JP2007071708A

JP2007071708A - 環境γ線モニタ

Info

Publication number: JP2007071708A
Application number: JP2005259328A
Authority: JP
Inventors: Kazunori Ikegami; 和律池上
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2005-09-07
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2007-03-22

Abstract

【課題】放射線検出信号を処理する電子部品からなる回路中の湿度の影響により電流の漏洩が生じ、微小電流を正確に測定することが難しくなるという問題があった。
【解決手段】検出信号を処理する電子部品が装着された信号処理手段と、前記電離箱から導出され前記信号処理手段に接続される信号線と、前記信号処理手段を収納するケースと、前記電離箱を絶縁材を介して支持すると共に前記信号線を内部に収納する支持体と、前記ケース内に設けられ前記電子部品の温度を所定範囲内に維持する冷却手段とを備えたものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、原子力発電所、加速器利用施設、核燃料再処理施設などの周辺環境の環境γ線を測定するための環境γ線モニタに関するものである。

原子力発電所、加速器利用施設、核燃料再処理施設などの施設周辺には、環境放射線レベルを監視するために環境γ線モニタが設置されている。環境γ線モニタは、放射線を検出するための放射線検出器を内包する検出部が前記施設の天井に設置され、測定部が前記施設内に設置される場合と、検出部が地表または建屋のポール上に設置され、測定部が建屋内に設置される場合などがある。

検出部が施設の天井に設置される施設空間線量率モニタの場合は、施設の天井に設けた開口部にフランジ付きの短管を設け、この短管のフランジに放射線を検出する検出部を載せる形で設置し、一方、測定部は空調の効いた施設内部に設置される。検出部は、直接環境に曝されるため、夏場の直射日光を受ける時は内部が高温になり、冬場の積雪時は低温になる。

このため、施設の空調空気を専用のブロアで送風し、年間を通して検出部の温度を一定に保ち装置が安定に動作するようにしている。送風で熱量が不足する低温時には検出部内に設置したヒータで昇温して、それでも不足する時はブロアに設置したヒータを動作させて加熱した空気を送風している。検出部内に設置したヒータだけでまかなおうとしてその容量を大きくすると検出器がローカルヒートするため、加熱空気の送風を併用している。

このように、検出部の温度調整は施設の空調空気の送風を基本としているために、検出部温度は環境から検出部への熱の出入りと空調空気温度に依存する。一般に年間の外気温度は−10〜40℃の範囲で変化することがあり、空調は冷却のみであるため、施設内温度は５〜30℃程度で、検出部の内部温度は15〜35℃程度に調整される。

なお、検出部が地表または建屋のポール上に設置されるポール型空間線量率モニタの場合は、温度調節は検出部の内部に設置された小容量のヒータのみとなるため、検出部の内部の温度は５〜45℃となる。

放射線検出部や電子機器を冷却する従来例として、放射線検出部を冷却装置と共に真空容器に封入して冷却するもの（例えば、特許文献１参照）や、電子機器を収容した容器内に設けた冷却装置により冷却と除湿を行うようにしたもの（例えば、特許文献２参照）、或いは放射線検出素子をペルチェ効果を利用した冷却器により冷却するようにしたもの（例えば、特許文献３参照）などがある。
特開平１０−２３２２８５号公報（図１、図２、段落番号[０００７]）特開平１１−１４２５５８号公報（図１、図２、段落番号[００１０]）特開昭６０−１６１５７９号公報（図３、第２〜４頁）

環境γ線モニタでは電離箱を使用しており、微小電流を増幅して出力信号として検出するために、温度が５〜４５℃と大きく変化すると、電子部品の温度特性（入力バイアス電流）が影響して微小電流を正確に測定することが難しくなるという問題があった。また、放射線検出信号を処理する電子部品からなる回路中の湿度の影響により電流の漏洩が生じ、微小電流を正確に測定することが難しくなるという問題があった。湿度対策として、検出器をその周辺回路を含めて全体を密閉容器の中に封入し、吸湿剤を密閉容器に入れるなどにより除湿しているが、密閉容器は大型で高度の気密性が必要なために価格が高くなるという問題があった。これらの問題は、放射線検出部や電子機器を冷却する従来の技術では解決し得ない課題であった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、検出器の温度特性を顕著に表す部分、即ち検出器の検出信号を処理する電子部品の温度の変動が小さく、年間を通して安定した測定ができる高感度の環境γ線モニタを得ることを目的とする。

