[論文レビュー] A unique radioisotopic label as a new concept for safeguarding and tagging of long-term stored items and waste

Dina Chernikova, Kåre Axell|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2013

Nuclear and radioactivity studies参考文献 8被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、半減期が異なる放射性核種の固有の組み合わせを用いて、核廃棄物、使用済み燃料、水銀貯蔵容器のための安全で接触を要せず、改ざんに強い識別タグを実現する、画期的な長期的ラジオアイソトープ標識システムを提案する。実験的およびシミュレーション結果により、ガンマ線スペクトルが特定の核種配置に対応して固有のシグネチャを示すことが確認され、数世紀にわたる環境的安定性と高いセキュリティを備えた多次元ラジオアイソトープバーコードの実現が可能であることが示された。

ABSTRACT

The present paper discuss a novel method of tagging and labeling of waste casks, copper canisters, spent fuel containers, mercury containers, waste pack- ages and other items. In particular, it is related to the development of new long-term security identification tags/labels that can be applied to articles for carrying information about the content, inventory tracking, prevention of falsifi- cation and theft etc. It is suggested to use a unique combination of radioisotopes with different predictable length of life, as a label of the items. The possibil- ity to realize a multidimensional bar code symbology is proposed as an option for a new labeling method. The results of the first tests and evaluations of this are shown and discussed in the paper. The invention is suitable for use in items assigned to long-term (hundreds of years) storing or for final repositories. Alternative field of use includes fresh nuclear fuel handling and shipment of goods.

研究の動機と目的

• 長期にわたり貯蔵される核廃棄物および危険物に対して、安全で耐久性のある識別システムを開発すること。
• 従来のタグ技術の環境的安全性、耐久性、改ざん防止性における限界を解決すること。
• 100年以上にわたって接触を要せず、信頼性があり、一意の識別が可能なシステムを実現すること。
• 煙検知器からの廃棄物（例：241Am）を核種タグの供給源として再利用する可能性を検討すること。
• ガンマ線分光法のシグネチャを用いて、多次元ラジオアイソトープバーコードの実現可能性を実証すること。

提案手法

• 異なる予測可能な半減期を持つ放射性核種の固有の組み合わせを、物体への物理的タグとして使用すること。
• 高純度ゲルマニウム（HPGe）検出器を用いたガンマ線分光法により、核種シグネチャを読み取ること。
• 容器の表面または内部に核種を1次元または2次元のパターンに配置することで、多次元バーコード記号を設計すること。
• アルファ線を発する核種（例：241Am、210Po）と、アルファ線誘発反応により特徴的なガンマ線を発する材料（例：9Be、23Na、19F、10,11B、30P、7,6Li）を組み合わせること。
• コリメーターとシールドを用いて、タグマトリックス内の特定の位置からのガンマ線を分離・検出すること。
• シミュレーションと実験のエネルギースペクトルを比較し、源の位置に応じた写真ピーク強度の差が検出可能であることを検証すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 予測可能な崩壊プロファイルを持つ核種を用いて、固有で長期にわたるラジオアイソトープシグネチャを生成できるか？
• RQ2 ガンマ線分光法により、タグマトリックス内の異なる核種配置に対応する明確なスペクトルパターンを検出できるか？
• RQ3 ガンマ線シグネチャを用いて、ラジオアイソトープパターンから多次元バーコードを信頼性高く符号化・復号化できるか？
• RQ4 提案されたシステムは、核廃棄物埋設施設での使用に十分な環境的安定性と改ざん防止性を備えているか？
• RQ5 使用済み煙検知器などから得られる廃棄物由来の核種（例：241Am）が、このタグシステムで効果的に再利用可能か？

主な発見

• 実験におけるガンマ線スペクトルでは、コリメーターが源の位置を向いている場合と空の位置を向いている場合で、写真ピーク強度に明確な差が認められ、検出可能なスペクトルシグネチャであることが確認された。
• 34 keVガンマ線は、コリメーターが源の位置を向いている場合にのみ観測され、シミュレーション結果と一致し、位置依存検出の妥当性が裏付けられた。
• 実験のスペクトルは、シミュレーションよりも分解能が高かった。これは、コリメーターの開口部が広め（実験：3 mm、シミュレーション：1 mm）であるためと考えられる。
• 異なる核種配置から得られる固有のスペクトルパターンは、ガンマ線シグネチャを用いた多次元バーコードの符号化の可能性を示している。
• 本システムは、接触を要せず、長期的かつ安全に識別が可能であり、煙検知器などの装置からの放射性廃棄物の再利用の可能性を有する。
• 本手法は、すべての5つの主要要件を満たしている：環境的安全性、接触なしでの読み取り、長寿命の運用、大容量の一意記憶、改ざん防止に対する高いセキュリティ。