1.1 放射線応用計測器

 放射線応用計測器の実用化が始まったのは1950年代の半ばからです。1954年に後方散乱形β線厚さ計をアルミニウム箔製造プロセスへ適用することから始まりました。これにより、製造ラインの非接触測定が実現できました。同じ年に、透過形β線厚さ計が実用化され、ゴムシート製造ラインで使用されました。
 続いてγ線レベル計、γ線厚さ計、γ線密度計、中性子水分計などが実用化されました。
 放射線応用計測器の基本構成は、「線源、検出器、電子回路」であり、それぞれについて1950年代から1960年代にかけて工業利用化の研究がされました。検出方式は、用途により電離箱方式とシンチレータ方式に大別されます。
 密度計のような電離箱方式では、微少な電離電流を検出する必要があり、シリコンダイオード可変容量素子を利用した固体化電位計を実現することにより安定性の向上が実現できました。
 レベル計の検出器は最初にGM管が使われていましたが、より工業用に適したシンチレーション方式の検出器が開発されました。
 ハードウェアの実用化に加え、「測定システムの最適化設計」が進められました。1956年頃には鋼板、フィルムあるいはタンク内液体などの測定対象物質とその面積重量に最適な線源核種およびその強度の選定方法に関する理論が確立されました。工業用測定には、線源と検出器間(測定ギャップ)にある測定対象の位置変動、測定ギャップの空気層の密度変動、測定ギャップ内に存在する蒸気や異物などの外乱物質、線源と検出器の相対的位置変動などが外乱として存在しますが、様々な工夫とユーザの協力を得るなどの努力により、1950年代の終わりには、測定システムとしての原理設計は一応の完成を見ました。
 1960年代はアプリケーション開発の時代であり、鉄、紙、化学プロセスなどそれぞれに特化した専用の計測制御システムが登場しました。例えば抄紙機への適用の例では、まずβ線による坪量(紙単位面積当たりの質量)の測定から始まりました。次に、水分量測定の要求が発生し、赤外線吸収方式の水分センサが使われました。続いて、紙の物理的厚さ、色、光沢、平滑度などのセンサが前述のセンサと共存して抄紙機測定制御システムを構成するようになりました。
 1970年代以降は、マイクロプロセッサ(MPU)や光ファイバなど時代の最先端技術を取り入れて、性能と機能の向上が図られました。
 特にMPUの登場は、測定信号のリニアライズ、指数関数演算、外乱影響のリアルタイム補正、測定システムとしての自動校正などに威力を発揮しました。これにより従来のディスクリート素子による回路構成が陳腐化し、性能が向上し、自由度の高いシステムを実現できました。
 この時代はまた、素材への適用から二次加工材への適用に広がりを見せた時期でもあります。例えば、磁気フィルム厚さ計、シームレスパイプ厚さ計、ミル直近厚さ計に代表されます。
 環境問題の高まりに対し、公害基本法が1967年に制定され、その3年後に、石油中の硫黄分を測定する石油硫黄計が開発されました。
 欧米諸国に比して法規制が厳しく、放射線応用計測器の有効利用を制限しているとの考えから1982年に「表示付装備機器制度」が導入されました。この制度は、一定の設計条件などをクリアして承認された機器に対しては、使用の条件および放射線取扱主任者(以下取扱主任者)の条件を緩和して利用できる道が開かれました。その第1号としてガスクロマトグラフ用エレクトロン・キャプチャキャプチャ・ディテクタ(GC-ECD)が導入されましたが、同時期に水道中のトリハロメタンの存在が全国的に問題となり、GC-ECDの需要が急激に高まりました。
 放射線応用計測器の分野は、成熟していると思われがちでありますが、安全な微弱放射線で充分な計測が出来るように今後も改良され、これからも産業の発展に伴い、非接触かつ透過して計測できるなどの放射線の特徴を生かしたアプリケーションが次々と拡大していくはずであります。
 主な放射線応用計測器の完成時期を表1.1に示します。

表1.1 放射線応用計測器年表
年 代 放射線応用計測器
1954年
1956年
1957年
1958年
1959年
β線反射形厚さ計、β線透過形厚さ計
γ線レベル計(GM式)
γ線厚さ計
γ線密度計(シンチレータ式)
γ線密度計(電離箱式)
1960年
1961年

1963年
1964年
1966年

1969年
中性子水分計(BF3式)
熱間圧延厚さ計(アナログ式)
紙用厚さ計
厚さ計(固定電位計式)
ECDガスクロマトグラフ
連鋳用レベル計
γ線インターロック装置
抄紙機用坪量水分計
H型鋼用厚さ計
1970年

1976年

1979年
フィルム用厚さ計(Pm式)
石油硫黄計(透過X線式)
γ線厚さ計(12bit マイコン搭載)
X線マルチチャンネル検出器
石油カロリー計
1981年
1982年
1983年
1984年

1985年
1986年
1989年
中径シームレスパイプ厚さ計
中性子水分計(Cf式)
磁気フィルム用厚さ計(β−X線)
γ線厚さ計(16bit マイコン搭載)
レベル計(光ファイバ式)
小型シームレスパイプ厚さ計
ミル直近厚さ計
塗工量計(Ca量計)
1993年
1994年
1995年
γ線レベル計(プラスチックシンチレータ)
X線式フィルムシート厚さ計
γ線厚さ計(32bit マイコン搭載)