Plutonium particle imaging using an ultra-high-resolution alpha imager

超高分解能イメージャーを用いたプルトニウム粒子のイメージング

森下 祐樹   ; 黒澤 俊介*; 山路 晃広*; 林 真照*; 笹野 理*; 牧田 泰介*; 東 哲史*

Morishita, Yuki; Kurosawa, Shunsuke*; Yamaji, Akihiro*; Hayashi, Masateru*; Sasano, Makoto*; Makita, Taisuke*; Azuma, Tetsushi*

原子力施設内の作業員がプルトニウム粒子を吸入した恐れがある場合、内部被ばくを考慮することが重要である。そこで、原子力施設の作業現場におけるPu粒子のAMAD値をリアルタイムに測定するために、高感度CCDカメラと光学顕微鏡を用いた高分解能イメージング検出器を開発し、これを実際のプルトニウム粒子の測定に応用した。ZnS(Ag)シンチレータにより線はシンチレーション光に変換され、シンチレーション光を電子増倍(EM)CCDカメラで撮像した。ズーム範囲は5倍20倍の範囲で調整した。20倍のズーム範囲を使用した場合、解像度は0.81um/pixel、視野は412.9um412.9umであった。アルファ粒子の半値最大全幅(FWHM)は17.9umと評価された。プルトニウム粒子からの放出される線の位置をリアルタイムで特定することができ、その計数率は、市販のZnS(Ag)シンチレーションカウンターを用いて測定した数と一致した。測定された数は、AMAD値に変換することができる。このように、超高分解能イメージャは、原子力施設の作業現場でのプルトニウム粒子のAMADの測定手法として有望である。

It is crucial in considering internal exposure when workers inside nuclear facilities inhale plutonium particles. The internal exposure dose is strongly affected by the particle size distribution defined as activity median aerodynamic diameter (AMAD). To acquire the AMAD value at the working site of the nuclear facility, we developed an alpha imaging detector using an optical camera and an optical microscope. Then, we applied it for plutonium particle measurements. The ZnS(Ag) scintillator sheet and a plutonium particle were close to each other. Alpha particles were absorbed in the ZnS(Ag) scintillator and were converted to scintillation light. An Electron Multiplying (EM) CCD camera was mounted on top of the optical microscope to capture scintillation light. The zoom range was adjustable from 5x - 20x. When using the zoom range of 20 x, the resolution and Field of View were 0.81 um/pixel and 412.9 um 412.9 um, respectively. The Full width at half maximum (FWHM) of an alpha particle was evaluated to be 17.9 um. Locations of individual alpha particles from a plutonium particle can be identified in real-time. The number of alpha counts was agreed with those measured using a commercial ZnS(Ag) scintillation counter. The measured alpha counts will be able to convert to radioactivities and AMAD. Thus, the ultra-high-resolution alpha imager will be promising plutonium particle measurements at the working sites of nuclear facilities.