図１ 加速器コンベア上のミカンの照射位置
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温州ミカン表皮の青カビや緑カビによる腐敗を防止し、貯蔵期間を延長する目的で電子線によるミカン表面の殺菌が研究されている。そこで、本研究では電子線照射した場合のミカン表面の線量分布を測定し、さらに、ミカン表面を均一に照射するための条件及び、実用化を目的とするコンベアの反転照射方式による連続照射条件について検討した。
電子加速器は高崎研究所のＧＥ製共振変圧器型加速器を使用した。本加速器の加速電圧は２．０ＭＶｐで一定であるため、電子線エネルギーを変える目的で図１に示すごとくスキャンナーとコンベアの間に厚さの異なるアルミニウム板を設置し、０．２、０．５、０．９、１．５ＭｅＶの電子線を得た。なお、電子線のエネルギーはＫａｔｚらの式より計算した。また、比較のため高崎研究所大阪研究所（現在大阪支所）の高線量率加速器（日新ハイボルテージ社製変圧器型電子線加速器、最大加速器電圧８００ｋＶｐ，最大電流２５ｍＡ、スキャンナー窓長さ４５ｃｍ）で０．５ＭｅＶにおける線量分布測定も行った。
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線量計としては、セルローストリアセテート（以下ＣＴＡと略す）フィルムを使用した。ＣＴＡの厚さは、１２５ｍμであり、密度は１．３２ｇ／ｃm3である。吸収線量は照射による２８０ｎｍの吸光度変化から求めた。なお本線量計の信頼性はフリッケ鉄線量計との比較で確認されている。照射は、１〜３ｍＡの電流で行い、吸収線量はコンベアでの照射回数を調節することにより、ＣＴＡの適正測定範囲である１〜１０Ｍｒａｄになるよう調整した。
図２（ａ）に示したように、ＣＴＡをミカンに巻きつけて、図１のコンベア中心線上と、中心から左右に１５ｃｍ離れた位置に置いて移動照射した。コンベア進行方向と平行に巻いたＣＴＡをＴａｐｅ Ａ とし、直角方向に巻いたものをＴａｐｅ Ｂとした。ミカンに巻いて照射したＣＴＡは図２（ｂ）に示した各測定点で吸光度を測定した。測定点２と６はミカンの赤道部を示し、４と８はそれぞれ果梗部と果頂部を示している。各測定点間の距離はミカンの大きさによって幾分異なるが、１．８〜２．２ｃｍであった。測定結果は、一個所３連の測定の平均値で示した。なお、実験に用いた試料はＭサイズのミカンまたは直径７ｃｍのポリエチレン製円柱である。
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種々の暑さのアルミニウム板を用いたときのコンベア中心線上での深部線量分布は図３に示すごとくなった。縦軸は表面線量を１としたときの相対線量を示しており、横軸はＣＴＡの厚さを面積密度で表わしてある。この曲線から外挿飛程を求め、電子線エネルギーを計算した。
次にコンベア移動方向と平行の場合のミカン表面Ｔａｐｅ Ａの線量分布を測定した。コンベア中心線上に置いたミカンが片面照射された場合の線量分布は図４のようになった。この場合、エネルギーを変えても測定点４を中心として、ほぼ左右対称の線量分布が得られた。次に試料を反転することによって、両面から同線量照射した場合の線量分布を図５に示した。１．５ＭｅＶの場合にはミカンの赤道部の線量が大きくなり、果梗部と果頂部では小さくなった。この傾向は、０．９ＭｅＶでも幾分みられるが、０．５ＭｅＶ以下では認められなかった。また、コンベア上の位置の違いによる分布の変化も認められなかった。
次にコンベア移動方向と直角な位置に巻いたＴａｐｅ Ｂの両面照射した場合の線量分布を測定したところ、図６に示されるような結果が得られた。コンベア中心線上では比較的均一に照射されており、１．５ＭｅＶではＴａｐｅ Ａでみられた分布と同様に赤道部の線量が高くなる傾向を示した。また、エネルギーが低くなると赤道部の線量が小さくなった。一方、コンベア中心から左右に１５ｃｍ離れた位置では中心線上で照射した場合と比べ、線量均一性は著しく低下した。このように、コンベア上の照射位置によって線量分布が変化するということは、大量のミカンを照射する場合の試料全体の線量均一性に影響する。
そこで次に、大阪研究所の高線量率加速器を用い０．５ＭｅＶのエネルギー条件でスキャンナー窓面からの距離を変えて、コンベア上の空間線量分布を測定した。その結果、スキャンナー窓面に近いものほど両端部の線量分布が不均一になり、スキャンナー窓面から２５〜３０ｃｍの位置では空間の線量分布の均一性が著しく改善された。一方、この条件におけるミカンモデル表面の線量分布も全体に改善されたが、スキャンナー両端部の位置では均一度は悪かった。そこで、両端部をスキャンナー窓面に２〜５ｃｍ傾け照射したところ、両端部の線量均一度は折り曲げない場合の３．６５に対し、２．７４と改善することができた。また、ミカンモデルの試料間隔を離すに従って線量均一度は良くなり、２ｃｍ以上離し、反転照射したところ全体の線量均一度は２．３０となった。
