ISOTOPICγエネルギースペクトル廃棄物測定

ISOTOPICは放射性廃棄物の分析とキャラクタリゼーション応用において遭遇した各種ガンマ線測定問題に実用的な統合ソリューションを提供した。高分解能、高純度ゲルマニウム（HPGe）スペクトルを分析し、大体積サンプルの測定結果を決定することができる。

ISOTOPICは、ORTEC ISO-CART-85などのオペレーティング容易なモバイルシステムの一部として、または退役プロジェクトにおける大型コンテナの高スループット測定などの自動化システムに統合するために「開梱してすぐに使用」することができる。

適用可能性
次のジオメトリに適用されます。

• タンク、タンク、チューブ、または表面（コリメータ）
• キャップ付きボトルなどの幾何学的小さなコンテナを閉じます。
• 土壌と地表の大面積測定（非コリメート検出器：M-1方法）

ISOTOPICは、特定の測定構成を開発することができる多くの標準的なジオメトリ「テンプレート」を提供しています。これらのテンプレートには、円柱（上部と側面、裏地付き円柱（パイプ）を含む）、箱、点源（遠視野）、端部キャップ付き密閉された幾何学的小容器、および無限平面が含まれます。ISO-CART-85上のボトルカウントオプションは、「エンドキャップ付き」クローズドジオメトリの一例である。無限平面（土壌）モデルは、無限平面内または無限平面上に洗浄された汚染、脱落または大面積漏洩の非コリメート測定を提供し、地面上の土壌の測定を参照してください。

方法
コンテナモードでは、コリメータを使用している場合でも、ラップ、パイプ、表面のカウントについて、検出器は単一のポイントソース測定によって較正されます。この一次較正は、任意の検出器の認証基準に適合し、試料の物理的状態、容器の幾何学的形状、材料およびマトリックス組成に適合するように外挿またはモデリングすることができる。モデルは、測定問題全体を複数のソース/マトリックス画素に分解し、複合スペクトルへの寄与を計算し、合計する「点-核」方法に基づいている。この方法はモンテカルロ方法と類似しており、測定構成の一部として、ユーザーが提供する検出器パラメータ（結晶径、結晶長、デッド層、エンドキャップ厚さ）を利用している。1回の点源較正に加えて、検出器を較正するための特別な個別測定は必要ありません。

ISOTOPICは、検出器と容器との間の距離が15 cm未満の改良された「閉じたジオメトリ」アルゴリズムを含む。

非コリメートの大面積土壌計数には、米国DOE EML 2と後に拡張3によって開発された「1メートル」方法を使用することができる。これは多くの場合に適用されます。

• 以前使用した場所の浄化評価
• 緊急時に堆積した核種の評価
• 核施設付近の通常の環境モニタリング

EML法は複雑な測定問題を3つの容易な決定因子の積に簡略化する。ガンマ線ピーク面積は、3つの因子の積によって特定の核種活性と相関する。一連の検出器タイプと土壌条件の因子が決定され、プログラム内にリストされている。効率較正は1.33 MeVでANSI/IEEE 325-1996に規定された効率及び結晶長及び直径を用いて決定される。

低エネルギーでの精度を向上させるために、ユーザはEML方法の代わりに容器モードと同じキャリブレーションを使用することができる。

検出器の特別な（かつ高価な）モンテカルロ較正は必要ありません。減衰補正は、土壌タイプと核種分布タイプを選択することによって決定される：最近（表面）堆積物、比較的古い（突入）堆積物、または自然（均一）堆積物。エネルギーとピーク較正はマルチラインソースを用いて行い、自動化することができる。ISOTOPICを使用している場合、予期しない検出器較正コストは発生しません。

単一容器の複数回測定
いずれかの大型廃棄物容器を測定する際には、結果を確実に得るために異なる方向から複数回測定することが多い。1つのハードウェアシステムだけが使用可能な場合は、測定を順に完了することができ、複数のハードウェアグループが使用可能な場合は、同時に測定を完了することができます。ISOTOPICは、ユーザ定義の加重平均値に基づいて結果を自動的に結合することができる。複数の検出器を同時に使用する場合、各検出器のリアルタイムスペクトルを画面に同時に表示して、データの正確性を確保することができます。

