JP2002341041A

JP2002341041A - 放射線検出光伝送装置

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Publication number: JP2002341041A
Application number: JP2002104290A
Authority: JP
Inventors: Hideo Terada; 英雄寺田; Kazuo Sakuma; 一男佐久間; Masahiro Takebe; 雅汎武部; Yoshihiro Atsumi; 至弘渥美; Katsumi Urayama; 勝己浦山; Michio Wakahara; 道夫若原
Original assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Tohoku Electric Power Co Inc; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2002-04-05
Filing date: 2002-04-05
Publication date: 2002-11-27
Anticipated expiration: 2018-11-05
Also published as: JP3462871B2

Abstract

(57)【要約】【目的】電源を必要とすることなく、周辺の電磁場、誘
導雑音等の影響を受けずに効率的な波長変換と光伝送を
実現する。【構成】本発明の放射線検出光伝送装置によれば、透光
性光学部材29で内包され、放射線の入射により発光する
シンチレータ22と、シンチレータ22の中心部にその一端
が差し込み配設され、シンチレータ22からの受光により
波長を変換して発光する蛍光性光ファイバ23と、蛍光性
光ファイバ23の他端に接続された光コネクタ28と、シン
チレータ22と蛍光性光ファイバ23とを覆う遮光ケーシン
グ24,26を有する放射線感応発光波長変換器20を有して
いる。更に、放射線感応発光波長変換器20の光コネクタ
28を介して蛍光性光ファイバ23の他端部に接続され、蛍
光性光ファイバ23での発光を外部に伝送する光伝送用フ
ァイバ30とを有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば原子力発電
や放射線医療などの放射線や放射性物質を取り扱う施設
で使用される放射線検出光伝送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、原子力発電、放射線医療、非破壊
検査、加速器施設、放射光施設などの放射性物質を取り
扱う施設などにおいて、放射線の有無や程度の計測を行
なうためにシンチレーション検出器や半導体検出器など
が使われている。ここで、放射線とは、α線、β線、γ
線、中性子線、Ｘ線を言う。

【０００３】上記シンチレーション検出器は、通常、シ
ンチレータと光電子増倍管を一体化して検出部を形成
し、あるいは半導体検出器は半導体センサと高圧電源回
路と信号回路を一体化して検出部を形成している。検出
信号は、信号回路を介して計数部へ電送され、シングル
チャンネル分析器を用いて計数率として解析されたり、
マルチチャンネル波高分析器でスペクトル解析される。

【０００４】これらの検出部と計数部を隔離する場合
は、一般に電源ケーブルと電気信号ケーブルが用いられ
る。また、電気信号ケーブルの代替えとして、最近では
検出部で電気信号を一度光信号に変換した後、光ファイ
バケーブルで伝送する方法も提案されている。

【０００５】これらの方法では、いずれも検出部に電源
を有するためにノイズ対策を施す必要があった。これを
改良する方法として、通常は一体で使用されているシン
チレータと光電子増倍管を切り離し、光伝送ファイバ束
または光パイプで結び、検出部からは電源系を無くし、
シンチレータの光を直接光伝送する試みがなされている
が、現状では実用化には至っていない。

【０００６】また、すでに本件出願人が開発した特願平
１−３３６２９６号「放射線検出装置及び放射線検出光
伝送装置」（出願日：平成１年１２月２７日）において
は、放射線感応発光波長変換器内の蛍光性光ファイバ端
部と光伝送ファイバの接続にマイクロレンズを用い、こ
のマイクロレンズで複数本または１本の蛍光性光ファイ
バの端部と１本の光伝送ファイバとを光学的に接続して
いる。そして、シンチレータの発光が蛍光性光ファイバ
で波長変換され、その出力光を離隔した計数部へ長距離
光伝送ができるようにしている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した如く従来の技
術において、シンチレーション検出器や半導体検出器で
は、検出部に電源を有し、電気的な信号変換を行なって
いるため、高温や強磁界など条件の悪い環境下において
は、光電子増倍管や半導体が正常に作動せず、測定に支
障を生じることがある。

【０００８】その対策として、検出部と計数部とを長い
ケーブルで離して充分な距離をとる方法も考えられる
が、信号線が長くなるために、周辺の電磁場や誘導雑音
への対策が必要になる。

【０００９】一方、水中での使用に際しては、検出部に
高圧電源を有するために厳重な防水対策を施す必要があ
り、取扱いはきわめて慎重を要するものであった。した
がって、こうした防水対策や長い電気ケーブルを必要と
せず、検出部に電源が不要な検出器が望まれていた。

【００１０】これらの問題を解決するために提案された
前述の「放射線検出装置及び放射線検出光伝送装置」に
おいては、図１２に示すように放射線感応発光波長変換
器10内の、放射線の入射により発光する円柱状のシンチ
レータ11の上下底面に反射体12ａ，12ｂを張設し、その
外周面には透光性部材13を張設する。

