| 研究課題/領域番号 |
19H00879
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分31:原子力工学、地球資源工学、エネルギー学およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
石井 慶造 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 研究教授 (00134065)
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| 研究分担者 |
寺川 貴樹 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, 教授 (10250854)
田中 香津生 東北大学, サイクロトロン・ラジオアイソトープセンター, リサーチフェロー (20780860)
人見 啓太朗 東北大学, 工学研究科, 准教授 (60382660)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
41,860千円 (直接経費: 32,200千円、間接経費: 9,660千円)
2021年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
2020年度: 9,490千円 (直接経費: 7,300千円、間接経費: 2,190千円)
2019年度: 19,370千円 (直接経費: 14,900千円、間接経費: 4,470千円)
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| キーワード | 90Sr / ベータ線 / 90Sr検出器 / 簡易測定 / 高放射線場使用 / 放射線工学 / ビーム科学 / ストロンチウム９０ / 飛程 / 阻止能 / 比例計数管 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
90Srは半減期が２８年と長く体内に入ると骨に集積するため、危険性の高い放射性同位元素である。福島の帰還困難地域の土壌は90Ｓｒで汚染されており、同地域の早期復帰には多量の試料を迅速に検査できる方法が必要不可欠である。そこで、２連の比例計数管を用いて、β線の連続エネルギースペクトルを単色の時間差スペクトルに変換することにより、β線を容易に計数でき、更に、プラスチックの薄板を用いて低エネルギーβ線をカットし、90Srと放射平衡にある娘核種90Yからのβ線（最大エネルギー2.28MeV）を抽出する等のアイデアに基づき、高放射線場で高感度・簡易測定で可搬可能なβ線検出器システムの開発を行う。
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| 研究実績の概要 |
本研究では、高放射線場の野外において試料の化学処理なしに簡易に90Srの比放射能が測定できるβ線の計測に基づいた方法を開発し、福島県の帰還困難地域の早期復帰に向けての90Srに対する安全性の調査に応用することを目的とし、５段階（平成31 年度～35年度）で研究目的を達成する。初年度（平成３１年４月、令和元年５月～令和２年３月）を第一段階として、２連の比例計数管のβ線検出システムの製作を行った。本研究計画では、帰還困難地域での汚染検査を２グループで手分けして実施するため、可搬型90Sr汚染検査システムを２式作成する。可搬型90Sr汚染検査システム１式は2台の２連の比例計数管のβ線検出システムからなるため、合計4台の２連の比例計数管のβ線検出システムを製作する必要がある。先ず、現有のクリプトンガス入りの比例計数管２個を用いて、本研究のアイデアに基づいて90Srからのベータ線を他の放射線と区別して検出できるかを調べた。その結果、90Srからの連続のエネルギーを持ったベータ線が、比例計数管のエネルギースペクトル上では１つのつまり単色のエネルギースペクトルとなることが確かめられた。更に、2連の比例計数管を通し、ベータ線を同時計測することによって、他の放射線と区別することが示され、ベータ線検出に対して本研究のアイデアが成り立つことが示された。この成果は、応用物理学会の放射線分科会会誌「放射線（Ionizing Radiation）」に投稿し、受理された。比例計数管に使用するガスの種類を検討し、高放射線場対応としては、アルゴンガスが適していることを確認し、２連のアルゴンガス入りの比例計数管のβ線検出システムを４台製作し、90Sr線源を用いて測定した結果、同システムによるベータ線の検出が正常に作動することが確認された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
初年度の計画である２連の比例計数管のβ線検出システム４台の製作とそれらの性能評価が行われた。クリプトンガス入り比例計数管を用いた予備実験ではガンマ線の光電効果による光電子も観測され、これは高放射線場での測定では無視できないアクシデンタル同時計数としてのバックグラウンドとなる可能性があることが分かった。これを抑えるのには、光電効果断面積の原子番号依存性を考えると原子番号が小さい方が有利であるため、その断面積がクリプトンガスの32分の１になるアルゴンガスが適しており、又、90Srからのベータ線の比例計数管のエネルギースペクトル上でのピーク位置は16keVだったので、アルゴンガスでは８keVとなり十分に検出可能であること分かった。この結果を基に、計画通りにアルゴンガス入りの比例計数管に高圧電源を接続し、出力信号を前置増幅器に入力し、その出力を２ｃｈADCに入力し、時間の関数としてパルス信号を取得し、コンピューターにおいて波形解析することにより、もう片方の比例計数管からの信号と比較し、同時計数、エネルギースペクトルに関するROI設定を行い、ベータ線の検出をピーク確認より判定できた。これらの作業を４台の２連の比例計数管のβ線検出システムについて行い、すべて正常に90Srからのベータ線を検出できることが確認できた。この研究成果を海外の研究者の前で発表する計画を立てたが新コロナウィルス感染を避けるためこの年度では断念した。このように、初年度の計画は順調に実施され、期待した成果をあげることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
令和２年度は研究計画の第２段階となる。高感度・簡易での90Sr検出システムを製作するために、以下の項目を実施する。
［１］宇宙線との反同時計数のシステムの製作：宇宙線（ミューオン）は、比例計数管のエネルギースペクトル上に90Srからのベータ線と同様な位置にピークを形成することから、本システムでは90Sr検出のバックグラウンドとなる。このため、２連の比例計数管のβ線検出システムの2個の比例計数管のうちの試料から離れているものをプラスチックシンチレーターで覆い、シンチレーターとこの比例計数管との反同時計数を行うことによって、プラスチックシンチレーターで検出された宇宙線（ミューオン）の検出を取り除くシステムを製作する。これにより、90Srの検出感度を上げる。
［２］同システムによる低バックグラウンド化の性能評価：宇宙線（ミューオン）とベータ線との反同時計数による宇宙線（ミューオン）検出除去効果を調べる。
［３］４π検出システムを製作：宇宙線との反同時計数を備えた２連の比例計数管のβ線検出システム2台を互いに向かい合わせ、ベータ線の４π検出を実現する。
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