JP2009115816A - 放射性ヨウ素サンプラおよびそれを具備する放射性ヨウ素モニタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】放射性ヨウ素サンプラは、環境空気に含まれる放射性ヨウ素から放出される放射線を検出するために、上記環境空気をサンプリングし、サンプリングされた空気中のヨウ素またはその化合物をヨウ素捕集剤に捕集する放射性ヨウ素サンプラにおいて、待機時、上記ヨウ素捕集剤を気密状態で収納する気密収容手段と、上記ヨウ素捕集剤が収納されている空間の空気から水蒸気を除湿する除湿手段と、が備えられる。
【選択図】図1
Description
また、ヨウ素捕集剤が設置されている気密ボックスを高気密構造にすることも技術的には可能であるが、コストが大幅にアップするという問題がある。
図1は、この発明の実施の形態1に係わる放射性ヨウ素モニタの構成図である。図2は、実施の形態1に係わる除湿器の断面図である。なお、図1中において、検出器ホルダ、パッキン、活性炭カートリッジ、サクションヘッドおよびカートリッジ供給機構、気密ボックスは縦断面図として表されている。
実施の形態1の放射性ヨウ素モニタは、例えば、原子力発電所構外の局舎1内に設置されている。そして、放射性ヨウ素モニタは、大きく分けて、検出対象の環境空気からヨウ素およびその化合物を捕集するサンプリング部2と、捕集された放射性ヨウ素から放出される放射線を検出する放射線検出部3と、から構成されている。
サンプル空気加熱ヒータ7から下流側に接続された配管8は、シール部材10を貫通してサンプリング部2を構成する気密ボックス11内に延びている。
カートリッジ供給機構20は、検出器ホルダ16とサクションヘッド15との間に水平に設けられ、サクションヘッド15の上昇下降する領域に穴が空けられた固定板21、固定板21の中心で回転自在に支持され、活性炭カートリッジ14を複数収容できる穴が円周上に設けられた回転板22、回転板22を回転するためのモータ23、モータ23の回転を回転板22に伝達するギヤ24から構成されている。
活性炭カートリッジ14は、サクションヘッド15の上方以外は固定板21の上に載った状態にある。そして、モータ23が回転し、それに連動してギヤ24が回転し、それに伴い回転板22が回転すると、活性炭カートリッジ14は固定板21の上を滑って移動して、新たな活性炭カートリッジ14がサクションヘッド15上に配置される。
そして、サンプリング部2は、さらに、サクションヘッド15から延びた配管8が接続され、サクションヘッド15から排気される空気の流量を計測する流量計27、流量計27に接続され、下流から空気を排出するポンプ28、ポンプ28から排出される空気が局舎1外に排出される排気ノズル29から構成されている。
吸湿剤36としては、シリカゲル、モレキュラーシーブ、ゼオライト等が市販されており容易に入手でき、シール箇所の状況に応じて使用量を決定して定期的に取り替える。
一方、緊急時においては、カートリッジ供給機構20を駆動して、活性炭カートリッジ14をサクションヘッド15上に配置する。そして、サクションヘッド15を電磁ソレノイド17により押し上げて、検出器ホルダ16、活性炭カートリッジ14およびサクションヘッド15を密着して、サンプル空気の流路を構築する。すなわち、サンプル空気の流路は、吸気ノズル4から下流方向に、ミストセパレータ5、逆止弁6、検出器ホルダ16、活性炭カートリッジ14、サクションヘッド15、流量計27、ポンプ28を経由して排気ノズル29に至る。ポンプ28を駆動すると、逆止弁6に差圧が加わるので、逆止弁6が開放され、サンプル空気が活性炭カートリッジ14に流されて、サンプル空気中の放射性ヨウ素が活性炭カートリッジ14に捕集される。このように捕集された放射性ヨウ素から放出される放射線が放射線検出器12により検出される。なお、放射性ヨウ素は、単体ヨウ素およびヨウ化メチルなどのヨウ化物も含まれる。
