Development of alpha particle detectors for detecting radiological contamination

放射線汚染を検出するためのアルファ線検出器の開発

森下 祐樹   ; 井崎 賢二 ; 金子 純一* ; 樋口 幹雄*; 田村 健; 宇佐美 博士; 菊地 弘幸*; 宇津木 弥*; 高平 史郎*; 鳥居 建男  

Morishita, Yuki; Izaki, Kenji; Kaneko, Junichi*; Higuchi, Mikio*; Tamura, Ken; Usami, Hiroshi; Kikuchi, Hiroyuki*; Utsugi, Wataru*; Takahira, Shiro*; Torii, Tatsuo

プルトニウム同位体などの線放出核種は、作業員が吸い込むと非常に有害であるため、原子力施設内の汚染を瞬時に検出することが求められている。我々は、汚染を正確かつ瞬時に検出するための検出器として、線イメージング検出器とダストモニタを開発した。線検出器には、プルトニウムなどの核物質とラドン子孫核種を弁別するために、エネルギー分解能と空間分解能の高い検出器が要求される。本研究では、セリウムをドープしたGd(Ga,Al)O(Ce:GAGG)シンチレータとシリコン光電子増倍管(SiPM)を用いて、線イメージング検出器を開発した。薄いGAGGシンチレータはライトガイドに光学的に結合され、シリコン光電子増倍管は検出器の作製に用いられた。検出器は、5.5MeVのアルファ粒子に対して良好なエネルギー分解能を示した(半値幅(FWHM)で13%)。この検出器は、2次元の線画像を取得することができる。また、この検出器はコンパクトなサイズであるため、狭い空間でも汚染の測定が可能であるという利点がある。今回、開発した検出器を用いて、福島第一原子力発電所から得られたスミヤ試料の実測を行った。また、一部の原子力施設で稼働しているシリコン表面障壁型半導体検出器(SSBD)を用いた市販の線用ダストモニタでは、湿度などの環境条件により誤報が頻発していた。そこで、セリウム添加GdSiO(GPS)シンチレータプレートと光電子増倍管(PMT)を用いたアルファダストモニターを開発した。5.5MeVの線に対するエネルギー分解能は12%FWHMであった。ラドン子孫核種の計数率は、エネルギー識別を適用することで77%減少した。このダストモニタは、GPSシンチレータ表面が濡れても線スペクトル測定を行うことができた。このダストモニタは、温度や湿度の管理ができない環境での使用に適している。IRPA15会議での発表では、これらの検出器の開発と測定結果を発表する。

We have developed new alpha particle detectors for detecting the alpha contaminations accurately and instantaneously: alpha imaging detectors and alpha dust monitors. For the development of the alpha imaging detector, we used a thin cerium-doped Gd(Ga,Al)O (Ce: GAGG) scintillator and silicon photomultipliers (SiPMs). The thin GAGG scintillator was optically coupled to a light-guide and the SiPMs for the detector fabrication. The detector showed a good energy resolution for 5.5 MeV alpha particles (13 % at the full width at half maximum (FWHM)). The detector is capable of capturing two-dimensional alpha images. This detector also has the advantage of its compact size, which enables to measure the alpha contaminations in narrow spaces. We demonstrated the actual measurement of smear samples obtained from the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station using the developed imaging detector. Commercial alpha dust monitors with a silicon surface barrier detector (SSBD) operating at some nuclear facilities frequently produced false alarms due to environmental conditions such as humidity. For the development of the alpha dust monitor, we used a cerium-doped GdSiO (GPS) scintillator plate and a photomultiplier tube (PMT). The energy resolution for 5.5-MeV alpha particles was 12% FWHM. The count-rate of the radon progeny decreased by 77% with applying energy discrimination. The alpha dust monitor was capable of conducting alpha-particle spectroscopy even though the GPS scintillator got wet. The alpha dust monitor is an ideal choice for in places lacking temperature and humidity controls. In the presentation at the IRPA 15 conference, we will present the developments and measurement results of these alpha detectors.