JP2015040720A - 中性子計測装置及び中性子計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】中性子信号が急激に変化する場合でも、２つの計測系の連続性を保つことができる中性子計測技術を提供する。
【解決手段】中性子計測装置１０は、中性子を検出してパルス信号を出力する中性子検出器１１と、信号密度が低い第一計測領域においてパルス信号を計数して第一中性子量を求めるパルスモード計測部１６と、信号密度が高い第二計測領域において信号のゆらぎ成分の２乗平均値から第二中性子量を求めるＭＳＶモード計測部１８と、第一計測領域と第二計測領域が重複する遷移領域において、第一中性子量と第二中性子量に基づき補正係数を算出する補正係数算出部１９と、算出した補正係数を記録する補正係数記録部２０と、遷移領域より低い領域では第一中性子量を出力し、遷移領域では記録された補正係数の平均値を第二中性子量に乗算した値を出力し、遷移領域より高い領域では第二中性子量を出力する出力切替部２２と、を備えることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、中性子計測技術に関する。

中性子計測装置は、中性子検出器から発生した中性子信号を計測して中性子束（中性子量）を測定するものである。
一般的に、中性子計測装置では、パルスモードと２乗平均電圧モード（ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｖｏｌｔａｇｅ ｍｏｄｅ，ＭＳＶモード）の２つの計測系により中性子量の測定を行う。

具体的には、中性子信号の信号レベル（信号密度）が低い領域では、パルスモードが用いられ、パルス状の中性子信号を計数することにより中性子量を求める。
一方、信号レベルが高くなるにつれて、信号同士が重なり合ってしまうため、中性子信号を計数することができなくなる。このため、中性子信号の信号レベルが高い領域では、２乗平均電圧モードが用いられ、信号のゆらぎ（変動）成分の２乗平均電圧値を用いて中性子量を求める。
このように、信号レベルに応じて２つの計測系を切り替えることにより、広いレンジでの中性子量の測定を行っている。

また、両計測系を切り替えるポイントでは、測定値が不連続とならないようにするため、信号レベルに対するゲインの調整が行われる。
従来から、測定値の連続性を自動で保持するための技術が検討されており、遷移領域（両計測系が重なり合う領域）において、両計測系のそれぞれの測定データから補正係数を算出し、この補正係数に基づいて測定値を調整する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−１３３７７３号公報

特許文献１の技術は、中性子信号の変動が比較的緩やかである場合には、遷移領域において補正係数を算出するための十分な測定データを得ることができる。

しかしながら、中性子信号が急激に上昇・下降する場合には、遷移領域を通過する際に、極めて短時間で補正係数を算出するための測定データを取得しなければならず、測定の連続性が保持できないおそれがあった。

本発明はこのような事情を考慮してなされたもので、中性子信号が急激に変化する場合でも、２つの計測系の連続性を保つことができる中性子計測技術を提供することを目的とする。

本実施形態の中性子計測装置は、中性子を検出してパルス信号を出力する中性子検出器と、前記パルス信号の密度が低い第一計測領域において、入力した前記パルス信号を計数して第一中性子量を求めるパルスモード計測部と、前記パルス信号の密度が高い第二計測領域において、入力した前記パルス信号のゆらぎ成分の２乗平均値から第二中性子量を求める２乗平均電圧モード計測部と、前記第一計測領域と前記第二計測領域とが重複する遷移領域において、第一中性子量と第二中性子量とに基づいて補正係数を算出する補正係数算出部と、算出された前記補正係数を記録する補正係数記録部と、前記パルス信号の密度が前記遷移領域より低い領域では前記第一中性子量を出力し、前記遷移領域では前記補正係数記録部に記録されている前記補正係数の平均値を前記第二中性子量に乗算して求めた値を出力し、前記遷移領域より高い領域では前記第二中性子量を出力する出力切替部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、中性子信号が急激に変化する場合でも、２つの計測系の連続性を保つことができる中性子計測技術が提供される。

第一実施形態に係る中性子計測装置の構成図。 第一実施形態に係る中性子計測装置による測定方法を示すフローチャート。 第二実施形態に係る中性子計測装置の構成図。 第二実施形態に係る中性子計測装置による測定方法を示すフローチャートの一部。 第二実施形態に係る中性子計測装置による測定方法を示すフローチャートの一部。

