地球環境研究，Vol.17（2015）

OSL/TL 自動測定装置 NRL-99-OSTL2-KU の設計製作とX 線管球の線量率較正
下森岡順 直＊美比古＊＊＊波多野青 木智＊＊智 史＊＊＊＊田阪邊江和明＊＊
修＊＊

キーワード： OSL/TL 自動測定装置、小型Ｘ線管球、60Coγ線、線量率較正
種を用いていること、経年により部品の予備がないこと

1 ．はじめになどから装置として更新が喫緊の課題であった。そこでルミネッセンス年代測定は、石英や長石などを対象と今回、一号機の後継機として、NRL-99-OSTL2-KU（以して加熱もしくは露光によってゼロリセットされたイベ下、二号機）を設計製作した。なお、二号機では線源にントに有効な年代測定法である。火山噴火や土器の焼成

放射線核種以外として、Hashimoto et al.（2002）によっなど加熱によってゼロリセットされた試料には熱ルミネッて考案された小型Ｘ線管球を装備した。これにより、放センス（TL）法を用い、太陽光などによって露光された射線管理区域外でも測定が可能になった。本稿では、二堆積物に対しては光ルミネッセンス（OSL）法が用いら号機の概略と一号機から改良した点について記述する。

れる。ルミネッセンス法による年代測定では、ゼロリセッ

そして、二号機で蓄積線量の評価を開始するにあたり、トから現在までに対象となる鉱物が自然放射線から被ば小型Ｘ線管球の線量較正を行い、線量率を決定したデー

くした量（蓄積線量）を一年間に被ばくする線量（年間タを報告する。

線量）で除することにより年代を求める。蓄積線量を評価するためには、採取した試料を暗室で前処理し、得られた対象鉱物について、加熱もしくは露光によって測定したルミネッセンス強度を定量することで求める。蓄積

2 ．OSL/TL 自動測定装置 NRL-99-OSTL 2 -KU の概要

線量を評価する測定装置はこれまで様々な装置があるも一号機の後継として二号機を設計製作するにあたり、のの、デンマーク王立研究所（Risø）が提供する装置が改良点として、① 外国製の装置よりも安価で製作でき、現在主流である。Risø の装置は、照射のために Srβ線ランニングコストも軽減できること、② 年代測定に特化源が装着されていること、single grain による測定も可能したコンパクトな装置にすること、③ 放射線照射とルミであること、測定後の解析ソフトが充実していることなネッセンス測定の繰り返しが行われる際の駆動部分を迅

どの特長がある。しかし、Risø の装置は高額な上に日本速に動作することで測定時間を一号機よりも短縮するこ

では放射線源の管理が法律上難しいなどの問題がある。と、をコンセプトに掲げた。これらコンセプトを基に、そこで、著者らは15年前に自動測定装置 NRL-99-OSTL設計製作した二号機を図1⒝に示す。ヒーター温度や励起（以下、一号機と記す）（図1⒜）を設計製作した（長友ほ

光強度、Ｘ線の高電圧発生装置など制御ユニットの上部か2007）。この装置には、Risø の Srβ線源を装着し、こに測定ユニットである試料を設置する暗箱とＸ線管球おれまで多くの第四紀試料や古文化財試料の年代測定を試よび光学ユニット、そしてコンピューターを配置したこ

みてきた（例えば、Shitaoka et al. 2012; Shitaoka andとでコンパクトなものになった。試料を設置する暗箱はNagatomo 2013など）。ただし、装置として様々改良を密閉性を良くし、測定雰囲気の窒素置換を効率良く行う行ってきたために解決できないバグも生じていること、ために、形状を一号機の直方体に対して二号機は円柱体

低温での OSL 実験も兼ねていたことから装置全体が大型にして、Ｘ線管球や試料交換部分など接合部すべてに Oでありランニングコストがかかること、線源に放射線核＊			 立正大学＊＊		 ネオアーク株式会社＊＊＊		 アーサ技研株式会社＊＊＊＊
奈良教育大学

リングを装着した。これにより、真空引きは一号機と比9090107

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図1

NRL-99-OSTL（a）と NRL-99-OSTL 2 -KU（b）

図2

OSL/TL 自動測定装置 NRL-99-OSTL 2 -KU の概略図

図3

励起 LEDs の駆動電流（mA）に対する放射照度（mW/cm 2 ）（a）青色 LEDs、（b）赤外 LEDs

べて2倍の効率になり、窒素置換におけるランニングコス

それぞれ280〜370 nm（FWHM）、350〜600 nm（FWHM）トも軽減した。二号機の概略を図2に示す。暗箱内には試の波長を選択して受光した。TL 測定の場合は、Schott料皿が最大32個まで設置できるプレートと試料皿を加熱製 BG39もしくは Corning 製4－96（厚さ5.0 mm）や Hoyaするヒーターが置かれている。ヒーターは持ち上げるこ製 R60（厚さ2.5 mm）と IRC65L（厚さ2.5 mm）の組みとで試料皿と接し、室温から550℃まで加熱することがで合わせが使用できるようにした。PMT は、浜松ホトニ

