福島第一原子力発電所における放射能汚染分布の測定技術
国立研究開発法人日本原子力研究開発機構
廃炉環境国際共同研究センター
佐藤優樹
日本原子力学会 2022年秋の大会 [3A_PL03]

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はじめに
福島第一原子力発電所（1F）
建屋内外で廃炉作業が進行中

放射能汚染は、目に見えない

放射能
汚染の“見える化”

作業者が危険箇所を把握
作業者の被ばく低減
作業現場の効果的な除染“ガンマ線”放出核種

作業環境が放射性物質（主として放射性セシウム）で汚染されている

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従来の放射線測定における課題
従来の測定手法

サーベイメータ
ガンマ線があらゆる方向から飛来“いらすとや”より

1F建屋

測定器の位置“点”で測定“点”による測定

注）図はあくまでイメージです・広範囲エリア測定時のホットスポットの見落とし懸念事項 ・測定時間の増加に伴う作業員の被ばく・作業員が侵入できない高線量率環境の存在3放射性物質の拡がりを“面”的に捉える“迅速”に“広範囲”の測定を可能としたい。

“いらすとや”より赤い部分が高線量“面”的に放射能汚染の分布を把握することが望ましい※図はあくまでイメージです。 実際の 汚染分 布を 示した もので はあ りませ ん。

ガンマ線イメージャ
ピンホール型カメラ

遮蔽体✓ 視野をピンホールで絞るために、ピンホール部分以外は遮蔽が必要✓ 1F建屋内の主要な汚染核種である放射性セシウム137Cs(662 keV-γ), 134Cs（604 keV, 795 keV-γ）
強度を1/10に落とすには、鉛でcmオーダーの遮蔽が必要であり数10 kgの重量になる

放射線源✓ 優れたイメージング分解能

符号化開口カメラ✓ 符号化開口マスクは重たい遮蔽材料（例：W）で構成される✓ 視野サイズはピンホールカメラより広く、コンプトンカメラより狭い
H. A. Hamrashdi, et. al., sensors, 19(11),2638 ,2019

コンプトンカメラ✓ 放射線源イメージの再構成手法は複雑✓ コンプトン散乱（ガンマ線の散乱）の運動学を解いてガンマ線の飛来方向を推定⇒ 原理的に遮蔽は必要なし⇒ 小型化・軽量化に有利⇒ 視野が広い放射線源

散乱体 吸収体

４✓ イメージング分解能は他のイメージャに劣る

ピンホール型カメラを用いた1F原子炉建屋内での測定例

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ピンホール型カメラ（㈱日立製作所）の利用例

原子炉建屋内のホットスポットを可視化
K. Okada et al., Progress in Nuclear Science and Technology Volume 4 (2014) pp. 14-17, DOI: 10.15669/pnst.4.14

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従来のガンマ線イメージングは 2D

1Fには、複数の機器、設備、ガレキなどが存在する

3D にてイメージングすることが望ましい

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統合型放射線イメージングの提唱

放射線測定技術
放射線の計数率
エネルギー（核種弁別）

遠隔制御技術センサーの輸送、SLAM技術の適用

可視化技術
放射性物質の拡がりや、作業環境の様子を可視化

統合型放射線イメージング

integrated Radiation Imaging System(iRIS)

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コンプトンカメラの紹介

コンプトンカメラ（ガンマ線イメージャーの一種）

・ガンマ線がエネルギーの一部を散乱体に付与・散乱したガンマ線が光電吸収により吸収体に付与※図はイメージです

コンプトン散乱 光電吸収θ
ガンマ線
放射性物質
散乱体

吸収体

𝑚𝑒 𝑐 2𝑚𝑒 𝑐 2cos𝜃 = 1 −−
𝐸2
𝐸1 + 𝐸2
散乱体、吸収体で各々、“付与エネルギー”と“位置”を測定⇒ 散乱角（コンプトンコーン）を推定

複数のガンマ線を観測することでコンプトンコーンの交点に放射線源があると予想
光学画像と重ね合わせて放射線源を可視化

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小型・軽量コンプトンカメラ
従来のガンマカメラは重量数十kg

小型・軽量コンプトンカメラ（JAEA製作）

浜松ホトニクス（株）＆早稲田大学
ポータブルコンプトンカメラを開発
カメラ本体
1.9 kg

ガンマ線
改造

作業員が携行可能
撮影結果

平成２５年９月１０日プレス発表資料より転載
早稲田大学
浜松ホトニクス株式会社
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

・総重量：680 g
・給電：USBバスパワー（5V, 0.5A）で動作
・ノートPC一台あれば現場で動作可能

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小型・軽量コンプトンカメラ
小型・軽量コンプトンカメラ（JAEA製作）

ガンマ線※本装置は㈱千代田テクノル社製ガンマキャッチャーを基盤として小型・軽量化したものです

・総重量：680 g
・給電：USBバスパワー（5V, 0.5A）で動作
・ノートPC一台あれば現場で動作可能

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ロボット

FLIR PackBot 510

１号機原子炉建屋内部におけるホットスポット探索
・コンプトンカメラをクローラーロボットに搭載

・27 mm厚さの鉛シールドをガンマ線センサーの全方位（６面）に装着
・試験エリアの空間線量率: 5 mSv/h 以上
・測定は免震重要棟から遠隔実施

Y. Sato, et. al., Journal of Nuclear Science and Technology, 56巻, 801-808頁,
2019年※６倍速にて再生

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ロボット

FLIR PackBot 510

１号機原子炉建屋内部におけるホットスポット探索
・コンプトンカメラをクローラーロボットに搭載

・27 mm厚さの鉛シールドをガンマ線センサーの全方位（６面）に装着
・試験エリアの空間線量率: 5 mSv/h 以上
・測定は免震重要棟から遠隔実施

Y. Sato, et. al., Journal of Nuclear Science and Technology, 56巻, 801-808頁,2019年

ホットスポットの位置を３次元的に捉える

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ホットスポットのイメージを３次元モデルデータに投影する

ホットスポットT heia Vision Library
http://theia-sfm.org/sfm.html

Y. Sato, et. al., Journal of Nuclear Science and Technology, 56, pp. 801-808, (2019)
JAEA Press Releases, August 28, 2018