【００１１】そして、この透光性部材13を張設したシン
チレータ11の外周面上に蛍光性光ファイバ14ａ〜14ｃを
巻回し、これら全体を反射材付ケーシング17で被覆す
る。さらに上記蛍光性光ファイバ14ａ〜14ｃそれぞれの
一端部と伝送路としての光伝送ファイバ15ａ〜15ｃとを
マイクロレンズ16ａ〜16ｃを用いて接続する。

【００１２】シンチレータ11の外周面に蛍光性光ファイ
バ14ａ〜14ｃを巻回したのは、蛍光性光ファイバ14ａ〜
14ｃへの入射光量が入射面積に比例するので、巻数を多
くして入射面積すなわち入射光量を増やすことをねらっ
たものである。

【００１３】しかしながら、円柱状のシンチレータ11に
蛍光性光ファイバ14ａ〜14ｃを巻き付けるために該蛍光
性光ファイバ14ａ〜14ｃのクラッドの屈折率に対して悪
影響を及ぼし、蛍光性光ファイバ14ａ〜14ｃの屈曲部と
マイクロレンズ16ａ〜16ｃの接続部からの漏光が大き
い、マイクロレンズ16ａ〜16ｃの焦点と光伝送ファイバ
15ａ〜15ｃの光軸にズレを生じる、等の固有の構造によ
り伝送損失を生ずるばかりではなく、シンチレータ11で
の発光は蛍光性光ファイバ14ａ〜14ｃのシンチレータ11
に巻回された内面側の半面からしか入射せず、蛍光性光
ファイバ14ａ〜14ｃでの効率的な波長変換の実現が不充
分であり、充分な光量が得られないという問題があっ
た。

【００１４】また、蛍光性光ファイバ14ａ〜14ｃを数多
く巻き付けるためにはシンチレータ11自体の構造を大き
くしなければならないという問題も生じていた。さら
に、マイクロレンズ16ａ〜16ｃを使用する方法では、マ
イクロレンズ16ａ〜16ｃの焦点を光伝送ファイバ15ａ〜
15ｃの光軸に完全に合わせることがほぼ不可能であるば
かりか、放射線感応発光波長変換器10と伝送路としての
光伝送ファイバ15ａ〜15ｃとを着脱することがきわめて
困難であった。

【００１５】本発明は上記のような事情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、電源を必要とする
ことなく、周辺の電磁場、誘導雑音等の影響を受けずに
効率的な波長変換と光伝送を実現する小型軽量な放射線
検出光伝送装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明では、以下のような手段を講じる。

【００１７】すなわち、請求項１の発明の放射線検出光
伝送装置は、透光性光学部材で内包され、放射線の入射
により発光するシンチレータと、シンチレータの中心部
にその一端が差し込み配設され、シンチレータからの受
光により波長を変換して発光する蛍光性光ファイバと、
蛍光性光ファイバの他端に接続された光コネクタと、シ
ンチレータと蛍光性光ファイバとを覆う遮光ケーシング
を有する放射線感応発光波長変換器を有している。更
に、放射線感応発光波長変換器の光コネクタを介して蛍
光性光ファイバの他端部に接続され、蛍光性光ファイバ
での発光を外部に伝送する光伝送用ファイバとを有して
いる。

【００１８】このような構成とすれば、シンチレータの
中心部に蛍光性光ファイバを配置することで蛍光性光フ
ァイバの周方向すべてからシンチレータの光の入射を受
けることができ、またシンチレータの周囲の光反射材か
ら反射してくる光も中心部に集まるので蛍光性光ファイ
バが効率良くシンチレータの光を受光することができ
る。そのため、効率的な波長変換と光信号発信とが実現
可能となり、したがって光コネクタを介して光伝送ファ
イバに効率良く光信号を送り出すことができ、後段の計
数部での感度向上を実現できる。

【００１９】また、請求項２の発明の放射線検出光伝送
装置は、透光性光学部材で内包され、放射線の入射によ
り発光するシンチレータと、シンチレータからの受光に
より波長を変換して発光する蛍光性光ファイバと、蛍光
性光ファイバの他端に接続された光コネクタと、シンチ
レータと蛍光性光ファイバとを覆う密封機能を備えた遮
光ケーシングを有する放射線感応発光波長変換器と、放
射線感応発光波長変換器の光コネクタを介して蛍光性光
ファイバの他端部に接続され、蛍光性光ファイバでの発
光を外部に伝送する光伝送用ファイバとを備えてなり、
水中において放射線を検出する。これによって、この放
射線検出光伝送装置を、水中で使用することが可能とな
り、例えば、原子力発電所の水プールにおける放射線検
出が可能となる。

