３．放射線・放射能測定の信頼性 （１）測定機器の校正方法 （２）トレーサビリティ

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1 放 射 線 放 射 能 の 国 内 国 際 トレーサビリティ ( 独 ) 産 業 技 術 総 合 研 究 所 計 測 標 準 研 究 部 門 量 子 放 射 科 齋 藤 則 生 JLAC 技 術 情 報 セミナー

2 講 演 内 容 1. 話 題 となっている 放 射 線 放 射 能 の 計 測 について 2. 放 射 線 放 射 能 の 単 位 3. トレーサビリティ 全 般 について 4. 放 射 線 のトレーサビリティ 放 射 線 標 準 について 5. 放 射 能 のトレーサビリティ 放 射 能 標 準 について JLAC 技 術 情 報 セミナー 2

3 放 射 線 量 率 (µsv/h) 産 総 研 における 放 射 線 量 の 測 定 原 子 力 発 電 所 から 放 射 性 物 質 放 出 による 放 射 線 量 増 大 空 気 中 の 放 射 性 物 質 から 3 階 ベランダ 駐 車 場 雨 により 放 射 能 が 地 面 に 降 下 地 面 の 放 射 性 物 質 から µ 雨 量 (mm) 月 15 日 3 月 23 日 3 月 31 日 月 1 日 5 月 1 日 7 月 1 日 注 :バックグランド 0.06 μsv/hを 減 じている JLAC 技 術 情 報 セミナー データ 提 供 : 産 総 研 計 測 フロンティア 研 究 部 門 環 境 安 全 管 理 部 3

4 工 業 製 品 の 放 射 性 表 面 汚 染 検 査 風 評 被 害 輸 入 規 制 に 対 応 CPMで 測 定 JISに 従 って CPMから 表 面 汚 染 Bq/cm 2 への 計 算 が 可 能 JLAC 技 術 情 報 セミナー 4

5 土 壌 食 品 などの 汚 染 検 査 摂 取 制 限 飲 料 水 乳 製 品 : 200 Bq/kg 野 菜 類 穀 類 肉 類 : 500 Bq/kg 測 定 は ゲルマニウム 半 導 体 検 出 器 が 用 いられている Cs-134 γ 線 の 強 度 Cs-134 Cs γ 線 のエネルギー (kev) ゲルマニウム 半 導 体 検 出 器 で 土 壌 の 測 定 土 壌 のエネルギースペクトルの 例 JLAC 技 術 情 報 セミナー 5

6 Sv(シーベルト) 放 射 線 に 関 する 単 位 放 射 線 によって 人 体 が 受 ける 影 響 を 数 値 で 示 すため に 導 入 された 値 外 側 から 人 体 に 吸 収 される 放 射 線 ( 外 部 被 ばく) 体 に 放 射 性 物 質 ( 放 射 線 を 放 出 する 物 質 )を 取 り 込 んだ 場 合 に 受 ける 影 響 ( 内 部 被 ばく) Bq(ベクレル) 放 射 能 の 単 位 放 射 性 物 質 が1 秒 間 に 壊 変 する 数 JLAC 技 術 情 報 セミナー 6

7 7 放 射 線 関 連 の 単 位 放 射 線 の 発 生 ( 線 源 ) 放 射 能 Bq フルエンス( 放 射 線 の 通 過 数 量 ) m -2, m -2 s -1 物 質 と 相 互 作 用 線 量 計 測 単 位 質 量 あたりに 吸 収 されるエネルギー 吸 収 線 量 カーマ Gy(グレイ J/kg) 単 位 質 量 あたりの 空 気 に 生 成 される 電 気 量 照 射 線 量 C/kg 放 射 線 の 人 体 への 影 響 Sv(シーベルト) 空 気 カーマや 照 射 線 量 から 換 算

8 Sv(シーベルト)という 単 位 を 使 って 表 す 量 について 同 じSvでも 意 味 が 異 なる 量 がある 実 効 線 量 等 価 線 量 とよばれる 値 ( 防 護 量 ) 人 体 に 吸 収 された 放 射 線 によって 評 価 される 値 実 測 は 不 可 能 線 量 当 量 ( 実 用 量 ) 測 定 できない 実 効 線 量 の 代 わりに 実 効 線 量 とほ ぼ 同 じ 値 で 測 定 できる 実 用 量 として 定 義 単 位 は 同 じSvとなる 組 織 の 深 さ1cm(70μm)における 吸 収 線 量 線 質 係 数 JLAC 技 術 情 報 セミナー 8

