ウラン系列とシンチレーターでのγ線測定

「ウラン系列とシンチレーターでのγ線測定」

「NaI(ヨウ化ナトリウム)シンチレーター」という種類の測定器で多くの市民測定室は測定しておりますが、
γ線のエネルギーを見分ける能力(「分解能」)が十分高くないので、
セシウム134(および137)やヨウ素131と、「ウラン系列」というものの中の天然核種との見分けがつかない、ということが得てしてあります。

これは、ゲルマニウム半導体検出器という分解能が高い測定器を使えば解決される問題ですが、
測定器自体の値段が高く、またランニングコストもかかるので、多くの市民測定室ではなかなか手が出ません。
(みんなのデータサイトの中では、複数の測定室が、ゲルマニウム半導体検出器を導入しています。)

そこで、ウラン系列を可能な限り見分ける(推測する)ことが、NaIなどの測定器を使う測定所では重要な仕事になります。
またこれは、一般の方で、放射能測定資料を見る方にとっても、大事なポイントです。

「ウラン系列」と検索をかければ、いろいろな資料は出てきますし、図も出てきます。
みんなのデータサイトの幹事団体の一つであるこどもみらい測定所でも、ウラン系列について、頻繁にご説明する必要がありますので、
ボランティアの方にお手伝いいただき、図表をつくりましたので、掲載いたします。
半減期や、γ線を放出する主な核種(鉛214、ビスマス214)のγ線のkeV値(エネルギー値)、
放出率(一回の原子核崩壊で、どのぐらいの確率で各エネルギー値のγ線が放出されるか)が書いてあり、
また、Cs-134、Cs-137およびI-131の放出するγ線に関しても表をつけてありますので有益です。

「ヨウ素131と鉛214、セシウム134とビスマス214」

上記の図にある通り、ヨウ素131(131I)は365keVという強さのγ線を放出し、それが鉛214(214Pb)の352keVと近く、NaIシンチレーターでは見分けがつきません。
そこで、鉛214があると、ヨウ素131として誤検出されることがままあります。

また、ビスマス214(214Bi)は609keVのγ線を放出し、セシウム134は605keVのγ線を放出します。やはり見分けがつきません。
また更にやっかいなことに、セシウム134の605keVとセシウム137の662keVも、お互いのピークの山の端が被りあっているので、セシウム134とセシウム137の見分けも十分つかない測定器もあり、
そのため、セシウム134と近いはずの鉛214が、セシウム137の数字として誤検出されることもある、というややこしさもあります。

ともあれ、「ウラン系列」の鉛214、ビスマス214のkeV値とセシウム134およびセシウム137、ヨウ素131のkeV値を覚え、
スペクトル上の典型的なピークを見分けることがだいたいできるようになることは、NaIによるγ線測定において非常に重要なことですので、
ここに図表と解説を書かせていただきました。

「鉛214が検出されているときの、スペクトル画面」

ちなみに、以下の図は、鉛214が検出されている時のAT1320Aという測定器の測定画面キャプチャーです。

鉛214は、242keV,295keV,352keVのあたりにピークが立つのですが、画面左の方の3本の緑の線のあたりが、それぞれ鉛214のγ線ピークです。
これらのピークがあると、鉛214の存在がまずあるだろうと判断されます。

このスペクトルは、土壌を測定しているときのもので、セシウムの3つのピークも見えていますから、セシウムも検出されていることははっきりしています。
ただ、セシウム134とビスマス214のピークが被るので、セシウム134の数値はそれによって幾分過大評価されているかもしれません。

ビスマス214の存在をこのスペクトルからぱっと見で見分けるのはかなり難しいのですが、鉛214のピークは典型的に現れていますので、
半減期27分ほどのビスマス214が崩壊してできるビスマス214は、鉛214があればかならず存在すると言えるので、ビスマス214もある、と言え、
セシウム134の数値が過大評価されている可能性がある、と推測がたちます。
(やっかいなことに、セシウム137の数値に寄与してしまうこともあるのですが、それは話がさらにややこしくなるのでここでは詳述いたしません。)

 

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