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放射性汚染検出のためのマイクロ・サーベイメータの計数効率と検出限界
Counting Efficiency and Detectable Limit of Micro Survey-Meter
for Detecting Radioactive Contamination
入江西沢

博志隆(Takashi Irie)*

松岡(Hirosi Nishizawa)‡
井上俊彦

由了 (Yoshinori Matsuoka)†

山本幸佳(Takayoshi Yamamoto)§(Toshihiko Inoue)§

要約 シンチレーションファイバで構成された検出部を持つ，マイクロ・サーベイメータで狭い隙間や小さい穴の 60Co による表面汚染が検出できるかどうかを検討した．モンテカルロシミュレーションコードの EGS4 を用いて，マイクロ・サーベイメータの BG 計数率と計数効率を求め，これから検出限界を計算して，検出限界表面汚染密度が管理区域からの物品持ち出し基準を満足し，汚染検査に使用可能な条件を求めた．
キーワード

EGS4，モンテカルロシミュレーション，マイクロ，サーベイメータ，計数効率，検出限界，汚染検査，プラスチックシンチレーションファイバ，検出器，表面汚染密度

Abstract
A micro survey-meter having a detector made of scintillation fiber is investigated forthe purpose of detecting 60Co-contaminated concave surfaces. The background count rate and thecounting efficiency of the micro survey-meter was determined by computer simulation using theMonte Carlo code EGS4. The detectable limit was derived from the background count rate and thecounting efficiency. Also evaluated, the detector size for the micro survey-meter which can be used
for the contamination survey based on the following condition: the detectable limit of the surfacecontamination density must fall under the acceptable rate of surface density of contamination for anobject to be taken out of the radiation controlled area.
Keywords

EGS4, Monte Carlo simulation, micro survey-meter, counting efficiency, detectable limit,

contamination survey, plastic scintillation fiber, detector, surface contamination density

1.

はじめにレーションファイバで出来ている．
本資料は，大阪大学と三菱電機で開発したマイク

原子力発電所の管理区域から，物品を持ち出すとロ線量計と同型のマイクロサーベイメータで，狭いきに，その表面のベータ汚染は，GM 式の汚染サー

隙間や小さい穴の 60Co による表面汚染の検査が出来ベイメータで確認しているが，これは平坦面またはるかどうか検討したものである．モンテカルロシミ

凸面にしか適用できない．狭い隙間や小さい穴の汚ュレーションコードの「EGS4」を使って，マイク染は，通常スミヤ法で検査する．しかし，この方法ロサーベイメータの検出部の大きさを変えて計数効は時間がかかる．

率と検出限界を求めた．バックグランド計数率も，大阪大学は三菱電機と共同で医療用のマイクロ線EGS4 を使って求めた．

量計を開発した．その検出部はプラスチックシンチ*（株）
原子力安全システム研究所 技術システム研究所†（株）
原子力安全システム研究所 技術システム研究所
現 関西電力（株）本店 人材活性化室‡ 三菱電機（株）産業システム研究所§ 大阪大学教授

109

モンテカルロシミュレーション2.

点状線源の付着場所は円筒形の検査対象物の軸方向長さの中央とした．なお，EGS4 使用上の注意事項

60

マイクロサーベイメータの検出部の， Co から放出されるベータ（ガンマ）線に対する計数効率は，（１）を付録に添付した．
プラスチックシンチレータは，水素や炭素のようを使ってコンピュに原子番号の小さな元素で出来ているため，光電効ータシミュレーションで求めた．計数効率は，線源

果の断面積は非常に小さいので，無視できる．そのから放出された電子と光子がマイクロサーベイメー

結果，パルス波高分布では光電ピークは現れずに，タの検出部で検出される確率で定義される．シミュ

コンプトン散乱による連続スペクトルのみが見られレーションのモデルは図１に示す．検査対象物の穴る（２）．

モンテカルロコードの EGS4の内面は 60Co によって一様に汚染されている場合

マイクロサーベイメータの検出部の軸方向長さをと，点状線源が付着している場合について計算した．

変えた場合に，EGS4 コードを使ったモンテカルロシミュレーションで点状線源による計数効率の変化

プラスチックシンチレーション
ファイバー
検査対象物
アルミカバー
空気を求めたのが図２である．プラスチック中の 60Co のベータ線の飛程は１ mm 以下なので，図２に示すように検出器の長さを２ mm 以上に長くしても効率は改善されない．そのため，検出器の長さは汚染された隙間や穴の深さに等しく決めるべきである．ここ

