JP2003329647A

JP2003329647A - 爆発物検知システム

Info

Publication number: JP2003329647A
Application number: JP2002137470A
Authority: JP
Inventors: Keiko Nakashige; 恵子中重; Seiji Tanaka; 誠二田中; Hiroyuki Fujita; 裕幸藤田; Toshio Iwasaki; 俊雄岩崎; Kazuhiro Hatakeyama; 一博畠山; Hideaki Kaneko; 英明金子
Original assignee: JAPAN NUCLEAR SECURITY SYSTEM; JAPAN NUCLEAR SECURITY SYSTEM CO Ltd; Hitachi Ltd
Current assignee: JAPAN NUCLEAR SECURITY SYSTEM; JAPAN NUCLEAR SECURITY SYSTEM CO Ltd; Hitachi Ltd
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】イオン化に伴う汚染の発生を抑制すること。【解決手段】出入り管理ゲート１２の扉１４が開かれ
て入域者１０が出入管理ゲート１２の室内に入ったとき
に、この扉１４の開閉に伴って出力される扉開閉信号に
したがって爆発物検知装置１８内のコロナ放電用電源が
一定時間オンになり、入域者１０に付着されていた物質
を含む気体試料が吸気部２０、気体試料導入配管２２を
介して爆発物検知装置１８内に導入され、導入された気
体試料がイオン化され、イオン化された気体試料が分析
器２８ｃで分析され、この分析結果を基にデータ処理装
置において気体試料に爆発物が含まれているか否かの判
定が行われ、含まれているときには扉１４が閉じ、入域
者１０が拘束され、含まれていないときには出口側の扉
が開かれ、入域者１０の通過が許可されるとともにコロ
ナ放電用電源がオフになる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、爆発物検知システ
ムに係り、特に、飽和蒸気圧が低いニトロ基を有するニ
トロ化合物を検出するに好適な爆発物検知システムに関
する。

【０００２】

【従来の技術】原子力発電所などにおいては、建屋内に
爆発物が持ち込まれるのを防止するために、ニトロ基を
有するニトロ化合物を爆発物として検知する爆発物検知
システムを設置することが試みられている。この種の爆
発物検知システムにおいては、大気圧の下で動作するイ
オン源を備え、検知対象としての入域者に付着されてい
た物質を含む気体試料（被検ガス）の質量を分析する大
気圧イオン化質量分析計が採用されている。

【０００３】大気圧イオン化質量分析計は、コロナ放電
用針電極と引出電極を備えたコロナ放電部に気体試料を
導入し、針電極と引出電極に高電圧を印加して電極間で
コロナ放電を起こさせて、気体試料をイオン化し、イオ
ン化された気体試料を分析部に導入してその質量を分析
し、分析結果をデータ処理装置に出力するようになって
いる。データ処理装置においては、大気圧イオン化質量
分析計の分析結果を基に気体試料に爆発物が含まれてい
るか否かを判定し、その判定結果を出力するように構成
されている。

【０００４】気体試料を大気圧イオン化質量分析計で分
析するに際しては、コロナ放電部に導入される気体試料
の中には、大気中に含まれている無極性のものから高極
性のものが含まれており、また塵（ＳｉＯ_２）や有機物
などが含まれている。さらに導入される気体試料には、
気化温度が低いものから高いものまで種々雑多な物質が
含まれている。このように、気体試料に含まれる各種の
物質がコロナ放電部に導入されると、イオン源内が汚染
され、針電極や引出電極にＳｉ（シリコン）、Ｃ（カー
ボン）などの異物が付着する。針電極と引出電極に異物
が付着すると、コロナ放電が不安定になり、試料成分の
イオン化効率も低下する。特に、異物の付着が多くなる
と、コロナ放電部の細孔を気体試料が通過することがで
きず、分析不可能となる。このため、針電極や引出電極
をクリーニングすることが余儀なくされ、無駄な時間と
労力を必要とする。

