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1 研究開発成果報告会 ~ 環境回復に向けての取り組み ~ 放射線分布測定技術の高度化 平成 26 年 1 月 21 日 独立行政法人日本原子力研究開発機構福島技術本部福島環境安全センター鳥居建男

2 放射線を面で捉える 1 広い範囲に拡散した放射性物質の分布状況を迅速に把握する 航空機モニタリング 無人ヘリモニタリング ファイバー検出器 (PSF) による汚染分布の測定 飛行範囲 :~100 km 初期データを生かせないか 森林火災時など緊急時に簡便に広域測定できないか 無人機システム 飛行範囲 :1~5 km より高精細な分布が測定できないか 水底の放射能分布が測定できないか 初期ヨウ素の分布解析 飛行範囲 : 数 10 km 無人ヘリ搭載ガンマカメラ ため池等の放射能分布の測定

3 はじめに 2 1. 日米共同で初期ヨウ素 131の沈着分布の解析 2. 無人ヘリによる3 次元画像と放射線分布の測定 3. 無人航空機による広域分布解析 4. ため池水底での放射能分布調査

4 1. 事故後初期のヨウ素 131 沈着量の分布 3 米国エネルギー省 (DOE) との共同研究 ヨウ素 131 は半減期が短く 沈着量の詳細な分布は分からなかった 米国 DOE は事故後の早い段階 (3/17-4/5) で航空機モニタリングを実施した その測定結果から ヨウ素 131 成分を抽出して地表面沈着量を解析する手法を日米共同で開発し ヨウ素 131 の沈着量の面的な分布状況を明らかにする I-131 Cs-134 測定に使用した米軍機 (C-12) I-131 Cs-134 飛行機に搭載した測定機材 エネルギースペクトルの測定結果 4 月 2 3 日のフライト軌跡 ( その他のフライトはノイズ等によりマップ作成できるデータはなかった )

5 Gaussian Extractions Results ピーク計数率 (1 秒値 ) の変動 上空のピーク計数率データから地表の 131 I/ 134 Cs 沈着する手法を開発 Net Counts 134 Cs/ 131 I 131 I 134 Cs -4-

6 5 ヨウ素131の沈着量分布 4月2 3日の3フライトについて解析し 4月3日時点で評価 セシウムと同様に北西方向に高濃度 南部にも高濃度の広がり 地上測定結果 6月14日時点 と減衰補正 した解析結果を比較 良く一致 I Cs-134 6月14日時点での解析結果との比較

7 2. 自律飛行型無人ヘリによる遠隔モニタリング 6 放射線測定データ 位置情報データ Gamma-Rays 田畑や森林の上空を測定 地上基地局 ( 車内 ) と受信用アンテナ 特長 1. 人が容易に立ち入れない場所 ( 高線量率場 森林 田んぼ等 ) での測定が可能 2. 地上局を安全な場所に設置できる ( 眺望の良いところ ; < 数 km) 3. 放射線の他 映像もリアルタイムで把握できる 4. 位置が正確に把握できる (GPS 自律飛行) 5. 事前に飛行プログラムが設定できる ( 定期観測が可能 )- 除染前後 経時変化 6. 低高度 (<300m) での観測が可能 ( 航空法の対象外 ) 7. ホバリングも可能 * モニタリング場所の周辺には人がいないこと

8 サイト内から 3-5 km 圏までの測定 7 3 km 圏内飛行禁止区域の緩和に向けた測定 1500m までは飛行禁止 海上は地表からの散乱線の影響 北側からの鳥瞰図 上空 200m での空間線量率の測定結果 国交省は 2013 年 2 月 6 日に上空 1500m 以上の飛行禁止を緩和 高さ 1m での空間線量率 航空機では得られない詳細な分布

9 河川周辺での測定 ( 阿武隈川 ) 8 航空機 ( 有人ヘリ ) 無人ヘリ 河川敷周辺にやや線量率の高い地域が見られる 放射性物質の移行調査に有効

10 無人ヘリ搭載コンプトンカメラの開発 9 コンプトンカメラ ( 高位置分解能 超広角 ) 3 次元地図画像の作成 無人ヘリの移動方向 20m JST 公募研究 (H24-26 年度 ) 古河機械金属 : シンチ製作東大 : コンプトンカメラ開発東北大 : シンチレータ開発 JAEA: 無人ヘリ + 画像 オルソ画像解析 無人ヘリに搭載したコンプトンカメラを用いて迅速に地図上に放射線の強さを表示 高精細な放射線分布解析

11 無人ヘリを用いた 3 次元標高画像の作成 10 放射性物質の沈着場所を高分解能で特定する 双葉町 飯舘村 より精細な 3 次元の標高画像を作成

12 無人ヘリを用いた 3 次元標高画像の作成 2 11 地表面へのセシウムの沈着量は国土地理院の DEM(Digtal Elevation Model) データを元に評価 樹木や建物の影響は? 建物や森林の影響を調査 木や構造物による実際の高さ 高位置分解能の放射線検出器 =コンプトンカメラの開発

13 無人ヘリ搭載コンプトンカメラの開発 2 12 新型シンチレータを使用した高感度コンプトンカメラの開発 2 つの検出器 ( 散乱体, 吸収体 ) データを解析し放射線位置分布を同定 フライト試験 GPS Wireless Detector 来年度の実用化に向けてフィールド試験を実施中 γ 線イメージング計測システム 試験用検出器と計数基板