（第一実施形態）
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示す第一実施形態に係る中性子計測装置１０（以下、計測装置１０とする）は、中性子を検出してパルス信号を出力する中性子検出器１１と、パルス信号の密度が低い第一計測領域において、入力したパルス信号を計数して第一中性子量を求めるパルスモード計測部１６と、パルス信号の密度が高い第二計測領域において、入力したパルス信号のゆらぎ成分の２乗平均値から第二中性子量を求める２乗平均電圧モード計測部１８と、第一計測領域と第二計測領域とが重複する遷移領域において、第一中性子量と第二中性子量とに基づいて補正係数を算出する補正係数算出部１９と、算出された補正係数を記録する補正係数記録部２０と、パルス信号の密度が遷移領域より低い領域では第一中性子量を出力し、遷移領域では補正係数記録部２０に記録されている補正係数の平均値を第二中性子量に乗算して求めた値を出力し、遷移領域より高い領域では第二中性子量を出力する出力切替部２２と、を備えることを特徴とする。
なお、以下本文において、２乗平均電圧モードをＭＳＶモードと省略して説明する。

計測装置１０は、中性子検出器１１から発生した中性子信号を計測して中性子束（中性子量）を測定するものである。

中性子検出器１１は、中性子が入射すると負の極性をもつパルス状の中性子信号を出力するものである。中性子検出器１１から出力される微弱なパルス信号は、前置増幅器１２により増幅されて、パルスモード系１３及びＭＳＶモード系１４の各計測系に入力される。

パルス信号の計測は、パルス信号の信号密度の大きさに応じて、パルスモード系１３及びＭＳＶモード系１４を使い分けて実行される。
まず、信号密度が低い領域を第一計測領域と定めて、この第一計測領域ではパルスモード系１３によりパルス信号の計測を行う。

パルスモード系１３は、前置増幅器１２から出力されたパルス信号のノイズ成分を除去する波高弁別回路１５と、パルスモード計測部１６と、を備えている。
パルスモード計測部１６は、波高弁別回路１５を介して入力したパルス信号の計数を行って、計数値から第一中性子量を求める。

一方、信号密度が高い領域を第二計測領域と定めて、この第二計測領域では、ＭＳＶモード系１４によりパルス信号の計測を行う。なお、第二計測領域は、第一計測領域の高い側と第二計測領域の低い側とが重なり合うように定められており、この重複領域が遷移領域となる。

ＭＳＶモード系１４は、前置増幅器１２から出力されたパルス信号のゆらぎ（変動）成分の２乗平均値（分散）を算出する２乗平均回路１７と、ＭＳＶモード計測部１８と、を備えている。

ＭＳＶモード計測部１８は、２乗平均回路１７で算出した２乗平均値を用いてパルス計数率を計算し、このパルス計数率から第二中性子量を求める。

次に、第一計測領域と第二計測領域とが重複する遷移領域における中性子量の導出方法について説明する。遷移領域では、パルスモード系１３及びＭＳＶモード系１４のそれぞれの計測系により中性子量が求められる。

補正係数算出部１９は、パルスモード計測部１６で求めた第一中性子量とＭＳＶモード計測部１８で求めた第二中性子量とを入力する。そして、二つの測定量の差異に基づいて、第二中性子量に対する調整率を示す補正係数を算出する。

補正係数記録部２０は、補正係数算出部１９で算出された補正係数を計測時刻とともにデータとして記録するものである。

この補正係数記録部２０では、記録する補正係数の最大個数が設定されており、記録されている補正係数が最大個数になった場合は、計測時刻が最も古い補正係数を削除して、新たな補正係数の追加を行う。
さらに、補正係数記録部２０は、記録された補正係数に対して保存期限を設定しており、保存期限を過ぎた補正係数は削除される。

また、補正係数記録部２０は、記録されている補正係数の平均値を計算して保持する。
乗算回路２１は、補正係数記録部２０で計算された補正係数の平均値とＭＳＶモード計測部１８で求めた第二中性子量とを入力して乗算を実行する。この乗算値が、遷移領域における中性子量となる。

出力切替部２２は、遷移領域を基準に出力される測定値の切り替えを行う。
パルス信号の信号密度が遷移領域のときは、乗算回路２１から出力された乗算値を測定値として出力する。そして、遷移領域より小さい領域では、パルスモード計測部１６で求めた第一中性子量を出力する。そして、遷移領域より大きい領域では、ＭＳＶモード計測部１８で求めた第二中性子量を出力する。

図２は、第一実施形態に係る測定方法のフローチャートを示している（適宜、図１参照）。
中性子検出器１１は、中性子を検出して、パルス信号をパルスモード系１３及びＭＳＶモード系１４の各計測系に出力する（Ｓ１０）。