9 最 近 話 題 の 放 射 線 に 関 する 単 位 2 CPM(Count Per Minute) サーベイメータ 等 で 放 射 線 を 測 定 した 際 の 1 分 あ たりの 放 射 線 計 測 回 数 放 射 線 の 種 類 や 検 出 器 によって 意 味 合 いが 異 なる 現 在 スクリーニング 等 で 言 われているcpmは 検 出 器 が 測 定 したベータ 線 の 数 を 示 す 場 合 がほとんど JLAC 技 術 情 報 セミナー 9

10 いろいろな 測 定 器 で 放 射 線 を 測 定 NaI(Tl)シンチレーション 式 サーベイメータ γ 線 β 線 用 GM 管 式 サーベイメータ 検 出 部 見 えにくいが β 線 をカット するキャップ を 装 着 β(γ) 線 用 GM 管 式 サーベイメータ JLAC 技 術 情 報 セミナー 10

11 地 上 1mの 放 射 線 量 を 測 定 (1)NaI(Tl)シンチレーション 式 サーベイメータ (2) β(γ) 線 用 GM 管 式 サーベイメータ (3) γ 線 β 線 用 GM 管 式 サーベイメータ 見 えにくいが β 線 をカット するキャップ を 装 着 γ 線 のみ γ 線 のみ β 線 も 測 定 0.25 µsv/h 0.6 µsv/h 0.35µSv/h JLAC 技 術 情 報 セミナー 11

12 12 検 出 器 の 感 度 のチェック 産 総 研 の 校 正 室 でチェック 横 から 照 射 3.7 μsv/h 正 面 から 照 射 2.3 μsv/h γ 線 の 方 向 によって 感 度 が 違 う

13 校 正 定 数 校 正 定 数 は 指 示 値 から 測 定 値 を 導 出 するた めのものである 測 定 値 = 指 示 値 校 正 定 数 校 正 定 数 は 基 準 値 と 指 示 値 を 比 較 することに よって 求 められる 校 正 定 数 = 基 準 値 / 指 示 値 JLAC 技 術 情 報 セミナー 13

14 校 正 定 数 で 補 正 後 の 数 値 NaI(Tl)シンチレーション 式 サーベイメータ β(γ) 線 用 GM 管 式 サーベイメータ γ 線 β 線 用 GM 管 式 サーベイメータ 表 示 値 0.25 µsv/h 0.6 µsv/h 0.35µSv/h 校 正 定 数 による 補 正 0.24 µsv/h JLAC 技 術 情 報 セミナー 方 向 特 性 校 正 定 数 による 補 正 0.4 µsv/h 値 は 他 と 異 なるが 低 線 量 エネルギー 特 性 などのため に 値 が 大 きくなっていると 考 えられる この 程 度 の 違 いは よくみられる 0.25 µsv/h 0.25 µsv/h アルミ 板 による β 線 除 去 校 正 定 数 による 補 正 14

15 15 計 量 トレーサビリティ 個 々の 校 正 が 測 定 不 確 かさに 寄 与 する, 文 書 化 された 切 れ 目 のない 校 正 の 連 鎖 を 通 して, 測 定 結 果 を 計 量 参 照 に 関 連 づけることができるという 測 定 結 果 の 性 質 ( 国 際 計 量 用 語 集 (VIM) 第 3 版 ) 国 家 標 準 機 関 校 正 機 関 ユーザ 校 正 証 明 書 校 正 証 明 書 これで 本 当 にトレーサビリティが 取 れるか? 1. 校 正 機 関 はきちんと 校 正 していますか? 2. 国 家 標 準 機 関 の 標 準 は 本 当 に 正 しいの?

16 16 計 量 法 に 基 づくトレーサビリティ 制 度 校 正 機 関 の 第 3 者 認 定 :JCSS 制 度 Japan Calibration Service System 審 査 機 関 : ( 独 ) 製 品 評 価 技 術 基 盤 機 構 (NITE) 試 験 所 認 定 機 関 審 査 JCSSロゴつきの 校 正 証 明 書 は 日 本 の 国 家 標 準 から のトレーサビリティが 保 証 さ れている 国 家 標 準 機 関 校 正 機 関 ユーザ jcssロゴ JCSSロゴ 校 校 正 正 証 証 明 明 書 書

