Development of a compact detector for measurement of alpha contamination in piping

森下 祐樹   ; Peschet, L.; 山田 勉*; 中曽根 孝政*; 菅野 麻里奈*; 佐々木 美雪  ; 眞田 幸尚   ; 鳥居 建男*  

Morishita, Yuki; Peschet, L.; Yamada, Tsutomu*; Nakasone, Takamasa*; Kanno, Marina*; Sasaki, Miyuki; Sanada, Yukihisa; Torii, Tatsuo*

原子力施設の廃止措置では、作業員がアルファ線を放出する核種に被ばくするのを防ぐために、配管の汚染を検査することが重要である。ガンマ線と中性子を使用する従来の方法では検出下限値が高いため、少量のアルファ核種の検出には不十分であった。この問題を解決するために、配管内で直接核種を測定するためのコンパクトな検出器を開発した。この検出器は、アルファ粒子用のZnS(Ag)シンチレータとベータ粒子(ガンマ線)用のプラスチックシンチレータで構成され、小型の光電子増倍管に接続された。このシステムは、パルス形状弁別(PSD)によってアルファ線とベータ線を区別する高い精度を実証した。モンテカルロシミュレーションと実験測定により検出器の有効性が確認され、ベータ線とガンマ線に対する感度は無視できるほど小さく、かつ、アルファ粒子に対する検出効率は51.3%であった。この検出器は、福島第一原子力発電所の廃炉作業現場など、ベータ線とガンマ線のバックグラウンドが高い環境におけるアルファ線汚染の直接測定に効果的である。

In the decommissioning nuclear facilities, it is crucial to inspect piping for contamination to prevent worker exposure to alpha-emitting nuclides. Traditional methods using gamma rays and neutrons are inadequate for detecting small amounts of alpha nuclides due to the short range (approximately 4 cm) of alpha particles in air. To address this, we developed a compact detector capable of distinguishing between alpha particles for direct measurement within pipes. This detector, comprising a ZnS(Ag) scintillator for alpha particles and a plastic scintillator for beta particles (gamma rays), was coupled to a small photomultiplier tube. The system demonstrated high accuracy in differentiating between alpha and beta radiation through pulse shape discrimination (PSD). Monte Carlo simulations and empirical measurements confirmed the detector's effectiveness, achieving a 51.3% detection efficiency for alpha particles with negligible sensitivity to beta and gamma radiation. This innovation presents a significant advancement for direct alpha contamination measurement in environments with high beta and gamma backgrounds, such as the Fukushima Daiichi Nuclear Power Plant decommissioning site.