九州大学学術情報リポジトリ
Kyushu University Institutional Repository
固体検出器を用いた高放射線環境下における放射線 計測技術に関する研究
上野, 克宜
http://hdl.handle.net/2324/1807018
出版情報：Kyushu University, 2016, 博士（工学）, 課程博士 バージョン：
権利関係：Public access to the fulltext file is restricted for unavoidable reason (3)
（様式2)
氏 名 ： 上 野 克 宜
論 文 名 ：固体検出器を用いた高放射線環境下における放射線計測技術に関する研 究
区 分 甲
論 文 内 容 の 要 旨
原子力発電所は世界各国で運転されており、安全性や経済性の向上と廃炉に関する研究が進めら れている。また、原子力技術の応用として、加速器を利用した放射線治療装置が開発されている。
原子炉運転中の原子炉建屋内部の一部は数10mGy/hを超える高放射線環境となる。放射線治療で は患部に数 10Gyの高い線量を照射する。このような高放射線環境下で、放射線エネノレギーや放射線 量をオンラインで計測できれば、原子炉運転時の放射能や線量率の連続監視が可能となり、作業員 の被ばく低減や原子炉運転計画の合理化などに貢献できる。また、放射線治療でも治療計画が高い 精度で合理化される。しかしながら、放射線検出器の出力信号を即時に分析する信号処理方式や、
検出器の耐放射線性が不十分なため、高放射線環境下における放射線エネルギ｝と放射線量のオン ライン計測が実現しなかった。
本研究では、固体検出器を用いた高放射線環境下における放射線エネルギーと放射線量のオンラ イン計測の実現を目的と して、まず、高計数率動作のシンチレーション検出器の出力信号から放射 線エネノレギーや放射線量を即時に分析する信号処理方式を考案し実用性を実証した。次に、耐放射 線性の向上を目指して単結品ダイヤモンド半導体検出器を開発した。さらに、輝尽性蛍光（O
p t i c a l Stimula t e d L um i n e s c e n c e : OSL
）による広範囲線量率モニタ及び近赤外蛍光体を利用した小型オン ライン吸収線量計を開発した。以下に本論文の構成を示す。
第
1
章では、原子炉施設及び放射線治療装置の高放射線環境下における放射線計測技術の必要性 を説明し、本研究の目的を述べた。第2章では、原子炉運転中の高放射線環境下で動作する γ線計測装置の開発について述べた。想 定される 106カウント毎秒（c
p s
）を超える高計数率において、即時にγ線エネノレギーの分析を可能と するために考案したパルス積分法に基づく計数回路を試作した。この計数回路と小型LaBrs(Ce
）シ ンチレーション検出器を組み合わせたγ線計測装置を開発し、従来の計測装置より1
桁程度高い1 . 5
×106
cps
という高計数率において、エネルギーが1332keV
のγ線を3 . 8
%のエネルギー分解能で 安定に計測することを実証した。第
3
章では、原子炉運転中に原子炉一次系配管内に付着したs o c oを計測するための配管線量率
オンラインモニタの開発について述べた。s o c o
の同定には1173 keV
と1332keV
の2
本のカスケ ードγ線の同時計数法を用いるが、1 s N
から放射される6130keV
のγ線による偶発同時計数が妨 害事象となる。本研究では、偶発同時計数値を除去しs o c o
カスケードγ線による同時計数値のみを 抽出できるテンプレート差分方式を考案した。第2章で開発したγ線計測装置にテンプレート差分 方式を適用した計測装置を試作し、実機模擬環境でs o c o
計測性を評価し、安全管理上問題のない精度で
s o c o
付着放射能濃度を測定できる見通しを得た。第4章では、原子炉炉心溶融事故時の高温、高放射線環境での放射線量率計測を可能とするダイ ヤモンド半導体検出器の開発について述べた。化学気相蒸着装置で育成した高純度単結晶ダイヤモ ンドに高温対応電極を取り付け、高温対応部材に実装したダイヤモンド半導体検出器を試作した。
s o c o
線源による積算線量3 MGyまでの照射後及び格納容器内で想定される 370
℃の高温環境にお
ける動作試験で、直線目盛換算誤差±5
%の範囲内での線量率計測を実証し、ダイヤモンド半導体
検出器が過酷環境での放射線計測に有用であることを示した。
第 5章では、光ファイパを利用して遠隔で
OSL
を計測する高線量率モニタの開発について述べ た。高放射線環境下での効率的な線量計測を可能とする即発OSL
計測法を考案し、1 mGy/h 〜 100 Gy/hの広い線量率範囲において線形性を明らかにした。この線量率モニタの応用として、福島第一
原子力発電所内に保管された汚染水の漏えいを検知する 8
線モニタを検討した。90Sr/9oy溶液を用
いた感度評価試験を実施し、実機で想定される放射能濃度 100
kBq/cm3の90Sr/9oy溶液を安全管理
からの要求値600
秒を下回る 292
秒で検知し、実用可能性を示した。
第6章では、陽子線がん治療において愚部吸収線量をオンラインで計測する小型線量計を開発し た。吸収線量に比例した近赤外蛍光を特徴とする小型
Nd:YAG
単結晶をセンサとし、放射線損傷に よる劣化が生じないフッ素ドープ型石英ファイパから構成される光ファイパ型線量計を試作した。がん治療で使用されるエネルギーが
220MeV
及 び70MeV
の陽子線を水ファントムに照射してブ ラッグカーブを測定し、飛程測定値が303.0 m m及び3 9 . 2 5 m mと電離箱測定値との差土1 . 0 m m
以内を達成し、実用性を実証した。
1 . 0 m m 以内を達成し、実用性を実証した。
第
