ガンマ線カメラで観る「放射能汚染」
と「除染」への応用
豊田亘博
（S3→宇宙物理）
卒業後の進路
1965 住友化学中央研究所（高槻市）に配属
1966 日本原子力研究所（群馬県高崎市）
1968 住友化学中央究所
高分子の物性研究・高分子の結晶化
1974 Rensselauer Polytechnic Institute（RPI）
米国NY州に留学
1976 住友化学中央研究所
放射線との関わり
1977 日本メジフィジックスに出向
住友化学が米国から放射性医薬品を製造する
技術を導入。1973合弁会社（JV）を設立。
サイクロトロンで短半減期のRIを生成、核医学
用の注射剤を生産し、全国で約1000の病院に
供給。
JV（50%）の相手先は米国（MPI）、スイス（ロシ
ュ）、英国（アマシャム）、米国（GE）と変遷した
が、アイソトープ診断薬では世界のトップメーカ
ーに成長。
7高分解能・高感度臨床
PET装置
臨床用PET-CT：全身ブドウ糖代謝
腺癌 扁平 上皮癌 腺癌
FDG-PET：
肺がんの診断
肺がんの診断
所属リンパ節転移診断
Single Photon Emission Computed Tomography
combined with X-CT （SPECT-CT)
Hatazawa J, Shimosegawa E, Nakamura Y, Fujino K.
99mTc-MDP Bone SPECT-CT: Tubercular involvement of the adjacent thoracic vertebrae.
In: Delivering the Ultimate Power of Molecular Imaging, Siemens Medical Solution USA, 2009 Single photon emitting radio-nuclides: 99mTc, 123I, 67Ga, 111In, 133Xe
More than 5 thousands of patients were studied a year for clinical diagnosis in Osaka University Hospital.
67Ga-citrate for inflammation, 99mTc-MDP for bone metabolism 111In-DTPA for dendritic and/or lymphatic cell migration
心電図同期SPECT（治療前）
2001.2.22EDV:102 ml ESV:66 ml EF:35%
てんかん
発作時
発作
間欠期
アルツハイマー型
認知症
レビー小体病
前頭側頭型
認知症
認知症の脳血流分布
99mTc-ECD SPECT梗塞
（再開通後）
梗塞
（高度虚血）
非梗塞
Penumbra
（治療対象）
虚血性脳血管障害超急性期の脳血流
ratio=0.30
ratio=0.50
ratio=0.80
ratio=1.30
Shimosegawa E, Hatazawa J, Inugami A, Fujita H, Ogawa T, Aizawa Y, Kanno I,Okudera T, Uemura K. J Nucl Med 35:1097-1103 1994
もやもや病におけるacetazolamide負荷試験（35歳、女性）
T
2強調画像
123I-IMP SPECT（定量）
MRA
安静時 acetazolamide負荷後
MRI
初診時
1年後
初発症状：2年前より左上肢の一過性脱力発作慢性脳循環障害
怖かった放射線
• 年間の被ばく線量上限50mSv（5レム）に近い
作業
• 10年間に浴びた集積被ばく線量135mSv
• 第1種放射線取扱主任者試験
• 使用する立場と規制する立場の二律背反
国家資格（放射線取扱主任者）の
取得と放射線の安全管理
1980 第1種放射線取扱主任者資格を取得
・日本国内に約5000ある放射線使用事業所
・日本アイソトープ協会・放射線取扱主任者部会
歴代の会長： 仁科芳男（’51）→茅誠司（’54）→
山村雄一（’88） ・・・ ・・・
21放射線、放射能の発見
その１
レントゲンによるX線の発見（１８９５年） 1895年11月8日：放射線の発見 ヴィルヘルム・コンラッド・レントゲン(独) 最初のX線写真 初期のＸ線装置一式（１８９６年代後 半）放射線、放射能の発見
その２
ベクレルによる放射能の発見（１８９６年）
1896年：ウラン鉱石から放射能 を発見したアンリ・ベクレル(仏)
エックス線診断で助かった命
（胃がんの早期発見）
定年退職ののち
2002 住友化学（日本メジフィジックス）を定年退職
・千代田テクノル（フィルムバッジ、ガラスバッジに
よる個人被ばく線量）
・原子力安全技術センター（RI施設検査、主任者
の定期講習）
・大阪大学核物理研究センター（放射線管理）
2009 南半球一周のクルーズ（96日間）
30放射線測定器
（サーベイメータ）
電離箱式
サーベイメー
タ
GM管式
サーベイメー
タ
シンチレーション
式サーベイメータ
宇宙線強度の高度によ
る変化