きる。さらに、加熱後にヒーター温度を迅速に下げるた

クス製 H7360-02を採用した。ただし、TL 測定の際、Hoyaめに放熱板も設置した。

製 R60（厚さ2.5 mm）と Kenko Tokina 製 IRC65L（厚さOSL 測定のための励起光部と受光部は一体化されてお2.5 mm）のフィルターを組み合わせるときは赤色領域をり、ルミネッセンスは2枚の集光レンズで集められて光学より効率良く検出するために、PMT の光電面がマルチフィルターで選択された後、光電子増倍管（PMT）で検アルカリである浜松ホトニクス製 H7421-40へ交換可能に出される。励起光源は青色 LED と赤外 LED のユニットした。

を作成し、用途ごとに取り替え可能にした。蓄積線量評

放射線照射は、小型Ｘ線管球 Varian 製 VF-50JW を用価のため、2種類の励起光源の放射照度は一号機のデータ

い、Spellman 製高電圧発生装置（MNX50P50）で制御す（下岡 2005）を参考に、青色 LED（465±15 nm）はる。Ｘ線管球の前部には鉛製10 mm コリメーター（Hong30 mW/cm 、赤外 LED（890±30 nm）は80 mW/cm とet al. 2005）を設置し、照射対象試料以外が被ばくしないした（図3）。受光部は、目的に応じて光学フィルターをようにした。さらに、照射時の線質特性に対しては、低交換することにより波長選択が可能である。今回は、励エネルギー側を遮蔽する厚さ200 µm のアルミニウム製

起光が青色 LED のときは Hoya 製 U340（厚さ2.5 mm）吸収板（Hong et al. 2005）を設置した。

224枚と朝日分光製長波長カットフィルター（厚さ1 mm）

放射線量率については、放射線照射に放射線核種を使１枚、赤外 LED のときは Schott 製 BG39（厚さ2.5 mm）

用した場合は半減期による線量率変化を管理する必要が3枚と朝日分光製 cold filter（厚さ3.8 mm）１枚を採用し、あるが、Ｘ線を利用すると線量率が不変であるため線量108地球環境研究，Vol.17（2015）

計算が容易である。しかし、Ｘ線は電気によって発生させているため、Ｘ線が安定するまでの時間を考慮する必要がある。北沢ほか（2013）は、管電流を変化させてタイムラグを実験的に見積もり、よりタイムラグが小さくなる条件を設定した。これに対して、筆者らは管電流をオシロスコープで観察し（図4）、Ｘ線が安定するまでの時間を見積もり、対象試料に照射する前に管電流が安定化してから照射する手順を試みた。具体的には、最大32皿まで掲載可能な暗箱内の試料プレートには、試料皿を1個もしくは2個おきに設置する。そしてＸ線を発生させ、Ｘ線が安定するまでは照射対象試料の一つ横の位置で待機し、安定した後、対象試料の位置まで移動して照射する。照射終了後は、照射位置からさらに一つ横の位置に移動させ、Ｘ線管球の電源を切るようにした。このことによって、X 線の電源 off 後の万が一の照射も防ぐことができる。これらの制御は、試料プレートの回転モーター速度に依存することから、各動作の時間を見積もり、照射時間を計算できるようにプログラムを設定した。

3 ．Ｘ線管球の線量率較正
Ｘ線の線量率を、管電流0.1 mA と0.05 mA の2種類において決定した。これは、前者が数10万年単位の蓄積線量に相当するＸ線を試料に照射をする際に測定時間を短図 5 60Coγ線による小型Ｘ線管球の線量率較正
⒜と⒝の較正曲線は、各々プラトー領域の温度範囲で見積もった。⒜管電流0.1 mA のとき、500秒照射した線量が79.9±12.0 Gy、⒝ 管電流0.05 mA のとき、1250秒照射した線量が103.2±12.4 Gy と見積もられた。