【００２０】更に、請求項３の発明の放射性検出光伝送
装置は、請求項１または請求項２の発明の放射性検出光
伝送装置において、シンチレータの外周面にマグネシア
（ＭｇＯ）を光反射材として塗布するか、または、シン
チレータの周囲に、光反射機能及び遮光機能を有すゴム
を巻き付けるようにする。

【００２１】このような構成とすれば、蛍光性光ファイ
バによって、シンチレータ内での発光を外部を漏らすこ
となく、効率的に受光することができる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の一実
施例を説明する。

【００２３】図１は、主に放射線感応発光波長変換器20
の断面構造を示すもので、放射線感応発光波長変換器20
は端栓部21、外周面に例えばフッ素樹脂による反射材を
塗布したケーシングに内包された円筒状のシンチレータ
22、このシンチレータ22の中心部に一端が挿入された蛍
光性光ファイバ23、上記シンチレータ22の外周面を被覆
してその一端に上記端栓部21を配設したシンチレータハ
ウジング24、ジョイント25、光コネクタハウジング26、
リアパネル27及び光コネクタ28等から構成される。

【００２４】同図で、シンチレータ22は、例えばタリウ
ム（Ｔｌ）をドーピングしたヨウ化ナトリウム（Ｎａ
Ｉ）であり、中心部に半径０．５ミリ程度の半円柱状の
溝を有する一対の半円筒状体のそれぞれ周面が例えば石
英ガラスのような透光性部材29で内包されているもの
で、この一対を組み合わせることにより中心部に約直径
１ミリの孔を有する円筒状構造となり、この中心部には
１本の蛍光性光ファイバ23の一端が差し込まれて配設さ
れるものである。

【００２５】ここでシンチレータ22の種類としては、無
機シンチレータ、有機シンチレータあるいは液体シンチ
レータなどを使用することができるもので、シンチレー
タ22の発光波長スペクトルと蛍光性光ファイバ23の励起
波長スペクトルが合致していればよく、検出対象となる
放射線の種類とシンチレータの発光特性によってさまざ
まな組合わせを設定することができる。

【００２６】さらに上記光コネクタ28を介して伝送路と
しての光伝送ファイバ30に接続されるので、シンチレー
タ22及び蛍光性光ファイバ23の組合わせを最適化するこ
とにより光伝送ファイバ30の伝送損失の低い波長帯を選
択設定することができる。

【００２７】しかるに上記光コネクタ28においては、主
としてガイドチューブ31及び外部スリーブ32から構成さ
れる。ガイドチューブ31は、中央部外側のフランジ31
ａ、該フランジ31ａを挟んでシンチレータ22側に位置す
る、孔径が約２ｍｍの円筒体31ｄ、光伝送ファイバ30側
に位置する、孔径が約２ｍｍから約１ｍｍにまで細くな
る円筒状で外側にネジ山とさらに細いファイバスリーブ
31ｃを有する円筒体31ｂが一体的に構成されるものであ
る。

【００２８】また外部スリーブ32は、ガイドチューブ31
の円筒体31ｂ上に螺合されるよう、外周面にもネジ山を
形成した構造となっており、この外周面のネジ山に対し
てワッシャ33を介してナット34で螺合することにより、
ガイドチューブ31及び外部スリーブ32をリアパネル27に
対して固定配設するものである。

【００２９】しかるに蛍光性光ファイバ23は、その一端
の端面に反射材を塗布した状態で上記シンチレータ22に
挿入され、その他端がガイドチューブ31に差し込まれて
いる。すなわち、ガイドチューブ31内における蛍光性光
ファイバ23は、円筒体31ｄの内径約２ｍｍの孔入口部で
間隙に例えばゴムによる緩衝材35が差し込まれ固定され
ている。

【００３０】ここで、遮光材チューブ37（後述）と該緩
衝材35及びガイドチューブ31の円筒体31ｄ入口部は、例
えばシリコンゴムなどの遮光材36，36により遮光され
る。

【００３１】また、蛍光性光ファイバ23の他端の端面
は、光コネクタ28を構成するガイドチューブ31のファイ
バスリーブ31ｃの先端よりわずかに突出する適正な位置
に設置されるもので、該端面は発光角を小さくするため
に例えば熱処理研磨される。ガイドチューブ31と外部ス
リーブ32は、螺合により一体構造にされるもので、この
ときに蛍光性光ファイバ23の他端の端面の光軸中心が外
部スリーブ32のほぼ中央に位置するよう予めネジ山を合
わせてある。

