JP2015143663A - radioactive gas monitor - Google Patents

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JP2015143663A JP2014017351A JP2014017351A JP2015143663A JP 2015143663 A JP2015143663 A JP 2015143663A JP 2014017351 A JP2014017351 A JP 2014017351A JP 2014017351 A JP2014017351 A JP 2014017351A JP 2015143663 A JP2015143663 A JP 2015143663A
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西沢 博志
Hiroshi Nishizawa
博志 西沢
真照 林
Masateru Hayashi
真照 林
哲史 東
Tetsushi Azuma
哲史 東
猪又 憲治
Kenji Inomata
憲治 猪又
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radioactive gas monitor which has a compact and relatively simple configuration and is capable of measuring radioactivity concentration of a detection target gas for each nuclide.SOLUTION: A radioactive gas monitor 1 includes; a vented inner ionization chamber 104 having a pair of electrodes comprising a core wire 106 and an outer electrode 107 with a flow path for allowing passage of a detection target gas G located in between; an outer ionization chamber 105 located surrounding the inner ionization chamber 104 and having a pair of electrodes comprising an inner electrode 110 and outer electrodes 111a-111n with a hollow space containing ionized gas in between; and an energy absorbing material 109 which is provided between the inner ionization chamber 104 and outer ionization chamber 105 to absorb energy of radiation generated by the detection target gas G. The amount of energy absorbed by the energy absorbing material 109 changes along the flow path in the inner ionization chamber 104.

Description

本発明は、検出対象ガスの放射能濃度を核種ごとに弁別して測定する放射性ガスモニタに関する。   The present invention relates to a radioactive gas monitor that discriminates and measures the radioactivity concentration of a detection target gas for each nuclide.

従来、原子力施設、放射性同位元素取扱施設などに設置されている放射性ガスモニタは、プラスチックシンチレータ、電離箱等を用いることで検出対象ガスの放射能濃度を測定していた。しかし、通常、プラスチックシンチレータ、電離箱ではβ線の個数は計測できるが、β線のエネルギーを測定することは困難であるため、核種を同定することができなかった。そのため、計測したβ線の個数データのみから特定核種の放射能濃度に換算するだけであったため、複数の個別の核種の放射能濃度を測定することが困難であった。   Conventionally, a radioactive gas monitor installed in a nuclear facility, a radioisotope handling facility, or the like has measured the radioactivity concentration of a detection target gas by using a plastic scintillator, an ionization chamber, or the like. However, in general, the number of β-rays can be measured with plastic scintillators and ionization chambers, but because it is difficult to measure the energy of β-rays, the nuclide could not be identified. For this reason, it has been difficult to measure the radioactivity concentration of a plurality of individual nuclides because it has only been converted into the radioactivity concentration of a specific nuclide from only the measured β ray count data.

特許第2930513号公報Japanese Patent No. 2930513

β線のエネルギーを測定することができれば、測定対象ガスに含まれる核種ごとに放射能濃度を計測することができ、例えば施設内のどこで漏洩が起こったかなど、不具合原因を特定することが容易になる等の利点がある。   If β-ray energy can be measured, the radioactivity concentration can be measured for each nuclide contained in the gas to be measured. For example, it is easy to identify the cause of the malfunction such as where the leak occurred in the facility. There are advantages such as.

特許文献1で提案されている手法では、有感体積がそれぞれ異なる内側電離箱と外側電離箱とを備え、β線の飛程がエネルギーに依存することを利用してβ線を弁別している。即ち、有感体積の小さな内側電離箱と有感体積の大きな外側電離箱に検出対象ガスを順番に導き、両電離箱の電離電流の比率を計算することによって、β線を2つのエネルギー領域ごとに弁別し、核種を2つに大別して放射能濃度を測定することができる。   In the method proposed in Patent Document 1, an inner ionization chamber and an outer ionization chamber having different sensitive volumes are provided, and β rays are discriminated using the fact that the range of β rays depends on energy. In other words, by introducing the detection target gas sequentially into the inner ionization chamber with a small sensitive volume and the outer ionization chamber with a large sensitive volume, and calculating the ratio of the ionization current of both ionization chambers, the β-rays are divided into two energy regions. The radioactivity concentration can be measured by roughly classifying the nuclide into two types.

しかしながら、検出対象核種が3種類以上ある場合、それらの核種を弁別するためには有感体積の異なる電離箱を数多く備える必要がある。そのため、弁別したいエネルギー領域ごとに別々の検出器セルを用意しなければならず、検出システム全体が複雑になり大型化する。一方、特許文献1のような構成では、現実的には核種を大まかに2つにしか大別することしかできず、個々の放射性物質の濃度を測定することができない。   However, when there are three or more detection target nuclides, it is necessary to provide a large number of ionization chambers having different sensitive volumes in order to discriminate those nuclides. Therefore, a separate detector cell must be prepared for each energy region to be discriminated, and the entire detection system becomes complicated and large. On the other hand, in the configuration as in Patent Document 1, in reality, the nuclide can only be roughly divided into two, and the concentration of each radioactive substance cannot be measured.

本発明の目的は、小型かつ比較的簡単な構成で、検出対象ガスの放射能濃度を核種ごとに測定できる放射性ガスモニタを提供することである。   An object of the present invention is to provide a radioactive gas monitor capable of measuring the radioactivity concentration of a detection target gas for each nuclide with a small and relatively simple configuration.

