97

放射線源分布の可視化に関する研究
Visualization of radioactive source distribution derived from its measured radiation field中村裕明（Hiroaki Nakamura）*
津高

松岡

由了（Yoshinori Matsuoka）*

良和（Yoshikazu Tsutaka）†

要約 原子力発電所において，放射線源の位置および量に関する情報を直接的に運転保守要員に提供し，放射線管理や機器の状態監視に資するため，容器および配管の外表面の放射線量率連続分布測定に基づいて，内部の線源分布を推定する技術ならびに推定結果を CRT 表示する技術を開発した．
この技術は，放射線量率をシンチレーションファイバーによって測定し，このファイバー上の放射線量率分布から，機器内部における線源の空間密度が一様であるとの仮定のもとに SPM（Sampled Pattern Matching）法を使用し線源空間分布を推定し，得られた線源分布を直ちに CRT
上に表示する技術である．
発電所においては，イオン交換樹脂の取替え時，強い放射線源である廃樹脂を配管系を通して貯蔵タンクに移送する時に，樹脂の系統中の動きを効率的にモニタリングする技術の開発に対する要望が強い．このため，放射線源分布の可視化表示する対象を廃樹脂系統とし研究を進めた．
今回開発した技術については実際の移送作業実施中にフィールドテストを行い，良好な結果を
得ている．

キーワード

放射線源分布，放射線量率分布，シンチレーションファイバー，SPM 法，可視化，廃樹脂

Abstract
A technical method has been developed for estimating distribution of radioactive
materials inside tanks and pipes from radiation field outside. The outside radiation field distributions
are measured by means of a scintillation fiber monitor. The source distributions are derived from thefield distributions by using an unfolding technique called SPM method, on the assumption that the
spacial density of source intensity is unifirm inside the pile of radioactive material, and immediately
visualized on a CRT display.
Feasibility tests of this new visualization technique have been carried out in one of the commercial
nuclear power plants: Distributions of spent ion-exchange resin in transfer pipes and storage tanks
were estimated from radiation field distributions which were provided by a scintillation fiber monitor.
The results obtained were satisfactory and complied with the strong requirement of the power plantsite.
Keywords

distribution of radioactive materials, radiation field, scintillation fiber monitor, unfolding

technique, SPM method, visualization, spent ion-exchange resin

1.

はじめに

所では適時，ポータブルなモニタにより，放射線量率を測定している．この放射線量率の変化は関連す

発電所内においては，機器の状態の監視および放る機器内部の放射性物質の量が変化することにより射線管理の目的からプロセスモニタやエリアモニタ

生じるものである．従って，もし機器内部の放射性が設置されている．これは放射線量率の変動を常時物質，すなわち放射線源の位置や量の変動の状況をモニタリングし，変動の大きさから異常を検知しよ知ることができればより直接的に機器の状態を監視うとするものである．モニタが常設されていない個できることになり，運転保守対応にも便利となる．

（* 株）原子力安全システム研究所

技術システム研究所†三菱電機（株）産業システム研究所

98

冷却材混床式
脱塩塔

その他

廃樹脂系統
監視

29％
34％
C/V内冷却材
漏洩監視
ポンプ室
分布測定
ドラム缶
サーベイ

図1

3％
3％
3％
5％

ループ
室監視
11％
5％ 7％

物品
定点
モニタ 1次系
配管監視 サーベイ

冷却材
陽イオン
脱塩塔

使用済燃料
ピット脱塩塔サンプル人数
N=61人◯mSv/h◯mSv/h◯mSv/h

脱塩塔廃樹脂移送状況表示注）このデータは
大飯、高浜、美浜、敦賀の各発電所におけるアンケート結果である。

光ファイバー放射線モニタのニーズ調査結果

移送配管ホット
スポット表示タンク廃樹脂量表示
使用済
樹脂貯蔵タンク

図2

廃樹脂移送系統監視システム概念図

この様な観点で各発電所において調査を行った結果，中でも廃樹脂系統における廃樹脂移送作業は強い放射能を有する廃樹脂を取り扱うことより，放射以上の要請に基づき，技術開発の対象として廃樹線源の位置や量の変動を直接監視できればという要

脂移送系統監視を選定し，そのシステムのコンセプ

望が，図１に示すごとく，強いことがわかった．

トを図２のように決定した．脱塩塔から使用済樹脂

この要望に応えるため，容器および配管の外表面貯蔵タンクまでの系統中の樹脂の動きを，また，貯の放射線量率連続分布測定に基づいて，容器および蔵タンクに対しては，内部の樹脂の堆積の状況をモ

配管内の線源分布を推定し，推定結果を直ちにニタリングするシステムの技術開発をすることとし

CRT 表示する新しい技術を開発することとした．

た．

2.

廃樹脂系統
3.

放射線源の空間分布を推定するためのアルゴリズム

3.1.

光ファイバー放射線モニタの測定原理

粒状の樹脂を入れた脱塩塔を通して一次冷却材等を流すことで樹脂が放射性不純物を吸着，除去する．
これらの樹脂は使用時間が長くなれば，除染能力が低下するので定期的に交換される．使用済の樹脂は水と共に脱塩塔から配管を通って次段の貯蔵タン
クへ移送される．
この作業については被ばく低減と作業の効率化に

本研究では，放射線検出器として光ファイバー
放射線モニタを用いた．光ファイバー放射線モ
ニタの構成を図３に示す．放射線検出部はシン関して発電所には以下の様な強い要望がある．

チレータをファイバー化したものである．放射（1）樹脂の動きをモニタすることで廃樹脂の脱塩

線がシンチレーションファイバーのある位置に塔からの送り出しと使用済樹脂タンクへの受入射するとパルス状の蛍光が発生する．ファイ

け入れを確認したい．

バー内に閉じこめられた光パルスはファイバー（2）樹脂は 1mm 以下の細かい粒子であるので配管の両端に向かって伝搬し，両端に設置された光内部に付着して残りやすい．高線量率の廃樹検出部で検出される．光パルスが発生してから脂が配管内に滞留するとホットスポットとな