地球に降り注いでいる宇宙放射線の源は、銀 河系や他の銀河から飛来する銀河宇宙線 ( GCR)と太陽からの粒子(ほとんどが陽子)の2つ に大きく分類される。このうち、地上で浴びる宇 宙放射線は、エネルギーの高いGCR起源のも のである。太陽粒子は、GCRと比べてエネル ギーが低いため、地上にはほとんど達すること ができない。宇宙線
2011年3月11日以降
2011 原子力事故が勃発、
放射線被ばく対策の最前線に引っ張り出される
2013 ガンマ線を目で見るカメラを開発、
放射性セシウムによる汚染土壌の減容化
効率的な除染の作業方法の研究
福島の復旧・復興を支援
37事故前の東京電力福島第一原子力発電所（イチエフ）
National Institute of Radiological Sciences
はじまり
2011年 3月11日 14:46
震度9の東日本大震災の51分後、 4箇所の原子力発電所を津波が襲った 日本海 太平洋 女川 Onagawa NPP unit 1: 524MW unit 2: 825MW unit 3: 825MW 福島第一 Fukushima Daiichi NPP unit 1: 460MW unit 2: 784MW unit 3: 784MW unit 4: 784MW unit 5: 784MW unit 6: 1,100MW 福島第二Fukushima Daini NPP unit 1: 1,100MW unit 2: 1,100MW unit 3: 1,100MW unit 4: 1,100MW 東海第二Tokai Daini NPP unit 1: 1,100MW 炉心溶融 震源地 39 メルトダウンした1F-1,2,3号機に焦点を当てるNational Institute of Radiological Sciences
炉停止後の冷却
Elapsed time from shutdown (hr)
De ca y hea t (MW ) 40 原子炉シャットダウン後は短半減期核種に起因する膨大な 崩壊熱除去が最も重要な操作となる 原子炉シャットダウンの50分後から津波よる全交流電源 喪失のためにすべての冷却機能が失われた
National Institute of Radiological Sciences 41
事故拡大の主因、1号機 非常用復水器(IC)
IC PCV RPV D/Gが止まると、フェイルセーフ機能 が働きこの弁は自動閉となる 重力 落下 設計時間 10時間 PCV 状態が判らないまま、 ICが機能していると誤認 2号機対策が優先された 2001年の浜岡原子力発電所 水素爆発事故に鑑み、 1号機以外のMark-1型原子炉 からはIC撤去 早期にメルトダウン、 水素爆発へ10:15 高圧電源車12台、低圧電源車7台の到着確認 12:00 2号のP/Cに高圧電源車2台からケーブル接続完了 14:10 1号のP/Cよりも先の電源系統への2号P/Cからケーブル接続完了 15:00 高圧電源車起動 15:30 1、2号機に送電開始 15:36 1号機水素爆発により送電停止 接続済のケーブル損傷
National Institute of Radiological Sciences
あと少し・・・
3/11
National Institute of Radiological Sciences 11:00 ベントライン構成完了 12:05 消防車による海水注入ライン構成完了 11:01 3号機の水素爆発により海水注入ラインが損傷 13:25 RCIC 停止（約3日間稼働）←RCIC稼働中に炉心圧力を下げ、 消防車での注水に切り替えるべきであったが、 3号機爆発により消防車が破損している事を考えると、 結果は同じであったかもしれない 17:17: メルトダウン 19:02: メルトスルー（75気圧から7気圧） 19:54: 消防車で炉心に海水注入開始 6:14: 大きな衝撃音と振動が発生、S/C圧力低下 最大の汚染源に 43
2度のチャンスを逃した2号機
3/15 3/14National Institute of Radiological Sciences 11:36 RCIC 自動停止 12:35 HPCI 自動起動 02:42 HPCI 手動停止（DDFP代替注水のため） 02:45 原子炉減圧失敗(SRV動作せず） 03:35 HPCI再起動失敗 （バッテリー不足） 05:10 RCIC再起動失敗 09:08 原子炉減圧(SRV動作) 09:25 消防車による淡水注入開始 11:01: 水素爆発
状況が把握出来ていた3号機だが・・・
3/12 3/13 3/14 44National Institute of Radiological Sciences
初期プルームの動き
8 時間後 南相馬
National Institute of Radiological Sciences 46
最大の汚染を引き起こした3月15日のプルーム
飯館 雨 福島 川俣 7 時間後 いわき 晴 風向きの変化想定された最悪のシナリオ
主な除染方法：線量の高い汚染地域の表土剥ぎ取り、樹木の下枝の伐採 環境省，地方自治体の除染目標⇒追加被ばく線量1 mSv/year 以下 発生する汚染土壌の量： 1μSv/h以上の土地面積の表土5 cmの剥ぎ取り処理を行った場合 約1.2億m3（日本全国の一般廃棄物の最終処分場の残余容量に相当） 農地だけが除染対象となる場合でも， 1000万m3を超える大量の汚染土壌が発生 汚染土壌の減容化が必須