上記目的を達成するために、本発明に係る放射性ガスモニタは、
検出対象ガスを通過させる流路が介在している一対の電極を有する通気式の内側電離箱と、
前記内側電離箱の外側に設けられ、電離ガスを含む空洞が介在している一対の電極を有する外側電離箱と、
前記内側電離箱と前記外側電離箱との間に設けられ、検出対象ガスが発生する放射線のエネルギーを損失させるためのエネルギー損失材とを備え、
該エネルギー損失材のエネルギー損失量は、前記流路に沿って変化していることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the radioactive gas monitor according to the present invention comprises:
A ventilated inner ionization chamber having a pair of electrodes in which a flow path for allowing the gas to be detected to pass is interposed;
An outer ionization chamber having a pair of electrodes provided outside the inner ionization chamber and interposing a cavity containing ionized gas;
An energy loss material provided between the inner ionization chamber and the outer ionization chamber, for losing the energy of radiation generated by the detection target gas;
The energy loss amount of the energy loss material varies along the flow path.

本発明によれば、検出対象ガスが内側電離箱の流路を通過する際、ガスに含まれる放射性核種からβ線が放出される。こうしたβ線は、最初に内側電離箱によって検出され、続いてエネルギー損失材を通過する際にエネルギーを除々に失い、そして外側電離箱によって再び検出される。このときエネルギー損失材のエネルギー損失量が流路に沿って変化しているため、外側電離箱に到達できるβ線の数は、外側電離箱に到達する場所に応じて変化する。その結果、測定核種のβ線エネルギーの大きさと、外側電離箱での検出位置との対応付けが可能になり、β線エネルギーを空間的に弁別することができる。   According to the present invention, when the detection target gas passes through the flow path of the inner ionization chamber, β rays are emitted from the radionuclide contained in the gas. Such beta rays are first detected by the inner ion chamber, then gradually lose energy as they pass through the energy loss material, and are detected again by the outer ion chamber. At this time, since the amount of energy loss of the energy loss material changes along the flow path, the number of β rays that can reach the outer ionization chamber varies depending on the location that reaches the outer ionization chamber. As a result, the magnitude of the β-ray energy of the measurement nuclide can be associated with the detection position in the outer ionization chamber, and the β-ray energy can be spatially distinguished.

本発明の実施の形態1による放射性ガスモニタの構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the radioactive gas monitor by Embodiment 1 of this invention. 放射性ガスモニタの中心軸に沿った縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view along the central axis of a radioactive gas monitor. 放射性ガスモニタの電気的構成の他の例を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the other example of the electrical structure of a radioactive gas monitor. 本発明の実施の形態2による放射性ガスモニタの構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the radioactive gas monitor by Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3による放射性ガスモニタの構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the radioactive gas monitor by Embodiment 3 of this invention.

実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1による放射性ガスモニタの構成を示す斜視図である。図2は、放射性ガスモニタの中心軸に沿った縦断面図である。検出対象ガスGは、例えば、Xe−133、Kr−85、Ar−41など、β線を放出する放射性核種を含む。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of a radioactive gas monitor according to Embodiment 1 of the present invention. FIG. 2 is a longitudinal sectional view along the central axis of the radioactive gas monitor. The detection target gas G includes a radionuclide that emits β rays, such as Xe-133, Kr-85, Ar-41, and the like.

放射性ガスモニタ1は、通気式の内側電離箱104と、内側電離箱104の外側に設けられた外側電離箱105と、内側電離箱104と外側電離箱105との間に設けられたエネルギー損失材109などを備える。   The radioactive gas monitor 1 includes a ventilated inner ionization chamber 104, an outer ionization chamber 105 provided outside the inner ionization chamber 104, and an energy loss material 109 provided between the inner ionization chamber 104 and the outer ionization chamber 105. Etc.

内側電離箱104は、中心軸と平行な側面および両端面を有するハウジングと、中心軸上に設置された導電性の芯線106と、芯線106から空間を隔てて設置された外側電極107とを備える。外側電極107は、ハウジング側面の内壁に沿って設置してもよく、あるいはハウジング側面と兼用することも可能である。ハウジングの一方の端面にはガス入口102が設けられ、ハウジングの他方の端面にはガス出口103が設けられ、ハウジング空洞は、検出対象ガスを通過させる流路として機能する。検出対象ガスGは、ガス入口102からガス出口103に向かって流れる。芯線106および外側電極107は、両者間に流路が介在する一対の電極として機能する。   The inner ionization chamber 104 includes a housing having side surfaces parallel to the central axis and both end surfaces, a conductive core wire 106 installed on the central axis, and an outer electrode 107 installed at a distance from the core wire 106. . The outer electrode 107 may be installed along the inner wall of the side surface of the housing, or can also be used as the side surface of the housing. A gas inlet 102 is provided on one end face of the housing, and a gas outlet 103 is provided on the other end face of the housing. The housing cavity functions as a flow path through which the detection target gas passes. The detection target gas G flows from the gas inlet 102 toward the gas outlet 103. The core wire 106 and the outer electrode 107 function as a pair of electrodes having a flow path between them.

外側電離箱105は、空洞を形成するためのハウジングと、単一の電極として構成された内側電極110と、複数の電極として構成された外側電極111a,…,111nとを備える。空洞には、電離ガス(例えば、空気、窒素、キセノンなど、化学的に不活性なガス)が充填される。内側電極110および各外側電極111a,…,111nは、両者間に空洞が介在する一対の電極として機能する。   The outer ionization chamber 105 includes a housing for forming a cavity, an inner electrode 110 configured as a single electrode, and outer electrodes 111a, ..., 111n configured as a plurality of electrodes. The cavity is filled with an ionizing gas (for example, a chemically inert gas such as air, nitrogen, or xenon). The inner electrode 110 and the outer electrodes 111a,..., 111n function as a pair of electrodes with a cavity interposed therebetween.

