Ratio of aerosol and gases of radioactive chlorine and particle size distribution of aerosol formed by high-energy proton irradiation

高エネルギー陽子照射で生成される放射性塩素のエアロゾル・ガス比及びエアロゾルの粒径分布

横山 須美; 佐藤 薫   ; 真辺 健太郎   ; 野口 宏; 金子 広久; 沖 雄一*; 飯田 孝夫*; 田中 進*

Yokoyama, Sumi; Sato, Kaoru; Manabe, Kentaro; Noguchi, Hiroshi; Kaneko, Hirohisa; Oki, Yuichi*; Iida, Takao*; Tanaka, Susumu*

高エネルギー加速器施設において、空気の核破砕反応によって生成される放射性核種の吸入による内部被ばく線量を評価するためには、核種の物理化学的特性が重要となる。しかし、高エネルギー陽子照射場において核破砕反応により空気中のArから生成される放射性塩素の性状に関する十分な情報がない。そこで、Arを添加した空気に48MeVの陽子を照射して生成される放射性塩素のエアロゾル・ガス比を測定した。また、放射性塩素エアロゾルの生成に寄与する非放射性エアロゾルの粒径分布及び化学形を測定した。この結果、放射性塩素は、エアロゾル,酸性ガス,非酸性ガスで存在すること,放射性塩素エアロゾルの割合は70%以上であること、放射性塩素ガスは30%が酸性ガス及び70%が非酸性ガスであることを明らかにした。また、照射初期段階の非放射性エアロゾル濃度は、2030nmにピークを持ち、10分後には、多くの粒子が200nm以下に幅広く分布した。このことから、加速器施設のビームライン周辺において、非放射性エアロゾルへの放射性塩素の付着により生成される放射性塩素エアロゾルの粒径は、ICRPのデフォルト値よりもかなり小さいと考えられる。

To estimate internal doses due to the inhalation of radionuclides produced by the nuclear spallation of the air nuclei in high-energy proton accelerator facilities, the physicochemical properties of radionuclides are very important. However, there is not enough information of the properties for airborne radioactive chlorine formed from argon gas in the air of a high-energy proton irradiation field. Thus we have measured the ratio of aerosol and gases of radioactive chlorine which are formed by irradiating argon gas-added air with a 48 MeV proton beam. In addition, the particle size distribution and chemical form of non-radioactive aerosol were examined. It was found that Cl-38 and Cl-39 exist as aerosol, acidic and non-acidic gases. The percentages of Cl-38 and Cl-39 aerosols are more than 70%. In total radioactive chlorine gas, about 30% and 70% are acidic and non-acidic gases, respectively. The concentration of non-radioactive aerosol had a peak at an aerodynamic diameter of 20-30 nm in the early irradiation period. The particle size of non-radioactive aerosol shifted to larger with time. After 10 min, the aerosols grew very slowly and many of the non-radioactive aerosols were distributed widely under 200 nm. This suggests that the diameter of the radioactive chlorine aerosol formed by the attachment of the radioactive chlorine to the non-radioactive aerosol around a beam line of the accelerator is much smaller than the default value adopted in ICRP Publication 66.