JP2005241447A - 光ファイバを用いた放射能測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 細長化・薄型化して、狭隘部や配管などの表面汚染を測定可能とする。
【解決手段】 シンチレータを備えた細長平板状の放射線検出部１０と光電子増倍管を備えた放射線計測部１２とを別体構成とし、それらの間を波長変換光ファイバケーブル１４で接続する。放射線検出部で検出したα線による計測信号（光信号）を光ファイバで放射線計測部に伝送する。放射線検出部は、細長形状のライトガイドと、それに沿って密着配置した２本１組で複数組の波長変換光ファイバと、シンチレータ層と、遮光フィルムを具備し、それらを、前面の遮光フィルムのみが露出するように、細長の額縁構造の遮光フレームで囲み、光ファイバは遮光性の外被を設けたケーブルで外部へ引き出す。
【選択図】 図１

Description

本発明は、放射線検出部と放射線計測部とが別体となっている可搬型の放射能測定装置に関するものである。更に詳しく述べると本発明は、シンチレータを備えた細長平板状の放射線検出部と光電子増倍管を備えた放射線計測部との間を波長変換光ファイバケーブルで接続し、検出したα線による計測信号（光信号）を光ファイバで放射線計測部に伝送するように構成した光ファイバを用いた放射能測定装置に関するものである。

原子力関連施設等からは、様々な形状の持ち出し物品や廃棄物などが数多く発生する。前者としては、管理区域内で使用した装置、機器類、足場材などがあり、後者としては、施設が老朽化して改装あるいは解体を行った際に発生する廃棄物などが含まれる。これらは、放射能レベルによって分類し、廃棄あるいは保管などの一定の処理をすることが義務付けられている。このため、種々の放射能測定装置を用いて廃棄物の放射能汚染の有無、及びその程度を測定している。その際、表面汚染の測定には、表面汚染サーベイメータが広く用いられており、測定対象面全面を測定している。

従来のサーベイメータは、シンチレーション検出器やガス型検出器を内蔵したプローブと、測定値算出のための演算回路やメータ表示部などを備えた本体とから構成され、両者が電気信号ケーブルで接続される構造である（例えば特許文献１参照）。

そのような従来型の表面汚染サーベイメータは、殆どが廃棄物の義面の放射能汚染を検出するタイプであり、それを用いた測定では、例えば機器内部あるいは配管内面の汚染の有無やその程度を検出することは非常に困難であった。その理由は、プローブが大型であり、機器や配管の内部に挿入できない場合が大半だからである。例えばシンチレーション検出器では、シンチレータと光電子増倍管を含んだ構造とする必要があり、またガス型検出器（比例計数管、ＧＭ管）は、ガスを充填し、アノード電極を張るため、カソード電極との間にある程度の距離が必要となり、いずれにしても容積を小さくすることが困難である。そこで測定不可能な対象物については、例えば配管を縦割りに切断するなどして直接測定を行う作業が必要となり、そのため測定作業の効率が非常に悪い問題がある。

ところで、測定対象が人体、衣服、その他の平面的な広がりをもつ物体の場合には、それに対応して検出面を大型化した放射能検出装置が開発されている（例えば特許文献２参照）。放射線検出部は、例えばシンチレータを平板状にして検出面を大型化し、放射線により発生する光を波長変換光ファイバで光電子増倍管に導く構成であり、それらが一体化されている。従って、放射線検出部の光電子増倍管で光電変換された電気信号が、電気ケーブルで計測部本体側へ送られる。このような構造では、例えば曲面を有する測定対象では、それに合わせて設計する必要があり、汎用性に欠ける問題がある。また測定対象が単に平面状で大面積の場合には適していても、細形化は困難であり、機器や配管の内部に挿入するような使用法には不適である。
特開２００１−４７５７号公報 特開平９−１５９７６９号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来構造のプローブ（検出器）が大型であり、機器や配管の内部に挿入し難い点、配管などを縦割りに切断しなければ直接測定を行えないため、測定作業の効率が非常に悪い点などである。

本発明は、シンチレータを備えた細長平板状の放射線検出部と光電子増倍管を備えた放射線計測部とを別体構成とし、それらの間を波長変換光ファイバケーブルで接続し、放射線検出部で検出したα線による計測信号（光信号）を光ファイバで放射線計測部に伝送するようにした放射能測定装置である。