エネルギー損失材109は、検出対象ガスGが発生するβ線のエネルギーを損失させる機能を有し、エネルギー損失材109の厚さ、材質などが空間的に変化することによって、そのエネルギー損失量も内側電離箱104の流路に沿って変化するように分布している。一例として、エネルギー損失材109は、図2に示したように、内側電離箱104の流路に沿って外径が連続的に変化している円錐台形状または角錐台形状、いわゆる「テーパリング形状」を有してもよい。この場合、下方の位置になるほど、β線のエネルギー損失量がより大きくなり、一方、上方の位置になるほど、β線のエネルギー損失量がより小さくなる。なお、エネルギー損失材109は、内側電離箱104および外側電離箱105の支持部材としての機能を備えてもよい。   The energy loss material 109 has a function of losing the energy of β rays generated by the detection target gas G, and the amount of energy loss is also increased when the thickness and material of the energy loss material 109 are spatially changed. It is distributed so as to change along the flow path of the ionization chamber 104. As an example, the energy loss material 109 has a truncated cone shape or a truncated pyramid shape whose outer diameter continuously changes along the flow path of the inner ionization chamber 104, as shown in FIG. May be included. In this case, the lower the position, the larger the amount of β-ray energy loss, while the higher the position, the smaller the amount of β-ray energy loss. The energy loss material 109 may have a function as a support member for the inner ionization chamber 104 and the outer ionization chamber 105.

次に電気的構成について説明する。内側電離箱104の芯線106と外側電極107との間、および外側電離箱105の内側電極110と各外側電極111a,…,111nとの間には、直流の高電圧がそれぞれ印加されるように高圧電源108が接続される。そして、外側電離箱105の各外側電極111a,…,111nに流れる電流をそれぞれ測定する複数の直流微小電流計(図のA)が設けられる。同様に、内側電離箱104の外側電極107に流れる電流を測定する直流微小電流計(図のA)が設けられる。なお、芯線106および各外側電極111a,…,111nはそれぞれ接地される。各直流微小電流計の出力信号は、マイクロプロセッサなどを含む演算装置115に取り込まれる。   Next, the electrical configuration will be described. A high DC voltage is applied between the core wire 106 of the inner ionization chamber 104 and the outer electrode 107 and between the inner electrode 110 of the outer ionization chamber 105 and each of the outer electrodes 111a,. A high voltage power supply 108 is connected. A plurality of direct current microammeters (A in the figure) for measuring the currents flowing through the outer electrodes 111a,..., 111n of the outer ionization chamber 105 are provided. Similarly, a direct current microammeter (A in the figure) for measuring the current flowing through the outer electrode 107 of the inner ionization chamber 104 is provided. The core wire 106 and the outer electrodes 111a, ..., 111n are grounded. The output signal of each direct current microammeter is taken into the arithmetic unit 115 including a microprocessor or the like.

次に動作について説明する。検出対象ガスGがガス入口102から内側電離箱104の流路を通過する際、放射性核種がβ線を放出してガス分子に衝突すると、電子とイオンに電離した状態になる。内側電離箱104で電離した場合は、芯線106と外側電極107との間の電界に沿って電子とイオンが互いに反対方向に流動して、電流が発生する。一方、外側電離箱105で電離した場合、内側電極110と各外側電極111a,…,111nとの間の電界に沿って電子とイオンが互いに反対方向に流動して、電流が発生する。このとき、電離した位置に最も近い外側電極111a,…,111nを通じて電流が流れるため、電流が流れた外側電極を識別することによって電離位置を空間的に弁別できる。発生した電流の値は、直流微小電流計によって測定される。   Next, the operation will be described. When the detection target gas G passes through the flow path of the inner ionization chamber 104 from the gas inlet 102, when the radionuclide emits β rays and collides with gas molecules, it is ionized into electrons and ions. When ionization is performed in the inner ionization chamber 104, electrons and ions flow in opposite directions along the electric field between the core wire 106 and the outer electrode 107, and a current is generated. On the other hand, when ionization is performed in the outer ionization chamber 105, electrons and ions flow in opposite directions along the electric field between the inner electrode 110 and each outer electrode 111a, ..., 111n, and a current is generated. At this time, since current flows through the outer electrodes 111a, ..., 111n closest to the ionized position, the ionized position can be spatially discriminated by identifying the outer electrode through which the current flows. The value of the generated current is measured by a direct current microammeter.

検出対象ガスGが放出したβ線の飛程は、β線のエネルギーが高いほど長く、逆にエネルギーが低いほど短い。図2では、一例として、β粒子「β1」、「β2」、「β3」があり、それぞれエネルギーを3つの領域に区分して、高エネルギーβ粒子、中エネルギーβ粒子、低エネルギーβ粒子と呼ぶこととする。なお、ここでいうエネルギーは放射性核種から放出するβ線のエネルギーを便宜的に区分したものであり、β線エネルギーは例えば低いものでは数keV程度から、高いものでは数MeV程度まで様々なものがある。   The range of β rays emitted from the detection target gas G is longer as the energy of β rays is higher, and conversely is shorter as the energy is lower. In FIG. 2, as an example, there are β particles “β1”, “β2”, and “β3”, which are divided into three regions, and are called high energy β particles, medium energy β particles, and low energy β particles. I will do it. The energy referred to here is the β-ray energy emitted from the radionuclide for convenience, and the β-ray energy varies for example from about several keV at low to about several MeV at high. is there.