【０００５】そこで、イオン源部内の汚れや目づまりを
防止するに際して、特開平６−３１００９０号公報、特
開平１０−１２５２７６号公報に記載されているよう
に、液体クロマトグラフ質量分析計に細孔電極洗浄装置
を設置し、一定時間おきにメタノール、アセトン、水と
いった洗浄溶媒を噴射して細孔電極を洗浄する方法が提
案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術において
は、アセトン、メタノール、水といった洗浄溶媒を用い
て針電極や引出電極を洗浄する方法を採用しているが、
このような洗浄方法では、針電極や引出電極に付着した
Ｓｉ、Ｃを完全に除去するには十分ではない。しかも、
上記従来技術は、液体クロマトグラフ質量分析計には適
応することはできるが、気体試料の質量を分析する大気
圧イオン化質量分析計には適応することができない。ま
たメタノール、アセトン、水といった洗浄溶媒で電極を
洗浄すると、２００℃近くに加熱されているイオン源部
内が瞬時に冷却され、コールドスポットが生じる。これ
により、気体試料内の塵、有機物などが付着し、細孔詰
まりなどが生じることがある。

【０００７】すなわち、従来技術においては、コロナ放
電に伴ってイオン源部内が汚染されたときには針電極や
引出電極を洗浄することしか配慮されておらず、イオン
化に伴う汚染の発生を抑制することについては配慮され
ていない。

【０００８】本発明の課題は、イオン化に伴う汚染の発
生を抑制することができる爆発物検知システムを提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は、検知対象に付着されていた物質を含む気
体試料を導入する気体試料導入手段と、指令に応答して
前記気体試料導入手段の導入による気体試料をイオン化
するイオン化手段と、前記イオン化手段によりイオン化
された気体試料の質量を分析する質量分析手段と、前記
質量分析手段の分析結果から前記気体試料に爆発物が含
まれているか否かを判定する判定手段とを備え、前記イ
オン化手段は、前記指令で指定された時間のみ前記気体
試料に対するイオン化を実行してなる爆発物検知システ
ムを構成したものである。

【００１０】前記爆発物検知システムを構成するに際し
ては、気体試料導入手段としては、気体試料を導入する
ものを用いることもでき、イオン化手段としては、検知
対象に付着されていた物質を含む気体試料が気体試料導
入手段によって導入されたことを条件にのみ前記導入さ
れた気体試料をイオン化し、それ以外のときには前記導
入された気体試料に対するイオン化を停止するものを用
いることができる。

【００１１】また、気体試料導入手段としては、検知対
象の出入りを管理するための出入管理ゲート内から前記
検知対象に付着されていた物質を含む気体試料を導入す
るものを用い、イオン化手段としては、前記出入管理ゲ
ートの開閉に伴って発生する扉開閉信号に応答して前記
気体試料導入手段の導入による気体試料をイオン化する
ものを用いることができる。この場合、イオン化手段
は、前記扉開閉信号に応答して設定時間だけ前記気体試
料に対するイオン化を実行することになる。

【００１２】前記各爆発物検知システムを構成するに際
しては、前記判定手段により肯定の判定結果が得られた
ときに前記検知対象を拘束する拘束手段を設けることが
できる。

【００１３】また、前記各爆発物検知システムを構成す
るに際しては、イオン化手段を構成する一対の電極のう
ち少なくとも一方の電極の電圧・電流を検出し、いずれ
かの検出値が設定値を超えたときに、イオン化に伴う汚
染の発生が設定値を超えたとしてアラームを発生するア
ラーム発生手段を設けることができる。

【００１４】前記した手段によれば、気体試料に対する
イオン化が必要なときにのみイオン化を行うようにした
ため、常時気体試料をイオン化するときよりもイオン化
に伴う汚染の発生を抑制することができ、延命化を図る
ことができる。