そして、パルス信号の信号密度の大きさに応じて、パルスモード系１３及びＭＳＶモード系１４によりパルス信号の計測が実行される（Ｓ１１）。

出力切替部２２は、パルス信号の信号密度が遷移領域より小さいときは（Ｓ１２：ＹＥＳ）、パルスモード系１３で求めた第一中性子量を出力する（Ｓ１３）。

パルス信号の密度が遷移領域のときは（Ｓ１４：ＹＥＳ）、補正係数算出部１９は、両計測系で求めた中性子量に基づいて補正係数を算出する（Ｓ１５）。
そして、算出された補正係数は、補正係数記録部２０に記録される（Ｓ１６）。

また、補正係数記録部２０は、記録されている補正係数から平均値を計算する（Ｓ１７）。そして、乗算回路２１において、ＭＳＶモード系１４で求めた第二中性子量に計算した補正係数の平均値が乗算される（Ｓ１８）。
そして、出力切替部２２は、この乗算値を中性子量として出力する（Ｓ１９）。

一方、パルス信号の密度が遷移領域より大きいときは（Ｓ１４：ＮＯ）、ＭＳＶモード系１４で求めた第二中性子量を出力する（Ｓ２０）。

このように、遷移領域において、補正係数記録部２０で予め記録されている補正係数の平均値を用いて中性子量の測定を行う。これにより、中性子信号が急激に変動し、補正係数を算出するための十分な測定データを得られない場合であっても、過去の測定において記録された補正係数を利用することで算出可能となる。したがって、２つの計測系を切り替える遷移領域において、測定の連続性を保持することが可能となる。

また、補正係数記録部２０では、一定期限を超えた古い補正係数は削除されるため、計測装置１０の現状の状態に即した補正係数が保存される。このため、中性子検出器１１の感度劣化により補正係数が変化した場合でも、この変化に追従することが可能となる。

（第二実施形態）
図３は、第二実施形態に係る中性子計測装置１０の構成図を示す。なお、第一実施形態と同様の構成には同一の符号を付し、重複する動作について説明を省略する。

第一実施形態と異なる点は、異常判定部２３をさらに備える点にある。
異常判定部２３は、遷移領域において、補正係数算出部１９で算出された補正係数と補正係数記録部２０に保持されている補正係数の平均値とを入力する。
そして、入力した補正係数が、補正係数の平均値を基準として予め定めた範囲内にあるか否かを判断して、この範囲内に無いときは異常と判定する。

異常判定部２３は、異常と判定した際には、異常アラームを出力して計測装置１０の測定者に報知する。これにより、測定者は、補正係数の異常を認識することができるため、中性子検出器１１の調整等の対応とることが可能となる。

また、異常と判定された補正係数は、異常データとして補正係数記録部２０に記録される。
補正係数記録部２０は、連続して異常と判定され、その連続回数が予め定めた回数を超えた場合、連続して異常データとして記録された補正係数のみで平均値を計算する。このとき、補正係数記録部２０は、異常が連続して発生する以前に記録された補正係数を削除する。

そして、出力切替部２２は、遷移領域において、異常データの補正係数を用いて計算された平均値を第二中性子量に乗算して求めた値を中性子量として出力する。

図４、図５は、第二実施形態に係る測定方法のフローチャートを示している（適宜、図３参照）。なお、図２に示した第一実施形態における測定フローと同一のステップには同一の符号を付して、説明を適宜省略する。

ここでは、パルス信号の信号密度が遷移領域である場合について説明する（Ｓ１４：ＹＥＳ）。
まず、補正係数算出部１９は、両計測系で求めた中性子量に基づいて補正係数を算出する（Ｓ１５）。

次に、異常判定部２３は、算出した補正係数が、補正係数記録部２０に記録された補正係数の平均値を基準として所定の範囲内にあるかを判定する（Ｓ２１）。

そして、算出した補正係数が所定の範囲内に無い場合（Ｓ２１：ＮＯ）、異常判定部２３は異常アラームを発生する（Ｓ２２）。
補正係数記録部２０は、異常と判定された補正係数を異常データとして記録する（Ｓ２３）。

次に、補正係数記録部２０は、補正係数が連続して異常と判定された場合、その連続回数が所定の回数を超えているか否かを判断する（Ｓ２４）。

連続回数が所定の回数を超えていない場合は（Ｓ２４：ＮＯ）、補正係数記録部２０は、記録されている補正係数（異常データ以外の補正係数）から平均値を計算する（Ｓ１７）。