点状線源

マイクロサーベイメータの検出部

では 10 cm と仮定した．
EGS4 を用いて 60Co のガンマ線の平行ビームで 10μ R/h の場を作り，そこへマイクロサーベイメータの検出部を置いた時の計数率を求め，これをバックグラウンド計数率とした．この方法で，マイクロサーベイメータの検出部直径を変えた場合の，バックプラスチックファイバーグラウンド計数率の変化を求めたものを図３に示す．
検出部に入射したガンマ線の数に対する検出されたガンマ線の数の割合（すなわち固有効率）は，（1）式の積分値に等しい（２）．バックグラウンド計数

マイクロサーベイメータの検出部のシミュ
レーションモデル

計数効率（％）

403020100

図20246
検出部長さ（B）

8

検出部長さに伴う計数効率の変化
検出部直径： 5 mm

10率を求めたシミュレーションモデルの検出部形状とバックグラウンド計数率（cps）

図160ＥＧＳ４
積分結果

50403020100

図301234
検出部直径（B）

5

検出部直径に伴うバックグランド変化

110（５）を用い，（1）と考えられる．そこで点状線源のケース３，４にお式の積分を実行して求めた固有効率に，検出部に入いて検出限界表面汚染密度を求めるときに，検出限射したガンマ線の数を乗じてバックグラウンド計数

界放射能量を，検出部の表面積の 1/2 で除して換算率を求め，図３に記入した．このカーブは，EGS4した．

アイソトープ便覧の減衰係数の値によるシミュレーション結果とよく一致している．

3.

∫ ｛1- exp（- μx）｝dx（1）x

マイクロサーベイメータの検出部の計数効率と検出限界汚染が検出されるためには，汚染による計数率がｘ：検出部に入射したガンマ線の行路長バックグランド計数率より大きくなる必要がある．

μ：線減衰係数（1/cm）

その差は，計数統計の 3 σと等しいか，それより大現在，原子力発電所における汚染検査には通常直きい必要がある．この考え方に基づいて南他が導出

径５ cm の GM サーベイメータを使っている．そこ

した検出限界の公式（３）に，モンテカルロシミュレ

で，検討するマイクロサーベイメータの検出部の直ーションの結果を代入して，検出できる汚染の最低径は５ cm 以下とした．検出部の直径を変えて下表限界を求めた．ケース１から４について検出部直径の４ケースについてシミュレーションを行い，マイを変えてシミュレーションによって求めた計数効率

クロサーベイメータの検出部の計数効率と検出限界を，それぞれ図 4, 6, 8, 10 に示す．また，これらの660を求めた． Co の崩壊数は 10 回とし，計算時間は計数効率に対応する検出限界は図 5, 7, 9, 11 に示す．

ワークステーションで約３時間かかった．通常，物全てのケースについて検出限界のグラフは同じ形

体表面の汚染部の面積が放射能測定器の検出器の有になり，検出部の直径が 0.5 〜３ mm においては，効窓面積より小さいときは，有効窓面積当たりにあ検出限界の値は直径の増加とともに急激に下がるる放射能量と見なし，これを有効窓面積で除して単（すなわち低い密度まで検出できる）．さらに，直径（４）．平面の検出器なが３ mm を超えると，検出限界の変化は緩やかにならばこれでよいと考えられるが，マイクロサーベイる．従って，検出部の直径は出来るだけ大きく選ぶ

メータの検出部は円筒状であるため，点状線源からことが望ましい．ただし，ケース１及び２においての放射線が検出されるのは検出部の表面積の約 1/2

は，検出部直径が 0.5 mm 以上で検出限界表面汚染

位面積当たりの計数値とする

密度は，発電所からの持ち出し基準の 0.4 Bq/cm２
検出部−対象物間距離変化

一定

面状線源

ケース 1

ケース 2点状線源

ケース 3

ケース 4よりも低い（従って十分である）．ケース３では，検出部直径が１ cm 以上，ケース４では４ mm 以上
で検出限界は 0.4 Bq/cm2 より低くなる．
0.07
検出限界（Bq/F）