光検出部に到達するまでの時間は放射線がファるので放管員がサーベイメータで樹脂の滞留

イバーに入射した位置に依存する．すなわち，の有無をチェックする必要があるが,チェックファイバー内における光の伝搬距離に依存する．

作業は手間がかかる上に作業時の被ばくに注従って，光パルスの両光検出部への到達時間

意しなければならない．

差を測定することにより放射線の入射位置が得

99

測定原理

放射線検出器ケーブル（シンチレーションファイバ）

実際のソース

測定装置
光検出部

伝搬光

時間差測定

データ処理

光検出部
蛍光
伝送用石英フアイバ
放射線 放射線源

図3

A24

検出器

A
検 1
出
器 A2
番
号 A3
・

光ファイバー放射線モニタの構成

・
・

対象区域
A7

られる．また，光パルスの量から放射線の強度がわかる． (1)(2)

図4

放射線源の空間分布推定方法

3.2.

まず，廃樹脂移送配管監視については配管に沿って表面にシンチレーションファイバーを布設し，内部滞留樹脂からの放射線量率分布を測定すれば，こ

・

・

・

実際の測定

仮定された検出器

B
検 1
出
器 B2
番
号 B3
・

た内部放射線源の分布にほぼ等しいとすることができ・・る．このことは脱塩塔の様な細長い容器の場合も同等
況を把握する場合は３次元的な推定を必要とする．

・B24の分布はこのモニタの測定原理よりして配管に沿っである．一方，使用済樹脂貯蔵タンク内樹脂の堆積状・仮定したソース
B7・

図5

このため，その推定アルゴリズムの開発が必要と

・

・

・

・

6×6で要素分割された
対象区域

ＳＰ M 法ステップ 1

なる．
B24

3.3

線源の空間分布を推定するアルゴリ
ズム

線源を光ファイバー放射線モニタで囲み，シン

仮定された検出器

B
検 1
出
器 B2
番
号 B3
・

チレーションファイバー上の放射線レベルの空間・分布を測定し，その結果を用いて線源の空間分布・を推定するアルゴリズムとして，SPM 法（Sampled
Pattern Matching）による逆推定アルゴリズム（3）を仮定したソースB7

採用し，プロトタイプ機を開発した．SPM 法とは

図6

逆問題解法の一種であり，場の分布が与えられたと

・

・

・

・

・

6×6で要素分割された
対象区域

ＳＰ M 法ステップ 2

きに，その場を生じさせているソース（源）の位置の分布パターンを逆推定する方法である．まず，対ターンベクトル A と仮定したソースから計算により象区域を要素分割し，放射性物質の堆積の推定存在得られた分布パターン B のなす角度θで評価する．

位置の要素に単位放射線源を仮定する．そして，測定された場の分布に最も近い分布パターンを与える

具体的にはパターン一致度Γは次式により定義される．

線源分布を逐次近似的に探索するのである．パターンの一致度は実際に検出器から得られた測定分布パ

Γ＝ cos θ＝ A・B （
/ ｜A｜
｜B｜）

（１）

100

4.

ここで A･B は内積，
｜A｜はベクトルの大きさを示す．

２次元空間分布のアルゴリズム

すなわち，検出器から得られた ｎ 個のデータ列

A ＝（ a1，a2，a3，・・・・，an ） に最も近い分布

まず，２次元空間内に線源を分布させたモデルのパターン B ＝（ b1，b2，b3，・・・・，bn ） が得

数値シミュレーションによって SPM 法を用いた推られる箇所に線源を仮定する．

定アルゴリズムの評価検討を行い，妥当性を確認（4）

測定の手順を図４〜図６に示す．図４のように線源が置かれているときの検出器 A 1 〜 A 24 の出力した．センサーは周囲３辺に設けて計算した．図７に結果の１例を示す．

を a 1 〜 a 24 とし，この時の測定データベクトルを

次に２次元空間分布を模擬した容器内に線源を吸A ＝（ a 1，a 2，a 3，・・・・・，a 24 ）とする．図５

着させた樹脂を分布させて計測を行い，SPM 法をのように対象区域を要素分割し，得られた測定デ用いた２次元空間分布推定アルゴリズムの評価検討

ータベクトルに近づくように単位線源の位置をを行った．

仮定する．図５のような位置に線源を仮定した

実験体系の諸元は次の通りである．

場合，実際の検出器と同様の位置に置かれた仮ａ．アクリル容器：寸法は，800 ×800 ×50（mm），
板厚 8mm とした．

想検出器 B 1 〜 B 2 4 での放射線強度を計算により求

ｂ．シンチレーションファイバー

める．この計算により求められた仮想検出器の分布パ：長さは 3m とした．

ターンベクトルを B ＝（ b1，b2，b3，・・・・・，b24 ）ｃ．使用樹脂

とする．

：三菱化成

このベクトル B を求めた後，パターン一致度 Γ

ダイヤイオン

SKN1

を式（１）より求める．次に，仮定する単位線源のこれは実際にイオン交換

位置を図６のようにずらして同様の計算からパター樹脂として使用されていン一致度 Γ′を求める．

る．
ｄ．樹脂の体積

この手順を繰り返すと仮定する線源の位置と実際の：11 リットル（アクリル容器の約半分）

線源の位置が近づくにつれ，Γ の値は１に近づく．

ｅ．核種および放射能 ： Co-60

この手順を分割した全要素について繰り返し行った

2.7MBq

実験は（財）放射線計測協会で行った．３種類の後，Γの値が最も高くなる線源の位置を解とする．
最初の解が確定するとその位置に線源を固定し，樹脂形状，すなわち平坦型，谷型および山型のそれ

