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放射性物質可視化カメラを搭載したドローンシステムを開発

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ドローンで広範囲の放射線量を速やかに可視化

福島県内の帰還困難区域を含む屋外環境において、 福島第一原子力発電所(以下1F)事故に伴い環境中に飛散・沈着した放射性物質の分布を把握することは、除染作業者への情報提供や住民帰還への指標とする上でとても重要となる。しかし、従来のサーベイメータを用いた放射性物質分布の測定では広範囲エリアの測定に時間がかかり、足場の悪い場所では怪我等の危険も伴うために事前の処置等も必要となり、作業コストの増加が懸念される。そのため、簡便に広範囲を放射性物質分布測定できる手法が求められていた。

国立研究開発法人日本原子力研究開発機構(以下原子力機構)と株式会社千代田テクノル(以下千代田テクノル)は、福島県浜通り地元企業の株式会社栄製作所等と連携して、ドローンに放射線源の位置推定が可能な小型軽量コンプトンカメラを載せた遠隔放射線イメージングシステムを開発した。

図1
実証試験を行なったエリアで測定した放射線分布のカラーコンター図(図1)
同じエリアをサーベイメータで測定した結果 (下)

本技術は、原子力機構廃炉国際共同研究センター(富岡町)と千代田テクノル福島営業所(楢葉町)で開発され、地表面との距離を測るためにレーザ光を利用した測域センサ(LiDAR)を用いて作成した3次元地形モデルを利用して放射性物質分布を3次元的に可視化するもの(図1)。本手法では上空からの測定が可能となるため、広範囲を迅速にかつ安全に測定することが可能となる。

図2
実証試験を行なっているドローンシステムでの測定風景

今回、本システムを用いて帰還困難区域で実証試験を実施し、図1に示すような3次元的な放射性物質分布図を描画することに成功した。図1は放射性物質が多く沈着している箇所を赤く示すカラーコンター(等高線)を表示している。比較のため、従来のサーベイメータを用いて取得した線量率分布マップを併記。試験の結果、道路やあぜ道に存在するホットスポットをドローンの飛行によって遠隔で可視化できることが確認された。今回測定を行なった約7,000 m2の広範囲エリアは草木の手入れがされておらず足元も悪かったため、サーベイメータを用いたホットスポットの探索に関わるデータの取得に半日以上を要した。しかしながら本システムを用いることにより、30分未満という短時間で測定が完了。このように、本システムは短時間で広範囲エリア内における局所的なホットスポット検知を可能とするだけでなく、作業者の被ばくや怪我などの安全に対するリスクを低減することにも有効となる。

本事業は福島県地域復興実用化開発等促進事業費補助金事業の採択課題「無人飛行体をプラットフォームとする放射線分布の3D可視化技術の開発」(代表:原子力機構 佐藤優樹研究員、千代田テクノル 小澤慎吾研究員)として実施したもの。なお、本システムは2019年度中の実用化を予定している。

 

■研究の背景と目的
福島県内の帰還困難区域を含む屋外環境において、1F事故に伴い環境中に飛散・沈着した放射性物質がどこにどのように分布しているかを把握することは、除染作業者への情報提供や住民帰還への指標とする上でとても重要。しかし、帰還困難区域においては草木の手入れがされておらず足元が悪い状況などもあり、従来のサーベイメータを用いた広範囲エリアの放射性物質分布測定では時間がかかり、作業コストの増加が懸念される。

開発した遠隔放射線イメージングシステム。
搭載した(左)小型軽量コンプトンカメラと(右)測域センサを示す。

これを踏まえて原子力機構と千代田テクノルは、広範囲エリアについてホットスポットを含む詳細な放射性物質分布を測定することを目的とし、放射線源の位置を推定できる小型軽量コンプトンカメラを載せたドローンシステム及び3次元地形モデルを利用した放射性物質分布の3次元可視化手法を開発した。

■研究成果
原子力機構と千代田テクノルは、福島県浜通り地域地元企業である株式会社栄製作所(南相馬市)等と連携して、重さ1.5 kgの小型軽量コンプトンカメラをドローンに搭載し、GPSセンサ及び慣性計測センサ(IMU)を用いて、コンプトンカメラの自己位置及び姿勢情報をリアルタイムで計測することにより、移動しながらコンプトンカメラによる測定を可能にした遠隔放射線イメージングシステムを開発した。機動性に優れるドローンを用いることにより、従来人の手で地上において実施していたサーベイメータによる測定と比較して、広範囲を迅速にかつ安全に放射性物質の分布を測定することが可能となった。さらに、サーベイメータを用いた点による放射線量の測定とは異なり、面的に測定することができるため、より詳細に放射性物質の分布を把握することができる。

しかしながらコンプトンカメラを用いた測定では、放射線の飛来方向を特定するためにカメラの自己位置や姿勢の情報が既知である必要があり、従来は移動しながらの測定は難しく、固定した状態で測定を実施していた。本システムは自己位置や姿勢が認識できることから、動きながらでも測定が可能。また測域センサを搭載することによって作業環境の3次元的な地形モデルを取得することができる。このためドローンと測定対象地点間の距離を把握することができ、地表面までの距離が遠くなることによる放射線検出数の減少を考慮して地表面に沈着した放射性物質の分布を3次元的に可視化することができるようになった。さらに、今回開発したソフトウェアにより、放射性物質のイメージに3次元地形モデルと国土地理院の航空写真を重ね合わせ、ディスプレイ上に放射性物質の分布を3次元的に表示することができる。

■成果の活用・今後の予定
本システムは、広いエリアでも短時間でモニタリングや民家や里山における局所的な汚染の検知に有効であり、帰還困難区域で自治体や帰還を望まれる避難者の皆様への情報提供に資することが期待される。さらに、廃炉作業が進行中である1Fにおいても、サイト内の放射性物質分布を3次元的に可視化することにより、ホットスポットの効率的な把握や除去、効果的な遮へいにより廃炉作業の円滑な推進に貢献できると考えている。なお、本システムは2019年度中に実用化し、広く利用していただけるようにする予定だ。


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この記事は私が書きました。