“動きながら”1Fサイト内の高濃度汚染を可視化↓１／２号機排気筒

コンプトンカメラ

移動体（人・ロボット）

JAEA, press release, 14th, May 2021, Sato, Y., and Terasaka, Y., 2021. J Nucl Sci Technol. 59, 2022, pp. 677-678. https://doi.org/10.1080/00223131.2021.2001391.

14“動きながら”1Fサイト内の高濃度汚染を可視化
コンプトンカメラJAEA 未来へげんき No.59 (2021) pp. 7-9

移動体（人・ロボット）

JAEA, press release, 14th, May 2021, Sato, Y., and Terasaka, Y., 2021. J Nucl Sci Technol. 59, 2022, pp. 677-678. https://doi.org/10.1080/00223131.2021.2001391.

15“動きながら”1Fサイト内の汚染データを取得

高線量率箇所（排気筒下部）に進入することなく、移動しながらホットスポット可視化のためのデータを取得
JAEA, press release, 14th, May 2021, Sato, Y., and Terasaka, Y., 2021. J Nucl Sci Technol. 59, 2022, pp. 677-678. https://doi.org/10.1080/00223131.2021.2001391.

16“動きながら”1Fサイト内の汚染データを取得

JAEA, press release, 14th, May 2021, Sato, Y., and Terasaka, Y., 2021. J Nucl Sci Technol. 59, 2022, pp. 677-678. https://doi.org/10.1080/00223131.2021.2001391.

17可視化と放射能の定量
１／２号機排気筒下部

18~2次元の可視化結果~

放射能が既知の可視化結果から、未知線源の放射能を推定
イメージ強度

距離の逆２乗でガンマ線カウント数が減衰することを補正

放射能

Q = (3.0 ± 0.5) ×1012 Bq

求めたい
放射能比例定数（既知の放射能と、その時のイメージ強度から導出）

BGの補正
数え落としの補正

空気（遮蔽）による減衰を補正

Sato, Y., and Terasaka, Y., 2021. J Nucl Sci Technol. 59, 2022, pp. 677-678. https://doi.org/10.1080/00223131.2021.2001391.

可視化と放射能の定量
１／２号機排気筒下部

19~2次元の可視化結果~

放射能が既知の可視化結果から、未知線源の放射能を推定
イメージ強度

距離の逆２乗でガンマ線カウント数が減衰することを補正求めたい
放射能比例定数（既知の線源強度と、周辺のその時のイメージ強度から導出）

放射能推定

BGの補正

作業者の被ばく線量の推定数え落としの補正

空間線量率の導出

空気（遮蔽）による減衰を補正

遮蔽・除染の効果の検討

Sato, Y., and Terasaka, Y., 2021. J Nucl Sci Technol. 59, 2022, pp. 677-678. https://doi.org/10.1080/00223131.2021.2001391.

放射性物質可視化に関わる要素技術

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複数の要素技術の統合によって、放射性物質可視化を進化させる※1 Y. Sato, Y. Terasaka, W. Utsugi, et al., Journal of Nuclear Science and Technology, 56巻, 801-808頁 (2019). ※2 Y. Sato, S. Ozawa, Y. Terasaka, et al., Journal of Nuclear Science and Technology, 57巻, 734-744頁 (2020).
（国研）日本原子力研究開発機構、（株）千代田テクノル 令和元年5月9日プレスリリース. ※3 Y. Sato, and Y. Terasaka, J Nucl Sci Technol. 59巻, 677-678頁 (2022).
※4 （株）ヴィジブルインフォメーションセンター、佐藤優樹、放射能汚染可視化ソフトウェアCOMRIS、http://vic.co.jp/?page_id=15#COMRIS. ※5 Y. Sato, Physics Open, 7巻, 100070 (2021).
※6 株式会社シマノ（国研）日本原子力研究開発機構 成果展開事業

まとめ21◆ 放射能汚染の可視化と放射能の定量評価
1Fにおけるガンマ線イメージャの有効利用を推進◆ 測定環境の3次元モデルと汚染イメージの重ね合わせ⇒ 視覚的に理解しやすい汚染分布図の提供◆ 移動体の利用・移動しながらのデータ取得

・ロボットを利用した遠隔でのデータ取得

・移動しながらの短時間かつ効率的なデータ取得⇒ 原子炉建屋深部における実証試験実施◆ 異なる放射線種・核種の可視化も必要

・α → 内部被ばく・β → 目の水晶体被ばく・n → 燃料デブリ検知のためのキー線種
JAEA-CLADSでは、α、β、nの測定技術開発にも取り組んでいます。

謝辞
本成果を得るにあたり、ご協力いただいた皆様に深く感謝申し上げます。
（敬称略）◇株式会社アトックス◇株式会社ヴィジブルインフォメーションセンター◇株式会社千代田テクノル◇東京電力ホールディングス株式会社◇浜松ホトニクス株式会社◇早稲田大学22