残りの要素について上記の処理を行い，２番目の線

ぞれについてシンチレーションファイバーからの出源の位置を検索する．以下，対象領域内の全要素に力データを採取した．

線源の存在が確定するまで繰り返す．全要素が確定

データ解析においては，１点照射の場合におけるした後，Γの値が最も高かった線源位置の組み合わシンチレーションファイバー出力の広がりを考慮しせが対象領域内の線源の分布の解である．

て，出力データにデコンボリューション1 を施した．
また，樹脂の遮蔽効果を考慮して解析を行った．

センサーケーブル
10

表１

10

線源
5

5

0

0

-5

-5

-10
-10

-10
-10

-5

0

5

仮想線源分布

10

良好な
一致が
得られ
た

-5

0

5

樹脂形状

10

実際の形状との比較
面積比（％） 標準偏差（mm）

平坦

91.5

19.6

谷型

103.0

19.6

山型

100.0

29.2

センサー信号解析結果
1

図7

解析結果

２次元放射線分布の解析結果

デコンボリューションはコンボリューションの逆変換．コン
ボリューション：重畳積分

101

分割要素数は 20 × 20 とした．すなわち１要素の面積は 40 × 40mm2 である．
解析結果の評価は，樹脂量と形状に対して行った．
樹脂量に対しては実際の樹脂と解析結果の面積比

図8

六角柱要素

にて，形状に対しては実際の樹脂表面の形状との誤差（長さ）のばらつきを標準偏差にて評価した．

（2）シンチレーションファイバーの配置

それぞれの形状に対する解析結果を表１に示す．

３次元空間分布を推定するためには，測定対象で

但し，標準偏差については樹脂上面の形状のみをある円柱容器の周囲の連続放射線強度分布を測定す比較した．表に示した通り面積比においては±ることが必要である．しかし，測定対象の周囲全体10 ％以 内 の 精 度 を 得 る こ と が で き た ． 標 準 偏 差の連続放射線強度分布を測定することは困難であは ± 30mm となったが，１要素の寸法が 40mm ×

る．そのためシンチレーションファイバーの配置を40mm であることを考慮すれば，１要素以内の誤差工夫した．線源が堆積していることから容器底面でに収まり，形状に対しても良い精度が得られている．

の放射線強度分布は測定しない．そこで，シンチレ

山型形状の場合について，シミュレーションの結ーションファイバーは円柱容器上面の中央から逆 U

果とモデル実験の結果を面積に対する誤差で比較す

字型に垂らす配置とした．次に，これと同様に円柱

ると表２のようになり，十分な精度が得られている．

容器の軸を中心に回転した位置の数箇所にファイバーを配置して容器の周囲の放射線強度分布を測定し

表２ 山型形状に対するシミュレーションと実験比較
シミュレーション結果
面積誤差（％）

モデル実験結果
面積誤差（％）

1.8

0.0

た．図９に示したように，逆 U 字型に設置したシン
チレーションファイバーを３箇所（等間隔）以上配置すれば容器内の線源の分布形状を再現できること
をシミュレーションで確認した．

円柱容器

5.

３次元空間分布のアルゴリズム
シンチレーションファイバー

5.1

３次元アルゴリズムの解析モデル

２次元空間分布推定アルゴリズムから３次元空間

図9

シンチレーションファイバー配置

分布アルゴリズムへの拡張に当たり以下の点について考慮して解析モデルを開発した．
（1）要素の形状

5.2.

３次元シミュレーション

貯蔵タンクを模擬するため，シミュレーションでは円柱容器を仮定した．この円柱容器を計算領域と関西電力（株）の代表的な使用済樹脂貯蔵タンクにし，複数の要素に分割する．更に各要素内の全線源

合わせ，高さと直径の比を４対３とした．円柱容器

が重心に集中して存在すると仮定した．この時，線内に山形状，平坦形状および僅かに窪みのあるおわ

源からの放射線は等方的に放射されるため，線源をん形状の場合についてシミュレーションを行った．

模擬している各要素の重心間隔が等しいのが良い．

ただし，樹脂による自己吸収，容器の遮蔽等は考

一方，線源は連続的に分布していることから，連慮していない．

続的に均一に分布するよう要素の形を選ぶのが良

解析結果の形状例を図 10 に，精度を表３に示す．

い．そこで，容器を六角柱形状の要素に分割するこ

表の体積比は仮定した線源の体積に対する解析結とした．（図８参照）

果で得られた体積の比を示している．体積比の最大102

状の４種類の線源について実験を行った．
また，密封型の貯蔵タンクでは廃樹脂の固化を防止するために，定期的に撹拌が行われるために放射線源の強度が一様であると考えられるので，模擬実験においても同条件とした．

5.4.

結果の比較

実体系には，樹脂，水および容器の遮蔽とビルドアップがあるので，以下の式を用いてシミュレーシ
ョンの結果に補正を加えた上で，実験結果と比較し図 10解析結果（山形状）

た．

図10

表３ シミュレーションの精度

I ＝ I 0 B exp( −μ t )（2）

B ＝ 1 ＋ C μ t exp( D μt )

（3）

体積比

標準偏差

山形状

97.95 ％

1 要素以内B はビルドアップ係数，μは線減衰係数，t は遮蔽

平坦形状

105.74 ％1.5 要素以内

層の厚さ，C および D は Berger の式（5）の係数である．

おわん形状

99.68 ％

1.5 要素以内

ただし，I はγ線強度，I 0 はγ線強度（初期値），

また 2 次元の場合と同様の理由により，データ解析の際にデコンボリューションを施した．
山形状の廃樹脂堆積についての解析精度は表４に

誤差は 6%以内で高い精度が得られている．また，

示すように良好な成績を収めた．他の形状について

標準偏差は線源の上面の分布形状を評価する指数でも同様であった．

あり，底面から上面までの高さの差の標準偏差であ

表4る．解析に用いた要素１個の高さが 30.6mm であるから，最大誤差は 1.5 要素以内に収まっている．解

体積比

解析精度
82.82 ％

析精度は要素分割数を増やすことにより向上する．
標準偏差 2 要素以内

以上の結果により線源による自己遮蔽効果のない
理想的な体系において SPM 法が線源の 3 次元空間
分布解析に有効であることが確認できた．

6.
5.3.