汚染土壌の減容化技術の必要性
51汚染廃棄物の仮置き場（双葉郡広野町付近）
津波の影響は比較的少ないが線量の高い地域（飯館村）
福島県飯舘村HPより 震災前 現在（2014/9/17） 53 昼間は立入可能であるが夜間は立ち入りできない。 店舗などもほとんど閉鎖，家にも人気がなく，除染関係者が除染を進めている。 仮置き場、仮仮置き場が至る所に点在。除染作業を阻む大雪（飯館村）
54
2014年3月27日 福島県双葉郡富岡町（富岡駅前）にて撮影
57
屋根の除染（南相馬市）
2012.11.30 2012.11.30 2012.11.30 高圧洗浄機による除染58
屋根の除染（南相馬市）
2012.11.30 2012.11.30 洗浄水は放射性物質を含んでいるため 全てタンクに回収。59
庭の除染（南相馬市）
2012.11.30 2012.11.30 2012.11.302012.11.30 民家の庭には大きな機械を入れる ことができないため， 庭の除染はすべて作業員の手作業。2013.6.12 60
庭の除染（南相馬市）
2012.11.30 表層の土壌を剥ぎ取ったのち， 客土を行う（非汚染の土を入れる） フレコンバッグに詰め込まれた 土壌や草木は，仮置き場に移動して保管。61
2015年
福島復興支援ツアー
低温工学・超電導学会 多次元拘束磁場の発生と物質応答に関する調査研究会 2015年6月14日(日)-15日(月) 主催：低温工学・超電導学会 多次元拘束磁場の発生と物質応答に関する調査研究会 後援：大阪大学・富国生命保険相互会社共同研究 「複合社会に適応した新生活スタイルの社会提言に関する研究」 大阪エクステンションセンター放射性セシウムの分布→画像化
• 除染関係ガイドライン第2版（平成25年5月）
表面線量率；GMサーベイメータ
空間線量率；シンチレーション式
サーベイメータ（NaI またはCsI）
• 点による測定からセシウムの分布を面、立体
で測定し画像で表示する科学的な方法へ
• 従来の面的な除染→今後はスポット除染へ
• 再除染への要望；重点的な除染
• セシウムがどこにどれだけ存在しているか、
科学的な真実・事実を明らかにすること
68セシウムの可視化の利点
• 目に見えることの大切さ；過去に放射性物質を扱っ
た経験から 「幽霊を捕らえてみれば枯れ尾花」
• 住民の人々→リスクコミュニケーションの手段
• 市町村の放射線アドバイザー；理解、納得し、安心
してもらえる有効な方法
• 除染業者；効率的な除染への第1歩 どこから放射
線が出ているかを把握
• 市町村の除染担当者；除染前後の調査と記録、住
民への説明、保存し経時変化の追跡、汚染土壌の
減量化と除染にかかる費用の軽減
69Cs-137の発するガンマ線が目で
見えるカメラの開発
・針孔写真機の原理にもとづく
ピンホール型のガンマカメラ
（日立、東芝製の旧型）
70ピンホールコリメータ方式に基づく「ガンマカメラ」
• 孔の大きさ：入射光量と解像度のバランス
• 課題１：アーチファクト（偽像；幻の映像）の出現
• 課題２：撮像時間の長いこと（20分～40分）
• 課題３：重量 30ｋｇ以上（一人では運べない）
71従来の「ガンマカメラ」
針孔写真機の原理によるピンホールコリメータ方式
ピンホール型ガンマカメラ（20分後）
セシウムカメラ
符号化開口マスク 放射線源 PC 光学カメラ ガンマ線検出部 （CsI結晶+PMT） 演算部76
符号化多孔窓（Coded Aperture）の例
• MURA Modified Uniformly Redundant Array
T町の空き地（BGD1.5μSv/h）に存在する
自然のホットスポット（Cs-137 換算13MBq）
比較試験
レーザーによる距離測定から1m高さ
の空間線量率（増加分）を計算し表示
除染後のT町スポーツセンター駐車場
（BGD 0.5μSv/h）
点線源（2MBq Cs-137）から
距離５ｍで5分間撮像
ガンマー線可視化装置の原理
ピンホールカメラ コンプトン散乱 Ｃｏａｄｅｄ Ｍａｓｋ方式 原理 原理的にもっとも簡単 コンプトン散乱の角度と マスクを通過した光のパター エネルギーロスから ンから入射方向を決める 入射方向推定する 特長と欠点 ◆画素数が少ないため ◆魚眼レンズを使用してい ◆受光面積が２０倍程度 に空間分解能が悪い るために像が見にくい 大きいので明るい ◆光量が少ないために ◆入射光とコンプトン散乱の ◆光量が多きいので感度が良い 感度が極端に低い 同時計測の為に雑音に強い ◆遮蔽体構造が複雑 ◆信号量が少ない 環境線量に影響を受ける あまり影響を受けない 受ける可能性が有るマルチコリメータ式ガンマー線可視化装置
87 計測ユニット γ線検出器 CCDカメラ GPS モジュール 処理ユニット 小型PC 無線モジュール バッテリー 検出器を円球場 に配置 ↓ 検出器の中心 ⇒1点に収束 総てのコリメータ ⇒1点に収束 ◆1つのガンマー線 の方向を1つの検出 器で計測 ◆得られたパター ンから併せて方向 を確定する ⇒感度が向上する 64個のコリメータ 8×8個の検出器 1つの検出器 □10㎜×10㎜88