計数効率（％）

60
50403020
1000.06
0.05
0.04
0.03
0.02
0.0101

図423
検出部直径（B）

4

ケース 1 の計数効率
検査対象物内径： 6 cm

500123
検出部直径（B）

図5

ケース 1 の検出限界
検査対象物内径： 6 cm45111

発電所における汚染検査は，サーベイメータの較ス４の点状線源の強さを検出部の表面積の 1/2 で除正の際と同じ幾何学的配置を実現するために，検出して単位面積当たりの表面汚染密度に換算して，検部と検査対象との距離を一定に保って測定を行って出限界汚染密度をケース２の面線源の場合におけるいる．これはケース２あるいは４に該当する．ケー

それと比較すると，前者の方が値が大きいという意
0.06
検出限界（Bq/F）

計数効率（％）

50
403020100012340.05
0.04
0.03
0.02
0.01
05012

図6

ケース 2 の計数効率

図7

検出部−検査対象物間距離： 1 cm

検出限界（Bq/F）

計数効率（％）

6050403020100123検出部直径（B）

図8

ケース 3 の計数効率454

ケース 2 の検出限界
検出部−検査対象物間距離： 1 cm

7003検出部直径（B）

検出部直径（B）

516141210864201cm01図9

検査対象物内径： 6 cm

234
検出部直径（B）

5

ケース 3 の検出限界
検査対象物内径： 6 cm

50

検出限界（Bq/F）

計数効率（％）

60

4030201000

図 10123検出部直径（B）

4

ケース 4 の計数効率
検出部−検査対象物間距離： 1 cm

54324mm100

図 111234
検出部直径（B）

ケース 4 の検出限界
検出部−検査対象物間距離： 1 cm5112

文献

味で保守的な結果を与える．
ケース４においては，・検出部直径４ mm 以上

・検出部表面と検査対象物の距離・計測時間
２で 0.4 Bq/cm（1）W.R.Nelson, H.Hirayama and D.W.O.Rogers,
１ cm５分が検出可能である．

細い検出器を，内径の大きな穴の検査に適用する

The EGS4 Code System，SLAC −265，1985（2）G.F.ノル，放射線計測ハンドブック，日刊工業
新聞社，1982（3）南賢太郎・佐藤信之，放射線管理におけためには，穴の表面に沿って検出部を移動し，多くる計数装置の検出感度について，JAERI-の位置で計測を繰り返す必要があるが，それは時間

memo − 2703，1967がかかる．また，現場では検査者の疲労，作業者の（4）（財）原子力安全技術センター，放射性表面汚待ち時間を考えて，汚染検査は短時間で終わるのが染の測定・評価マニュアル，1988

望ましい．これらのことと，検出限界のグラフの形（5）（社）日本アイソトープ協会，改訂３版

からしても，検出部は出来るだけ大きくして検査回

ソトープ便覧，丸善（株），1984数を少なくすることによって検査時間を短くするのがよい．

謝辞
最後に，EGS4 の使用方法について，高エネルギー加速器研究機構の平山教授には，電子メールでの問い合わせに丁寧に答えていただき，おかげでこの論文が書けたことに感謝します．

アイ

113

付録 EGS4 使用上の注意事項で書き込んだデータファイルである．

EGS4 の使用に当たっては，MORTRAN 言語によ計算結果は，mortjob.output6 というファイルに書ってユーザーコードを作成しなければならない．ユーザーコードのメインプログラムは，使用する物質き込まれる．

データの定義と各領域への割り当て，PEGS4 で計算しておいた物質データの読み込み，計算形状の定3.