17 17 校 正 証 明 書 例 JCSSロゴマーク 不 確 かさの 表 記

18 18 登 録 事 業 者 ( 独 ) 製 品 評 価 技 術 基 盤 機 構 のホームページ 掲 載 に 登 録 事 業 者 のリストが 掲 載 事 業 者 名 ( 財 ) 日 本 品 質 保 証 機 構 X 線 測 定 器 ( 株 ) 千 代 田 テクノル γ 線 測 定 器 校 正 対 象 ( 社 ) 日 本 アイソトープ 協 会 X 線 γ 線 測 定 器 α/β 線 γ(x) 線 核 種 ( 財 ) 放 射 線 計 測 協 会 X 線 γ 線 測 定 器 原 電 事 業 ( 株 ) ( 財 ) 医 用 原 子 力 技 術 研 究 振 興 財 団 γ 線 測 定 器 γ 線 測 定 器 ( 財 ) 日 本 分 析 センター γ 線 測 定 器 γ(x) 線 核 種 ポニー 工 業 ( 株 ) γ 線 測 定 器

19 19 国 家 間 のトレーサビリティ 産 総 研 国 際 比 較 ピアレビュー 各 国 の 標 準 研 究 所 日 本 各 国 研 究 所 の 標 準 の 同 等 性 が 確 保

20 20 Co-60γ 線 線 量 標 準 の 国 際 比 較 結 果 NMIJ から 抜 粋

21 21 Cs-137 放 射 能 の 国 際 比 較

22 22 NMIJ 特 定 標 準 器 によ る 空 気 カーマ (Gy) 線 量 計 等 ( 特 二 )の 校 正 放 射 線 計 測 器 のトレーサビリティ jcss 登 録 事 業 者 特 定 二 次 標 準 器 に よるサーベイメータ 等 (Sv)の 校 正 特 定 二 次 標 準 器 によ る 校 正 用 γ 線 照 射 装 置 の 出 張 校 正 (Sv) (ある 距 離 における 線 量 の 値 をつける) 日 本 アイソトープ 協 会 特 定 二 次 標 準 器 によるγ 線 源 を 校 正 し それを 頒 布 (ある 距 離 における 線 量 Svがついている) 校 正 事 業 者 等 校 正 用 γ 線 照 射 装 置 による サーベイメータ 等 の 校 正 (Sv) 内 部 校 正 γ 線 源 による サーベイメータ 等 の 校 正 (Sv) ユーザ サーベイメー タによる 空 間 線 量 の 計 測 個 人 線 量 計 による 被 ばく 管 理

23 23 γ 線 線 量 測 定 用 グラファイト 空 洞 電 離 箱 20mm 20mm

24 24 X 線 線 量 の 絶 対 計 測 遮 蔽 壁 一 次 標 準 : 平 行 平 板 型 自 由 空 気 電 離 箱 高 圧 電 極 電 荷 収 集 部 X 線 8 cm 規 定 面 9 cm 2 cm 1 cmφ ガード 電 極 電 荷 収 集 電 極 照 射 線 量 率 (C kg -1 s -1 )= 測 定 電 流 / 電 荷 収 集 部 の 空 気 の 質 量

25 25 治 療 用 放 射 線 治 療 装 置 (リニアック) 新 患 数 /100 数 500 線 量 測 定 の 様 子 年

26 26 放 射 線 治 療 における 線 量 不 確 かさの 影 響 線 量 不 確 かさの 低 減 再 発 率 低 減 治 療 成 果 の 向 上 ±5% 以 内 に 線 量 保 証 2 次 的 効 果 を 減 少 (%) 現 状 の 不 確 かさ±5% 目 標 設 定 ±2% ±5%( 現 状 ) Recurrence rate of ±2%( 目 標 ) Larynx Tumor 喉 頭 がんの 再 発 率 20 Rate of Larynx 喉 Necrosis 頭 細 胞 壊 死 率 Gy (-5%) (0%) (+5%) 処 方 線 量 From Stewart & Jackson

27 27 グラファイトカロリーメータによる 水 吸 収 線 量 の 計 測 Vacuum Core γ-rays Graphite Heater control gamma-rays Bridge circuit for thermistor

28 28 軟 X 線 標 準 : 乳 癌 のマンモグラフィ 診 断 マンモグラフィ 診 断 装 置 線 量 標 準 が 必 要 ( 精 度 管 理 過 剰 照 射 の 防 止 ) ( 精 度 管 理 中 央 委 員 会 より)