内側電離箱104内では、「β1」、「β2」、「β3」いずれのβ線もガス分子を電離させることができる。さらに、エネルギーが比較的高い「β1」、「β2」のβ線は、外側電極107、エネルギー損失材109および内側電極110を貫通して外側電離箱105の空洞にまで到達する。上述したように、β線の飛程はβ線のエネルギーが高いほど長く、逆にエネルギーが低いほど短い。これは、テーパリング状のエネルギー損失材109についても同様である。従って、β線のエネルギーによって、通過できるエネルギー損失材109の厚さ、すなわち半径方向の距離が異なる。例えば、エネルギーの高い「β1」は通過できる厚さが厚いため、図2の符号113で示す領域1まで達することができる。一方、「β1」よりもエネルギーが低い「β2」は、符号114で示す領域2には達することができるが、符号113で示す領域1には達することができない。従って、領域1では「β1」のみによりガスが電離し、領域2では「β1」および「β2」によりガスが電離することになる。   In the inner ionization chamber 104, any β rays of “β1”, “β2”, and “β3” can ionize gas molecules. Further, β rays of “β1” and “β2” having relatively high energy pass through the outer electrode 107, the energy loss material 109, and the inner electrode 110 and reach the cavity of the outer ionization chamber 105. As described above, the range of β rays is longer as the energy of β rays is higher, and conversely is shorter as the energy is lower. The same applies to the tapering energy loss material 109. Therefore, the thickness of the energy loss material 109 that can pass, that is, the distance in the radial direction, differs depending on the energy of β rays. For example, since “β1” having high energy is thick enough to pass, it can reach region 1 indicated by reference numeral 113 in FIG. On the other hand, “β2” having lower energy than “β1” can reach the region 2 indicated by reference numeral 114, but cannot reach the region 1 indicated by reference numeral 113. Therefore, in region 1, the gas is ionized only by “β1”, and in region 2, the gas is ionized by “β1” and “β2”.

なお、外側電離箱105の空洞の径方向寸法、すなわち電極間距離はどの位置でもほぼ一定であるので、エネルギー損失材109を通過したβ線が空洞に付与するエネルギーはほぼ一定となる。従って、領域1、領域2での電離量は、β線の初期エネルギーにはほぼ依存せず、空洞に到達したβ線の個数にほぼ比例することになる。外側電離箱105の外側内面には、軸方向に分割された複数の外側電極111a,…,111nが設けられているため、対応する領域1、領域2等での電離量が測定できる。   Since the radial dimension of the cavity of the outer ionization chamber 105, that is, the distance between the electrodes, is almost constant at any position, the energy imparted to the cavity by the β rays that have passed through the energy loss material 109 is substantially constant. Therefore, the amount of ionization in the region 1 and the region 2 does not substantially depend on the initial energy of β rays, and is almost proportional to the number of β rays that have reached the cavity. Since a plurality of outer electrodes 111a,..., 111n divided in the axial direction are provided on the outer inner surface of the outer ionization chamber 105, the amount of ionization in the corresponding region 1, region 2, etc. can be measured.

以上のように、内側電離箱104では「β1」、「β2」、「β3」いずれのβ線によってもガス分子が電離し、外側電離箱105の符号114で示す領域2では「β1」、「β2」のβ線によってガス分子が電離し、外側電離箱105の符号113で示す領域1では「β1」のβ線によってガス分子が電離する。そして、それぞれの場合に対応する電離電流値が各直流微小電流計により測定される。各直流微小電流計の出力値は演算装置115に伝送され、演算により「β1」、「β2」、「β3」の個々のエネルギー値が求められる。これにより、β線をエネルギー領域ごとに区分して測定することができる。   As described above, in the inner ionization chamber 104, gas molecules are ionized by any β rays of “β1”, “β2”, and “β3”, and in the region 2 indicated by reference numeral 114 of the outer ionization chamber 105, “β1”, “ Gas molecules are ionized by β rays of “β2”, and gas molecules are ionized by β rays of “β1” in the region 1 indicated by reference numeral 113 of the outer ionization chamber 105. Then, an ionization current value corresponding to each case is measured by each DC microammeter. The output value of each DC microammeter is transmitted to the arithmetic unit 115, and the individual energy values of “β1”, “β2”, and “β3” are obtained by calculation. As a result, β-rays can be measured separately for each energy region.

上記の例では、理解容易のため、β線のエネルギーを「β1」、「β2」、「β3」の3区分として説明したが、外側電極111a,…,111nの設置個数に応じて測定対象の空洞領域を任意に分割することができるので、原理的にはβ線のエネルギーを連続的に弁別することが可能となる。   In the above example, for the sake of easy understanding, the β-ray energy has been described as the three categories of “β1”, “β2”, and “β3”. However, depending on the number of the outer electrodes 111a,. Since the cavity region can be arbitrarily divided, it is possible in principle to discriminate β-ray energy continuously.