【００１５】また、気体試料のイオン化を長期に渡って
行うことができるため、質量分析によるデータの精度、
再現性、信頼性を高めることができる。またアラームが
発生したときには、イオン化手段の電極に対するクリー
ニングを促すことができる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の一実施形態を示す
爆発物検知システムの全体構成図である。図１におい
て、原子力発電所などの施設において、入域者１０の出
入りを管理するための出入管理ゲート１２には入口用の
扉１４が複数個設けられているとともに、出口用の扉
（図示省略）が複数個設けられている。各扉１４は入域
者１０の出入りに応じて開閉されるようになっており、
各扉１４の開閉に伴って、出入管理ゲート１２からはケ
ーブル１６を介して扉開閉信号が爆発物検知装置１８に
伝送されるようになっている。また、出入管理ゲート１
２の各扉１４に対応した部屋には吸気部２０が設けられ
ており、この吸気部２０は気体試料導入配管２２を介し
て爆発物検知装置１８に接続されている。吸気部２０
は、入域者１０が出入管理ゲート１２の室内に入ったと
きに、検知対象としての入域者１０に付着されていた物
質を含む気体試料を吸引するようになっており、吸引さ
れた気体試料は、気体試料導入配管２２を介して爆発物
検知装置１８に導入されるようになっている。すなわち
吸気部２０と気体試料導入配管２２は気体試料導入手段
の一要素として構成されている。

【００１７】爆発物検知装置１８にはイオン源やコロナ
放電用電源が内蔵されているとともに、データ処理装置
２４、警報器２６が設置されている。

【００１８】具体的には、爆発物検知装置１８は、図２
に示すように、分析部２８、コロナ放電用電源３０、差
動排気部３２、イオン源部３４、コロナ放電部３６など
を備えて構成されており、ケーブル１６がコロナ放電用
電源３０に接続され、気体試料導入配管２２がコロナ放
電部３６に接続されている。

【００１９】分析部２８は真空容器２８ａを備えてお
り、この真空容器２８ａ内は処理室２８ｂとして構成さ
れ、処理室２８ｂ内にはデータ処理装置２４に接続され
た分析器２８ｃが設置されている。真空容器２８ａに隣
接して配置された差動排気部３２内は、２段（前段と後
段）の真空室３２ａ、３２ｂとして形成されており、配
管５６を介して排気装置（図示省略）に接続されてい
る。差動排気部３２は、各真空室３２ａ、３２ｂが細孔
３８を介して互いに連通しているとともに、後段側の真
空室３２ｂが、細孔４０を介して処理室２８ｂと連通す
るようになっている。

【００２０】差動排気部３２の前段側の真空室３２ａの
隔壁にはコロナ放電部３６が設けられており、このコロ
ナ放電部３６内には引出電極４２と針電極４４が相対向
して配置されている。引出電極４２と針電極４４にはコ
ロナ放電用電源３０から高電圧が印加されるようになっ
ている。またコロナ放電部３６内は、引出電極４２に形
成された細孔４６、差動排気部３２に形成された細孔４
８を介して差動排気部３２内と連通するようになってい
る。さらにコロナ放電部３６は流量配管５０に接続され
ており、流量配管５０の管の途中には流量計５２と気体
試料導入ポンプ５４が設置されている。気体試料導入ポ
ンプ５４は、気体試料導入配管２２から導入された気体
試料をコロナ放電部３６内に導入し、導入した気体試料
を、流量配管５０を介して排出するようになっている。
この場合、気体試料導入ポンプ５４の吸引力は、流量計
５２によって調節できるようになっている。すなわち、
流量配管５０、流量計５２、気体試料導入ポンプ５４
は、吸気部２０、気体試料導入配管２２とともに気体試
料導入手段を構成するようになっている。

【００２１】コロナ放電部３６は、気体試料導入配管２
２を介して気体試料が導入され、コロナ放電用電源３０
から引出電極４２と針電極４４に高電圧が印加されたと
きに、コロナ放電領域３６ａ内でコロナ放電を起こして
気体試料をイオン化するイオン化手段として構成されて
いる。イオン化された気体試料は細孔４６、４８、３
８、４０を介して分析器２８ｃに導入され、分析器２８
ｃにおいてその質量が分析されるようになっている。

【００２２】分析器２８ｃは、気体試料に爆発物とし
て、例えば、飽和蒸気圧が非常に低く、検出が困難であ
るニトロ基を有するニトロ化合物が含まれているか否か
を検出するために、イオン溜め込み型のイオントラップ
質量分析計を用いて構成されている。なお、分析器２８
ｃとしては、四重極質量分析計や磁場型質量分析計、ガ
スクロマトグラフなど他の分析計を用いることもでき
る。