【００３２】さらに上記石英ガラスによる透光性部材29
に内包されたシンチレータ22は、上述した如くその一対
を組合わせることで中心部に約１ｍｍの孔を形成した円
筒構造となるもので、この中心部に蛍光性光ファイバ23
の一端が差し込まれ、光コネクタ28のガイドチューブ31
からシンチレータ22の入口部までに至る間の周面には遮
光材チューブ37が配設される。

【００３３】透光性部材29に内包されたシンチレータ22
の外周面には、例えばマグネシア（ＭｇＯ）を光反射材
として塗布するかまたは、反射及び遮光の機能をもった
ゴムを周囲に巻き付け、かつ同材料を透光性部材29の両
端にも接着する。これは、シンチレータ22内での発光を
反射して外部へもらさないためである。

【００３４】また、上記図１２に示した従来の技術では
光学的な接続部には例えばシリコングリスによる光学糊
を用いてできるだけ光の散乱を抑制し、直線的な透光性
をよくする工夫を用いるが、本発明においては蛍光性光
ファイバ23のクラッド面の周方向から直角または適当な
入射角をもってシンチレータ22の発光が可能な限り多く
入射することが好ましく、むしろ反射光及び散乱光をい
ろいろな角度から入射することを助長するためにシンチ
レータ22と蛍光性光ファイバ23の間隙には光学糊は用い
ない。

【００３５】しかるに放射線感応発光波長変換器20全体
のケーシングは、例えばそれぞれアルミ製でなる端栓部
21、シンチレータハウジング24、ジョイント25、光コネ
クタハウジング26、リアパネル27、ワッシャ33及びナッ
ト34から構成される。

【００３６】端栓部21は、シンチレータハウジング24の
一端を遮光、密閉するためのキャップであり、内側にネ
ジ面を有し、シンチレータハウジング24とは螺合により
接合される。

【００３７】シンチレータハウジング24は円筒形状を有
し、その一端に端栓部21、他端にジョイント25と螺合接
続するためのネジ面をそれぞれ形成する。ジョイント25
は、シンチレータハウジング24と光コネクタハウジング
26とを螺合接続するためのもので、アルミ製の円筒形状
を有しており、その内面及び外面にシンチレータハウジ
ング24及び光コネクタハウジング26をそれぞれ接続する
ためのネジ山を有する。

【００３８】光コネクタハウジング26は、蛍光性光ファ
イバ23のシンチレータ22から光コネクタ28へ至る間を覆
うもので、リアパネル27と一体にして有底筒状の形状を
有し、リアパネル27とは反対側にはネジ面が形成され、
ジョイント25と螺合接続される。

【００３９】また、透光性部材29と蛍光性光ファイバ23
の遮光材チューブ37が光反射材を介して接する部分は、
例えばエポキシ樹脂で固定され、さらに遮光材36が図示
の如く配設される。そして、この図示する蛍光性光ファ
イバ23を納めた状態では光コネクタ28の外部スリーブ32
の外周面側のネジ山の一部が、光コネクタハウジング26
のリアパネル27中央の孔から突出した状態となる。

【００４０】図中の光コネクタ28全体は、既述した通り
ガイドチューブ31と外部スリーブ32で構成され、この光
コネクタ28に受け側光コネクタ41とファイバスリーブ42
とで構成される受け側のコネクタ部43を介して伝送路と
しての上記光伝送ファイバ30が接続される。

【００４１】これら光コネクタ28及び受け側のコネクタ
部43は、市販の光コネクタを用いることができる。この
種の光コネクタは、通常光伝送ファイバの接続に一般的
に用いられるもので、着脱が容易であり、同径のファイ
バを接続する場合はきわめて容易である。

【００４２】光伝送ファイバ30の製品は、通常は光ファ
イバ自体30ａとその外部被覆30ｂとから構成される。そ
こで、受け側光コネクタ41及びファイバスリーブ42に接
続するためには、先端の外部被覆30ｂを剥いで内部の光
ファイバ30ａをむき出しにし、外部被覆30ｂが被覆スリ
ーブ内に入って止まるまでファイバスリーブ42に差し込
む。すると内部光伝送ファイバ30ａの先端面がファイバ
スリーブ42の先から突出する。そこで、一旦光伝送ファ
イバの接続面近くで切断し、該端面を発光角を小さくす
るために例えば熱処理研磨する。そして、光伝送ファイ
バ30の外部被覆30ｂが挿入された部位の被覆スリーブ30
ｂの中央を外側から軽くつぶして固定する。

【００４３】しかるに、ここでは図示しないが光伝送フ
ァイバ30の他端の端点も図示しないアダプタに接続する
べく、上記と同様に処理される。

【００４４】光コネクタ28と受け側のコネクタ部43の接
続構造は、光コネクタ28の外部スリーブ32に受け側光コ
ネクタ41を螺合して固定するものである。このとき、ガ
イドチューブ31側のファイバスリーブ31ｃからわずかに
突出した蛍光性光ファイバ23の端面と受け側のコネクタ
部43のファイバスリーブ42の光伝送ファイバの端面が可
能な限り接近し、非接触で光軸が一致するように対面す
る。