従って、本実施形態に係る放射性ガスモニタ1は、検出対象ガスGのβ線のエネルギーを任意の領域に弁別することができるので、検出対象ガスGのβ線をエネルギーごとに細かく連続的に弁別して個々の核種を識別することができる。また、放射性ガスモニタ1を内側電離箱104および外側電離箱105の2つの検出器セルで構成できるので、装置の小型化、低コスト化が図られる。   Therefore, the radioactive gas monitor 1 according to the present embodiment can discriminate the β-ray energy of the detection target gas G into an arbitrary region, so that the β-rays of the detection target gas G are finely and continuously discriminated for each energy. Individual nuclides can be identified. Further, since the radioactive gas monitor 1 can be constituted by two detector cells, the inner ionization chamber 104 and the outer ionization chamber 105, the apparatus can be reduced in size and cost.

図3は、放射性ガスモニタの電気的構成の他の例を示す説明図である。β線のエネルギーを測定するために、図2の構成では直流微小電流計を用いて電離電流を測定しているが、図3の構成では電荷型増幅器を用いたパルス計数を採用している。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing another example of the electrical configuration of the radioactive gas monitor. In order to measure the energy of β rays, the ionization current is measured using a direct current microammeter in the configuration of FIG. 2, but the pulse count using a charge-type amplifier is adopted in the configuration of FIG.

図3において、内側電離箱104の芯線106と外側電極107との間、および外側電離箱105の内側電極110と各外側電極111a,…,111nとの間には、直流の高電圧がそれぞれ印加されるように、負荷抵抗を介して高圧電源108が接続される。そして、芯線106および各外側電極111a,…,111nには、適切な時定数に設定した電荷型増幅器213がそれぞれ接続される。電荷型増幅器213は、入力された電荷を電圧パルス信号に変換する機能を有し、その出力をカウンタ回路214で計数することによって、単位時間当りのパルス数を求めることができる。単位時間当りのパルス数は、マイクロプロセッサなどを含む演算装置115に取り込まれ、β線のエネルギーに換算される。その結果、β線のエネルギー弁別が可能になり、核種の放射能濃度を測定することができる。   3, a high DC voltage is applied between the core wire 106 and the outer electrode 107 of the inner ionization chamber 104 and between the inner electrode 110 of the outer ionization chamber 105 and each of the outer electrodes 111a,. As described above, the high-voltage power supply 108 is connected via a load resistor. A charge amplifier 213 set to an appropriate time constant is connected to the core wire 106 and the outer electrodes 111a,. The charge-type amplifier 213 has a function of converting the input charge into a voltage pulse signal, and the counter circuit 214 counts the output to obtain the number of pulses per unit time. The number of pulses per unit time is taken into the arithmetic unit 115 including a microprocessor and converted into β-ray energy. As a result, it becomes possible to discriminate β-ray energy, and the radioactivity concentration of the nuclide can be measured.

このように図3の構成では、パルス計測を行うことにより、β線の粒子1つ1つを計数することができるため、極めて低い放射能濃度であっても高感度に測定できる。   As described above, in the configuration of FIG. 3, by performing pulse measurement, it is possible to count each β-ray particle, so that even a very low radioactive concentration can be measured with high sensitivity.

なお、本実施形態では内側電離箱104を円筒形状とし、外側電離箱105を円錐台形状としているが、こうした形状に限らず、例えば平板型形状でも構わない。また、エネルギー損失材109は材料が一様で厚さを変化させたものとしているが、組成、密度などを変化させてもβ線のエネルギーを変化させる効果があるので、エネルギー損失材109の場所により材質を変えても同等の効果が得られる。   In the present embodiment, the inner ionization chamber 104 has a cylindrical shape and the outer ionization chamber 105 has a truncated cone shape. However, the shape is not limited to this shape, and may be, for example, a flat plate shape. Further, the energy loss material 109 is assumed to have a uniform material and a changed thickness. However, even if the composition, density, etc. are changed, there is an effect of changing the energy of β-rays. Even if the material is changed, the same effect can be obtained.

実施の形態2.
図4は、本発明の実施の形態2による放射性ガスモニタの構成を示す縦断面図である。本実施形態は、実施の形態1と比べて、内側電離箱104およびエネルギー損失材109の構成は同じであるが、外側電離箱105の外側電極が単一の電極として構成されている点で相違する。なお、実施の形態1と同様な構成については重複説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing the configuration of the radioactive gas monitor according to the second embodiment of the present invention. The present embodiment is different from the first embodiment in that the inner ionization chamber 104 and the energy loss material 109 have the same configuration, but the outer electrode of the outer ionization chamber 105 is configured as a single electrode. To do. Note that a duplicate description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted.

外側電離箱105は、空洞を形成するためのハウジングと、導電性材料からなる単一の電極として構成された内側電極110と、抵抗性材料からなる単一の電極として構成された外側電極311とを備え、電荷分布の重心位置を検出できるPSD(位置検出素子)のような動作を行う。導電性材料は、一般の電極材料、例えば、金、銀、銅、アルミニウムなどであり、一方、抵抗性材料は、導電性材料よりも電気抵抗率が高い材料、例えば、グラファイト、タングステンなどである。   The outer ionization chamber 105 includes a housing for forming a cavity, an inner electrode 110 configured as a single electrode made of a conductive material, and an outer electrode 311 configured as a single electrode made of a resistive material. And performs an operation like a PSD (position detection element) that can detect the position of the center of gravity of the charge distribution. The conductive material is a general electrode material, such as gold, silver, copper, or aluminum, while the resistive material is a material having a higher electrical resistivity than the conductive material, such as graphite or tungsten. .

