皆さま、こんにちは。
4月に入り、フレッシュな気持ちで新年度、新学期を迎えていらっしゃることと思います。
いつも横浜市民測定所の活動をご支援くださいましてありがとうございます。

おかげさまで3月5日をもちまして、測定所も開所から2年目に入りました！
これを機にメルマガをリニューアルして、今後は横浜市民測定所のブログの内容を、
広くご紹介していきたいと思います。
メルマガリニューアル後、第1回めの今回は、分析スタッフによるブログからお届けします。
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★放射線検出のしくみって？スペクトルって何？

★「間違いが精度を向上させる」？！NaI測定器の欠点を克服する、統計のお話

★横浜市民測定所のスゴイ奴、「オレピークサーチ」

当測定所の使用するAT（NaI測定器）は、感度は高いけれど、Ge半導体検出器に比べると、
分解能（放射性核種を見分ける能力）は低いと言われています。
そんな欠点を克服するのが、横浜市民測定所のヒミツ兵器その１「オレピークサーチ」
（通称オレピ。分析スタッフが独自に開発したデータ解析プログラム）です。
「オレピ」を使うと、どうして天然核種の影響を排除して、低ベクレルの汚染の有無を見きわめられるのか？
そのしくみをお教えします！

こちらから、このブログを画像と、より詳細な注入りで見られます⇒　http://ycrms.blog.fc2.com/blog-entry-52.html

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【ブログ紹介】
■オレピークサーチのしくみ■

http://ycrms.blog.fc2.com/blog-entry-52.html

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今日は、横浜市民測定所の分析スタッフ山下さんが開発した「オレピークサーチ」の
しくみについてのご紹介です。
前にブログでご紹介した、「オレピークサーチ」は、AT1320Aで出力したスペクトル
を分析し、セシウム等の放射性核種のピークを同定するプログラムのことです。

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1　核種崩壊とその同定

　γ線は原子核内部から出る光（電磁波）で、核種の崩壊に伴って、高くなったエネ
ルギー状態が低くなる時に発生します。この時出る光の色は核種によって決まっていますので、
出た光の色を調べれば核種がわかります。これが核種の同定原理です。簡単ですね。

2　γ線スペクトルと検出器

　光の色をエネルギーで分類したものをスペクトル（spectrum)と呼びます。太陽の
光をプリズムで分光した時に現れる、虹色の帯もスペクトルの一種です（青側がエネ
ルギーが高く、赤側が低い）。核種ごとに出るγ線も電磁波の一種ですからスペクト
ルで表す事ができます。しかし、太陽光と違ってγ線は物凄い高エネルギーの電磁波
で、人間の目には見えません。見えませんから色はわかりません。そこで、γ線の色
を識別するのに良く使われる道具がシンチレータや半導体検出器です。測定所の
AT1320AはCsを添加したNaIを使ったシンチレータ方式で、Geに比べ、安くて取り扱いが簡単です。
しかし、スペクトルの分光能力、すなわち分解能が悲しいかな貧弱です。
安かろう悪かろう、ですね。

3　NaIシンチレータによる検出

　核種ごとのγ線エネルギー（光の色）は非常に揃っていて、輝線（きせん）と呼ばれます。
これは、鋭い針のようなスペクトルピークを持っています。優れた分解能を持つGe
半導体検出器を使うと、簡単に核種を見分けることができます。しかし、NaIシンチ
レータ検出器の分解能は、Ge半導体検出器のそれの約1/50しかありません。
Ge半導体では分離可能な50種類の異なる色の光が、全部同じ色に見えてしまう情けなさです。

例えば、有名なI-131のγ線は364.49KeVのエネルギーピークを持っていますが、
ちょっと横の351.93KeVの所に天然放射性核種であるPb214のγ線ピークがあります。
この程度のエネルギー差（色の違い）は、Ge半導体検出器なら見分けられますが、
NaIシンチレータでは区別が出来ません。同じ現象が、Cs-134の604.72KeVとBi-214の609.32KeVでも起きます。
あら、どうしましょう？

4　間違いが精度を向上させる？～統計的性質の利用

　NaIシンチレータの分解能が低いのは、γ線を受けたNaI蛍光体が、揃った色の鋭い光を出さないからです。
「正確な」色も出すのですが、それに混じって「間違った」色も出しているわけです。
さらに、蛍光体から出た光は極めてかすかなため、光電子増倍管というアンプで増幅しています。
この過程でまた「間違い」が起こり、更に分解能を低下させます。

　この「間違い」の発生は、シンチレーション現象という物性に基づくもので、消す
ことは不可能です。「間違い」とは何かメチャクチャなイメージがあります。しかし
この「間違い」の発生頻度は、真の光の色からの離れ具合でだいたい決まっているの
です。実はなかなか律儀なヤツだったんですね。

　真の光の色（エネルギー）からのズレの大きさと、数え間違いの光の「数」とに一
定の関係があるわけですから、逆に、この一定の関係を前提にして、光の「数」の形
状（＝ズレ具合）から、真の光の色（エネルギー）を「推測」することが出来ます。

5　オレピークサーチの動作原理と近接したピークの分離

　放射能検出器のスペクトル図は、γ線の数を、エネルギー毎に仕分けて数えたものです。
AT1320Aのシンチレータ検出器は、盛大に数え間違いを起こすため、おのおのの核種の出すγ線の周囲に、
間違ってカウントされた光の数が散らばって観測されます。この間違いカウントは、
γ線ピークから離れるに従って、だんだんその数が減少していくため、スペクトルの山が徐々に低くなっていきます。
このため、でろーんと広がった、鈍いピークを示します。この形状が統計的な確率分布を表しています。

AT1320Aでは、おおむねこれを正規分布とみなして構いません。オレピークサーチでは、
スペクトル図に対し、あらかじめ決め打ちした放射性核種のエネルギーピークを
中心とした正規分布曲線でフィッティングを行い、ピークの同定を行なっています。
測定器は離散的にしかエネルギーを分解できませんが、正規分布は連続分布なので、
測定器のエネルギー区分とは無関係にフィッティングをします。このため測定器の
物理的分解能を超えて「推測」することが可能になります。これが近接したピーク分離の原理です。

　Cs-134とBi-214を例に解説しましょう。これらの核種もγ線ピークの周辺に数え間違いによる
カウント数が積上げられていて、正規分布型の山ができているはずです。
しかし、この二つの核種はピークが非常に接近していて(図1 http://bit.ly/10SLes6)、
分解能の劣るNaIシンチレータではまるで一つの山のように見えてしまいます。
ところが二つの核種はそのピークがずれているため、足し上げた山の形状は、
微妙に正規分布とは異なります(図2 http://bit.ly/10SLqYh)。
正規分布を前提にして、このズレ具合を統計的に処理すると、
Cs-134とBi-214、どちらがどの程度混ざっているかが推測できます。

分析スタッフ山下

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