画像表示技術

模擬容器による実験

貯蔵タンクを模擬するため，ステンレス製で高さ

6.1

画像モデル

397mm，直径 310mm の模擬容器を製作した．模擬

廃樹脂移送系統を，放射線の３次元空間分布推定

廃樹脂は冷却材混床式脱塩塔で用いられているイオ

および画面上への表示技術の研究対象モデルとしン交換樹脂（三菱化成ダイヤイオン SKN 1）に，

た．廃樹脂移送系統の監視機能として，以下のもの

主な線源である Co − 60 を吸着させたものを用いを設計し最適な表示方法を検討した．

た．シンチレーションファイバーはシミュレーショ

（1）脱塩塔監視画面

ンと同じく逆 U 字型に３本配置した．山形状，おわ

脱塩塔の線量率のリアルタイムな分布状態と，時ん形状，平坦形状および平坦形状に水を満たした形

間と共に変化する状況を図 11 に示すようなトレン

103

ドグラフで表示する．この画面により，脱塩塔内の光ファイバ放射線モニター〔miforse〕

; ;;
;
;
計測操作

機能選択

測定モード

再生操作

設定

MD9612312359

ヘルプ

23：59：59

計測

線量

線量
（mSv/h） 位置

樹脂量の変化を監視する．

全グラフ

再生

455cm

線量：■■

（2）移送配管系統監視画面

10 2

移送配管の系統図とその系統図上に線量率のリア

10 1

;
;
;
;
;
;
;
;
;
;
;;;
;
;
;
;

;;;;;
; ;;

10 0

10−1

時
間

10−2

位置

レベル

線量

0〜

〜0.05〜

〜0.5〜

0

500

位置（cm）（mSv/h）

CVOS
3号機
A冷却剤
温床式
脱塩塔
C−1

01 : 23

時間（１目盛02 : 23

10分）

図 11

計測モード

計測操作

再生操作

設定

MD9612312359

線量

ヘルプ

23：59：59

系統監視

5

6

4
3

7

3V-CS-046A
8

2

10

9

示する．この画面により，移送系統全体の移送状況
および移送後の樹脂の付着状況を監視する．

（3）ホットスポットトレンド監視画面

配管の要所や樹脂付着が予想される場所等の線量率を図 13 に示すようなトレンドグラフで表示する．
この画面により，ホットスポットの状況を重点的

10 2

脱塩塔監視画面

光ファイバ放射線モニター〔miforse〕

機能選択

10 −2

ルタイムな分布状態を図 12 に示すような画面に表に監視する．

（4）移送前後監視画面

配管の要所および樹脂付着が予想される場所等における移送開始前の線量率と現在の線量率を図 14
光ファイバ放射線モニター〔miforse〕

機能選択

測定区域
開始時刻

測定モード

計測操作

10
10

MD9612312359

設定

ヘルプ

23：59：59

10

現時間（１目盛：10分）

現在 0.025
移送前 0.002

12

現在 0.013
移送前 0.003

3

現在 0.016
移送前 0.003

13

現在 0.017
移送前

4

現在 0.090
移送前 0.006

14

現在
移送前

5

現在 1.000
移送前 0.008

15

現在
移送前

6

現在 0.022
移送前 0.013

16

現在
移送前

7

現在 0.040
移送前 0.015

17

現在
移送前

8

現在 0.027
移送前 0.004

18

現在
移送前

9

現在 0.020
移送前 0.004

19

現在
移送前

10

現在

0.012

20

現在

位置

再生操作

MD9612312359

設定

ヘルプ

23：59：59

廃樹脂容量：
断面角度：

4

測定場所

位置

＜線量（msy/h＞
輸送前

0

−2

計測操作

測定モード

在

1

10

移送前後監視画面

0 2 ：2 3測定区域−1

23時59分

最大値

2

10

1996年12月31日

2

図 14

＜線量（msy/h＞
輸送前

線量

10

前後監視

位置

移送前 0.003
現在 0.022
移送前 0.003

11

トレンド監視測定場所

0 1： 2 3

10

再生

測定区域

0

−2

10

計測

1

−1

開始時刻

終了

11

機能選択

2

10

23時59分

開始

光ファイバ放射線モニター〔miforse〕

再生操作

線量

10

ヘルプ

現在 0.008
移送前 0.002

移送配管系統監視画面

光ファイバ放射線モニター〔miforse〕
機能選択

1996年12月24日

設定

23：59：59

移送前 0.002

13

図 12

再生操作

MD9612312359

1

12

1

計測操作

測定モード

3

最大値
現

時間（１目盛：10分）

0 1： 2 3在

0 2： 2 3

2

線量

10
10
10

測定区域

2

測定場所

1

10
10

−2

1

＜線量（msy/h＞
輸送前

0

−1

位置

最大値
現

0 1： 2 3

時間（１目盛：10分）

図 13

在

0 2： 2 3

ホットスポットトレンド監視画面

図 15

使用済樹脂タンク監視

104の画面に比較表示する．この画面により，線量率が6.2.

