図１ 照射用パッケージ各面の名称
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食品照射特定総合研究の指定品目の一つであるウインナーソーセージについては、これまでにネトの発生を防止し、貯蔵期間の延長を図ることを目的としたγ線照射処理法が検討されている。
食品照射において大量の試料をγ線処理する場合、パッケージに厚みがあるため、、試料の吸収線量は必然的に分布を待つ。したがってパッケージ中の吸収線量をより均一にするような照射条件を検討する必要がある。そこで本実験では、ウインナーソーセージをパッケージ照射した場合の吸収線量分布を静置照射ならびにコンベア移動照射につき測定し、実用化に際しての均一照射条件を検討した。
線源は、原研高崎研の長さ１２０ｃｍ，高さ３０ｃｍの１４０ｋＣｉコバルトー６０板状線源を用いた。ウインナーソーセージは、市販の小袋包装品（２０．５×１１．５ｃｍ、１５０ｇ入）を用いた。このウインナーソーセージは、３０袋を２０×３０×３０ｃｍダンボール箱に詰め（平均密度０．２７ｇ／ｃm3）その中に線量計を入れて線源に対して図１に示すように置いて照射した。パッケージ各面名称は以下図１に示した記号で呼ぶこととする。
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鉄線量計及びポリメタクリル酸メチル（以下ＰＭＭＡと略す）を用いた。鉄線量計は比較的精度が高く、エネルギー依存性の小さい線量計であり、また食品は一般に大部分が水であるので試料中の吸収線量測定に適していると考えられる。しかし鉄線量計は形状が１０φ×１５０ｍｍと大きいためパッケージ内に数多く入れることができないという欠点がある。そこで、これと併用して、形状が比較的小さく測定操作が簡単なＰＭＭＡをパッケージ内の各部位の線量測定に用いた。
３回精製水を用いて調製した硫酸第１鉄溶液（鉄濃度４×１０・Ｅ（−２）Ｍ、食塩濃度１×１０・Ｅ（−３）Ｍの０．８Ｎ硫酸酸性水溶液）を酸素飽和し、これを１０φ×１５０ｍｍ肉厚１ｍｍの共栓付パイレックス試験管に入れて線量計とした。照射後３０４ｎｍにおける吸光度変化を測定し吸収線量を求めた。
市販の三菱アクリライト（厚さ１ｍｍ）を４５×１５ｍｍの大きさに切断し、アルミ箔に包んで光を遮断して照射後、２９０ｎｍにおける吸光度変化を測定し吸収線量を求めた。
ウインナーソーセージを詰めたパッケージを線源の中心線上５×１０・Ｅ（５）Ｒ／ｈｒの線量率の位置に置いて、３０分で反転して計１時間照射した。ｙ方向における吸収線量分布は図２に示したように、ほとんどバラツキは認められず均一であった。用いた線源は、ｙ方向における照射線量ができるだけ均一になるように組み立ててあるが、線源の中心線から離れた位置で照射する場合には、ｙ方向の吸収線量分布が不均一になることも考えられる。しかし、コンベアを用いた実用規模の照射ではｙ方向にパッケージを移動することになるので、問題にならないであろう。
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線量率５×１０・Ｅ（５）Ｒ／ｈｒの位置で反転照射した時のパッケージ内ｚ方向における吸収線量分布を図３に示した。ｚ方向における吸収線量分布はパッケージの高さの中心（１５ｃｍ）の位置で最も高く、両端が低いという結果が得られた。本実験で用いた線源は高さ３０ｃｍで、図４に示したように両端部分の比放射能を高くして、ｚ方向の線量分布ができるだけ均一になるように調整してある。しかし各線量率位置でのｚ方向の空間線量分布（照射線量分布）は図４に示したように高さの中心１５ｃｍの位置で最も高く、両端の線量は低くなっていた。各線量率位置における空間のｚ方向の最大・最小吸収線量の比（以下Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎと略す）は、図５に示したように線量率に対して直線関係が得られ、線量率が低い所ほど小さな値を示した。図３に示した結果より求めたパッケージ内ｚ方向のＤｍａｘ／Ｄｍｉｎは１．１０であった。