なお、気密ボックス11は、活性炭カートリッジ14の取替えと気密ボックス11内部の保守とのために点検窓33が設けられている。配管8や配線が気密ボックス11を貫通する箇所および接合箇所はシール部材10によりシールされている。
局舎1は、吸気ノズル4および排気ノズル29を局舎1外に出して固定し、それ以外の機器を内部に格納して保護する。
除湿器31は、待機時のシール部から外気の温度変化および気圧の変化による呼吸現象にともない気密ボックス11に進入する水蒸気を除去することができる。
また、気密ボックス11内部の空気が低湿度に維持されるので、気密ボックス11内面およびその内部に収容されている機器に対する防錆の効果がある。
また、原子力発電施設や燃料サイクル施設において、腐食性ガスを含む空気をサンプリングする場合、吸湿剤36が気密ボックス11内に漏洩拡散する腐食性ガスを吸着するので、気密ボックス11内面及びその内部に設置された機器の腐食を防止する効果がある。
また、活性炭カートリッジ14の代わりに活性炭素繊維をフェルト状にしたものを同一平面形状に打ち抜いて適用することもできる。
図3は、この発明の実施の形態2に係わる放射性ヨウ素モニタの構成図である。なお、図3中において、検出器ホルダ、パッキン、活性炭カートリッジ、サクションヘッドおよび押し付け機構は縦断面図として表されている。
実施の形態2の放射性ヨウ素モニタは、実施の形態1の放射性ヨウ素モニタと異なり、活性炭カートリッジ14が1個だけ備えられている。そして、活性炭カートリッジ14は、待機時押し付け機構40により押し上げられたサクションヘッド15により押し上げられ、検出器ホルダ16との間で気密保持されている。このように1個の活性炭カートリッジ14が気密保持されているので、カートリッジ供給機構20および気密ボックス11が省かれている。
待機時、逆止弁6とポンプ28内に設けられている図示しない逆止弁とにより検出器ホルダ16、活性炭カートリッジ14、サクションヘッド15内の空間が気密封止されている。そして、この気密封止された空間を除湿するために、フレキシブルホース26の下流側から分岐された配管8の先に除湿箱45が設けられ、その除湿箱45の中に実施の形態1と同様な除湿器31が取り付けられている。このように実施の形態2における気密収容手段は、逆止弁6、検出器ホルダ16、パッキン18、サクションヘッド15、押し付け機構40およびポンプ28内の図示しない逆止弁から構成されている。
それによりパッキン18を介してサクションヘッド15と活性炭カートリッジ14、検出器ホルダ16と活性炭カートリッジ14のシール面が密着させられてサンプル空気の流路が形成される。待機時、この状態で待機しており、緊急時、外部からインターフェース部35経由で制御部32にポンプ28の起動信号が入力され、サンプリングが開始され、外部からの停止信号、または、図示しない内蔵タイマーに基づく停止信号が制御部32からポンプに入力されることによりポンプ28が停止してサンプリングが完了する。
図4は、この発明の実施の形態3に係わる放射性ヨウ素サンプラに構成図である。なお、図4中において、カートリッジ押さえ、活性炭カートリッジ、サクションヘッド、押し付け機構は縦断面図として表されている。
実施の形態3の放射性ヨウ素サンプラは、実施の形態2の放射性ヨウ素モニタから放射線検出部3が省略され、逆止弁6からサクションヘッド15の一連の機器が複数備えられ、複数の捕集流路を有することが実施の形態2の放射性ヨウ素モニタと異なっており、その他は同様であるので同様な部分に同じ符号を付記して説明は省略する。また、逆止弁6から電磁弁46には1つの捕集流路だけに符号を付記してあるが、3つとも同様であるので省略している。