画像モデルの適用

移送前の状態にまで戻ったかどうかを監視し，移送の完了を判断する．

画像モデルの製作にあたっては，前項で設計した（5）使用済樹脂タンク監視

画像モデルを発電所に提示し，実地の運用面からの発使用済樹脂タンク内部の廃樹脂の状態を，図 15

電所の意見を収集し，下記の事項を設計に反映した．

のように上から見た図および断面図の形で表示す（1）系統監視画面では弁名称や廃樹脂の流れる方

る．この画面により，使用済樹脂タンク内部の廃樹
脂の量を監視する．

向も表示する．
（2）ホットスポットは定点に加え，計測中に任意脱塩塔バルブ室系統監視画面
光ファイバ放射線モニター〔miforse〕
機能選択
計測モード

計測操作

再生操作

MD9612312359

設定

ヘルプ

23：59：59

系統監視

3V-CS-046A

移送系統監視画面

全体系統監視画面

光ファイバ放射線モニター〔miforse〕

光ファイバ放射線モニター〔miforse〕
機能選択
計測モード

計測操作

再生操作

MD9612312359

設定

機能選択

ヘルプ

23：59：59

系統監視

詳細情報を表示させたいエリア上をクリックすると対応するエリアの

計測モード

計測操作

再生操作

MD9612312359

設定

ヘルプ

23：59：59

系統監視

使用済樹脂タンクバルブ室系統監視画面
光ファイバ放射線モニター〔miforse〕

系統監視画面が表示される。

機能選択
計測モード

図 16

計測操作

再生操作

MD9612312359

系統監視画面の階層化

設定

ヘルプ

23：59：59

系統監視

105

のポイントを追加できるようにする．

冷却材混床式
脱塩塔（3）使用済樹脂タンク内部の廃樹脂の量の計算結果を表示する．
（4）使用済樹脂タンク内部の断面図は，縦断面の位置を切り替えられるようにする．

6.3.

移送配管ホット
スポット表示試験範囲

脱塩塔廃樹脂移送状況表示

表示方法の検討

試験範囲

使用済樹脂貯蔵タンク（1）図 16 に示したように，廃樹脂の移送時には移送系統全体の表示を，移送後の樹脂付着に対する処理ではホットスポットの重点的な表示を，

樹脂量把握

試験範囲

また移送完了判定では移送前の線量率との比較

図 17

表示を，目的に合わせて切り替えることができフィールドテストの対象るようにした．また，CRT 画面１つで広域かつ複数の監視画面を表示するため，画像表示を全系統画面とエリア別系統画面に階層化すること送系統の脱塩塔，使用済樹脂貯蔵タンクおよび配管により使い易いものとした．

について代表機器を選定し，プロタイプト機として（2）３次元空間の線量分布は，３次元表示にすると視点を移動しない限り分布状態を把握できな測定システムを設計した．フィールドテストの対象を図 17 に示す．

いので，横断面図と縦断面図の表示で線量分布が一目で把握できるようにした．

7.2
7.

試作

プロトタイプ機の試作と性能評価
測定範囲，エネルギー範囲，検出長（シンチレー

7.1

ションファイバーの所要長さ）測定点数等を発電所

フィールドテストの計画で調査した結果に基づいてプロトタイプ機を設計，
線源分布の測定技術を確立するために，廃樹脂移

表５

プロトタイプ検出器の諸元

ａ．低レンジ製作

数

測 定 範 囲製作した．その諸元を表５および表６に示す．

ｂ． 中間レンジ２本
3

１〜 10 μ Sv/hｃ．高レンジ

１本
2

２本

5

4

10 〜 10 μ Sv/h

10 〜 106 μ Sv/h

但し，照射範囲が 1m 以内の場合最大値は 104 μ Sv/h

測定対象線種γ線

γ線

γ線

エネルギー範囲

600keV 〜 1.3MeV

600keV 〜 1.3MeV

600keV 〜 1.3MeV

20m

20m

20m

検

出

長

全

長

60m

60m

60m

直

径

15mm

15mm

15m

重

量

15kg

15kg

15kg

106

表６
台
数
計 測 内 容表 示 画 面プロトタイプ測定装置

ａ．ラ ッ ク 式

ｂ．一 体 式１台
・脱塩塔内樹脂分布・脱塩塔バルブ室配管内樹脂分布・使用済樹脂貯蔵タンクバルブ室配管内
樹脂分布・脱塩塔，脱塩塔バルブ室配管及び使用済樹脂貯蔵タンクバルブ室配管線量率
トレンド

１台

同

左

10 インチカラー液晶

10 インチカラー液晶

寸法

縦 777mm ×横 540mm ×奥行き 820mm

縦 540mm ×横 600mm ×奥行き 300mm

重

量

50kg

30kg

電

源

AC100V

AC100V

表７

プロトタイプ検出器の目標仕様

ｂ．中レンジ検出器
ａ．低レンジ検出器
ｃ．高レンジ検出器
脱塩塔出口配管，使用済樹脂貯 使用済樹脂貯蔵タンクの樹脂量 脱塩塔の樹脂量測定，脱塩塔出
蔵タンク入口配管の移送前後で 測定用口配管，使用済樹脂貯蔵タンクのバックグラウンド，ホットス
入口配管の樹脂移送時の高線量
ポット位置測定用
測定用
指 示 誤 差 ± 40 ％以内（作業員の被ばく ± 20 ％以内（各発電所でのア ± 40 ％以内（相対的な線量変に関わるため，JIS規格相当のエ ンケート結果によると，期待す 化がわかれば良いため誤差を規る容量精度は約 10 ％との意見 定できないが，JIS 規格相当のリアモニタ並とする．）が多かったため，精度 10 ％を エリアモニタ並とした．）
目安とする．検出器の出力はそ
れぞれの線源との距離の２乗に反比例するため，位置誤差は出力誤差の平方根に影響する．従って，容量精度 10 ％の誤差に留めるには，1.1 ＝ SQRT（1.21）
より，指示誤差約 20 ％を目安の値とした．
位 置 精 度 ± 30cm（ホットスポットの位 ± 30cm（ばらつき幅がタンク ± 30cm（脱塩塔高さの 10 ％置の確認上問題ないレベル．） 高さの 10 ％（約 70cm）以内） （約 30cm）以内）
エネルギー特性 0.6MeV 〜 1.3MeV（廃樹脂の主 0.6MeV 〜 1.3MeV（廃樹脂の主 0.6MeV 〜 1.3MeV（廃樹脂のな放射線源が Cs-137，Co-60 で な放射線源が Cs-137，Co-60 で 主な放射線源が Cs-137，Co-60あるため．）
あるため．）であるため．）
用途

