Development of a portable alpha-beta-gamma radioactive material continuous air-monitoring system

可搬型アルファ-ベータ-ガンマ放射性物質連続空気モニタリングシステムの開発

森下 祐樹   

Morishita, Yuki

福島第一原子力発電所(FDNPS)などの原子力発電所の廃炉プロセスでは、アルファ,ベータ,ガンマ核種による放射能汚染が発生する。そのため、新しいPhoswichアルファ/ベータ/ガンマ検出器を提案し、開発した。開発したPhoswich検出器は、6mm6mm6mmのスチルベンシンチレータ(第1層)と6mm6mm6mmのGd(Ga, Al)O(Ce) (GAGG)シンチレータ(第2層)を備える。GAGGシンチレータの下の面は、シリコン光電子増倍管(SiPM)に光学的に結合された。パルス波形弁別(PSD)技術を適用することにより、アルファ,ベータ、およびガンマ核種を正常に分離することができた。5.5MeVアルファ線のエネルギー分解能は半値幅(FWHM)で22.1%だったが、0.662MeVガンマ線のガンマエネルギー分解能は10.3%FWHMであった。シミュレーションから得られたエネルギースペクトルは、測定から得られたものとよく一致した。開発された可搬型連続空気測定システムを使用して、Rn濃度が約200Bq/mであるコンクリートの建物の地下室で実施された。ベータ線とガンマ線を分離することにより、Bi(6.1MeV), Po(7.7MeV), Po(8.8MeV)に対応する測定ピークがアルファ線スペクトルに観測された。

During the decommissioning process of nuclear facility sites, such as the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS), radioactive contamination due to alpha, beta, and gamma nuclides is present. To accurately detect these nuclides, a new phoswich alpha/beta/gamma detector is proposed and developed. A portable alpha/beta/gamma radiation continuous air-monitoring system is also developed using the proposed phoswich detector for detecting unknown radioactive air contamination. The developed phowich detector features a 6 mm 6 mm 6 mm-stilbene scintillator (first layer) and a 6 mm 6 mm 6 mm-Gd(Ga, Al)O(Ce) (GAGG) scintillator (second layer). The bottom of the GAGG scintillator is optically coupled to a silicon photomultiplier (SiPM). The proposed phoswich detector is capable of successfully separating alpha, beta, and gamma nuclides by applying the pulse-shape discrimination (PSD) technique. The alpha energy resolution of the 5.5 MeV alpha particles using was 22.1% at the full width at half maximum (FWHM), whereas the gamma energy resolution of the 0.662 MeV gamma rays was 10.3% FWHM. The energy spectra obtained from the simulations agree well with those obtained from measurements. Continuous alpha-nuclide air measurements were conducted in the basement of a concrete building, where the Rn concentration was approximately 200 Bq/m, using the developed portable continuous air-monitoring system. The measured peaks, which correspond to Bi (6.1 MeV), Po (7.7 MeV), and Po (8.8 MeV), were observed in the alpha spectrum by separating beta and gamma rays. Therefore, the developed monitoring system can be potentially efficient for the early detection of unknown released radioactive materials.