また、活性炭カートリッジ14を上方から押さえるために、カートリッジホルダとしてのカートリッジ押さえ45が実施の形態2の検出器ホルダ16の替わりに備えられている。
そして、放射性ヨウ素サンプラには、複数の捕集流路を選択するために、それぞれの捕集流路に含まれるサクションヘッド15の下流側に接続されているフレキシブルホース26の先に電磁弁46がそれぞれ設けられ、電磁弁46を開閉することにより、捕集流路が選択されている。このように実施の形態3における気密収容手段は、逆止弁6、カートリッジ押さえ45、パッキン18、サクションヘッド15、電磁弁46から構成されている。
待機時、複数の捕集流路の全てが逆止弁6と電磁弁46とにより気密封止された状態にある。そして、緊急時、外部からインターフェース部35を経由して制御部32に電磁弁選択信号とポンプ28の起動信号とが入力されると、選択された電磁弁46が開になりポンプ28が起動されて空気のサンプリングを開始し、外部からの停止信号、または、図示しない内蔵タイマーに基づく停止信号が制御部32からポンプに入力されることによりポンプ28が停止してサンプリングが完了する。そして、外部からの操作または制御部32のタイマーにより電磁弁46を順次切換ながら放射性ヨウ素の捕集を行うことができる。
捕集を終えた活性炭カートリッジ14は、ハンドル43を操作して取り外され、新しいものに取り替えられる。取り外された活性炭カートリッジ14は、別の場所に設置された放射線検出器により放射性ヨウ素から放出される放射線が測定される。
なお、活性炭カートリッジ14は、実施の形態2と同様に1個とすることも可能である。
図5は、この発明の実施の形態4に係わる除湿器の構成図である。
実施の形態4に係わる放射性ヨウ素モニタは、実施の形態4に係わる放射性ヨウ素モニタの気密ボックス11内に備えられた除湿器31bだけが実施の形態1と異なり、その他は同様であるので説明は省略する。
実施の形態4の除湿器31bは、図5に示すように、気密ボックス11内に配置され、冷却された冷媒が流される冷却コイル51、気密ボックス11外に配置され、冷却コイル51の入力と出力とに接続され、冷媒を冷却して冷却コイル51に流す冷却ユニット52、冷却コイル51の下方に配置され、冷却コイル51で凝縮されて落下する水分を受けるドレン受け53、ドレン受け53に溜まった水を定期的に気密ボックス11外に排出するように開放するドレン排出電磁弁54、一端がドレン排出電磁弁54に接続され、他端が気密ボックス11外に気密ボックス11の壁を貫通して延びるドレン管55から構成されている。ドレン排出電磁弁54は、通常は閉になっており、制御部32からの制御信号で定期的に動作される。なお、冷却コイル51とドレン管55とが気密ボックス11の壁を貫通する箇所はシール部材10によりシールされている。ここで、ドレン排出手段は、ドレン受け53、ドレン排出電磁弁54およびドレン管55から構成されている。
冷媒としては、冷却された水、代替フロンガス等で対応でき、冷却コイルはヒートパイプであってもよい。
このような除湿器31bは、密閉した系の空気を冷却して水蒸気を凝縮させて除去するので、吸湿剤が不要となり、吸湿剤の交換がないので保守コストが低減できる。
図6は、この発明の実施の形態5に係わる除湿器の斜視図である。
実施の形態5に係わる放射性ヨウ素モニタは、実施の形態4に係わる除湿器31bだけが異なり、その他は同様であるので説明は省略する。
実施の形態5の除湿器31cは、実施の形態4の除湿器31bと気密ボックス11の内部の空気を冷却する手段が異なっており、その他は同様である。
実施の形態5の除湿器31cの空気を冷却する手段は、図6に示すように、気密ボックス11の壁11bに設けられた貫通孔11cに嵌合されて壁に固定され、一面が気密ボックス11外に面し、他面が気密ボックス11内に面するように配置された放熱板57、放熱板57の気密ボックス11内に面する面に熱的に密着されたペルチェ素子58、ペルチェ素子58の気密ボックス11内に熱的に密着されて固定された冷却フィン59、ペルチェ素子58に直流電圧を印加する電源60から構成されている。冷却フィン59で凝縮されて滴下する液滴は、ドレン受け53で受けられる。