縮するためであり、後者は数千〜数万年単位の試料に照（下岡 ・ 長友2006）。福島県石川町産のペグマタイト鉱床

射することを念頭に置いたものである。Ｘ線の較正では、の石英を100 µm 程度に調整した試料を500℃で60分間加rd

3 スタンダードである広島大学原爆放射線医科学研究所

熱処理後に、60Coγ線を線量率約0.06 Gy/ 分で50、100、Coγ線で較正された奈良教育大学 60Coγ線源を用いた

150 Gy 照射した。その後、二号機で TL 測定して較正曲

60線を作成した（図5）。そして、同じ試料を用いて管電流0.1 mA で500秒、管電流0.05 mA で1250秒照射したときの TL 強度と比較した。なお、較正曲線は2種類の管電流で TL 測定したときの TL 信号が安定な温度領域（プラトー領域）で見積もった。その結果、管電流0.1 mA のとき79.9±12.0 Gy、管電流0.05 mA のとき103.2±12.4 Gy と見積もられた。この結果より、線量率は管電流0.1 mA のとき9.6±1.4 Gy/ 分、管電流0.05 mA のとき5.0±0.6 Gy/分となった。後者は一号機に装着していた90Srβ線源の線量率約4.7±0.4 Gy/ 分（下岡 ・ 長友2006）に類似する値が得られたことから、従来と同様の線量率依存性による線量評価が行える。
図4

管電流0.05 mA を小型Ｘ線管球に流したとき、オシロスコープで観察した波形
図中の On で管電流が流れはじめ、250 mV で安定し、off で管電流の電源を切る。

4 ．まとめ
今 回、 新 し く OSL/TL 自 動 測 定 装 置 と し て NRL109

OSL/TL 自動測定装置 NRL-99-OSTL2-KU の設計製作と X 線管球の線量率較正（下岡・波多野・田邊・森・青木・阪江）99-OSTL2-KU を設計製作した。OSL/TL 装置には、照surement. Journal of Nuclear Science and Technology,

射と測定を繰り返し自動で行うために、小型Ｘ線管球を39-1, 108-109.

装着した。そして、較正された60Coγ線を用いてＸ線管球の2種類の管電流において線量率較正を行った。今後は、Ｘ線管球の劣化による線量率変化がどのように生じるのかについて、オシロスコープを使用して慎重に見極

Hong, D.G., Kim, M.J., Yawata, T. and Hashimoto, T.（2005）
Optimum aluminum absorber thickness of a small X-ray
irradiator for equivalent dose determination. Journal ofRadioanalytical and Nuclear Chemistry, 265-3, 495-498.
北沢俊幸 ・ 八幡

崇 ・ 伊藤成樹 ・ 橋本哲夫（2013）ルミネッ

めることが高精度な蓄積線量評価を継続して行う上で重センス（TL/OSL）自動測定システム装備の小型Ｘ線照射要となるだろう。

装置の線量率校正，地球環境研究，15，11－16．
長友恒人 ・ 下岡順直 ・ 國木田大（2007）ロシア沿海州新石器

謝遺跡堆積物の赤外光ルミネッセンス（IRSL）年代測定，奈辞装置製作にあたっては奈良教育大学の長友恒人名誉教授から、小型Ｘ線管球および高電圧発生装置については㈱テクノ
エックスの吉田靖彦氏、新潟大学の橋本哲夫名誉教授、㈱信越化学工業の八幡 崇博士、立正大学の北沢俊幸講師からご教示いただいた。末筆ながら、記して謝意を表します。なお本研究は、日本学術振興会科学研究費若手研究（A）（課題番号25702011、代表者；下岡順直）の一部を使用した。

良教育大学紀要，56－２，１－６．
下岡順直（2005）東アジア旧石器時代研究におけるルミネッ
センス年代測定，博士論文，276p.
下岡順直 ・ 長友恒人（2006）歯のルミネッセンス特性と線量測定への応用の可能性，奈良教育大学紀要，55－２，１－７．
Shitaoka, Y., Maemoku, H. and Nagatomo, T.（2012）Quartz
OSL dating of sand dunes in Ghaggar basin, northwestern
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Shitaoka, Y. and Nagatomo, T. （2013） OSL dating using

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A New System for Luminescence Measurement and Calibrationof X-ray tube
SHITAOKA Yorinao ＊ , HATANO Satoshi ＊＊ , TANABE Kazuaki ＊＊ , MORI Yoshihiko ＊＊＊ ,AOKI Satoshi ＊＊＊＊ , SAKAE Osamu ＊＊Rissho UniversityNeoark Corporation＊＊＊
URSA Engineering Co., LTD＊＊＊＊
Nara University of Education＊＊＊

Key words：New system for OSL and TL measurement, small X-ray tube, 60Co Gamma ray,Calibration of dose rate

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