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表面線量分布測定の結果、電子線入射角度の影響を少なくし、試料間隔を２ｃｍ以上にする必要があることが明らかとなった。一方、ミカンの糸状菌発生防止と表皮の褐変防止のための最適照射条件は０．５ＭｅＶ、１５０ｋｒａｄとされている。そこで、電子線入射角度の影響を少なくするように三分割された試料パレット（両端部をスキャンナー窓面に傾けて照射できる）を有するコンベア装置を高崎研究所大阪研究所高線量率加速器に設置して、大量連続照射を想定した実験を行なった。
加速器スキャンナーと照射試料の幾何学的な配置及び線量測定の表示方法を図７に示す。加速器は、日新ハイボルテージ社製変圧器型（スキャンナー窓長さ４５ｃｍ）を用い、加速器は０．５ＭｅＶ、電流３ｍＡとした。加速器の位置は、スキャンナーの中心と照射用コンベアの中心軸を合わせ、照射用コンベア上の試料パレット上面からスキャンナー窓面までの距離を３０〜７０ｃｍとなるように設置した。コンベア速度は、上記条件において線量計の最適測定範囲になるよう１ｍ／ｍｉｎに設定した。線量計はＣＴＡフィルムを用いた。ミカンモデルとしては直径７９ｍｍφのポリエチレン製球を用意した。試料パレットは三分割されており、両サイドパレットは中央パレットに対し０〜３０度傾けられる構造となっている。この試料パレット上には、コンベア進行方向に４列、スキャン方向７列、合計２８個の試料が２ｃｍ間隔で載せられ、コンベア終点部で反転できる構造となっている。
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電子線窓面から３０ｃｍの距離にパレットを置いて、サイドパレットの傾きを０〜２０度に変化させた場合の表面線量均一度は図８に示すようになった。中央パレット上のモデルＮｏ．１はサイドの傾きに無関係に約１．４前後の線量均一度を示したが、モデルＮｏ．２ではサイドパレットの傾きが１５度を越えると均一度が悪くなった。サイドパレット上のモデルＮｏ．３では傾きが１０〜１８度で均一度が良く、モデルＮｏ．４ではサイドパレットの傾きが２０度に近づくほど均一度が向上した。一方、コンベア進行方向の各試料の線量均一度はサイドパレットの傾きに無関係に良好で、各試料とも線量均一度は１．６以内におさまった。したがって、各試料全体の表面線量均一度はサイドパレットの傾き１８度とした場合に最良となり、その値は２．４であった。図９はサイドパレットの傾きを１８度とした場合の各試料のスキャン方向の表面線量分布を示したものである。図にみられるようにモデルＮｏ．４の−９０度の赤道部における線量がＮｏ．１〜Ｎｏ．３に比べ低い値となり全体の線量均一度を悪くしていた。
次に、電子線窓面から７０ｃｍの距離にパレットを置いて、同様の条件で表面線量均一度の分布をしらべた。この場合、パレット両端部を１１度に傾けると全体の線量均一度は１．８に改善された。また同一の条件で実際のミカンにＣＴＡフィルムを巻き付けて測定した場合にも全体の線量均一度は２．０以内におさまった。
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５００ｋＶｐ変圧器型電子加速器を用いた照射施設を設置するには１）〜３）合計３．９２億円の初期投資が必要である。
１）建屋等（遮蔽施設を含む）一式 １億０，０００万円
２）コンベアシステム一式 １億６，２００万円
３）電子加速器（付帯設備を含む）一式 １億３，０００万円
計 ３億９，２００万円
●年間必要経費は：
年間償却費
ａ）建物（遮蔽施設を含む）一式（２５年償却） ４００万円
ｂ）コンベアシステム一式 ９００万円
ｃ）電子加速器（付帯設備を含む）一式（１０年償却）
１，３００万円
償却計 ２，６００万円
維持費
ａ）コンベアシステム一式（価格の５％） ８１０万円
ｂ）電子加速器（付帯設備を含む）一式 １，３００万円
維持費 計 ２，１１０万円
電気・ガス・水・税 １，２００万円
人件費 （２人） １，０００万円
一年間に要する費用は、６，９１０万円（金利を含まず）である。
温州ミカンの照射期間は、１１月から１２月の約２カ月である。また、ミカンの必要照射処理量は一つのジュース工場の年間処理量が１万から１０万トン程度のため、稼働日数５０日、１日の稼働時間７．５時間として、２６．６トンから２６６トン／時の照射が必要となる。
一台の加速器において、コンベアシステムの規模にもよるが、時間当りの照射処理能力は、本研究において採用した照射条件においても２トンから１００トンの照射処理が可能である。従って、年間１０カ月は他の目的に加速器を使用することとした場合のミカン１ｋｇ当りの照射コストは一日の処理量２００トンで１．２円となり、２，０００トンでは０．１２円と計算される。