【００４５】これにより、蛍光性光ファイバ23からの発
光出力が効率よく光伝送ファイバ30に入射される。蛍光
性光ファイバ23と光伝送ファイバ30は、可能な限り同径
のものが望ましいが、光ファイバ相互の開口数（NUMERI
CAL APERTURE）や発光角が異なる場合は光伝送ファイバ
30の方の径が大きくなるように設定するのが肝要であ
る。

【００４６】既述のように、放射線感応発光波長変換器
20は、アルミ製のケーシングで全体が囲繞され、密封遮
光されているのに加え、遮光材チューブ37及び遮光材36
などで外部から漏入する光を遮断しているので、ノイズ
を大幅に削減できる。

【００４７】また、放射線感応発光波長変換器20は、シ
ンチレータ22を円柱形状とすることによりその中心部で
発光する光が円筒状の周面の内側で反射材により反射
し、散乱を繰り返しながらシンチレータ22の中心部で集
光されるため、効率よく蛍光性光ファイバ23に光を集め
て入射させることができる。

【００４８】かくして、放射線が入射してシンチレータ
22が発光すると、その光は蛍光性光ファイバ23の側周の
クラッド面からコアに向かって入射し、蛍光性光ファイ
バ23の有する発光励起、波長変換機能により効率良く長
波長側に変換され、蛍光性光ファイバ23の光ファイバと
しての作用により集光され、光コネクタ28のある出力端
側へ出力される。

【００４９】さらに、光コネクタ28を介して蛍光性光フ
ァイバ23の出力光が効率良く光伝送ファイバ30側に入射
されるため、電源を使用することなく光伝送ファイバ30
の反対側に設けられる図示しない計数部の光パワーメー
タまたは光電子増倍管のセンサ部等への信号伝送が可能
となる。

【００５０】次に、図２を用いて光伝送ファイバ30の他
端に接続される計数部の光パワーメータまたは光電子増
倍管のセンサ部と光伝送ファイバの接続の構造の詳細に
ついて述べる。計数部のセンサ部は、市販の光電子増倍
管を用いる入射光に比例した電気パルス数の計測による
もの、あるいは光半導体を利用した光量を計測する光パ
ワーメータを利用する方法がある。

【００５１】この場合は、光センサ部分（例えば光電子
増倍管または光パワーメータ）と光伝送ファイバ30の出
力端との接続構造に図２に示すような工夫が必要とな
る。すなわち、光伝送ファイバ30の出力側の端部はファ
イバスリーブ52、受け側光コネクタ53からなり、構造は
前述の放射線感応発光波長変換器20の光コネクタ28に接
続された入力側の端部の構造と同じである。

【００５２】このファイバスリーブ52及び受け側光コネ
クタ53が接続されるアダプタ55の形状は有底円筒状であ
り、その有底側には受け側光コネクタ53を接続するため
のネジ面を外周面に形成した円筒状の接続チューブ54が
中央に一体にして構成される。

【００５３】この接続チューブ54に受け側光コネクタ53
を螺合接続することで、接続チューブ54の内部からから
アダプタ55の開放端側に突出したファイバスリーブ52の
端面が、センサ部56の入力窓部分に可能な限り接近し、
非接触の状態で対面するようになっている。

【００５４】上記のような構成にあって、その計測動作
について説明する。

【００５５】図３は放射線検出原理の概要を示すもの
で、シンチレータ22に放射線が照射されることで、シン
チレータ22が蛍光を発光する。この蛍光は蛍光性光ファ
イバ23の側部、すなわちクラッド23ｂに垂直方向乃至は
傾斜角をもって入射し、コア23ａ内で蛍光体を励起して
発光させ、この発光した光を集光しファイバ端まで伝送
して光出力させる。

【００５６】したがって、蛍光性光ファイバ23における
入射光に対する出射光は、伝送し易い波長の光に変換さ
れ、相対的に出力密度が高められるものである。

【００５７】図４はシンチレータ22の発光波長スペクト
ルを例示するものである。図示するような発光波長スペ
クトルを有するタリウム（Ｔｌ）をドーピングしたヨウ
化ナトリウム（ＮａＩ）（図では「ＮａＩ（Ｔｌ）」と
称する）で構成したシンチレータ22にγ線が入射する
と、波長４１０ｎｍをピークとして発光が行なわれる。

【００５８】続く図５は蛍光性光ファイバ23の発光波長
スペクトルを例示するものである。図からもわかるよう
に、シンチレータ22は波長４１０ｎｍをピークとして発
光するものである。