【００２３】分析器２８ｃは、イオン化された気体試料
の質量として分子量を検出し、この分子量を分析結果と
してデータ処理装置２４に出力する質量分析手段として
構成されている。データ処理装置２４は、分析器２８ｃ
から出力された分子量とニトロ化合物の分子量とを照合
し、両者が一致するか否か、すなわち、気体試料に爆発
物が含まれているか否かを判定し、判定結果を画面上に
出力する判定手段として構成されている。

【００２４】また、本実施形態においては、針電極４４
と引出電極４２の状態、すなわち、針電極４４や引出電
極４２に、イオン化に伴ってＳｉ、Ｃなどの異物が付着
して汚染されたか否かの状態を検出するために、針電極
４４には電流・電圧を検出する電流計・電圧計（図示省
略）が設けられており、電流計と電圧計の各検出出力は
データ処理装置２４に出力されるようになっている。

【００２５】次に、爆発物検知システムの作用を図３の
フローチャートにしたがって説明する。まず、入域者の
検査が開始されると（ステップＳ１）、入域者１０が出
入管理ゲート１２内に入ったか否かの判定が行われる
（ステップＳ２）。このとき入口側の扉１４が開かれた
ときには入域者１０が出入管理ゲート１２内に入ったと
して、扉開閉信号が爆発物検知装置１８に伝送され、コ
ロナ放電用電源３０がオンになる（ステップＳ３）。入
域者１０が出入管理ゲート１２内の部屋内に入ると、入
域者１０に付着されていた物質を含む気体試料が吸気部
２０を介して吸引され、吸引された気体試料は気体試料
導入配管２２を介してコロナ放電部３６に導入される。
コロナ放電部３６に気体試料が導入されたときに、コロ
ナ放電用電源３０から引出電極４２と針電極４４に高電
圧が印加されると、引出電極４２と針電極４４との間の
コロナ放電領域３６ａ内でコロナ放電が起こり、気体試
料がイオン化される。イオン化された気体試料は分析器
２８ｃに導入され、分析器２８ｃで分子量の検出が行わ
れる（ステップＳ４）。分析器２８ｃの分析結果がデー
タ処理装置２４に伝送されると、データ処理装置２４に
おいて、分析された分子量が爆発物の分子量と一致する
か否かの判定が行われる（ステップＳ５）。このとき分
析された分子量が爆発物の分子量と一致したとき、すな
わち爆発物の蒸気が検出されたときには、詳細な検査に
移行するとともに、入口用の扉１４と出口側の扉を閉じ
て入域者１０を拘束するための処置を行う（ステップＳ
６）。この場合、入口側の扉１４および出口側の扉は入
域者を拘束する拘束手段を構成することになる。

【００２６】一方、分析された分子量が爆発物の分子量
と一致しないときには、出口側の扉が開かれ、入域者１
０の通過が許可される（ステップＳ７）。このあと出口
側の扉が閉じられるとともにコロナ放電用電源３０がオ
フとなり（ステップＳ８）、一人の入域者１０に対する
検査を終了することになる。

【００２７】なお、詳細な検査を行うときでも、コロナ
放電用電源３０がオンになった後、一定時間、例えば１
５秒間経過したときにはコロナ放電用電源３０はオフに
なる。

【００２８】このように、本実施形態においては、扉開
閉信号を指令として、この指令に応答して一定時間のみ
コロナ放電用電源３０をオンにして設定時間だけ気体試
料をイオン化するようにしたため、常にコロナ放電用電
源３０をオンにする必要がなく、イオン化に伴って、針
電極４４、引出電極４２にＳｉ、Ｃなどが付着するのを
抑制することができるとともに、長時間に渡って連続し
てシステムを運転することができ、各電極の延命化に寄
与することができる。

【００２９】また、コロナ放電用電源３０をオンにする
時間としては、入域者１０の入退室が頻繁に行われる特
定の時間帯にのみ連続してコロナ放電用電源３０をオン
にし、それ以外のときにはコロナ放電用電源３０をオフ
にするかあるいは入域者があったときにのみオンにする
ことも可能である。

