サーベイメータについて
この種の測定器の使用目的は二つに大別される。第一は周辺の場における線量率の測定を目的とするもので、多くの場合 1 cm 線量当量率(μSV/h)で目盛がつけられているが、空気吸収線量率(μGy/h)で目盛られたものももある。またスイッチ切り換えによりこれらの積算値を知ることができるようにしたものである。第二は放射性同位元素による表面汚染の測定を意識したもので、この場合 目盛は計数率(cps,又はcpm)とした場合が多く、窓面を測定対象に 5 mm 程度近づけた状態で測定を行い、この測定値から、検出器の窓面積、機器効率、線源効率を用いて使用者が放射能表面積密度を算出する。サーベイメータは使われる検出器の種類により分類されることが多い。電離箱式、GM管式、シンチレーション式が主であるが、その他に 検出器として比例計数管、Si半導体検出器なども用いられることがある。電離箱式サーベイメータは、γ線などの光子が主に電離箱の壁でコンプトン効果などの相互作用を起こし、その結果生じた高速電子の一部が電離箱の充填気体を電離させ、その際の電流を読み出すので、主に周辺の線量(率)の測定に用いられる。感度はそれほど良くないものの、エネルギー 特性が優れている。また、線量率依存性が少なく、加速器からの放射線のように極短時間に放射線がバースト状に到来する場合にも対応できる。電離箱は壁材における吸収線量率の測定に基づいているが、壁材がプラスチックのような低原子番号物質で作られている電離箱はほぼ空気吸収線量率を与える。この値から 1 cm 線量当量率を直読できるようにするには、この値に光子エネルギーの関数 として与えられている換算係数に乗じて 1 cm 線量当量率に換算した目盛とする必要がある。ICRPによる換算係数は空気カーマから 1 cm 線量当量への換算係数を光子エネルギーの関数として与えたものであるが、入射光子のエネルギーが 1.5 MeV 程度以下の場合には、空気カーマと 空気吸収線量との差異は少ないから、空気カーマと空気吸収線量に読み替えても問題ない。しかしながら、この換算係数は光子エネルギーに依存するので光子エネルギーによらず1 cm 線量当量率を直読できるようにするには、測定器の空気吸収線量率に対するレスポンスを 換算係数曲線の形に適合させる必要がある。この目的のために電離箱壁の材料や中心電極の材料を吟味することにより 1 cm 線量当量率に関するエネルギー特性を改善することができる。GM管式サーベイメータで光子を測定する場合、主に計数管の管壁における光子の相互作用の結果生じる高速電子による放電パルスを 測定している。この放電パルスは波高がほぼ一定で、エネルギー情報を持たないため、放射線の入射に関する個数情報しか得られない。レスポンスは主に計数管の管壁における光子との相互作用確率と発生した電子の飛程によって決定される。 1 cm 線量当量率測定を目的とする場合、そのエネルギー特性は電離箱式サーベイメータの場合と比較するとかなり悪い。 通常、構成は 137Cs 線源からの 662 keV γ線によって行われるが、これ以外のエネルギー、特に低エネルギー光子の測定や散乱光子を多く含む場の測定に関しては誤差が大きくなるので注意を要する。また検出器の方向によって指示値も変化する。すなわち方向特性はあまり良くない。さらに分解時間も長いため計数率特性も悪い。シンチレーション式 サーベイメータは、シンチレータとして NaI(Tl) や CsI(Tl) が使われるのが一般的であるが、これらは密度が高くシンチレータ全体が光子の有感領域となっているので、感度は良い。シンチレーション計数管の場合も、パルス計数率の測定が基本であるので、そのまま計数率を測定する方式では、エネルギー特性は著しく悪い。しかしながらパルス波高は入射光子のエネルギー情報を有するので これを利用してエネルギー特性を補償することは可能となり多くなった。
表面汚染の密度(放射能表面密度 Bq/cm2) As の求め方
As = (n-nb)/(εi × W × εs)
n：計数率
nb：バックグラウンド計数率
εi：β線またはα線に対する機器効率
W：検出器の有効窓面積
εs：表面汚染の線源効率
β線またはα線に対する機器効率は、標準線源に対して一定の機器学的条件で測定した時のα線またはβ線表面放出率に対するサーベイメータの正味の計数率の比として定義される。JIS Z 4329 2004 では 200keV を越えるβ線を対象とする測定器の場合には標準線源として 36Cl または 204Tl を用いることが決められている。特に指定のない限り 標準線源から 5 mm の位置に検出器表面を置いて正味計数率を測定し、その値から機器効率が決められる。
放射性表面汚染の線源効率とは、線源の中では単位時間当たりに放出される放射線粒子数に対する同じ放射線の表面放出率の比と定義される。線源効率に関して JIS Z 4504 2008 では最大エネルギーが 0.4 MeV 以上のβ線の場合は 0.5、α線又は最大エネルギーが 0.15 MeV 以上 0.4 MeV 未満のβ線の場合は 0.25 とすることが推奨されている。
JIS Z 4334 2005 で規定されるクラス１及びクラス２参照標準線源の放射能面積は 100 cm2 以上の平面状線源であるため、汚染が局所的な場合や不均一の場合には機器効率は正確ではなくなる。
放射線測定
大円の面積が da である球に入射する光子数が dN のとき、φ1 = dN/da をフルエンスという。これらの量 dN と光子エネルギーの積を dR とすると Ψ = dR/da をエネルギーフルエンスという。光子は物質との相互作用により電子に与えられた初期エネルギーの総和を dEtr とすると K2 = dEtr/dm はカーマであり、その単位は Gy である。 dEtr の一部は物質中で制動放射により系外へ逃れるが、その割合を g とすると、K1 = g × K2、K3 = (1-g)K2 はそれぞれ放射カーマ及び衝突カーマと呼ばれる。また、その物質のある領域に入射する電子のエネルギーとその領域内で生成された電子が持ち出すエネルギーが等しいとき電子平衡が成立するといい、この場合 dm に付与される平均エネルギー dε は (1-g) × dEtr に等しい ことから衝突カーマは D1 = dε/dm と定義される吸収線量に等しい。なお、物質が感想空気である場合、光子の照射により発生した電子が完全に停止するまでに生じたイオン対の正負いずれかの全電荷の絶対値を dq とすると X1 = dq/dm は照射線量と呼ばれ、その単位は C/Kg である。下図の、f1、f2、f3、 はそれぞれ質量エネルギー転移係数、質量エネルギー吸収係数、W値
次に直接電離放射線として電荷粒子を考える。荷電粒子が質量 dm の物質に単位面積当たり平均 φ2 個入射した際、軌道電子との相互作用により失うエネルギーを dEe1 とすると、C2 = dEe1/dm をシーマと呼ぶ。このとき C2 = f4 × φ2 の関係があり、ここで f4 は質量衝突阻止能である。また C2 は電子平衡のもとでは、D2 の吸収線量 にほぼ等しい。物質中に荷電粒子の場を乱さないようにガスで満たされた微小体積を導入した場合を考える。物質中及びガス中の吸収線量の比は上記によりされぞれの質量衝突阻止能の比にほぼ等しくなる。この関係は空洞電離と呼ばれ物質への吸収線量の評価に用いられる。
また下記のサイトに私がまとめた資料を示しております。