次に電気的構成について説明する。内側電離箱104の芯線106と外側電極107との間には、直流の高電圧がそれぞれ印加されるように、負荷抵抗を介して高圧電源108が接続される。一方、外側電極311の上端部および下端部にリード線がそれぞれ接続される。そして、外側電離箱105の内側電極110と外側電極311の各リード線との間には、直流の高電圧がそれぞれ印加されるように、負荷抵抗を介して高圧電源108aが接続される。   Next, the electrical configuration will be described. A high voltage power source 108 is connected between the core wire 106 and the outer electrode 107 of the inner ionization chamber 104 via a load resistor so that a high DC voltage is applied. On the other hand, lead wires are connected to the upper end portion and the lower end portion of the outer electrode 311, respectively. A high voltage power supply 108a is connected between the inner electrode 110 of the outer ionization chamber 105 and each lead wire of the outer electrode 311 via a load resistor so that a high DC voltage is applied.

外側電極311の各リード線、内側電極110および外側電極107には、適切な時定数に設定した電荷型増幅器213a〜213dがそれぞれ接続される。電荷型増幅器213a〜213dは、入力された電荷を電圧パルス信号に変換する機能を有し、そのパルスの波高値は、パルス波高測定回路314a〜314dによってそれぞれ計測される。計測されたパルス波高値は、マイクロプロセッサなどを含む演算装置115に取り込まれる。   Charge-type amplifiers 213a to 213d set to appropriate time constants are connected to the lead wires of the outer electrode 311, the inner electrode 110, and the outer electrode 107, respectively. The charge-type amplifiers 213a to 213d have a function of converting input charges into voltage pulse signals, and pulse height values of the pulses are respectively measured by pulse wave height measurement circuits 314a to 314d. The measured pulse peak value is taken into the arithmetic unit 115 including a microprocessor or the like.

次に動作について説明する。エネルギーが比較的高い「β1」、「β2」のβ線が、外側電極107、エネルギー損失材109および内側電極110を貫通して外側電離箱105の空洞にまで到達して、ガス分子を電離する。このとき電離電流が発生し、抵抗性材料で形成された外側電極311を通じて上側リード線と下側リード線に分岐して流れる。これは、電離位置に応じて、外側電極311の端部(リード線が接続されている箇所)までの距離が変わるので、電離位置によって端部までの電気抵抗値に応じて電流値が比例配分されるためである。   Next, the operation will be described. Β rays of “β1” and “β2” having relatively high energy pass through the outer electrode 107, the energy loss material 109 and the inner electrode 110 and reach the cavity of the outer ionization chamber 105 to ionize gas molecules. . At this time, an ionization current is generated and flows into an upper lead wire and a lower lead wire through an outer electrode 311 formed of a resistive material. This is because the distance to the end of the outer electrode 311 (where the lead wire is connected) changes according to the ionization position, so the current value is proportionally distributed according to the electrical resistance value to the end depending on the ionization position. It is to be done.

詳細には、図4において、外側電極311の母線方向に沿った長さをLとし、「β1」が入射してガスが電離した位置から外側電極311の上端までの距離をxとする。電離により生じた電荷量をQとすると、電荷型増幅器213aの出力パルス波高値は、[1−(x/L)]Qに比例し、電荷型増幅器213bの出力パルス波高値は、(x/L)Qに比例する。また、電荷量Qは、電荷型増幅器213cのパルス波高値に比例する。   Specifically, in FIG. 4, the length of the outer electrode 311 along the generatrix direction is L, and the distance from the position where “β1” is incident and the gas is ionized to the upper end of the outer electrode 311 is x. If the amount of charge generated by ionization is Q, the output pulse peak value of the charge amplifier 213a is proportional to [1- (x / L)] Q, and the output pulse peak value of the charge amplifier 213b is (x / L) Proportional to Q. The charge amount Q is proportional to the pulse peak value of the charge amplifier 213c.

従って、電荷型増幅器213a,213b,213cの出力パルス波高値をそれぞれパルス波高測定回路314a,314b,314cで測定し、これらの測定値から演算装置115が距離xを算出する。そして、距離xに対応するパルスの数を計数することにより、β線のエネルギーごとのカウント数を求めることができるので、β線のエネルギー弁別が連続的に可能となる。   Therefore, the output pulse peak values of the charge amplifiers 213a, 213b, and 213c are measured by the pulse peak measurement circuits 314a, 314b, and 314c, respectively, and the arithmetic unit 115 calculates the distance x from these measured values. Then, by counting the number of pulses corresponding to the distance x, the number of counts for each β-ray energy can be obtained, so that β-ray energy discrimination can be continuously performed.

また、内側電離箱104においても同様に、電荷型増幅器213dの出力パルス波高値をそれぞれパルス波高測定回路314dで測定し、この測定値から演算装置115がβ線の初期エネルギーを算出する。   Similarly, in the inner ionization chamber 104, the output pulse peak value of the charge amplifier 213d is measured by the pulse peak measurement circuit 314d, and the arithmetic unit 115 calculates the initial energy of β rays from the measured value.

本実施形態では、発生した電荷をアナログで分割するので、原理的には連続的に電離位置を求めることができる。すなわち、極めて高い分解能で位置特定ができるので、それに対応したβ線のエネルギーを高分解能で弁別でき、結果として様々な核種を弁別できる測定が可能となる。   In the present embodiment, the generated charges are divided by analog, so that in principle, the ionization position can be obtained continuously. That is, since the position can be specified with extremely high resolution, the β-ray energy corresponding thereto can be discriminated with high resolution, and as a result, measurement capable of discriminating various nuclides becomes possible.