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線量率５×１０・Ｅ（５）Ｒ／ｈｒの位置で反転照射した時のｘ方向における吸収線量分布は図６に示すごとくなり、ｘ方向の線量不均一性はウインナーソーセージにγ線が吸収されるために生じるもので避けることはできない。
そこでパッケージ照射の実用化に際しては、ｘ方向の吸収線量分布の不均一性をいかに小さくするかということが最大の問題点となる。そこで１４０ｋＣｉの線源を用いて、５×１０・Ｅ（５）Ｒ／ｈｒの位置で１時間照射したときのパッケージ内のｘ方向における吸収線量分布を測定し、結果を図７に示した。この結果から反転照射した場合のｘ方向におけるＤｍａｘ／Ｄｍｉｎを求めると、１４０ｋＣｉでは１．１２、６０ｋＣｉでは１．２３となり、同じ線量率を用いて照射する場合は大線源を用いると線源と試料距離がはなれるためｘ方向における吸収線量の均一性がかなりよくなることが認められた。
また同一線源を用いる場合、線量率をかえて、つまり線源からの距離をかえて照射すると、線源の放射能をかえた場合と同様の効果がある。これを定量化するため、１４０ｋＣｉの線源について線量率を１×１０・Ｅ（６）、５×１０・Ｅ（５）、２．５×１０・Ｅ（５）、１．７×１０・Ｅ（５）Ｒ／ｈｒとかえた位置で各々１５分、３０分、１時間、１．５時間照射したときの吸収線量分布を測定した。各々の線量率位置で照射したときのパッケージ内のｘ方向およびパッケージ全体におけるＤｍａｘ／Ｄｍｉｎを測定した結果を図８に示した。この結果、線量率に対するＤｍａｘ／Ｄｍｉｎはｘ方向およびパッケージ全体とも直線関係を示し、線量率が低いほど線量均一性がよいという結果が得られた。またこのｘ方向のＤｍａｘ／Ｄｍｉｎ値と図５に示した空間におけるｚ方向のＤｍａｘ／Ｄｍｉｎの値の積が、パッケージ全体のＤｍａｘ／Ｄｍｉｎの値にほぼ一致する。
以上の結果から、パッケージ内の吸収線量分布の不均一性を小さくするには、できるだけ大線源を用いて低線量率の位置で照射してｘ方向の分布を小さくし、しかもｚ方向の空間線量の不均一性をなくすように線源を組むことが必要条件となる。たとえば、１４０ｋＣｉの線源を用いた場合、線量率１．７×１０・Ｅ（５）Ｒ／ｈｒの位置（線源〜ケース間７５ｃｍ）で照射すれば、２０×３０×３０ｃｍのパッケージ内のバラツキをＤｍａｘ／Ｄｍｉｎ１．１３におさえることができる。一方、実用的な照射条件を検討するために、線源とパッケージの間隔を短くして、５×１０・Ｅ（５）Ｒ／ｈｒの位置（線源〜ケース間３０ｃｍ）で反転照射した時の線量均一度は、厚さ１０ｃｍで１．２６、２０ｃｍでは１．４０となった。
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Ｉの静置照射実験の結果、厚さ２０ｃｍの箱につめて照射すると線量均一度１．４〜１．１で照射できることが明らかになった。本章では市販流通ケースを用いて、またコンベアによる連続照射を行う実用的な方法を想定した実験を行った。また照射効果の研究により、ウインナ−ソ−セ−ジは最大線量５００ｋｒａｄ、最小線量３００ｋｒａｄであるので線量均一度は１．６７（５００／３００）以下で実施すればよい。
９図に示すパッケージ連続照射用リニアモーション、２パスタイプのコンベアを使用した。照射は、板状線源の両側のコンベア上で行われ、コンベア速度は０．１〜３ｍ／ｍｉｎの範囲で連続的に可変で、移送できるパッケージの大きさは４５０（巾）×３００（高）×２００〜４５０（厚）ｍｍである。試料パッケージは、照射部では互いに間隙なく等速移送され、両面照射が行われる。
コバルト−６０線源はペンシル型線源５本を収納した７５（巾）×１４（厚）×３００（高）ｍｍの線源ケースを単位とし、３，０００（巾）×１４（厚）×３００（高）ｍｍの板状線源組立枠に線源ケースを配置し板状線源として使用した。本実験では線源ケース１３ヶを用い、１，０８０（巾）×３００（高）ｍｍの板状線源とした（１００ｋＣｉ）。
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市販流通ケース寸法が、３２×４８×１４ｃｍ（１５０ｇ×４０袋）であり、本測定に用いたコンベアは、進行方向最大長４５ｃｍであるため、なるべく流通ケースに近い状態に調整して鉄線量計による測定を行った。すなわち３０×４５×１４（ｃｍ）のダンボール箱を使い、厚さ１４ｃｍ（１箱用）、厚さ２８ｃｍ（２箱合わせ）を作製した。この状態を図１０に示す。
