器体系を対象とした FSKY4Cと G33-IE の計算結果は，円筒型遮へいを持つ鋼製格納容器プラントでは両者は比較的良い一致を示

図 18

コンクリート製格納容器の体系

し，ドーム型遮へいを持つ鋼製格納容器プラントおよびコンクリート製格納容器プラントでは，線源点に近い場所を除き，G33-IE が FSKY4C より 1 桁程
度大きな値を示した．これは，G33-IE が天井遮へ䡯䡨䡤䡮䡞䡤䢏ᐁຝ⥲㔖⋙㻃㻾䃒㻶㼙㻒㼋㼀㻔㻑㻨㻎㻓㻔
㻔㻑㻨㻎㻓㻓

い透過時のガンマ線エネルギー変化を無視し，ビル㻩㻶㻮㻼㻗㻦

ドアップ係数を用いて補正しているため，過大評価㻪㻖㻖㻐㻬㻨⿭ḿ䛈䜐㻔㻑㻨㻐㻓㻔

傾向が強く出たものである．

㻔㻑㻨㻐㻓㻕

6.

㻔㻑㻨㻐㻓㻖

成果の公開㻔㻑㻨㻐㻓㻗

ガンマ線スカイシャイン高速計算プログラム

㻔㻑㻨㻐㻓㻘

（FSKY4C）は，プログラム本体およびデータライブ㻔㻑㻨㻐㻓㻙

ラリで構成される．

㻔㻑㻨㻐㻓㻚
㻓

図 19

㻘㻓㻓

㻔㻓㻓㻓
㊝㞫㻃㻾㼐㼀

㻔㻘㻓㻓

コンクリート製格納容器の比較㻕㻓㻓㻓

原子力安全システム研究所は，上述の精度検証を踏まえ，プログラム本体，データライブラリ，操作
説明書，ソースコード一式をパッケージとして，平成 21 年 3 月 16 日より高度情報科学技術研究機構原

253

子力コードセンター（http://www.rist.or.jp）を通(10) A. Shimizu, H. Mizuta,HApplication of

じて国内へ公開するとともに，平成 21 年 4 月 28 日

invariant imbedding to the reflection andより経済協力開発機構原子力機関原子力データバン

transmission problem of gamma rays (Ⅰ)J，ク（http://www.Nea.fr/abs/html/nea-1846.html）

J. of Nuclear Science and Technology, 3, p.57

を通じて世界へ公開した．

（1966）．

既に，いくつかの利用申し込みをいただいている(11) A. Shimizu, H. Mizuta,HApplication of

状況であり，国内外で広く利用されることを期待しinvariant imbedding to the reflection andている．

transmission problem of gamma rays (Ⅱ)J，J. of Nuclear Science and Technology, 3,

文献

p.441（1966）．
(12) A. Shimizu,HCalculation of the penetration of(１) 吉田至孝，入江隆，郡山民男，工藤清一，西村

gamma rays through slabs by the method of

和哉，Hシビアアクシデント時従業員被ばく線

invariant embeddingJ，Nuclear Science and量評価手法の検討，J日本原子力学会和文論文

Engineering, 32, p.385（1968）．

誌，Vol.1，pp.85-95（2002）．
(２) 恩田隆司，吉田至孝，工藤清一，西村和哉，
Hシビアアクシデント時原子力発電所内線量評
価 シ ス テ ム の 改 良，JINSS JOURNAL，Vol.10，p.241（2003）．

(13) A. Shimizu, K. Aoki, Application of Invariant
Embedding to Reactor Physics, Academic
Press,（1972）．
(14) A. Shimizu,HCalculation of Gamma-Ray Buildup Factors up to Depths of 100 mfp by the(３) 佐々木泰裕，南則敏，吉田至孝，
Hシビアアク

Method of Invariant Embedding, (Ⅰ),J J. of

シデント時原子力発電所内線量評価システムのNuclear Science and Technology, 39, p.477

改良―線量率換算係数の導入とアクセスルート（2002）．

編 集 機 能 の 追 加 ―，JINSS JOURNAL，Vol.13，p.296（2006）．

(15) A. Shimizu, H. Hirayama,HCalculation ofGamma-Ray Buildup Factors up to Depths of(４) 吉田至孝，清水彰直，放射線遮へい計算に用い100 mfp by the Method of Invariant Embed-

るガンマ線ビルドアップ係数とその GP フィッ

ding, (Ⅱ),JJ. Nuclear Science and Technol-

ティングパラメータ，INSS Monographs No.2
（2006）．

ogy, 40, p.192（2003）．
(16) A. Shimizu, T. Onda, Y. Sakamoto,HCal-(５) 吉田至孝，山口勝義，坂本幸夫，Hガンマ線ス

culation of Gamma-Ray Buildup Factor up to

カイシャイン計算コード G33 の改良，J原子力

Depth of 100 mfp by the Method of Invariant

学会 2007 春の年会予稿集，B43（2007）．

Embedding, (Ⅲ)-Generation of an Improved(６) R. R. Nason, J. K. Shultis and R. E. Faw,

Data Set-,JJ. of Nuclear Science and Tech-

HA Benchmark Gamma-Ray Skyshine Experiment,JNuclear Science and Engineering, 79,
pp.404-416（1981）．
(７)「スカイシャイン線量評価法確立のための調査

nology, 41, p.413（2004）．
(17) H. Hirayama, Y. Harima, Y. Sakamoto, et.
al., Data Library of the Line and Conical Beam
Response

FunctionsandFour-Parameter

研究報告書」，原子力施設散乱放射線挙動専門

Empirical Formula in Approximating the委員会，（財）原子力安全研究協会，昭和 53 年

Response Functions for Gamma-Ray Skyshine

3 月．

Analysis, KEK Report 2008-2（2008）．

(８)「スカイシャイン線量評価法確立のための実験
研究報告書」，Vol.1 & 2，センチュリ・リサー
チセンタ㈱，昭和 53 年 3 月．
(９) 佐々木泰裕，吉田至孝，他，Hガンマ線スカイ
シャイン線量高速計算法の開発，JINSS JOURNAL, Vol.14, p.384（2007）．

(18)「高浜発電所 1 号炉原子炉設置変更許可申請書」，関西電力株式会社（1998）．
(19)「美浜発電所 3 号炉原子炉設置変更許可申請書」，関西電力株式会社（2003）．
(20)「大飯発電所 3 号炉および 4 号炉原子炉設置変更許可申請書」，関西電力株式会社（2003）．