ここで放射線検出部は、細長形状のライトガイドと、該ライトガイドに沿って密着配置した２本１組で複数組の波長変換光ファイバと、ライトガイドの表面に位置するシンチレータ層と、該シンチレータ層を覆うように設けた遮光フィルムを具備し、それらを、前面の遮光フィルムのみが露出するように、細長の額縁構造の遮光フレームで囲み、前記波長変換光ファイバは遮光性外被を設けた波長変換光ファイバケーブルとして引き出されるような構造とするのが好ましい。例えば、断面角形の波長変換光ファイバを２本並設して密着し、その波長変換光ファイバ対を石英ガラスなどからなるライトガイドで両側から挟み込むように交互配置して全体を細長平板状とする。そして、その片面に、ＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータを塗布した樹脂フィルムを配置する。遮光フィルムとしては、アルミニウム付着樹脂フィルムを用いるのがよい。

本発明に係る光ファイバを用いた放射能測定装置は、放射線検出部の方に光電子増倍管を組み込む必要が無いために細長化・薄型化でき、そのため機器類の隙間、装置の裏側、壁の隅部などの狭隘部、あるいは配管や足場用パイプの内部などの表面汚染を測定することが可能となる。また測定に際して、配管の縦割り切断などの付随作業が不要なため、測定効率は著しく向上する。

本発明に係る光ファイバを用いた放射能測定装置は、シンチレータを備えた細長平板状の放射線検出部と光電子増倍管を備えた放射線計測部とを別体で組み合わせ、それらの間を波長変換光ファイバケーブルで接続して、放射線検出部で検出したα線による計測信号（光信号）を光ファイバで放射線計測部に伝送し、放射線計測部の光電子増倍管で電気信号に変換するように構成されている。このように、放射線検出部と放射線計測部との信号の伝送に波長変換光ファイバケーブルを採用し、光の形で信号を伝送するように構成した点に、本発明の大きな特徴がある。

このように本発明では嵩張る光電子増倍管を、放射線検出部側にではなく放射線計測部側に組み込むようにしている。これにより、放射線検出部の形状を比較的自由に設計できるようになり、細長形状、薄型形状（例えば厚さ１０ｍｍ程度以下）が実現できる。そのため、機器類の隙間など狭隘部の測定が可能となる。また配管やドラム缶などの曲面形状の測定対象物についても、内面と外面の汚染を容易に測定することが可能となる。

図１は本発明に係る光ファイバを用いた放射能測定装置を示す概念図である。シンチレータを備えた細長平板状の放射線検出部１０と光電子増倍管を備えた放射線計測部１２とを別体構成とし、それらの間を波長変換光ファイバケーブル１４で接続する。そして、放射線検出部１０で検出したα線による計測信号（光信号）を、波長変換光ファイバケーブル１４で放射線計測部１２に伝送し、放射線計測部１２に内蔵されている光電子増倍管で電気信号に変換するようになっている。なお、符号１０ａが検出面を表している。

放射線検出部の一例を図２に示す。Ａは検出面を見た図、Ｂは断面図、Ｃはそのｘ−ｘ断面での拡大図である。放射線検出部１０は、細長形状のライトガイド２０と、該ライトガイド２０に沿って密着配置した２本１組で２組の波長変換光ファイバ２２と、ライトガイド２０の表面に位置するシンチレータ層２４と、該シンチレータ層２４を覆うように設けた遮光フィルム２６を具備している。同じ組となる２本の波長変換光ファイバ２２は、互いに近接するように配置する。そして、前面（検出面）の遮光フィルム２６のみが露出するように、細長の額縁構造の金属製の遮光フレーム２８で囲み、前記波長変換光ファイバ２６は遮光性の外被を設けた波長変換光ファイバケーブル１４として外部に引き出す構造とする。放射線検出部の内部構造を図３に模式的に示す。

図２のＣに示すように、ここでは断面角形の波長変換光ファイバ２２を用いている。断面四角形（例えば断面が１ｍｍ×１ｍｍ程度）の波長変換光ファイバ２２を２本並設して密着し、その波長変換光ファイバ対を２組間隔をあけて配置し、それらの波長変換光ファイバ対を石英ガラスからなるライトガイド２０で両側から挟み込むように交互配置して全体を細長平板状とする。従って、ここでは３枚のライトガイド２０を使用しており、波長変換光ファイバ２２の断面寸法（厚み１ｍｍ）に合わせて、ライトガイド２０の厚みも１ｍｍとする。

そして、そのように配列したライトガイドと波長変換光ファイバを組み合わせた細長平板の片面に、ＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータ層２４を有する樹脂フィルムを配置する。これは、ポリエステル（商品名：マイラ）フィルムなどをベースとし、それに粉末状のＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータを接着剤と混ぜて塗布したものである。なお、遮光フィルム２６としては、ポリエステル（商品名：マイラ）フィルムなどの表面にアルミニウムを蒸着したアルミニウム付着樹脂フィルムを用いている。