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図１１に市販流通ケース１箱並びに２箱合わせにした１４及び２８ｃｍ厚さのパッケージに対する線量均一度を示す。
この結果、厚さ１４ｃｍでは、線源からの距離が１０ｃｍで線量均一度はすでに１．４以内、２箱合わせた厚さ２８ｃｍの場合は線源からの距離が３０ｃｍ以上離れると線量均一度は、１．５以内におさまった。
しかし、ウインナ−ソ−セ−ジが十分詰まっておらずだんだん下に詰まる傾向があり、数回入れなおしを行ったが、厚さ１４ｃｍのデータにバラツキが目立った。厚さ１４ｃｍでは、線源からの距離３８ｃｍでも線量均一度が、１．２程度であり距離による変化は少ない。
測定結果に基づき線源とパッケージの距離を変数とする線量均一度、線源１００ｋＣｉあたりの１時間処理能力を表１に示す。
| パッケージの厚み （ｃｍ） |
線源とパッケージ 間の距離（ｃｍ） |
線 量 均 一 度 （Ｄｍａｘ／Ｄｍｉｎ） |
コンベアスピード （ｃｍ／ｍｉｎ） |
処理能力 （ｋｇ／ｈｒ） |
| １４ ２８ |
１０ １３ １５ １８ ２０ ２５ ３０ １０ １３ １５ １８ ２０ ２５ ３０ ３３ |
１．２８ １．２７ １．２５ １．２２ １．２３ １．２６ １．２３ （１．８８） （１．７９） （１．７２） １．６４ １．６２ １．５５ １．４７ １．４１ |
１１．３ １０．１ ９．８ ９．０ ８．４ ７．０ ６．４ （８．２） （８．０） （７．７） ７．０ ６．６ ５．８ ５．３ ５．２ |
９０．１ ８０．９ ７８．１ ７２．０ ６７．２ ５５．９ ５１．１ （１３１．９） （１２７．７） （１２３．２） １１１．２ １０５．４ ９３．４ ８５．３ ８２．８ |
| ☆カッコ内：ウインナーソーセージ照射に適用できない範囲、Ｄｍｉｎ＝３００ｋｒａｄ |
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図９類似の照射施設（Ｃｏ−６０線源１００ｋＣｉ）を設置するには５８年度価格で（１）〜（３）の初期投資が必要である。
（１）建設費用（５８年度価格）一式 ３億 円
（２）照射施設（ 〃 ） １億５，０００万円
（３）線 源（ 〃 ）１００ｋＣｉ ４，０００万円
合 計 ４億９，４００万円
（４）年間償却費 ２，６１０万円
（５）維 持 費 １，６００万円
（６）線源補充 ４００万円
（７）電気・ガス・水・税 １，７６０万円
（８）人 件 費 １，０００万円
合 計 ７，３７０万円
（１）は２５年、（２）には１８年、（３）は１０年の償却とすると（４）〜（８）の年間経費を含めて一年間に要する費用は、７，３７０万円となる。
最適照射条件はウインナーソーセージ２箱合わせ、線源とパッケージ間の距離１８ｃｍ（線量均一度１．６４）、最小線量３００ｋｒａｄで行うと一時間当りの処理量は１１１．２ｋｇであるので年間８，０００時間運転するとすれば（年間１カ月はオーバーホールで休止）、８９０ｔｏｎになる。これは、ウインナーソーセージｋｇ当りの価格にして８３円となり、市販ウインナーソーセージ（１５０ｇ）ー袋当りの照射コストは１３円となる。
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ウインナーソーセージは、年間約１０万トンが国内で生産されている。しかし、製造後のネト発生による損失が短期間に起るため、１日当りの生産量が４〜５トンの小規模工場を各地方に設置しているのが現状であり、大規模な生産工場でも生産量はせいぜい１０トン程度である。本研究の照射コスト試算では１日当りの照射処理量は２〜３トンであり、大規模工場に照射施設を設置するとすればコバルト−６０線源は５００ｋＣｉ程度必要となる。一方、照射コストは、本報の試算では、ｋｇ当り８３円であるが、照射処理量が増加すれば、照射コストは逆に低下するため線源５００ｋＣｉの照射施設では照射コストはｋｇ当り３０〜４０円になると思われる。また、ウインナーソーセージの包装密度を高くすれば、照射コストを更に低下させることが可能である。