14 3. 無人航空機モニタリングシステム (UARMS) 13 広域迅速モニタリングシステムとして JAXA と共同で開発 数 10km の範囲内をモニタリング ( 飛行時間 :6 時間 飛行速度 : km/h) 高感度放射線検出器を搭載 (NaI/ プラスチックシンチレータ ) 高度 m 付近を地形追随で飛行 森林火災等の緊急時モニタリングとしての利用 Detector 13

15 無人航空機モニタリングシステム (UARMS) 14 UARMS ベース機 寸法全長 2.6m 全幅 4.2m 質量 / 搭載 最大 50kg/3 10kg 推進エンジン ( ガソリン ) 飛行時間 飛行速度 70 分 ( 搭載燃料 <4L) 25~35m/s (90~ 126km/h) 離着陸距離 100~200m 飛行高度 250m 未満 ( 航空法準拠 ) 操縦 安全対策 プログラム飛行,( 地形追従 Mode 含 ), 離着陸は手動 操縦系統 電気系統冗長化, 長距離通信, パラシュート, 機体投棄 ( スピン ), RTB ペイロード放射線検出器日中, 小雨 (<1mm), 気象条件地上風速 10m/s ( 横風 5m/s) 以下 飛行区域立入制限 監視 ( 目視内 )

16 UARMS の開発状況 北海道 鹿部町 大樹町で6 期にわたり飛行実験を実施 システムの安全性 安定性試験を行う 飛行回数 :58 回飛行時間 :22 時間 1 分 検出部 重量 : 約 5.8 kg ( 検出部 + データ処理部 ) 15 搭載検出器 : プラスチックシンチレーション検出器 ガンマ線スペクトロメータ (NaI 検出器 ) データ処理部 ( 機体内 ) 測線フライトの飛行軌跡 機体下部に設置した検出部 地上 1m 空間線量率のマップ

17 浪江町での飛行試験 ( 予定 ) 予定時期 : 1 月 23 日 ( 試験準備 ),1 月 24 日 2. 試験場所 : 浪江町請戸港付近 ( 県道 254 号線を離発着に使用 ) 3. 飛行範囲 : 図参照 4. 飛行距離 : 感度試験 800m 10 測線 (8km) 測線 800m 18 測線 (14.4km) 5. 飛行時間 :1 時間程度 / 回 自動操作にてプログラム飛行を実施 異常時に備え 経験のあるバックアップオペレータ ( 手動操縦 ) を配置する 搭載システムの電気系統, 操縦系統および通信系統が冗長化された故障許容設計となっている 通信が途絶えた場合には自動的に離陸場所に帰投する機能 (RTB: Return to base) を有する 万が一の墜落時に備え パラシュートを有し バックアップオペレータまたは地上局オペレータの操作で作動する安全システムを有している さらに 機能不全に陥った場合には 安全な場所で機体投棄 ( スピン ) を行う

18 4. ため池における水底放射能測定 17 ファイバー検出器 (PSF) を用いた放射能分布の測定 放射線 シンチレーション光 光電子増倍管 光電子増倍管 距離 A 位置 X 距離 B 測定 Box START 時間差 STOP 時間差から位置 X が求まる START 信号 時間 - 波高変換機 (TAC) STOP 信号 特徴検出器の長さ :5m-20m 位置分解能 : 約 40cm ファイバ ( これまで ) 陸上で放射能分布の測定に使用 PSFの耐水性を利用し 水中測定に使用 光電子増倍管

19 池底での放射能測定結果 1 18 水中ガンマ線スペクトロメータ J-subD と組み合わせて放射能 (Bq/kg-wet) を評価 ファイバー検出器によるコンター図と堆積物サンプリング結果の傾向が良く一致している 放射性物質の濃度が比較的高い位置

20 ため池での放射能測定結果 2 19 浚渫前 浚渫後 全体的に 5,000Bq/kg-wet を超える部分が小さくなっている : 浚渫エリア ため池の浚渫を計画する際に有益 水中放射能の変動監視 長尺 PSF(50 100m) の開発も実施

21 まとめと今後の課題 20 測定目的に応じて 放射線測定手法 解析手法の開発を行ってきた 1. より精度の高い解析法を開発する ( ヨウ素解析技術 コンプトンカメラ ) 2. 放射能の変動を捉え 予測評価につなげる ( 無人ヘリ測定 ) 3. これまで測定が難しい場所で測定する ( 水中放射能測定 ) 今後の課題として 1. 上記の測定を継続して行うとともに 2. 緊急時の迅速測定 ( ヨウ素解析技術 無人航空機システム ) 3. 民間への技術移転を促進する ( 無人ヘリ ファイバー検出器 ) 4. 新たな領域 分野での測定手法の開発を行う (PSF 検出器 森林内測定 )

2 放射線を 面 で捉える技術とその活動 空からのアプローチ ( 広域を迅速に!) 航空機モニタリング 無人ヘリモニタリング 無人機システム コンプトンカメラ 除染箇所 無人ヘリで上空から詳細な放射線分布測定 除染前 除染後 JAEA-JAXA 共研 JST 公募研究採択古河機器金属 東大 東北大

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