本発明は、環境中の放射線を検出する電離箱から出力される検出信号に基づいて環境の放射線量を測定する環境γ線モニタにおいて、前記検出信号を処理する電子部品が装着された信号処理手段と、前記電離箱から導出され前記信号処理手段に接続される信号線と、前記信号処理手段を収納するケースと、前記電離箱を絶縁材を介して支持すると共に前記信号線を内部に収納する支持体と、前記ケース内に設けられ前記電子部品を冷却する冷却手段とを備えたものである。

この発明によれば、信号処理手段を収納するケース内に設けられ、信号処理手段の電子部品の温度を所定範囲内に維持する冷却手段を備えたので、外部の温度変化があった時も、信号処理カード内の電子部品の温度を恒温に保つことが出来るので、測定された放射線量は、温度に依存しない正確な値を得ることができる。

実施の形態１
以下、この発明の実施の形態１に係る環境γ線モニタを、図に基づいて説明する。図１において、加圧球形の電離箱１は、絶縁材２と支持体３を介してカードケース９に固定されている。電離箱１と電子部品を備えた信号処理手段である信号処理カード４とは、電気的に信号線としての信号ケーブル１４により接続されている。絶縁材２はその下部にフランジを有し、円筒形に形成されている。支持体３は両端部にフランジを有し、円筒形に形成され、その上端部が絶縁材に固定され、下端部はカードケース９に固定されている。

電離箱１にγ線が入射すると、電離箱１の内部で充填ガスの電離が起こり、電子とイオンの対が形成される。電子は電離箱１内にかけられた電界により電離箱１内部の集電極１０１に集められ、電流導入端子１０２と信号ケーブル１４を介して外部の信号処理カード４に移動する。吸湿剤１６は、電流導入端子１０２部分の湿度上昇による、漏洩電流を防止するために、絶縁材２の内部に設置されている。

電流は、電子の移動方向とは逆方向、すなわち信号処理カード４から、信号ケーブル１４、電流導入端子１０２を経て、集電極１０１への方向に流れる。信号処理カード４では、電離箱１から運ばれてきた微小電荷を蓄積し、電荷量に応じたパルス率のパルス列を生成し、このパルス列を後段の計数回路で計数もしくは、計数率計でパルス率を計測し、線量率に換算して環境γ線を計測する。

ペルチェ素子などからなる冷却手段としての電子冷却モジュール５は、信号処理カード４に熱的に接するよう取り付けられ、放熱フィン６がカードケース９から外部に露出して外気に接するようにして配置してあり、冷却ファン７による空気の流通により放熱フィン６を冷却する構造としている。冷却の温度として２℃〜８℃を想定しているので、環境の最低温度が冷却温度以下になる場合には、電子冷却モジュール５の電流を止めて、ヒーター１５に通電することにより、信号処理カード付近の温度を一定に保つようにする。温度は、信号処理カード４の近くに設置された温度センサー１２により測定する。

以上のように構成したこの発明の実施の形態１による環境γ線モニタによれば、信号処理カード４の恒温化、低温化により電子部品の温度特性を抑制することができ、年間を通して安定した測定を行うことができるとともに高感度の環境γ線モニタを得ることができる。また、カードケース９と支持体３の内部は区分されているので、カードケース９内のみを温度制御すればよく、ヒーター及び電子制御モジュールを小型化することができ、かつその消費電力も小さくてよい。また、電子部品を低温に保つことにより、アンプの入力バイアス電流を小さくすることができるので、測定可能な最小電流をより小さくすることができ、放射線量の測定感度を向上することができる。

実施の形態２
次に、この発明の実施の形態２に係る環境γ線モニタについて、図２に基づいて説明する。図２において、支持体付きカードケース１１は、図１の実施の形態１における支持体３とカードケース９を一体にして構成したものであり、絶縁材２と直接機械的に接続されている。電流導入端子１０２に繋がる信号ケーブル１４は、絶縁材２の中を通って支持体付きカードケース１１の中に設けられた信号処理カード４の方へ、配線用の穴を設けること無しに直接引き入れられ、この信号処理カード４に接続されている。