【００５９】図６は、蛍光性光ファイバ23の励起光波長
範囲と発光波長範囲の関係を示すものである。図４で示
したシンチレータ22の例では、発光波長範囲が３００ｎ
ｍから５５０ｎｍでピーク波長は４１０ｎｍであるの
で、蛍光性光ファイバの励起光波長範囲でいえば４００
ｎｍから４６０ｎｍである品番Ｆ２０１の蛍光性光ファ
イバが適することがわかる。そのときの蛍光発光波長
は、４９５ｎｍから５５０ｎｍの発光波長範囲で、ピー
ク波長を約５２０ｎｍとする緑色の光となり、長波長側
に変換される。シンチレータには、発光波長の異なるも
のがあり、シンチレータの発光波長に合致する蛍光性光
ファイバを選択することでもできる。

【００６０】また、図７（ａ）は、プラスチック光伝送
ファイバの波長と伝送損失の関係を例示する図である。
波長４１０ｎｍ近傍では伝送損失が４００ｄＢ／ｋｍと
高い値になっているが、蛍光性光ファイバ23の発光波長
５２０ｎｍ近傍では伝送損失が１５０ｄＢ／ｋｍ程度で
あり、伝送損失が小さい波長域で信号伝送が実現可能で
あることを示している。

【００６１】したがって、蛍光性光ファイバ23の発光波
長がシンチレータ22で発光される放射線強度検出信号と
しての光信号そのものよりも信号伝送に適していること
がわかる。

【００６２】また、図７（ｂ）は石英系光ファイバの波
長と光伝送損失の関係を示す図である。蛍光性光ファイ
バ23の発光波長５２０ｎｍ近傍では伝送損失が１０ｄＢ
／ｋｍ程度であり、非常に伝送損失が少ない波長域で信
号伝送が実現可能であることを示している。したがっ
て、上記プラスチック光伝送ファイバに比して長距離の
信号伝送に適していることがわかる。

【００６３】信号伝送系として光伝送ファイバ30を用い
ることは、電気信号ケーブルのように電気的なノイズの
影響を受けることもなく、また、放射線感応発光波長変
換器20の出力が光そのものであるために信号増幅あるい
は伝送のための電源を必要としないという点で有利とな
る。

【００６４】光コネクタを装着した放射線感応発光波長
変換器20は、製作の上できわめて容易になると共に、放
射線感応発光波長変換器20と光伝送ファイバ30との着脱
が容易で、且つ、電気的なノイズを増幅することなく、
信号伝送を行なうことができるという利点を有する。

【００６５】これにより、光伝送ファイバ30を放射線感
応発光波長変換器20から一旦取り外し、狭い場所や壁の
細い貫通孔を通した後に再び放射線感応発光波長変換器
20に装着することで、電気などの環境ノイズの影響を受
け易い計数部を計測対象から大きく隔離することができ
る。

【００６６】こうした構成とすることで、従来は困難で
あった電磁気環境下、あるいは水中での放射線計測を簡
便に実現することができるようになる。

【００６７】光伝送ファイバ30は、上述した如く蛍光性
光ファイバ23の伝送損失が大きく、光伝送に適していな
いために光コネクタを介して接続されるもので、短距離
であれば安価なプラスチック光伝送ファイバを、長距離
であれば高価ではあるが石英系光伝送ファイバを用いる
ようにすればよい。

【００６８】図８は光伝送ファイバ30に接続される計測
試験機器としての光電変換処理部61の概要構成を示すも
のであり、光電変換処理部61は光伝送ファイバ30から伝
送されてくる光信号を電気信号に変換する光電変換部6
2、この光電変換部62で得られた電気信号の電力値を信
号処理によって算出し、その電力値を数値化する処理部
63、この処理部63で得られた電力値を表示出力する表示
部64から構成される。

【００６９】図９は上記図１及び図８に示す計測試験機
器で試験を行なった結果を示すもので、放射線感応発光
波長変換器20の円筒状シンチレータ22の長さは２０ｃ
ｍ、外径は０．８ｃｍであり、蛍光性光ファイバ23は１
ｍｍ径である。光伝送ファイバ30を１０ｍとした場合の
コバルト60（⁶⁰Ｃｏ）によるγ線照射試験結果を示す。
グラフの横軸は線量当量率で、縦軸は計数率（カウント
／分）であり、線量当量率の増加と共に検出器のカウン
ト数が比例して増加している。このことから、放射線の
カウンタとして使用可能であることがわかる。

【００７０】続いて図１０，図１１により原子力発電所
において本発明の装置を用いた水中プールの原子燃料集
合体頂部付近での放射線計測状況および結果を例示す
る。

【００７１】但し、ここでは円筒状シンチレータ22の長
さを２ｃｍ、外径を０．８ｃｍとし、蛍光性光ファイバ
23の直径を１ｍｍとする。使用済みの原子燃料は水プー
ル70中で高い放射線を発している。