標準レポートとカスタムレポート
ISOTOPICは、標準製品で柔軟なレポートを提供します。変更可能なパラメータはすべて標準出力レポートに含めることができます。分析結果はMS Access互換データベースに格納され、要約レポートへのさらなる処理のために印刷またはエクスポートが容易になります。カスタムレポートは、クリスタルレポートを使用して生成できます。

ハードウェア互換性
すべてのORTEC CONNECTIONSアプリケーション製品と同様に、ISOTOPICはすべてのORTEC MCAハードウェアと互換性があります。特に、IDM-200-Vとの併用に最適で、液体窒素を使用する必要がない完全な耐久性のあるポータブルHPGeスペクトル計システムです。

サポートシステムインテグレータ
システムインテグレータは、一般に、ハードウェア制御および分析の詳細が、簡略化されたユーザインタフェースを提供することを目的としたソフトウェア階層の下に人工オペレータによって隠されている自動化システムを開発する必要があり、および／または無人動作を可能にすることを目的としている。標準ユーザー文書セットには、コマンドラインから解析エンジンを制御する方法を説明するサンプル材料を使用した多数の文書が含まれています。解析パラメータと解析結果はACCESS互換データベースに保存されます。ISOTOPICデータベースのファイル構造を含む、必要なファイル構造情報をすべて提供します。スペクトルまたは「SPC」ファイル構造は、別個の付属マニュアルに提供される。

ORTECハードウェア制御は、サポートされているすべてのスペクトルハードウェアに共通APIを提供するいわゆるUMCBIによって実現される。プログラマキットは、オプションとして、彼/彼女自身が開発したプログラムからMCAハードウェアを容易に制御する方法についての説明をシステムインテグレータに提供することができます。一般的に、基本的なISOTOPICプログラムはシステムのハードウェアとキャリブレーションを設定するために使用され、その後、インテグレータのアプリケーションは通常の動作サイクル内でシステムを制御します。これらのツールと提供されるドキュメントレベルを利用して、システムインテグレータは複雑な測定システムを容易に開発することができます。

ISOTOPICの使用
ISOTOPICには、管理者とオペレータの2つのモードがあります。オペレータは、管理者が定義したシステムオプションの最小サブセットから選択するだけです。管理者モードは、オペレータが実行できるアクションを定義するために使用します。ウィザードは、管理者にオペレータプログラムの設定を指示します。ウィザードは、論理グループの画面にパラメータを表示し、方法の実行可能性を強調します。

管理者/オペレータパーティションにより、半熟練のオペレータであっても現場で良好なデータを収集することができ、無駄な繰り返し時間を削減することができます（測定項目ごとにコストが低くなります）。もちろん、熟練したユーザーは2つのモードを選択して実行することができます。

管理者はシステムをキャリブレーションし、ライブラリを作成し、サンプルジオメトリ、マトリックス、コリメータ、その他の機能をオペレータが後で使用するために定義することができます。管理者はまた、オペレータがアクセスできる機能を定義することもできます。

オペレータホーム画面は、管理者画面よりもはるかに簡単に、管理者から与えられた権限によって決定されます。日常的な使用では、コンテナ解析の場合、オペレータは収集を開始し、構成（の標準コンテナ構成）を選択し、コンテナID、タイプ、重量、および検出器からコンテナまでの距離などの重要な測定データを入力する必要があります。

標準コンテナ構成とコリメータ構成は、管理者が定義し、指定します。コンテナ構成には、既定の寸法、材料、マトリックスの詳細が含まれます。必要に応じて、オペレータはこれらの構成の任意の数を指定して呼び出すことができます。

解析ツール
インタラクティブ結果図
分析が完了したら、オペレータは、核種マップを使用して容器／基質物理パラメータ（例えば、基質密度または容器壁厚）を調整することにより、結果を最適化することができる。

この図は、補正測定活性と計算された各核種基準ピーク活性との間のパーセント差を示している。管理者は参照ピークを選択できます。オペレータは分析を最適化し、容器、基質、ウランの重量分率を調整して、結果を最適化することができる。多峰性核種からの点が「ゼロ線」付近に正規分布している場合、これは良好な結果を意味する。ウランを分析する際に、U-235濃縮が知られている場合は、この値を入力して、弱いウラン活性を含むサンプル中のU-238とU-234の値をより正確に計算することができます。この方法により、均一で不均一なサンプルをより高い精度で分析することができる。材料分布が不均一なラップの場合、ユーザーはいくつかの核種活性マップをより平坦にすることができるパラメータの組み合わせを得ることができる。この図はスペクトルとともに出力レポートの一部を構成することができる。