【００３０】また、コロナ放電用電源３０を一定時間オ
ンにするに際しては、入域者１０からの気体試料が導入
されたことを条件にすることも可能である。

【００３１】本実施形態においては、長時間の連続運転
においても、入域者１０が入退室されるとき以外はコロ
ナ放電が行われないため、引出電極４２、針電極４４に
Ｓｉ、Ｃなどが付着するのを抑制することができ、検出
感度が低下するのを防止することができるとともに、精
度、再現性、信頼性の高いデータを得ることができる。

【００３２】また、入域者１０に関する検査が行われて
いる過程で、針電極４４の電圧・電流が逐次計測され、
この計測結果がデータ処理装置２４において監視され、
この監視結果は、図４に示すように、データ処理装置２
４の画面上に表示されるようになっている。そして、針
電極４４の電圧・電流のうちいずれか一方がアラーム設
定値を超えたときには、警報器（警報手段）２６からア
ラームが発生するため、アラームの発生によってクリー
ニングを促すことができる。

【００３３】また、本実施形態においては、入域者１０
を検知対象としたが、手荷物などを検知対象とすること
もできる。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
気体試料に対するイオン化が必要なときにのみイオン化
を行うようにしたため、常時気体試料をイオン化すると
きよりもイオン化に伴う汚染の発生を抑制することがで
き、システムの延命化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す爆発物検知システム
の全体構成図である。

【図２】爆発物検知装置のブロック構成図である。

【図３】図１に示すシステムの作用を説明するためのフ
ローチャートである。

【図４】針電極が汚染されたときの計測結果を説明する
ための波形図である。

【符号の説明】

１０入域者１２出入管理ゲート１４扉１６ケーブル１８爆発物検知装置２０吸気部２２気体試料導入配管２４データ処理装置２６警報器２８分析部３０コロナ放電用電源３２差動排気部３４イオン源部３６コロナ放電部４２引出電極４４針電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中誠二茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所電機システム事業部内 (72)発明者藤田裕幸茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所電機システム事業部内 (72)発明者岩崎俊雄茨城県日立市国分町一丁目１番１号株式会社日立製作所電機システム事業部内 (72)発明者畠山一博東京都港区虎ノ門一丁目21番17号日本原子力防護システム株式会社内 (72)発明者金子英明東京都港区虎ノ門一丁目21番17号日本原子力防護システム株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】検知対象に付着されていた物質を含む気
体試料を導入する気体試料導入手段と、指令に応答して
前記気体試料導入手段の導入による気体試料をイオン化
するイオン化手段と、前記イオン化手段によりイオン化
された気体試料の質量を分析する質量分析手段と、前記
質量分析手段の分析結果から前記気体試料に爆発物が含
まれているか否かを判定する判定手段とを備え、前記イ
オン化手段は、前記指令で指定された時間のみ前記気体
試料に対するイオン化を実行してなる爆発物検知システ
ム。
【請求項２】気体試料を導入する気体試料導入手段
と、検知対象に付着されていた物質を含む気体試料が前
記気体試料導入手段によって導入されたことを条件にの
み前記導入された気体試料をイオン化し、それ以外のと
きには前記導入された気体試料に対するイオン化を停止
するイオン化手段と、前記イオン化手段によりイオン化
された気体試料の質量を分析する質量分析手段と、前記
質量分析手段の分析結果から前記気体試料に爆発物が含
まれているか否かを判定する判定手段とを備えてなる爆
発物検知システム。
【請求項３】検知対象の出入りを管理するための出入
管理ゲート内から前記検知対象に付着されていた物質を
含む気体試料を導入する気体試料導入手段と、前記出入
管理ゲートの開閉に伴って発生する扉開閉信号に応答し
て前記気体試料導入手段の導入による気体試料をイオン
化するイオン化手段と、前記イオン化手段によりイオン
化された気体試料の質量を分析する質量分析手段と、前
記質量分析手段の分析結果から前記気体試料に爆発物が
含まれているか否かを判定する判定手段とを備え、前記
イオン化手段は、前記扉開閉信号に応答して設定時間だ
け前記気体試料に対するイオン化を実行してなる爆発物
検知システム。
【請求項４】請求項１、２または３のうちいずれか１
項に記載の爆発物検知システムにおいて、前記判定手段
により肯定の判定結果が得られたときに前記検知対象を
拘束する拘束手段を備えてなることを特徴とする爆発物
検知システム。