実施の形態3.
図5は、本発明の実施の形態3による放射性ガスモニタの構成を示す縦断面図である。本実施形態は、実施の形態1と比べて、内側電離箱104の構成は同じであるが、エネルギー損失材409は、内側電離箱104の流路に沿って外径がステップ状に変化している階段ピラミッド形状を有する点で相違する。これに伴って外側電離箱105も階段ピラミッド形状を有し、空洞を形成するためのハウジングと、単一の電極として構成された内側電極110と、複数の電極として構成された外側電極111a,…,111nとを備える。なお、実施の形態1と同様な構成については重複説明を省略する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a longitudinal sectional view showing a configuration of a radioactive gas monitor according to Embodiment 3 of the present invention. In this embodiment, the configuration of the inner ionization chamber 104 is the same as that in the first embodiment, but the energy loss material 409 has an outer diameter that changes in a step shape along the flow path of the inner ionization chamber 104. It differs in that it has a staircase pyramid shape. Accordingly, the outer ionization chamber 105 also has a stepped pyramid shape, a housing for forming a cavity, an inner electrode 110 configured as a single electrode, outer electrodes 111a configured as a plurality of electrodes,. , 111n. Note that a duplicate description of the same configuration as that of the first embodiment is omitted.

エネルギー損失材409は、段ごとに外径が異なる複数の円柱または角柱からなる積層体形状をなし、各段の軸方向の高さはほぼ同じになるように設定される。一方、各段の半径方向の長さは異なっており、好ましくは、測定対象とする種々のβ線の飛程に対応した値に設定される。こうした測定対象の核種の飛程に対応して複数の長さに設定することによって、核種を的確に弁別することができる。一例として、エネルギー損失材409の各段の半径方向の長さは、簡易的に次のように設定することができる。   The energy loss material 409 has a laminated body shape composed of a plurality of cylinders or prisms having different outer diameters for each stage, and the height in the axial direction of each stage is set to be substantially the same. On the other hand, the length of each stage in the radial direction is different, and is preferably set to a value corresponding to the range of various β rays to be measured. By setting a plurality of lengths corresponding to the range of the nuclide to be measured, the nuclides can be accurately distinguished. As an example, the length in the radial direction of each stage of the energy loss material 409 can be simply set as follows.

今、測定対象核種をXe−133(β線平均エネルギー:115keV)、Kr−85(β線平均エネルギー:229keV)、Ar−41(β線平均エネルギー:400keV)の3種類とする。例えば、エネルギー損失材409の材質をポリエチレンとする場合、半径方向の長さはポリエチレン中の各核種のβ線平均エネルギーと同程度になるようにする。   Now, the measurement target nuclides are assumed to be Xe-133 (β-ray average energy: 115 keV), Kr-85 (β-ray average energy: 229 keV), and Ar-41 (β-ray average energy: 400 keV). For example, when the material of the energy loss material 409 is polyethylene, the length in the radial direction is set to be approximately equal to the β-ray average energy of each nuclide in the polyethylene.

文献「アイソトープ便覧(改訂3版)」(丸善、1984年発行)の33頁の式(5・6)に、単一エネルギーの電子に対するアルミニウム中の飛程の経験式が次のように掲載されている。
R=0.412E1.265−0.0954lnE (2.5>E>0.01MeV) …(1)
The empirical equation of the range in aluminum for single energy electrons is published in the following equation (5.6) in page 33 of the document "Isotope Handbook (3rd revised edition)" (Maruzen, published in 1984): ing.
R = 0.512E 1.265-0.0954lnE (2.5>E> 0.01 MeV) (1)

但し、飛程Rの単位は[g・cm−2]、電子のエネルギーEの単位は[MeV]である。この式はアルミニウムのものであるが、物質によってあまり変わらないことが知られているので、ポリエチレン中の飛程(単位面積あたりの重量)をこの式から算出し、密度換算により厚さを求めることとする。 However, the unit of the range R is [g · cm −2 ], and the unit of the electron energy E is [MeV]. Although this formula is for aluminum, it is known that it does not change much depending on the substance, so the range (weight per unit area) in polyethylene is calculated from this formula, and the thickness is calculated by density conversion. And

まず、Xe−133の平均エネルギーは115keVなので、上式に代入すると単位密度当りの飛程Rが得られる。
R(Xe−133)=0.017[g・cm−2] …(2)
First, since the average energy of Xe-133 is 115 keV, the range R per unit density can be obtained by substituting into the above equation.
R (Xe-133) = 0.177 [g · cm −2 ] (2)

この値をポリエチレンの密度0.9[g・cm−3]で除算すると、cm単位で表した実際の飛程Reが得られる。
Re(Xe−133)=0.019[cm]=0.19[mm] …(3)
By dividing this value by the density of polyethylene 0.9 [g · cm −3 ], the actual range Re expressed in cm is obtained.
Re (Xe-133) = 0.1.9 [cm] = 0.19 [mm] (3)

他の核種についても同様に求めると、下記のようになる。
Re(Kr−85)=0.58[mm] …(4)
Re(Ar−41)=1.33[mm] …(5)
The other nuclides are calculated as follows.
Re (Kr−85) = 0.58 [mm] (4)
Re (Ar-41) = 1.33 [mm] (5)

従って、各段の半径方向の長さを0.19mm,0.58mm,1.33mmに設定することにより、上記3種類の核種に対応してエネルギー弁別が可能になり、他核種の影響を最小限に抑えることができる。その結果、核種ごとの放射能濃度を的確に求めることができる。   Therefore, by setting the length of each step in the radial direction to 0.19 mm, 0.58 mm, and 1.33 mm, it becomes possible to discriminate energy corresponding to the above three types of nuclides and minimize the influence of other nuclides. To the limit. As a result, the radioactivity concentration for each nuclide can be determined accurately.