2. 項 ④ の物質データファイルの作り方

義，入射粒子に関する初期データの設定，得られたユーザーコードで決めた順番に一つのファイルに結果の編集と出力等を行う．また，ユーザーコード書き込んで作る．PEGS4 で作った ch.dat, al.dat,の SUBROUTINE HOWFAR ではジオメトリを決定air.dat, fe.dat の４つの物質データを micro.dat に順し，SUBROUTINE AUSGAB では求めようとするに書き込む場合は，UNIX の場合結果を蓄積する．

cat ch.dat > micro.dat

ユーザーコードを最初から自分で作成することは

cat al.dat >> micro.dat

容易ではないから，既に作成し使用されたコレクシ

cat air.dat >> micro.dat

ョンから自分の目的に近いものを選んで作り替える

cat fe.dat >> micro.datのが実際的である．とする．

以下にユーザーコードの作成に役立つと思われる注意事項を収録しておく．

4.

ユーザーコードのパラメータを変更したとき
粒子数 1000 個で 10 秒くらいの計算を試しに実行

1.

EGS4 コード使用時のユーザーコードの作り方

は，高エネルギー加速器研究機構（KEK）で各種してみて，正常に計算することを確認した後，大量粒子数の計算をする．

マニュアルを準備しているので，それを読めば大概のことは分かる．それでも分からない場合は，5.

KEK の平山教授に電子メールで問い合わせれば，Cut off energy
最初のコード導入時，他の場所ではうまく動いて親切に答えていただける．

いるのに，自分のコンピュータで動かない場合は，2.

を高くしてやってみれば，うまく行く場合がある．

cut off energy が適正でない場合があるので，これ実行命令文
PEGS4 の例： pegs 4 run ch.inp ch.dat①②①：ch.inpはここではプラスチックの入力データが入っているファイルである．

6.

PCOORD, PNORM の書き方
PCOORD（①, ②）= 1.0 ；①で1：xは PEGS4 で作ったプラスチック2：yの物質データが書き込まれるファイルで3：z②：ch.dat

軸を表す．

②で検出器を構成する平面の番号を表す．

ある．

すなわち
EGS4 の例： egs 4 run micro.mor micro.dat③④③：micro.mor はここでは MORTRAN 言語で記述したマイクロサーベイメータのユーザーコードが入っているファイルであPCOORD（1,J）= 1.0 ；で J 番目の平面と x 軸との交点が x= 1.0 であることを表す．
PNORM（③,④）= 1.0 ；③で1：x2：y軸を表す．

3：z④で検出器を構成する平面の 番号を表す．

る．
PEGS4 で作った必要な物質

すなわち，PNORM（3,J）= 0.0 ；で J 番目の 平データを，ユーザーコードで決めた順番面の法線ベクトル（原点を通る，正の値）の z 成分④：micro.dat

114

は 0 であることを表す．
7.

ガンマ線が検出部に入った後，初めて検出部の$PLAN2P(NPL1, NRG1, 1, NPL2, NRG2, -1);
領域1

領域2

領域3

構成元素と衝突するまでの距離の求め方
粒子

通常の EGS4 での計算では使わないが，今回ガンマ線の物質内での吸収係数を，EGS4 を使って求め正負るときにこれを使ったので，ここに示しておく．
SUBROUTINE AUSGAB は，ガンマ線が検出部を構成する面を横切って検出部の領域に入ったときに CALL され，その時の TVSTEP が，次の反応点

平面１

平面２00.2までの実際の移動距離を表すので，AUSGAB の中Zで TVSTEP を取り出してその値をユーザーコードに返してやり，ユーザーコードの中で必要な処理を行う．
・NPL1, NPL2
8.

$PLAN2P マクロの書き方
SUBROUTINE HOWFAR で，平行平面に挟まれた空間に粒子がある場合には，2 つの平面について，実際に横切るかどうかを判定し，横切る場合にそのは，平面の番号を表す． 2 , 1・NRG1, NRG2 は，粒子の行き先の領域番号を表す．③，①・1, -1 は，領域 ② にある粒子の移動する方向を表し，正の方向の移動を考えるときは平面までの距離を計算するマクロを使うことができ向の移動を考えるときは -1 とする．

る．

上の図のマクロは次のように書ける．
$PLAN2P(2, 3, 1, 1, 1, -1);

1，負の方