放射线测量仪——实现180度可视 - 全文

　　用颜色显示放射性物质释放的放射剂量的摄像机接连在日本问世。面向普通消费者的低价格放射剂量计3个月创下了17万台的销售纪录。核电站事故已经过去1年，用于掌握看不见的放射线的新产品还在不断推出。

　　核电站事故发生后，用颜色显示放射性物质释放的放射线这种看不见的“威胁”的摄像机陆续问世。

　　东芝和日立消费电子相继推出了使放射剂量可视化的“伽马摄像机”。价格方面，东芝的“便携γ射线二维可视化装置”为1200万日元起，日立的“放射线测定装置”的设想价格为3000万日元左右。从价格可以看出，产品主要面向的是电力公司和地方政府等业务用途。

　　

　　两款产品的使用方法相同。只要把摄像机对着希望测量放射剂量的区域拍摄，与之相连的个人电脑上就能以不同的颜色显示出剂量大的热点。为了解决“希望知道应该对哪个区域去污”、“去污后剂量依然没有下降，希望锁定污染源”的问题，福岛县内已经使用这二者进行了测量，取得了一定的效果。

　　二者的基本原理也完全相同。伽马摄像机除了普通的光学摄像机之外，还内置了测量放射剂量的传感器。传感器的结构非常简单，用一句话来说，就是利用了“针孔摄像机”的原理。放射性物质释放的γ射线穿过小洞（针孔）照射到替代胶片的元件“碲化镉”（CdTe）上，对其强度进行识别。此处测量到的数据将与光学摄像机拍摄到的影像重叠，确定哪一区域是放射源。

　　东芝过去曾为医疗机构开发过伽马摄像机。核电站事故发生后，东京电力于2011年5～6月提出了“希望测量核电站内剂量”的委托。因此，该公司运用在医疗业务中培育的知识经验，开发出了伽马摄像机样机。

　　第一台摄像机的重量虽然是现行摄像机的3～4倍，但是，“如果减轻重量或许还能够应用于去污目的”（担任开发工作的东芝原子能福岛重建技术部项目统括主管金井祐和）的想法为此次的产品化创造了契机。日立同样积累了医用半导体放射线检测技术，并借此实现了商品化。

　　价格差距达到2倍以上的两款产品究竟有何不同？首先，东芝的卖点是9.8kg这一方便携带的极轻重量。为了降低价格，功能也做了精简。既不能确定碘和铯等核素的种类，也测量不到精确的数值。金井表示，参数之所以如此简单，“是因为现场的首要任务是找出放射热点。具体数字还要靠专用仪器测量”。

　　而日立产品在设计上更加注重精度。放射线检测应用事业推进部部长茂呂荣治表示，“重量和SN比（信噪比）是此消彼长的关系”。该产品的标准重量为16.8kg，携带并不方便。

　　重量大的原因在于铅的量。空间中的γ射线除了来自放射性物质之外，还有很多来自宇宙和地表，在检测时会成为噪声。该产品通过在传感器周围配置厚重的铅，用来除噪，提高了核素确定和数值检测的精度。除此之外，两款产品在有无激光测距仪和碲化镉的元件数量等方面也存在差异，其结果便是前面提到的价格差。

　　基本实现180度可视化的产品

　　但这些摄像机也存在弱点。因为元件周围覆盖着铅，所以重量很大。而且只能测量穿过孔穴的γ射线，视角也存在限制。

　　能够解决这些问题的摄像机也在开发之中。那就是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）的“超广角康普顿摄像机”。这种摄像机采用原本为宇宙γ射线高感度观测开发的技术，能够以几乎180度的超广角实现放射性物质分布的可视化。

　　

　　康普顿摄像机抓住γ射线具有粒子性质这一特点，利用了γ射线与物质中的电子冲撞改变其方向的“康普顿散射”现象。这种现象可以简单理解成台球的两颗球相撞改变方向。

　　JAXA的摄像机叠加了硅半导体和碲化镉半导体两种元件。进入摄像机的γ射线首先撞击硅中的电子改变角度，能量也随之衰减。接着，散射的γ射线将被碲化镉吸收。通过分别计算γ射线在两种半导体元件中反应的位置和能量，只需使用摄像机的数据，尽可计算出γ射线来自的方向。因此无需像针孔摄像机一样通过遮蔽限制γ射线的入射方向。

　　试制机如今已经完成，并且在福岛县内进行了验证试验，但量产还为时尚早。JAXA准备在今后对实用化进行探讨。

　　热销17万台的放射剂量计

　　对于一般消费者而言，数千万日元无法承受，但数千日元自然负担得起。核电站事故发生后，低价位放射剂量计的销售异常火爆。

　　其代表是2011年10月S.T.推出的“AIR COUNTER”（9800日元），销量约为8.4万台。2012年2月问世的后续机型“AIR COUNTER S”（7900日元）如今已经售出了17万台。另外，从1989年开始销售放射剂量计的老字号——日立阿洛卡医疗2011年之前的年供货量为3000台左右，主要顾客是研究者。而在核电站事故发生后，“包括民营企业和个人在内，过去完全不需要放射剂量计的顾客购买的案例越来越多”（测量系统营业部田中守），“PDM-122”（2.49万日元）的供货量增加到了约5万台。仅1年的销量就相当于过去的16年。

　　

　　日用品企业S.T.当然没有开发放射剂量计的经验。在东日本大地震刚刚过去的3月底，以会长铃木乔在视察磐城工厂时提出的“我们自己能不能制造放射剂量计”的建议为契机，该公司从零开始启动了开发。

　　S.T.与日立阿洛卡的产品也具有相同的基本结构。检测使用半导体，通过计算穿过半导体的γ射线的数量，测量放射剂量。第一代AIR COUNTER内嵌3枚5mm见方的半导体，AIR COUNTER S为了提高精度，把半导体数量增加到了4枚。检测时间从最长5分钟缩短到了2分钟，易用性也得到了提升。

　　无论是哪种价位的放射剂量计，在供货之前，都需要实施确定剂量检测是否准确的“校正”作业。在工厂大量生产放射剂量计虽然简单，但耗费时间的校正作业似乎成为了生产的绊脚石。AIR COUNTER S通过把检测时间缩短到2分钟，成功削减了校正耗费的时间开发该产品的S.T.商品开发部第4组奥平壮临表示，“大量生产的难度因此得以降低，虽然增加了半导体的数量，价格却降低了近2000日元”。

　　福岛第一核电站释放的铯137的半衰期约为30年。“西弗”和“贝克勒尔”等专业术语如今已经变得人尽皆知。为了使放射线这种看不见的威胁实现可视化，或者是数值化，这种检测仪的需求恐怕还将继续下去。