表８

プロトタイプ検出器の校正試験

ａ．低レンジ検出器
指 示 誤 差 ± 12 ％（Co-60

ｂ．中レンジ検出器

238 μ Sv/h，± 22 ％（Co-60

2.29 mSv/h にて）ｃ．高レンジ検出器

238 μ Sv/h，±６％（Co-60

2.29 mSv/h にて）

200 mSv/hにて）

位 置 精 度± 30cm± 30cm± 30cmエネルギー特性

0.6MeV 〜 1.3MeV

0.6MeV 〜 1.3MeV

−

107

特性試験

7.3

（1）検出器の目標仕様
プロト機の検出器について特性試験を行った．
目標仕様を表７に示す．
（2）検出器の校正試験プロト機について確認した特性を表８に示す．
なお，高レンジ検出器のエネルギー特性については Co-60 での校正試験のみを行なった．これは構造が他レンジのケーブルと同等であるため，同様な特性が得られると考えられるためである．

7.4.

図 18

脱塩塔，移送配管センサ敷設状況操作を行う．樹脂移送時は，脱塩塔表面，脱塩塔出フィールドテスト

口配管および使用済樹脂貯蔵タンク入口配管の線量
大飯発電所３号機冷却材混床式脱塩塔の廃樹脂移率が高いので，「高レンジ検出器」にて測定した．

送に際して廃樹脂系統にセンサを仮設して，機能試

一方，配管洗浄は樹脂移送後に配管に付着した樹験を行った．センサー敷設状況例を図 18 に示す．

脂を洗浄する操作であり，ライン毎に洗浄する．こ脱塩塔移送は，樹脂移送と配管洗浄の操作に分かの操作時の配管表面の線量率は低いので「低レンジれる．樹脂移送時は，脱塩塔内の樹脂の固着を解き検出器」にて測定した．また，使用済樹脂貯蔵タン

移送しやすくする「逆洗」操作，脱塩塔内の樹脂をクは，線量率が低レンジと中間レンジ両方の測定範

使用済樹脂貯蔵タンクに移送する「樹脂移送」操作

囲内であったので，指示誤差の少ない低レンジ検出

および移送完了後に脱塩塔「樹脂エレメント洗浄」

器で測定した．

CVCS
3号機
A冷却材
混床式
脱塩塔
C−1

CVCS
3号機
A冷却材
混床式
脱塩塔
C−1

使
用
済
樹
脂
0

1000

CVCS
3号機
A冷却材
混床式
脱塩塔
C−1
0

mSv/h

1000

0

mSv/h

使用済み樹脂交換作業前（09：58）

CVCS
3号機
A冷却材
混床式
脱塩塔
C−1
0

1000

脱塩塔逆洗中（10：02）

1回目樹脂移送中（10：13）

CVCS
3号機
A冷却材
混床式
脱塩塔
C−1

CVCS
3号機
A冷却材
混床式
脱塩塔
C−1
0

mSv/h

1000
mSv/h

1回目樹脂移送完了後（10：18）

2回目樹脂移送完了後（10：38）

図 19

1000
mSv/h

脱塩塔内の樹脂分布状況

0

1000
mSv/h

樹脂エレメント洗浄後（10：49）

108

されるが，線量分布変化はなく樹脂の大きな移動（1）脱塩塔内樹脂の垂直分布はない．

脱塩塔内の樹脂分布を移送前，移送中，移送完了後について図 19 に示す．同図には脱塩塔内の樹脂

ｃ．１回目脱塩塔移送中充填状態と脱塩塔表面の線量率をも示す．脱塩塔内移送により，脱塩塔上部の線量率は低下し，樹脂の樹脂充填状態をタンク模式図に色で表示した．赤が減っていることが確認できる．
ｄ．１回目脱塩塔移送完了後