視野計算機
プローブ視野は測定における重要なパラメータである。ソフトウェアアルゴリズムは、コリメータの視野で「見た」内容に基づいてコンテナ全体の内容を分析するために「修正」または調整を行います。一般に、容器で充填されるように視野を選択すると、この位置から遠くなるとスペクトル中の信号対雑音比が低下し、この位置に近づくと測定が局所的な不均一性の影響を受けやすくなります（異なる方向に複数回測定することで、影響をさらに小さくすることができます）。便利な視野計算器により、オペレータは容器のどの部分が実際にコリメート検出器の視野内にあるかを評価することができる。

報告
微調整が完了すると、オペレータは活量と重量を示す核種ごとにレポートを選択することができる。その後、これらの結果を印刷してアーカイブします。レポートファイルはデータベースサマリーまたは完全なレポートとして書き込むことができ、完全なレポートにはすべての入力情報と修正情報が表示されます。レポートジェネレータオプションを使用して、カスタムレポートを生成します。誤差推定のコンポーネントテーブルを使用して、カウント時間を延長したり、検出器を再配置したりすることで、全体的な不確実性を減らすことができます。修正が大きすぎるように見える場合は、ユーザーにも警告が表示されます。各核種の最小検出可能活性（MDA）を計算する。複数回測定された活性、UまたはPuのグラム数またはMDAは加重平均として報告され得る。重み付けはユーザーによって定義できます。

結果の正確性
1回の測定の基本的な仮定は、物体全体が測定された部分の体積と同じ基質と比活性を含むことである。物体の表面上の異なる点から複数回測定し、類似性を比較することにより、この仮説が正しくないことによる不正確性を減らすことができる。これらの比較は、このようなシステム誤差を低減するために、単一の物体の測定戦略を開発するために使用されることができる。必要に応じて、ISOTOPICは、関連する最小検出可能活性を含む重み付け平均報告書を提供することができる。

全体的に言えば、結果の正確性の主な影響要素は：統計と計数時間、校正不確実性、単一物体に対する繰り返し測定回数（ランダム不確実性）、基質密度と核種分布の不均一性、および異なる方向から単一物体に対する測定回数（システム誤差）である。

10〜50%の精度範囲は代表的であるべきであり、より小さい範囲は均一で軽量なマトリックスに明確に定義された幾何学的形状である。

分析ライブラリマネージャ
ISOTOPICには、カスタム分析ライブラリを構築するための統合ライブラリエディタが含まれています。エディタでは、オペレータがプライマリライブラリから核種とピークを切り取り、貼り付けることができます。個々のピークに識別マーク（単一の脱出ピーク、X線、その他）と分析（キーライン、または活性計算から除外）を追加し、ライブラリを任意の名前で保存します。また、完全なNuclide Navigator（核種ナビゲータ）ライブラリツールも統合されています。ISOTOPICでは、Microsoft Accessデータベース形式の「核種ナビゲータ」ライブラリ（変換不要）を読み込み、データベース形式でライブラリを保存して核種ナビゲータで使用します。

品質保証
ISOTOPICの品質保証はANSI N 13.30の要件に適合している。各検出器について、次のことが監視されます。

• プローブ本体底
• すべての較正核種の総（減衰補正）活性度
• 平均FWHM比（スペクトルとキャリブレーション基準）
• 平均FW 1/10 M比（スペクトルとキャリブレーション基準）
• ライブラリ値との平均ピークオフセット
• 実際のピーク中心エネルギー

計算詳細

容器の同位体モード方法の概要
容器中の同位体の活性度は以下の式により与えられる：

その中

A_同位素=報告された同位体活性度（Bq／μCi の）。

PA_メアス＝測定された同位体基準ガンマ線のピーク面積カウント率（c/s）。この量はスペクトルと収集活動時間から直接決定することができる。短半減期同位体または流動試料中の試料活性の急速な変化がある場合、ORTECのZDTデッドタイム補正アルゴリズムは非常に有用である。