29 29 軟 X 線 マンモグラフィ 標 準 W/Al Mo/Mo and Mo/Rh Low energy x-ray (10-50kV) CCRI qualities ISO 4037 Narrow Japanese QI series Mammography Mo/Mo 30μm Mo/Mo 32 μm Mo/Rh 25 μm (with or without compression paddle)

30 30 トレーサビリティ 産 総 研 NMIJ 特 定 標 準 器 に よる 面 線 源 粒 子 放 出 率 計 ( 特 二 )の 校 正 (s -1 ) jcss e-trace 日 本 アイソトープ 協 会 特 定 二 次 標 準 器 による 面 線 源 の 校 正 (s -1 ) 表 面 汚 染 測 定 のトレーサビリティ JCSS 校 正 事 業 者 等 面 線 源 による 汚 染 検 査 用 サーベイメータの 校 正 ( 機 器 効 率 ) ユーザ 汚 染 検 査 用 サーベイ メータによる 表 面 汚 染 の 測 定 ( Bq/cm 2 ) 産 総 研 NMIJ 特 定 標 準 器 に よる 放 射 能 測 定 器 ( 特 二 )の 校 正 ( kbq/g ) jcss e-trace 日 本 アイソトープ 協 会 特 定 二 次 標 準 器 による 線 源 の 校 正 (Bq) JCSS 線 源 による 放 射 能 測 定 器 及 び 標 準 試 料 の 校 正 (Bq) 日 本 分 析 センター 環 境 放 射 能 測 定 食 品 中 放 射 能 測 定 (Bq/kg) 環 境 放 射 能 食 品 中 放 射 能 測 定 の のトレーサビリティ 環 境 放 射 能 測 定 食 品 中 放 射 能 測 定 (Bq/kg) ユーザ 公 設 試 等

31 31 放 射 性 表 面 汚 染 サーベイメータの 校 正 放 射 性 表 面 汚 染 サーベイメータ は 測 定 対 象 物 の 放 射 性 表 面 汚 染 を 検 査 するための 装 置 である JIS Z 4329:2004 或 いは JIS Z 4504:1993に 記 載 の 機 器 効 率 を 求 めることを 具 体 的 な 校 正 作 業 とする JIS Z 4334:2005 に 規 定 され るクラス2 参 照 標 準 線 源 または 実 用 標 準 線 源 に 相 当 するものを 用 いる

32 32 標 準 線 源 ベータ 線 表 面 放 出 率 (s -1 ) が 付 与 されている 表 面 放 出 率 の 不 確 かさ: ±6% 以 内 均 一 性 : ±10%( 線 源 の 全 表 面 にわたって 測 定 した 単 位 面 積 当 たりの 表 面 放 出 率 のばらつ きを 示 す 線 源 表 面 全 体 の 平 均 値 に 対 する 各 部 分 の 測 定 値 の 標 準 偏 差 に 対 する 百 分 率 で 表 し 分 割 の 面 積 は10 cm 2 又 はそれ 以 下 としている ) 線 源 校 正 の 条 件 : 線 源 から2π 方 向 に 放 出 され る590eV 以 上 のβ 線 転 換 電 子 線 放 出 率 の 放 出 率 であり 後 方 散 乱 効 果 を 含 む 値 (590eVの 閾 値 はFe-55の 崩 壊 に 伴 うMnのKX 線 エネルギーの 1/10の 位 置 として 決 定 する ) 有 効 面 積 : 100mm 100mm 以 上 核 種 : Cl-36, Co-60, Cs-137 等

33 33 校 正 作 業 検 出 器 の 入 射 窓 面 積 より 大 きい 面 積 の 標 準 線 源 を 特 に 指 定 のない 限 り 検 出 器 の 表 面 から5 mmの 位 置 に 検 出 器 の 表 面 と 平 行 になるように 置 き 自 然 計 数 率 を 差 し 引 いた 正 味 計 数 率 を 測 定 し 下 記 の 式 に よって 機 器 効 率 を 算 出 する ε = i N p W 標 準 面 線 源 ε i N p W : 機 器 効 率 : 正 味 計 数 率 (s -1 ) : 基 準 線 源 の 単 位 面 積 当 たりの α 線 又 はβ 線 の 表 面 放 出 率 (1/(s cm 2 )) : 検 出 器 の 入 射 窓 面 積 (cm 2 )

34 34 Ge 半 導 体 検 出 器 の 校 正 Ge 半 導 体 検 出 器 は 測 定 対 象 物 の 放 射 能 濃 度 を 測 定 するための 装 置 であ る γ 線 のエネルギーとピーク 効 率 の 関 係 を 関 数 式 で 表 し ピーク 効 率 曲 線 を 求 めることを 具 体 的 な 校 正 作 業 とする 標 準 線 源 としては 容 積 線 源 を 用 いる