図４は放射線検出部での動作を示す説明図である。放射性物質から放射されたα線は、遮光フィルム２６を透過してＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータ層２４に到達し、シンチレーション光を発生する。発生したシンチレーション光は、直接、もしくはライトガイド２０内を伝達して波長変換光ファイバ２２に達し、受光や伝送に適した波長に変換され、該波長変換光ファイバ２２を伝搬していき、波長変換光ファイバケーブル１４を通って、放射線計測部の光電子増倍管に至る。

本発明では、発生したシンチレーション光が効率よく波長変換光ファイバに達することが重要である。そのため、前記のように断面四角形の波長変換光ファイバ２２を用い、石英ガラス製のライトガイド２０で挟み込む構造とすることにより、ライトガイド２０がシンチレーション光を横方向（面内方向）に導いて効率よく波長変換光ファイバ２２に集光させることができる。また、断面四角形の波長変換光ファイバ２２を２本密着して１組とすることで、シンチレーション光が必ず２本の波長変換光ファイバ２２で同時に検知される。なお、部材の接触面に空隙が存在すると集光効率が低下するため、部材同士の接触面には光学グリスが介在するように組み立てている。

図５は放射能測定装置の簡略化したブロック図である。放射線を計測する回路構成は、従来のものと同様であってよい。放射線計測部１２は、一対の光電子増倍管（ＰＭＴ）３０ａ，３０ｂと、両光電子増倍管３０ａ，３０ｂにそれぞれ接続した増幅器（ＡＭＰ）３２ａ，３２ｂと、それらの出力が一致しているときにのみ出力信号を生じる同時回路３４と、その信号を計数率（ｃｐｍ）に比例した直流電圧に変換して出力する計数率計３６及び指示計３８などを具備している。

前記のように、放射線検出部１０でα線はシンチレーション光に変換され、２本１組の波長変換光ファイバのそれぞれの出力光が波長変換光ファイバケーブル１４で光信号のままそれぞれの光電子増倍管３０ａ，３０ｂまで伝送され、該光電子増倍管３０ａ，３０ｂで電気信号に変換される。増幅器３２ａ，３２ｂでは、光電子増倍管３０ａ，３０ｂからの微小電圧パルスを増幅し、後続の回路での信号処理を容易とするため波形整形を行う。その後段に、図示していないが、通常、放射線の入射による信号と無関係な電気的ノイズ信号をカットし、設定された電圧（デスクリミネーション電圧）値以上の波高値を持つパルス信号のみを一定形状（波高及び幅が一定）のパルス信号に変換する波高弁別器を設ける。同時回路３４は、２系統の信号パルスが一定時間内に同時に入力した場合のみ一定形状のパルス信号を１つ出力する機能を有する。この機能により、ノイズのような時間的に相関のないランダムなパルス信号を、偶然時間的に一致した場合を除いて確実に排除することができる。計数率計３６では、入力パルス信号を計数率（ｃｐｍ）に比例した直流電圧に変換して出力する。そして、指示計（アナログ式メータ）３８で、計数率計３６の出力電圧を計数率に換算して指示する。

上記の実施例では、放射線検出部に２本１組で２組の波長変換光ファイバを装備しているが、３組以上の波長変換光ファイバを組み込んでもよいことはいうまでもない。

本発明に係る放射能測定装置を示す概念図。 放射線検出部の一例を示す詳細図。 放射線検出部の内部構造の模式図。 放射線検出部の動作説明図。 放射能測定装置のブロック図。

符号の説明

１０ 放射線検出部
１２ 放射線計測部
１４ 波長変換光ファイバケーブル

Claims (3)

1. シンチレータを備えた細長平板状の放射線検出部と光電子増倍管を備えた放射線計測部とを別体構成とし、それらの間を波長変換光ファイバケーブルで接続し、放射線検出部で検出したα線による計測信号を光ファイバで放射線計測部に伝送するようにしたことを特徴とする光ファイバを用いた放射能測定装置。
2. 放射線検出部は、細長形状のライトガイドと、該ライトガイドに沿って密着配置した２本１組で複数組の波長変換光ファイバと、ライトガイドの表面に位置するシンチレータ層と、該シンチレータ層を覆うように設けた遮光フィルムを具備し、それらを、前面の遮光フィルムのみが露出するように、細長の額縁構造の遮光フレームで囲み、前記波長変換光ファイバは遮光性外被を設けた波長変換光ファイバケーブルとして引き出されるようにした請求項１記載の光ファイバを用いた放射能測定装置。
3. 断面角形の波長変換光ファイバを２本並設して密着し、その波長変換光ファイバ対をライトガイドで両側から挟み込むように交互配置して全体を細長平板状とし、その片面に、ＺｎＳ（Ａｇ）シンチレータを塗布した樹脂フィルムが配置されており、遮光フィルムとしてアルミニウム付着樹脂フィルムを用いる請求項２記載の光ファイバを用いた放射能測定装置。
   

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