CF_項目=容器、マトリックス、サンプルの自己減衰補正係数。ISOTOPICは、構成に提供される物理データに基づいてこれらのデータを計算する。

CF_コル=コリメータ補正係数。一部のガンマ線はゲルマニウム検出器の周りのコリメータを貫通する。コリメータ補正因子は、コリメータの直径、コリメータの深さ、コリメータの肉厚、放射線の角度及びエネルギーに大きく依存する。

コリメータによって遮蔽されていない活性部分を計算してから、残りの活性がコリメータを貫通する長さを計算することによって、コリメータ補正係数を決定することができる。これは、測定された物品のボクセルごとに決定される。

コリメータがない場合は、1に設定します。

BRレイ=ガンマ線分岐比この情報は核種ライブラリに含まれています。

det＝NISTを用いて点源を追跡して測定した検出器効率（cps／Bq、μCi）。典型的な較正距離は30 cmであり、検出器とソースは点オブジェクトと見なすことができる。近接距離では、検出器の長さと直径寸法を無視することはできません。キャリブレーション中にこれらの寸法を提供することで、簡単な「点検出器」仮説を自動的に修正することができます。MISOTOPIC管理者マニュアル1には、閉鎖幾何形状の補正が記載されている。

同位体のグラム数を報告する必要がある場合マス_同位素の場合、これらは次の式によって与えられる：


その中
N＝同位体の原子数を報告する。
λ_同位素=同位体の減衰定数（秒-1）を報告します。
At＝測定された同位体の原子番号（g／Av）。
Av=アボガドロ定数。

平均複数回測定の結果
複数回の測定結果を組み合わせた後、重み付け平均値を次の式に基づいて計算できます。

A_平均=∑A_iw_i/∑w_i

その中
A_i=各活性度（グラムまたはMDA）結果。
w_i=ユーザー定義の重み付け係数。

どじょうほう
比活性A（Bq/m 2またはBq/g）は、正味ピークカウント率Nfに関係する：

その中
N_f／N₀＝土壌中の所与の源分布について、検出器のエネルギー下での角度補正因子。
N₀ /Φ＝検出器面に垂直に入射するピークエネルギーの平行ガンマ放射線束について、単位当たりの非衝突フラックスのピークカウント率（cpm）γs^–1)。
Φ／A＝ピークエネルギー下で検出器に到達する単位在庫当たりの全未衝突フラックスまたは土壌中の核種濃度(γセンチメートル^–2s^–1)または(γg^–1s^–1)。

較正因子を推定する方法は、検出器に関する情報と測定された放射性核種の分布を使用する：

• プローブ効率（%）
• プローブ方向（上または下）
• プローブアスペクト比（結晶長／結晶径で計算）
• 堆積プロファイルパラメータα/ρ値

すべての自然放出体について、α/ρは0（均一分布）であると仮定する。原状土上の沈降については、α/ρは無限大（表面分布用のみ）であると仮定する。

各キャリブレーションパラメータの値を計算することにより、ISOTOPICにBeckメソッドを適用します。識別されたすべての核種のガンマ線ごとに計算されます。
________________________________________

1Hagenauer，R.C.，「不良放射性同位体の特性評価に対する非破壊検査定量分析」、第4回非破壊検査と非破壊廃棄物特性評価会議論文集、ソルトレイクシティ、1995年。

2 H.L.Beckら、「insituGe（Li）とNaI（Tl）γ線エネルギースペクトル測定」、米国エネルギー省、環境測定実験室、HASL-258，9月（1972）。

3 I.K.HelferとK.M.Miller、「現場スペクトル測定のためのGe検出器の較正因子」、健康物理、55巻、1号、15-29ページ（1988）。

42012年NPL核工業能力試験練習。NPLはIR 30 2013（英国国立物理実験室）を報告する。ORTECシステムの番号は9です。

5 M−1モードにおける土壌特性評価には、結晶長／直径が0.5〜1.3の範囲のHPGeを使用することを提案する。HPGe検出器の80%がこの基準を満たしています。ORTEC PROFILE Mシリーズ検出器は、このおよびISOTOPIC容器測定に最適である。仕様-

一般仕様
収集制御と定量分析機能は簡潔なパッケージに統合され、PCに基づくその場γスペクトル測定システムに適用され、容器、物体、表面と土壌の放射性含有量を測定することができる。

オペレーティングシステム
Windows 7 64ビットハードウェア互換性は、USBとTCP/IP接続プロトコルを使用するすべてのORTEC機器に適用されます。Windows 7とXP 32ビットオペレーティングシステムは、これらの機器やその他の従来のハードウェアにも対応しています。