35 35 ゲルマニウム 半 導 体 検 出 器 の 校 正 標 準 の 体 積 線 源 を 用 いて 校 正 する U8 容 器 マリネリ 容 器 2リットル φ56 68cm ~100 cc 日 本 アイソトープ 協 会 より 放 射 能 の 標 準 は 産 総 研 が 供 給 容 器 の 中 に 入 ってい る 放 射 性 物 質 の 核 種 が 分 かっていて そ の 放 射 能 の 値 が 分 かっている

36 36 校 正 作 業 γ 線 の 強 度 Ce-139 Sr-85 Co-57 Cr-51 Cs-137 Mn-54 Y-88 Co γ 線 のエネルギー (kev) Y-88 対 象 核 種 の 正 味 ピーク 面 積 から 計 数 率 (CPS)を 求 め る 標 準 線 源 の 放 射 能 (Bq) と 測 定 された 計 数 率 を 任 意 の 参 照 日 時 の 値 に 半 減 期 補 正 する ピーク 効 率 を 以 下 の 式 で 求 める ε g p A Y p ε g = A Y :ピーク 効 率 :ピーク 面 積 (s -1 ) : 放 射 能 (Bq) :γ 線 放 出 率

37 37 Efficiency γ-ray Energy / kev 校 正 作 業 縦 軸 をピーク 効 率 横 軸 をエネルギーに して 両 対 数 プロットし ピーク 効 率 を 関 数 フィッティングする 異 なる 厚 さの 標 準 線 源 がある 場 合 には 各 厚 さごとにピーク 効 率 を 関 数 フィッティングする 例 えば 以 下 のような 関 数 でフィッティングするこ とができる x = log( E n / E n 0) log( ε ) = c + c g 0 1 x log( ε ) = c0 + c1x + c2x + c3x + c4x ( c5x g + 5 ) : E < E n0 n : E n < En0 ε g c E n E n0 :ピーク 効 率 :フィッティングパラメータ :エネルギー : 任 意 のエネルギー

38 産 総 研 における 放 射 能 標 準 4πβーγ 同 時 測 定 を 基 本 とした 絶 対 測 定 装 置 群 放 射 能 特 定 標 準 器 群 4πβ-γ 同 時 測 定 装 置 (γ 線 核 種 溶 液 : 絶 対 測 定 ) ( 参 照 標 準 器 ) 内 部 循 環 式 比 例 計 数 管 ( 放 射 性 希 ガス: 絶 対 ) 加 圧 型 電 離 箱 (γ 線 核 種 溶 液 密 封 線 源 : 相 対 ) 高 純 度 Geγ 線 スヘ クトロメータ (γ X 線 核 種 密 封 小 線 源 体 積 線 源 : 相 対 ) 液 体 シンチレーションカウンタ ( 純 α β 核 種 溶 液 : 相 対 ) マルチワイヤー 式 荷 電 粒 子 測 定 装 置 ( 大 面 積 荷 電 粒 子 放 出 率 : 絶 対 放 射 能 面 密 度 : 相 対 ) ウェル 型 NaI(Tl)シンチレーションカウンタ (マルチγ 放 出 核 種 : 相 対 125 I: 絶 対 ) 表 面 障 壁 型 荷 電 粒 子 測 定 装 置 ( 小 面 積 荷 電 粒 子 放 出 率 : 相 対 放 射 能 面 密 度 : 相 対 ) JLAC 技 術 情 報 セミナー 38

39 39 140% HP-Ge と 4πβ(ppc)-γ 同 時 測 定 装 置 Ge 検 出 器 γ 線 スペクト ルを 測 定 する

40 40 加 圧 型 電 離 箱 システム ( 特 定 & 特 定 二 次 標 準 器 )

41 Radioactive Source 加 圧 型 電 離 箱 の 概 念 図 Collecting Electrode Nitrogen Gas (1MPa) D.C. current Electrometer (Keithley 6517) HV output(+800v) GPIB Control and Data Processing JLAC 技 術 情 報 セミナー 41

42 42 2πマルチワイヤー 式 比 例 計 数 管 ( 面 線 源 用 ) Cl-36 面 線 源

43 43 液 体 シンチレーションカウンタ Sr-90など γ 線 を 放 出 しない 核 種 に 適 している