色は充填していることを示し，緑色は，廃樹脂がないことを示す．黄色はそれらの中間の充填，すなわ

ほとんどの樹脂が移送されたことが確認できる．

ち充填量は少なくなってはいるがなくなってはいな

脱塩塔下部に樹脂が残っている．
ｅ．２回目脱塩塔移送完了後い状態，であることを示す．脱塩塔表面の線量率が2

充填量に比例するので設定値 を設けて赤，黄，緑

脱塩塔下部の線量が低下し，下部の樹脂が移送でに分けて表示した．

きた．ただし，脱塩塔下部の樹脂エレメント付近

ａ．使用済樹脂移送前で線量が高く，ここに少しの樹脂が残留している
ことがわかる．

脱塩塔表面線量は使用済樹脂が充填している位置

ｆ．脱塩塔樹脂エレメント洗浄後で高くなっていることがわかる．

脱塩塔全体の線量率が通常レベルまで下がり，移ｂ．脱塩塔逆洗中送が完了したことが確認できる．

逆洗によって脱塩塔内の樹脂が撹拌されると予想

赤：200μSv/h以上
黄： 10μSv/h以上

樹脂移送の流れCVCS配管

純水系統
脱
塩
塔

6
1

移送前の線量分布
CVCS配管CVCS配管

使用済み貯蔵タンク

樹脂
移送移送ライン洗浄の流れ
純水系統

ラ
イ
ン
洗
浄

6
1

脱
塩
塔

6
1

移送後の線量分布
6000
移
送
前

使用済み貯蔵タンク

0
10：59

移
送
後

移送ライン洗浄後の線量分布
6000
移
移 送
送 後
前

洗
浄
後

時刻（1目盛10分）

11：29

0
10：59

1
○でのトレンドグラフ

図 20

脱塩塔バルブ室内配管での廃樹脂移送状況

2
高線量レベル（赤色で表示）は，100mSv/h 以上，中線量レベル（黄色で表示）は，0.2mSv/h 以上 100mSv/h 未満，通常線量レベル（緑色で表示）は，0.2mSv/h 未満と設定した．

洗
浄後

時刻（1目盛10分）
1○でのトレンドグラフ

11：29

109

赤：200μSv/h以上
黄： 10μSv/h以上

樹脂移送の流れA冷却材混床式
脱塩塔

純水系統

5
3V-WS-001A

34V-WS-062

樹
脂
移
送

5
34V-WS-062

移送前

移送後（11：05）

線量率（μSv/h）

6000

使用済樹脂貯蔵タンクB 使用済樹脂貯蔵タンクA

0
10：59
移
送
前

図 21

移
送
後

11：39

時刻（1目盛10分）
5○でのトレンドグラフ

使用済樹脂貯蔵タンクバルブ室内配管樹脂移送前後

赤：200μSv/h以上
黄： 10μSv/h以上

使用済樹脂貯蔵タンク連絡配管洗浄の流れ
A冷却材混床式
脱塩塔

純水系統

5
34V-WS-062

3V-WS-001A

使用済樹脂貯蔵タンク連絡配管洗浄中（11：39）
11：42で洗浄終了

線量率（μSv/h）

6000

使用済樹脂貯蔵タンクB

使用済樹脂貯蔵タンクA

0
10：59

時刻（1目盛10分）
5○でのトレンドグラフ

図 22

使用済樹脂貯蔵タンク連絡配管洗浄

11：39
洗
浄
中

3V-WS-001A

110（2）脱塩塔バルブ室内配管での洗浄状況
脱塩塔バルブ室内配管での樹脂移送状況と測定結果を図 20 に示す．配管表面の線量率を色 3 で示す．
ａ． 移 送 前 か ら 配 管 ⑥ の 位 置 で の 線 量 が 近 く の■ 光ファイバ放射線モニター〔miforse〕（S） ヘルプ（H）
機能選択（F） 計測操作（M） 再生操作（P） 設定
表示モード

tankzu廃樹脂容量： 8545
断面角度：

CVCS 配管を流れる放射性物質の影響で高くなっ

断面 a b

150

a

4

ている．

廃樹脂入口配管
3ｂ．樹脂移送後，配管内に樹脂が残留していること
がわかる．

廃樹脂

ｃ．脱塩塔を介さず直接脱塩塔出口配管を純水で洗2

1

浄する．洗浄の結果，移送前の線量分布に戻り，b

樹脂の残留がないことが確認できた．
ｄ．トレンドグラフからすぐに洗浄できたことがわ

図 23

使用済樹脂貯蔵タンク内樹脂分布

かる．
（3）使用済樹脂貯蔵タンクバルブ室内配管での洗浄状況（5）使用済樹脂貯蔵タンク内樹脂分布得られたタンク内の分布形状を図 23 に示す．

使用済樹脂貯蔵タンクバルブ室内配管での洗浄結果を図 21，図 22 に示す．配管表面の線量率を色 4 でフィールド試験で対象とした使用済樹脂タンクで示す．

は，定期的な樹脂の撹拌を行わないため，廃樹脂入

ａ．図 21

口配管の位置から樹脂が偏った分布をしていると推

移送前は，配管表面の線量率は通常レベルである．

定される．樹脂の容量の解析結果は，8.545m 3 であ樹脂移送後に配管内に樹脂が残留していることがった．なお，1 要素の大きさは，0.007m 3 である．

わかる．

移送樹脂総量から予想される使用済樹脂貯蔵タンク

ｂ．図 22

内貯蔵量と比較すると，83.4%となった．

前項で残った樹脂を洗浄するために，洗浄系統を脱塩塔からの樹脂移送が平成５年５月より定期的変えた．この様にどの位置に樹脂が残っているのに行われており，移送時期の異なる線源が層状に重がわかるので，適切な洗浄系統を選ぶことができなっていることが予想される．そのため崩壊によりる．

減衰がおこり線源強度が均一ではない．（初回に移送された内，主な線源と考えられる Co − 60 は３年（4）サーベイメータとの線量率比較

で約 67%まで減衰する）

脱塩塔バルブ室内配管および使用済樹脂貯蔵タン

従って，線源強度を均一とするこの解析手法を直クバルブ室内配管での今回使用のセンサとサーベイ接適用することができない．そのため，線源強度がメータとの測定結果を比較した結果，ほぼ一致した

分布しているが層状であることを考慮したアルゴリ

値を示した．サーベイメータによる測定も，このセズムによって樹脂の形状と樹脂量を推定した．

ンサによる測定も移送後は，移送前の線量率に復帰

使用済樹脂タンク内で樹脂の固着防止のために撹しており，残留樹脂がないことを示しており，サー拌している密封型のタンクには今回開発したアルゴ

ベイメータによる管理をこのセンサで置き換えるこ

リズムが直接適用でき，今回のフィールドテストよとができる．

り優れた結果が期待できる．

高線量レベル（赤色で表示）は，200 µ Sv/h 以上，中線量レベル（黄色で表示）は，10 µ Sv/h 以上 200 µ Sv/h 未満，通常線量レベル（緑色で表示）は，10µSv/h 未満と設定した．

高線量レベル（赤色で表示）は，200 µ Sv/h 以上，中線量レベル（黄色で表示）は，10 µ Sv/h 以上 200 µ Sv/h 未満，通常線量レベル（緑色で表示）は，10µSv/h 未満と設定した．

3

4

111

結果の評価

7.5.

