ORNLが新型放射線検出器を開発　核物質のリアルタイム監視を実現

オークリッジ国立研究所（ORNL）は、施設内の空調ダクトにおける核物質の蓄積を継続的にリアルタイムで監視するための、コンパクトで低コストな放射線検出器を開発した。この装置は、時間を要する人手による検査方法に代わる、安価な自動化システムを提供することを目的としている。この装置は基本的に自動化された円筒形デバイスであり、換気ダクトに直接取り付けることで、継続的なリアルタイム放射線監視を実現する。この監視方法は、原子力施設の安全性、環境保護、国家安全保障の向上に寄与する。

核燃料加工施設では、空調ダクトは天井にある換気経路として機能し、室内空気を継続的に循環、ろ過、排気するために設けられている。これらの施設は高効率パーティクルフィルター（HEPAフィルター）の保護のもと、厳重に密封された加工区域内で放射性物質を取り扱っているが、ウランのような微小な塵粒子は気流中に漏れ出す可能性がある。時間が経つにつれ、これらの微細な放射性粒子が金属配管の内壁に沈着する。未監視の核塵をこれらの天井換気管内に蓄積させると、遮蔽されていない放射線源が生じ、作業者の健康を脅かし、未検査の物質が盗まれたり移転されたりする重大な国家安全保障上のリスクを生み出す。

新型モニタの動作原理

この新しいモニタは、毎分換気ダクトをスキャンすることで継続的な監視を提供し、核物質の蓄積を検出し、最高水準の安全およびセキュリティ基準を履行する。

この12インチの装置は、施設のニーズに応じて2つのシンプルなモードで動作する。バッテリー駆動では最長1か月間稼働し、毎分データサンプルを捕捉・保存する。Power over Ethernet（PoE）で給電する場合は、リアルタイム追跡を実現するため、毎秒データをストリーミング・保存する。イーサネットは旧来のUSB接続に代わり、天井の空調ダクトと中央監視センターの間の長距離接続を可能にする。システムを真にシームレスにするため、研究者らはハードウェアと先進的なソフトウェアを組み合わせた。AIで強化されたアルゴリズムは、ORNLで実施されたリアルタイム試験で収集された実際の施設データに基づいて学習されている。

統合されると、スマートソフトウェアが自動的に放射線信号を分析し、危険物質が危険なレベルまで蓄積した時点で警報を発する。

コスト効率と安全性の向上

全体として、このシステムのコストも比較的安価である。一般的な検出素子のコストはUS$10,000（約HK$78,000）を超える。ORNLチームは、わずか1〜2ドル相当の安価なプラスチックシンチレーション結晶を中心に装置を構築した。放射線が検出器に当たると、この低コストなプラスチック結晶が光子の形で光のパルスを発する。続いて、シリコン光電子増倍管（SiPM）がこれら光パルスを電気信号に変換する。ウランのような物質は独特のエネルギー特性を生み出す。したがって、システムは特定の電気パルスを計測し、安全でない放射線レベルを即座にフラグ付けするようプログラムされている。

プロジェクトリーダーのブレット・ウィザースパンは、この装置が低電力の従来型アナログ処理と安全な現代的なデジタルマイクロコントローラーを組み合わせていると説明する。かさばる真空管に代えてコンパクトなシリコン光電子増倍管を採用することで、検出器の耐温度性能が向上し、全体的なサイズとコストが削減された。

1,000〜US$10,000（約HK$78,000）相当の代替品ではなく、わずか1〜2ドルのプラスチック結晶を採用することで、原子力施設はより経済的に放射線監視を広範囲に展開できる。「これは現行技術よりも千倍安価であり、この目的専用に設計された装置は、原子力施設により正確で、使いやすく、コスト効率の高い代替手段を提供します」とプロジェクト責任者のケリー・グッツは述べた。「これらの装置は、規制負担を軽減することで、原子力施設をより安全かつ効率的にします」。無遮蔽放射線からの保護に加え、このモニタは主要な国家安全保障上の懸念、すなわち、配管内に閉じ込められた未検査の核物質を不正行為者が秘密裏に収集するのを防ぐことにも対応している。

将来応用の可能性

この用途は燃料工場に限らず、研究者らは現在、電子機器を極端な高温への耐久性試験にかけ、次世代溶融塩炉、小型モジュール炉（SMRs）、さらには過酷な環境下での盗難防止のための屋外周辺入口へのモニタ展開を目指している。

項目	仕様
スクリーンサイズ	12インチ
バッテリー駆動時間	最長1か月
データ捕捉頻度	毎分
データストリーミング頻度	毎秒

新型放射線検出器の影響と応用の見通し

この新型放射線検出器の開発は、原子力施設の安全監視技術における重要な進歩を示している。低コストかつ効率的な監視ソリューションを提供することで、この技術は運用負担を軽減するだけでなく、放射性物質の違法な収集を効果的に防止し、国家安全保障を強化する。溶融塩炉や小型モジュール炉での使用を含む将来応用の拡大に伴い、この技術は複数の分野において重要な役割を果たし、原子力の安全発展を促進する可能性がある。