【００７２】本試験の例では、放射線感応発光波長変換
器（以下「検出器」と略称する）20は円筒容器71内の円
柱状の鉛コリメータ75の中央部の貫通孔上部に固定さ
れ、光伝送ファイバ30は円筒容器71外に導出されてここ
では図示しない計数部につながる。計数部では、光電子
増倍管を用いて電気パルスを計数する。

【００７３】鉛コリメータ75は検出器20の指向性を高め
るために用いられるもので、放射線源対象を弁別したい
場合に通常放射線計測で使用されるものである。ここで
は、水プール70中の原子燃料集合体を弁別するために検
出器20直下への指向性を高めるために用いられる。

【００７４】検出器20を納めた円筒容器71は、ロープに
より水プール70の水面上から水中の燃料頂部近くまで吊
り下げられる。

【００７５】図１０（ａ）は、該検出器20を納めた円筒
容器71を水プール70に吊り下げた状態を示す。円筒容器
71は、水中に配置される原子燃料集合体頂部から５０ｃ
ｍ離れた位置と３０ｃｍ離れた位置の計２箇所に配置し
て計測を実行した。

【００７６】図１０（ｂ）は、該検出器20を円筒容器71
内に鉛コリメータ75と共に納め、鉛コリメータ75の中心
軸部の孔に配設した状態の円筒容器71の断面構造を示す
図である。

【００７７】図１０（ｃ）は、水プール70に配置される
原子燃料集合体の配列状態を示している。具体的には、
原子燃料集合体はそれぞれ個別のラックに納められてお
り、同図（ｃ）はＡ〜Ｆで表わすラック配列の一部を示
すものである。この例では、ラックＢ，Ｃ，Ｄ及びＦに
原子燃料集合体が納められ、ラックＧは原子燃料集合体
ではない放射化した物体が納められ、ラックＡ，Ｅは空
である。

【００７８】図１１は、検出器20を納めた円筒容器71を
適当な時間間隔で順次水平方向に移動しながらデータを
採取した結果を示している。同図で横軸は水平距離、縦
軸は計数率規格値（規格化カウント数／時間）を示して
いる。

【００７９】図１１（ａ）は原子燃料集合体頂部から５
０ｃｍ離れた水平位置での計測結果であり、図１１
（ｂ）は、原子燃料集合体頂部から３０ｃｍ離れた水平
位置での計測結果である。

【００８０】両計測結果は、共に原子燃料集合体の直上
でピーク値を示しており、原子燃料集合体に近付けばピ
ーク値が高くなることから、原子燃料集合体の放射線を
正確に計測していることがわかる。図１１（ａ）と同図
（ｂ）は縦軸の目盛りが異なっており、より原子燃料集
合体頂部に近い水平距離で計測を行なった図１１（ｂ）
の計測値の方がピークが高くなっていることがわかる。

【００８１】以上の結果から、本発明による放射線感応
発光波長変換器20が実用的な放射線計測システムとして
成立することがわかる。また、同放射線感応発光波長変
換器20はきわめて軽量でコンパクトな構造としながら
も、水中や電磁場などの周囲の状況に悪影響を受けるこ
となく、環境に強いものとすることができる。

【００８２】さらに、以上に述べた放射線感応発光波長
変換器20は形式器としてのシンチレータ22を１本のみ用
いたものを例示したが、その構造をより細くして多数本
の集合体として使用することもできる。

【００８３】この場合、シンチレータ22としてはタリウ
ムをドーピングしたヨウ化ナトリウム（ＮａＩ：Ｔｌ）
を用いたものに代えて、例えば内径１ｍｍ、外径２ｍｍ
程度のプラスチックシンチレータ・チューブを用いる。

【００８４】そして、このプラスチックシンチレータ・
チューブの外周面に光反射材が配設される。該シンチレ
ータ・チューブの中心軸部に一端が挿入された蛍光性光
ファイバ及び他端に接続された光コネクタからなる放射
線感応発光波長変換器と、２０×２０個のマトリックス
状に貫通空孔を有する直方体のコリメータと、該貫通空
孔それぞれに挿入された２０×２０個の上記放射線感応
発光波長変換器を覆う遮光ケーシングと、この２０×２
０個の放射線感応発光波長変換器の光コネクタを介し
て、該蛍光性光ファイバでの発光を外部に伝送する２０
×２０本の光伝送用ファイバを備えたので、それぞれの
放射線感応発光波長変換器の放射線検出信号を独立した
信号として送出でき、２次元的な放射線量率分布などの
情報を遠隔地点へ無電源で伝送できる。