に次の操作ステップに進むよう連絡している．特に，
燃料ピット脱塩塔は，スラッジが多く樹脂が固着し現状は，放管員と運転員が放射線管理区域の現場てなかなか樹脂が流れきらず，移送完了の判断に線で操作手順を踏んで，共同作業している．放管員は量率測定の手間と時間がかかっている．

線量率測定による移送完了，配管洗浄完了の判断を（2）配管洗浄確認

下し，次の操作ステップへの移行を運転員に連絡すホットスポットの位置を検出することができ，適る．運転員は，バルブ操作による移送，洗浄操作を

切な洗浄ラインを運転員が判断することができた．

行う．放管員の線量率測定の手間を削減し，測定にこのため効率的な洗浄を行うことができ除染時間

よる被ばくも削減できかつ運転員が放管員の支援をを短縮できる．現状は放管員が配管に沿ってサーベ受けず操作毎の判断することで，作業時間の低減がイメータで線量率を測定し，ホットスポットの位置期待できる．図 24 に廃樹脂移送作業の短縮効果をを検出する時間がかかっている．

示す．

（3）線量率指示
センサの指示値は，サーベイメータと良く一致し（1）樹脂移送完了確認
脱塩塔内の樹脂量がリアルタイムでわかり，廃樹

た値を示し，サーベイメータの代用の検出器として脂移送完了を確認することができた．わかりやすい使用できる．このため，放管員のホットスポットをグラフィック表示であるので運転員が移送完了を確調べる手間が削減できる．

認することが出来る．現状は放管員が移送前後にテ（4）測定データの管理

レテクタ(約 1 〜 4m に伸縮する長尺の検出器)で脱塩塔表面線量率を測定し，移送完了を判断し運転員

実機適用時に測定装置に次の機能を設けること
で，作業を合理化できる．

従来の廃樹脂移送作業内容
脱塩塔逆洗+樹脂移送
（各2回）
運転員作業

樹脂エレメント洗浄

移送ライン洗浄

廃樹脂タンク連絡配管洗浄

1時間

放管作業
移送前測定
脱塩塔配管室ホットスポット
測定

計測器準備

ホットスポット測定 移送後測定

脱塩塔線量率測定
放管員の作業時間は
運転員の待ち時間となる

帳票作成
計測器片付

運転員の作業時間は放管員の待ち時間となる

内はホットスポットが無くなるまで繰り返す（移送作業毎に回数は異なる）

光ファイバー放射線モニタ適用後の移送作業内容
樹脂エレメント洗浄
脱塩塔逆洗+樹脂移送（各2回）

移送ライン洗浄

廃樹脂タンク連絡配管洗浄

運転員作業
1時間

帳票自動作成

放管作業
計測器準備

計測器片付

運転員、放管員共に待ち時間が無くなり、移送作業も半減できる。
図 24

光ファイバー放射線モニタ適用による廃樹脂移送作業の短縮

112

ａ．作表機能を設けることで管理書類の自動作成ができる．
ｂ．通信機能を設けイントラネットに接続すれば，なお，本研究を遂行するにあたり，関西電力（株）
大飯発電所第二放射線管理課の方々には特にお世話になった．ここに記して感謝の意を表する．

放管室で管理することができる．
（5）使用済樹脂貯蔵タンク内樹脂分布

参考文献

現在，使用済樹脂貯蔵タンクに貯蔵されている樹脂は高線量率であるため堆積状況を直接的に把握す（1）S. Soramoto, M. Notani, Y. Fukano, S. Imai,

る手段がないが本システムの使用により移送作業後

T.Iguti and M. Nakazawa : KEK Proc.93-8, 171-の樹脂の貯蔵状況を直接的に把握できるためタンク173(1993)

容量の有効利用等貯蔵管理に資することができる．

（2）T. Emoto, T.Torii, T. Nozaki and H. Ando,
Radiation Detectors and Their Uses, KEK Proc.
94-7, 119(1994)

8.

むすび

（3）Y. Saito, E. Itagaki and S. Hayano : A
formulation of the inverse problems in

本研究で開発した技術は，廃樹脂系統の他に廃樹

magnetostatic field and its application to source

脂処理系統等高線量率の系統にも活用できるものと

position searching of the human eye fields, J.

考える．

Appl. Phys., Vol.67, No.9, May 1990, pp.5830-

また，本研究では，放射性物質の堆積した閉じた5832

系内に線源が一様な空間密度で連続的に分布してい（4）K. Yoda, T. Oka, Y. Tsutaka, T. Usami, H.

るというモデルを用いて廃樹脂系統に適したアルゴ

Nakamura and Y. Umeda : Shape Estimation of

リズムの構築に成功した．線源強度が一様でない密Radioactive Spent Resins in a Storage Tank

度で分布する，より一般的な対象に適用するために

Using the Sampled Pattern Matching, IEEEは，更に研究を進めることが必要である．アルゴリ

Trans. Nuclear Science, Vol.44, No.3, June 1997,

ズムを一層高度化して強度の異なる線源が連続的のpp1469-1473

みならず離散的に分布するモデルにも適用できるよ
うになれば，適用用途が更に拡大できることが期待される．

（5）社団法人日本アイソトープ協会編集，アイソ
トープ便覧，p-418，丸善株式会社