p型半導体の個別電極をプラス電極、n型半導体の個別電極をマイナス電極として、両電極間に電源60により直流電圧を印加すると、n型半導体は共通電極からマイナス電極へ向かって電子が移動し、p型半導体は共通電極からプラス電極へ向かって正孔が移動する。
この移動に伴って熱エネルギーの移動が生じ、共通電極側がエネルギー不足の状態になって結果として冷却される。冷却フィン59が冷却されることにより、気密ボックス11内の空気が冷却されて、水蒸気が凝縮して除去される。一方、個別電極側では加熱されて、その熱が放熱板57を伝達して気密ボックス11外の外気に放出される。
図7は、この発明の実施の形態6に係わる除湿器の断面図である。
実施の形態6の除湿器31dは、気密ボックス11の壁11bに設けられた貫通孔11cに嵌合されて備えられている。そして、除湿器31dの片面は気密ボックス11の外側Aに面し、他の片面は気密ボックス11の内側Bに面している。
そして、除湿器31dは、図7に示すように、プロトンを伝導する固体電解質膜61、固体電解質膜61の片面に積層され、気密ボックス11の内側Bに面するように配置された陽極62、固体電解質膜61の他の片面に積層され、気密ボックス11の外側Aに面するように配置された陰極63、固体電解質膜61の外縁部61aを支持し、気密ボックス11の壁11bに固定する取付板64、陽極62と陰極63の間に直流電圧を印加する電源60から構成されている。
図8は、実施の形態7に係わる固体電解質膜61の内部の様子を順次拡大して見た図である。固体電解質膜61は、図8(a)に示すように、厚み200μm程度の機能膜で、その機能は、図8(b)に示すように、ガスや電子を通さずに、水素イオンを伝導することである。そして、このイオン伝導の機能は、図8(c)に示すように、スルフォニル基に沿って水素イオンが伝導することにより発揮する。この固体電解質膜61は、図8(d)に示すように、フッ素系の樹脂を主鎖に持ち、プロトンを付加することができるスルフォニル基SO3−を側鎖に持つ構造になっている。この固体電解質膜61は、例えば、固体高分子電解質膜があり、デュポン社の商品名ナフィオン(登録商標)として市販されており、手で触っても害のない電気絶縁性の透明なフィルムであり、容易に入手できる。なお、電極間に加える電圧は、3V程度と低く万一漏電しても安全である。
固体電解質膜61は、陽極62と陰極63とにより挟まれており、陽極62と陰極63との間に直流電圧3V程度を印加すると陽極62に吸収した水を伴って水素イオンが固体電解質膜61中を移動する。
また、陽極62と陰極63とは、多孔質の触媒作用を有する材料を使用しており、陽極62は水蒸気を取り込んでその触媒作用で酸素イオンと水素イオンにイオン化し、酸素イオンは陽極62の表面で酸素ガスになりサンプル空気中に放出され、水素イオンは固体電解質膜61の内部を電界で伝導され、陰極63の表面で外気の酸素と反応して水蒸気となり、随伴した水蒸気とともに放出されて気密ボックス11の除湿が行われる。
ナフィオン(登録商標)を使用した除湿器31dの除湿能力Dは、膜面積が一定の場合、陽極62側の気密ボックスの絶対湿度のみに比例し、式(1)で与えられる。
常時使用の場合には、カートリッジ切り換え時にサンプルエアーが拡散するが、切り換え時間は短時間なので同様の面積で十分である。
カートリッジの搭載数の多い大型の放射性ヨウ素モニタでは式(1)で必要面積を求めることができる。
このように気密ボックス内の水分を固体電解質膜を伝導させて外部に排出することができるので、吸湿剤の交換等の保守が不要となり、保守コストが低減する。
