油断するなここは戦場だ

食品中の放射線の精密測定(基本篇)

611 GCM のときに一般向の講演で放射線のエネルギースペクトルをみせて会場全体が引いてしまい、菊池さんに「無理だよ、無理だと思った」と軽くいなされましたが、今日はスペクトルを詳しくみたいのです。目的はK40の効果の差し引きですが、エントリーが長くなるので2つに分けます。

d0164049_19491947.jpg


上の図は食品測定器LB2045 でチェッキングソースでのセシウム 137 のエネルギー分布です。横軸は測定器で測られたエネルギー、縦軸はそのエネルギーに対応するカウント数です。山が高いほど対応するエネルギーをもつ事象数が多いということになります。一番右にあるのがセシウムのピークですが、ピークより下にもたくさん分布していることがわかります。このゴミはコンプトン端(こんぷとんたん)と後方散乱ピークといわれるものです。

セシウム137のスペクトルですから測定器に入ってくるγ線は決まったエネルギーをもっています。これが測定器に入るといろいろな反応がおこります。これを下の図にまとめました。

d0164049_19371262.jpg


1)光電効果(左): 光電効果ではガンマ線のエネルギーが総て電子のエネルギーになります。電子のエネルギーは測定器の中でより低いエネルギーの光にかわり、光電増倍管に集められて決まったエネルギーの信号になります。

2) コンプトン散乱(中): コンプトン散乱では一つのγ線の散乱で、エネルギーを持った電子と光が出ます。電子のエネルギーは測定器ではかることができますが、光は逃げていきます。この場合エネルギーは部分的にしかはかれません。光電効果のピークよりエネルギーが低いところに、エネルギーが分布します。上限が決まっていて、コンプトン端といいます。

3) コンプトン散乱+光電効果(右): 測定器の大きさが十分に大きい場合、コンプトン散乱で放出された光がまた光電効果を起こす事があります。この場合結果的に総てのエネルギーが信号になります。この反応がおこるためには結晶が十分大きい必要があります。小さい結晶ではこの反応はほとんどありません。

例としてTA100 にもつかわれている CdTe 結晶のエネルギー分布をLB2045 のスペクトルと比べてみましょう(下の図、元リンクはこちら http://www.acrorad.co.jp/detect_4.html 4x4x1mm 結晶)ここではピークの高さをあわせてありますが、 NaI の方が正しいエネルギーの位置にくる事象数が倍程度多いことがわかります。コンプトン散乱が多ければそれ以下のピークは大きなバックグラウンドと戦うことになりますが、結晶が大きいために半分に抑えられていることがわかります。相対的に4倍のゲインになります。 また、CdTe の場合原理的に大きい結晶が難しいのですが、NaI 結晶の場合は大きな結晶を作ることが可能です。航空機調査に使われる NaI 結晶は低線量率用で総重量が80kg結晶サイズ゙4"×4"×16"のものが4本と一つの結晶の大きさがLB2045 の30倍程度の大きさのものを使っています。原理的には結晶が大きいほどγ線エネルギーも正しく測定できることになります。

d0164049_19441021.jpg


もう一つ注意するべきことは、スペクトルに山があるからといってそれに対応する原子核があるわけではないということです。最初の図で低いところにあるピークは測定器の外でコンプトン散乱をし、反射して入るγ線の寄与です。これを後方散乱ピークといいます。エネルギー精度が高くないNa I 結晶の場合これを別の放射性物質と見間違えないようにすることが大事です。

(カリウム測定篇に続く)

[参考]
 
より詳しい解説 
http://www.rist.or.jp/atomica/data/dat_detail.php?Title_No=08-01-02-03

光電効果、コンプトン散乱などの散乱断面積(鉛の場合) http://www.rist.or.jp/atomica/data/pict/08/08010203/06.gif

物質に入ったγ線の挙動

http://www.rist.or.jp/atomica/data/pict/08/08010203/07.gif

追記 TA100 のスペクトル応答はここに出ているものと違うというご指摘をいただきました。ここに実際の製品でCs 137 線源での応答がありますので、参考になれば幸いです。(他の線源についての測定図多数) http://www.mikage.to/radiation/technoap_ta100.html

追記 TA100 って食品はかれるんですかという質問をいただいたので、牧野先生の「TA100 で食品をはかろう篇」(がんばれー)をご紹介(結論からいうととっても大変。)  リンク1 リンク2
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by mihoko_nojiri | 2011-10-09 19:52

physics at LHC
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