なお、本実施形態では、Xe−133,Kr−85,Ar−41の3種類の核種について設計手法を例示したが、これ以外の核種を含む4種類以上の核種についても同様な手順で各段の半径方向の長さを算出することができる。   In this embodiment, the design method is exemplified for three types of nuclides of Xe-133, Kr-85, and Ar-41. However, for each of four or more types of nuclides including other nuclides, each step is performed in the same procedure. The length in the radial direction can be calculated.

1,2,3,4 放射性ガスモニタ、 102 ガス入口、 103 ガス出口、
104 内側電離箱、 105 外側電離箱、 106 芯線、
107 外側電極、 108 高圧電源、 109,409 エネルギー損失材、
110 内側電極、 111a〜111n,311 外側電極、
113 領域1、 114 領域2、 115 演算装置、
213,213a〜d 電荷型増幅器、 214 カウンタ回路、
314a〜d パルス波高測定回路、 G 検出対象ガス。
1, 2, 3, 4 Radioactive gas monitor, 102 Gas inlet, 103 Gas outlet,
104 inner ionization chamber, 105 outer ionization chamber, 106 core wire,
107 outer electrode, 108 high voltage power supply, 109,409 energy loss material,
110 inner electrode, 111a to 111n, 311 outer electrode,
113 region 1, 114 region 2, 115 arithmetic unit,
213, 213a to d charge type amplifier, 214 counter circuit,
314a-d Pulse height measurement circuit, G detection target gas.

Claims (7)

検出対象ガスを通過させる流路が介在している一対の電極を有する通気式の内側電離箱と、
前記内側電離箱の外側に設けられ、電離ガスを含む空洞が介在している一対の電極を有する外側電離箱と、
前記内側電離箱と前記外側電離箱との間に設けられ、検出対象ガスが発生する放射線のエネルギーを損失させるためのエネルギー損失材とを備え、
該エネルギー損失材のエネルギー損失量は、前記流路に沿って変化していることを特徴とする放射性ガスモニタ。
A ventilated inner ionization chamber having a pair of electrodes in which a flow path for allowing the gas to be detected to pass is interposed;
An outer ionization chamber having a pair of electrodes provided outside the inner ionization chamber and interposing a cavity containing ionized gas;
An energy loss material provided between the inner ionization chamber and the outer ionization chamber, for losing the energy of radiation generated by the detection target gas;
The radioactive gas monitor characterized in that the amount of energy loss of the energy loss material varies along the flow path.
前記外側電離箱において、一対の電極のうち内側電極は単一の電極として構成され、一対の電極のうち外側電極は複数の電極として構成されることを特徴とする請求項1記載の放射性ガスモニタ。   2. The radioactive gas monitor according to claim 1, wherein in the outer ionization chamber, the inner electrode of the pair of electrodes is configured as a single electrode, and the outer electrode of the pair of electrodes is configured as a plurality of electrodes. 前記外側電極に接続された電荷型増幅器と、
該電荷型増幅器から出力されるパルス信号を計数するカウンタ回路とをさらに備えることを特徴とする請求項2記載の放射性ガスモニタ。
A charge-type amplifier connected to the outer electrode;
The radioactive gas monitor according to claim 2, further comprising a counter circuit that counts pulse signals output from the charge amplifier.
前記外側電離箱において、一対の電極のうち内側電極は導電性材料からなる単一の電極として構成され、一対の電極のうち外側電極は抵抗性材料からなる単一の電極として構成されることを特徴とする請求項1記載の放射性ガスモニタ。   In the outer ion chamber, the inner electrode of the pair of electrodes is configured as a single electrode made of a conductive material, and the outer electrode of the pair of electrodes is configured as a single electrode of a resistive material. The radioactive gas monitor according to claim 1. 前記外側電極の両端に接続された2つの電荷型増幅器と、
各電荷型増幅器から出力されるパルス信号の波高値を計測するパルス波高測定回路とをさらに備えることを特徴とする請求項4記載の放射性ガスモニタ。
Two charge-type amplifiers connected to both ends of the outer electrode;
5. The radioactive gas monitor according to claim 4, further comprising a pulse height measuring circuit for measuring a peak value of a pulse signal output from each charge amplifier.
前記エネルギー損失材は、前記流路に沿って外径が連続的に変化している円錐台形状または角錐台形状を有することを特徴とする請求項1記載の放射性ガスモニタ。   The radioactive gas monitor according to claim 1, wherein the energy loss material has a truncated cone shape or a truncated pyramid shape whose outer diameter continuously changes along the flow path. 前記エネルギー損失材は、前記流路に沿って外径がステップ状に変化している階段ピラミッド形状を有することを特徴とする請求項1記載の放射性ガスモニタ。   The radioactive gas monitor according to claim 1, wherein the energy loss material has a step pyramid shape whose outer diameter changes stepwise along the flow path.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017110682A1 (en) * 2015-12-22 2017-06-29 株式会社東芝 β-RAY GAS MONITOR AND METHOD FOR MONITORING GAS CONTAINING NUCLIDES EMITTING β-RAYS

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