また、活性炭を密閉した系内に結露水を発生させることがないので、排水機構が不要となり、設備コストが低減できる。
図9は、この発明の実施の形態7に係わるサクションヘッドの一部断面図である。
実施の形態7の放射性ヨウ素モニタは、実施の形態1の放射性ヨウ素モニタのサクションヘッド15にサクションヘッドヒータ65を追加したところが異なっており、その他は同様であるので、同様な部分の説明は省略する。
サクションヘッドヒータ65は、図9に示すように、サクションヘッド15の外壁に巻かれるように配置されている。そして、制御部32から一定の電力がサクションヘッドヒータ65に供給されるので、サクションヘッド15が加熱され、サクションヘッド15から活性炭カートリッジ14に熱が伝導されて、活性炭カートリッジ14が好適な温度に維持される。サクションヘッドヒータ65は、活性炭カートリッジ14を常温より10℃程度上昇させれば十分であるので、特別なコントロールは不要で定容量の電力を供給すればよい。なお、サクションヘッドヒータ65を待機中も動作させておいてもよいが、ポンプ28の稼動と連動させて動作させてもよい。
また、途中の温度低下を見越してサンプル空気を高温に加熱することによるやけど防止用断熱材が不要になる。こうして活性炭を好適な温度にすることにより、活性炭によるヨウ素およびその化合物の捕集効率を高効率に維持することができる。
Claims (6)
- 環境空気に含まれる放射性ヨウ素から放出される放射線を検出するために、上記環境空気をサンプリングし、サンプリングされた空気中のヨウ素またはその化合物をヨウ素捕集剤に捕集する放射性ヨウ素サンプラにおいて、
待機時、上記ヨウ素捕集剤を気密状態で収納する気密収容手段と、
上記ヨウ素捕集剤が収納されている空間の空気から水蒸気を除湿する除湿手段と、
が備えられることを特徴とする放射性ヨウ素サンプラ。 - 上記サンプリングされた空気中のヨウ素またはその化合物を上記ヨウ素捕集剤に捕集するとき上記サンプリングされた空気が上記ヨウ素捕集剤に導かれた後上記空間外に排出されるとともに上記気密収容手段が囲む空間から隔離された流路を形成する、上記ヨウ素捕集剤を両側から挟むカートリッジホルダおよびサクションヘッドと、
上記サクションヘッドを加熱するサクションヘッドヒータと、
が備えられることを特徴とする請求項1に記載の放射性ヨウ素サンプラ。 - 上記除湿手段は、上記空間内の空気を冷却して水蒸気を結露し、液滴にする冷却コイルと、上記冷却コイルを冷却する冷却ユニットと、上記液滴の落下を受けて上記空間外に排出するドレン排出手段と、からなることを特徴とする請求項1または2に記載の放射性ヨウ素サンプラ。
- 上記除湿手段は、上記空間内の空気を冷却して水蒸気を結露し、液滴にする冷却フィンと、上記冷却フィンを冷却するペルチェ素子と、上記液滴の落下を受けて上記空間外に排出するドレン排出手段と、上記ペルチェ素子に直流電圧を印加する電源と、を有することを特徴とする請求項1または2に記載の放射性ヨウ素サンプラ。
- 上記除湿手段は、上記空間の中外に両面が面すように配置された固体電解質膜と、上記固体電解質膜の上記空間の中に面する面に設けられ、水蒸気をイオン化してプロトンを生成する多孔性の陽極と、上記固体電解質膜の上記空間の外に面する面に設けられ、上記陽極側から伝導されたプロトンを酸化する陰極と、上記陽極と上記陰極との間に直流電圧を印加する電源と、を有することを特徴とする請求項1に記載の放射性ヨウ素サンプラ。
- ヨウ素捕集剤に捕集された放射性ヨウ素から放出される放射線を検出する放射性ヨウ素モニタにおいて、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の放射性ヨウ素サンプラを備えたことを特徴とする放射性ヨウ素モニタ。
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