信号ケーブル１４の両端の電流導入端部分と信号処理カード４の入力部分は、微小電流の漏洩の最も起こり易い箇所であり、この部分に結露を起こさないようにするなどの温度制御が必要であるが、電離箱１から出力される微小電流を流す信号ケーブル１４の通る空間を１つの区画にしたことにより、信号処理カード４の電子部品の温度特性を一定に保つことを目的とした恒温化と、漏洩電流を減らすことを目的とした結露防止用の恒温化を同一の空間でできるようにした。

この発明の実施の形態２による環境γ線モニタによれば、環境γ線モニタの恒温化を限られた限定した空間で実施することにより、冷却用電力、加熱用電力を極小化することができ、低コストの環境γ線モニタを得る効果がある。

実施の形態３
図３は、この発明の実施の形態３に係る環境γ線モニタを示す。図３において、信号処理カード４の近くに設置された温度センサー１２は、支持体付きカードケース１１の外に設置された温度コントロールユニット１３に接続されている。また、支持体付きカードケース１１内に設置されたヒータ１５は、温度コントロールユニット１３に接続されている。支持体付きカードケース１１内に設置された、電子冷却モジュール５も同様に温度コントロールユニット１３に接続されている。

次にその動作について、図４の説明図に基づいて説明する。温度センサー１２によって測定された温度をＴとする。予め、設定した信号処理カード４の周辺の温度をＴ_Ｃとする。図４において、Ｔ＞Ｔ_Ｃのとき、電子冷却モジュール５への通電をオンとし、ヒータ１５には通電はしていない。

Ｔ＝Ｔ_Ｃとなった時、電子冷却モジュール５への通電をオフする。この時、外気の温度よりＴ_Ｃが高いか、低いかによって温度Ｔの変化の仕方が変わる。外気温度がＴ_Ｃより高い時、Ｔは上昇し次の制御周期ではＴ＞Ｔ_Ｃの状態になるので、電子冷却モジュール５への通電がオンになり、図４に示すようにＴの下降が繰返される。

外気温度がＴ_Ｃより低いとき、電子冷却モジュール５への通電がオフになると、Ｔは下降し次の制御周期では、Ｔ＜Ｔ_Ｃの状態になる。この時、温度コントロールユニット１３により、ヒータ１５への通電をオンとし、電子冷却モジュール５への通電はオフとする。ヒータ１５への通電は、Ｔ＝Ｔ_cとなるまで継続し、Ｔ＝ＴＣとなった時点でヒータ１５への通電をオフにする。

以上のように温度制御することにより、信号処理カード４の周辺の温度を、（Ｔ_c−△T_ｈ）と、（Ｔ_c＋△T_p）との間の温度にコントロールすることができる。ここで△T_ｈは、ヒータ通電するときのＴＣからの温度変化を表し、△T_pは、電子冷却モジュール５への通電時のＴ_cからの温度変化を表している。（Ｔ_c−△T_ｈ）の値が０℃を超える値であれば、支持体付きカードケース１１内で結露が生じない。Ｔ_cを２℃〜８℃とする。

以上の説明は、温度コントロールユニットによる、電子冷却モジュールとヒータの電流制御をオン／オフ制御の場合で説明したが、比例制御と積分制御及び微分制御を組み合わせて設定値に収束させるＰＩＤ制御の方式でも同様の効果が得られる。

この実施の形態によれば、温度コントロールユニット１３を支持体付きカードケース１１の外に配置したことにより、温度コントロールユニット１３からの自己発熱により必要となる冷却電力を少なくすることができる。また、温度コントロールユニット１３を支持体付きカードケース１１の外に配置することにより、恒温化部分の体積を減らすことができ、温度コントロールユニット１３自体の体積が大きい場合、特にその効果が顕著であり、装置全体の低コスト化につながる。

実施の形態４
図５は、この発明の実施の形態４に係る環境γ線モニタを示す。図５において、カバー８０１は、球形の電離箱１の形状に沿うように球形に構成されている。このカバー８０１と電離箱１とは、絶縁材２を介して構造的に連結されているが、電気的には絶縁されている。

カバー８０１は、この実施の形態では上半球部８０１ａと下半球部８０１ｂの２分割構造になっており，上半球部８０１ａが無い状態で、電離箱１を組み込み，最後に上半球部８０１ａを下半球部８０１ｂに結合して組み立てる構造としている。上半球部８０１ａと下半球部８０１ｂとの固定は、ネジ構造または嵌め合い構造とすることができる。
なお、その他の構成は、実施の形態２と同様である。

