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Evaluation of an ultra-thin plastic scintillator to detect alpha and beta particle contamination

$$alpha$$$$beta$$汚染検知のための極薄プラスチックシンチレータの評価

森下 祐樹; 星 勝也; 鳥居 建男

Morishita, Yuki; Hoshi, Katsuya; Torii, Tatsuo

これまでに、福島第一原子力発電所(FDNPS)の原子炉建屋でアルファおよび高$$beta$$粒子エミッターが検出された。FDNPS原子炉建屋の$$beta$$放射線レベルは非常に高いため、ガイガーミュラー(GM)カウンターなどの市販のベータ測量計では、$$beta$$汚染レベルを測定できない。この問題を解決するために、極薄のプラスチックシンチレータを使用して、アルファおよびベータ汚染の検出器を開発した。検出器の評価のため、7, 22, 24, 31, 39、および55$$mu$$mのさまざまな厚さの超薄型プラスチックシンチレータを準備した。それらの感度をテストするために、各シンチレータをガラスプレートと2インチの位置に敏感な光電子増倍管に光学的に結合し、アルファ, ベータ、またはガンマ線源に曝露した。アルファ分光法の結果は、厚さ55$$mu$$mのプラスチックシンチレータのみがアルファ粒子(5.5MeV)を完全に吸収し、半値全幅が16.7%であった。高ベータバックグラウンド下でのアルファイメージングの場合、厚さ7$$mu$$mのプラスチックシンチレータが最良の選択であり、アルファ対ベータ比が652であることがわかった。また、厚さ7$$mu$$mのプラスチックシンチレータは1MBq $$^{90}$$Sr/$$^{90}$$Y線源に直接コンタクトして測定しても41.74$$pm$$0.93cpsのカウントレートであり、非常に低感度であるため飽和せずに測定を行うことが可能である。したがって、厚さ7$$mu$$mのプラスチックシンチレータを使用して、以前の方法では不可能だったFDNPSサイトのベータの表面汚染レベルをリアルタイムで直接測定することができる。

To date, alpha and high beta particle emitters have been detected in the reactor buildings of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS). Since the beta radiation levels in the FDNPS buildings are extremely high, a commercial beta survey meter, such as a Geiger-Muller (GM) counter, would no longer have the ability to measure the beta contamination levels. In order to solve this issue, we utilized ultra-thin plastic scintillators to increase the detection rate of alpha and beta contamination. In this study, ultra-thin plastic scintillators with varied thicknesses of 7, 22, 24, 31, 39, and 55 um were prepared. To test their sensitivity, each scintillator was optically coupled to a glass plate and a 2-in square position-sensitive photomultiplier tube, and exposed to either an alpha, beta, or gamma source. Results from alpha spectrometry show that only the 55 um-thick plastic scintillator fully absorbed the alpha particles (5.5 MeV) with a 16.7% Full Width at Half Maximum. For alpha imaging under a high beta background, the 7 um-thick plastic scintillator was found to be the best choice, with an alpha to beta ratio of 652. This plastic scintillator also had the lowest sensitivity to beta particles, measuring only 41.74 cps when exposed to a 1 MBq $$^{90}$$Sr/$$^{90}$$Y source in contact. It would therefore be possible to use the 7 um-thick plastic scintillator, to directly measure the surface contamination levels at the FDNPS site in real-time, where previous methods have fallen short. Thus, the developed detector would be a useful tool for the detection of alpha and beta contamination in the FDNPS.

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