一方、連続回数が所定の回数を超えている場合（Ｓ２４：ＹＥＳ）、補正係数記録部２０は、連続して異常が発生した補正係数を用いて平均値を計算する（Ｓ２５）。このとき、異常が連続して発生する以前に記録された補正係数は削除される（Ｓ２６）。

そして、乗算回路２１において、ＭＳＶモード系１４で求めた第二中性子量に連続して異常が発生した補正係数を用いて計算した平均値が乗算される（Ｓ１８）。そして、出力切替部２２は、この乗算値を中性子量として出力する（Ｓ１９）。

補正係数の異常が連続発生する場合、中性子検出器１１の感度劣化により補正係数が変化したものと考えられる。このように、異常が発生したデータのみを用いて補正係数を算出し直すことにより、この変化に追従した補正係数に修正することが可能となる。

以上述べた各中性子計測装置によれば、パルスモード系及びＭＳＶモード系の測定値から算出された補正係数を記録して、過去の測定において記録された補正係数を利用することにより、中性子信号が急激に変化する場合であっても、２つの計測系を切り替える遷移領域において測定の連続性を保持することが可能となる。

本発明の各実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、本実施形態に係る中性子計測装置は、中性子信号の急激な変化が発生する核融合施設のプラズマ加熱実験においても適用が可能である。

１０ 中性子計測装置
１１ 中性子検出器
１２ 前置増幅器
１３ パルスモード系
１４ ２乗平均電圧（ＭＳＶ）モード系
１５ 波高弁別回路
１６ パルスモード計測部
１７ ２乗平均回路
１８ ２乗平均電圧（ＭＳＶ）モード計測部
１９ 補正係数算出部
２０ 補正係数記録部
２１ 乗算回路
２２ 出力切替部
２３ 異常判定部

Claims (5)

1. 中性子を検出してパルス信号を出力する中性子検出器と、
   前記パルス信号の密度が低い第一計測領域において、入力した前記パルス信号を計数して第一中性子量を求めるパルスモード計測部と、
   前記パルス信号の密度が高い第二計測領域において、入力した前記パルス信号のゆらぎ成分の２乗平均値から第二中性子量を求める２乗平均電圧モード計測部と、
   前記第一計測領域と前記第二計測領域とが重複する遷移領域において、第一中性子量と第二中性子量とに基づいて補正係数を算出する補正係数算出部と、
   算出された前記補正係数を記録する補正係数記録部と、
   前記パルス信号の密度が前記遷移領域より低い領域では前記第一中性子量を出力し、前記遷移領域では前記補正係数記録部に記録されている前記補正係数の平均値を前記第二中性子量に乗算して求めた値を出力し、前記遷移領域より高い領域では前記第二中性子量を出力する出力切替部と、
   を備えることを特徴とする中性子計測装置。
2. 前記補正係数記録部は、記録された前記補正係数の中で一定期限を超えた前記補正係数を削除することを特徴とする請求項１に記載の中性子計測装置。
3. 算出された前記補正係数が、前記補正係数記録部に記録された前記補正係数の平均値を基準として所定の範囲内にあるか否かを判断して、この範囲内に無いときは異常と判定する異常判定部をさらに備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の中性子計測装置。
4. 前記出力切替部は、連続して発生した前記異常の発生回数が所定の回数を超えた際に、前記遷移領域では前記異常と判定された前記補正係数の平均値を前記第二中性子量に乗算して求めた値を出力することを特徴とする請求項３に記載の中性子計測装置。
5. 中性子を検出してパルス信号を出力するステップと、
   前記パルス信号の密度が低い第一計測領域において、入力した前記パルス信号を測定して第一中性子量を求めるステップと、
   前記パルス信号の密度が高い第二計測領域において、入力した前記パルス信号のゆらぎ成分の２乗平均値から第二中性子量を求めるステップと、
   前記第一計測領域と前記第二計測領域とが重複する遷移領域において、第一中性子量と第二中性子量とに基づいて補正係数を算出するステップと、
   算出された前記補正係数を補正係数記録部に記録するステップと、
   前記パルス信号の密度が前記遷移領域より低い領域では前記第一中性子量を出力し、前記遷移領域では前記補正係数記録部に記録されている前記補正係数の平均値を前記第二中性子量に乗算して求めた値を出力し、前記遷移領域より高い領域では前記第二中性子量を出力するステップと、
   を含むことを特徴とする中性子計測方法。

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