恒温化する部分が信号処理カード４と信号ケーブル１４、電流導入端子１０２が収納されている部分に限定されているので、この実施の形態４によれば、カバー８０１を電離箱１が存在する部分に限定することができ、環境γ線モニタのコストを低減する効果がある。また、斜め下方から電離箱に入射する放射線に対しても、上半球部８０１ａの面と放射線遮蔽の面とで同等のカバーになっているので、検出器の方向特性を改善する効果がある。

実施の形態５
図６は、この発明の実施の形態５に係る環境γ線モニタを示す。図６において、カバー８０２は、半球殻部８０２ａと円筒部８０２ｂとを組み合わせた形状を有する。そのカバー８０２の円筒部８０２ｂの下側にフランジ部８０２ｃを有している。このフランジ部８０２ｃは、検出器下蓋８０３に結合され、カバー８０２内の気密性を保っている。検出器下蓋８０３は環状に構成され、放熱フィン６と冷却ファン７をカバー８０３の外側に露出させる構造としている。また、検出器下蓋８０３には、バルブ付きノズル１７が設置されており、このバルブ付きノズル１７に真空ポンプを接続してカバー８０２内を減圧することができるよう構成されている。

この実施の形態５によれば、カバー８０２にフランジ部８０２ｃを設け、カバー８０２を密封構造とし、バルブ付きノズル１７に真空ポンプを接続してカバー８０２内を減圧することができるよう構成したので、支持体付きカードケース１１への熱進入を押さえることができ、支持体付きカードケース１１内の保温特性、断熱効果が向上させることができ、その結果として、電子冷却モジュールとヒータを制御するための電力を極小化できるので、低コスト化につながる。

この発明の実施の形態１に係る環境ガンマ線モニタの構成図である。この発明の実施の形態２に係る環境ガンマ線モニタの構成図である。この発明の実施の形態３に係る環境ガンマ線モニタの構成図である。この発明の実施の形態３に係る環境ガンマ線モニタの動作説明用の説明図である。この発明の実施の形態４に係る環境ガンマ線モニタの構成図である。この発明の実施の形態５に係る環境ガンマ線モニタの構成図である。

１電離箱
１０１集電極
１０２電流導入端子
２絶縁材
３支持体
４信号処理カード
５電子冷却モジュール
６放熱フィン
７冷却ファン
８、８０１、８０２カバー
８０１ａ上半球部
８０１ｂ下半球部
８０２ｃフランジ部
８０３検出器下蓋
９カードケース
10 電子部品
11 支持体付きカードケース
12 温度センサー
13 温度コントロールユニット
14 信号ケーブル
１5 ヒータ
１６防湿剤
１７バルブ付きノズル

Claims

環境中の放射線を検出する電離箱から出力される検出信号に基づいて環境の放射線量を測定する環境γ線モニタにおいて、前記検出信号を処理する電子部品が装着された信号処理手段と、前記電離箱から出て前記信号処理手段に接続される信号線と、前記信号処理手段を収納するケースと、前記電離箱を絶縁材を介して支持すると共に前記信号線を内部に収納する支持体と、前記ケース内に設けられ前記電子部品を冷却する冷却手段とを備えたことを特徴とする環境γ線モニタ。
前記支持体の内部と前記ケースの内部とは区分されており、前記支持体の内部に吸湿手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の環境γ線モニタ。
前記支持体の内部と前記ケースの内部とは相互に連通した同一雰囲気の空間よりなることを特徴とする請求項１に記載の環境γ線モニタ。
前記ケースの内部に設けられたヒータと、前記ケースの内部の温度を計測する温度センサーと、前記温度センサーの出力に基づいて前記ヒータと前記冷却手段とを制御して前記ケース内の温度をコントロールする温度コントロール手段とを備えたことを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の環境γ線モニタ。
前記支持体に直接または間接的に支持され、前記電離箱を覆う密封構造のカバーを備え、このカバーの内部は、前記支持体の内部及び前記ケースの内部とは区分されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の環境γ線モニタ。
前記カバーはほぼ球形に形成され、その上部が下部から分離可能に構成されていることを特徴とする請求項５に記載の環境γ線モニタ。
前記電離箱と前記ケースと前記支持体と前記絶縁材とを覆う密封構造のカバーを備え、前記カバーの内部は外気に対して減圧されることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の環境γ線モニタ。