スペクトル測定ハードウェアサポート
ISOTOPICとORTEC IDM-V-200統合HPGeスペクトル計の併用を提案します。しかし、すべてのORTEC MCB（過去と現在）、およびORTEC CONNECTIONSにサポートされている他のすべてのデバイスと互換性があります。高度な操作をサポート（ハードウェアサポートが必要）：増幅器利得/整形制御、自動PZ、最適化、InSight™パターン、digiDARTフィールドパターン、MCBスペクトル安定化器のパターン設定と統計的不確実性ピーク。一般的には、IDM-200-Vを現場測定に使用することを推奨しています。

サポートされているファイルフォーマット
ORTEC.SPCと.CHNおよびASCII「.SPE」は、ファイル保存、呼び出し、比較機能の標準フォーマットです。A 49-B 32 Data Masterを使用して他のファイル形式をインポートできます。

定量スペクトル解析方法

ピーク探索
指定された核種のライブラリ方向のピーク検索と、指定された核種ではないMariscottiピーク検索、プライマリライブラリと補足（「疑わしい」）ライブラリが使用されます。

インタラクティブバッチサンプルパラメータ調整
対話型マトリックスと容器調整、および新しいマトリックスの自動減衰補正。使いやすい相関解析結果のグラフ表示は、マトリックスを表示することができます。

デコンボリューション方法
ピーク検出器とライブラリの両方を使用して、デコンボリューションプロセスを指導できます。可能な場合、エネルギー/チャネルは、識別されたピークに基づいて自動的に再較正される。

検出制限形式の選択

• ORTEC伝統
• ORTEC臨界レベル
• MDAなし（MDA未満の場合はゼロとして報告）
• KTA規則
• 検出制限2シグマ-日本
• 検出制限3シグマ-日本
• キュリー検出限界
• リソ MDA
• ORTEC LLD 株式会社
• ピーク面積
• 空気モニタリング-Gimrad方法
• 規制ガイドライン4.16方法
• カウントラボ-米国
• DIN 25 482.5検出限界
• DIN 25 482.5検出限界
• GTN 5/CEA/EDF（フランス）
• ニュレグ 0472

ほうかいほせい

• 任意の日付/時間に対して後退または前進する減衰補正

スペクトル補正

• ピークバックグラウンド補正
• ランダム加算（高レートカウント損失）
• ライブラリベースピーク干渉補正

報告
ORTEC標準レポートオプションを選択します。

• ダイレクトプリント
• データベースへの自動書込み
• Crystal Report形式で出力
• HTML形式でレポートします。そこからディスクファイルとして保存できます。

較正

エネルギー較正

• マルチポイント、エネルギー、FWHMの二乗
• 自動エネルギー較正（6006162号）

半経験的効率較正フィッティングオプション：

同位体モード
次のいずれかの方法でポイントソース較正を確立します。

• 単機能多項式（x点）
• コーナーの上と下の補間
• ユーザーが「変曲点」の上または下の両方を設定するには
• ユーザーが「変曲点」の上または下の線形を設定するには

プログラム内部のポイントソースカーネル計算により、ポイントソース較正をマトリックス物理幾何形状に外挿する場合。

無限平面モード（土壌と表面に適用：非コリメート検出器）
Beck 21 m法は、米エネルギー省環境測定実験室（EML）が使用する大型検出器サイズ3に拡張できる。EML法は検出器サイズとIEEE効率値に基づいて効率曲線を生成する。土壌密度と減衰は、ユーザーが編集可能なα/ρファイルで指定します。

どじょうげんすいけいすう
土壌において、減衰は土壌の厚さと密度に依存し、それはパラメータα/ρによってモデル化される（ここで、αは緩和長の逆数であり、特定のエネルギーにおけるフラックスをe倍減少させるために必要な土壌の厚さと定義され、ρは土壌密度であり、単位はgm/ccである）。表面分布では、α/ρは無限大であり、一方、均一（自然放出体）分布では、α/ρは0である。0.05〜0.5の範囲のα／ρ値は、より小さいα／ρ値で表される時間の長い沈降を正確に記述することができることが分かった。

α／ρ値は、測定条件を反映するためにユーザによって編集され得る特定の核種に関連しており、テーブルに格納される。