【００８５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電源を必要とすることなく、周辺の電磁場、誘導雑音等
の影響を受けずに効率的な波長変換と光伝送を実現する
小型軽量な放射線検出光伝送装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る放射線感応発光波長変
換器の構造を示す図。

【図２】同実施例に係るアダプタ側の接続構成を例示す
る図。

【図３】同実施例に係るシンチレータおよび蛍光性光フ
ァイバによる放射線検出でのプロセスを示す図。

【図４】同実施例に係るシンチレータの発光波長スペク
トルを例示する図。

【図５】同実施例に係る蛍光性光ファイバの発光波長ス
ペクトルを例示する図。

【図６】同実施例に係る蛍光性光ファイバの光吸収発光
スペクトル特性を例示する図。

【図７】同実施例に係るプラスチック光伝送ファイバ及
び石英系光伝送ファイバの波長と伝送損失の関係を示す
図。

【図８】同実施例に係る放射線感応発光波長変換器を接
続した計測機器の構成を例示するブロック図。

【図９】同実施例に係る放射線源を用いた計測試験結果
を示す図。

【図１０】同実施例に係る水中での原子燃料集合体の計
測概念を例示する図。

【図１１】同実施例に係る図９の計測結果を例示する
図。

【図１２】従来の放射線感応発光波長変換器の構成を例
示する図。

【符号の説明】 10,20…放射線感応発光波長変換器 11…シンチレータ 12a〜12b…反射体 13…透光性部材 14a〜14c…蛍光性光ファイバ 15a〜15c…光伝送ファイバ 16a〜16c…マイクロレンズ 17…反射材付ケーシング 21…端栓部 22…シンチレータ 23…蛍光性光ファイバ 23ａ…コア 23ｂ…クラッド 24…シンチレータハウジング 25…ジョイント 26…光コネクタハウジング 27…リアパネル 28…光コネクタ 29…透光性部材 30…光伝送ファイバ 31…ガイドチューブ 31a…フランジ 31b,31d…円筒体 31c…ファイバスリーブ 32…外部スリーブ 33…ワッシャ 34…ナット 35…緩衝材 36…遮光材 37…遮光材チューブ 41…側光コネクタ 42…ファイバスリーブ 43…コネクタ部 52…ファイバスリーブ 53…側光コネクタ 54…接続チューブ 55…アダプタ 56…センサ部 61…光電変換処理部 62…光電変換部 63…処理部 64…表示部 70…水プール 71…円筒容器 75…鉛コリメータ

フロントページの続き (72)発明者佐久間一男宮城県牡鹿郡女川町塚浜字前田１東北電力株式会社女川原子力発電所建設所内 (72)発明者武部雅汎宮城県仙台市太白区青山二丁目23番26号 (72)発明者渥美至弘東京都港区芝公園二丁目４番１号三菱原子力工業株式会社内 (72)発明者浦山勝己埼玉県大宮市北袋町一丁目297番地三菱原子力工業株式会社大宮研究所内 (72)発明者若原道夫埼玉県大宮市北袋町一丁目297番地三菱原子力工業株式会社大宮研究所内Ｆターム(参考） 2G088 EE21 EE29 FF02 FF04 FF05 FF06 FF09 GG15 JJ09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透光性光学部材で内包され、放射線の入
射により発光するシンチレータと、前記シンチレータの
中心部にその一端が差し込み配設され、前記シンチレー
タからの受光により波長を変換して発光する蛍光性光フ
ァイバと、前記蛍光性光ファイバの他端に接続された光
コネクタと、前記シンチレータと蛍光性光ファイバとを
覆う遮光ケーシングを有する放射線感応発光波長変換器
と、前記放射線感応発光波長変換器の光コネクタを介して前
記蛍光性光ファイバの他端部に接続され、前記蛍光性光
ファイバでの発光を外部に伝送する光伝送用ファイバと
を備えた放射線検出光伝送装置。
【請求項２】透光性光学部材で内包され、放射線の入
射により発光するシンチレータと、前記シンチレータか
らの受光により波長を変換して発光する蛍光性光ファイ
バと、前記蛍光性光ファイバの他端に接続された光コネ
クタと、前記シンチレータと蛍光性光ファイバとを覆う
密封機能を備えた遮光ケーシングを有する放射線感応発
光波長変換器と、前記放射線感応発光波長変換器の光コネクタを介して前
記蛍光性光ファイバの他端部に接続され、前記蛍光性光
ファイバでの発光を外部に伝送する光伝送用ファイバと
を備えてなり、水中において放射線を検出するようにし
た放射線検出光伝送装置。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載の放射性
検出光伝送装置において、前記シンチレータの外周面にマグネシア（ＭｇＯ）を光
反射材として塗布するか、または、前記シンチレータの
周囲に、光反射機能及び遮光機能を有するゴムを巻き付
けた放射性検出光伝送装置。